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

背景技術(shù)：

作為一種新型無刷直流電機(jī)，電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、控制靈活、容錯(cuò)性能好、適用于惡劣工況的優(yōu)點(diǎn)，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(lì)磁雙凸極電機(jī)能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、減小發(fā)電輸出電壓紋波、提高系統(tǒng)容錯(cuò)性能。作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)經(jīng)不控整流向負(fù)載供電，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，勵(lì)磁部分是系統(tǒng)脆弱部件，其發(fā)生故障時(shí)的容錯(cuò)發(fā)電方法亟待研究。

目前，有關(guān)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障的容錯(cuò)控制策略研究尚處于起步階段。史立偉等公開的“電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁故障容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法”（中國(guó)，公開日：2015年4月29號(hào)，公開號(hào)：104579067a）專利中公開了一種基于三相四橋臂的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障容錯(cuò)發(fā)電方法，其將兩個(gè)電角度周期作為一個(gè)控制周期，向三相繞組內(nèi)通以正負(fù)反向的勵(lì)磁電流實(shí)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(shí)現(xiàn)失磁故障的勵(lì)磁功能，實(shí)際實(shí)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(shí)現(xiàn)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的失磁故障發(fā)電功能，但在四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)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(dòng)的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)中會(huì)引起第五橋臂的短路，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的失磁故障容錯(cuò)發(fā)電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障容錯(cuò)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(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障容錯(cuò)發(fā)電方法，所述四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)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(dòng)；

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(lì)磁雙凸極電機(jī)的中性點(diǎn)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(cuò)發(fā)電方法包括如下步驟：

步驟1），判斷四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)磁部分是否故障；

步驟2），若四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)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(jìn)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(cuò)發(fā)電運(yùn)行：

如果四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁角度值；

如果四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(90-α)°~90°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t5對(duì)c相繞組進(jìn)行正向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(180-α)°~180°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t8對(duì)d相繞組進(jìn)行反向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(270-α)°~270°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t1對(duì)a相繞組進(jìn)行正向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(360-α)°~360°區(qū)間內(nèi)，，開通開關(guān)管t4對(duì)b相繞組進(jìn)行反向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障容錯(cuò)發(fā)電方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述步驟2）中通過調(diào)節(jié)四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)對(duì)四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)發(fā)電電壓的閉環(huán)控制，若四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的發(fā)電電壓小于給定電壓，則增大四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)磁電流；若四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的發(fā)電電壓大于給定電壓，則減小四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)磁電流。

作為本發(fā)明一種四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障容錯(cuò)發(fā)電方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述步驟3）中通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁角α進(jìn)行四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)發(fā)電電壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，若四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的發(fā)電電壓小于給定電壓，增大勵(lì)磁角α；若四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的發(fā)電電壓大于給定電壓，則減小勵(lì)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(dòng)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)正常情況及勵(lì)磁故障時(shí)的四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)發(fā)電，進(jìn)一步提高了電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的可靠性；

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

附圖說明

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

圖2是四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)四相自感曲線；

圖3是四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障容錯(cuò)發(fā)電電流示意圖。

具體實(shí)施方式

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

本發(fā)明公開了一種四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障容錯(cuò)發(fā)電方法，所述四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)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(dòng)；

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(lì)磁雙凸極電機(jī)的中性點(diǎn)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(cuò)發(fā)電方法包括如下步驟：

步驟1），判斷四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)磁部分是否故障；

這可以通過在電機(jī)的勵(lì)磁繞組上設(shè)置勵(lì)磁電流傳感器，根據(jù)勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)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(jìn)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(cuò)發(fā)電運(yùn)行：

如果四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁角度值；

如果四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(90-α)°~90°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t5對(duì)c相繞組進(jìn)行正向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(180-α)°~180°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t8對(duì)d相繞組進(jìn)行反向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(270-α)°~270°區(qū)間內(nèi)，開通開關(guān)管t1對(duì)a相繞組進(jìn)行正向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)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(lì)磁雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角在(360-α)°~360°區(qū)間內(nèi)，，開通開關(guān)管t4對(duì)b相繞組進(jìn)行反向勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)采用的四相五橋臂變換器驅(qū)動(dòng)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖2是四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)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(dòng)的四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障時(shí)的容錯(cuò)發(fā)電電流示意圖。

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

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

通過上述步驟即可實(shí)現(xiàn)四相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)失磁故障的容錯(cuò)發(fā)電，進(jìn)一步提高了電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)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(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)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(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。