[發明專利]一種電勵磁雙凸極電機開路故障容錯驅動系統

有效

• 申請號: 202110781675.4
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113507252B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 趙佳琪;周波;王開淼;徐旸
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P25/022
• 分類號: H02P25/022;H02P25/16;H02P29/028;H02P23/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳;聶啟新

本發明公開了一種電勵磁雙凸極電機開路故障容錯驅動系統，涉及電勵磁雙凸極電機領域，該系統將電勵磁雙凸極電機的三相繞組以開繞組形式連接在四橋臂變換器驅動電路上、勵磁繞組連接在不對稱半橋變換器上，控制器結合位置信息和電感曲線變化規律、控制四橋臂變換器驅動電路中的開關管的導通和關斷調整三相繞組的相電流的方向，不僅能驅動電勵磁雙凸極電機工作在正常運行模式下，且在發電運行時可以做到各相獨立控制，而且不增加雙向開關管與分裂電容，僅靠四橋臂變換器驅動電路就可以實現三相DSEM驅動系統任意單管故障、單橋臂故障與單相故障下的容錯運行，不增加額外的器件成本，且保持控制系統體積較小，提高了系統運行可靠性。

技術領域

本發明涉及電勵磁雙凸極電機領域，尤其是一種電勵磁雙凸極電機開路故障容錯驅動系統。

背景技術

電勵磁雙凸極電機(DSEM)具有結構簡單、勵磁可調、容錯性能好等優點，是一種新型的無刷直流電機。DSEM驅動系統中變換器是其易發生故障的薄弱環節，本體繞組也可能出現絕緣磨損等機械故障或電氣故障，嚴重時可能造成電機停轉。功率器件與繞組的故障主要分為開路故障與短路故障，其中短路故障可能導致變換器橋臂直通、母線或相電流過大，進而燒毀系統部件。通常及時通過熔斷器過流保護將該類故障轉化為開路故障來處理，因此功率變換器的開路故障是研究的熱點。在一些對可靠性要求較高的場合，需要維持電機平穩運行，因此研究DSEM的容錯控制具有重要意義，故而目前針對電勵磁雙凸極電機的容錯技術主要集中在電機的失磁故障與電機驅動變換器開路故障容錯，主要有以下一些容錯技術研究：

失磁故障容錯方面，專利號為CN104579067B的中國發明專利(電勵磁雙凸極電機勵磁故障容錯發電系統及其控制方法)發明了一種利用三相四橋臂變換器實現失磁發電的方法，將三相繞組的公共點連接到第四橋臂的中點，通過該容錯變換器給每相交替通入正向或負向的相電流，實現繞組先勵磁后發電的功能。但這種做法中第四橋臂開關管的開關次數是前三個橋臂的三倍，功率器件一旦故障便導致系統發電功率大大減小。專利號為CN109450340A的發明專利(電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發電系統及其控制方法)：提出使用12個功率器件組成的H橋變換器來實現三相獨立控制，實現失磁發電，發電效率高，但缺點是功率器件較多、成本較大。

驅動變換器開路故障容錯方面，發表于《中國電機工程學報》2008年8月刊28卷24期的《雙凸極電機全橋變換器單相開路故障容錯方案》在三相全橋變換器基礎上，加了三個雙向開關管與分裂電容橋臂，故障后重構成四管三相變換器拓撲，并切換到容錯控制，維持系統的輸出特性。該拓撲增加了器件，增大了控制器體積，系統可靠性降低。專利號為CN105958892B的中國發明專利(四相電勵磁雙凸極電機變換器容錯拓撲結構及容錯方法)提出了一種四相電勵磁雙凸極電機容錯型功率變換器拓撲，增加了兩個雙向開關管，在變換器發生單相開路故障后導通雙向開關管，采用容錯控制策略，使變換器仍能輸出四相相位相差90°的梯形波電流并通入電機各相，電機仍有四相出力，不受開路故障的影響，但改拓撲對于雙管及以上開路故障類型的容錯型較差。專利號為CN109245660B的中國發明專利(一種四相電勵磁雙凸極電機容錯驅動系統及其動態模型建立方法)采用帶有兩個雙向晶閘管的四相全橋變換器，且帶有分裂電容，來實現雙管及雙相開路故障容錯，加了分裂電容后，容錯系統體積變大，且故障下同樣需要降額運行。

由此可見，目前的針對電勵磁雙凸極電機的容錯技術的研究中針對三相電機的變換器及繞組開路故障容錯方案較少，而且這些現有技術大都需要增加多余器件，對電路改變較大，而且增加了電路的復雜性、可靠性較低。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種電勵磁雙凸極電機開路故障容錯驅動系統，本發明的技術方案如下：