CN109672393B - 一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法 - Google Patents
一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109672393B CN109672393B CN201811567092.6A CN201811567092A CN109672393B CN 109672393 B CN109672393 B CN 109672393B CN 201811567092 A CN201811567092 A CN 201811567092A CN 109672393 B CN109672393 B CN 109672393B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- winding
- circuit
- phase
- fault
- axial flux
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 85
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 22
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
- H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
- H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法，轴向磁通电机由多个定子绕组盘组成，通过外部电路实时检测绕组电流，当电机某一个绕组盘中的任意一相绕组发生故障时，通过开关电路切除存在故障的电机绕组盘，而不需要对控制器或控制算法做任何改动，保证电机输出平稳的电压矢量信号，保持电机的正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及机电领域，尤其是涉及一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法。
背景技术
随着高性能永磁材料的出现，永磁同步电机也在快速地发展。在永磁同步电机中，轴向磁通永磁同步电机(以下简称AFPM)以其高功率密度、高转矩密度、高效率以及高集成度的特点使其能在电动汽车、风力发电、轮船驱动、心脏泵等方面得到极大的应用。尽管AFPM技术目前已经得到广泛的研究，然而在当前的实际工程运用中，AFPM绕组发生故障时，仍存在一些关键问题尚待解决。
传统的AFPM绕组发生故障时，检测各相绕组的实际电流，与AFPM绕组未发生故障时的绕组电流进行比对，判断每相绕组是否故障。当正常运行时，采用id＝0的AFPM电机矢量控制系统，使定子电流和转子磁场相互独立；当断路故障时，根据故障开关状态调节相应故障状态下的其他正常绕组电流；当短路故障时，电流超出极限电流，断开短路故障相，采用断路故障状态下的容错控制策略。整个控制系统存在步骤繁杂成本高的问题。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种轴向磁通电机，其特征在于，包括多个定子绕组盘和多个转子盘，每个定子盘每一相绕组上由多个绕组线圈、阻值较大电阻和开关并联而成，A、B、C三相结构完全相同，为对称结构。
一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑，其特征在于，包括：依次连接的故障检测电路以及故障开关状态电路；所述故障检测电路包括整流电路和滤波电路，其中整流电路由电源变压器、四个整流二极管组成，滤波电路由滤波电容和负载电阻组成；所述故障开关状态电路由继电器组成，所述故障检测电路的整流电路、滤波电路和故障开关状态电路依次连接。
一种轴向磁通电机故障容错控制方法，其特征在于，包括
步骤1、故障检测电路实时检测轴向磁通电机三相绕组的当前电流，当轴向磁通电机三相绕组中N相绕组发生故障，其中，N为A或B或C相的某一相，假设该相由三个线圈组成(实际上可以是任意个，为方便分析，设为3个)，此时如果2号线圈发生故障，则
压，eN1、eN3是某相1号线圈和3号线圈的反电动势，
是某相1号线圈和3号线圈电感两端的电压，R是线圈电感电阻，iN′是绕组盘中某一相发生短路或者断路之后的线圈电流；
步骤2、当发生故障时，故障开关状态电路动作，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通，轴向磁通电机保持正常工作，具体是
发生断路故障时，此时该绕组盘的B相绕组盘反电动势为0，与正常工作时的反电动势电压U不同；同时，为了避免因反电动势减小导致电机损坏，在轴向磁通电机绕组盘每一相的每一个线圈两端都并联电阻，故障检测电路电路中滤波电路的负载电阻两端测量得到的电压比正常工作时的反电动势电压U小；
发生短路故障时，此时该绕组盘的B相绕组盘反电动势会增大，在故障检测电路中的滤波电路的负载电阻两端测量得到的电压会比正常工作时的反电动势U大；
外部的故障检测电路检测到反电动势电压的变化之后，故障开关状态电路作用，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通。
因此，本发明具有如下优点：1、可以解决多个定子盘和转子盘复杂结构的轴向磁通电机故障问题；2、当电机某一个绕组盘中的任意一相绕组发生故障时，通过开关电路切除存在故障的电机绕组盘，而不需要对控制器或控制算法做任何改动，保证电机输出平稳的电压矢量信号，保持电机的正常运行
附图说明
图1是轴向磁通电机某一盘三相绕组示意图。
图2是控制系统框图。
图3是故障检测电路中的整流电路。
图4是故障检测电路中的滤波电路。
图5是故障开关状态电路。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
轴向磁通电机三相绕组为对称结构，A、B、C三相结构完全相同，这里以B相为例分析说明，A、C相发生故障时分析方法与此相同。
图1是串联时轴向磁通电机某一盘三相绕组示意图，当电机正常工作时，此时假设B相定子绕组盘由3个绕组线圈组成，分别命名为1号线圈、2号线圈和3号线圈。由电路基础知识，分析可得
图2是控制系统框图，当轴向磁通电机三相绕组某一相(设为B相)发生断路故障时，假设2号线圈发生故障(1号线圈、3号线圈发生故障时，与此相同的分析方法)，此时
式中，
