电动汽车用五相永磁同步电机驱动控制技术研究

作     者：李臣学 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊英;俞志君

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：五相电机 弱磁控制 匝间短路 故障检测 转矩脉动抑制 

摘      要：目前,能源缺乏、环境污染的问题越发严重,电动汽车以其环保、节能等优势而得到迅猛发展,电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件,其中永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高、功率密度大、调速范围宽的特征,是当下电动汽车动力输出的首选方案。本文研究用的五相内置式永磁同步电机(IPMSM)更是具有易于实现大功率驱动、系统整体可靠性高以及输出力矩脉动小的优势,使其成为当下研究的热点。本文首先阐述了课题的研究背景及其意义,介绍了目前多相容错电机、五相永磁电机弱磁控制以及匝间短路故障的研究现状;对文中的研究对象五相IPMSM的结构、原理及其特性作了简要的分析,同时构建了五相电机的驱动控制系统,并建立电机五相静止坐标系下及两相旋转坐标系下的数学模型。其次,论文对基于直接转矩(DTC)调制下的弱磁控制策略进行了研究,可抑制五相驱动系统中的三次谐波电压,实现基速以下恒转矩,基速以上恒功率控制;同时对基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)下的弱磁控制策略进行研究,采用最近四矢量法构建调制模块,实现低速大转矩、宽调速范围的控制目标,并对比了两种调制方法下弱磁控制的电机运行性能。然后,论文对电机定子绕组中发生的匝间短路故障进行了分析,构建故障下的数学模型,利用故障后估算转矩与实际转矩出现的误差,建立匝间短路故障诊断策略,验证了在电机变速、变载、缺相以及单管故障条件下诊断策略的有效性,实现故障的准确检测,降低误判的概率。再次,针对开绕组情况下的匝间短路故障情况,利用故障后出现的零序电流分量的幅值和相位与故障后的匝比、短路电阻之间的理论关系,估算出不可测的短路匝比以及短路电阻;同时分析了匝间短路故障后的转矩脉动,提出电流补偿法,构建虚拟故障相,利用估算出的短路匝比以及短路电流来抑制转矩脉动。最后,论文基于Matlab/Simulink建立五相电机驱动系统的仿真模型,以及基于dSPACE1104控制器构建该电机实验验证平台,对电机的弱磁运行、匝间短路故障诊断、匝间短路故障严重程度分析以及故障后转矩脉动抑制进行了仿真分析和实验验证。