CN114094897A - 一种无线电励磁系统、检测方法及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种无线电励磁系统、检测方法及电动汽车，涉及电子电力技术领域。该系统的第一功率变换电路的输入端连接电源，输出端连接电励磁电机的定子绕组；第二功率变换电路的输入端连接电源，输出端连接励磁变压器原边；励磁变压器将电励磁电机的励磁绕组所需能量从定子传递至转子；第一控制器控制第一功率变换电路向定子绕组注入电流激励以使励磁绕组上产生电流；检测电路获取励磁变压器原边的响应信号并发送至第二控制器；第二控制器当励磁绕组上产生的电流使励磁变压器的副边短路以及断路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励并利用响应信号确定励磁变压器的电参数。利用该系统能够检测无线电励磁系统的电参数。

Description

一种无线电励磁系统、检测方法及电动汽车
技术领域
本申请涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种无线电励磁系统、检测方法及电动汽车。
背景技术
当电动汽车的驱动电机为永磁同步电机时，电机以高转速运行时，电机定子绕组上会产生高压反电动势，此时如果进一步提高电机的转速，将可能造成第一控制器的损坏。因为电机转子的永磁材料产生的磁场不可调节，只能调节电机定子侧d轴(与电机转子的磁场方向一致)的电流来改变气隙磁场，从而降低电机定子绕组的反电动势，但当增加d轴电流时，会使得电机在高转速运行时的效率明显下降。
目前为了提高电机在高转速运行时的效率，可以采用无线电励磁同步电机(以下简称电励磁电机)，其中，无线电励磁即通过励磁变压器，采用无线方式给电机转子的励磁绕组供电，在电机转子上产生大小可控的磁场以代替电子转子的永磁材料的恒定磁场，以使电机转子磁场的大小得到控制。
但是因为励磁变压器的参数偏差和安装误差等因素的影响，导致实际的电参数可能发生变化，而当电励磁电机和励磁变压器完成组装后，难以再次检测电参数，不便进行故障判断。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种无线电励磁系统、检测方法及电动汽车，能够检测无线电励磁系统的电参数。
第一方面，本申请提供了一种无线电励磁系统，包括：励磁变压器、励磁整流电路、电励磁电机、检测电路、第一功率变换电路、第二功率变换电路、第一控制器和第二控制器。第一功率变换电路的输入端连接电源，第一功率变换电路的输出端连接电励磁电机的定子绕组；第二功率变换电路的输入端连接电源，第二功率变换电路的输出端连接励磁变压器的原边；励磁变压器用于将电励磁电机的励磁绕组所需能量从定子传递至转子；励磁整流电路用于将励磁变压器的副边接收到的交流电转换为直流电后传输至所述励磁绕组；第一控制器用于控制第一功率变换电路向定子绕组注入电流激励以使励磁绕组上产生电流；检测电路用于获取励磁变压器的原边的响应信号并发送至第二控制器；第二控制器当励磁绕组上产生的电流使励磁变压器的副边短路，以及当励磁绕组上产生的电流使励磁变压器的副边断路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，并利用响应信号确定励磁变压器的电参数。
该系统通过向电励磁电机的定子的绕组注入不同的电流激励，以使励磁绕组上产生电流，励磁绕组的电流的方向会影响电机转子侧的整流桥的负载特性，进而使得励磁变压器的副边可以呈现短路和断路两种不同的负载状态。第二控制器通过检测电路检测励磁变压器的原边该脉冲电流激励对应的响应信号，进而根据该响应信号确定励磁变压器的电参数。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，电参数包括漏感值和励磁电感的电感值，第二控制器利用励磁变压器的副边短路时的响应信号的谐振频率，获取励磁变压器的原边的漏感值和所述励磁变压器的副边的漏感值；利用励磁变压器的副边断路时的响应信号的谐振频率，获取所述励磁变压器的励磁电感的电感值。
即该第二控制器可以根据副边处于短路和断路两种不同的负载状态时原边不同的响应信号获取励磁变压器的原边的漏感值、副边的漏感值和励磁电感的电感值。在一些实施例中，一般励磁变压器的原边的漏感值大小等于副边的漏感值。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，第二控制器还用于当电参数和预设电参数的差的绝对值大于预设阈值时，确定无线电励磁系统存在故障。
即该系统的第二控制器可以利用电参数确定无线电励磁系统是否存在故障。
结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，第二控制器还用于利用响应信号对无线电励磁系统进行故障检测。
由于本申请系统中获取的响应信号是励磁变压器的副边处于不同负载特性时，原边对于脉冲电流激励产生的响应，因此也可以利用响应信号来检测无线电励磁系统是否存在故障。
结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，第二控制器具体用于：当响应信号的频率低于预设频率范围时，确定励磁整流电路的二极管存在断路故障；当响应信号的频率高于预设频率范围时，确定励磁整流电路的二极管存在短路故障；当响应信号的幅值高于预设幅值范围时，确定励磁整流电路的输出电容的电容值异常。
