五相容錯式磁通切換永磁電機的分析與容錯控制.pdf

1、當(dāng)前,永磁材料的不斷發(fā)展,為研究永磁同步電機,尤其是定子永磁型電機帶來革命性的發(fā)展。一方面,能源危機和環(huán)境保護的問題,使人們對清潔能源的呼喚口趨激烈。另一方面,電機的可靠性問題也越來越引起人們的關(guān)注。磁通切換永磁(flux-switching permanent-magnet,FSPM)電機是一種新型定子永磁型電機,具有結(jié)構(gòu)簡單,功率密度大,效率高,而且更兼具轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、堅固以及永磁體易于散熱等優(yōu)點。本文提出一種容錯式磁通切換(fau

2、lt-tolerant-FSPM,FT-FSPM)電機的結(jié)構(gòu),該電機具有清潔、高效且可靠性較好的優(yōu)點,能夠較好地滿足人們的需求。其結(jié)構(gòu)是在保留FSPM電機高轉(zhuǎn)矩性能的基礎(chǔ)上,引入了容錯齒結(jié)構(gòu),克服了傳統(tǒng)FSPM電機相間獨立性不太理想的缺點。同時采用五相電機結(jié)構(gòu),進一步提高了電機的容錯性能,減小了轉(zhuǎn)矩脈動,且使得容錯控制方法更為靈活。這些都為FT-FSPM電機在航天航空、電動汽車、軍事裝備、礦井軋鋼等對系統(tǒng)效率和連續(xù)運行有較高要求的領(lǐng)域的

3、應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 在電機本體設(shè)計上,所提出的五相10/19極FT-FSPM電機的定子齒由E形硅鋼片導(dǎo)磁鐵芯組成,永磁體內(nèi)嵌于兩E形硅鋼片導(dǎo)磁鐵芯之間。容錯齒是其上沒有電樞繞組的定子齒,起著電機相間物理隔離作用,同時實現(xiàn)了電機各相之間磁路的解耦,提高了電機的可靠性運行性能。
　　 本文對FT-FSPM電機的靜態(tài)性能進行了較為全面的分析,內(nèi)容涉及該電機的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型、靜態(tài)特性、動態(tài)特性。同時,對電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的

4、常見故障情形,特別是電機發(fā)生一相缺相的故障情形,推導(dǎo)了相應(yīng)的容錯控制策略,最終提出了適合其特性的容錯控制方案。該方法通過控制磁動勢保持不變,考慮了電機電感較大,尤其故障條件下磁阻轉(zhuǎn)矩的作用,從而得出了新的電流分配方案。同時,為印證這一方案的可行性,搭建了基于Simplorer和Maxwell瞬態(tài)場路耦合的聯(lián)合仿真模型。仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)容錯控制策略相比,該方法可以提高故障條件下電機的轉(zhuǎn)矩性能,減小轉(zhuǎn)矩脈動。
　　 最后,設(shè)計并