一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法与流程

本发明涉及机电领域，尤其是涉及一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑及控制方法。

背景技术：

随着高性能永磁材料的出现，永磁同步电机也在快速地发展。在永磁同步电机中，轴向磁通永磁同步电机(以下简称afpm)以其高功率密度、高转矩密度、高效率以及高集成度的特点使其能在电动汽车、风力发电、轮船驱动、心脏泵等方面得到极大的应用。尽管afpm技术目前已经得到广泛的研究，然而在当前的实际工程运用中，afpm绕组发生故障时，仍存在一些关键问题尚待解决。

传统的afpm绕组发生故障时，检测各相绕组的实际电流，与afpm绕组未发生故障时的绕组电流进行比对，判断每相绕组是否故障。当正常运行时，采用id＝0的afpm电机矢量控制系统，使定子电流和转子磁场相互独立；当断路故障时，根据故障开关状态调节相应故障状态下的其他正常绕组电流；当短路故障时，电流超出极限电流，断开短路故障相，采用断路故障状态下的容错控制策略。整个控制系统存在步骤繁杂成本高的问题。

技术实现要素：

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种轴向磁通电机，其特征在于，包括多个定子绕组盘和多个转子盘，每个定子盘每一相绕组上由多个绕组线圈、阻值较大电阻和开关并联而成，a、b、c三相结构完全相同，为对称结构。

一种轴向磁通电机故障容错控制电路拓扑，其特征在于，包括：依次连接的故障检测电路以及故障开关状态电路；所述故障检测电路包括整流电路和滤波电路，其中整流电路由电源变压器、四个整流二极管组成，滤波电路由滤波电容和负载电阻组成；所述故障开关状态电路由继电器组成，所述故障检测电路的整流电路、滤波电路和故障开关状态电路依次连接。

一种轴向磁通电机故障容错控制方法，其特征在于，包括

步骤1、故障检测电路实时检测轴向磁通电机三相绕组的当前电流，当轴向磁通电机三相绕组中n相绕组发生故障，其中，n为a或b或c相的某一相，假设该相由三个线圈组成(实际上可以是任意个，为方便分析，设为3个)，此时如果2号线圈发生故障，则

其中，是绕组盘中某一相发生短路或者断路之后的该相绕组总电压，en1、en3是某相1号线圈和3号线圈的反电动势，是某相1号线圈和3号线圈电感两端的电压，r是线圈电感电阻，in′是绕组盘中某一相发生短路或者断路之后的线圈电流；

步骤2、当发生故障时，故障开关状态电路动作，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通，轴向磁通电机保持正常工作，具体是

发生断路故障时，此时该绕组盘的b相绕组盘反电动势为0，与正常工作时的反电动势电压u不同；同时，为了避免因反电动势减小导致电机损坏，在轴向磁通电机绕组盘每一相的每一个线圈两端都并联电阻，故障检测电路电路中滤波电路的负载电阻两端测量得到的电压比正常工作时的反电动势电压u小；

发生短路故障时，此时该绕组盘的b相绕组盘反电动势会增大，在故障检测电路中的滤波电路的负载电阻两端测量得到的电压会比正常工作时的反电动势u大；

外部的故障检测电路检测到反电动势电压的变化之后，故障开关状态电路作用，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通。

因此，本发明具有如下优点：1、可以解决多个定子盘和转子盘复杂结构的轴向磁通电机故障问题；2、当电机某一个绕组盘中的任意一相绕组发生故障时，通过开关电路切除存在故障的电机绕组盘，而不需要对控制器或控制算法做任何改动，保证电机输出平稳的电压矢量信号，保持电机的正常运行

附图说明

图1是轴向磁通电机某一盘三相绕组示意图。

图2是控制系统框图。

图3是故障检测电路中的整流电路。

图4是故障检测电路中的滤波电路。

图5是故障开关状态电路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

轴向磁通电机三相绕组为对称结构，a、b、c三相结构完全相同，这里以b相为例分析说明，a、c相发生故障时分析方法与此相同。

图1是串联时轴向磁通电机某一盘三相绕组示意图，当电机正常工作时，此时假设b相定子绕组盘由3个绕组线圈组成，分别命名为1号线圈、2号线圈和3号线圈。由电路基础知识，分析可得

图2是控制系统框图，当轴向磁通电机三相绕组某一相(设为b相)发生断路故障时，假设2号线圈发生故障(1号线圈、3号线圈发生故障时，与此相同的分析方法)，此时

式中，为b相绕组线圈两端电压，eb1、eb2和eb3为b相各线圈的反电动势，ib是正常工作时b相绕组的电流，l是b相各线圈绕组的电感，r是b相各线圈绕组的电阻，ib′是发生故障时b相绕组的电流。

轴向磁通电机运行过程中，故障检测电路实时检测绕组线圈中的电流，当正常工作时，故障开关状态电路不动作；当发生故障时，故障开关状态电路动作，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通，轴向磁通电机保持正常工作。

图3是故障检测电路中的整流电路，图4是故障检测电路中的滤波电路，其中图3中的1、2端口接在待测绕组和端接在待测绕组两端，测量该绕组盘的某一相绕组反电动势，反电动势信号经过整流电路之后，进入滤波电路，可以得到一个近似于直流的电压信号。

假设lb2发生断路，此时该绕组盘的b相绕组盘反电动势为0，在图4电路中rl两端的电压为0，与正常工作时的反电动势电压u不同。同时，为了避免因反电动势减小导致电机损坏，在图1中接入阻值较大的电阻。

假设lb2发生短路，此时该绕组盘的b相绕组盘反电动势会增大，在图4电路中rl两端测得的电压会比正常工作时的反电动势u大。

外部的故障检测电路检测到反电动势电压的变化之后，故障开关状态电路作用，使与绕组并联的开关闭合，则绕组电路连通。此时电机反馈出的电流与正常工作时电流反馈值存在较大误差，也能通过电流环进行调节控制，从而保证电机输出平稳的电压矢量信号，那么轴向磁通电机也能保持正常工作。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。