CN112821842B - 一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法 - Google Patents

一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法，该开关磁阻电机断路故障容错控制方法通过三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统实现，所述三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统包括一个三相开关磁阻电机、一个直流电源、一个四桥臂逆变器，绕组采用星形连接方式，且其中性点连接第四个桥臂，用于解决开关磁阻电机驱动电路工作时功率变换器件发生断路故障的问题，不仅能够针对单个开关管断路进行容错控制，而且对于不在同桥臂的任意两管断路都可以进行容错控制，保证电机系统性能较正常运行时基本不变，本发明电路接线简单、成本低、绕组利用率高，有效实现了功率变换器件发生断路故障后的容错运行，提高了系统的可靠性。

Description

一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法
技术领域
本发明属于开关磁阻电机功率变换器技术领域，具体是一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法。
背景技术
开关磁阻电机结构坚固简单成本低,双极性控制的三相开关磁阻电机系统接线简单、调速范围宽、转矩脉动较小，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，功率变换器及其驱动电路作为系统控制的中枢执行机构，是系统中最容易出现故障的薄弱环节，功率变换器故障将破坏驱动系统运行的平衡状态，产生无法抑制的转矩缺口甚至制动转矩，长期故障运行将导致整个系统的损坏，因此，在系统发生功率变换器故障时实施容错控制是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法，该方法成本低，能够有效的在功率变换器件发生断路故障时进行容错控制，保证电机系统性能较正常运行时基本不变，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法，该开关磁阻电机断路故障容错控制方法通过三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统实现，所述三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统包括一个三相开关磁阻电机、一个直流电源、一个四桥臂逆变器，绕组采用星形连接方式，且其中性点连接第四个桥臂。
控制方法包括如下步骤：
a.当某开关管发生断路故障时：
(1)在驱动电路任一桥臂开关管发生断路情况下，具体为以第三桥臂下管S6断路时，调节故障管信号的开关角并将信号输送给导通第四桥臂下管使A、B两相电流流通；
(2)再次调节故障管信号开关角并将信号输送给故障桥臂的另一健康开关管S5，产生一个与原C相电流方向相反且等值的电流保证故障前后输出转矩不变；
(3)励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B+、B+C+，完成容错控制。
b.当两个不同桥臂上的开关管发生断路故障时：
(1)在驱动电路两个不同桥臂的开关管发生断路情况下，具体以S3、S6两管断路时，调节故障管S3信号开关角并其输送给导通第四桥臂上管S7，调节故障管S6信号开关角并其输送给导通第四桥臂下管S8；
(2)再调节故障管S3信号开关角并将其输送给同桥臂的健康开关管S4，同理将S6信号开关角并将其输送给同桥臂的健康开关管S5；
(3)励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B-、B-C+完成容错控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中不仅能够针对单个开关管断路进行容错控制，而且对于不在同桥臂的任意两管断路都可以进行容错控制，保证电机系统性能较正常运行时基本不变；电路结构简单、接线方便、绕组利用率高，有效实现了功率变换器件发生断路故障后的容错运行，提高了系统的可靠性。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为两相励磁的开关磁阻电机系统正常工作时A+C-通电模式下的电流流向图。
图2为S6管发生断路故障后容错控制时A+C+通电模式下的电流流向图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法，该开关磁阻电机断路故障容错控制方法通过三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统实现，所述三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统包括一个三相开关磁阻电机、一个直流电源、一个四桥臂逆变器，绕组采用星形连接方式，且其中性点连接第四个桥臂，包括如下步骤：
a.当某开关管发生断路故障时：
(1)在驱动电路任一桥臂开关管发生断路情况下，具体以第三桥臂下管S6断路时，调节故障管信号的开关角并将信号输送给导通第四桥臂下管使A、B两相电流流通；
(2)再次调节故障管信号开关角并将信号输送给故障桥臂的另一健康开关管S5，产生一个与原C相电流方向相反且等值的电流保证故障前后输出转矩不变；
