模組化級聯電機系統

《模組化級聯電機系統》是依託哈爾濱工業大學，由崔淑梅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：模組化級聯電機系統
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：崔淑梅

項目摘要

本項目研究一種新型模組化級聯電機。屬於多電機聯合工作系統。即把一個電機單元像電池一樣作為一個模組，多個電機模組級聯式工作；改變模組電機的數量即可調節功率大小，通過不同配置還可得到比整體電機更好的外特性；降低了成本，提高了容錯能力。針對模組化級聯電機思想剛剛提出，只有一些相關的研究成果供參考，很多問題還沒有系統地解決，如：如何設計才能達到可以與整體式電機相競爭的功率密度、可靠性，如何控制才能實現其多個電機的同步、高效、容錯等問題；本申請打算從電磁理論和控制理論方面，對其進行研究。研究設計方法與控制技術，探討可實施的方案與結構，解決有約束多目標的匹配最佳化、連線結構的可靠性以及系統最優控制等關鍵問題。以電動車套用為背景，研製樣機，進行實驗研究。建立系統的設計方法和控制策略，給出可行的結構。發表論文10篇以上，申請發明專利3項，完成博士、碩士研究生論文5本，完成MCM系統2套。

結題摘要

針對傳統電動汽車用驅動電機難以滿足低速大轉矩，高速大功率及在較寬範圍內有較高效率的問題，本項目提出一種新型模組化級聯電機。為提高系統功率密度及可靠性、高效與容錯控制等問題，本項目主要研究設計方法與控制技術，探討可實施的方案與結構，解決有約束多目標的匹配最佳化、連線結構的可靠性以及系統最優控制，以電動車套用為背景，研製樣機，進行實驗研究。取得的研究成果包括： 提出了 MCM 系統的基本概念和基本組成模式，建立了MCM系統電、磁、熱、力多場有限元仿真分析模型，給該電機系統的設計與分析奠定了理論基礎。 探討了不同模式下的匹配方法，給出具體匹配流程和匹配原則。提出了基於額定點的永磁電機全區域效率快速估算方法，可以用於電機參數為變數時，動力系統的先期匹配和系統最佳化。提出的基於遺傳算法的多模方式匹配方法，實現對多電機參數指標的確定。 研究了適於 MCM 系統模組電機的設計方法，闡述了 MCM 系統的結構及設計特點，分析了不同類型電機構成的 MCM 系統以及MCM系統減小轉矩波動的方法。採用基於遺傳最佳化算法結合有限元仿真的電機設計方法，能兼顧功率密度和效率。模組電機級聯時採用轉子錯極的方法，可以有效減小系統轉矩波動。 建立了基於 EMR 建模方法的動態仿真模型，分析了不同工作模式的特點。建立了基於EMR的考慮電機溫升的仿真模型，研究了影響模組電機熱負荷分布的因素，給出了適合 MCM 系統的轉矩分配控制策略。 根據整車控制策略的特點，提出了基於轉矩補償的MCM系統模組電機間容錯控制策略；提出了針對於單個電機的無位置感測器故障檢測和容錯方法。 研製了 MCM 系統模型樣機，並對其分別進行外特性和效率等性能測試。搭建了動態控制模擬實驗平台，對轉矩分配控制策略和容錯控制方法進行實驗驗證。 研究表明：MCM 系統很容易實現低速大轉矩和高速大功率。通過採用最佳化的控制策略，能擴大系統高效區，提高系統容錯能力，在電動汽車上具有良好的套用前景。MCM也可以套用在如風力發電、艦船推進等變速範圍寬、功率變化大、工況複雜、可靠性要求高的場合。 結合該項目的研究，培養碩士3名，博士3名，在國際學術期刊、國際會議及國核心心期刊上發表論文16篇，被SCI收錄3篇、EI收錄16篇、ISTP收錄4篇，申請和獲準國家發明專利4項，研發樣機2套。