[发明专利]电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统及其控制方法。该系统由励磁功率电路、励磁电源、主功率电路、主功率电源、控制器、储能电容、负载、电励磁双凸极电机及位置传感器组成，其中主功率电路由三组H桥变换器并联构成。通过实时检测励磁电流值，当检测到失磁故障时，切断励磁电源，系统由正常励磁运行模式切换为失磁故障容错运行模式，通过控制主功率变换器的开关管分别提供失磁故障电动及发电运行所需的电枢电流，来实现电机失磁故障的容错运行功能，提高了电励磁双凸极电机在各种环境下运行的可靠性，适合应用于航空航天、汽车等行业。

技术领域

本发明属于电机系统及控制方法，具体涉及一种电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统的控制方法。

背景技术

电励磁双凸极电机的定、转子均为凸极齿槽结构，定子上集中绕制电枢绕组，定子槽中嵌入励磁绕组，转子上无绕组，具有结构简单、控制灵活、容错性能好的优点，在航空、新能源等领域具有广泛应用前景。电励磁双凸极电机通过励磁绕组提供气隙磁势，对于电枢绕组地不同控制方式可以使其运行于电动与发电两种模态，具有电动/发电机的应用前景。电励磁双凸极电机励磁绕组老化、受潮、受热、受侵蚀、异物入侵、外力的冲击等可能会对绕组造成伤害。同时，控制励磁绕组的励磁功率电路也可能因为过流、反向电压冲击等原因造成故障，严重时甚至导致电机出现失磁故障。如果电励磁双凸极电机在运行时发生失磁故障，会给整个系统带来停转、电压过低等严重的安全可靠性问题。

目前，有关电励磁双凸极电机失磁故障的容错控制策略研究仍较少。现有包括将两个电角度周期作为一个控制周期，向三相绕组内通以正负方向的励磁电流实现失磁故障下的发电；通过添加一个桥臂结合适用于四相电机特点控制方法，实现失磁故障容错发电。上述两种控制方式均能实现失磁容错运行功能，且可以简单的通过控制励磁角进行发电电压的控制，但是添加桥臂需要同时流入两相电流，对于器件要求较高。同时，现有技术也提出了直接使用全桥变换器，通过控制功率变换器的开关管为每相提供正负交替的电流以实现失磁故障发电的功能，该方法无需增加新的桥臂，主功率电路结构简单，成本较低，但该方法下电机发电相必须与另一相串联，限制了发电角度，发电效率较低。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的发电效率低、器件要求高等缺陷，本发明提供一种电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统的控制方法。

技术方案：一种电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统的控制方法，所述电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统包括励磁功率电路、励磁电源、主功率电路、主功率电源、控制器、储能电容、负载、电励磁双凸极电机及位置传感器，励磁电源通过励磁功率电路与励磁绕组连提供励磁电流，主功率电源通过开关管S₁与主功率电路相连，负载通过开关管S₂与主功率电路相连，控制器通过安装在电励磁双凸极电机上的位置传感器获取位置信号控制主功率电路开关管的通断。

主功率电路由12个IGBT器件构成同时每个IGBT器件均并联一个反向二极管，其中开关管TA1、开关管TA2同向串联构成第一桥臂，开关管TA3、开关管TA4同向串联构成第二桥臂，A相绕组出线端分别接于第一桥臂与第二桥臂的中间点上构成A相H桥电路；开关管TB1、开关管TB2同向串联构成第三桥臂，开关管TB3、开关管TB4同向串联构成第四桥臂，B相绕组出线端分别接于第三桥臂与第四桥臂的中间点上构成B相H桥电路；开关管TC1、开关管TC2同向串联构成第五桥臂，开关管TC3、开关管TC4同向串联构成第六桥臂，C相绕组出线端分别接于第五桥臂与第六桥臂的中间点上构成C相H桥电路；三组H桥电路按绕组电势同相参考方向进行并联后构成主功率电路与主功率电源、储能电容和负载连接。

上述电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统的控制方法包括如下步骤：

(1)设置系统所需工作状态，工作状态包括电动状态和发电状态，若需要运行于电动状态，则S₁关断，S₂打开，若需要运行于发电状态，则S₁打开，S₂关断；