动态切换实现励磁变换器容错控制的电励磁双凸极电机的制作方法

技术特征：
1.一种动态切换实现励磁变换器容错控制的电励磁双凸极电机，应用于发电控制中，其特征在于，所述电励磁双凸极电机包括主功率驱动电路、励磁侧电源、h桥励磁变换器、控制器和凸极定转子结构；所述控制器连接并控制所述主功率驱动电路和所述h桥励磁变换器中各个igbt开关的通断；所述主功率驱动电路连接并驱动所述凸极定转子结构中的三相电枢绕组，所述励磁侧电源连接所述h桥励磁变换器的直流侧，所述h桥励磁变换器的两个桥臂的中间点连接所述凸极定转子结构中的励磁绕组的出线端；当所述h桥励磁变换器正常工作时，所述控制器控制所述h桥励磁变换器中的第一组igbt开关中的两个igbt开关处于导通状态、第二组igbt开关中的两个igbt开关处于关断状态，所述主控制器通过所述主功率驱动电路进行不控整流发电，并通过对所述第一组igbt开关斩波控制所述励磁绕组中的励磁电流；当检测到所述h桥励磁变换器开路故障时，所述控制器切换至封锁所述第一组igbt开关的导通信号并导通所述第二组igbt开关，所述主控制器对所述第二组igbt开关进行斩波控制所述励磁绕组中的励磁电流，并在励磁电流从当前方向的目标电流绝对值减少至0并增大至相反方向的目标电流绝对值的过程中，控制所述主功率驱动电路中的igbt开关的通断调整三相电枢绕组中各相的工作状态以控制输出电压稳定在目标电压值。2.根据权利要求1所述的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述控制所述主功率驱动电路中的igbt开关的通断调整三相电枢绕组中各相的工作状态以控制输出电压稳定在目标电压值，包括：将输出电压与所述目标电压值进行pi调节得到励磁导通角度给定值，并按照所述励磁导通角度给定值控制所述主功率驱动电路中的igbt开关的通断以调整三相电枢绕组中各相的工作状态；并在输出电压低于所述目标电压值时增大所述励磁导通角度给定值，在输出电压高于所述目标电压值时减小所述励磁导通角度给定值。3.根据权利要求2所述的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述主功率驱动电路包括三相桥式变换器、负载侧储能电容和负载，所述负载侧储能电容与负载并联并连接所述三相桥式变换器的直流侧，所述凸极定转子结构中的三相电枢绕组采用星型连接，所述三相桥式变换器的三个桥臂的中间点分别连接所述三相电枢绕组的出线端；所述控制器在控制所述主功率驱动电路中的igbt开关的通断调整三相电枢绕组中各相的工作状态时，在每两个电感周期形成的一个控制周期内，除了控制各相电枢绕组在相应的电机电角度范围内进行正向发电和负向发电之外，还控制各相电枢绕组在相应的电机电角度范围内进行正向励磁和负向励磁，每相电枢绕组的励磁电流由当前处于正向发电和/或负向发电的电枢绕组以及所述负载侧储能电容联合提供。4.根据权利要求3所述的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述控制器通过控制所述主功率驱动电路中的igbt开关的通断对各相电枢绕组的励磁电流进行斩波控制，和/或，对各相电枢绕组的起始励磁角的大小进行控制以控制各相电枢绕组的励磁时长，从而调节输出电压稳定到所述目标电压值。5.根据权利要求3所述的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述三相电枢绕组包括采用星型连接的a相绕组、b相绕组和c相绕组，则：当电机电角度在[0,θ1)范围内时，控制c相绕组负向励磁；
当电机电角度在[θ1,θ2‑
120
°
)范围内时，控制c相绕组负向励磁以及a相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ2‑
120
°
,θ1 120
°
)范围内时，控制a相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ1 120
°
,θ2)范围内时，控制a相绕组正向励磁以及b相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ2,θ1 240
°
)范围内时，控制b相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ1 240
°
,θ2 120
°
)范围内时，控制b相绕组负向励磁以及c相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ2 120
°
,θ1 360
°
)范围内时，控制c相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ1 360
°
,θ2 240
°
)范围内时，控制c相绕组正向励磁以及a相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ2 240
°
,θ1 480
°
)范围内时，控制a相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ1 480
°
,θ2 360
°
)范围内时，控制a相绕组负向励磁以及b相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ2 360
°
,θ1 600
°
