关键词：纯电动汽车;;单双层混合式绕组;;绕组开路故障;;容错控制;;匝间短路
摘 要：21世纪以来,传统燃油汽车带来的一系列环境污染和能源浪费等问题已经不容忽视,发展新能源汽车刻不容缓。在新能源汽车中,纯电动汽车由于具备零排放和零污染的优点而备受社会关注。对于纯电动汽车而言,电机及其驱动控制系统的可靠性是其重点考核指标,该指标关系到车辆及车内人员安全。与传统的三相电机相比,多相容错电机由于具备容错能力强和功率密度高的特点已成为纯电动汽车驱动用电机的理想选择。本文重点研究了单双层混合式分数槽集中绕组五相永磁同步电机的结构特点、优化设计和容错控制策略,具体工作如下:首先,对单双层混合式分数槽集中绕组方案进行了研究。结合纯电动汽车应用背景,首先对模块化多相永磁同步电机的绕组需求进行了分析,在单层和双层分数槽集中绕组方案的研究基础上,对一种单双层混合式分数槽集中绕组方案进行了研究,验证了该方案的磁隔离性能和模块化设计可行性,并与单层和双层绕组方案进行了对比分析。其次,设计并优化了模块化五相容错永磁同步电机。对于定子结构而言,针对模块化五相容错永磁同步电机的特殊结构,确定了其极槽匹配选取原则;为提高绕组因数,优化了双层绕组槽及单层绕组槽中心轴线所跨机械角度;为抑制端部短路电流,提高电磁性能,对双层绕组槽和单层绕组槽的槽口宽度进行了优化。对于转子结构而言,研究了电机极弧系数对电磁性能的影响,并选取了最佳的极弧系数。为了减少永磁体的涡流损耗从而提高电机的效率,对永磁体进行分块处理。再次,研究了模块化五相永磁同步电机在绕组开路故障状态下的容错运行性能,针对一相绕组开路、相邻两相绕组开路以及不相邻两相开路三种不同的故障情况,根据是否约束中性点电流为零推导基于磁动势不变原则和功率不变原则的容错电流表达式,并采用有限元法对不同容错运行电流下的转矩输出特性进行分析。最后,针对匝间短路故障,建立了匝间短路等效电路模型并通过磁路法计算短路绕组和剩余绕组的电感参数,根据电路理论计算短路绕组电流,并与有限元仿真结果进行了对比分析,从而验证该方法分析绕组匝间短路电流的有效性。为探究不同匝间短路故障情况对电机输出转矩的影响,采用有限元法研究了不同匝间短路故障情况下的转矩输出特性。
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