结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，第一控制器在第一预设时间内控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入逐步减小的d轴电流激励，以使励磁变压器的副边短路，d轴与所述转子的磁场方向一致；在第二预设时间内控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入逐步增大的d轴电流激励，以使励磁变压器的副边短路。
其中，第一预设时间大于所述脉冲电流激励的持续时间，以确保脉冲电流激励的持续时间内，励磁变压器的副边处于短路状态。第二预设时间大于脉冲电流激励的持续时间，以确保脉冲电流激励的持续时间内，励磁变压器的副边处于断路状态。
结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，第一控制器还用于向电励磁电机的定子绕组注入电流激励后，向第二控制器发送控制指令，控制指令用于指示第二控制器控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励。即第一控制器通知第二控制器开始进行电参数的检测。
结合第一方面，在第七种可能的实现方式中，检测电路具体包括电流互感器和信号处理电路，电流互感器的原边绕组连接所述励磁变压器的原边，电流互感器的副边绕组连接信号处理电路。信号处理电路用于对电流互感器采集的信号进行处理以获取响应信号，并将响应信号并发送至第二控制器。
结合第一方面，在第八种可能的实现方式中，第一控制器和第二控制器集成于一个微控制单元MCU。
在另一些实施例中，第一控制器和第二控制器也可以分别集成于不同的微控制单元。
第二方面，本申请还提供了一种无线电励磁系统的检测方法，应用于以上的实现方式提供的无线电励磁系统，该方法包括：
控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入电流激励，以使励磁绕组上产生电流；
当励磁绕组上产生的电流使励磁变压器的副边短路时，以及当励磁绕组上产生的电流使励磁变压器的副边断路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，并利用励磁变压器的原边的响应信号确定励磁变压器的电参数。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，电参数包括漏感值和励磁电感的电感值，所述利用励磁变压器的原边的响应信号确定励磁变压器的电参数具体包括：
利用励磁变压器的副边短路时的响应信号的谐振频率，获取励磁变压器的原边的漏感值和励磁变压器的副边的漏感值；
利用励磁变压器的副边断路时的响应信号的谐振频率，获取励磁变压器的励磁电感的电感值。
结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，该方法还包括：当电参数和预设电参数的差的绝对值大于预设阈值时，确定无线电励磁系统存在故障。
结合第二方面，在第三种可能的实现方式中，该方法还包括：利用响应信号对无线电励磁系统进行故障检测。
结合第二方面，在第四种可能的实现方式中，利用响应信号对无线电励磁系统进行故障检测，具体包括：
当响应信号的频率低于预设频率范围时，确定励磁整流电路的二极管存在断路故障；当响应信号的频率高于预设频率范围时，确定励磁整流电路的二极管存在短路故障；当响应信号的幅值高于预设幅值范围时，确定励磁整流电路的输出电容的电容值异常。
结合第二方面，在第五种可能的实现方式中，所述控制第一功率变换电路向电机的定子绕组注入电流激励，以使励磁绕组上产生电流，具体包括：
在第一预设时间内控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入逐步减小的d轴电流激励，以使所述励磁绕组上产生电流且使所述励磁变压器的副边短路，d轴与所述转子的磁场方向一致；
在第二预设时间内控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入逐步增大的d轴电流激励，以使励磁绕组上产生电流且使所述励磁变压器的副边短路；
第一预设时间和第二预设时间大于脉冲电流激励的持续时间。
第三方面，本申请还提供了一种电动汽车，电动汽车包括以上任意一种实现方式提供的无线电励磁系统，还包括动力电池组，动力电池组用于为无线电励磁系统供电。
本申请提供的技术方案至少具有以下优点：
本申请提供的无线电励磁系统的第一控制器控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子的绕组注入电流激励，以使励磁绕组上产生电流，进而改变了励磁变压器的副边的负载特性。第二控制器当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边短路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，以及当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边断路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励。脉冲电流激励使得励磁变压器的原边产生对应于该脉冲电流激励的响应信号。检测电路获取励磁变压器的原边的响应信号，然后传输至第二控制器，因为励磁变压器的副边的负载特性不同，因此获取到的响应信号不同，第二控制器可以根据接收的响应信号确定励磁变压器的电参数，以便于进行故障判断。