为B相绕组线圈两端电压，eB1、eB2和eB3为B相各线圈的反电动势，iB是正常工作时B相绕组的电流，L是B相各线圈绕组的电感，R是B相各线圈绕组的电阻，iB′是发生故障时B相绕组的电流。
轴向磁通电机运行过程中，故障检测电路实时检测绕组线圈中的电流，当正常工作时，故障开关状态电路不动作；当发生故障时，故障开关状态电路动作，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通，轴向磁通电机保持正常工作。
图3是故障检测电路中的整流电路，图4是故障检测电路中的滤波电路，其中图3中的1、2端口接在待测绕组和端接在待测绕组两端，测量该绕组盘的某一相绕组反电动势，反电动势信号经过整流电路之后，进入滤波电路，可以得到一个近似于直流的电压信号。
假设LB2发生断路，此时该绕组盘的B相绕组盘反电动势为0，在图4电路中RL两端的电压为0，与正常工作时的反电动势电压U不同。同时，为了避免因反电动势减小导致电机损坏，在图1中接入阻值较大的电阻。
假设LB2发生短路，此时该绕组盘的B相绕组盘反电动势会增大，在图4电路中RL两端测得的电压会比正常工作时的反电动势U大。
外部的故障检测电路检测到反电动势电压的变化之后，故障开关状态电路作用，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通。此时电机反馈出的电流与正常工作时电流反馈值存在较大误差，也能通过电流环进行调节控制，从而保证电机输出平稳的电压矢量信号，那么轴向磁通电机也能保持正常工作。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.一种轴向磁通电机故障容错控制方法，其特征在于，基于一种轴向磁通电机，包括多个定子绕组盘和多个转子盘，每个定子盘每一相绕组上由多个绕组线圈、阻值较大电阻和开关并联而成，A、B、C三相结构完全相同，为对称结构；每一相绕组由多个绕组线圈串联而成，其中，每一相绕组的每一个绕组线圈均单独与一个电阻并联，与每一相绕组的每一个绕组线圈并联的电阻同时与一个开关并联；
依次连接的故障检测电路以及故障开关状态电路；所述故障检测电路包括整流电路和滤波电路，其中整流电路由电源变压器、四个整流二极管组成，滤波电路由滤波电容和负载电阻组成；所述故障开关状态电路由继电器组成，所述故障检测电路的整流电路、滤波电路和故障开关状态电路依次连接；
方法包括
步骤1、故障检测电路实时检测轴向磁通电机三相绕组的当前电流，当轴向磁通电机三相绕组中N相绕组发生故障，其中，N为A或B或C相的某一相，该相由三个线圈组成，此时如果2号线圈发生故障，则
其中，
是绕组盘中某一相发生短路或者断路之后的该相绕组总电压，eN1、eN3是某相1号线圈和3号线圈的反电动势，
是某相1号线圈和3号线圈电感两端的电压，R是线圈电感电阻，iN′是绕组盘中某一相发生短路或者断路之后的线圈电流；
步骤2、当发生故障时，故障开关状态电路动作，使与线圈并联的开关闭合，则绕组电路连通，轴向磁通电机保持正常工作，具体是
发生断路故障时，此时该绕组盘的B相绕组盘反电动势为0，与正常工作时的反电动势电压U不同；同时，为了避免因反电动势减小导致电机损坏，在轴向磁通电机绕组盘每一相的每一个线圈两端都并联电阻，故障检测电路电路中滤波电路的负载电阻两端测量得到的电压比正常工作时的反电动势电压U小；
发生短路故障时，此时该绕组盘的B相绕组盘反电动势会增大，在故障检测电路中的滤波电路的负载电阻两端测量得到的电压会比正常工作时的反电动势U大；
外部的故障检测电路检测到反电动势电压的变化之后，故障开关状态电路作用，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811567092.6A CN109672393B (zh) | 2018-12-19 | 2018-12-19 | 一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811567092.6A CN109672393B (zh) | 2018-12-19 | 2018-12-19 | 一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109672393A CN109672393A (zh) | 2019-04-23 |
| CN109672393B true CN109672393B (zh) | 2021-08-17 |
Family
ID=66144091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811567092.6A Active CN109672393B (zh) | 2018-12-19 | 2018-12-19 | 一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109672393B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118337113A (zh) * | 2024-06-13 | 2024-07-12 | 深圳小象电动科技有限公司 | 一种多轴向磁通电机串联控制系统及控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03277154A (ja) * | 1990-03-23 | 1991-12-09 | Satake Eng Co Ltd | 二固定子誘導電動機 |
| CN103051266A (zh) * | 2013-01-18 | 2013-04-17 | 上海电机学院 | 风力发电机转子电气故障产生的方法及装置 |
| CN103701288A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-02 | 洛阳市睿仕行智能科技发展有限公司 | 一种多绕组电动机 |
| CN104953743A (zh) * | 2014-03-27 | 2015-09-30 | 陈意辉 | 电动汽车与电动车电子多挡变速电机及控制系统 |
| CN105429560A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-23 | 南通大学 | 一种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方法 |
| CN107438945A (zh) * | 2015-01-16 | 2017-12-05 | 邦奇动力有限责任公司 | 开关磁阻电动机及其方法 |
