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新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效電安全與轉(zhuǎn)矩安全分析

文檔作者：茍亞鳳鐘再敏王心堅(jiān) 王業(yè)勤文檔來(lái)源：同濟(jì)大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月27日
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22
觸持電棚 2013年第41卷第11期
新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效電安全與轉(zhuǎn)矩安全分析
茍亞鳳，鐘再敏，王心堅(jiān)，王業(yè)勤
(同濟(jì)大學(xué)，．卜海201804)
摘要：對(duì)}1前新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效的電安全問(wèn)題、轉(zhuǎn)矩安全問(wèn)題及企業(yè)與研究人員提出的相應(yīng)解決
力’案進(jìn)行了簡(jiǎn)單分忻 j闡述。提出一種以可控磁通永磁 步電動(dòng)機(jī)為核心的電安全問(wèn)題及轉(zhuǎn)矩安全問(wèn)題的解決
方案，利刖仿真軟件建立可控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)的有限元模型及電機(jī)控制模型，對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能及失效狀態(tài)
安全性能進(jìn)行了仿真分析，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)與失磁狀態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行r仿真分析。仿真分析表明了方案的
有效性
關(guān)鍵詞：新能源汽下；電安全；轉(zhuǎn)矩安全；町控磁通；永磁同步電動(dòng)機(jī)
中圖分類(lèi)號(hào)：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7018(2013)11-0022-05
Analysis of Electrical Safety and Torque Safety in Failure M ode of
the Electric Drive System for Clean Energy Vehicles
GOU Ya ng，ZHONG Zai-min，WANG Xin-jian，WANG Ye—qin
(Tongji University，Shanghai 201804，China)
Abstract：The potential issues ot electrical satety and torque safety in new clear vehicles were analyzed，the variuus s()一
lutions proposed by domestic and foreign scholars and corporations were described，and a solution with controllable—flux per—
nlanent magnet synchronous motor(PMSM)as the e—drive motors was proposed．A simulation software was used to estab—
lish the finite element model of controllable—flux PMSM and the control model，then the simulation with the motor drive per—
formance in drive mode and safety performance in the failure nlode was done．The state transitions between motor S drive
mode and motor s failure mode were analyzed．The results show an effective solution．
Key words：(：lear energy vehicles；electrical safety；torque safety；eontrollable flux；PMSM
0引 言
汽車(chē)的安全問(wèn)題由來(lái)已久，在傳統(tǒng)汽車(chē)中，汽車(chē)
的主動(dòng)安全技術(shù)與被動(dòng)安全技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成
熟，宋曉琳 與Andreas Raith【21分別提出主被動(dòng)安
全方案與主被動(dòng)安全集成方法。新能源汽車(chē)采用了
可能危及生命及車(chē)輛安全的高電壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，新
能源汽車(chē)的安全性主要包含一個(gè)方面 ：結(jié)構(gòu)安
全、高壓安全與化學(xué)安全。葉子波 進(jìn)行了混合動(dòng)
汽車(chē)碰撞的結(jié)構(gòu)安全研究；李向榮 與潘瑤 分
別進(jìn)行了燃料電池汽車(chē)正面與側(cè)面碰撞的結(jié)構(gòu)安全
研究；朱建新 對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電安全的診斷與控制策
略進(jìn)行J，研究；劉碧軍 進(jìn)行了電動(dòng)汽車(chē)高壓電安
全測(cè)試系統(tǒng)研究。本義主要研究?jī)?nèi)容為以永磁電機(jī)
