[發明專利]磁軸承串聯繞組控制器的開關斷路故障容錯系統及方法

有效

• 申請號: 202011605006.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112727923B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 蔣棟;楊佶昌;孫宏博;李安;劉自程
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;H02M1/32
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種磁軸承串聯繞組控制器的開關斷路故障容錯系統的容錯方法，其特征在于，所述開關斷路故障容錯系統包括：2N個繞組、2N+1個橋臂和1個直流電壓源；各所述繞組相互串聯；各所述橋臂的上端均與所述直流電壓源的正極連接，各所述橋臂的下端均與所述直流電壓源的負極連接；

第一個所述橋臂和第2N+1個所述橋臂為非公共橋臂，第i個所述橋臂為公共橋臂，i＝2,3,…,2N；第一個所述橋臂的輸出節點與第一個所述繞組的第一端連接；第i個所述橋臂的輸出節點與第i-1個所述繞組的第二端連接；第i個所述橋臂的輸出節點與第i個所述繞組的第一端連接；第2N+1個所述橋臂的輸出節點與第2N個所述繞組的第二端連接；

各所述橋臂均包括一個上橋臂和一個下橋臂，上橋臂和下橋臂均包括一個開關器件和一個與所述開關器件反并聯的單向導通器件；

所述開關斷路故障容錯系統的容錯方法包括以下步驟：

S1、對各繞組上的電流進行實時檢測，并基于所檢測到的繞組電流對各橋臂進行判斷，確定故障橋臂；具體為：若第一個繞組上的電流大于預設第一電流閾值、且小于預設第二電流閾值的保持時間大于預設保持時間，則判定第一個橋臂發生故障；若第i-1個繞組上的電流與第i個繞組上的電流之差大于預設第一電流閾值、且小于預設第二電流閾值的保持時間大于預設保持時間，則判定第i個橋臂發生故障；i＝2,3,…,2N；若第2N個繞組上的電流大于預設第一電流閾值、且小于預設第二電流閾值的保持時間大于預設保持時間，則判定第2N+1個橋臂發生故障；

S2、通過檢測繞組中共模電流方向，基于共模電流的方向變化，對所述故障橋臂中各開關器件進行斷路故障判斷；

S3、若第一個橋臂的上橋臂開關器件斷路、第j個橋臂的上或下橋臂開關器件斷路或者第2N+1個橋臂的下橋臂開關器件斷路，則對各繞組電流方向進行切換，使故障開關器件不工作，利用其他正常器件實現各繞組電流的控制，使系統在容錯工況下繼續運行，保證磁懸浮軸承轉子依然可以正常懸浮；j∈{2,3,…,2N}。

2.根據權利要求1所述的容錯方法，其特征在于，所述預設第一電流閾值小于0，所述預設第二電流閾值大于0；所述預設第一電流閾值和所述預設第二電流閾值根據所述磁軸承串聯繞組控制器所在的磁懸浮軸承控制系統確定。

3.根據權利要求2所述的容錯方法，其特征在于，所述預設第一電流閾值I_L∈[-0.5,0]，所述預設第二電流閾值I_H∈[0,0.5]。

4.根據權利要求1所述的容錯方法，其特征在于，所述預設保持時間為k_sT，其中，k_s為一大于零的常數，T為電流檢測的采樣周期。

5.根據權利要求1所述的容錯方法，其特征在于，所述對各繞組電流方向進行切換的方法包括：

若第一個橋臂的上橋臂開關器件斷路，則將所有繞組的電流方向反向；

若第j個橋臂的上橋臂開關器件斷路，則將第j個繞組至第2N個繞組的電流反向；

若第j個橋臂的下橋臂開關器件斷路，則將第一個繞組至第j個繞組的電流反向；

若第2N+1個橋臂的下橋臂開關器件斷路，將所有繞組的電流方向反向。

6.根據權利要求1-5任意一項所述的容錯方法，其特征在于，所述開關器件為全控型開關器件，包括絕緣柵雙極晶體管；所述單向導通器件為二極管。

7.根據權利要求1-5任意一項所述的容錯方法，其特征在于，所述磁軸承串聯繞組控制器用于實現N軸磁懸浮；其中，2N個繞組兩兩分成一組，共有N組；一組繞組對應控制磁懸浮軸承的一軸；控制變量為各組繞組的共模電流和差模電流。