電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，屬于特種電機(jī)容錯(cuò)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)是一種由位置傳感器、電力電子功率變換器、勵(lì)磁功率電路、控制器和凸極定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)本體組成的新式電機(jī)。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁功率電路的主要功能是把直流勵(lì)磁電源轉(zhuǎn)換成電機(jī)勵(lì)磁繞組的直流輸入電流，控制器控制相應(yīng)功率管的占空比，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁繞組老化、受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入、外力的沖擊等可能會(huì)造成對(duì)繞組的傷害。同時(shí)，控制勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁功率電路也可能因?yàn)檫^流、反向電壓沖擊等原因造成故障。對(duì)于航空航天、汽車等高可靠性要求的領(lǐng)域來說，利用故障診斷隔離技術(shù)將出現(xiàn)勵(lì)磁故障的勵(lì)磁繞組進(jìn)行隔離，并重構(gòu)系統(tǒng)使電機(jī)能夠容錯(cuò)運(yùn)行具有十分重要的意義。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外的雙凸極電機(jī)容錯(cuò)技術(shù)主要集中在永磁雙凸極電機(jī)領(lǐng)域。例如，授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利:定子永磁式雙凸極容錯(cuò)電機(jī)，授權(quán)號(hào):ZL200610041575.3，發(fā)明了一種相與相繞組之間通過容錯(cuò)齒隔離、實(shí)現(xiàn)了電路、磁路和溫度場(chǎng)的獨(dú)立的定子永磁式雙凸極容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)。授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利:雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)及其控制方法，授權(quán)號(hào):ZL200710132578.2，發(fā)明了一種集開關(guān)磁阻電機(jī)和轉(zhuǎn)子永磁型容錯(cuò)電機(jī)這兩種主要的容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)于一身、帶故障運(yùn)行能力較為出色的雙通道容錯(cuò)式磁通切換永磁電機(jī)。公告的發(fā)明專利:一種雙凸極永磁電機(jī)的容錯(cuò)控制方法，申請(qǐng)?zhí)?200810021000.4，公開了一種雙凸極永磁電機(jī)的容錯(cuò)控制方法，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生缺相故障時(shí)，通過等效正弦波驅(qū)動(dòng)控制算法計(jì)算出等效于正常運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的三相正弦波電流，再計(jì)算出兩個(gè)非故障相容錯(cuò)式正弦波電流的幅值以及相位，從而實(shí)現(xiàn)了雙凸極永磁電機(jī)的帶故障運(yùn)行。在開關(guān)磁阻發(fā)電領(lǐng)域:授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利:開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，授權(quán)號(hào):ZL200510129731.7，發(fā)明了一種帶有遞升轉(zhuǎn)換器、可以向相繞組提供足夠的激發(fā)電流的開關(guān)磁阻(SR)發(fā)電機(jī)，以在低速和高速下取得較高的效率。授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利:一種開關(guān)磁阻起動(dòng)/發(fā)電機(jī)功率變換器，授權(quán)號(hào):ZL200910033555.5，發(fā)明了一種通過在傳統(tǒng)的自勵(lì)模式不對(duì)稱半橋功率變換器拓?fù)渲型饧恿鶄€(gè)輔助開關(guān)管，而有效銜接了各橋臂的開關(guān)管以及負(fù)載開關(guān)管，從而可以實(shí)現(xiàn)各橋臂任意開關(guān)管發(fā)生故障時(shí)的冗余的功率變換器拓?fù)洹?br>[0004]傳統(tǒng)的三相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)采用三相全橋變換器，在電動(dòng)和發(fā)電運(yùn)行時(shí)是兩相同時(shí)出力。在勵(lì)磁繞組發(fā)生故障的情況下，電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)開關(guān)磁阻電機(jī)，而開關(guān)磁阻電機(jī)是使用三相不對(duì)稱半橋變換器工作的。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)沒有不對(duì)稱半橋變換器，而三相全橋變換器不能應(yīng)用于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)。因此需要采用本申請(qǐng)?zhí)岢龅娜嗨臉虮圩儞Q器以實(shí)現(xiàn)給電樞繞組通電勵(lì)磁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所要解決的技術(shù)問題:
[0006]本發(fā)明旨在提出一種各相軸向分布的具有細(xì)長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)的雙凸極無刷直流電機(jī)，既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可以作為起動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
[0007]技術(shù)方案:
