基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统

摘要

本发明公开了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，包括开关磁阻电机、功率变换器、位置传感器、电流传感器、故障容错模块以及控制器。本发明通过对SRM在传统控制策略下的故障分析和故障容错运行，讨论了在不同控制策略下该基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统可以有效保证电机发生故障时的故障诊断和容错运行。本发明通过将SRM功率变换器最常采用的不对称半桥拓扑和故障容错模块并行连接，具有了结构模块化和控制简单的优点，实现了当绕组或开关管发生开路或短路等多类型故障时仍能保证电机容错运行的功能。

权利要求

1.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；

所述的功率变换器包括三组功率变换单元，所述的功率变换单元包含两个带反并联二极管的开关管Q1、Q2以及两个续流二极管VD1、VD2；其中，开关管Q1的一端与续流二极管VD1的阴极以及直流电压的正极相连，开关管Q1的另一端与对应相定子绕组L的首端以及续流二极管VD2的阴极相连，续流二极管VD2的阳极与开关管Q2的一端以及直流电压的负极相连，开关管Q2的另一端与对应相定子绕组L的尾端以及续流二极管VD1的阳极相连；

所述的故障容错模块包括一组单相桥和一组继电器网络：

所述的单相桥包含四个带反并联二极管的开关管Q3~Q6；其中，开关管Q3的一端与开关管Q5的一端以及直流电压的正极相连，开关管Q3的另一端与开关管Q4的一端以及继电器网络的一端X相连，开关管Q4的另一端与开关管Q6的一端以及直流电压的负极相连，开关管Q6的另一端与开关管Q5的另一端以及继电器网络的另一端Y相连；

所述的继电器网络由三组继电器单元并联而成，每组继电器单元包含两个继电器开关K1和K2；其中，继电器网络端点X与继电器开关K1的一端相连，继电器开关K1的另一端与对应相绕组的抽头节点N1相连，继电器网络端点Y与继电器开关K2的一端相连，继电器开关K2的另一端与该相绕组抽头节点N2相连。

2.根据权利要求1所述的多类型故障容错系统，其特征在于：所述的开关管Q1~Q6均采用CoolMOQ管或IGBT。

3.根据权利要求1所述的多类型故障容错系统，其特征在于：所述的续流二极管VD1、VD2均采用快恢复二极管。

4.如权利要求1所述系统的开关磁阻电机多类型故障容错运行方法，其特征在于包括如下步骤：

开关磁阻电机正常运行情况下，当任一相定子绕组在其开通区间内绕组电流始终为零时，则表明该相定子绕组或其对应的功率变换单元存在开路故障；此时，闭合该相对应继电器单元中的开关K1，同时使单相桥中的开关管Q3、Q4与功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1在控制器提供的信号下工作，判断该相绕组电流：若该相绕组电流重新出现，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q1、二极管VD2以及与其连接的定子绕组L1所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1、故障容错模块中的开关管Q3~Q4以及由绕组L2、L3 和L4所组成的不对称半桥拓扑下容错运行；

若该相绕组电流仍为零，则表明故障不位于对应相功率变换单元中的开关管Q1、二极管VD2以及与其连接的定子绕组L1所组成的线路中，此时，断开该相对应继电器单元中的开关K1，同时闭合开关K2，并使单相桥中的开关管Q5 Q6与功率变换单元中的开关管Q1和二极管~VD2在控制器提供的信号下工作，判断该相绕组电流：

若该相绕组电流重新出现，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q2、二极管VD1以及与其连接的定子绕组L4所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q1和二极管VD2、故障容错模块中的开关管Q5 Q6以及绕组L1、L2和L3所组成的不对称半桥~拓扑下容错运行；

若该相绕组电流仍为零，则表明故障位于定子绕组L2和L3所组成的线路中，此时，闭合该相对应继电器单元中的开关K1与K2，同时单相桥中的开关管Q3与Q4分别取代功率变换单元中的开关管Q1和二极管VD2，单相桥中的开关管Q5与Q6分别取代对应相功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1，使该相在由故障容错模块中的开关管Q3 Q6以及绕组L2和L3所组成的~不对称半桥拓扑下容错运行；

开关磁阻电机正常运行情况下，当任一相定子绕组在电机整个开关循环周期内绕组电流始终大于零，则表明该相对应的功率变换单元存在短路故障；此时，闭合该相对应继电器单元中的开关K1，同时使单相桥中的开关管Q3、Q4与功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1在控制器提供的信号下工作，判断该相绕组电流：若该相绕组电流减至零，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q1、二极管VD2以及与其连接的定子绕组L1所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1、故障容错模块中的开关管Q3、Q4以及绕组L2、L3 和L4所组成的不对称半桥拓扑下容错运行；