為核心的新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)失效狀態(tài)下的引發(fā)的安
全問(wèn)題。
以電機(jī)為核心的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是新能源汽車(chē)的關(guān)
鍵部件，永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性好、效率高，是
目前新能源汽車(chē)車(chē)用電機(jī)的主流。但是由于永磁同
收稿[I期：2013—03—07
基金項(xiàng)日：973計(jì)劃項(xiàng)}{(2011CB711205)
步電動(dòng)機(jī)存在反電動(dòng)勢(shì)，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)正比于電機(jī)
的轉(zhuǎn)速，特別是在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效的狀況下，高速旋
轉(zhuǎn)的電機(jī)存在很高的反電動(dòng)勢(shì)。如圖l所示，由于
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中存在儲(chǔ)能元件濾波電容，即使在繼電
器斷開(kāi)蓄電池之后，驅(qū)動(dòng)側(cè)的高壓系統(tǒng)還有高 存
在，并且高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)通過(guò)六
個(gè)二極管對(duì)電容進(jìn)行充電，這樣驅(qū)動(dòng)側(cè)的高壓系統(tǒng)
的高壓在車(chē)輛系統(tǒng)失效的情況下存在安全隱患。歐
盟的Economic and Social Council提出新能源車(chē)輛碰
撞標(biāo)準(zhǔn)，要求發(fā)生碰撞后高壓系統(tǒng)L的電壓應(yīng)該小
于30 V(AC)或者60 V(DC) 。
繼電器
蓄電
圖1 永磁l刮步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，J 恩圖
永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身失效后(電機(jī)干甘
問(wèn)短路、控制器失效等)，如果電機(jī)存在轉(zhuǎn)速，則電
機(jī)本身會(huì)產(chǎn)生較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩則對(duì)車(chē)
輛的穩(wěn)定運(yùn)行造成很大影響，從而存在轉(zhuǎn)矩安全M
題。圖2、圖3分別表示某電機(jī) 相短路及某兩相
茍亞盡等 新能源汽車(chē)電驅(qū)
微持電棚 2013年第41卷第11期
短路時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化曲線。
圖2 電機(jī)三相短路時(shí) 圖3 電機(jī)某兩相短路時(shí)
轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線
寶馬 等公司和一些公交大巴¨ 都采用了以
鑄鋁的籠型轉(zhuǎn)子或者繞線型轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)作為
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方案；大陸公司¨ 提出了用電勵(lì)磁同步
電動(dòng)機(jī)作為車(chē)用電機(jī)的方案；國(guó)內(nèi)外的學(xué)者提出了
以開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)作為車(chē)用電機(jī)的方案 H 。這
樣即使車(chē)輛系統(tǒng)發(fā)生失效，一旦關(guān)閉逆變器及勵(lì)磁
電路等，異步電動(dòng)機(jī)、電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻
電動(dòng)機(jī)都不會(huì)在定子產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也沒(méi)有制動(dòng)
轉(zhuǎn)矩問(wèn)題，但是這三種電機(jī)的效率、功率密度等方面
都低于永磁同步電動(dòng)機(jī)；并且異步電動(dòng)機(jī)的低速高
轉(zhuǎn)矩起動(dòng)性能較差，功率因數(shù)低；電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)
的電刷與集電環(huán)存在可靠性問(wèn)題；開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)
的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象較大，雙邊凸極結(jié)構(gòu)也存在可靠性
問(wèn)題 。
其中博世一聯(lián)合汽車(chē)電子公司提出電機(jī)側(cè)與輪
邊側(cè)增加爪型離合器方案¨ ，在必要的時(shí)候能將電
機(jī)與整車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)路徑脫開(kāi)，如圖4所示。在車(chē)
輛系統(tǒng)失效后，將電機(jī)三相線通過(guò)下橋臂短路，同時(shí)
通過(guò)離合器將電機(jī)側(cè)與車(chē)輪側(cè)的傳動(dòng)鏈分離，從而
同時(shí)保證車(chē)輛系統(tǒng)的電安全及避免電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)