附图说明
图1为无线电励磁系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种无线电励磁系统的示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种无线电励磁系统的示意图；
图4为本申请实施例提供的信号时序的示意图；
图5为本申请实施例提供的脉冲电流激励与响应信号的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种无线电励磁系统的检测方法的流程图；
图7为本申请实施例提供的另一种无线电励磁系统的检测方法的流程图；
图8为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更清楚地理解本申请方案，下面首先说明无线电励磁系统的工作原理。
参见图1，该图为无线电励磁系统的示意图。
该无线电励磁系统包括：直流电源110、励磁控制器120、DC-AC变换器121、补偿电路130、励磁变压器140、电机控制器150、功率电路151、电机定子的绕组160以及电机转子210等。
其中，直流电源110为励磁控制器120和电机控制器150提供直流电，在一些实施例中，直流电源110可以为车载动力电池组。
DC-AC变换器121在励磁控制器120的控制下，将从直流电源110获取的直流电转换为交流电后提供给励磁变压器140。
补偿网络130主要包括电感和电容，用于匹配功率变换电路所需的阻抗关系，在一些实施例中也可以没有补偿网络130。
励磁变压器140包括励磁变压器原边141和励磁变压器副边211，励磁变压器原边141在电励磁电机中与电机定子相对静止，励磁变压器副边211与电机转子210一起高速旋转。电机转子210所需的励磁能量由励磁变压器140从电机定子侧送到电机转子侧。
电机控制器150用于控制功率电路151产生频率和幅值可控的交流电，并提供给电机的定子绕组160。
电机控制器150与励磁控制器120可以集成在一起，例如集成在同一个MCU(MicroControl Unit，微处理单元)上，也可以分别独立设置在不同的MCU上。当相互独立设置时，两者之间存在信号交互，电机控制器150将其励磁电流需求发送给励磁控制器120。
电机的定子绕组160利用电机控制器150注入频率和幅值可控的交流电，产生旋转磁场，该旋转磁场带动电机转子210同步转动。
电机转子210至少包括励磁变压器副边211、励磁整流电路212和励磁绕组213。其中，励磁变压器副边211用于接收励磁变压器原边141传送的能量，励磁整流电路212将励磁变压器副边211接收到的交流电转换为直流电，励磁绕组213上流过的直流电产生直流磁场。
由于该励磁变压器140为一种旋转变压器，存在一定的参数偏差和安装误差，导致实际的电参数可能发生变化，而当电励磁电机和励磁变压器140完成组装后，难以使用传统的方法再次检测电参数，不便进行故障判断。
目前，可以在电机转子210侧设置辅助电源、检测电路以及通信电路，将电机转子侧的电压、电流等信息以无线通信的方式传送至电机的定子侧，从而实现对于励磁电流的检测。
但是以上的技术方案一方面实现起来较为复杂，并且成本较高，另一方面需要在处于高速旋转以及高温环境下的电机转子侧设置电路，导致该电路的可靠性较低。
为了解决以上问题，本申请实施例提供了一种无线电励磁系统、检测方法及电动汽车，通过向电励磁电机的定子的绕组注入不同的电流激励，以使励磁绕组上产生电流，励磁绕组的电流的方向会影响电机转子侧的整流桥的负载特性，进而使得励磁变压器的副边可以呈现短路和断路两种不同的负载状态。当励磁变压器的副边短路时，以及当励磁变压器的副边断路时，向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励。通过检测电路检测励磁变压器的原边该脉冲电流激励对应的响应信号，进而根据该响应信号确定励磁变压器的电参数。
综上所述，利用该系统能够准确检测无线电励磁系统的电参数，并且由于只需要检测励磁变压器的原边的电信号，无需在电机转子侧增加复杂的辅助电源以及通信电路等，因此降低了成本并且提升了可靠性。
为了使本技术领域的人员更清楚地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
本申请说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。
实施例一：
本申请实施例提供了一种无线电励磁系统，下面结合附图具体说明。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种无线电励磁系统的示意图。
本申请实施例提供的无线电励磁系统包括：第二控制器120A、励磁变压器140、励磁整流电路212、电励磁电机、第二功率变换电路121A、第一功率变换电路151A、第一控制器150A和检测电路170。
其中，电励磁电机包括电机定子和电机转子210。电机定子是电机静止不动的部分，主要包括铁芯(图中未示出)、定子绕组160和机座(图中未示出)。电机转子是电机中的旋转部件，用于将电能转换为机械能，至少包括了励磁变压器副边211、励磁整流电路212和励磁绕组213。本申请实施例中以励磁整流电路212为全桥整流电路为例进行说明，该全桥整流电路的每个半桥臂包括一个二极管。