)范围内时，控制b相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ1 600
°
,θ2 480
°
)范围内时，控制b相绕组正向励磁以及c相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ2 480
°
,720
°
)范围内时，控制c相绕组负向励磁；其中，θ1为所述三相电枢绕组的开通角、θ2为所述三相电枢绕组的关断角，θ1 120
°
<θ2。6.根据权利要求5所述的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述三相桥式变换器包括igbt开关t1和igbt开关t4反向串联构成的第一桥臂、igbt开关t3和igbt开关t6反向串联构成的第二桥臂、以及igbt开关t5和igbt开关t2反向串联构成的第三桥臂，igbt开关t1、t3和t5分别位于上桥臂，igbt开关t4、t6和t2分别位于下桥臂；所述第一桥臂的中间点连接a相绕组，所述第二桥臂的中间点连接b相绕组，所述第三桥臂的中间点连接c相绕组；其中三相桥式变换器的每一个igbt开关均反向并联一个二极管。当电机电角度在[0,θ1)范围内时，控制igbt开关t2导通使得c相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ1,θ2‑
120
°
)范围内时，控制igbt开关t1和t2导通，使得c相绕组负向励磁以及a相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ2‑
120
°
,θ1 120
°
)范围内时，控制igbt开关t1导通、t2关断，使得a相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ1 120
°
,θ2)范围内时，控制igbt开关t1和t6导通，使得a相绕组正向励磁以及b相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ2,θ1 240
°
)范围内时，控制igbt开关t6导通、t1关断，使得b相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ1 240
°
,θ2 120
°
)范围内时，控制igbt开关t5和t6导通，使得b相绕组负向励磁以及c相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ2 120
°
,θ1 360
°
)范围内时，控制igbt开关t5导通、t6关断，使得c相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ1 360
°
,θ2 240
°
)范围内时，控制igbt开关t4和t5导通，使得c相绕组正向励磁以及a相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ2 240
°
,θ1 480
°
)范围内时，控制igbt开关t4导通、t5关断，使得a相绕
组负向励磁；当电机电角度在[θ1 480
°
,θ2 360
°
)范围内时，控制igbt开关t3和t4导通，使得a相绕组负向励磁以及b相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ2 360
°
,θ1 600
°
)范围内时，控制igbt开关t3导通、t4关断，使得b相绕组正向励磁；当电机电角度在[θ1 600
°
,θ2 480
°
)范围内时，控制igbt开关t3和t2导通，使得b相绕组正向励磁以及c相绕组负向励磁；当电机电角度在[θ2 480
°
,720
°
)范围内时，控制igbt开关t2导通、t3关断，使得c相绕组负向励磁。7.根据权利要求1所述的电励磁双凸极电机，其特征在于，所述h桥励磁变换器包括igbt开关t7和igbt开关t8反向串联构成的第一桥臂、igbt开关t9和igbt开关t
10
反向串联构成的第二桥臂，所述h桥励磁变换器的第一桥臂的中间点连接所述励磁绕组的一端，所述h桥励磁变换器的第二桥臂的中间点连接所述励磁绕组的另一端；igbt开关t7和t9位于上桥臂，igbt开关t8和t
10
位于下桥臂，则所述第一组igbt开关包括igbt开关t8和t9，所述第二组igbt开关包括igbt开关t7和t
10
，其中h桥励磁变换器每一个igbt开关均反向并联一个二极管。

技术总结
本发明公开了一种动态切换实现励磁变换器容错控制的电励磁双凸极电机，涉及电励磁双凸极电机领域，该电励磁双凸极电机在励磁变换器开路故障时，从正常发电运行时导通的两个开关管切换至另外两个开关管导通进行容错发电运行，并在励磁电流从当前方向的目标电流绝对值减少至0并增大至相反方向的目标电流绝对值的过程中，控制所述主功率驱动电路中的IGBT开关的通断调整三相电枢绕组中各相的工作状态以控制输出电压稳定在目标电压值，保证在励磁电流切换过程中输出功率基本不变，提高了电励磁双凸极电机在航空航天、汽车等重要场合下发电的可靠性，适合多象限运行的电励磁双凸极电机。机。机。


技术研发人员：史宏俊 周波 于晓东 房文静 张义军
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2022/1/3