[发明专利]电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统及其控制方法

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，该系统在原三相全桥拓扑的基础上引入两电容，构成分裂电容式拓扑，同时两电容也作为储能电容存在，在励磁故障发生前，通过三相全桥拓扑以传统不控整流发电方式进行发电，在励磁故障发生后，切换至故障发电模式通过分裂电容式拓扑进行容错发电。本方法实现了电励磁双凸极电机发生失磁故障后的容错发电，提高了系统带故障能力，适用于航空航天等对可靠性要求较高的领域。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及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。

背景技术

电励磁双凸极电机是在开关磁阻电机基础上发展出来的一种新型无刷直流电机，其定子绕有电枢绕组，转子上无绕组，结构简单可靠、控制灵活。其与开关磁阻电机主要区别在于定子上嵌有励磁绕组，由于励磁磁场的存在，作发电运行时，电励磁双凸极电机仅需外接不控整流桥进行发电，因而具有容错性能好、适用于恶劣工况的优点，同时当负载或转速变化时，通过调节励磁电流大小可维持输出电压恒定，控制十分灵活，在航空、风力发电等领域具有广阔的应用前景。

励磁绕组的存在一方面增强了系统控制的灵活性，但另一方面也带来了安全可靠性问题。励磁绕组的老化、受潮、受热、受侵蚀等均可能对系统安全运行造成影响。此外，控制励磁所用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，严重时将会导致整个系统失去励磁。如果电励磁双凸极发电机在运行过程中发生失磁故障，将会导致整个系统停止运行。

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较少。现有技术包括史力伟等公开的“电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法”(中国，授权日：2017年5月17日，授权号：CN104579067B)在三相全桥基础上添加冗余桥臂构成三相四桥臂变换器，通过给三相四桥臂变换器给每相交替通以正向和负向的励磁电流，实现电机励磁故障的容错发电功能，但引入的桥臂开关次数是原本普通桥臂的三倍；周兴伟等公开的“一种四相电励磁双凸极电机失磁故障容错发电方法”(中国，公开日：2017年5月22日，公开号：CN107147339A)通过添加一个冗余桥臂结合四相电机自感时刻随转子位置变换的特点提出一种新的控制方法，实现失磁故障容错发电，但该方法使得续流电流在电感上升区进行续流，降低了效率。上述两种控制方式均能实现失磁容错运行功能，且可以通过控制励磁角进行发电电压的控制，但是添加的桥臂需要同时流入两相电流，对于器件要求较高。同时，温腾翔等公开的“电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法”(中国，公开日：2018年6月5日，公开号：CN108123646A)也提出了直接使用三相全桥变换器，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，但该方法下控制策略较为复杂，励磁区域较长且励磁过程复杂，电机发电相必须与另一相串联，发电角度较小，发电效率较低。此外，王开淼等公开的“电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统及其控制方法”(中国，公开日：2019年3月8日，公开号：CN109450340A)还提出了使用H桥变换器，该方法通过12个开关管将三相绕组独立开来，每相单独进行励磁和发电，效率较高，但管子数量众多，不适合成本体积受限制领域。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在效率低、控制方法复杂、制作成本高等问题，本发明提供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。

技术方案：本发明提供了一种电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统，该系统包括：直流电源、第十一二极管、全桥变换器、电励磁双凸极电机、控制器、不对称半桥变换器、位置传感器、第一分裂电容和第二分裂电容、负载电阻和开关；