电动车用四相容错永磁同步电动机的研究-电气工程及其自动化专业论文.docxVIP

Classified Index: TM359.4 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON A 4-PHASE FAULT-TOLERANT PMSM FOR ELECTRIC VEHICLE APPLICATIONS Candidate： Wang Haipeng Supervisor： Associate Prof. Liu Yong Vise- Supervisor Prof. Zheng Ping Academic Degree Applied for： Master of Science in Engineering Speciality： Electric Engineering and Automation Affiliation： School of Electric Engineering and Automation Date of Defence： July, 2012 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - - I - 摘 要 随着电动汽车在各国不断受到重视，作为其关键部件的驱动电机的可靠性 已成为关键问题。多相永磁电机除了具有功率密度高和效率高等适合汽车应用 的特点外，自身还具有故障隔离功能，此外通过一定的容错控制策略可实现容 错状态下的运行，是未来纯电动汽车用电机的不二选择。本文旨在研究一种四 相容错永磁同步电机，使电机在一相短路和一相开路的情况下仍能输出正常的 转矩。 文章首先分析了多相容错电机的要求，并制定了设计原则，其后对电机的 设计方案进行选择，最终确定了采用隔齿绕制的分数槽集中绕组的 16 槽 14 极 的四相永磁容错电机。分析了此种电机的绕组磁动势，进行了谐波分析。 其后通过传统的路算法计算出电机的初始模型，并对初始模型进行了有限 元仿真分析。进一步通过极弧系数优化和永磁体偏心的策略改善了反电势波形， 最终确定了极弧系数 0.7，永磁体高度差 1.5mm 的方案，得到了较为正弦的磁 势波形，畸变率仅为 5.6%。 最后运用有限元方法，用 Flux 和 matlab 对电机的故障状态进行联合仿真。 针对电机的一相和两相开路状态，比较了磁势不变原则和功率不变原则下两种 电流控制策略的优劣。对一相端部短路的情况进行仿真，验证了电机抑制短路 电流的能力。 通过分析，可知设计的电机基本能达到设计要求，并具有一定的容错能力。 关键词：电动车；多相电机；容错；有限元；故障分析。 - - II - Abstract As electric vehicles gain world- wide popularity, it’s necessary that EVs have a high reliability. The mult i- phase machine, with its high power density and efficiency, is suitable for electric vehicle applications. What’s more, the multi-phase machine is capable of faut-tolerance once properly designed. This paper focuses on the research on a 4-phase faut-tolerant PMSM motor, which is able to produce the same torque as before faulted for a period of time. First of all, his paper lists the requiements of multi-phase faut- tolerant PMSM machines and their desigh priciples. With necessary analysis, this paper arrives at a 14 slots/16 poles 4-phase faut- tolerant PMSM, where fractional- slot concentrated windings are applied. EMF of the windings are analysed and harmonic waves are given. Then, a model is designed