不同繞組連接方式下的六相永磁同步電動(dòng)機(jī)MT容錯(cuò)控制

李修東，鄭曉欽

電機(jī)部分

不同繞組連接方式下的六相永磁同步電動(dòng)機(jī)MT容錯(cuò)控制

李修東，鄭曉欽

（青島大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東 青島 266071）

多自由度使多相電機(jī)具備了優(yōu)異的容錯(cuò)能力。本文針對(duì)單中性點(diǎn)、雙中性點(diǎn)及開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相永磁同步電機(jī)，以缺相容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)，提出一種適用于不同繞組結(jié)構(gòu)電機(jī)的容錯(cuò)電流計(jì)算通用表達(dá)式。通過(guò)對(duì)六相永磁同步電機(jī)缺一相故障狀態(tài)下的自由度進(jìn)行分析，計(jì)算了不同定子繞組結(jié)構(gòu)下的容錯(cuò)電流，并給出相應(yīng)的控制方法。對(duì)比三種不同繞組結(jié)構(gòu)電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)的帶載能力，開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相永磁同步電機(jī)缺相容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩最大。利用Matlab/Simulink建立了六相永磁同步電機(jī)模型及其控制系統(tǒng)，驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的有效性。

六相永磁同步電動(dòng)機(jī)；多自由度；繞組結(jié)構(gòu)；容錯(cuò)控制

0 前言

近年來(lái)，多相電機(jī)在航空航天[1]、新能源汽車[2]、艦船推進(jìn)[3-5]等領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應(yīng)用。這源于多相電機(jī)使用低壓功率器件即可實(shí)現(xiàn)較大的功率輸出，尤其適用于供電電壓受限的大功率場(chǎng)合。同時(shí)，多相電機(jī)具有較好的容錯(cuò)性能[6]，相數(shù)的增加為多相電機(jī)提供了額外的自由度[7]。通過(guò)控制額外的自由度，多相電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)故障后的穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)的可靠性[8]。鑒于以上原因，針對(duì)于多相電機(jī)的容錯(cuò)控制一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

依據(jù)目標(biāo)函數(shù)的不同，多相電機(jī)的容錯(cuò)策略多集中于帶載能力最大化[9-13]（Maximum Torque Capability, MT）與定子銅耗最小化[14-19]（Minimum Loss, ML）。ML策略以故障前后定子合成磁勢(shì)不變?yōu)榧s束條件[14]，通過(guò)控制非故障相電流，使電機(jī)具備故障前的帶載能力，但此時(shí)部分相容錯(cuò)電流幅值往往會(huì)超出額定值，如長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，電機(jī)有進(jìn)一步故障的風(fēng)險(xiǎn)[9]。MT策略則將容錯(cuò)電流值限制在額定值之內(nèi)，以輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)函數(shù)求解容錯(cuò)電流，最大轉(zhuǎn)矩時(shí)各相電流大小相等且等于額定值[11]，既保證了故障后電機(jī)的安全性，又使電機(jī)具備了最大的帶載能力。因此在實(shí)際工程中更多的選用MT策略[11]。

對(duì)于MT策略的研究，文獻(xiàn)[9]和[10]的研究對(duì)象為三套互移π/15電角度的五相繞組構(gòu)成的半對(duì)稱十五相感應(yīng)電機(jī)，當(dāng)某一相發(fā)生缺相故障時(shí)，僅故障相所在的五相繞組參與容錯(cuò)，其余兩套五相繞組保持正常運(yùn)行，這種方式雖未使剩余十四相全部參與容錯(cuò)，但對(duì)于相數(shù)較多的十五相電機(jī)而言，大大簡(jiǎn)化了尋找最優(yōu)目標(biāo)的過(guò)程。文獻(xiàn)[11]使用MT策略實(shí)現(xiàn)了五相感應(yīng)電機(jī)的容錯(cuò)控制，并在全轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)進(jìn)行了優(yōu)化，既保證了電機(jī)具備最大的帶載能力，又優(yōu)化了電機(jī)的運(yùn)行效率，增加了MT策略的實(shí)用性。文獻(xiàn)[12]和[13]分別針對(duì)六相感應(yīng)電機(jī)及永磁電機(jī)，研究了單中性點(diǎn)與雙中性點(diǎn)半對(duì)稱繞組結(jié)構(gòu)的MT容錯(cuò)控制，但并未考慮開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)下電機(jī)的容錯(cuò)性能。

