一种容错型瞬时转矩控制异步电机发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种容错型瞬时转矩控制异步电机发电系统，适用于对发电可靠 性要求较高的场合，属于电机控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 由电力电子变换器与异步电机结合构成的新型异步电机发电系统，采用先进的控 制技术，性能较传统异步发电机得到极大的改善，因而它已成为飞机、汽车、坦克等新型机 载、车载独立电源系统的理想选择。
[0003] 作为航空、军事上应用的电源系统，可靠性是首先必须考虑的问题，容错技术是提 高可靠性的有力保证。由电力电子变换器与异步电机结合构成的新型发电系统中，电力电 子变换器可大大改善发电系统性能，但它也是系统中易发生故障的薄弱环节。一旦发生故 障，整个发电系统将丧失正常工作的能力，该在一般民用场合会带来经济损失，而在航空、 军事等重要场合，将造成灾难性事故，因此进行发电系统容错研究具有重要的现实意义。
[0004] 采用瞬时转矩控制的异步电机发电系统因为动态性能特别优良，在突加、突卸负 载时的动态恢复时间小于美军标要求的30ms，可W很好地满足电传系统和高级仪器不中断 供电的要求，因而作为飞机、坦克、军舰、轮船等运动载体的独立电源极有应用前景，已经授 权的中国发明专利：瞬时转矩控制的笼型异步电机电力电子变换器直流起动/发电系统，[0005]为了提高瞬时转矩控制异步电机发电系统的可靠性，使其真正满足飞机、坦克、军 舰、轮船等高可靠性工作场合的要求，对该系统的容错技术进行研究十分必要。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种所需功率器件少、硬件电路简单、成本低、可靠性 高、能实现功率管开路和短路故障容错的瞬时转矩控制异步电机发电系统。
[0007]为实现上述目的，本实用新型的技术方案是；一种容错型瞬时转矩控制异步电机 发电系统，包括主电路、初始励磁电路、检测电路和控制电路；
[0008] 所述主电路包含异步电机、容错型变换器、第一母线电容、第二母线电容；容错型 变换器包含第一相桥臂、第二相桥臂、第H相桥臂和一个双向晶间管；第一相桥臂由第一烙 断器、第一功率管、第二功率管和第二烙断器串联组成，第二相桥臂由第H烙断器、第H功 率管、第四功率管和第四烙断器串联组成，第H相桥臂由第五烙断器、第五功率管、第六功 率管和第六烙断器串联组成；第一母线电容的负极和第二母线电容的正极相连；H相桥臂 的正极和第一母线电容的正极相连，作为直流电源输出的正极；H相桥臂的负极和第二母 线电容的负极相连，作为直流电源输出的负极；H相桥臂中点分别接异步电机H相绕组的 出线端；双向晶间管接在异步电机中性点及第一母线电容和第二母线电容的连接点之间；
[0009] 所述初始励磁电路包含二极管和低压辅助电源，二极管的阳极和低压辅助电源的 正极相连；二极管的阴极接直流电源输出的正极，低压辅助电源的负极接直流电源输出的 负极；
[0010] 所述检测电路包含电流传感器、电压传感器、模/数转换器，电流传感器为H只交 流霍尔电流传感器，连接在异步电机H相绕组输出端和容错型变换器H相桥臂中点的H根 导线分别穿过H只电流传感器；电压传感器为一只直流霍尔电压传感器，其输入端并联在 直流电源输出的正负极线上；电流传感器和电压传感器的输出端均与模/数转换器的模拟 信号输入端相连；电流传感器获得的H相交流电流模拟信号、电压传感器获得的直流电压 模拟信号都送入模/数转换器的模拟信号输入端，模/数转换器将输入模拟信号转换成数 字信号输出；
[0011] 所述控制电路包含数字信号处理器、驱动电路，数字信号处理器的输入端与模/ 数转换器数字信号输出端相连，其输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与 主电路中容错型变换器的第一功率管到第六功率管的栅极及双向晶间管的控制极相接。
