卧龙电驱取得电机专利，有效解决三相永磁同步电动机的制造成本较高的问题

金融界2024年5月30日消息，据国家知识产权局公告，卧龙电气驱动集团股份有限公司、卧龙电气（上海）中央研究院有限公司以及浙江龙创电机技术创新有限公司共同取得一项名为“电机“的专利，授权公告号CN221042426U，申请日期为2023年10月。

专利摘要显示，本申请公开了一种电机，包括：电机轴；转子组件和定子组件，定子组件的至少部分套设在转子组件上，转子组件包括导磁本体和转子铁芯，转子铁芯套设在电机轴上，导磁本体位于转子铁芯远离电机轴的一侧；导磁本体为多个，多个导磁本体沿转子铁芯的周向方向依次设置；其中，各个导磁本体为铜板结构。该专利解决了现有技术中的三相永磁同步电动机的制造成本较高的问题。

本文源自金融界

东北石油大学科研团队提出一种双三相永磁同步电机容错控制策略

针对传统的PI控制器在双三相永磁同步电机容错控制系统中存在响应速度慢及谐波电流大的问题，东北石油大学电机运动控制研究团队提出了一种基于电流预测及谐波抑制的双三相永磁同步电机容错控制策略，在基波子平面的电流环中引入无差拍控制器以提高系统的动态响应速度，同时在谐波子空间引入比例谐振控制以抑制谐波的影响，仿真验证了该方法的有效性。

研究背景

相较于传统的三相永磁同步电机，双三相永磁同步电机在提供大功率、减小转矩波动以及容错控制方面具有更大的优势，使得其适用于电动汽车、船舰船舶、航天航空以及国防安全等可靠性较高的场合。但双三相永磁同步电机发生断相故障后，如不采取必要的容错控制手段，将会造成电机控制系统的输出功率大幅度下降，严重情况下甚至会引起火灾事故。

论文所解决的问题及意义

传统的PI控制器在双三相永磁同步电机容错控制系统中虽然可以实现稳定运行，但仍然存在响应速度慢及谐波电流大的问题。通过引入电流预测控制以及比例谐振控制，能够有效的改善电机运行过程中存在的问题。及时可靠的容错控制策略能够在电机发生断相故障时继续保持稳定运行，提高了整个电机系统的可靠性与安全性。

本文在基于传统PI控制器的DTP-PMSM容错控制策略的基础上，考虑DTP-PMSM控制系统在一相断相后的动态响应能力和谐波抑制能力，提出在基波平面引入无差拍控制器，用于提高系统动态响应能力，在谐波平面引入PR控制器，用于抑制谐波电流，并在仿真试验中验证该控制策略的有效性。

论文方法及创新点

1）无差拍电流预测控制及谐波抑制策略

为了提高电流内环的跟随性能，设计将无差拍电流预测控制器代替PI控制器，以定子电流作为状态变量，由一阶欧拉离散方法，可得k时刻的电流预测模型，由于采样时间很短，可以将k时刻的电流给定值近似等价为k+1时刻的期望值，再采样出kT时刻的电流值，即可计算出当前时刻应施加的电压参考值。利用SVPWM或SPWM调制方法合成电压参考值，在理想情况下，k+1时刻输出的电流实际值即为电流给定值，使输出电流无差拍跟随电流给定值。

为了抑制谐波平面中谐波电流对系统运行的影响，引入准比例谐振控制器代替PI控制器。ωc的引入可以在不影响谐振点处增益下改善调节器的带宽，当ωc取值越小时，基波频率处的增益变大，频带范围会变小，也说明了ωc对信号具有良好的选择性，可以有效抑制谐波分量。

本文在回顾和总结前人工作的基础上，结合了无差拍电流预测控制和比例谐振控制，构建了一个基于无差拍电流预测控制与比例谐振控制的双三相永磁同步电机容错控制系统，与传统的PI矢量控制相比，将基波平面电流内环改为无差拍电流预测控制，将谐波平面电流环改为PR控制。所提方法的控制框图如图1所示：

图1 基于电流预测及谐波抑制的DTP-PMSM容错控制框图

2 仿真结果分析

通过matlab/simulink仿真平台搭建了基于电流预测及谐波抑制的双三相永磁同步电机容错控制仿真。

在F相断相的基础上，0.1s之前空载运行，在0.1s时增加100 N·m负载，在0.2s时将负载转矩减少至50N·m，分别给出基于传统PI控制的DTP-PMSM降维容错控制（方法一）和基于无差拍电流预测控制的DTP-PMSM降维容错控制（本文方法）的对比仿真。

图2是两种控制方法对应的转速仿真波形，图2（a）为方法一对应的转速波形，图2（b）为本文方法对应的转速波形。由图可以看出，本文方法的波形相较于方法一的波形，在整个电动机运行的过程中，都能保持较好的平滑度，转速的波动较小，具有更加优异的控制性能。

图2 两种控制方法对应的转速仿真波形

图3是两种控制方法对应的电磁转矩仿真波形，图3（a）为方法一对应的电磁转矩波形，图3（b）为本文方法对应的电磁转矩波形。由图可以看出，转矩稳定后，方法一的转矩波动为4N·m而本文方法为2N·m，电动机运行过程时，本文方法都能保持较低的转矩脉动，具有更快的动态响应能力。

图3 两种控制方法对应的电磁转矩仿真波形

在谐波子空间分别使用PI控制和PR控制方法对应的A相电流傅里叶分解波形，谐波子空间采用PI控制时的傅里叶分析结果，此时总谐波失真为11.66%，谐波子空间采用PR控制时的傅里叶分析结果，此时总谐波失真为6.73%，可以得到采用PR控制使谐波总谐波失真减小了4.93%，有效的降低谐波电流的影响。

结论

研究者提出一种基于电流预测及谐波抑制的DTP-PMSM容错控制算法，电机在发生单相断线故障后，能够继续保持稳定运行，此时电机的转速、五相定子电流、电磁转矩都具有较快的动态响应能力，且由傅里叶分析结果可得此时具有较低的总谐波失真。所提出的容错控制方案可以在电机断相后保持稳定运行，且较传统的PI控制相比具有较高的动态响应能力和较好的谐波抑制效果。

团队介绍

东北石油大学故障诊断与智能控制研究团队长期致力于电机运行与智能控制、电力系统及其自动化与智能控制、维纳光纤传感和油气信息采集与电控等方向开展了基础研究和工程应用。在电机与电力系统方面，结合电力电子功率变换技术和智能优化调控技术，在三相电机的无传感器控制、多相电机的容错控制、MMC低频运行控制、电力系统新能源与智能控制、电能质量分析和小电流接地故障诊断等研究。

该团队完成了国家863项目、黑龙江省和海南省重点研发项目，中国石油和中海油科技攻关项目等30余项，团队已发表国际知名SCI期刊论文70多篇，其中含10余篇IEEE Transactions汇刊论文和中科院二区以上论文；获授权发明专利20多项，获省部级科技奖励10余项。

刘伟，博士，教授，博士生导师。主要研究方向为故障诊断与监测系统、电机运行与智能控制、电力系统及其自动化与智能控制和油气信息采集与电控等方向。

刘磊，硕士研究生，研究方向为双三相永磁同步电机容错控制。

本工作成果发表在2023年第7期《电气技术》，论文标题为“基于电流预测及谐波抑制的双三相永磁同步电动机容错控制研究”，作者为刘伟、刘磊。本工作得到国家自然科学基金项目的支持。

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