本申请实施例的励磁变压器140的原边与电励磁电机的定子相对静止，励磁变压器140的副边与电励磁电机的转子相对静止。励磁变压器140用于将电励磁电机的励磁绕组需要的能量从电机定子传递至电机转子。
第二功率变换电路121A的输入端连接电源110，第二功率变换电路121A的输出端连接励磁变压器的原边。在一些实施例中，第二功率变换电路121A用于将直流电转换为交流电，即可以为图1中的DC-AC变换器121。
第一功率变换电路151A的输入端连接电源110，第一功率变换电路151A的输出端连接电励磁电机的定子绕组160。在一些实施例中，第一功率变换电路151A用于将直流电转换为交流电，即可以为图1中的功率电路151。第一控制器150A用于控制第一功率变换电路151A向电机的定子绕组注入电流激励，以使励磁绕组213上产生电流。下面具体说明。为了方便说明，本申请的以下说明中以电流方向沿电路顺时针为正，逆时针为负。
继续参见图2，当第一控制器150A控制第一功率变换电路151A向电机的定子绕组注入逐步减小的电流激励然后保持电流激励不变时，使得励磁绕组213产生正向电流if，该正向电流通过励磁整流电路212的二极管实现回流，因此V0＝0，使得整流桥短时间的短路。而当第一控制器150A控制第一功率变换电路151A向电机的定子绕组注入均匀增大的激励电流时，会使得励磁绕组213产生负向电流(与图示if的方向相反)，该负向电流使励磁绕组负载与励磁整流电路212的输出没有关系，因此造成了励磁整流电路212短时间的开路。
即励磁绕组上产生的电流会使得励磁变压器的副边呈现短路和断路两种状态，即改变励磁变压器的副边的负载特性。
第二控制器120A当励磁绕组213上产的电流使励磁变压器的副边211短路时，以及当励磁绕组213上产的电流使励磁变压器的副边211断路时，控制第二功率变换电路121A向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励。
检测电路170用于获取励磁变压器的原边的响应信号并传输至第二控制器120A。而励磁变压器的副边的负载特性不同，会导致其原边产生不同的响应信号。
第二控制器120A根据检测到的响应信号以及电路中已知的器件参数可以确定出励磁变压器的电参数，例如可以确定出励磁变压器的漏感和励磁电感等，即实现了对励磁变压器的电参数的检测。
综上所述，本申请实施例提供的无线电励磁系统的第一控制器控制第一功率变换电路向电机的定子的绕组注入电流激励，以使励磁绕组上产生电流，进而改变了励磁变压器的副边的负载特性。第二控制器当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边短路时，以及当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边断路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励。脉冲电流激励使得励磁变压器的原边产生对应于该脉冲电流激励的响应信号。检测电路获取励磁变压器的原边的响应信号，然后传输至第二控制器，因为励磁变压器的副边的负载特性不同，因此获取到的响应信号不同，第二控制器可以根据接收的响应信号确定励磁变压器的电参数。
相较于在电机转子侧设置辅助电源、检测电路以及通信电路以实现电参数检测的方案而言，本申请实施例提供的无线电励磁系统的硬件成本更低，并且可以在电励磁电机的定子侧完成检测，无需在电励磁电机的转子侧增加硬件电路，因此提升了可靠性。
实施例二：
为了使本领域技术人员更清楚的理解本申请的技术方案，下面具体说明该无线电励磁系统的检测原理。
参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种无线电励磁系统的示意图。
其中，补偿网络130包括电感Lr和电容Cr。电感Lr的电感值和电容Cr的电容值为系统设计时的已知参数。以第二功率变换电路121A为DC-AC变换器121为例进行说明。
图3中对励磁变压器140进行了等效处理，其等效模型包括：原边的漏感Llk1、副边的漏感Llk2、励磁电感为Lm以及理想变压器Tr。
本申请实施例以采用的检测电路170包括电流互感器CT和信号处理电路为例进行说明。其中，电流互感器CT用于检测励磁变压器原边的电流响应ir，获取的电信号为Vir；信号处理电路用于对电流互感器采集的信号进行处理以获取响应信号，并将所述响应信号并发送至所述第二控制器。
为了方便说明，以下说明中继续以电流方向沿电路顺时针为正，逆时针为负。
参见图4，该图为本申请实施例提供的信号时序的示意图。
以id表示第一控制器150A控制第一功率变换电路151A向电机的定子绕组160注入的d轴电流激励，d轴与转子的磁场方向一致。当id随时间逐渐减小时，在一些实施例中，可以采取满足
Figure BDA0002612923490000071
为负值且保持不变，id注入定子绕组160然后保持不变，使得激励绕组213产生正向电流if，对应于图4中t1-t2时间段(第一预设时间)。此时正向的电流if通过励磁整流电路212的二极管回流，励磁整流电路212的二极管正向导通，因此V0＝0，励磁整流电路212在这段时间内处于短路状态。
理想变压器Tr的副边(也即励磁变压器140的副边)短路时，理想变压器Tr等效为副边的漏感Llk2先与励磁电感为Lm并联，在于原边的漏感Llk1串联。并且由于励磁电感Lm的电感值远大于副边的漏感Llk2的电感值，因此两者并联后的电感值约为副边的漏感Llk2的电感值。从而励磁变压器140接入的电感量等效为(Llk1+Llk2)，此时理想变压器Tr的原边的谐振频率f1为：
