本發(fā)明涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種四相電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電方法。

背景技術(shù)：

作為一種新型無刷直流電機，電勵磁雙凸極電機具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、控制靈活、容錯性能好、適用于惡劣工況的優(yōu)點，在航空、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多相電勵磁雙凸極電機能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動、減小發(fā)電輸出電壓紋波、提高系統(tǒng)容錯性能。作為發(fā)電機運行時，電勵磁雙凸極電機經(jīng)不控整流向負(fù)載供電，通過調(diào)節(jié)勵磁電流實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，勵磁部分是系統(tǒng)脆弱部件，其發(fā)生故障時的容錯發(fā)電方法亟待研究。

目前，有關(guān)電勵磁雙凸極電機失磁故障的容錯控制策略研究尚處于起步階段。史立偉等公開的“電勵磁雙凸極電機勵磁故障容錯發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法”（中國，公開日：2015年4月29號，公開號：104579067a）專利中公開了一種基于三相四橋臂的電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電方法，其將兩個電角度周期作為一個控制周期，向三相繞組內(nèi)通以正負(fù)反向的勵磁電流實現(xiàn)失磁故障下的發(fā)電。但其不能直接根據(jù)轉(zhuǎn)子位置角實現(xiàn)失磁故障的勵磁功能，實際實施復(fù)雜。

在全橋變換器的基礎(chǔ)上增加一相冗余橋臂即能實現(xiàn)電勵磁雙凸極電機的失磁故障發(fā)電功能，但在四相電勵磁雙凸極電機中，每相電樞繞組自感在任意扇區(qū)均隨轉(zhuǎn)子位置變化，上述公開專利中使得自感變化區(qū)間的繞組均向負(fù)載供電，這在四相五橋臂驅(qū)動的電勵磁雙凸極電機中會引起第五橋臂的短路，不能實現(xiàn)系統(tǒng)的失磁故障容錯發(fā)電。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種四相電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種四相電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電方法，所述四相電勵磁雙凸極電機星型連接，四相繞組分別為a相繞組、b相繞組、c相繞組、d相繞組，采用四相五橋臂變換器驅(qū)動；

所述四相五橋臂變換器包含四相全橋變換器和第五橋臂；

所述四相全橋變換器包含開關(guān)管t1至t8、二極管d1至d8；所述第五橋臂包含開關(guān)管t9至t10、二極管d9至d10；

所述開關(guān)管t1至t10的集電極分別和二極管d1至d10的陰極相連、發(fā)射極分別和二極管d1至d10的陽極相連；

a相繞組分別和二極管d1的陽極、二極管d2的陰極相連；

b相繞組分別和二極管d3的陽極、二極管d4的陰極相連；

c相繞組分別和二極管d5的陽極、二極管d6的陰極相連；

d相繞組分別和二極管d7的陽極、二極管d8的陰極相連；

四相電勵磁雙凸極電機的中性點通過開關(guān)s分別和二極管d9的陽極、二極管d10的陰極相連；

二極管d1的陰極分別和二極管d3的陰極、二極管d5的陰極、二極管d7的陰極、二極管d9的陰極、外部直流母線的正極相連；

二極管d2的陽極分別和二極管d4的陽極、二極管d6的陽極、二極管d8的陽極、二極管d10的陽極、外部直流母線的負(fù)極相連；

所述失磁故障容錯發(fā)電方法包括如下步驟：

步驟1），判斷四相電勵磁雙凸極電機的勵磁部分是否故障；

步驟2），若四相電勵磁雙凸極電機的勵磁部分無故障，使開關(guān)s處于斷開狀態(tài)，四相繞組a、b、c、d通過四相全橋變換器的反并二極管不控整流向負(fù)載發(fā)電：

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在0°~90°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d1、d7、d4、d6向負(fù)載發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在90°~180°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d1、d3、d6、d8向負(fù)載發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在180°~270°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d3、d5、d2、d8向負(fù)載發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在270°~360°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d5、d7、d2、d4向負(fù)載發(fā)電；

