電動(dòng)汽車用五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制研究.pdf

1、由于能源危機(jī)及環(huán)境污染，電動(dòng)汽車替代內(nèi)燃機(jī)汽車成為人們出行的主要交通工具是未來發(fā)展的趨勢(shì)。電動(dòng)汽車對(duì)可靠性要求高，它要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力、較高的效率及功率密度，要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較寬的調(diào)速范圍以及容錯(cuò)運(yùn)行的能力。多相永磁容錯(cuò)電機(jī)通過增加相數(shù)來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)運(yùn)行，具有功率密度高、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、能實(shí)現(xiàn)低壓大功率傳動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，適合電動(dòng)汽車場(chǎng)合的應(yīng)用。
　　多相永磁容錯(cuò)電機(jī)在具有電、熱、磁隔離能力的同時(shí)，還要具備較高的效率及功率密度。另

2、外，電機(jī)控制時(shí)可利用的自由度增加，對(duì)基波空間分量進(jìn)行控制的同時(shí)要兼顧諧波空間分量的影響。容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)相與相之間不對(duì)稱，系統(tǒng)擾動(dòng)增加，因此，合理設(shè)計(jì)容錯(cuò)運(yùn)行策略，提升容錯(cuò)運(yùn)行的性能是目前研究的熱點(diǎn)。本文以直驅(qū)純電動(dòng)汽車為應(yīng)用背景，對(duì)五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，所做的工作主要包括以下四個(gè)部分：
　　首先，對(duì)具有電、熱、磁隔離能力的五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。分析了五相永磁容錯(cuò)電機(jī)電樞磁動(dòng)勢(shì)合成原理及

3、諧波分布，在此基礎(chǔ)上，分析了極槽配合對(duì)電機(jī)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(cuò)電機(jī)極槽配合選取的原則；電感參數(shù)對(duì)電機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重要影響，本文對(duì)五相永磁容錯(cuò)電機(jī)電感參數(shù)解析計(jì)算方法進(jìn)行研究，并通過有限元仿真對(duì)給出的電感解析計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證；分析了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電機(jī)的性能的影響，給出了電機(jī)參數(shù)有限元優(yōu)化的方法；通過有限元仿真對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)電機(jī)滿足指標(biāo)要求，具有良好的電磁性能

4、及容錯(cuò)能力。
　　其次，對(duì)五相永磁容錯(cuò)電機(jī)平衡及非平衡負(fù)載下 PWM算法的原理及數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行對(duì)比研究。給出了五相永磁容錯(cuò)電機(jī)CBPWM算法，相鄰二矢量法、相鄰四矢量法的原理及實(shí)現(xiàn)方法。這三種方法不能對(duì)輸出相電壓中的零序分量進(jìn)行控制，非平衡負(fù)載下不能有效跟隨給定參考電壓空間矢量；針對(duì)非平衡負(fù)載的情況，提出基于五相六橋臂拓?fù)涞南噜徫迨噶糠ǎ灰阅妇€電壓利用率、數(shù)字實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度以及處理非平衡負(fù)載的能力等方面為指標(biāo)，對(duì)給出的四種PWM算

5、法進(jìn)行對(duì)比分析，給出了不同PWM算法的適用場(chǎng)合；通過仿真及實(shí)驗(yàn)對(duì)提出的PWM算法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)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(fù)載情況下。
　　再次，對(duì)五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的矢量控制及三次諧波電流注入方法進(jìn)行研究。推導(dǎo)了五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，解析分析了永磁體磁鏈三次諧波對(duì)電機(jī)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(shí)現(xiàn)方法及適用場(chǎng)合，并給出了電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；當(dāng)永磁

6、體磁鏈含有三次諧波分量時(shí)，通過三次諧波電流注入的方法能夠提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。考慮三次諧波電流注入對(duì)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(shí)現(xiàn)方法；搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)提出的控制策略進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析一致，驗(yàn)證了提出方法的有效性。
　　最后，對(duì)缺相故障下五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行策略進(jìn)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(biāo)系內(nèi)電機(jī)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(shí)現(xiàn)