一种开关磁阻电机发电容错功率变换器及容错方法技术

本发明专利技术公开了一种开关磁阻电机发电容错功率变换器及容错方法，适用于开关磁阻电机发电领域。开关磁阻电机发电容错功率变换器每相在励磁阶段有且仅有一个开关管处于励磁回路，每相在续流阶段有且仅有一个开关管处于续流回路，在发电阶段有且仅有一个二极管处于发电回路，在四相回路的每相上增设有专用容错开关管，同时设置有三个与专用容错开关串联的公共容错开关管，本装置正常工作的任一阶段每相仅有一个开关管或二极管工作，减少了电机运行中电能损耗，节约电能，在开关管或二极管发生断路故障时，根据故障重构拓扑,容错控制，保持系统稳定运行，结构简单，控制容易，且在经济性高的情况下，提高了电能利用效率和系统可靠性。提高了电能利用效率和系统可靠性。提高了电能利用效率和系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机发电容错功率变换器及容错方法


[0001]本专利技术涉及一种开关磁阻电机发电容错功率变换器及容错方法,属于开关磁阻电机功率变换器领域。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机具有结构简单,抗干扰能力强,调速性能优良以及成本低廉的特点。相比于其他电机调速系统,开关磁阻电机调速系统具有如下优点：起动转矩大,调速范围宽,控制灵活,可方便实现四象限运行,具有较强的发电能力。在开关磁阻电机发电系统中,开关磁阻电机的功率变换器是其十分关键的组成部分。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。当故障出现时，有时设备不具备停机条件，需要设备在故障状态下继续运行一段时间。与此同时，传统功率变换器发电过程中开关管电能损耗严重，因此，为了提高设备能量利用效率并且在故障发生时有良好的容错运行能力以避免故障带来的重大损失，有必要进行节能和容错技术的研究。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足之处，提供一种开关磁阻电机发电容错功率变换器及容错方法，其结构简单，能量损耗低，效率高，能够实现多相开关管断路故障容错，具有良好的容错性能。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术的四相开关磁阻电机发电容错功率变换器，其包括直流电压源U12、四相回路和容错拓扑部分构成，所述开关磁阻电机发电容错功率变换器每相在励磁阶段有且仅有一个开关管处于励磁回路，每相在续流阶段有且仅有一个开关管处于续流回路，在发电阶段有且仅有一个二极管处于发电回路，极大程度减少了电机运行中功率变换器部分的电能损耗。
[0005]在四相回路的每相上增设有专用容错开关管，同时设置有三个与专用容错开关串联的公共容错开关管，其中一个公共容错开关管的发射极分别与四相回路连接，集电极分别与专用容错开关管的发射极连接，另两个公共容错开关管的发射极分别与直流电压源U12的正负极连接，集电极分别与专用容错开关管的发射极连接；四相回路的每相上设置的专用容错开关管分别为所连接的各相回路容错，三个专用容错开关管用于每一相回路的励磁、续流和发电容错，当每相开关管或二极管发生断路故障时用以重构拓扑，实现容错控制，保持系统的稳定运行。
[0006]一种四相开关磁阻电机发电容错功率变换器，具体的：其包括直流电压源U12、四相回路和容错拓扑部分构成，四相回路包括A相回路、B相回路、C相回路和D相回路，每相回路在励磁阶段有且仅有一个开关管处于励磁回路，每相在续流阶段有且仅有一个开关管处于续流回路，在发电阶段有且仅有一个二极管处于发电回路，
[0007]所述A相回路包括绕组LA，开关管K1、开关管K5和二极管D1，其中开关管K5反并联在绕组LA两端，绕组LA连接电压源U12正极，开关管K1的集电极连接绕组LA输出端，开关管
发射极连接电源负极,开关管K5反并联在绕组LA上，即开关管K5的集电极连接绕组LA电流输出端，开关管K5发射极连接绕组LA电流输入端，二极管D1的阳极连接绕组LA输出端，二极管D1的阴极连接电容C1的阳极；