整車(chē)安全性的影響。但在電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)突然進(jìn)行短
路的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很大的定子沖擊電流，如果該電流
加到電機(jī)的d軸(且為一ld)，電機(jī)中的永磁材料有可
能會(huì)有退磁的危險(xiǎn)。
蓄電池
一 —J絲型墨l
圖4 博世一聯(lián)合汽車(chē)電子公司增加離合器傳動(dòng)方案示意圖
通過(guò)以上分析，針對(duì)新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)失效的
安全問(wèn)題，本文提出一種以可控磁通永磁同步電動(dòng)
機(jī)為核心的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?？煽卮磐ㄓ来磐诫妱?dòng)機(jī)
有兩種工作狀態(tài)：驅(qū)動(dòng)狀態(tài)與失磁狀態(tài)，電機(jī)在這兩
種狀態(tài)之問(wèn)的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)電機(jī)的定子電流進(jìn)行控
制。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)特性與傳統(tǒng)永磁同步
電動(dòng)機(jī)基本一致；在電機(jī)失磁狀態(tài)時(shí)，電機(jī)的氣隙磁
密極低，電機(jī)在低速時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)很低，電機(jī)短路時(shí)
制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也極低，這樣在車(chē)輛系統(tǒng)失效時(shí)，將電機(jī)控
設(shè)計(jì)分新
? ? ? ．? ? ? ? -一? ? ? ? c， z z 2 刪一一一
制成失磁狀態(tài)，采用短路的方法保證電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失
效的電安全及轉(zhuǎn)矩安全問(wèn)題。
1可控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、功能及有
限元建模 ；
j
本文提出一種Halbach陣列結(jié)構(gòu)的可控磁通永j
磁同步電動(dòng)機(jī)，采用6極36槽結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)剖面圖；
如圖5所示；圖中箭頭方向?yàn)橛来朋w充磁方向；鋁鎳j
鈷永磁體有兩種充磁方向，分別代表了電機(jī)的兩種
工作狀態(tài)。 j
鉆永磁體
硼永磁體
圖5 6極36槽司控磁通永磁l司步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，下意圖
如圖5所示，6極36槽可控磁通永磁同步電動(dòng)
機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)永磁同步電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本
相同，采用雙層整數(shù)槽繞組，定子鐵心采用硅鋼片疊i
成。電機(jī)轉(zhuǎn)子為內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心有
硅鋼片疊成，在其上開(kāi)槽放置永磁體。轉(zhuǎn)子中包含i
釹鐵硼永磁體和鋁鎳鈷永磁體，以類(lèi)似Halbach陣；
列形式放置，轉(zhuǎn)子每極之問(wèn)有一定的間隙，鋁鎳鈷、j
釹鐵硼均嵌在硅鋼片內(nèi)；釹鐵硼永磁體作為電機(jī)轉(zhuǎn)j
子的主磁通，其充磁方向?yàn)閷?duì)角充磁；鋁鎳鈷永磁體 茍
為徑向充磁，充磁方向受控制系統(tǒng)的直軸電流， 控j鳳
制，作為電機(jī)轉(zhuǎn)子的調(diào)整磁通。這種三段式類(lèi)Hal一!等
bach陣列形式，釹鐵硼永磁體處于每極的兩側(cè)，鋁j新
鎳鈷永磁體處于每極的中間位置，有利于采用直軸：
(d軸)電流， 對(duì)其鋁鎳鈷磁通狀態(tài)進(jìn)行控制，并且i
在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)(采用， =0控制)，交軸電流 對(duì)處 皂
于直軸(q軸)位置的鋁鎳鈷影響很小，保證電機(jī)驅(qū)j
動(dòng)狀態(tài)下的輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。 !磊
當(dāng)鋁鎳鈷永磁體正向充磁工作于助磁狀態(tài)時(shí) 委
(其磁化方向沿著徑向方向向外)，即電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀：皇
態(tài)，因鋁鎳鈷永磁體矯頑力低而對(duì)永磁主氣隙磁場(chǎng)；圣
貢獻(xiàn)不大，但它起到將釹鐵硼永磁體產(chǎn)生的磁通導(dǎo)；
向定子的作用，鋁鎳鈷永磁體在此方向被強(qiáng)磁化后， i堡
電機(jī)永磁主磁通最強(qiáng)。當(dāng)鋁鎳鉆永磁體反向充磁工 矣
作于去磁狀態(tài)時(shí)(其磁化方向沿徑向方向向內(nèi))，即；析
電機(jī)失磁狀態(tài)，鋁鎳鈷永磁體將釹鐵硼永磁體產(chǎn)生；
的磁通在轉(zhuǎn)子內(nèi)路短路，從而起到減弱永磁主磁通
的作用，鋁鎳鈷永磁體被反方向被強(qiáng)磁化后，電機(jī)永 23
茍
亞
鳳
’
等
?