Figure BDA0002612923490000072
在理想变压器Tr的副边短路期间，第二控制器120A向理想变压器Tr的原边注入脉冲电流激励。在一些实施例中，第二控制器120A通过控制DC-AC变换器121的工作状态向理想变压器Tr的原边注入脉冲电流激励。该脉冲电流激励在DC-AC变换器121的输出端产生相应的电压VAB。脉冲电流激励的持续时间短于理想变压器Tr的副边短路时间，本申请实施例对脉冲电流激励的持续时间不作具体限定。
例如可以持续5μs，t1-t2时间段可以相对较长，例如为脉冲电流激励的持续时间的20倍，以确保脉冲电流激励的持续时间内，理想变压器Tr的副边处于短路状态。
在一些实施例中，当第一控制器150A向电机的定子绕组160注入的电流激励后，第一控制器150A可以向第二控制器120A发送检测指令，以通知第二控制器120A向理想变压器Tr的原边注入脉冲电流激励。
该脉冲电流激励会使得理想变压器Tr的电容Cr和电感(Lr+Llk1+Llk2)上产生自然谐振，进而理想变压器Tr的原边产生脉冲电流激励对应的响应信号ir，响应信号ir的波形体现为衰减振荡的波形。
理想变压器Tr的原边绕组里流通的是高频交流的响应信号ir，通过检测电路170后，能够得到反映响应信号ir的电流大小和相位的信号Vir并发送至第二控制器120A。
第二控制器120A获取信号Vir的频率，即获取了谐振频率f1，而由于电感Lr的电感值和电容Cr的电容值为已知参数，变压器模型中的原边的漏感Llk1和副边的漏感Llk2相同，因此可以根据式(1)确定出原边的漏感Llk1和副边的漏感Llk2。
然后第一控制器150A控制第一功率变换电路151A改变向电励磁电机的定子绕组注入的d轴电流激励id，使得id随时间逐步增大，在一些实施例中，可以采取
Figure BDA0002612923490000081
为正值且保持不变，对应于图4中t3-t4(第二预设时间)时间段。此时励磁绕组213产生负向的电流if(与图3所示的if方向相反)，励磁整流电路212的二极管反向截止，励磁整流电路212在这段时间内处于断路(即开路)状态。
理想变压器Tr的副边(也即励磁变压器140的副边)断路时，理想变压器Tr等效为原边的漏感Llk1与励磁电感Lm串联。从而励磁变压器140接入的电感量等效为(Llk1+Lm)，此时理想变压器Tr的原边的谐振频率f2为：
Figure BDA0002612923490000082
在理想变压器Tr的副边开路期间，第二控制器120A向理想变压器Tr的原边注入脉冲电流激励。在一些实施例中，第二控制器120A通过控制DC-AC变换器121的工作状态向理想变压器Tr的原边注入脉冲电流激励。该脉冲电流激励在DC-AC变换器121的输出端产生相应的电压VAB。脉冲电流激励的持续时间短于理想变压器Tr的副边开路时间，本申请实施例对脉冲电流激励的持续时间不作具体限定。
例如可以持续5μs，t3-t4时间段可以相对较长，例如为脉冲电流激励的持续时间的20倍，以确保脉冲电流激励的持续时间内，理想变压器Tr的副边处于断路状态。
第二控制器120A在理想变压器Tr的副边开路期间注入的脉冲电流激励，与在理想变压器Tr的副边短路期间注入的脉冲电流激励可以相同，也可以不同，本申请实施例不作具体限定。
该脉冲电流激励会使得理想变压器Tr的电容Cr和电感(Lr+Llk1+Lm)上产生自然谐振，进而理想变压器Tr的原边产生脉冲电流激励对应的响应信号ir。
理想变压器Tr的原边绕组里流通的是高频交流的响应信号ir，通过检测电路后能够得到反映响应信号ir的电流大小和相位的信号Vir并发送至第二控制器120A。
第二控制器120A获取信号Vir的频率，即获取了谐振频率f2，而由于电感Lr的电感值和电容Cr的电容值为已知参数，并且根据式(1)确定出了原边的漏感Llk(以及副边的漏感Llk2)，因此可以根据式(2)进一步确定出励磁电感Lm。
在一些实施例中，第二控制器120A可以对获取的信号Vir进行AD采样后得到数字信号，再进行数值的分析处理。第二控制器120A可以包括MCU，通过MCU对信号Vir进行AD采样以及数值的分析处理。第二控制器120A还可以包括ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)，由ADC对信号Vir进行AD采样，将得到的数字信号传送至MCU进行数值的分析处理。
在另一些实施例中，第二控制器120A也可以先对信号Vir进行模拟信号处理，即对信号Vir的包络信号采样得到幅值信息；然后通过比较器得到方波信号，再送入计时器以得到频率信息。
在又一些实施例中，可以由检测电路对采集的信号进行信号处理，得到数字信号，再将数字信号传输至第二控制器120A。
以上对于信号Vir进行采样与计算分析的过程可以基于信号处理领域较为成熟的技术，本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例提供的第一控制器150A可以与图1中的电机控制器150集成在一起，例如集成在同一MCU上，也可以分别独立设置，例如分别集成在不同的MCU上；第二控制器120A与图1中的励磁控制器120可以集成在一起，例如集成在同一MCU上，也可以分别独立设置，例如分别集成在不同的MCU上，本申请实施例不作具体限定。
在另一些实施例中，第一控制器150A与第二控制器120A也可以集成在同一MCU上。
