[发明专利]一种双凸极永磁电机的容错控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于三相12/8极双凸极永磁电机的容错控制方法，适用于航空航天、轧钢、矿井等对连续运行有高要求的电机驱动系统应用场合。

背景技术

电机驱动系统在军事、工农业生产中的应用越来越广泛，特别是在一些对系统可靠性有高要求的领域，如航空航天、军事装备等，对电机驱动系统的可靠性运行能力有很高的要求，其故障状态下的容错控制方法是其关键技术。

目前，国内外对容错式电机及其控制方法的研究多集中于两类电机：开关磁阻电机和传统的转子永磁型电机。前者虽然结构简单，可靠度高，但是在功率密度方面具有一定的劣势；而后者的永磁体置于转子，其机械结构可靠度以及永磁体的散热都是较为棘手的问题。

双凸极永磁电机是一种新型定子永磁式电机，其永磁体置于定子，具有结构简单、易于散热等优点，满足高可靠性领域的应用要求。其定、转子呈双凸极结构，转子上无绕组、无永磁体，定子采用集中式绕组，空间相对齿上的线圈两两相连，两组线圈串连形成一相电枢绕组。因此，该类电机具有结构较为简单、功率密度较高等优点。现有研究成果集中于该种电机的设计、分析以及控制，均未涉及到本发明所提出的智能容错驱动技术。本发明针对双凸极永磁电机的自身电磁特性，提出一种容错驱动控制方法：当三相双凸极永磁电机驱动系统发生缺相故障时，对余下的两相(非故障相)的电流在相位和幅值等方面对进行调整，达到保持双凸极永磁电机的电磁输出转矩与正常运行状态相近似的目的，从而提高双凸极永磁电机驱动系统的带故障运行能力，开发出定子永磁式电机容错驱动系统，以满足高可靠性应用领域的要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种基于双凸极永磁电机的新型定子永磁式电机的容错控制方法。使得当三相双凸极永磁电机发生缺相故障时，由剩余的两相非故障相提供电流驱动，电机所产生的电磁转矩基本保持不变，达到正常运行时的转矩特性，提高系统带故障运行能力。

技术方案：双凸极永磁电机具有梯形波反电动势，正常运行状态下应采用三相方波控制；当电机发生缺相故障时，为提高其故障状态下的性能，本发明运用两相容错式正弦波电流控制，达到保持电机输出电磁转矩不变的目的。该控制方法的主要思路为：对三相电机而言，其旋转主磁场由三相电流产生的磁场相加而成，如果其中某一相发生故障无法工作，则双凸极永磁电机仍然可以在另外两相产生的等效合成旋转磁场下继续运行。具体如下：

在控制系统中增加了故障检测环节，当未检测到缺相故障时，控制系统按照正常运转模式，即采用三相120°方波电流控制双凸极永磁电机。当系统检测到缺相故障时，电机控制系统启用容错控制模式，分为以下三步：

a.根据正常运行状态下三相方波控制的双凸极永磁电机转矩方程，计算出产生等效转矩的三相正弦波控制的电流幅值，其值应为方波电流幅值的1.1倍；

b.根据与三相正弦波产生磁场不变的原则，计算出两相容错正弦波电流的幅值和相位，其幅值应为正常运行时三相正弦波电流幅值的1.73倍，即正常运行时三相方波电流的1.9倍；故障相的前一相，相位由原来的超前故障相120°变为超前150°，故障相的后一相，相位由原来的滞后故障相120°变为滞后150°；

c.根据计算得出的容错控制时工作相容错正弦波电流的幅值和相位，变原来的三相方波控制为两相正弦波控制。

有益效果：本发明的特点是将容错控制技术引入到三相12/8极双凸极永磁电机中，搭建定子永磁式容错电机驱动系统。克服传统的容错电机驱动系统的诸多缺点：如开关磁阻电机功率密度偏低；转子永磁式容错电机永磁体置于转子，不易于冷却、机械结构可靠性较差等问题，本发明所引入的双凸极永磁电机具有功率密度较高、转子结构简单、电机可靠性较高等优点。基于双凸极永磁电机的反电势为近似梯形波这一特性，当电机正常运行时，电机采用方波控制，具有控制简单、出力较大等优点；当发生缺相故障时，运用容错驱动技术，调整控制电流为正弦波控制方式，基于旋转磁场不变的理论思想，保持电机的输出转矩基本不变，从而提高双凸极永磁电机的带故障运行能力，建立高功率密度、高可靠度的驱动系统。

本发明的优点在于：

1、采用三相直槽转子的双凸极永磁电机，电机出力大，适用于高功率密度要求领域；转子结构简单，无绕组、无永磁体，因此可靠性高，可适用于高可靠性应用领域；

2、正常运行时，系统采用方波控制，控制方法简单。

3、当发生缺相故障时，系统采用两相正弦波进行容错控制，系统带故障运行特性较高，其转矩输出近似等效于正常运行状态。

附图说明