(3)励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B+、B+C+，完成容错控制。
b.当两个不同桥臂上的开关管发生断路故障时：
(1)在驱动电路两个不同桥臂的开关管发生断路情况下，具体以S3、S6两管断路时，调节故障管S3信号开关角并其输送给导通第四桥臂上管S7，调节故障管S6信号开关角并其输送给导通第四桥臂下管S8；
(2)再调节故障管S3信号开关角并将其输送给同桥臂的健康开关管S4，同理将S6信号开关角并将其输送给同桥臂的健康开关管S5；
(3)励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B-、B-C+完成容错控制。
下面对开关管发生断路故障时进行具体分析：
a.当某开关管发生断路故障时(S6发生断路故障)：
三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统绕组采用星形连接方式，且其中性点连接第四个桥臂，在任何时候电机都有两相绕组同时励磁，且电流相反，励磁电流可分为六种通电模式:A+C-、A+B-、B-C+、C+A-、A-B+、B+C-，可归结为励磁、续流、退磁三种运动模式，以通电模式为例，当开关管S1和S6同时导通时，电流从直流母线电压Udc正极出发，流经功率开关管S1、A相绕组、C相绕组以及功率开关管S6,最终回到直流母线电压Udc负极，如图1所示A、C两相同时工作，电机工作在A+C-通电模式，开关磁阻电机的线性转矩表达式如下：
Figure BDA0002976275170000041
当驱动电路任一桥臂开关管发生断路故障时，具体以开关管S6发生断路故障为例，因为S6管的故障，六种通电模式:A+C-、A+B-、B-C+、C+A-、A-B+、B+C-，中电流通过S6管回到直流母线电压Udc负极的通电模式A+C-、B+C-停止工作，期间无输出转矩且直流母线电压向A、B相绕组充电并在下个通电模式中释放，导致较大的转矩波动和转速波动，易造成系统紊乱运行。
由(1)可知，开关磁阻电机的输出转矩在转速变化不大的前提下只与电流的平方有关，针对断路故障特点提出以下容错控制思想：
S1：在故障通电模式中使A、B相电流可以回到直流母线电压负极，消除充放电后造成的转矩波动；
S2：在故障相上产生一个反向的等值电流，以保证故障前后输出转矩不变。
具体步骤如下：
首先调节故障管S6信号的开关角并将信号输送给导通第四桥臂下管使A、B两相绕组的电流可以回到直流母线电压负极；其次调节故障管信号开关角并将信号输送给故障桥臂的另一健康开关管S5并叠加在S5开关管原有的信号上，产生一个与原C相电流方向相反且等值的电流保证故障前后输出转矩不变；最后原本停止工作的通电模式借助第四个桥臂变为可工作的通电模式，励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B+、B+C+完成容错控制。
b.当两个不同桥臂上的开关管发生断路故障时(S3、S6两管发生断路故障)：
整体思路与方案a相同即：将无法流通的电流借助第四桥臂导通的同时借用故障相桥臂的另一健康管产生反向等值的电流以保证输出转矩在故障前后基本不变，具体步骤为：
具体以S3、S6两管发生断路故障为例，首先调节故障管S3信号开关角并其输送给导通第四桥臂上管S7，调节故障管S6信号开关角并其输送给导通第四桥臂下管S8；其次调节故障管S3信号开关角并将其输送给同桥臂的健康开关管S4，同理将S6信号调节开关角后输送给同桥臂的健康开关管S5；最后励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B-、B-C+完成容错控制。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法，其特征在于，该开关磁阻电机断路故障容错控制方法通过三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统实现，所述三相四桥臂开关磁阻电机容错控制系统包括一个三相开关磁阻电机、一个直流电源、一个四桥臂逆变器，绕组采用星形连接方式，且其中性点连接第四个桥臂；
且两相励磁的开关磁阻电机控制系统正常工作时励磁电流分为六种通电模式:A+C-、A+B-、B-C+、C+A-、A-B+、B+C-，在功率变换器件发生断路故障时改变通电模式完成容错控制；
该控制方法的具体步骤为：
步骤一：在驱动电路任一桥臂开关管发生断路情况下，具体为第三桥臂下管S6断路时，调节故障管信号的开关角并将信号输送给导通第四桥臂下管使A、B两相电流流通；
步骤二：再次调节故障管信号开关角并将信号输送给故障桥臂的另一健康开关管S5，产生一个与原C相电流方向相反且等值的电流保证故障前后输出转矩不变；
步骤三：励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B+、B+C+，完成容错控制。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机断路故障容错控制方法，其特征在于，该控制方法的具体步骤为：
步骤一：在驱动电路两个不同桥臂的开关管发生断路情况下，具体为S3、S6两管断路时，调节故障管S3信号开关角并其输送给导通第四桥臂上管S7，调节故障管S6信号开关角并其输送给导通第四桥臂下管S8；
步骤二：再调节故障管S3信号开关角并将其输送给同桥臂的健康开关管S4，同理将S6信号开关角并将其输送给同桥臂的健康开关管S5；
步骤三：励磁电流的通电模式改变为A+C+、A+B-、B-C+、C+A-、A-B-、B-C+完成容错控制。
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