本文針對(duì)單中性點(diǎn)、雙中性點(diǎn)及開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM），以缺相容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)，提出一種適用于不同繞組結(jié)構(gòu)電機(jī)的容錯(cuò)電流計(jì)算通用表達(dá)式。首先建立了六相PMSM數(shù)學(xué)模型，采用d=0的控制方式實(shí)現(xiàn)了電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的矢量控制；其次以缺a1相故障為例，分析單中性點(diǎn)、雙中性點(diǎn)以及開(kāi)端繞組三種結(jié)構(gòu)下六相永磁電機(jī)自由度的損失，并進(jìn)一步對(duì)比三種不同繞組結(jié)構(gòu)下電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩；最后通過(guò)Matlab/Simulink進(jìn)行仿真搭建，驗(yàn)證不同繞組結(jié)構(gòu)下電機(jī)容錯(cuò)性能及容錯(cuò)控制策略的正確性。

1 六相PMSM矢量控制模型

六相PMSM通常采用矢量空間解耦矩陣進(jìn)行坐標(biāo)變換。依據(jù)文獻(xiàn)[14]中關(guān)于解耦矩陣的定義，得到半對(duì)稱六相繞組的矢量空間解耦矩陣為：

式（1）中一、二行對(duì)應(yīng)為基波子空間，三、四行對(duì)應(yīng)為五次諧波子空間，五、六行對(duì)應(yīng)為零序子空間0+-0-。其中，直接參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，并決定圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)；、0+-0-不參與能量轉(zhuǎn)換，僅影響電機(jī)的運(yùn)行性能。

為便于驅(qū)動(dòng)控制，需要將解耦變換后的交流量進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)變換為直流量?？紤]各諧波平面的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為：

通過(guò)式（1）、（2）將六相PMSM從自然坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，可以實(shí)現(xiàn)電感矩陣的完全解耦，解耦后的定子電壓方程為：

式中，永磁體磁鏈向量dq=[ψ0 0 0 0 0]T。

六相PMSM的電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為：

式（3）~（5）即為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下六相PMSM數(shù)學(xué)模型。

2 六相PMSM自由度分析

當(dāng)多相電機(jī)發(fā)生缺相故障時(shí)，通過(guò)重構(gòu)非故障相電流的幅值與相位可以實(shí)現(xiàn)故障電機(jī)穩(wěn)定容錯(cuò)運(yùn)行。以六相PMSM缺一相為例，當(dāng)發(fā)生缺相故障時(shí)，故障相電流為零，非故障的五相電流幅值與相位均可提供一個(gè)自由度進(jìn)行容錯(cuò)控制。MT策略以輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)函數(shù)，轉(zhuǎn)矩最大時(shí)各相電流幅值相等且等于額定值[11]，因此僅剩余非故障相電流相位共五個(gè)自由度可參與容錯(cuò)控制。

在正交靜止坐標(biāo)系下，自由度的損失表現(xiàn)為各諧波平面電流不再相互獨(dú)立，將會(huì)出現(xiàn)非獨(dú)立電流。繞組連接方式的不同，六相PMSM原有的自由度不同，發(fā)生缺相故障后可參與容錯(cuò)的自由度也不同。本文以a1相缺相故障為例，分別對(duì)單中性點(diǎn)、雙中性點(diǎn)以及開(kāi)端繞組三種結(jié)構(gòu)下的六相PMSM自由度依次進(jìn)行討論。

在單中性點(diǎn)、雙中性點(diǎn)及開(kāi)端繞組三種結(jié)構(gòu)下均需要滿足式（6）。

2.1 單中性點(diǎn)

正常運(yùn)行時(shí)，單中性點(diǎn)繞組結(jié)構(gòu)下的六相電流和為零。經(jīng)解耦矩陣變換，在正交靜止坐標(biāo)系下體現(xiàn)為正負(fù)零序電流之和為零，即：