-
2018
- 2018-12-19 CN CN201811567092.6A patent/CN109672393B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03277154A (ja) * | 1990-03-23 | 1991-12-09 | Satake Eng Co Ltd | 二固定子誘導電動機 |
| CN103051266A (zh) * | 2013-01-18 | 2013-04-17 | 上海电机学院 | 风力发电机转子电气故障产生的方法及装置 |
| CN103701288A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-02 | 洛阳市睿仕行智能科技发展有限公司 | 一种多绕组电动机 |
| CN104953743A (zh) * | 2014-03-27 | 2015-09-30 | 陈意辉 | 电动汽车与电动车电子多挡变速电机及控制系统 |
| CN107438945A (zh) * | 2015-01-16 | 2017-12-05 | 邦奇动力有限责任公司 | 开关磁阻电动机及其方法 |
| CN105429560A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-23 | 南通大学 | 一种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109672393A (zh) | 2019-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mecrow et al. | Fault-tolerant permanent magnet machine drives | |
| Gameiro et al. | A new method for power converter fault diagnosis in SRM drives | |
| CN110663162B (zh) | 可变线圈配置系统控制、设备和方法 | |
| CN104242521B (zh) | 一种双模电动发电机 | |
| CN109450340B (zh) | 电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统的控制方法 | |
| JP2009303298A (ja) | 交流モータ装置 | |
| Chen et al. | A fault-tolerant parallel structure of single-phase full-bridge rectifiers for a wound-field doubly salient generator | |
| CN108809173B (zh) | 共母线开绕组无刷双馈风力发电机系统容错控制方法 | |
| CN108123646B (zh) | 电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法 | |
| CN103337999B (zh) | 双余度永磁容错电机直接转矩控制系统及方法 | |
| CN113872482B (zh) | 一种轴向磁场磁通切换永磁电机单相故障容错控制方法 | |
| CN105429560B (zh) | 一种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方法 | |
| CN101667804A (zh) | 半桥结构的多相永磁容错电机控制系统 | |
| Villani et al. | Multi-phase permanent magnet motor drives for fault-tolerant applications | |
| CN105897114B (zh) | 双定子双凸极电机故障容错驱动系统及控制方法 | |
| CN111247736A (zh) | 防止电机中的永磁体消磁的系统和方法 | |
| Chai et al. | Performance comparison and winding fault detection of duplex 2-phase and 3-phase fault-tolerant permanent magnet brushless machines | |
| Lee et al. | Diagnosis technique for stator winding inter-turn fault in BLDC motor using detection coil | |
| CN107147339A (zh) | 一种四相电励磁双凸极电机失磁故障容错发电方法 | |
| CN109672393B (zh) | 一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法 | |
| Jiang et al. | Fault tolerant control of dual-winding fault-tolerant permanent magnet motor drive with three-phase four-leg inverter | |
| Ze et al. | Fault-tolerant performances of switched reluctance machine and doubly salient permanent magnet machine in starter/generator system | |
| Zhao et al. | Characteristics analysis of five-phase fault-tolerant doubly salient electro-magnetic generators | |
| Villani et al. | Fault-tolerant PM brushless DC drive for aerospace application | |
| Nelson et al. | Characterization of coil faults in an axial flux variable reluctance PM motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |