一种直流偏置型变流器的容错运行方法技术

本发明专利技术公开直流偏置型变流器的容错运行方法，包括：当直流偏置型变流器包括的n个上半周开关管或n个下半周开关管中有开关管发生开路故障时，封锁该半周的所有开关管，以改变直流偏置型变流器的等效拓扑结构；调整直流偏置型变流器输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系，使得直流偏置型变流器输出单极性的电流，保证电机的稳定运行和电磁转矩的输出。本发明专利技术在部分开关管发生开路故障时，通过封锁部分开关管改变变流器的等效拓扑结构，同时调整输出相电流中的直流电流和交流电流的分配关系，使变流器输出单极性的电流，保证电机的稳定运行和电磁转矩的输出，提高驱动系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流偏置型变流器的容错运行方法
本专利技术属于交流电机驱动与控制领域，更具体地，涉及一种直流偏置型变流器的容错运行方法。
技术介绍
直流偏置型电机具有集中绕组和双凸极结构，使得这种电机具有高可靠性、低成本、散热方便、容错性强等优点。这种电机的相电流波形是带直流偏置加上正弦电流。通过改变直流偏置电流的大小，可以灵活地改变电机内部的转子磁通，不仅可以拓宽调速范围，而且可以提高转矩密度，特别适合需要频繁调速的工作场合。这些独有的特性使得这种电机在学术界越来越受到关注。为了实现直流偏置电流的注入，一般使用直流偏置型变流器来驱动直流偏置型电机。但是，直流偏置电流的注入会引起直流偏置型变流器内的不同开关管通过电流大小不同，使一部分开关管容易发生开路故障而导致系统故障或停机。研究直流偏置型变流器的容错运行方法可提高电机控制系统的可靠性，从而推动其实用化进程，故需选用合适的运行方法以保证部分开关管故障后电机的稳定运行和电磁转矩的输出。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决使用直流偏置型变流器来驱动直流偏置型电机，直流偏置电流的注入会引起直流偏置型变流器内的不同开关管通过电流大小不同，使一部分开关管容易发生开路故障而导致系统故障或停机的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种直流偏置型变流器的容错运行方法，包括：当直流偏置型变流器包括的n个上半周开关管或n个下半周开关管中有开关管发生开路故障时，封锁该半周的所有开关管，以改变直流偏置型变流器的等效拓扑结构，所述直流偏置型变流器用于通过注入直流偏置电流以驱动直流偏置型电机，所述直流偏置电流的注入使得上半周开关管和下半周开关管通过电流的大小不同，n为大于1的整数；调整直流偏置型变流器输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系，使得直流偏置型变流器输出单极性的电流，保证直流偏置型电机的稳定运行和电磁转矩的输出。可选地，若发生开路故障的开关管为上半周开关管，则d轴电流给定值id*＝0；q轴电流给定值0轴电流给定值其中，irms*为电枢电流给定值，d轴电流和q轴电流为所述交流分量，0轴电流为所述直流偏置电流分量。可选地，若发生开路故障的开关管为下半周开关管，则d轴电流给定值id*＝0，q轴电流给定值0轴电流给定值可选地，若所述直流偏置型变流器中有上半周开关管发生开路故障，则通过输出低电平封锁所述n个上半周开关管，利用与这一部分开关管反并联的续流二极管，使得原有的直流偏置型变流器的拓扑结构等效为三相半桥变流器，以保证直流偏置型电机的稳定运行，所述三相半桥变流器输出单极性的电流。可选地，若所述直流偏置型变流器中有下半周开关管发生开路故障，则通过输出低电平封锁所述n个下半周开关管，利用与这一部分开关管反并联的续流二极管，使得原有的直流偏置型变流器的拓扑结构等效为三相半桥变流器，以保证直流偏置型电机的稳定运行。可选地，若所述直流偏置型变流器中的开关管未发生开路故障，则直流偏置型电机稳定运行时，输出的电磁转矩为其中，nr为转子极数，L0为电机0轴等效电感，irms为电枢电流的有效值，电机稳定运行时，irms*和irms相等；若所述直流偏置型变流器中有上半周开关管发生开路故障，则调整直流偏置型变流器输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系后，直流偏置型电机稳定运行时，输出的电磁转矩为nrL0irms2。可选地，若所述直流偏置型变流器中有下半周开关管发生开路故障，则调整直流偏置型变流器输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系后，直流偏置型电机稳定运行时，输出的电磁转矩为nrL0irms2。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术在直流偏置型变流器部分开关管发生开路故障的条件下，通过封锁部分开关管改变变流器的等效拓扑结构，同时调整输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系，使得直流偏置型变流器输出单极性的电流，以保证电机的稳定运行和电磁转矩的输出，进一步提高电机驱动系统的可靠性，从而推动其实用化进程。