[发明专利]四相电励磁双凸极电机铜损容错驱动系统及电流计算方法

权利要求书

1.四相电励磁双凸极电机铜损容错驱动系统，其特征在于：该驱动系统主要由母线电容、功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、A、B、C、D相电机绕组和双向晶闸管TR1、TR2组成，母线电容中点为O，功率管T1、T2构成桥臂1，桥臂中点为a；功率管T3、T4构成桥臂2，桥臂中点为b；功率管T5、T6构成桥臂3，桥臂中点为c；功率管T7、T8构成桥臂4，桥臂中点为d；A、B、C、D相电机绕组的输入端依次接到桥臂中点a、b、c、d；A、C相的输出端相连，中性点为N1，N1与O之间连接双向晶闸管TR1；B、D相输出端相连，中性点为N2，N2与O之间连接双向晶闸管TR2。

2.根据权利要求1所述的四相电励磁双凸极电机铜损容错驱动系统，其特征在于：所述电机每个电周期可以分为4个模态，这四个模态的特征：

模态1：电机C、D相通入正电流，A、B相通入负电流；

模态2：电机A、D相通入正电流，B、C相通入负电流；

模态3：电机A、B相通入正电流，C、D相通入负电流；

模态4：电机B、C相通入正电流，A、D相通入负电流；

为实现上述效果，需要规定系统正常运行时四个模态下的各功率管导通关断情况为：

模态1：功率管T5、T7斩波，功率管T2、T4恒通；功率管T1、T3关断，功率管T6、T8关断；

模态2：功率管T1、T7斩波，功率管T4、T6恒通；功率管T3、T5关断，功率管T2、T8关断；

模态3：功率管T1、T3斩波，功率管T6、T8恒通；功率管T5、T7关断，功率管T2、T4关断；

模态4：功率管T3、T5斩波，功率管T2、T8恒通；功率管T1、T7关断，功率管T4、T6关断。

3.根据权利要求1或2所述的四相电励磁双凸极电机铜损容错驱动电流计算方法，其特征在于：能够处理变换器的单管开路故障，变换器单桥臂双管开路故障以及电机绕组单相开路故障，但不适用于变换器及电机多相开路故障；

具体故障容错方法如下：

步骤1)：将故障类型分为I类故障和II类故障两类，若是I类故障发生后，触发双向晶闸管TR1常通，TR2不给予触发，维持关断，若是II类故障发生后，触发双向晶闸管TR2常通，TR1不给予触发，维持关断；

步骤2)：使用主控单元撤销故障所在相功率变换器桥臂的两个功率管驱动信号；

步骤3)：根据容错运行降额等级计算剩余容错运行时剩余三相电流幅值，控制电流幅值达到计算值，实现容错运行。

4.根据权利要求3所述的四相电励磁双凸极电机铜损容错驱动电流计算方法，其特征在于：所述步骤1)中的I型故障和II型故障包括的情形及双向晶闸管TR1和TR2的开通关断情况如下：

I型故障需要双向晶闸管TR1开通，TR2关断，包括以下四种故障：

1)发生功率管T1开路、T2开路、功率管T1和T2均开路三种故障之一；

2)发生功率管T5开路、T6开路、功率管T5和T6均开路三种故障之一；

3)发生绕组A开路故障；

4)发生绕组C开路故障；

II型故障需要双向晶闸管TR2开通，TR1关断，包括以下四种故障：

1)发生功率管T3开路，T4开路，功率管T3和T4均开路三种故障之一；

2)发生功率管T7开路，T8开路，功率管T7和T8均开路三种故障之一；

3)发生绕组B开路故障；

4)发生绕组D开路故障。

5.根据权利要求4所述的四相电励磁双凸极电机铜损容错驱动电流计算方法，其特征在于：将电机四相分为两组，分别为U组和V组，U组包括A、C两相，将A相记为U1，C相记为U2；V组包括B、D两相，将B相记为V1，D相记为V2；正常运行电流幅值为Iamp，四相电励磁双凸极电机正常运行时的相绕组输出转矩和电机整体输出转矩分别为：

式中，Tp，Tpe和Tpr分别表示p相的输出转矩、励磁转矩和磁阻转矩，ip、if、Lpf、Lp分别为电枢电流、励磁电流、电枢绕组与励磁绕组互感、相绕组自感，θ为转子位置角，Iamp为电枢电流的幅值；

假设组X(X＝U或V)内的Xi(i＝1或2)发生开路故障，则故障所在组的另一相记为Xj(j＝1或2，且i≠j)，此时将与X组相连的双向晶闸管触发常通；另一正常组记为Y(Y＝U或V，且X≠Y)，利用剩余三相产生的励磁转矩之和与正常运行时输出转矩间隔一定等级后相等，得到：

i_xj、i_y1、i_y2分别为绕组Xj、Y1和Y2绕组的电流，幅值分别为I_xj、I_y1、I_y2；L_xjf、L_y1f、L_y2f分别为绕组Xj、Y1、Y2绕组与励磁绕组的互感，且电感变化率的绝对值相同；ζ为转矩降额系数，由于Y1和Y2处于同一个组，所以有：

I_y1＝I_y2

上述容错运行转矩和正常运行转矩降额后相等的方程为：

I_xj+2I_y1＝4ζI_amp

定子铜损为：

式中P_Cu为定子铜损，Rs为等效相电阻，得到铜损与容错电流幅值有关的表达式为：

其中，I_y1的范围为0≤Iy1≤2Iamp，所以，容错运行剩余三相电流幅值为：

。