[发明专利]开关磁阻电机容错功率变换器设计方法

说明书

本发明提出了一种开关磁阻电机容错功率变换器设计方法。该设计方法首先给定的基础功率变换器和限制条件，通过有向图和矩阵的相关知识，进行回路计算，再结合电路原理得到最优容错型功率变换器。本发明提出的容错功率变换器设计方法灵活，可根据实际需求，给定相应的条件，设计出在该条件下容错性能最优的功率变换器。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机功率变换器领域。

背景技术

开关磁阻电机结构坚固简单、成本低，各相独立工作，系统可靠性高，适用于高速、环境恶劣的场合。但由于元器件老化、过流过压等原因，在电机的运行过程中，故障的发生是不可避免的。当故障出现时，有时设备不具备停机条件，需要设备在故障状态下继续运行一段时间。因此，为了提高设备的带故障运行能力以及避免故障带来的重大损失，有必要进行容错技术的研究。

发明内容

本发明提出了一种开关磁阻电机容错功率变换器的设计方法，具体如下。

一种开关磁阻电机容错功率变换器的设计方法，其特征在于：该设计方法包括以下步骤：

步骤1、给定一个开关磁阻电机功率变换器，该功率变换器包括开关管和二极管。将该功率变换器和其负载构成的电路用有向图表示，其中电流可双向流通的元件用两条方向相反的有向边表示，有向元件用一条有向边表示，有向边方向为电流可流通方向。用数字对该有向图的节点进行编号，有向边的权值用符号Xij表示并将其定义为布尔变量，其中X表示有向边对应的元件符号，i表示有向边的起始节点，j表示有向边的终端节点。用连接矩阵C＝[c_xy]表达有向图，其中c_xy表示连接矩阵的元素，x为对应的行号，y为对应的列号，其中连接矩阵C中的元素定义如下：

步骤2、给定一个条件：在所述功率变换器中增加多个电路元件。

步骤3、在限制条件下，将所述增加的电路元件连接在所述功率变换器的两个电路节点之间。所述限制条件为：增加的电路元件不能互相并联或反并联，不能并联或反并联在所述功率变换器中的电路元件的两端，不能并联或反并联在所述功率变换器的负载的两端，其连接的两个电路节点不能相同。用步骤1的方式将所述增加的多个电路元件用有向边表示，在步骤2的给定条件下，增加的多个电路元件连接在不同的电路节点之间将产生不同的位置组合，其对应的有向边组合也不同，列出所有增加的有向边的组合，然后将增加的有向边用连接矩阵C中的元素表示，得到连接矩阵C′，一个增加的有向边组合对应一个连接矩阵C′。

步骤4、将所述连接矩阵C′和单位对角阵E相加得到矩阵C′+E。计算C′+E的减1布尔行列式，其中，减1布尔行列式的定义为：设矩阵A为一个电路对应的连接矩阵，那么A+E的减1布尔行列式为A+E的积和式减1经过布尔运算得到的计算结果。这里给出减1布尔行列式的一个性质：若矩阵A为一个电路对应的连接矩阵，那么A+E的减1布尔行列式能够表示该电路的所有回路，且减1布尔行列式的每一项对应该电路的一个回路。

步骤5、由C′+E的减1布尔行列式可知因增加电路元件而增加的电路回路。给定选择条件：条件1、增加的电路元件能够在作用上替代最多的所述功率变换器中的电路元件；条件2、所述增加的电路回路包括的励磁回路(正电压回路)、续流回路(零电压回路)、退磁回路(负电压回路)之和最多；条件1的优先级高于条件2。根据所述选择条件得到一个增加的电路元件位置组合，然后得到相应的开关磁阻电机容错功率变换器。

步骤1所述的开关磁阻电机功率变换器为不对称半桥功率变换器、双绕组功率变换器、双极性直流电源功率变换器、C-Dump型功率变换器、Miller功率变换器其中之一。

步骤1所述的开关磁阻电机功率变换器的开关管类型为门极关断晶闸管(GTO)、双极型晶体管(BJT)、功率MOS场效应晶体管(power MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)其中之一。