[发明专利]一种开绕组混合励磁双凸极电机容错型变换器驱动系统

说明书

本发明公开了一种用于开绕组混合励磁双凸极电机的容错型变换器驱动系统，属于变磁阻类电机控制技术领域。本文所提出的开绕组混合励磁双凸极电机容错型变换器驱动系统将传统混合励磁双凸极电机的三相中性点分开，三相电枢绕组的中性点不连在一起，而是连在另一个三相全桥逆变器的桥臂中点，实现开绕组混合励磁双凸极电机的标准角控制。在此变换器驱动系统基础上，加入两个开关，从而实现对开绕组变换器桥臂开路故障的容错控制。本发明具有容错性能强、实现方式简单的突出优势，能够有效提高混合励磁双凸极电机驱动系统的可靠性，适用于处理全桥变换器的单管开关管开路故障、一相桥臂开路故障、两相桥臂开路故障和三相桥臂开路故障。

技术领域

本发明涉及变磁阻类电机控制技术领域，尤其涉及一种开绕组混合励磁双凸极电机容错型变换器驱动系统。

背景技术

混合励磁双凸极电机(hybrid excitation doubly salient machine,HEDSM)转子上不存在绕组和磁钢，因此其结构简单牢固、易于维护、可靠性高。在飞机起动/发电系统、风力发电系统、新能源汽车等领域有很好的应用前景。航空航天等场合、电动汽车等应用场合对系统的可靠性要求高，需要电机系统故障后能够容错运行。容错技术一般通过隔离故障并启用冗余备用部件来进行容忍故障，当系统发生一定的故障后，系统发生重构并且启用容错方案使得系统技术输出全部或部分正常运行时的指标，保证故障后系统能继续安全运行。

混合励磁双凸极电机作为磁阻类电机，定转子具有双边凸极的结构，导致其存在转矩脉动大、噪声大和振动剧烈的问题，在一定程度上制约了其推广应用。另一方面，由于混合励磁双凸极电机的转子上无任何绕组和永磁体，混合励磁双凸极电机的本体具有高可靠性，因此，混合励磁双凸极电机系统故障诊断和容错控制的研究主要针对功率变换器故障诊断和容错控制。

对于混合励磁双凸极电机来说，功率变换器起着至关重要的作用，电机依赖变换器进行换相，而变换器是电机驱动系统中最为薄弱的环节，若变换器发生故障，会引起较为严重的后果。研究具有容错功能的变换器及相应的控制策略具有重要意义。文献[1]研究了三相DSEM半桥容错拓扑，利用分裂电容和双向开关管实现容错，文中还提出了确定单管开路故障的故障定位方案，并给出单相开路故障后容错运行的等效电路。

目前关于混合励磁双凸极电机容错控制技术的研究都是针对传统混合励磁双凸极电机，尚没有关于开绕组混合励磁双凸极电机容错控制的研究。

本发明提出的开绕组混合励磁双凸极电机区别于传统混合励磁双凸极电机的特征为三相电枢绕组的中点不相连，即每相绕组的两端分别连接两组三相全桥逆变器对应桥臂中点。基于以上分析，本案旨在提出一种开绕组混合励磁双凸极电机的容错型变换器驱动系统，从而提升电机驱动系统的容错性能。

参考文献

[1]魏佳丹,周波.双凸极电机全桥变换器单相开路故障容错方案[J].中国电机工程学报,2008,28(024):88-93.

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种用于开绕组混合励磁双凸极电机的容错型变换器驱动系统，在此变换器驱动系统基础上，加入两个开关，从而实现对开绕组变换器桥臂开路故障的容错控制。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

开绕组混合励磁双凸极电机和变换器拓扑如图1所示。一相绕组通入电流时，产生的转矩为：

其中Tp表示单相总转矩输出，Tpr表示单相磁阻转矩，Tpe表示单相励磁转矩，Lp表示相绕组自感，if表示励磁电流，Lpf表示励磁绕组与相绕组互感，θ表示转子位置角。电枢绕组的自感及电枢绕组与励磁绕组的互感均与电机转子位置角有关。