電動汽車用五相永磁容錯電機的設(shè)計及運行控制研究.pdf

1、由于能源危機及環(huán)境污染，電動汽車替代內(nèi)燃機汽車成為人們出行的主要交通工具是未來發(fā)展的趨勢。電動汽車對可靠性要求高，它要求驅(qū)動電機具有較強的容錯能力、較高的效率及功率密度，要求電機驅(qū)動系統(tǒng)具有較寬的調(diào)速范圍以及容錯運行的能力。多相永磁容錯電機通過增加相數(shù)來實現(xiàn)容錯運行，具有功率密度高、轉(zhuǎn)矩波動小、能實現(xiàn)低壓大功率傳動等優(yōu)點，適合電動汽車場合的應(yīng)用。
　　多相永磁容錯電機在具有電、熱、磁隔離能力的同時，還要具備較高的效率及功率密度。另

2、外，電機控制時可利用的自由度增加，對基波空間分量進行控制的同時要兼顧諧波空間分量的影響。容錯運行時，電機相與相之間不對稱，系統(tǒng)擾動增加，因此，合理設(shè)計容錯運行策略，提升容錯運行的性能是目前研究的熱點。本文以直驅(qū)純電動汽車為應(yīng)用背景，對五相永磁容錯電機的設(shè)計及運行控制的關(guān)鍵問題進行研究，所做的工作主要包括以下四個部分：
　　首先，對具有電、熱、磁隔離能力的五相永磁容錯電機的設(shè)計方法進行研究。分析了五相永磁容錯電機電樞磁動勢合成原理及

3、諧波分布，在此基礎(chǔ)上，分析了極槽配合對電機繞組因數(shù)、齒槽轉(zhuǎn)矩、損耗的影響，提出了具備電、熱、磁隔離能力的五相永磁容錯電機極槽配合選取的原則；電感參數(shù)對電機及其控制系統(tǒng)設(shè)計有重要影響，本文對五相永磁容錯電機電感參數(shù)解析計算方法進行研究，并通過有限元仿真對給出的電感解析計算方法進行驗證；分析了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對電機的性能的影響，給出了電機參數(shù)有限元優(yōu)化的方法；通過有限元仿真對設(shè)計方案進行了驗證，結(jié)果表明所設(shè)計電機滿足指標要求，具有良好的電磁性能

4、及容錯能力。
　　其次，對五相永磁容錯電機平衡及非平衡負載下 PWM算法的原理及數(shù)字化實現(xiàn)方法進行對比研究。給出了五相永磁容錯電機CBPWM算法，相鄰二矢量法、相鄰四矢量法的原理及實現(xiàn)方法。這三種方法不能對輸出相電壓中的零序分量進行控制，非平衡負載下不能有效跟隨給定參考電壓空間矢量；針對非平衡負載的情況，提出基于五相六橋臂拓撲的相鄰五矢量法；以母線電壓利用率、數(shù)字實現(xiàn)復(fù)雜度以及處理非平衡負載的能力等方面為指標，對給出的四種PWM算

5、法進行對比分析，給出了不同PWM算法的適用場合；通過仿真及實驗對提出的PWM算法進行對比驗證，結(jié)果表明提出的相鄰五矢量SVPWM算法能有效工作于非平衡負載情況下。
　　再次，對五相永磁容錯電機的矢量控制及三次諧波電流注入方法進行研究。推導(dǎo)了五相永磁容錯電機的數(shù)學(xué)模型，解析分析了永磁體磁鏈三次諧波對電機控制的影響，給出了單空間矢量控制策略及雙空間矢量控制策略的實現(xiàn)方法及適用場合，并給出了電機電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法；當永磁

6、體磁鏈含有三次諧波分量時，通過三次諧波電流注入的方法能夠提高電機的輸出轉(zhuǎn)矩。考慮三次諧波電流注入對轉(zhuǎn)矩、損耗的影響，提出電流幅值約束下最優(yōu)三次諧波電流注入率的實現(xiàn)方法；搭建實驗平臺，對提出的控制策略進行驗證，實驗結(jié)果與分析一致，驗證了提出方法的有效性。
　　最后，對缺相故障下五相永磁容錯電機的容錯運行策略進行研究。構(gòu)造缺相故障下的解耦變換矩陣，推導(dǎo)了缺相故障下同步旋轉(zhuǎn)坐標系內(nèi)電機的解耦數(shù)學(xué)模型；通過優(yōu)化z軸零序電流的給定，分別實現(xiàn)