由式（7）可以看出，單中性點(diǎn)繞組連接方式使得兩個(gè)零序電流不再獨(dú)立，即單中性點(diǎn)繞組的六相PMSM只有五個(gè)獨(dú)立電流。

當(dāng)a1相斷路后，剩余五相電流需滿足：

將式（8）代入式（6）進(jìn)行整理，得到電流i、i與0+之間需滿足：

從式（9）可以看出，a1相缺相使得電流0+失去了獨(dú)立性，即缺相故障進(jìn)一步導(dǎo)致自由度的缺失。

綜合式（7）和（9），對(duì)于具有單中性點(diǎn)繞組結(jié)構(gòu)的六相PMSM而言，發(fā)生一相缺相后，僅剩下四個(gè)自由度可以參與容錯(cuò)控制。

2.2 雙中性點(diǎn)

對(duì)于雙中性點(diǎn)繞組結(jié)構(gòu)而言，兩個(gè)中性點(diǎn)各自相互獨(dú)立，需要保證每套三相繞組中的電流和均為零。變換至正交靜止坐標(biāo)系下，正負(fù)零序電流關(guān)系為：

從式（10）可以看出，對(duì)于雙中性點(diǎn)繞組連接的六相PMSM，兩個(gè)零序電流相等且都為零，即雙中性點(diǎn)繞組的六相PMSM只有四個(gè)獨(dú)立電流。

a1相斷路后，剩余五相電流需滿足：

將式（11）代入式（6），得到正交靜止坐標(biāo)系下的各諧波電流關(guān)系為：

由式（12）可知，當(dāng)發(fā)生缺相故障時(shí)，a1相所在的三相繞組中剩余兩相電流都將受到影響，變換到正交靜止坐標(biāo)系下表現(xiàn)為電流i失去了獨(dú)立性。因此，對(duì)于具有雙中性點(diǎn)的六相繞組而言，缺一相容錯(cuò)時(shí)僅有三個(gè)自由度可以獨(dú)立控制。

2.3 開(kāi)端繞組

對(duì)于六相開(kāi)端繞組，每相電流均可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，變換到正交靜止坐標(biāo)系下相應(yīng)的基波及各次諧波電流均相互獨(dú)立。

當(dāng)a1相故障時(shí)，依據(jù)式（6），在正交靜止坐標(biāo)系下受故障影響的電流量i、i與0+具有線性關(guān)系，即：

對(duì)于開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相電機(jī)，缺一相容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，可以獨(dú)立控制五個(gè)電流分量，能最大限度發(fā)揮六相繞組的容錯(cuò)能力。

3 六相PMSM容錯(cuò)電流計(jì)算

在容錯(cuò)運(yùn)行中，為避免過(guò)大的電流導(dǎo)致功率器件或電機(jī)過(guò)熱而引發(fā)進(jìn)一步的故障，需要對(duì)電機(jī)的容錯(cuò)電流進(jìn)行限制，有：

式中，I為額定電流幅值；Iphase為各相容錯(cuò)電流幅值。

為更準(zhǔn)確的描述容錯(cuò)控制時(shí)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，引入文獻(xiàn)[10]中的轉(zhuǎn)矩降額系數(shù)以及電流降額系數(shù)。其中轉(zhuǎn)矩降額系數(shù)（K）用來(lái)表示容錯(cuò)控制前后電磁轉(zhuǎn)矩的降額程度，即：

式中，T表示容錯(cuò)降額運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩；T表示額定電磁轉(zhuǎn)矩。

在d=0的控制方式下，電流降額系數(shù)（K）可表示為：

依據(jù)六相PMSM電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式（5），此時(shí)的K與K滿足以下關(guān)系：

為使容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩最大，就要使轉(zhuǎn)矩降額系數(shù)（K）最大。由式（17）可知，對(duì)于采用d=0控制方式的六相PMSM，保持電流降額系數(shù)（K）最大即可保證輸出轉(zhuǎn)矩最大。

為保證容錯(cuò)電流形成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，消除故障所引起的基波反轉(zhuǎn)磁勢(shì)，因此在兩相靜止坐標(biāo)系下，平面的基波電流需滿足以下形式：