磁主磁通最弱，保證車(chē)輛系統(tǒng)的安全性能
電機(jī)有限元模型采用6極36槽結(jié)構(gòu)，采用Y型
連接雙層疊繞組，繞組分布如圖6所示，電機(jī)定子斜
1個(gè)槽距，具體技術(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 6極36槽口丁控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)
參數(shù) 使 參數(shù) 值
定 外徑／ram 1 8O 每槽匝數(shù) l8股
定了內(nèi)徑／mm 105 并聯(lián)支路 3股
氣隙／mIn 0．7 定轉(zhuǎn)子鐵芯DW315．3．
轉(zhuǎn)子內(nèi)徑／mm 40 釹鎳鈷牌號(hào) N eB35
繞糾線衽／mm 0．8 鋁鎳鉆睥號(hào)LNG52
線 ／mm 5 隔磁結(jié)構(gòu) 空氣
有限死軟件葉1，為了減少求解區(qū)域，由于電機(jī)
是·個(gè)周期對(duì)稱(chēng)的物體，通?？刹捎靡粚?duì)極下的區(qū)
域進(jìn)仃求解，如圖6所示。
一
～
圖6 6極36槽電機(jī)求解 域與繞組分布
2電機(jī)不同工作狀態(tài)下電機(jī)模型與控制模型
耦合仿真
孑F電機(jī)單獨(dú)特性分析時(shí)，電機(jī)采用有限元模型；
住電機(jī)與控制模型耦合仿真時(shí)，為r快速求解，將電
機(jī)有限元模型等效成狀態(tài)空間的等效模型然后進(jìn)行
耦合仿真。?？卮磐ㄓ来磐诫妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制算
法模型及有限元等效狀態(tài)空間模型的耦合仿真系統(tǒng)
的系統(tǒng)框圖如圖7所示，電機(jī)控制方式采用電流閉
環(huán)的轉(zhuǎn)矩控制。
一
電池
莖絲咂 望氅
簍 圖7耦合仿真模型的示意圖
關(guān)i 2．1電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)分析
析 電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，鋁鎳鈷永磁體正向充磁工作于
； 助磁狀態(tài)時(shí)(其磁化方向沿著徑向方向向外)，結(jié)合
電機(jī)模型與控制模型對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的滿(mǎn)載工況分
24 別進(jìn)行耦合仿真及有限元仿真，得到的電機(jī)三相電
議持電棚 2013年第41卷第11期
流、d、q軸電流、d軸電流負(fù)最大值時(shí)電機(jī)磁力線分
布、有限元仿真中電機(jī)轉(zhuǎn)矩分別如圖8～圖11所
示。
t／ms
圖8 耦合仿真中滿(mǎn)載時(shí)Id=0控制的電流波彤
圖
2
。。
10000} 、“ o ■■ id ： _
0r — ～
～
圖10 Id=一6，， =350 A時(shí)的磁力線分
l 、
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善 [
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2? 一3一一4 —5 6
t／ms
圖ll 有限元仿真中滿(mǎn)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩
由圖8及圖9可知，即使電機(jī)采朋了斜槽結(jié)構(gòu)，
電機(jī)相電流仍存在一定的諧波電流；有圖10可知，
在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，一定的d軸負(fù)向電流對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的
鋁鎳鈷磁通影響較小，電機(jī)抗電流諧波穩(wěn)定性較好；
如圖I1所示，由于電機(jī)諧波電流及電機(jī)結(jié)構(gòu)等因
素，電機(jī)仍處在一定的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但其幅值較小(±4
N ·m)。
2．2電機(jī)失磁狀態(tài)分析
電機(jī)失磁狀態(tài)，鋁鎳鈷永磁體反向允磁工作于
去磁狀態(tài)時(shí)(其磁化方向沿著徑向方向向內(nèi))，采用
短路方式消除電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)。在有限元軟件對(duì)電機(jī)
失磁狀態(tài)的短路過(guò)程進(jìn)行仿真。電機(jī)在磁通控制時(shí)
采用負(fù)向d軸電流控制，電機(jī)由于電感存在，還剩余
一定的負(fù)向d軸電流。對(duì)電機(jī)處于失磁狀念、d、q
軸初始電流分別為， =一170 A、， =0時(shí)，進(jìn)行短路
仿真。
由圖12可知，電機(jī)在失磁狀態(tài)下很快進(jìn)入短路
穩(wěn)態(tài)過(guò)程(100 ms以?xún)?nèi))，進(jìn)入短路穩(wěn)態(tài)后，電機(jī)相
電流較小，主要為d軸負(fù)向電流，， ，幾乎為0；住進(jìn)
入短路穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也較，】、，進(jìn)入短路
新能源汽車(chē)電驅(qū)

設(shè)計(jì)分新
? — 形 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一? ? 一
