一種電氣多餘度無刷直流電機故障保護裝置的製作方法

2023-05-27 23:39:36

專利名稱：一種電氣多餘度無刷直流電機故障保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電氣多餘度無刷直流電機故障保護裝置，可作為高可靠性、 高容錯性系統驅動電機的故障保護，屬於電機技術領域。
背景技術：
多餘度無刷直流電機是航空航天、武器系統以及民用高可靠性系統中不可或缺的一種電機，其中，雙餘度/多餘度控制以及相關容錯技術已成功應用在發達國家載人航天、 無人機、火控雷達等尖端技術領域的作動系統中，大大提高了相關系統的可靠性和容錯性。目前多餘度無刷直流電機的實現方式主要有兩種電氣多餘度和機械綜合式多餘度，電氣多餘度即在一個電機定子內嵌放兩套或者兩套以上繞組，而機械綜合式多餘度即多臺電機通過齒輪副綜合為一體。機械綜合式多餘度電機的齒輪副不可避免地存在間隙， 從而導致控制滯環、死區、低頻振蕩問題，所以在高精度、高可靠性場合的應用受到限制。再者，機械綜合式多餘度電動機存在「力紛爭」問題，即多臺電動機瞬間力矩方向不一致性導致的振蕩問題。另外，機械綜合式多餘度電動機存在功率密度低的問題，很難滿足航空、航天等對產品功率密度要求高的應用領域。然而，電氣多餘度無刷直流電機的多個餘度間存在強烈的電磁場耦合，所以一旦某個餘度發生繞組故障，特別是短路故障，其他餘度的繞組內也將產生很高的感應電動勢，從而導致繞組絕緣擊穿；另外，短路繞組過高的電流產生的熱量同樣影響正常餘度的運行，甚至燒毀完好繞組的絕緣。因此電氣多餘度電機對繞組故障的容錯能力比較有限。

實用新型內容本實用新型主要針對電氣多餘度無刷直流電機繞組故障時存在的問題，克服其不足之處，為高可靠性、高精度伺服控制用高功率密度電氣多餘度無刷直流電機提供一種高可靠性的繞組故障保護裝置。本實用新型涉及一種電氣多餘度無刷直流電機故障保護裝置，包括電氣多餘度無刷直流電機、逆變器、電流檢測電路、控制單元以及故障保護執行單元。其中電氣多餘度無刷直流電機即在一個電機定子槽內嵌放兩套或者多套繞組，形成電氣多餘度；不同電氣餘度之間互相獨立，分別通過繼電器構成星形連接繞組，並由對應的逆變器獨立供電；電流檢測電路用於監測每個電氣餘度相電流，並將監測結果發送至控制單元；故障保護執行單元由繼電器及其驅動電路組成，該單元接收控制單元發出的指令，並根據控制單元的指令控制相應電氣餘度的繞組連接。電機一個餘度繞組發生短路故障時控制單元依據電流檢測電路提供的信號、對故障保護執行單元發出指令斷開故障餘度繞組連接。本實用新型可以有效降低故障餘度對正常餘度的影響。