[0008]所述B相回路包括绕组LB，开关管K2、开关管K6和二极管D2，其中开关管K6反并联在绕组LB两端，绕组LB连接电源U12正极，开关管K2的集电极连接绕组LB的输出端，开关管发射极连接电压源U12负极,开关管K6反并联在绕组LB上，即开关管K6的集电极连接绕组LB电流输出端，开关管K6发射极连接绕组LB电流输入端,二极管D2的阳极连接绕组LB输出端，二极管D2的阴极连接电容C1的阳极；
[0009]所述C相回路包括绕组LC，开关管K3、开关管K7和二极管D3，其中开关管K7反并联在绕组LC两端，绕组LC连接电源正极，开关管K3的集电极连接绕组LC输出端，开关管发射极连接电压源U12负极,开关管K7反并联在绕组LC上，即开关管K7的集电极连接绕组LC电流输出端，开关管K7发射极连接绕组LC电流输入端,二极管D3的阳极连接绕组LC输出端，二极管D3的阴极连接电容C1的阳极；
[0010]所述D相回路包括绕组LD，开关管K4、开关管K8和二极管D4，其中开关管K8反并联在绕组LD两端，绕组LD连接电源正极，开关管K4的集电极连接绕组LD输出端，开关管发射极连接电压源U12负极,开关管K8反并联在绕组LD上，即开关管K8的集电极连接绕组LD电流输出端，开关管K8发射极连接绕组LD电流输入端,二极管D4的阳极连接绕组LD输出端，二极管D4的阴极连接电容C1的阳极；
[0011]所述容错拓扑部分包括与A相回路连接的容错专用的开关管K10，与B相回路连接的容错专用的开关管K11，与C相回路连接的容错专用的开关管K12，与D相回路连接的容错专用的开关管K13，还包括三个容错公用的开关管K9、开关管K14、开关管K15，其中开关管K9发射极连接电容C1阳极，集电极连接开关管K14集电极，开关管K14的发射极连接电源U12正极，开关管K15集电极连接开关管K14的集电极，开关管K15的发射极连接电源负极。
[0012]进一步，开关管K1,开关管K2,开关管K3,开关管K4分别固定用于控制A相绕组LA,B相绕组LB,C相绕组LC和D相绕组LD的励磁，开关管K5,开关管K6,开关管K7,开关管K8分别固定用于控制A相绕组LA,B相绕组LB,C相绕组LC,D相绕组LD的续流，二极管D1,二极管D2,二极管D3,二极管D4分别固定用于A相绕组LA,B相绕组LB,C相绕组LC,D相绕组LD的发电过程，即相较于传统的不对称半桥功率变换器每一相工作时有两个电力电子器件处于工作回路，本功率变换器在正常工作过程中每一相只有一个开关管或二极管处于工作回路中，减小开关管能量损耗，提高系统可靠性与稳定性。
[0013]进一步，所述开关管K1～K15选用门极关断晶闸管、双极型晶体管、功率MOS场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管其中之一。
[0014]进一步，在功率变换器电路中构建节点1
‑
8，其中开关管K5、开关管K6、开关管K7、开关管K8的发射极与直流电压源U12的正极连接处构成节点1；开关管K1、开关管K2、开关管K3、开关管K4、开关管K15的发射极与直流电压源U12的负极连接处构成节点2；二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4的阴极与电容C1阳极连接处构成节点3；开关管k1、开关管K5、开关管K10的集电极与绕组LA的输出端连接处构成节点4；开关管k2、开关管K6、开关管K11的集电极与绕组LB的输出端连接处构成节点5；开关管k3、开关管K7、开关管K12的集电极与绕组LC的输出端连接处构成节点6；开关管k4、开关管K8、开关管K13的集电极与绕组LD的输
出端连接处构成节点7；开关管K10、开关管K11、开关管K12、开关管K13的发射极与开关管K9、开关管K14的集电极连接处构成节点8。
