專利名稱：一種雙通道磁通切換永磁電機(jī)的諧波容錯(cuò)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用于12/10極雙通道磁通切換永磁電機(jī)的容錯(cuò)控制方法，適用于航空航天、人工心臟等對(duì)系統(tǒng)的可靠性、效率有較高要求的驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電機(jī)在軍事、工業(yè)、民用等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性 問(wèn)題得到了相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者越來(lái)越廣泛的關(guān)注，特別是在航空航天、人工心臟等對(duì)連續(xù)操作有較高要求的場(chǎng)合，可靠性顯得尤為重要；同時(shí)，這些應(yīng)用領(lǐng)域要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較高的功率密度和效率。永磁容錯(cuò)電機(jī)兼具高效率和高可靠性于一身，相與相之間電路和磁路獨(dú)立性較好。按照永磁體的安放位置，永磁容錯(cuò)電機(jī)可以分為兩種轉(zhuǎn)子永磁型容錯(cuò)電機(jī)和定子永磁型容錯(cuò)電機(jī)。由于轉(zhuǎn)子永磁型容錯(cuò)電機(jī)的永磁體安裝在轉(zhuǎn)子表面，因此，當(dāng)電機(jī)處于高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱時(shí)，因其冷卻較為困難而存在永磁體高溫不逆退磁的問(wèn)題，且轉(zhuǎn)子上的永磁體機(jī)械固定不穩(wěn)固等問(wèn)題，這些都影響了電機(jī)的可靠度，故其在高可靠性領(lǐng)域的應(yīng)用受到了一定的限制。雙通道磁通切換永磁電機(jī)是一類新型的定子永磁型容錯(cuò)電機(jī)(參見(jiàn)專利號(hào)為ZL200710132578. 2、名稱為“雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)及其控制方法”中公開(kāi)的雙通道磁通切換永磁電機(jī))。電機(jī)的繞組和永磁體均置于定子上，易于冷卻；轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，具有很好的牢固性；此外，電機(jī)采用雙繞組的冗余式結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了電機(jī)可靠性。需要指出的是，與轉(zhuǎn)子永磁型容錯(cuò)電機(jī)所不同，定子永磁型容錯(cuò)電機(jī)并非由轉(zhuǎn)子上的永磁體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而是通過(guò)轉(zhuǎn)子位置角的改變使得電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生電磁作用。因此，雙通道磁通切換永磁電機(jī)的兩套繞組，由于磁路的不對(duì)稱性，其繞組空載反電勢(shì)波形均含有諧波分量。由于同一相的兩套繞組，其反電勢(shì)諧波分量可以互相抵消，進(jìn)而使得電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，兩套繞組所產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩可以互相抵消，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小。上述專利ZL 200710132578. 2公開(kāi)的雙通道磁通切換永磁電機(jī)的容錯(cuò)控制方法是，當(dāng)某一套繞組發(fā)生故障的時(shí)候，同一通道的其余二套繞組的電流變?yōu)?倍，另外一個(gè)通道的三套繞組電流不變，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行。該種方法雖然能夠保持電機(jī)在容錯(cuò)狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩性能不變，但是會(huì)增加電機(jī)的損耗，主要是增加電機(jī)的銅耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種雙通道磁通切換永磁電機(jī)的諧波容錯(cuò)控制方法，在提高雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性的同時(shí)降低電機(jī)的銅耗，進(jìn)而提高系統(tǒng)的效率，滿足高可靠性、高效率應(yīng)用領(lǐng)域的要求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是當(dāng)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，采用正弦波電流控制方式，當(dāng)A相第一通道發(fā)生故障時(shí)，將B相第一通道繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前π/6,并注入幅值是基波的-O. 12倍、相角是7JT/12的二次諧波電流，將C相第一通道繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后冗/6，并注入幅值是基波-0. 12倍、相角是 r/4的二次諧波電流，所有非故障繞組的電流幅值均變?yōu)檎＿\(yùn)行時(shí)的I. 27倍，使電機(jī)在故障條件下得到等效于正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩輸出；若其他通道繞組發(fā)生故障，也采用與此相仿的方法。采用上述技術(shù)方案后具有以下有益效果
1、電機(jī)故障前后，轉(zhuǎn)矩輸出性能不變，為容錯(cuò)運(yùn)行提供保證，使雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)具有高可靠性、高功率密度，