缺相容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，基波電流i、i決定圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，-0+-0-平面的諧波電流則提供額外的自由度進(jìn)行容錯(cuò)控制：

式中，1、2…8為容錯(cuò)電流的待定系數(shù)。若電流為獨(dú)立變量，則值可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩降額系數(shù)（K）最大的要求任意取值；若電流為非獨(dú)立變量，則系數(shù)需依據(jù)約束關(guān)系，由獨(dú)立變量決定。

式（19）即為容錯(cuò)電流計(jì)算的通用表達(dá)式，具體應(yīng)用需要結(jié)合繞組結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體討論。

利用解耦矩陣的逆變換矩陣，將式（18）和（19）變換至自然坐標(biāo)系下可得：

依據(jù)式（20），利用Matlab中的優(yōu)化工具即可求解K的最大值。表1、2、3依次給出了單中性點(diǎn)、雙中性點(diǎn)及開(kāi)端繞組三種結(jié)構(gòu)下所對(duì)應(yīng)的待定系數(shù)及轉(zhuǎn)矩降額系數(shù)K。

表1 單中性點(diǎn)結(jié)構(gòu)下的六相繞組容錯(cuò)參數(shù)

表2 雙中性點(diǎn)結(jié)構(gòu)下的六相繞組容錯(cuò)參數(shù)

表3 開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)下的六相繞組容錯(cuò)參數(shù)

將表1、2、3中的容錯(cuò)參數(shù)依次代入式（20）即可求解三種中性點(diǎn)結(jié)構(gòu)下的容錯(cuò)電流。

單中性點(diǎn)繞組結(jié)構(gòu)的各相容錯(cuò)電流為：

雙中性點(diǎn)繞組結(jié)構(gòu)的各相容錯(cuò)電流為：

開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)電流為：

不同繞組連接方式下的容錯(cuò)電流向量圖如圖1所示。其中，圖1（a）、（b）、（c）依次為單中性點(diǎn)，雙中性點(diǎn)及開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)下的容錯(cuò)電流。

圖1 不同繞組連接方式下的容錯(cuò)電流向量圖

值得說(shuō)明的是，以上均是以a1相故障為例，對(duì)不同繞組結(jié)構(gòu)的六相PMSM容錯(cuò)電流進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)其他相發(fā)生缺相故障時(shí)，需根據(jù)受影響的電流分量重新確定式（6），按照中性點(diǎn)的連接方式計(jì)算相應(yīng)的值。

4 六相PMSM容錯(cuò)控制的實(shí)現(xiàn)

圖2給出了六相PMSM容錯(cuò)控制框圖。為使容錯(cuò)控制在正常運(yùn)行控制的基礎(chǔ)上盡可能少的改動(dòng)，圖2（a）所示的基波平面q軸電流僅乘以降額系數(shù)K即可；諧波平面電流需增加一個(gè)電流計(jì)算模塊，如圖2（b）所示，依據(jù)式（19）計(jì)算各諧波平面下的電流給定值。由于及0+-0-電流分量在容錯(cuò)時(shí)不為圓形軌跡，這里采用雙PI控制器對(duì)正負(fù)序分量進(jìn)行分別控制，如圖2（c）所示，正常運(yùn)行時(shí)則無(wú)需控制負(fù)序分量。其中，六相PMSM容錯(cuò)控制的總框圖如圖3所示。

圖2 六相PMSM容錯(cuò)控制框圖

圖3 六相PMSM容錯(cuò)控制總框圖

5 仿真驗(yàn)證

基于Matlab/Simulink建立三種繞組連接方式下統(tǒng)一的六相PMSM容錯(cuò)控制系統(tǒng)，如圖3所示。由于MT策略在容錯(cuò)前后不改變電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，因此六相PMSM正常運(yùn)行、缺相運(yùn)行及容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)具有相同的電機(jī)模型。三種繞組結(jié)構(gòu)下的六相PMSM正常運(yùn)行時(shí)，雙PI控制器無(wú)需控制負(fù)序分量，式（19）中各諧波電流指令均為零；容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，雙PI控制器需控制負(fù)序分量，并依據(jù)表1、2、3給予不同的電流指令。仿真所使用的六相PMSM的具體參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 六相PMSM參數(shù)

