论文部分内容阅读
模块化电机采用周向排列的空间结构,4个子电机虽然共用转子,但是每个子电机由独立的变频器控制。当一套子电机驱动系统发生故障时仍具有较好的容错能力,因此在电动汽车领域具有广阔的前景。本文针对模块化轮毂电机的特点,分析模块化电机正常工作时各个子电机的转矩分配系数,针对轮毂电机恶劣工作环境造成的散热困难问题,控制时采用损耗最小控制降低散热压力,并针对模块化电机要求高容错性运行的需求,将三相四桥臂容错拓扑和子电机中线互连容错拓扑加入到模块化电机驱动系统中,通过对比选出最适合模块化电机的容错拓扑结构。首先,针对模块化电机各个子电机可独立控制的特点,并结合不对称磁拉力,给出各子电机的匹配方式。为了实现损耗最小控制,借鉴永磁同步电机损耗模型的数学公式,建立了模块化电机的损耗模型和单相开路故障模型。为了精确反映模型中的电机铁损,用FLUX软件计算出电机空载时铁损与速度的关系,拟合出不同速度下的铁损电阻。同时针对电机驱动系统最常出现的电机绕组开路和逆变器功率器件开路问题,分别进行建模和仿真。然后,为了合理控制模块化电机各子电机间的转矩,并将损耗最小控制应用到子电机上。推导出使模块化电机效率最优时的转矩分配系数,并结合FLUX软件,将2模块和4模块运行时的效率进行对比。结合电动车起步加速、低速运行和高速运行等工况,通过损耗最小控制策略和id=0控制策略对比分析,得出损耗最小控制适用的速度范围。结合电机实际运行中铜损和铁损电阻随环境变化等因素,在人为加入扰动后证明算法具有较强的鲁棒性。最后,为了实现模块化电机的容错控制运行。结合模块化电机各子电机可独立进行控制的特点,根据模块化电机系统故障时的容错运行特征,选择合适的容错电路拓扑和控制策略。分别对三相四桥臂冗余容错结构和子电机中线互连容错拓扑及控制方法进行理论分析、仿真和实验验证。在容错运行时,为了避免转矩均分时故障子电机发热严重的问题,基于各绕组发热相等的原则,推导故障时的转矩分配系数。通过从成本,故障模块对健康模块的影响等方面进行对比,得出最适合的容错方案。