若该相绕组电流仍始终大于零，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q2、二极管VD1以及与其连接的定子绕组L4所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q1和二极管VD2、故障容错模块中的开关管Q5、Q6以及由绕组L1、L2和L3所组成的不对称半桥拓扑下容错运行。

说明书

基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统

技术领域

[0001] 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

[0002] 开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，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。

[0003] 开关磁阻电机系统(Switched Reluctance Motor Drive，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。

[0004] 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。

[0005] 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：

[0006] (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；

[0007] (2)故障诊断很容易进行：

[0008] (3)适用在各种变换器，并可以在各种故障下容错运行：

[0009] (4)模块化结构设计；

[0010] (5)适合于各相电机。

发明内容

[0011] 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。

[0012] 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：

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 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；

[0016] 所述的位置传感器用于检测电机转子位置；

[0017] 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；

[0018] 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。

[0019] 所述的功率变换器包括三组功率变换单元，所述的功率变换单元包含两个带反并联二极管的开关管Q1、Q2以及两个续流二极管VD1、VD2；其中，开关管Q1的一端与续流二极管VD1的阴极以及直流电压的正极相连，开关管Q1的另一端与对应相定子绕组L的首端以及续流二极管VD2的阴极相连，续流二极管VD2的阳极与开关管Q2的一端以及直流电压的负极相连，开关管Q2的另一端与对应相定子绕组L的尾端以及续流二极管VD1的阳极相连。

[0020] 所述的故障容错模块包括一组单相桥和一组继电器网络：

[0021] 所述的单相桥包含四个带反并联二极管的开关管Q3～Q6；其中，开关管Q3的一端与开关管Q5的一端以及直流电压的正极相连，开关管Q3的另一端与开关管Q4的一端以及继电器网络的一端X相连，开关管Q4的另一端与开关管Q6的一端以及直流电压的负极相连，开关管Q6的另一端与开关管Q5的另一端以及继电器网络的另一端Y相连；

[0022] 所述的继电器网络由三组继电器单元并联而成，每组继电器单元包含两个继电器开关K1和K2；其中，继电器网络端点X与继电器开关K1的一端相连，继电器开关K1的另一端与对应相绕组的抽头节点N1相连，继电器网络端点Y与继电器开关K2的一端相连，继电器开关K2的另一端与该相绕组抽头节点N2相连。

[0023] 所述的开关管Q1～Q6均采用CoolMOQ管或IGBT。

[0024] 所述的续流二极管VD1、VD2均采用快恢复二极管。

[0025] 所述系统的开关磁阻电机多类型故障容错运行方法，其特征在于包括如下步骤：

[0026] 开关磁阻电机正常运行情况下，当任一相定子绕组在其开通区间内绕组电流始终为零时，则表明该相定子绕组或其对应的功率变换单元存在开路故障；此时，闭合该相对应继电器单元中的开关K1，同时使单相桥中的开关管Q3、Q4与功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1在控制器提供的信号下工作，判断该相绕组电流：

[0027] 若该相绕组电流重新出现，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q1、二极管VD2以及与其连接的定子绕组L1所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1、故障容错模块中的开关管Q3～Q4以及由绕组L2、L3和L4所组成的不对称半桥拓扑下容错运行；

[0028] 若该相绕组电流仍为零，则表明故障不位于对应相功率变换单元中的开关管Q1、二极管VD2以及与其连接的定子绕组L1所组成的线路中，此时，断开该相对应继电器单元中的开关K1，同时闭合开关K2，并使单相桥中的开关管Q5～Q6与功率变换单元中的开关管Q1和二极管VD2在控制器提供的信号下工作，判断该相绕组电流：

[0029] 若该相绕组电流重新出现，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q2、二极管VD1以及与其连接的定子绕组L4所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q1和二极管VD2、故障容错模块中的开关管Q5～Q6以及绕组L1、L2和L3所组成的不对称半桥拓扑下容错运行；

[0030] 若该相绕组电流仍为零，则表明故障位于定子绕组L2和L3所组成的线路中，此时，闭合该相对应继电器单元中的开关K1与K2，同时单相桥中的开关管Q3与Q4分别取代功率变换单元中的开关管Q1和二极管VD2，单相桥中的开关管Q5与Q6分别取代对应相功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1，使该相在由故障容错模块中的开关管Q3～Q6以及绕组L2和L3所组成的不对称半桥拓扑下容错运行；