[0015]进一步，绕组LA、绕组LB、绕组LC、绕组LD的输入端、电容C1的阴极、开关管K14的发射极均与节点1相连；开关管K9的发射极均与节点3相连；二极管D1的阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四相开关磁阻电机发电容错功率变换器，其特征在于：其包括直流电压源U12、四相回路和容错拓扑部分构成，所述开关磁阻电机发电容错功率变换器每相在励磁阶段有且仅有一个开关管处于励磁回路，每相在续流阶段有且仅有一个开关管处于续流回路，在发电阶段有且仅有一个二极管处于发电回路，极大程度减少了电机运行中功率变换器部分的电能损耗。2.根据权利要求1所述的四相开关磁阻电机发电容错功率变换器，其特征在于：在四相回路的每相上增设有专用容错开关管，同时设置有三个与专用容错开关串联的公共容错开关管，其中一个公共容错开关管的发射极分别与四相回路连接，集电极分别与专用容错开关管的发射极连接，另两个公共容错开关管的发射极分别与直流电压源U12的正负极连接，集电极分别与专用容错开关管的发射极连接；四相回路的每相上设置的专用容错开关管分别为所连接的各相回路容错，三个专用容错开关管用于每一相回路的励磁、续流和发电容错，当每相开关管或二极管发生断路故障时用以重构拓扑，实现容错控制，保持系统的稳定运行。3.一种四相开关磁阻电机发电容错功率变换器，其特征在于具体的：其包括直流电压源U12、四相回路和容错拓扑部分构成，四相回路包括A相回路、B相回路、C相回路和D相回路，每相回路在励磁阶段有且仅有一个开关管处于励磁回路，每相在续流阶段有且仅有一个开关管处于续流回路，在发电阶段有且仅有一个二极管处于发电回路，所述A相回路包括绕组LA，开关管K1、开关管K5和二极管D1，其中开关管K5反并联在绕组LA两端，绕组LA连接电压源U12正极，开关管K1的集电极连接绕组LA输出端，开关管K1发射极连接电源负极,开关管K5反并联在绕组LA上，即开关管K5的集电极连接绕组LA电流输出端，开关管K5发射极连接绕组LA电流输入端，二极管D1的阳极连接绕组LA输出端，二极管D1的阴极连接电容C1的阳极；所述B相回路包括绕组LB，开关管K2、开关管K6和二极管D2，其中开关管K6反并联在绕组LB两端，绕组LB连接电源U12正极，开关管K2的集电极连接绕组LB的输出端，开关管K2发射极连接电压源U12负极,开关管K6反并联在绕组LB上，即开关管K6的集电极连接绕组LB电流输出端，开关管K6发射极连接绕组LB电流输入端,二极管D2的阳极连接绕组LB输出端，二极管D2的阴极连接电容C1的阳极；所述C相回路包括绕组LC，开关管K3、开关管K7和二极管D3，其中开关管K7反并联在绕组LC两端，绕组LC连接电源U12正极，开关管K3的集电极连接绕组LC输出端，开关管K3发射极连接电压源U12负极,开关管K7反并联在绕组LC上，即开关管K7的集电极连接绕组LC电流输出端，开关管K7发射极连接绕组LC电流输入端,二极管D3的阳极连接绕组LC输出端，二极管D3的阴极连接电容C1的阳极；所述D相回路包括绕组LD，开关管K4、开关管K8和二极管D4，其中开关管K8反并联在绕组LD两端，绕组LD连接电源U12正极，开关管K4的集电极连接绕组LD输出端，开关管K4发射极连接电压源U12负极,开关管K8反并联在绕组LD上，即开关管K8的集电极连接绕组LD电流输出端，开关管K8发射极连接绕组LD电流输入端,二极管D4的阳极连接绕组LD输出端，二极管D4的阴极连接电容C1的阳极；所述容错拓扑部分包括与A相回路连接的容错专用的开关管K10，与B相回路连接的容错专用的开关管K11，与C相回路连接的容错专用的开关管K12，与D相回路连接的容错专用
的开关管K13，还包括三个容错公用的开关管K9、开关管K14、开关管K15，其中开关管K9发射极连接电容C1阳极，集电极连接开关管K14集电极，开关管K14的发射极连接电源U12正极，开关管K15集电极连接开关管K14的集电极，开关管K15的发射极连接电源负极。4.根据权利要求3所述的四相开关磁阻电机发电容错功率变换器，其特征在于：开关管K1,开关管K2,开关管K3,开关管K4分别固定用于控制A相绕组LA,B相绕组LB,C相绕组LC和D相绕组LD的励磁，开关管K5,开关管K6,开关管K7,开关管K8分别固定用于控制A相绕组LA,B相绕组LB,C相绕组LC,D相绕组LD的续流，二极管D1,二极管D2,二极管D3,二极管D4分别固定用于A相绕组LA,B相绕组LB,C相绕组LC...

【专利技术属性】
技术研发人员：昝小舒，刘万里，王瑞明，代林旺，韩国强，陆哲，吴孟霖，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：