[发明专利]一种开关磁阻起动/发电机功率变换器

说明书

技术领域

发明涉及一种开关磁阻起动/发电机功率变换器，属于开关磁阻发电机的容错控制以及功率变换器设计的技术领域。

背景技术

开关磁阻电机(简称SR电机)是由电力电子技术、控制技术及计算机技术与传统磁阻式电机相结合发展起来的新型调速电机，它以结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高、容错能力强等优越特性，在牵引运输、通用工业、航空工业、家用电器等各个领域都获得了应用。只要根据转子位置来控制主开关通断角度来改变相电流的大小和生成位置，就可以产生不同大小和方向的电磁转矩。通过对电流的单极性控制实现电能的双向流动，很方便地实现起动和发电双功能运行。由双凸极磁阻电机和这种特殊的开关电路组成的开关磁阻电机系统允许能量的双向传输，使得该系统无需附加任何附件就能实现起动发电双功能，即可形成优良特性的开关磁阻起动/发电机系统(SR starter/generator)。开关磁阻电机作为发电机工作时，具有较好的调节性能，可在转速大范围变化中调节输出适应负载要求；由于电机结构简单，可以做成高转速的发电装置，因此可达很高功率密度。由以上开关磁阻电机电动运行和发电运行的一些特性，可以看出，开关磁阻起动/发电机系统具有结构简单、高容错性、高功率密度和高速运行能力等特点，很适合应用于航空高压直流起动/发电系统，也可以用于其它的场合，如汽车、舰艇等起动/发电机系统。

在一些具有特殊要求的场合，如航空起动/发电系统，就要求开关磁阻发电机系统具有较强的容错运行功能，并具有冗余功能，从而使得系统能在故障发生时能继续运行，可以为故障诊断和故障恢复留出足够的时间。故障诊断后系统能够恢复正常或接近正常运行，从而大大增强发电系统的可靠性。

开关磁阻起动/发电机系统主要故障类型可以分为电机内部故障、功率变换器故障、负载突变故障以及位置传感器失效引起的位置故障。其中功率板的电气故障发生概率较大，因此对功率变换器功率板进行容错控制和余度恢复具有重要意义。

为了满足特定场合的要求，需要使电机从故障状态恢复到正常工作状态，保证发电质量，有必要对功率变换器进行冗余设计。通常采用功率变换器桥臂冗余的方法，即一相绕组接两个桥臂，正常工作时启用一个桥臂，当检测到功率管故障后，断开故障桥臂同时启用备用桥臂。这种变换器结构和控制策略相对简单，但是这种故障后弃用故障桥臂的方式的代价是功率管利用率太低，故障桥臂中能正常工作的管子不能利用上。

发明内容

本发明要解决的问题是实现开关磁阻起动/发电机系统的自励式不对称半桥功率变换器的功率开关管故障模式下的容错运行。即通过采用一种新型的功率变换器功率管冗余的方法，使得系统在功率变换器发生故障时仍然能够容错运行。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明为一种开关磁阻起动/发电机功率变换器，其特征在于包含电源、电解电容、六个功率开关管即第一功率开关管至第六功率开关管、六个续流二极管即第一续流二极管至第六续流二极管、负载开关管、六个辅助开关管即第一辅助开关管至第六辅助开关管、第一功率二极管、第二功率二极管和负载。其中电源的正极串接第一功率二极管后分别接第二功率二极管的阴极、第一功率开关管的漏极、第三功率开关管的漏极和第五功率开关管的漏极；电源的负极分别接第一续流二极管的阳极、第二功率开关管的源极、第三续流二极管的阳极、第四功率开关管的源极、第五续流二极管的阳极、第六功率开关管的源极、电解电容的输出端、负载的负输入端和第六辅助开关管的源极；第六辅助开关管的漏极分别接第四辅助开关管的源极、第六功率开关管的漏极和第六续流二极管的阳极；第四辅助开关管的漏极分别接第二辅助开关管的源极、第四功率开关管的漏极和第四续流二极管的阳极；第二辅助开关管的漏极分别接第二功率开关管的漏极和第二续流二极管的阳极；第二续流二极管的阴极分别接第二功率二极管的阳极、第四续流二极管的阴极、第六续流二极管的阴极、电解电容的输入端和负载开关管的漏极；负载开关管的源极分别接负载的正输入端和第五辅助开关管的漏极；第五辅助开关管的源极分别接第三辅助开关管的漏极、第五功率开关管的源极和第五续流二极管的阴极；第三辅助开关管的源极分别接第一辅助开关管的漏极、第三功率开关管的源极和第三续流二极管的阴极；第一辅助开关管的源极分别接第一功率开关管的源极和第一续流二极管的阴极；第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极间串接所述开关磁阻起动/发电机的A相绕组；第三功率开关管的源极与第四功率开关管的漏极间串接所述开关磁阻起动/发电机的B相绕组；第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极间串接所述开关磁阻起动/发电机的C相绕组。