以上说明中以检测电路170具体包括电流互感器CT为例进行说明，检测电路170还可以有其它的实现方式，例如还可以对理想变压器Tr的原边电压进行检测，但总体来说，均是为了检测脉冲电流激励对应的响应信号的幅值和频率，以获取无线电励磁系统的电参数。
综上，通过对励磁变压器在副边短路和副边断路时的参数检测，能够获取准确的原边的漏感Llk1和励磁电感Lm，如果当前检测得到的Llk1和Lm的检测值与预设电参数的差的绝对值小于或等于预设阈值时，则表征此时无线电励磁系统正常，否则判定为出现故障。其中，预设阈值可以根据实际情况确定，本申请实施例对此不作具体限定。本申请实施例提供的无线电励磁系统可以在电机的定子侧完成检测，无需在电机的转子侧增加复杂的硬件电路，因此降低了成本并且提升了可靠性。
在一些实施例中，预设电参数和预设阈值可以预先确定并保存在存储单元中，待使用时进行调用。
实施例三
以上实施例中说明了第二控制器利用电参数判断无线励磁系统是否存在故障的原理，下面具体说明第二控制器利用接收到的响应信号进行故障检测的原理。
参见图5，该图为本申请实施例提供的脉冲电流激励与响应信号的示意图。
一并参见图3，通过第二控制120A向励磁变压器的原边电路注入脉冲电流激励后，该脉冲电流激励对应的电压VAB的波形如图5所示。
第二控制器120A获取信号Vir的波形特性，包括频率和幅值。信号Vir的频率和幅值表征励磁变压器的原边的电流响应ir的频率和幅值，可以以Vir代替ir进行故障检测。
第二控制器120A当Vir的频率低于预设频率范围时，确定转子的整流桥二极管存在断路故障；当Vir的频率高于预设频率范围时，确定转子的整流桥二极管存在短路故障；当Vir的幅值高于预设幅值范围时，确定整流桥的输出电容的电容值异常。
其中，预设频率范围和预设幅值范围可以预先确定并保存在存储单元中，待使用时进行调用。
实施例四：
基于上述实施例提供的无线电励磁系统，本申请实施例还提供了一种应用于该无线电励磁系统的检测方法，下面结合附图具体说明。
参见图6，该图为本申请实施例提供的一种无线电励磁系统的检测方法的流程图。
本申请实施例提供的方法包括以下步骤：
S601:控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入电流激励，以使励磁绕组上产生电流。
当向电机的定子绕组注入电流激励时，会使电机的励磁绕组上产生电流，改变激励电流的波形特性，可以改变励磁绕组上产生电流的方向。而整流桥采用的二极管的负载特性与电流方向有关，进而通过改变注入的电流激励，能够改变励磁变压器的副边的负载特性。
S602：当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边短路时，以及当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边断路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，并利用励磁变压器的原边的响应信号确定励磁变压器的电参数。
励磁变压器的副边的负载特性不同，在脉冲电流激励下回产生不同的响应信号，因此可以根据接收的响应信号确定励磁变压器的电参数，以便于进行故障判断。
继续参见图3，下面结合无线电励磁系统的具体实现方式进行说明。
一并参见图7，该图为本申请实施例提供的另一种无线电励磁系统的检测方法的流程图。
具体包括以下步骤：
S701：在第一预设时间内控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入逐渐减小的d轴电流激励，以使励磁绕组上产生电流且使励磁变压器的副边短路。
S702：控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，利用励磁变压器的副边短路时的响应信号的谐振频率，获取励磁变压器的原边的漏感值和副边的漏感值。
第一预设时间大于脉冲电流激励的持续时间。
S703：在第二预设时间内控制第一功率变换电路向电励磁电机的定子绕组注入逐渐增大的d轴电流激励，以使励磁绕组上产生电流且使励磁变压器的副边短路。
S704：控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，利用励磁变压器的副边断路时的响应信号的谐振频率，获取励磁变压器的励磁电感的电感值。
第二预设时间大于脉冲电流激励的持续时间。
S705：利用获取的电参数对无线电励磁系统进行故障检测。
当励磁变压器的原边的漏感值和副边的漏感值，以及励磁电感的电感值和预设电参数的差的绝对值大于预设阈值时，确定无线电励磁系统存在故障。
S706：利用获取的响应信号对无线电励磁系统进行故障检测。
当响应信号的频率低于预设频率范围时，确定转子的整流桥二极管存在断路故障；
当响应信号的频率高于预设频率范围时，确定转子的整流桥二极管存在短路故障；
当响应信号的幅值高于预设幅值范围时，确定整流桥的输出电容的电容值异常。
本申请实施例提供的以上步骤仅是为了方便说明，并不构成对于本申请的限定。本领域技术人员可以根据实际情况调整或修改以上的步骤，例如可以将S705和S706的顺序进行调换。
