无轴承开关磁阻电机容错运行控制的基础研究

本项目以无轴承开关磁阻电动机及其发电机为研究对象，研究其在故障运行状态下的悬浮机理与容错运行控制方式，以期从提高系统可靠性和运行稳定性角度构造具有强容错性能的无轴承电机，以进一步推动其在高速及恶劣工况下的机电能量转换场合中的应用。具体研究内容包括：运用场路结合方法建立无轴承电机的容错运行数学模型，探索其容错运行状态下的悬浮机理；研究提高容错运行时的输出功率的方法，以降低故障对电机输出性能的影响；对比研究无轴承电机在正常运行和容错运行两种不同工作状态下的运行性能的变化，从而以不同的优化目标探索其容错运行控制策略；探索适于高速、容错运行的容错型无轴承电机的本体结构，研究其悬浮机理和容错运行控制方法；研制实验样机，探索和实现无轴承开关磁阻电机的高速、强容错运行。本研究结合高速性和强容错性的需求，研究无轴承开关磁阻电机的容错运行控制技术，为拓宽无轴承电机的应用领域和推动其实用化奠定基础。

本课题将开关磁阻电机的容错运行能力与无轴承电机技术相结合，研究了无轴承开关磁阻电机（BSRM）的容错运行控制技术。主要研究内容包括：建立了双绕组BSRM缺相运行时的数学模型，研究其转矩优化控制策略和悬浮力补偿控制策略；研究双绕组BSRM绕组短路故障时的短路电流模型、径向力和转矩模型，确立了径向力补偿绕组选取原则，实现绕组短路故障下的悬浮运行；针对单绕组BSRM，研究了不同绕组开路故障以及绕组短路故障时的悬浮力补偿原则及其控制策略；在考虑双相耦合的基础上，建立两相多齿极同时导通的电机数学模型，研究了BSRM故障运行时的电磁力分布特性；为进一步提高BSRM运行性能，提出BSRM直接转矩和直接悬浮力控制方法，能够有效降低转矩脉动和悬浮力波动。