5.1 正常運(yùn)行

圖4為正常運(yùn)行時(shí)六相PMSM帶額定負(fù)載并穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速1000r/min時(shí)的仿真波形。從圖4可以看出，六相電流為標(biāo)準(zhǔn)正弦量且穩(wěn)定在額定值，平面下的電流軌跡為標(biāo)準(zhǔn)圓形，這保證了相電流可以合成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，同時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同樣穩(wěn)定在各自的額定值。

5.2 缺a1相故障運(yùn)行

六相PMSM帶額定負(fù)載并穩(wěn)定于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使a1相電流為零進(jìn)而模擬斷相故障。從圖5可以看出，故障運(yùn)行時(shí)，各相電流的幅值與相位均發(fā)生了較大的變化，部分電流超過(guò)了額定值，電機(jī)有進(jìn)一步故障的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)平面下的電流軌跡畸變?yōu)闄E圓形，產(chǎn)生了基波反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，這使電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了2倍頻脈動(dòng)。

5.3 缺a1相容錯(cuò)運(yùn)行

圖6所示為單中性點(diǎn)繞組結(jié)構(gòu)的六相PMSM容錯(cuò)運(yùn)行仿真結(jié)果。從圖6可以看出，剩余的五相電流幅值均相等且為額定值，平面下的電流軌跡恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)圓形，消除了缺相引起的基波反轉(zhuǎn)磁勢(shì)，也進(jìn)一步抑制了電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，其中電磁轉(zhuǎn)矩降額到額定值的0.6944倍，與表1分析結(jié)果一致。

具有雙中性點(diǎn)繞組結(jié)構(gòu)的六相PMSM容錯(cuò)運(yùn)行仿真結(jié)果如圖7所示。平面的電流軌跡同樣恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)圓形，由于容錯(cuò)時(shí)自由度較少，電磁轉(zhuǎn)矩降額為額定值的0.5773倍，降額比較嚴(yán)重。

圖8為具有開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相PMSM容錯(cuò)運(yùn)行仿真結(jié)果。平面電流軌跡同樣恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)圓形，剩余五相容錯(cuò)電流幅值相等且為額定值，電磁轉(zhuǎn)矩降額為額定值的0.8057倍。相比于以上兩種繞組連接方式，開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相PMSM在容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)具有最大的電磁轉(zhuǎn)矩。

6 結(jié)論

本文針對(duì)于單中性點(diǎn)、雙中性點(diǎn)及開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相永磁同步電動(dòng)機(jī)，提出一種適用于不同繞組結(jié)構(gòu)電機(jī)容錯(cuò)電流計(jì)算的通用表達(dá)式。在正交靜止坐標(biāo)系下，利用矢量空間解耦矩陣對(duì)三種結(jié)構(gòu)下的電機(jī)自由度進(jìn)行了分析，計(jì)算出相應(yīng)的容錯(cuò)電流及轉(zhuǎn)矩降額系數(shù)，并給出統(tǒng)一的控制結(jié)構(gòu)。通過(guò)Matlab/Simulink，建立六相永磁同步電機(jī)的容錯(cuò)仿真模型，驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的正確性。通過(guò)對(duì)比三種繞組結(jié)構(gòu)下六相永磁同步電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行的輸出轉(zhuǎn)矩，可以看出，開(kāi)端繞組結(jié)構(gòu)的六相永磁電機(jī)容錯(cuò)性能最好，輸出轉(zhuǎn)矩最大，單中性點(diǎn)及雙中性點(diǎn)結(jié)構(gòu)則會(huì)額外損失自由度，從而降低帶載能力。

[1] 陶濤, 等. 多相電機(jī)容錯(cuò)控制及其關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2019, 39(2): 316-326．

[2] 周荔丹, 等. 多相永磁同步電機(jī)控制及風(fēng)電應(yīng)用綜述[J]. 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化, 2016, 38(1): 7-15.

[3] 劉自程, 等. 船舶電力推進(jìn)中十五相感應(yīng)電機(jī)同軸運(yùn)行及容錯(cuò)控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(3): 65-74.