圖1為本實用新型整體結構框圖；[0008]圖2為本實用新型第一個餘度與故障保護執行單元的連接原理圖圖3為本實用新型第二個餘度與故障保護執行單元的連接原理圖圖中具體標號如下1.電氣雙餘度無刷直流電機2.故障保護執行單元3.控制單元4.電流檢測電路5.6.逆變器7.雙餘度無刷直流電機第一個餘度(餘度1)8.雙餘度無刷直流電機第二個餘度(餘度2)9.餘度1故障保護執行單元10.餘度2故障保護執行單元11. 12.繼電器驅動電路13. 14.繼電器15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.繼電器觸點A1、B1、C1—餘度1的引出端A2、B2、C2—餘度2的引出端XI、Yl、Z1—餘度1的Y型連接端X2、Y2、12—餘度2的Y型連接端VCC.驅動電路電源GND.電源地Ql. Q2.開關管Q1_B-開關管Ql基極Q1_C.開關管Ql集電極Q1_E.開關管Ql射極Q2_B·開關管Q2基極Q2_C.開關管Q2集電極Q2_E.開關管Q2射極 Jl_in. J2_in.繼電器輸入端
具體實施方式
本實用新型電氣多餘度無刷直流電機故障保護裝置與雙餘度無刷直流電機保護裝置相同，現以電氣雙餘度無刷直流電機為例做詳細描述，多於兩個餘度的無刷直流電機保護裝置與之相同，不再贅述。其較佳實施方式包括一電氣雙餘度無刷直流電機1、一故障保護執行單元2、一控制單元3、一電流檢測電路4、逆變器5，6。其中，所述電氣雙餘度無刷直流電機1包括第一個電氣餘度7以及第二個電氣餘度8。其中，第一個電氣餘度7的A1、B1、C1以及第二個電氣餘度8的A2、B2、C2分別作為電氣餘度7以及電氣餘度8的出線端，進而與逆變器三相輸出相連接；第一個電氣餘度7的XI、YU Zl按圖2所示分別與繼電器13的觸點15、16、17、18相連接，第二個電氣餘度8的X2、Y2、Z2按圖3所示分別與繼電器14的觸點19、20、21、 22相連接。本實用新型的較佳實施方式中，所述故障保護執行單元還包括繼電器13，14以及相應繼電器驅動電路11，12。所述繼電器13，14分別包括四個觸點以及一個線圈，其中Jl_ in為繼電器13的線圈輸入端、J2_in為繼電器14的線圈輸入端。所述繼電器驅動電路11 (12)分別包括一個電阻Rl (R2)、一個開關管Ql (Q2)。其中，開關管Ql 0^2)的集電極Q1_(^Q2_C)按圖2(圖3)所示與繼電器13(14)的線圈輸入端 Jl_in(J2_in)相連接；開關管Ql與Q2的基極Q1_B、Q2_B分別與控制單元3的I/O 口相連接；開關管Ql與Q2的射極Q1_E、Q2_E則分別接地GND。所述雙餘度無刷直流電機1正常運行時，控制單元3不發出故障保護指令，開關管 Ql和Q2基極Q1_B、Q2_B均為低電平，集電極Q1_C、Q2_C均為高電平，繼電器13、14觸點均處於閉合狀態。所述雙餘度無刷直流電機1第一個餘度7發生繞組故障，特別是短路故障時，控制單元3根據電流檢測電路4監測到的相電流數據、發出故障保護指令，使開關管Ql 的基極Q1_B變為高電平，進而開關管Ql集電極Q1_C變為低電平，繼電器13的觸點15、16、 17、18斷開，電氣餘度7的三相星形繞組斷開，阻止了繞組故障的進一步惡化，避免了故障電氣餘度7由於強耦合對正常電氣餘度8的影響。
權利要求1. 一種電氣多餘度無刷直流電機故障保護裝置，其特徵在於該方案包括電氣多餘度無刷直流電機、逆變器、電流檢測電路、控制單元以及故障保護執行單元；其中電氣多餘度無刷直流電機即在一個電機定子槽內嵌放兩套以上的繞組，形成電氣多餘度；不同電氣餘度之間互相獨立，分別通過繼電器構成星形連接繞組，並由對應的逆變器獨立供電；電流檢測電路用於監測每個電氣餘度相電流，並將監測結果發送至控制單元； 故障保護執行單元由繼電器及其驅動電路組成，該單元接收控制單元發出的指令，並根據控制單元的指令控制相應電氣餘度的繞組連接；電機一個餘度繞組發生短路故障時控制單元依據電流檢測電路提供的信號、對故障保護執行單元發出指令斷開故障餘度繞組連接。
專利摘要一種電氣多餘度無刷直流電機故障保護裝置屬於電機技術領域。該裝置包括電氣多餘度無刷直流電機、逆變器、電流檢測電路、控制單元以及故障保護執行單元。其中電氣多餘度無刷直流電機即在一個電機定子槽內嵌放兩套或者多套繞組，形成電氣多餘度；不同電氣餘度之間互相獨立，分別通過繼電器構成星形連接繞組；故障保護執行單元由繼電器及其驅動電路組成；電流檢測電路用於監測每個電氣餘度的相電流。電機一個餘度繞組發生短路故障時控制單元依據電流檢測電路提供的信號、對故障保護執行單元發出指令斷開故障餘度的繞組連接，可以有效降低故障餘度對正常餘度的影響。
文檔編號H02H7/08GK202172258SQ20112029343
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月12日 優先權日2011年8月12日
發明者仝江濤, 張一鳴, 張明, 陳東升 申請人:北京工業大學