1 2．4電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)向電機(jī)失磁狀態(tài)磁通控制仿真
在分析電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(鋁鎳鈷助磁狀態(tài))到電
機(jī)失磁狀態(tài)(鋁鎳鈷去磁狀態(tài))的磁通控制時(shí)，結(jié)合
j整車(chē)運(yùn)行12況分析(認(rèn)為車(chē)輛高速運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)
!生故障狀態(tài)，并且電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)高于標(biāo)準(zhǔn)的安全
j電壓閾值，則需將電機(jī)由驅(qū)動(dòng)狀態(tài)改變成失磁狀態(tài)，
然后采用短路的方法達(dá)到電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電安全需
j求)。故此時(shí)的磁通控制是發(fā)生在電機(jī)正在驅(qū)動(dòng)運(yùn)
：行時(shí)，即電機(jī)有很高的轉(zhuǎn)速，電機(jī)繞組中存在電流
：(繞組電感使電流不能發(fā)生瞬變)。
電機(jī)正在驅(qū)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)改變到弱
： 磁狀態(tài)的磁通控制可以采用直接短路法。在一定的
： 電機(jī)轉(zhuǎn)速下，、j，需要將電機(jī)由驅(qū)動(dòng)狀態(tài)向失磁狀態(tài)
： 轉(zhuǎn)換時(shí)，直接利用二相逆變器下橋臂全部導(dǎo)通或者
； 使用外加的短路機(jī)構(gòu)，將電機(jī)三相短路，利用電機(jī)功
： 角變換過(guò)程中產(chǎn)生的d軸負(fù)向電流對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁
通進(jìn)行控制。
： 結(jié)合電機(jī)有限元模型與外電路耦合進(jìn)行仿真分
； 析。電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行，， =0、lq=100 A，假定此
： 時(shí)發(fā)生了故障，采用直接短路法對(duì)電機(jī)進(jìn)行磁通控
制、
1
結(jié)果如圖18所示。電機(jī)短路后，出現(xiàn)電流振
； 蕩，有較大的電流沖擊，整個(gè)過(guò)程時(shí)間較短；其中，
電流基本為負(fù)向電流，其大小已經(jīng)能夠?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)子
； 進(jìn)行磁通控制，控制電機(jī)由驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入失磁狀態(tài)；
：在磁通控制過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)一定的沖擊轉(zhuǎn)矩，但持續(xù)
： 時(shí)間很短，對(duì)整車(chē)性能響應(yīng)不大。
26
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( 丁而— 礦 了 一0
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(a) 相電流變化過(guò)程
(b) 1f、， 變化過(guò)程
喜 淞
60 一5 廣菇 藥一—
圖18 直接短路法進(jìn)行磁通控制時(shí)的仿真結(jié)果
在仿真巾，當(dāng)負(fù)， 電流幅值在大于150 A時(shí)，
磁力線分布狀態(tài)基本一致，圖19為某一時(shí)刻的磁力
線分布圖，叮見(jiàn)電機(jī)內(nèi)的鋁鎳鈷的磁通已完全由助
磁狀態(tài)改變成去磁狀態(tài)，而釹鐵硼的磁通比較穩(wěn)定。
1阪持電棚 2013年第41卷第l1期
圖19 負(fù)，， 有最大值時(shí)磁 線分布
3結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效的電安傘卜j
轉(zhuǎn)矩安全問(wèn)題進(jìn)行了分析與闡述，分析了各種不同
解決方案的特點(diǎn)，提出以可控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)
為核心的解決方案。提出Halbach陣列變磁阻結(jié)構(gòu)
可控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)，結(jié)合控制模型及定價(jià)有
限元模型對(duì)電機(jī)不同上作狀態(tài)及電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行
了仿真。該可控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)及電安全、轉(zhuǎn)
矩安全解決方案對(duì)新能源汽車(chē)的電安全問(wèn)題及轉(zhuǎn)矩
安全問(wèn)題的研究有一定的意義。
可控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)的最初研究要點(diǎn)問(wèn)題
是電機(jī)的效率最優(yōu)問(wèn)題，由于文章中?？卮磐ㄓ来?