[0012] 本实用新型具有W下有益技术效果；在现有的由H相六开关变换器和异步电机构 成的发电系统中，增加一个双向晶间管、六个烙断器及一路晶间管的硬件驱动电路，就实现 了对H相六开关变换器常见的功率管开路和短路故障的容错，其设计合理、电路结构简单， 成本增加有限，大大提高了异步电机发电系统的工作可靠性；并且，异步电机发电系统在容 错后容错型变换器由H相六开关变换器变为两相四开关变换器，只要根据两相四开关变换 器电压矢量的特点重新设计新的最优电压矢量选择表，就可继续实现对异步电机发电系统 瞬时转矩的快速控制，使容错后的异步电机发电系统保持控制算法简单、受电机参数影响 小、动态特性好的优点。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型的原理图；
[0014] 图2为本实用新型正常工作时的主电路图；
[0015] 图3为本实用新型第一相桥臂中功率管之一发生故障，并且变换器容错为两相四 开关变换器后，系统的主电路图；
[0016] 图4(a)为本实用新型第一相桥臂中功率管之一发生故障、变换器容错为两相四 开关变换器后，系统的四个电压矢量；
[0017]图4(b)为本实用新型第二相桥臂中功率管之一发生故障、变换器容错为两相四 开关变换器后，系统的四个电压矢量；
[0018] 图4(c)为本实用新型第H相桥臂中功率管之一发生故障、变换器容错为两相四 开关变换器后，系统的四个电压矢量；
[0019] 图5为本实用新型第一相桥臂中功率管之一发生故障、变换器容错为两相四开关 变换器后，扇区划分及扇区中电压矢量对磁链和转矩的调节作用示意图；
[0020] 图6为本实用新型正常运行与容错后转矩给定示意图。
[0021]图中；1为异步电机，2为容错型变换器，3为第一母线电容，4为第二母线电容，5 为二极管，6为低压辅助电源，7为电流传感器，8为电压传感器、9为模/数转换器，10为数 字信号处理器，11为驱动电路。2. 1为第一相桥臂，2. 2为第二相桥臂，2. 3为第H相桥臂； T1~T6为第一~第六功率管，FI~F6为第一~第六烙断器，T化为双向晶间管，i。、ib、i。 为电机3、6、〇立相电流，叫。为输出直流电压八。(00)、￥1(01)、￥2(1〇)、乂3(11)为电压矢量； 曰1~0 4为定子磁链运动平面均分的四个扇区，V,为定子磁链，Vf为转子磁链，5为定 子磁链后于转子磁链￥ ,的角度；为转矩给定值，为转矩给定值的滤波值。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。
[0023] 本实用新型所述的一种容错型瞬时转矩控制异步电机发电系统，如图1所示，包 括主电路、初始励磁电路、检测电路和控制电路；
[0024] 所述主电路由异步电机1、容错型变换器2、第一母线电容3、第二母线电容4组成； 容错型变换器2包含H相桥臂2. 1、2. 2、2. 3和双向晶间管T化；第一相桥臂2. 1由第一烙断 器F1、第一功率管T1、第二功率管T2和第二烙断器巧串联组成，第二相桥臂2. 2由第H烙 断器F3、第H功率管T3、第四功率管T4和第四烙断器F4串联组成，第H相桥臂2. 3由第五 烙断器巧、第五功率管T5、第六功率管T6和第六烙断器F6串联组成；第一母线电容3的负 极和第二母线电容4的正极相连；H相桥臂2. 1、2. 2、2. 3的正极和第一母线电容3的正极 相连，作为直流电源输出的正极；H相桥臂2. 1、2. 2、2. 3的负极和第二母线电容4的负极相 连，作为直流电源输出的负极；H相桥臂2. 1、2. 2、2. 3中点分别接异步电机1H相绕组的出 线端；双向晶间管T化接在异步电机1中性点及母线电容3、4的连接点之间；功率管T1~ T6均为并联有体二极管的IGBT功率管，烙断器F1~F6均为快速烙断器；
[00巧]所述初始励磁电路包含二极管5、低压辅助电源6,二极管5的阳极和低压辅助电 源6的正极相连，其阴极接直流电源输出的正极；低压辅助电源6的负极接直流电源输出的 负极。低压辅助电源6为12V或24V蓄电池，它经过二极管5和H相桥臂2. 1、2. 2和2. 3 构成