附图说明图1为本专利技术提供的直流偏置型变流器的容错运行方法流程图；图2为直流偏置型电机的结构图；图3(a)为直流偏置型变流器正常运行时的相电流波形示意图；图3(b)为直流偏置型变流器容错运行时的相电流波形示意图(上半周开关管故障)；图3(c)为直流偏置型变流器容错运行时的相电流波形示意图(下半周开关管故障)；图4(a)为直流偏置型变流器正常运行时的拓扑结构示意图；图4(b)为本专利技术提供的直流偏置型变流器容错运行时的等效拓扑结构示意图(上半周开关管故障)；图4(c)为本专利技术提供的直流偏置型变流器容错运行时的等效拓扑结构示意图(下半周开关管故障)；图5本专利技术提供的实现容错控制的系统框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供一种直流偏置型变流器的容错运行方法，在直流偏置型变流器部分开关管发生开路故障的条件下，封锁包括开路故障的开关管在内的一部分开关管，利用与这一部分开关管反并联的续流二极管，使得原有的直流偏置型变流器的拓扑结构等效为三相半桥变流器，这种结构只能输出单极性的电流。同时由于变流器等效拓扑结构的改变，需要改变系统的控制策略。为了实现单极性电流的输出，需要改变原有的直流偏置电流和交流电流的分配关系。将相电流中直流偏置电流的比例增大，使直流偏置电流的大小和交流电流的幅值相等，此时得到一种单极性的电流，并以此作为容错运行时相电流的控制目标。图1为本专利技术提供的直流偏置型变流器的容错运行方法流程图，如图1所示，包括如下步骤：S101，当直流偏置型变流器包括的n个上半周开关管或n个下半周开关管中有开关管发生开路故障时，封锁该半周的所有开关管，以改变直流偏置型变流器的等效拓扑结构，所述直流偏置型变流器用于通过注入直流偏置电流以驱动直流偏置型电机，所述直流偏置电流的注入使得上半周开关管和下半周开关管通过电流的大小不同，n为大于1的整数。S102，调整直流偏置型变流器输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系，使得直流偏置型变流器输出单极性的电流，保证直流偏置型电机的稳定运行和电磁转矩的输出。具体控制方法参见下面的实施例，在此不做赘述。如图2所示，直流偏置型电机包括定子10、转子20以及绕组30，以及转轴、机壳、端盖、位置编码器等电机的其他通用结构件。该电机采用集中绕组，且绕组中电流包括正弦交流分量和直流偏置电流分量，正弦交流分量用于产生旋转磁势，直流偏置电流分量用于产生旋转磁场。直流偏置型电机正常运行时，一般采用最大转矩电流比运行方式。电机在相电流有效值相同的情况下，输出最大的电磁转矩，从而提高电机效率。根据直流偏置型电机电磁转矩公式：其中，Te为直流偏置型电机的电磁转矩，nr为转子极数，L0为电机0轴等效电感，iq、i0分别为电机的q轴、0轴电流。直流偏置型电机采用最大转矩电流比运行方式时，每相绕组电流波形如图3(a)所示，此时id＝0；iq＝i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流偏置型变流器的容错运行方法，其特征在于，包括：当直流偏置型变流器包括的n个上半周开关管或n个下半周开关管中有开关管发生开路故障时，封锁该半周的所有开关管，以改变直流偏置型变流器的等效拓扑结构，所述直流偏置型变流器用于通过注入直流偏置电流以驱动直流偏置型电机，所述直流偏置电流的注入使得上半周开关管和下半周开关管通过电流的大小不同，n为大于1的整数；调整直流偏置型变流器输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系，使得直流偏置型变流器输出单极性的电流，保证直流偏置型电机的稳定运行和电磁转矩的输出。

【技术特征摘要】
1.一种直流偏置型变流器的容错运行方法，其特征在于，包括：当直流偏置型变流器包括的n个上半周开关管或n个下半周开关管中有开关管发生开路故障时，封锁该半周的所有开关管，以改变直流偏置型变流器的等效拓扑结构，所述直流偏置型变流器用于通过注入直流偏置电流以驱动直流偏置型电机，所述直流偏置电流的注入使得上半周开关管和下半周开关管通过电流的大小不同，n为大于1的整数；调整直流偏置型变流器输出电流中的直流偏置电流分量和交流电流分量的分配关系，使得直流偏置型变流器输出单极性的电流，保证直流偏置型电机的稳定运行和电磁转矩的输出。2.如权利要求1所述的直流偏置型变流器的容错运行方法，其特征在于，若发生开路故障的开关管为上半周开关管，则d轴电流给定值id*＝0；q轴电流给定值0轴电流给定值其中，irms*为电枢电流给定值，d轴电流和q轴电流为所述交流分量，0轴电流为所述直流偏置电流分量。3.如权利要求1所述的直流偏置型变流器的容错运行方法，其特征在于，若发生开路故障的开关管为下半周开关管，则d轴电流给定值id*＝0，q轴电流给定值0轴电流给定值4.如权利要求2所述的直流偏置型变流器的容错运行方法，其特征在于，若所述直流偏置型变流器中有上半周开关管发生开路故障，则通过输出低电平封锁所述n个上半周开关管，利用与这一部分开关管反并联的续流二极管，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲荣海，于子翔，孔武斌，蒋栋，李大伟，贾少锋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42