同步電動(dòng)機(jī)采用鋁鎳鈷永磁材料，采用， =0控制
時(shí)，電機(jī)的效率無(wú)法達(dá)到最優(yōu)；由于鋁鎳鉆的特性，
只利用了鋁鎳鈷的磁滯回線兩端工作狀態(tài)。通過(guò)優(yōu)
化的磁路設(shè)計(jì)及采用新的磁通可變材料—— 釤鉆永
磁材料進(jìn)行可控磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，釤鈷
永磁材料可在各種磁滯回線上的 作點(diǎn)上工作，這
樣可以充分考慮到電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效的電機(jī)安全特性
及工作特性最優(yōu)化效果。
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茍亞 等新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)
觸持電棚 2013年第41卷第11期
過(guò)，這驗(yàn)證了前面分析的正確性。
2．3基于短路法的直軸超瞬態(tài)電抗分析
短路法就是模擬電機(jī)在正常工作時(shí)突然發(fā)生定
子三相繞組對(duì)稱(chēng)短路，且之后電機(jī)仍然維持額定轉(zhuǎn)
速不變的一個(gè)方法，這方法較之磁鏈?zhǔn)睾惴ㄒ灿幸?
個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是能夠模擬電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的飽和工況
情況。電機(jī)初始位置在4相軸線上，電機(jī)在165 ms
時(shí)發(fā)生短路，圖9為模擬分析過(guò)程中定子4相電流
波形
圖9 定子A相電流故障分析
電機(jī)在165 ms發(fā)生短路時(shí)，轉(zhuǎn)子正好在Q軸
上，也就是說(shuō)，A相繞組短路時(shí)的磁鏈為0。也就是
表示A相繞組感應(yīng)電流中的直流分量為0，這為我
們的分析減少了誤差。
短路后，因?yàn)殡娐分须娮璧拇嬖?，電流開(kāi)始衰
減，超瞬變分量衰減很快，最后變成穩(wěn)態(tài)分量，對(duì)電
流波形進(jìn)行包絡(luò)處理，得到超瞬變短路電流，如圖
10所示
姜
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圖10 相電流包絡(luò)分析
從包絡(luò)處理曲線可以看出，超瞬變短路電流幅
值， ”=8 523．4 A，根據(jù)空載分析有：E。 =382．1 V，
則超瞬變電抗 dt=E0 ／， ”=0．044 82912。
3仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較
把磁鏈?zhǔn)睾惴ê投搪贩ǚ抡娣治鼋Y(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)
據(jù)比較，如表2所示。
從表2可以看出，無(wú)論是磁鏈?zhǔn)睾惴ㄟ€是短路
法，仿真結(jié)果都有很好的精確度，誤差都在5％ 以
內(nèi)，能夠滿(mǎn)足實(shí)際中的工業(yè)需求，尤其是兩種仿真方
法對(duì)直軸超瞬變電抗的分析結(jié)果很接近，這也驗(yàn)證
了方法的可行性。
表2 數(shù)據(jù)對(duì)比表
數(shù)據(jù)來(lái)源 直軸電抗 交軸電抗
實(shí)驗(yàn)值 0．046 143 n 0．032 973 12
磁鏈?zhǔn)睾惴?0．044 863 n 0．031 798 n
短路法 0．0448 29 n 無(wú)
4結(jié) 語(yǔ)
同步發(fā)電機(jī)的超瞬態(tài)電抗是電機(jī)運(yùn)行性能的一
個(gè)重要參數(shù)，它的大小直接影響著電機(jī)抵抗故障電
流沖擊的能力，因此獲得它的準(zhǔn)確值具有重要的實(shí)
際意義。本文運(yùn)用有限元分析軟件，運(yùn)用兩種方法
分別求取發(fā)電機(jī)的超瞬變電抗，計(jì)算精度很高，兩種
方法互相驗(yàn)證，并且都具有較強(qiáng)的通用性，可以運(yùn)用
在其他類(lèi)型的發(fā)電機(jī)諸如永磁同步發(fā)電機(jī)等的超瞬
變電抗的求取上，也可以獲得較高的精確度。
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力控制。 29
文紹龍，等

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