多齒容錯永磁磁通切換電機的拓撲優(yōu)化及控制策略研究.pdf

1、全電/多電飛機對電力作動器系統(tǒng)可靠性的要求進一步提高。為了提高基于永磁電機的電力作動器系統(tǒng)的可靠性和容錯性，本文研究了一種高功率密度、強容錯能力的永磁容錯磁通切換電機，并通過容錯控制策略實現(xiàn)繞組一相或多相故障后的容錯運行。
　　本文以提高磁鏈正弦度、轉(zhuǎn)矩密度、故障隔離能力和短路電流抑制能力等為目標，結(jié)合有限元仿真，對多齒容錯永磁磁通切換電機進行拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。通過電機軸向結(jié)構(gòu)的設(shè)計，獲得正弦度較高的磁鏈、反電勢；以電磁轉(zhuǎn)矩和互感自

2、感比為優(yōu)化目標優(yōu)化了轉(zhuǎn)子極對數(shù)和定子隔磁齒寬等參數(shù)。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子永磁式容錯電機進行對比，驗證了兩者在同樣具備故障隔離能力的前提下，多齒容錯永磁磁通切換電機在轉(zhuǎn)矩密度和抑制短路電流能力方面更具優(yōu)勢。此外，以增強抑制短路電流能力為目標的容錯設(shè)計獲得了較大的繞組交直軸電感，為電機在恒功率區(qū)弱磁擴速運行提供了有利條件，理論分析了該電機的弱磁特性。
　　為了使電機在繞組開路或短路故障時仍能輸出滿足一定要求的轉(zhuǎn)矩，研究了容錯電流優(yōu)化控制策略。

3、針對開路故障，利用擴展坐標變換，建立電機開路的電流、銅耗數(shù)學模型。通過控制轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的交軸電流和零序電流，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動的補償。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合及考慮功率變換器的限制，分別研究了銅耗最小補償和銅耗相等補償，優(yōu)化了轉(zhuǎn)矩銅耗比。針對短路故障，提出一種故障分解補償法，對短路電流及繞組正常電流缺失引起的轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)矩缺失分別進行補償，矢量合成補償電流。該策略在實現(xiàn)容錯控制的同時，避免了復(fù)雜的在線計算。實驗結(jié)果驗證了研究的控制策略能夠