[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

说明书

本发明公开了一种电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法，所述系统由电励磁双凸极电机、容错型功率变换器、控制器、位置传感器、负载侧储能电容及励磁侧电源组成。其控制方法是：检测到励磁故障后断开励磁电路并切换到容错模式运行，在容错运行模式中，通过控制功率变换器上的开关管为每相提供正负交替的励磁电流，来实现电机励磁故障的容错发电功能。本发明公开的控制方法所使用的容错型功率变换器为电励磁双凸极电机最常用的全桥式变换器，显著提高了电励磁双凸极电机在航空航天、汽车等重要场合下发电的可靠性，适合多象限运行的电励磁双凸极电机。

技术领域

本发明涉及一种针对励磁故障的电励磁双凸极电机容错发电系统及其控制方法，属于电机系统及控制领域。

背景技术

电励磁双凸极电机是一种近些年得到发展的新型无刷直流电机，它定、转子的结构与开关磁阻电机类似，均呈凸极结构，转子上无绕组，而定子上绕有集中式的三相电枢绕组。其与开关磁阻电机的主要区别在于定子上有用于励磁的励磁绕组，励磁绕组的存在使电励磁双凸极电机与开关磁阻电机有着本质的不同。电励磁双凸极电机发电运行时，仅用整流桥整流，而且转子上无绕组和永磁体，因此其发电运行的可靠性高，成本低，并且功率密度高，恶劣条件下运行时仍可以保持高可靠性，当负载或转速变化时，可通过发电机控制单元来调节励磁绕组的电流大小来维持恒定电压输出。

电励磁双凸极电机励磁绕组老化、受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、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，严重时甚至导致发电机失磁。如果电励磁双凸极电机在发电运行时发生失磁故障，会给整个发电系统带来严重的安全可靠性问题。

电励磁双凸极电机在励磁绕组发生故障的情况下相当于一台开关磁阻电机，而开关磁阻电机使用的三相不对称半桥变换器并不适用于电励磁双凸极电机，电励磁双凸极电机使用的功率变换器为三相全桥变换器，因此授权的中国发明专利：电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法，授权公告号：CN104579067A，提出了使用三相四桥臂变换器，变换器由一个三相全桥变换器和一个第四桥臂构成，以实现电励磁双凸极电机的失磁容错发电。使用三相四桥臂变换器虽然能够实现失磁容错发电，但是相比三相全桥变换器需要一个额外桥臂，体积大，成本高。

发明内容

针对于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的即基于电励磁双凸极电机最常用的三相全桥功率变换器，提出一种针对励磁故障的电励磁双凸极电机容错发电系统及其控制方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统控制方法，电流检测电路检测电励磁双凸极电机励磁电流，当未检测到励磁故障时，所述电励磁双凸极电机按照正常发电模式发电；当检测到励磁故障后，采用失磁发电控制方法，通过控制三相全桥变换器上的开关管使电机进入励磁故障容错发电运行模式。

所述失磁发电控制方法设定θ表示A相的励磁开通角，0θ120°，设定电流流入绕组中点方向为正方向，在容错运行模式中，电机每相在两个电感周期下有正向励磁、正向发电、负向励磁、负向发电四个状态，其中各相励磁电流的来源分为两个部分，一部分励磁电流由此刻的发电相提供，另一部分励磁电流由负载侧储能电容提供。

在一个电感周期内，所述失磁发电控制方法具体为：

在电机电角度为θ到120°时控制开关管S1导通，

在电机电角度为120°到θ+120°时控制开关管S1、S4导通，电机电角度等于θ+120°时开关管S1关断；

在电机电角度为θ+120°到240°时控制开关管S4导通，

在电机电角度为240°到θ+240°时控制开关管S4、S5导通，电机电角度等于θ+240°时开关管S4关断，