2、容錯(cuò)狀態(tài)下，由于電機(jī)的非故障相電流幅值相等，因此與現(xiàn)有容錯(cuò)技術(shù)相比，降低了電機(jī)的損耗，特別適合于一些對(duì)系統(tǒng)效率有較高要求的應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、人工心臟、軍事裝備等。


圖I是定子12極、轉(zhuǎn)子10極的雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)截面結(jié)構(gòu) 圖2是A相兩個(gè)通道Al、A2以及二者合成后的反電勢(shì)仿真波形 圖3a是正常運(yùn)行時(shí)第一通道電機(jī)繞組電流仿真波形圖，圖3b是正常運(yùn)行時(shí)第二通道電機(jī)繞組電流仿真波形 圖4是正常運(yùn)行時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩仿真波形 圖5a是容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)第一通道電機(jī)繞組電流仿真波形圖，圖5b是容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)第二通道電機(jī)繞組電流仿真波形 圖6是容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩仿真波形 以上的圖中有1.定子；2.轉(zhuǎn)子；3.永磁體；4.電樞繞組；5. A相第一通道；6. A相第二通道；A1. A相第一繞組；A2. A相第二繞組。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，以一臺(tái)12/10極雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)為例,該雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)采用雙通道繞組、雙凸極結(jié)構(gòu)，由定子I、轉(zhuǎn)子2以及固定在定子I上的永磁體3和電樞繞組4所組成。其中，定子電樞繞組4為集中繞組，每個(gè)線圈繞組橫跨在兩個(gè)定子齒上，中間嵌有一塊永磁體3。12個(gè)線圈共分成了六套繞組，徑向相對(duì)的兩極繞組2相串聯(lián)構(gòu)成一相的一個(gè)通道，相互垂直的兩個(gè)通道組成一相。圖I中的A1、A2是A相第一、第二繞組，相應(yīng)的兩個(gè)通道是A相第一通道5和A相第二通道6，以此類推。以下以A相第一繞組Al發(fā)生斷路故障為例對(duì)本發(fā)明的諧波容錯(cuò)控制方法進(jìn)行說(shuō)明；若為其他繞組發(fā)生故障，也采用與此相仿的方法。當(dāng)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，采用正弦波電流控制方式；當(dāng)電機(jī)發(fā)生缺相故障時(shí)，通過(guò)分析繞組反電勢(shì)的諧波分量，計(jì)算求得容錯(cuò)狀態(tài)下非故障組電流的幅值、相位以及注入的二次諧波分量，采用諧波電流容錯(cuò)控制方式，使系 統(tǒng)可以保持原有轉(zhuǎn)矩輸出性能，帶故障運(yùn)行。先通過(guò)諧波分析，建立圖I所示電機(jī)雙通道三相六套繞組的反電勢(shì)方程
權(quán)利要求
1.一種雙通道磁通切換永磁電機(jī)的諧波容錯(cuò)控制方法，當(dāng)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，采用正弦波電流控制方式，其特征在于，當(dāng)A相第一通道發(fā)生故障時(shí)，將B相第一通道繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前？r/6,并注入幅值是基波的-0. 12倍、相角是71/12的二次諧波電流，將C相第一通道繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后幾/6,并注入幅值是基波-0. 12倍、相角是開(kāi)/4的二次諧波電流，所有非故障繞組的電流幅值均變?yōu)檎＿\(yùn)行時(shí)的I. 27倍，使電機(jī)在故障條件下得到等效于正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩輸出；若其他通道繞組發(fā)生故障，也采用與此相仿的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種應(yīng)用于12/10極雙通道磁通切換永磁電機(jī)的諧波容錯(cuò)控制方法，當(dāng)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)采用正弦波電流控制方式，當(dāng)A相第一通道發(fā)生故障時(shí)，將B相第一通道繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前，并注入幅值是基波的-0.12倍、相角是的二次諧波電流，將C相第一通道繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后，并注入幅值是基波-0.12倍、相角是的二次諧波電流，所有非故障繞組的電流幅值均變?yōu)檎＿\(yùn)行時(shí)的1.27倍，使電機(jī)在故障下得到等效于正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩輸出；若其他通道繞組發(fā)生故障，采用與此相仿的方法。在電機(jī)故障前后轉(zhuǎn)矩輸出性能不變，為容錯(cuò)運(yùn)行提供保證，容錯(cuò)狀態(tài)下電機(jī)的非故障相電流幅值相等，降低了電機(jī)的損耗。
文檔編號(hào)H02P6/08GK102624300SQ20121009800
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者劉國(guó)海, 吉敬華, 康梅, 朱紀(jì)洪, 趙文祥 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)