[0031] 开关磁阻电机正常运行情况下，当任一相定子绕组在电机整个开关循环周期内绕组电流始终大于零，则表明该相对应的功率变换单元存在短路故障；此时，闭合该相对应继电器单元中的开关K1，同时使单相桥中的开关管Q3、Q4与功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1在控制器提供的信号下工作，判断该相绕组电流：

[0032] 若该相绕组电流减至零，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q1、二极管VD2以及与其连接的定子绕组L1所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q2和二极管VD1、故障容错模块中的开关管Q3、Q4以及绕组L2、L3和L4所组成的不对称半桥拓扑下容错运行；

[0033] 若该相绕组电流仍始终大于零，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管Q2、二极管VD1以及与其连接的定子绕组L4所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管Q1和二极管VD2、故障容错模块中的开关管Q5、Q6以及由绕组L1、L2和L3所组成的不对称半桥拓扑下容错运行。

附图说明

[0034] 图1(a)为三相12/8极SRM典型原理图。

[0035] 图1(b)为三相12/8极SRM的A相绕组及其节点位置示意图。

[0036] 图1(c)为三相12/8极SRM驱动拓扑示意图。

[0037] 图1(d)为三相12/8极SRM的A相功率变换器单元线路分割示意图。

[0038] 图2为三相12/8极SRM故障容错拓扑示意图。

[0039] 图3为三相12/8极SRM发生开路故障时的故障诊断流程图。

[0040] 图4(a)～(c)分别为三相12/8极SRM的A相第一部分发生开路故障时容错运行的三种工作模式示意图。

[0041] 图5(a)～(c)分别为三相12/8极SRM的A相第二部分发生开路故障时容错运行的三种工作模式示意图。

[0042] 图6(a)～(c)分别为三相12/8极SRM的AB两相不同部分同时发生开路故障时A相容错运行的工作模式示意图。

[0043] 图7(a)～(c)分别为三相12/8极SRM的AB两相不同部分同时发生开路故障时B相容错运行的工作模式示意图。

[0044] 图8为三相12/8极SRM三相的相同部位同时发生开路故障时示意图。

[0045] 图9为三相12/8极SRM三相的不同部位同时发生开路故障时示意图。

[0046] 图10为三相12/8极SRM上开关管发生短路故障时示意图。

[0047] 图11为三相12/8极SRM下开关管发生短路故障时示意图。

[0048] 图12为三相12/8极SRM发生短路故障时的故障诊断流程图。

[0049] 图13为三相12/8极SRM三相相同部位发生短路故障及其容错状态示意图。

[0050] 图14为三相12/8极SRM三相不同部位发生短路故障及其容错状态示意图。

[0051] 图15为三相12/8极SRM三相发生混合故障及其容错状态示意图。

[0052] 图16为三相12/8极SRM在极端故障情况下的容错运行示意图。

[0053] 图17(a)、(b)分别为SRM电压PWM控制和电流斩波控制的原理示意图。

[0054] 图18(a)为SRM在正常状态及故障状态时相电流和相电感的波形示意图。

[0055] 图18(b)为SRM在容错运行时不同导通角下相电流和相电感的波形示意图。

[0056] 图19(a)为四相8/6极SRM典型原理图。

[0057] 图19(b)为四相8/6极SRM的A相绕组节点位置以及线路分割示意图。

[0058] 图19(c)为四相8/6极SRM故障容错拓扑示意图。

[0059] 图20(a)为四相8/6极SRM各相均发生混合故障时示意图。

[0060] 图20(b)为四相8/6极SRM各相均发生混合故障时的容错运行各相状态表。

具体实施方式

[0061] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式，对本发明的技术方案及其相关工作原理进行详细说明。

[0062] 本发明基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统，包括开关磁阻电机、功率变换器、故障容错模块、电流传感器、位置传感器以及控制器；其中：

[0063] 如图1(a)所示，开关磁阻电机每相定子绕组都有四个绕组组成；其中，A相绕组La由绕组La1、La2、La3与La4顺序串联构成，B相绕组Lb由绕组Lb1、Lb2、Lb3与Lb4顺序串联构成，C相绕组Lc由绕组Lc1、Lc2、Lc3与Lc4顺序串联构成。