步驟3），若四相電勵磁雙凸極電機的勵磁部分故障，閉合開關(guān)s使能第五橋臂，在系統(tǒng)失磁故障下進行a、c兩相正向發(fā)電、b、d兩相反向發(fā)電的失磁故障容錯發(fā)電運行：

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在0°~(90-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，b相繞組通過二極管d3、d10反向發(fā)電，α為預(yù)設(shè)的勵磁角度值；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(90-α)°~90°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t5對c相繞組進行正向勵磁，并控制開關(guān)管t1至t4、t6至t10關(guān)閉，b相繞組通過二極管d3、d10反向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在90°~(180-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，c相繞組通過二極管d6、d9正向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(180-α)°~180°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t8對d相繞組進行反向勵磁，并控制開關(guān)管t1至t7、t9至t10關(guān)閉，c相繞組通過二極管d6、d9正向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在180°~(270-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，d相繞組通過二極管d7、d10反向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(270-α)°~270°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t1對a相繞組進行正向勵磁，并控制開關(guān)管t2至t10關(guān)閉，d相繞組通過二極管d7、d10反向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在270°~(360-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，a相繞組通過二極管d2、d9正向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(360-α)°~360°區(qū)間內(nèi)，，開通開關(guān)管t4對b相繞組進行反向勵磁，并控制開關(guān)管t1至t3、t5至t10關(guān)閉，a相繞組通過二極管d2、d9正向發(fā)電。

作為本發(fā)明一種四相電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電方法進一步的優(yōu)化方案，所述步驟2）中通過調(diào)節(jié)四相電勵磁雙凸極電機的勵磁電流實現(xiàn)對四相電勵磁雙凸極電機發(fā)電電壓的閉環(huán)控制，若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓小于給定電壓，則增大四相電勵磁雙凸極電機的勵磁電流；若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓大于給定電壓，則減小四相電勵磁雙凸極電機的勵磁電流。

作為本發(fā)明一種四相電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電方法進一步的優(yōu)化方案，所述步驟3）中通過調(diào)節(jié)勵磁角α進行四相電勵磁雙凸極電機發(fā)電電壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓小于給定電壓，增大勵磁角α；若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓大于給定電壓，則減小勵磁角α。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1.使用四相五橋臂驅(qū)動電勵磁雙凸極電機，能夠同時實現(xiàn)正常情況及勵磁故障時的四相電勵磁雙凸極電機發(fā)電，進一步提高了電勵磁雙凸極電機的可靠性；

2.正常情況下電勵磁雙凸極電機通過調(diào)節(jié)勵磁電流即可實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，勵磁故障時通過調(diào)節(jié)勵磁角便可調(diào)節(jié)輸出電壓及負(fù)載電流，發(fā)電控制簡單靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的四相電勵磁雙凸極電機的四相五橋臂變換器驅(qū)動拓?fù)洌?/p>

圖2是四相電勵磁雙凸極電機四相自感曲線；

圖3是四相電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電電流示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明：

本發(fā)明公開了一種四相電勵磁雙凸極電機失磁故障容錯發(fā)電方法，所述四相電勵磁雙凸極電機星型連接，四相繞組分別為a相繞組、b相繞組、c相繞組、d相繞組，采用四相五橋臂變換器驅(qū)動；

