[发明专利]基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统。

背景技术

开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)是上世纪80年代发展起来的一种新型电机。该电机作为一种价格便宜、结构简单、鲁棒性好的新型调速电机，问世不久便引起了各国电气传动界的广泛重视并成为最热门的调速电动机之一。近几十年来，开关磁阻电机得到了越来越多的关注,由于具有结构简单、造价低廉、机体坚固、可靠性高、调速范围广等优点，在工业应用中受到青睐，并且已经在电动汽车、家用电器、通用工业、航空等领域中得到了不同程度的应用和发展。该电机系统包括SRM、位置传感器、电流传感器、功率变换器和控制器，是一种机电一体化的调速装置。

开关磁阻电机系统(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)中，有别于其他电机系统的主要标志是该系统中实现机电能量装换的部件开关磁阻电机。功率变换器一般是由蓄电池或者交流电整流后得到的直流电供电，负责向SRM提供运转所需要的能量，该模块采用的多为不对称半桥型功率变换器结构，由于其各相绕组之间容错性能好、相互独立、稳定性强的优点而得到广泛应用。位置检测模块是用来检测SRM转子的位置；电流检测模块则是用于检测SRM绕组中的各相电流；控制器模块是整个系统的中枢，它综合处理速度指令、速度反馈信号、位置传感器和电流传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对SRM运行状态的控制。

开关磁阻电机由于其定转子的特殊结构以及各相控制的独立性，而具备高可靠性，特别适合在一些环境恶劣、要求连续工作的应用场合，比如航空启动/发电系统、矿井提升机和车载电车制动系统等。功率变换器作为系统控制中的中枢执行机构，是系统中比较容易出现故障的薄弱环节。功率变换器故障将会对整个系统运行产生不利影响，会对驱动系统运行的平衡造成破坏，并会产生无法抑制的转矩缺口甚至是制动转矩，长期故障运行将会引起整个系统的损坏。因此，对系统中功率变换器实施故障诊断是非常必要的。

为了提高开关磁阻电机的故障诊断和故障容错能力，许多基于软件和硬件的有效控制策略已经被广大学者和研究者们采用，包括神经网络方法、模糊推理方法、电流频谱分析法和模式识别方法等。而一个好的电机故障诊断和故障容错策略，通常需要满足下面的几个条件：

(1)不改变或者尽可能小的改变传统的开关磁阻电机驱动拓扑；

(2)故障诊断很容易进行：

(3)适用在各种变换器，并可以在各种故障下容错运行：

(4)模块化结构设计；

(5)适合于各相电机。

发明内容

为了充分满足上面涉及到的条件，在传统的开关磁阻电机驱动拓扑的基础上，本发明提出了一种基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障诊断及容错系统。

基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统，其特征在于，包括开关磁阻电机、功率变换器、电流传感器、位置传感器、故障容错模块以及控制器；其中：

所述的开关磁阻电机为三相12/8极电机，每相定子绕组L均由四个绕组L₁、L₂、L₃和L₄首尾顺序串联构成，每相的抽头节点N₁位于绕组L₁与L₂之间，抽头节点N₂位于绕组L₃与L₄之间；

所述的功率变换器用于为开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁；

所述的电流传感器用于检测三相定子绕组上对应的三相绕组电流；

所述的位置传感器用于检测电机转子位置；

所述的故障容错模块用于当开关磁阻电机发生开路或短路故障时实现故障诊断以及容错运行；

所述的控制器根据三相绕组电流和转子位置对开关磁阻电机进行故障诊断，并为功率变换器以及故障容错模块中的功率开关器件提供控制信号。