综上所述，利用本申请实施例提供的方法，通过向电机的定子的绕组注入不同的电流激励，以使励磁绕组上产生方向不同的电流，进而改变了励磁变压器的副边的负载特性。当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边短路时，以及当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边断路时，向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励。脉冲电流激励使得励磁变压器的原边产生对应于该脉冲电流激励的响应信号。因为励磁变压器的副边的负载特性不同，因此检测到的响应信号不同，然后根据检测到的响应信号确定励磁变压器的电参数，进而还可以进行故障分析。
相较于在电机转子侧设置辅助电源、检测电路以及通信电路以实现电参数检测的方案而言，本申请实施例提供的方法所需的硬件成本更低，并且可以在电机的定子侧完成检测，因此该方法具有更高的可靠性。
实施例五：
基于以上实施例提供的无线电励磁系统，本申请实施例还提供了一种应用于该无线电励磁系统的电动汽车，下面结合附图具体说明。
参见图7，该图为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图。
该电动汽车500包括以上实施例提供的无线电励磁系统300以及动力电池组400。
其中，动力电池组400用于为无线电励磁系统300供电，即相当于附图1-3中的直流电源110。
无线电励磁系统300包括励磁变压器、电机、检测电路、第二功率变换电路、第一功率变换电路、第一控制器和第二控制器。关于无线电励磁系统300的具体实现方式和工作原理可以参见以上实施例中的相关说明，本申请实施例在此不再赘述。
综上所述，本申请实施例提供的电动汽车包括了无线电励磁系统，该无线电励磁系统的第一控制器控制第一功率变换电路向电机的定子的绕组注入电流激励，以使励磁绕组上产生电流，进而改变了励磁变压器的副边的负载特性。第二控制器当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边短路时，以及当励磁绕组上产的电流使励磁变压器的副边断路时，控制第二功率变换电路向励磁变压器的原边注入脉冲电流激励。脉冲电流激励使得励磁变压器的原边产生对应于该脉冲电流激励的响应信号。检测电路获取励磁变压器的原边的响应信号，然后传输至第二控制器，因为励磁变压器的副边的负载特性不同，因此获取到的响应信号不同，第二控制器可以根据接收的响应信号确定励磁变压器的电参数，以便于进行故障判断。该无线电励磁系统可以在电机的定子侧完成检测，无需在电机的转子侧增加复杂的硬件电路，因此降低了成本并且提升了可靠性。
在一些实施例中，第二控制器当响应信号的频率低于正常频率范围时，可以确定整流桥的二极管存在开路故障；当频率高于正常频率范围时，可以确定整流桥输出短路；当响应信号的幅值高于正常范围时，可以确定整流桥输出电容值下降异常。
本申请以上实施例中的第二控制器和第一控制器可以为专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device，PLD)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程逻辑门阵列(Field-programmable Gate Array，FPGA)、通用阵列逻辑(Generic ArrayLogic,GAL)或其任意组合，本申请实施例不作具体限定。
可以理解的是，本申请提供的技术方案还可以应用在无线励磁发电机中，利用类似的检测电路和控制方法进行电参数的检测以及故障的判断。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (16)

1.一种无线电励磁系统，其特征在于，包括：励磁变压器、励磁整流电路、电励磁电机、检测电路、第一功率变换电路、第二功率变换电路、第一控制器和第二控制器；
所述第一功率变换电路的输入端连接所述电源，所述第一功率变换电路的输出端连接所述电励磁电机的定子绕组；所述第二功率变换电路的输入端连接电源，所述第二功率变换电路的输出端连接所述励磁变压器的原边；
所述励磁变压器用于将所述电励磁电机的励磁绕组所需能量从定子传递至转子；所述励磁整流电路用于将所述励磁变压器的副边接收到的交流电转换为直流电后传输至所述励磁绕组；
所述第一控制器用于控制所述第一功率变换电路向所述定子绕组注入电流激励以使所述励磁绕组上产生电流；
所述检测电路用于获取所述励磁变压器的原边的响应信号并发送至所述第二控制器；
所述第二控制器，用于当所述励磁绕组上产生的电流使所述励磁变压器的副边短路，以及当所述励磁绕组上产生的电流使所述励磁变压器的副边断路时，控制所述第二功率变换电路向所述励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，并利用所述响应信号确定所述励磁变压器的电参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电参数包括漏感值和励磁电感的电感值，所述第二控制器具体用于：
利用所述励磁变压器的副边短路时的响应信号的谐振频率，获取所述励磁变压器的原边的漏感值和所述励磁变压器的副边的漏感值；
利用所述励磁变压器的副边断路时的响应信号的谐振频率，获取所述励磁变压器的励磁电感的电感值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二控制器还用于当所述电参数和预设电参数的差的绝对值大于预设阈值时，确定所述无线电励磁系统存在故障。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二控制器还用于利用所述响应信号对所述无线电励磁系统进行故障检测。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二控制器，具体用于：