所述四相五橋臂變換器包含四相全橋變換器和第五橋臂；

所述四相全橋變換器包含開關(guān)管t1至t8、二極管d1至d8；所述第五橋臂包含開關(guān)管t9至t10、二極管d9至d10；

所述開關(guān)管t1至t10的集電極分別和二極管d1至d10的陰極相連、發(fā)射極分別和二極管d1至d10的陽極相連；

a相繞組分別和二極管d1的陽極、二極管d2的陰極相連；

b相繞組分別和二極管d3的陽極、二極管d4的陰極相連；

c相繞組分別和二極管d5的陽極、二極管d6的陰極相連；

d相繞組分別和二極管d7的陽極、二極管d8的陰極相連；

四相電勵磁雙凸極電機的中性點通過開關(guān)s分別和二極管d9的陽極、二極管d10的陰極相連；

二極管d1的陰極分別和二極管d3的陰極、二極管d5的陰極、二極管d7的陰極、二極管d9的陰極、外部直流母線的正極相連；

二極管d2的陽極分別和二極管d4的陽極、二極管d6的陽極、二極管d8的陽極、二極管d10的陽極、外部直流母線的負(fù)極相連；

所述失磁故障容錯發(fā)電方法包括如下步驟：

步驟1），判斷四相電勵磁雙凸極電機的勵磁部分是否故障；

這可以通過在電機的勵磁繞組上設(shè)置勵磁電流傳感器，根據(jù)勵磁電流傳感器的感應(yīng)數(shù)據(jù)來判斷；

步驟2），若四相電勵磁雙凸極電機的勵磁部分無故障，使開關(guān)s處于斷開狀態(tài)，四相繞組a、b、c、d通過四相全橋變換器的反并二極管不控整流向負(fù)載發(fā)電：

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在0°~90°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d1、d7、d4、d6向負(fù)載發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在90°~180°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d1、d3、d6、d8向負(fù)載發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在180°~270°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d3、d5、d2、d8向負(fù)載發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在270°~360°區(qū)間，四相繞組a、b、c、d通過二極管d5、d7、d2、d4向負(fù)載發(fā)電；

步驟3），若四相電勵磁雙凸極電機的勵磁部分故障，閉合開關(guān)s使能第五橋臂，在系統(tǒng)失磁故障下進行a、c兩相正向發(fā)電、b、d兩相反向發(fā)電的失磁故障容錯發(fā)電運行：

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在0°~(90-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，b相繞組通過二極管d3、d10反向發(fā)電，α為預(yù)設(shè)的勵磁角度值；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(90-α)°~90°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t5對c相繞組進行正向勵磁，并控制開關(guān)管t1至t4、t6至t10關(guān)閉，b相繞組通過二極管d3、d10反向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在90°~(180-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，c相繞組通過二極管d6、d9正向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(180-α)°~180°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t8對d相繞組進行反向勵磁，并控制開關(guān)管t1至t7、t9至t10關(guān)閉，c相繞組通過二極管d6、d9正向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在180°~(270-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，d相繞組通過二極管d7、d10反向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(270-α)°~270°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t1對a相繞組進行正向勵磁，并控制開關(guān)管t2至t10關(guān)閉，d相繞組通過二極管d7、d10反向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在270°~(360-α)°區(qū)間內(nèi)，控制開關(guān)管t1至t10均關(guān)閉，a相繞組通過二極管d2、d9正向發(fā)電；

如果四相電勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)子位置角在(360-α)°~360°區(qū)間內(nèi)，，開通開關(guān)管t4對b相繞組進行反向勵磁，并控制開關(guān)管t1至t3、t5至t10關(guān)閉，a相繞組通過二極管d2、d9正向發(fā)電。

四相電勵磁雙凸極電機采用的四相五橋臂變換器驅(qū)動拓?fù)淙鐖D1所示。

圖2是四相電勵磁雙凸極電機四相繞組自感隨轉(zhuǎn)子位置變化曲線，可以看出在四相電樞繞組自感在任意位置均隨轉(zhuǎn)子位置變化。

圖3是本發(fā)明提出的四相五橋臂變換器驅(qū)動的四相電勵磁雙凸極電機失磁故障時的容錯發(fā)電電流示意圖。

步驟2）中通過調(diào)節(jié)四相電勵磁雙凸極電機的勵磁電流實現(xiàn)對四相電勵磁雙凸極電機發(fā)電電壓的閉環(huán)控制，若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓小于給定電壓，則增大四相電勵磁雙凸極電機的勵磁電流；若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓大于給定電壓，則減小四相電勵磁雙凸極電機的勵磁電流。

步驟3）中通過調(diào)節(jié)勵磁角α進行四相電勵磁雙凸極電機發(fā)電電壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓小于給定電壓，增大勵磁角α；若四相電勵磁雙凸極電機的發(fā)電電壓大于給定電壓，則減小勵磁角α。

通過上述步驟即可實現(xiàn)四相電勵磁雙凸極電機失磁故障的容錯發(fā)電，進一步提高了電勵磁雙凸極電機的可靠性。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。