[0008]為了實(shí)現(xiàn)以上功能，本發(fā)明提供了一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)，包括電源、三相全橋變換器、勵(lì)磁繞組、電樞繞組、控制器、電流傳感器、位置傳感器，其特征在于:還包括一個(gè)第四橋臂，所述第四橋臂與三相全橋變換器并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)三相四橋臂變換器，三相全橋變換器A相的中間點(diǎn)、B相的中間點(diǎn)、C相的中間點(diǎn)各連接一個(gè)繞組自感，再經(jīng)電流傳感器連接到第四橋臂的中間點(diǎn)；
[0009]所述電流傳感器、位置傳感器連接到控制器的輸入端，控制器控制各橋臂的功率開關(guān)管。
[0010]所述第四橋臂由串聯(lián)的第七功率開關(guān)管T7和第八功率開關(guān)管T8，所述第七功率開關(guān)管T7的集電極連接直流母線的正極，第八功率開關(guān)管T8的發(fā)射極連接直流母線的負(fù)極；第七功率開關(guān)管T7和第八功率開關(guān)管T8各并聯(lián)一個(gè)反向二極管D7和D8。
[0011]一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)系統(tǒng)電控制方法，其特征在于:當(dāng)電流傳感器未檢測(cè)到勵(lì)磁故障時(shí)，電機(jī)工作在正常的發(fā)電機(jī)狀態(tài)；當(dāng)電流傳感器檢測(cè)到勵(lì)磁故障后斷開勵(lì)磁電路并切換到容錯(cuò)模式運(yùn)行；
[0012]設(shè)定Θ I和Θ 2分別表示繞組的開通角和關(guān)斷角，Θ 1〈 Θ 2 ;
[0013]在容錯(cuò)運(yùn)行模式中，電機(jī)電角度為Θ I且Θ I e [0°，120° )時(shí)給A相通以正向電流且A相繞組的繞組自感處于上升階段以使該相電流逐漸增加；
[0014]在電機(jī)電角度為Θ2且Θ2 e [120°，240° )時(shí)A相繞組自感處于下降階段，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)將克服磁阻轉(zhuǎn)矩做功儲(chǔ)能，關(guān)斷A相勵(lì)磁電流，結(jié)束電機(jī)的A相勵(lì)磁階段，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，開始A相的發(fā)電階段；
[0015]在電機(jī)電角度為Θ1+120°時(shí)給B相通以負(fù)向電流且B相繞組的繞組自感處于上升階段以使該相電流逐漸增加，并在電角度為0 2+120°時(shí)關(guān)斷B相勵(lì)磁電流結(jié)束B相勵(lì)磁階段，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，開始B相的發(fā)電階段；
[0016]在電機(jī)電角度為Θ 1+240。時(shí)給C相通以正向電流勵(lì)磁且C相繞組的繞組自感處于上升階段以使該相電流逐漸增加，在電角度為0 2+240°時(shí)關(guān)斷C相勵(lì)磁電流結(jié)束B相勵(lì)磁階段，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，開始C相的發(fā)電階段；
[0017]同理可推出，在電機(jī)電角度為Θ 1+360。時(shí)給A相通以負(fù)向電流勵(lì)磁，在電角度為Θ 2+360°時(shí)關(guān)斷A相勵(lì)磁電流則A相開始續(xù)流發(fā)電；以此循環(huán)，利用三相四橋臂變換器實(shí)現(xiàn)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)在有勵(lì)磁故障的情況下能夠繼續(xù)發(fā)電運(yùn)行。
[0018]有益效果:
[0019]本發(fā)明公開的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)電控制方法，通過改變開通角Θ 1、關(guān)斷角Θ 2可調(diào)節(jié)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)在勵(lì)磁故障容錯(cuò)模式下的輸出電壓，也可以通過對(duì)勵(lì)磁電流或者勵(lì)磁電壓進(jìn)行斬波控制來實(shí)現(xiàn)該電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定。
[0020]使用三相四橋臂變換器，既能作為三相全橋變換器使用給電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)雙相繞組通電，又可使電機(jī)在勵(lì)磁故障下發(fā)電，顯著提高電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)在航空航天、汽車等重要場(chǎng)合下發(fā)電的可靠性，適合制動(dòng)回饋電機(jī)、起動(dòng)發(fā)電機(jī)等多象限運(yùn)行的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明:
[0022]圖1是本發(fā)明電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)組成框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)控制方法的三相電流示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例樣機(jī)容錯(cuò)發(fā)電時(shí)三相電流波形圖；
[0025]其中:1、電源；2、三相全橋變換器；3、勵(lì)磁繞組；4、電樞繞組；5、控制器；6、電流傳感器；7、位置傳感器；8、第四橋臂；
[0026]LaS A相繞組自感，Lb為B相繞組自感，L。為B相繞組自感，込為A相繞組電流，ib為B相繞組電流，i。為C相繞組電流，i p為輸出電流。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)系統(tǒng)及其控制方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]如圖1所示的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)系統(tǒng)，包括電源1、三相全橋變換器2、勵(lì)磁繞組3、電樞繞組4、控制器5、電流傳感器6、位置傳感器7，還包括一個(gè)第四橋臂8，所述第四橋臂8與三相全橋變換器2并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)三相四橋臂變換器，三相全橋變換器2A相的中間點(diǎn)、B相的中間點(diǎn)