的H相六开关变换器向异步电机1提供初始励磁电压，激励异步电机1发出的电压逐 渐增加。异步电机1发出的H相交流电压经过H相六开关变换器的整流，再经过第一母线 电容3和第二母线电容4的滤波作用，输出直流电压；当输出的直流电压超过低压辅助电源 6的电压时，二极管5起阻断作用，使低压辅助电源6自然脱离异步电机发电系统；
[0026] 所述检测电路包含电流传感器7、电压传感器8和模数转换器9;电流传感器7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7，电流传感器7将异步电机1H相绕组的交流强电流 信号i。、ib、转换成弱电压模拟信号；电压传感器8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端的正负极线上；电流传感器7和电压传感器8的输出端均与模/数 转换器9的模拟信号输入端相连；电流传感器7与电压传感器8获得的弱电压模拟信号接 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；采 用电流传感器7和电压传感器8可使检测电路在进行准确信息检测的同时，使控制电路和 主电路实现可靠的电气隔离；
[0027] 所述控制电路包含数字信号处理器10、驱动电路11，数字信号处理器10的输入端 与模/数转换器9的输出端相连，其输出端与驱动电路11的输入端相连；驱动电路11的输 出端与主电路中功率管T1~T6的基极及双向晶间管T化的控制极相接；数字信号处理器 10依据模数转换器9输入的数字信号一S相电流信息和主电路电压信息，在异步电机发 电系统正常运行时，根据现有的常规H相六开关变换器与异步电机构成的发电系统的瞬时 转矩控制方法，算出应该发给容错型变换器的控制信号，在异步电机发电系统容错运行时， 根据本实用新型提出的两相四开关变换器和异步电机组成的发电系统的瞬时转矩控制方 法，算出应该发给容错型变换器的控制信号；容错型变换器的控制信号经过驱动电路11的 驱动放大，送到六个功率管T1~T6的栅极和双向晶间管T化的控制极，进行异步电机发电 系统的容错控制。
[0028] 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的控制方法：
[0029] 异步电机发电系统正常运行时，其主电路如图2所示，H相桥臂2. 1、2. 2、2. 3工 作，双向晶间管T化不工作，异步电机1发出的H相交流电，经过H相六开关变换器整流后， 变为直流电输出；
[0030] 当某一相桥臂中的一个功率管出现开路故障时，检测电路检测到H相电流中的某 一相电流为零的时间达到半个电流周期，控制电路据此断开该相桥臂中的两个功率管的驱 动信号，然后触发双向晶间管TRn导通，异步电机由另外两相桥臂和双向晶间管TRn构成的 两相四开关变换器控制，继续容错发电运行。下面W第一相桥臂2. 1中功率管T1 (或者功 率管T2)出现开路故障为例，如图3所示，控制电路断开功率管T1、T2的驱动信号，同时触 发双向晶间管T化导通，由双向晶间管T化、第二相桥臂2. 2及第H相桥臂2. 3构成的两相 四开关变换器控制异步电机1继续发电运行；
[0031] 当某一相桥臂中的一个功率管出现短路故障时，同一相桥臂上的互补功率管、该 桥臂上的两个烙断器与第一母线电容3、第二母线电容4会形成短路回路，两个烙断器因为 过流被烙断，该桥臂从电路中断开，短路故障自动转化为开路故障，再利用上述功率管开路 故障容错方法进行控制。
[0032] 异步电机发电系统正常运行时采用现有的瞬时转矩控制方法，其基本原理是，异 步电机所产生的转矩是电机进行机电能量转换的关键物理量，控制了瞬时转矩，就控制了 电机发电时的机电能量转换过程，从而可使整个发电系统获得优良的动态性能。由于瞬时 转矩正比于电机定、转子磁链之间夹角的正弦值，要迅速控制瞬时转矩，应尽可能快地改变 定、转子磁链的夹角。因转子磁链是由定子磁链感应产生的，它的变化相对于定子磁链来说 要慢，因此迅速改变定、转子磁链之间的夹角，实际上是通过快速改变定子磁链来实现的。 瞬时转矩控制的方法是通过选择变换器的不同开关状态，也就是发电系统的不同电压矢 量，直接作用到电机绕组上，使电机的定子磁链V,得到迅速的改变，从而迅速控制电机的 瞬时转矩。在控制过程中，为保持高动态性能，定子磁链幅值I需满足恒定的条件，因 此磁链的运动轨迹为圆形。
[0033] 异步电机发电系统正常运行的瞬时转矩控制包括电压建立和稳压发电两个过程。
[0034] 电压建立过程包括H个阶段：一是进入发电状态，在初始励磁电路作用下，数字信 号处理器通过对H相六开关变换器电压矢量的选择，控制电机瞬时转矩为负，控制定子磁 链幅值随时间增长，使异步电机进入发电状态；二是低压辅助电源退出阶段，数字信号处理 器继续控制电机瞬时转矩为负，使直流输出电压Ud。逐渐增加，当Ud。大于低压辅助电源电压 时，由于二极管5的阻断作用，低压辅助电源自然退出发电系统；H是电压增长发电阶段， 该阶段所需控制的瞬时转矩（又称转矩给定值）I?由电压传感器8所测得的直流输出电压 叫。与所需要控制的直流输出电压（又称电压给定值）Ud/的偏差经PID调节（P代表比例、 I代表积分、D代表微分）得到：
[00巧]
【主权项】
1. 一种容错型瞬时转矩控制异步电机发电系统，其特征在于：包括主电路、初始励磁 电路、检测电路和控制电路； 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、第三相桥臂和一个双向晶闸管；第一相桥臂由第一烙断 器、第一功率管、第二功率管和第二熔断器串联组成，第二相桥臂由第三熔断器、第三功率 管、第四功率管和第四熔断器串联组成，第三相桥臂由第五熔断器、第五功率管、第六功率 管和第六熔断器串联组成；第一母线电容的负极和第二母线电容的正极相连；三相桥臂的 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；三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；三相桥臂中点分别接异步电机三相绕组的出 线端；双向晶闸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； 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； 所述检测电路包含电流传感器、电压传感器、模/数转换器，电流传感器为三只交流霍 尔电流传感器，连接在异步电机三相绕组输出端和容错型变换器三相桥臂中点的三根导线 分别穿过三只电流传感器；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；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闸管的控制极相接。
【专利摘要】本实用新型提供了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；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；容错型变换器由三相桥臂和一个双向晶闸管组成；异步电机发电系统在容错后容错型变换器由三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。本实用新型设计合理、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。
【IPC分类】H02P9-30, H02P103-10
【公开号】CN204392129
【申请号】CN201520102497
【发明人】张兰红, 何坚强, 仓竹荣, 陈冲, 李小凡
【申请人】盐城工学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月7日