[发明专利]一种电励磁双凸极电机开路故障容错驱动系统

说明书

本发明公开了一种电励磁双凸极电机开路故障容错驱动系统，涉及电励磁双凸极电机领域，该系统将电励磁双凸极电机的三相绕组以开绕组形式连接在四桥臂变换器驱动电路上、励磁绕组连接在不对称半桥变换器上，控制器结合位置信息和电感曲线变化规律、控制四桥臂变换器驱动电路中的开关管的导通和关断调整三相绕组的相电流的方向，不仅能驱动电励磁双凸极电机工作在正常运行模式下，且在发电运行时可以做到各相独立控制，而且不增加双向开关管与分裂电容，仅靠四桥臂变换器驱动电路就可以实现三相DSEM驱动系统任意单管故障、单桥臂故障与单相故障下的容错运行，不增加额外的器件成本，且保持控制系统体积较小，提高了系统运行可靠性。

技术领域

本发明涉及电励磁双凸极电机领域，尤其是一种电励磁双凸极电机开路故障容错驱动系统。

背景技术

电励磁双凸极电机(DSEM)具有结构简单、励磁可调、容错性能好等优点，是一种新型的无刷直流电机。DSEM驱动系统中变换器是其易发生故障的薄弱环节，本体绕组也可能出现绝缘磨损等机械故障或电气故障，严重时可能造成电机停转。功率器件与绕组的故障主要分为开路故障与短路故障，其中短路故障可能导致变换器桥臂直通、母线或相电流过大，进而烧毁系统部件。通常及时通过熔断器过流保护将该类故障转化为开路故障来处理，因此功率变换器的开路故障是研究的热点。在一些对可靠性要求较高的场合，需要维持电机平稳运行，因此研究DSEM的容错控制具有重要意义，故而目前针对电励磁双凸极电机的容错技术主要集中在电机的失磁故障与电机驱动变换器开路故障容错，主要有以下一些容错技术研究：

失磁故障容错方面，专利号为CN104579067B的中国发明专利(电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法)发明了一种利用三相四桥臂变换器实现失磁发电的方法，将三相绕组的公共点连接到第四桥臂的中点，通过该容错变换器给每相交替通入正向或负向的相电流，实现绕组先励磁后发电的功能。但这种做法中第四桥臂开关管的开关次数是前三个桥臂的三倍，功率器件一旦故障便导致系统发电功率大大减小。专利号为CN109450340A的发明专利(电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统及其控制方法)：提出使用12个功率器件组成的H桥变换器来实现三相独立控制，实现失磁发电，发电效率高，但缺点是功率器件较多、成本较大。

驱动变换器开路故障容错方面，发表于《中国电机工程学报》2008年8月刊28卷24期的《双凸极电机全桥变换器单相开路故障容错方案》在三相全桥变换器基础上，加了三个双向开关管与分裂电容桥臂，故障后重构成四管三相变换器拓扑，并切换到容错控制，维持系统的输出特性。该拓扑增加了器件，增大了控制器体积，系统可靠性降低。专利号为CN105958892B的中国发明专利(四相电励磁双凸极电机变换器容错拓扑结构及容错方法)提出了一种四相电励磁双凸极电机容错型功率变换器拓扑，增加了两个双向开关管，在变换器发生单相开路故障后导通双向开关管，采用容错控制策略，使变换器仍能输出四相相位相差90°的梯形波电流并通入电机各相，电机仍有四相出力，不受开路故障的影响，但改拓扑对于双管及以上开路故障类型的容错型较差。专利号为CN109245660B的中国发明专利(一种四相电励磁双凸极电机容错驱动系统及其动态模型建立方法)采用带有两个双向晶闸管的四相全桥变换器，且带有分裂电容，来实现双管及双相开路故障容错，加了分裂电容后，容错系统体积变大，且故障下同样需要降额运行。

由此可见，目前的针对电励磁双凸极电机的容错技术的研究中针对三相电机的变换器及绕组开路故障容错方案较少，而且这些现有技术大都需要增加多余器件，对电路改变较大，而且增加了电路的复杂性、可靠性较低。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种电励磁双凸极电机开路故障容错驱动系统，本发明的技术方案如下：