[4] 匡志, 等. 十五相永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制與容錯(cuò)運(yùn)行[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(13): 2734-2743.

[5] 魏永清, 等. 十二相永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(21): 4467-4473.

[6] 劉自程, 等. 多相電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究綜述[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(24): 17-29．

[7] Duran M J, Barrero F. Recent advances in the design, modeling, and control of multiphase machines: Part II[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 63(1): 459-468．

[8] 於鋒, 程明, 夏子朋, 等. 3種諧波電流注入模式下的磁通切換永磁電機(jī)缺相容錯(cuò)控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2016, 36(3): 836-844.

[9] 鄭曉欽, 等. 十五相感應(yīng)電機(jī)不對(duì)稱缺相容錯(cuò)運(yùn)行控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2016, 38(4): 1212-1221.

[10] 劉海濤, 等. 適用于多種缺相故障的十五相感應(yīng)電機(jī)統(tǒng)一容錯(cuò)控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2019, 39(2): 327-336.

[11] 劉海濤, 等. 五相感應(yīng)電機(jī)缺相容錯(cuò)運(yùn)行的全轉(zhuǎn)矩范圍效率優(yōu)化控制策略[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2020, 40(5): 1642-1652.

[12] Che H S, et al. Postfault Operation of an Asymmetrical Six-Phase Induction Machine With Single and Two Isolated Neutral Points[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, 29(10): 5406-5416.

[13] 周長(zhǎng)攀, 等. 基于正常解耦變換的雙三相永磁同步電機(jī)缺相容錯(cuò)控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(3): 86-96.

[14] 王海兵. 雙三相永磁同步電機(jī)高性能調(diào)速系統(tǒng)及容錯(cuò)運(yùn)行研究[D]. 浙江大學(xué), 2017.

[15] 於鋒. 九相磁通切換永磁電機(jī)系統(tǒng)及容錯(cuò)控制研究[D]. 東南大學(xué), 2016.

[16] 趙美玲, 全力, 張超, 等. 基于銅耗最小的五相永磁同步電機(jī)單相斷路故障解耦容錯(cuò)控制[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用, 2017, 44(12): 126-133.

[17] 周華偉, 等. 五相圓筒永磁電機(jī)統(tǒng)一容錯(cuò)矢量控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2019, 39(5): 1479-1488.

[18] Jiawei Sun, et al. An Online Global Fault-tolerant Control Strategy for Symmetrical Multiphase Machines with Minimum Losses in Full Torque Production Range[J]. IEEE Transactions on Power Electronics , 2020, 35(3): 2819-2830.

[19] 彭忠, 等. 基于虛擬繞組和全階觀測(cè)器的五相感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器容錯(cuò)控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2018, 33(21): 4949-4961.

The MT Fault Tolerant Control of Six-phase Permanent Magnet Synchronous Motor with Different Winding Connection Modes

LI Xiudong, ZHENG Xiaoqin

(College of Electrical Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, China)

The degree of freedom makes the multi-phase motor have excellent fault tolerance. In this paper, aiming at the single neutral point, double neutral point and starting winding structure of the six-phase permanent magnet synchronous motor, a general expression for the calculation of fault-tolerant current applicable to the motors with different winding structure is proposed in order to maximize the output torque when running without phase tolerance. Based on the analysis of the degree of freedom of the six-phase permanent magnet synchronous motor in the state of a1phase fault, the fault-tolerant currents of different stator windings are calculated, and the corresponding control methods are given. Compared with the load capacity of three kinds of motors with different winding structure, the output torque of phase fault tolerant of the starting winding structure is the largest. The six-phase permanent magnet synchronous motor model and its control system were established by using Matlab/Simulink, which verified the validity of the calculated results.

six-phase PMSM; degree of freedom; winding structure; fault-tolerant control

TM341

A

1000-3983(2021)01-0001-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51907093）；山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ZR2019BEE009）

2020-07-21

李修東（1997-），青島大學(xué)電氣工程專業(yè)碩士研究生，從事多相永磁同步電機(jī)容錯(cuò)控制方面的研究工作。