当所述响应信号的频率低于预设频率范围时，确定所述励磁整流电路的二极管存在断路故障；
当所述响应信号的频率高于所述预设频率范围时，确定所述励磁整流电路的二极管存在短路故障；
当所述响应信号的幅值高于预设幅值范围时，确定所述励磁整流电路的输出电容的电容值异常。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制器具体用于：
在第一预设时间内控制所述第一功率变换电路向所述电励磁电机的定子绕组注入逐步减小的d轴电流激励，以使所述励磁变压器的副边短路，所述d轴与所述转子的磁场方向一致；
在第二预设时间内控制所述第一功率变换电路向所述电励磁电机的定子绕组注入逐步增大的d轴电流激励，以使所述励磁变压器的副边短路；
所述第一预设时间和第二预设时间大于所述脉冲电流激励的持续时间。
7.根据权利要求1-6所述的系统，其特征在于，所述第一控制器，还用于：
向所述电励磁电机的定子绕组注入电流激励后，向所述第二控制器发送控制指令，所述控制指令用于指示所述第二控制器控制所述第二功率变换电路向所述励磁变压器的原边注入所述脉冲电流激励。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的系统，其特征在于，所述检测电路具体包括电流互感器和信号处理电路，所述电流互感器的原边绕组连接所述励磁变压器的原边，所述电流互感器的副边绕组连接所述信号处理电路；
所述信号处理电路，用于对所述电流互感器采集的信号进行处理以获取所述响应信号，并将所述响应信号并发送至所述第二控制器。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的系统，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器集成于一个微控制单元MCU。
10.一种无线电励磁系统的检测方法，其特征在于，所述系统包括励磁变压器、励磁整流电路、电励磁电机、第一功率变换电路和第二功率变换电路，所述第一功率变换电路的输入端连接电源，所述第一功率变换电路的输出端连接所述电励磁电机的定子绕组，所述第二功率变换电路的输入端连接电源，所述第二功率变换电路的输出端连接所述励磁变压器的原边，所述励磁变压器用于将所述电励磁电机的励磁绕组所需能量从定子传递至转子，所述励磁整流电路用于将所述励磁变压器的副边接收到的交流电转换为直流电后传输至所述励磁绕组；所述方法包括：
控制所述第一功率变换电路向所述电励磁电机的定子绕组注入电流激励，以使所述励磁绕组上产生电流；
当所述励磁绕组上产生的电流使所述励磁变压器的副边短路时，以及当所述励磁绕组上产生的电流使所述励磁变压器的副边断路时，控制所述第二功率变换电路向所述励磁变压器的原边注入脉冲电流激励，并利用所述励磁变压器的原边的响应信号确定所述励磁变压器的电参数。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电参数包括漏感值和励磁电感的电感值，所述利用所述励磁变压器的原边的响应信号确定所述励磁变压器的电参数具体包括：
利用所述励磁变压器的副边短路时的响应信号的谐振频率，获取所述励磁变压器的原边的漏感值和所述励磁变压器的副边的漏感值；
利用所述励磁变压器的副边断路时的响应信号的谐振频率，获取所述励磁变压器的励磁电感的电感值。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述电参数和预设电参数的差的绝对值大于预设阈值时，确定所述无线电励磁系统存在故障。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述响应信号对所述无线电励磁系统进行故障检测。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述利用所述响应信号对所述无线电励磁系统进行故障检测，具体包括：
当所述响应信号的频率低于预设频率范围时，确定所述励磁整流电路的二极管存在断路故障；
当所述响应信号的频率高于所述预设频率范围时，确定所述励磁整流电路的二极管存在短路故障；
当所述响应信号的幅值高于预设幅值范围时，确定所述励磁整流电路的输出电容的电容值异常。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制所述第一功率变换电路向所述电机的定子绕组注入电流激励，以使所述励磁绕组上产生电流，具体包括：
在第一预设时间内控制所述第一功率变换电路向所述电励磁电机的定子绕组注入逐步减小的d轴电流激励，以使所述励磁绕组上产生电流且使所述励磁变压器的副边短路，所述d轴与所述转子的磁场方向一致；
在第二预设时间内控制所述第一功率变换电路向所述电励磁电机的定子绕组注入逐步增大的d轴电流激励，以使所述励磁绕组上产生电流且使所述励磁变压器的副边短路；
所述第一预设时间和第二预设时间大于所述脉冲电流激励的持续时间。
16.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括权利要求1-9中任意一项所述的无线电励磁系统，还包括动力电池组，所述动力电池组用于为所述无线电励磁系统供电。
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