[0064] 开关磁阻电机的每相定子绕组中都有两个抽头节点，对于A相而言，抽头节点位置如图1(b)所示，其中，抽头节点Na1位于绕组La1和La2之间，抽头节点Na2位于绕组La3与La4之间；同理，B相定子绕组抽头节点Nb1位于绕组Lb1和Lb2之间，抽头节点Nb2位于绕组Lb3与Lb4之间；C相定子绕组抽头节点Nc1位于绕组Lc1和Lc2之间，抽头节点Nc2位于绕组Lc3与Lc4之间。

[0065] 图1(c)所示为三相SRM功率变换器最常采用的不对称半桥拓扑结构示意图。为了准确的定位故障发生位置并进行容错运行，SRM每相线路被分为三部分，对于A相而言，分割示意图如图1(d)所示，其他各相采用同样方法进行分割。

[0066] 图2为三相12/8极SRM故障容错拓扑结构示意图，由SRM不对称半桥驱动拓扑和故障容错模块组成，故障容错模块包括一组单相桥和一个继电器网络。SRM不对称半桥驱动拓扑包括六个二极管D1～D6和六个开关管S1～S6；其中，开关管S1的一端、开关管S3的一端、开关管S5的一端、二极管D1的阴极、二极管D3的阴极和二极管D5的阴极共连并连接外部直流电压源的正极，开关管S1的另一端与定子绕组La的首端和二极管D2的阴极相连，开关管S3的另一端与定子绕组Lb的首端和二极管D4的阴极相连，开关管S5的另一端与定子绕组Lc的首端和二极管D6的阴极相连，定子绕组La的尾端与二极管D1的阳极和开关管S2的一端相连，定子绕组Lb的尾端与二极管D3的阳极和开关管S4的一端相连，定子绕组Lc的尾端与二极管D5的阳极和开关管S6的一端相连，开关管S2的另一端、开关管S4的另一端、开关管S6的另一端、二极管D2的阳极、二极管D4的阳极和二极管D6的阳极共连并连接外部直流电压源的负极，六个开关管S1～S6的控制极接收控制器提供的信号。

[0067] 故障容错模块中的单相桥包括四个开关管S7～S10；其中开关管S7的一端与开关管S9的一端共连并连接外部直流电压源的正极，开关管S7的另一端、开关管S8的一端与继电器网络的一端X相连，开关管S9的另一端、开关管S10的一端与继电器网络的另一端Y相连，开关管S8的另一端与开关管S10的另一端共连并连接外部直流电压源的负极，四个开关管S7～S10的控制极接收控制器提供的信号。

[0068] 故障容错模块中的继电器网络包括三组继电器单元，每组继电器单元包含两个继电器开关；其中，对于A相而言，继电器网络端点X与继电器开关J1的一端相连，继电器开关J1的另一端与A相绕组的抽头节点Na1相连，继电器网络端点Y与继电器开关J4的一端相连，继电器开关J4的另一端与该相绕组抽头节点Na2相连；对于B相而言，继电器网络端点X与继电器开关J2的一端相连，继电器开关J2的另一端与B相绕组的抽头节点Nb1相连，继电器网络端点Y与继电器开关J5的一端相连，继电器开关J5的另一端与该相绕组抽头节点Nb2相连；对于C相而言，继电器网络端点X与继电器开关J3的一端相连，继电器开关J3的另一端与A相绕组的抽头节点NC1相连，继电器网络端点Y与继电器开关J6的一端相连，继电器开关J6的另一端与该相绕组抽头节点NC2相连.

[0069] 图3为三相12/8极SRM发生开路故障时故障诊断流程图，当某相绕组在开通区间内电流为零时说明该相绕组或者相应开关管出现开路故障，例如当A相绕组在开通区间内电流为零时，说明A相绕组或者相应的开关管出现开路故障，此时，闭合该相对应继电器单元中的开关J1，同时使单相桥中的开关管S7～S8与功率变换单元中的开关管S2和二极管D1在控制器提供的信号下工作，重新判断该相绕组电流：若该相绕组电流重新出现，则表明故障位于该相功率变换单元中的开关管S1、二极管D2以及与其连接的定子绕组La1所组成的第一部分线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管S2和二极管D1、故障容错模块中的开关管S7～S8以及由绕组La2、La3和La4所组成的不对称半桥拓扑下容错运行，如图4(a)～(c)所示；若该相绕组电流仍为零，则表明故障不位于对应相功率变换单元中的开关管S1、二极管D2以及与其连接的定子绕组La1所组成的线路中，此时，断开该相对应继电器单元中的开关J1，同时闭合开关J4，并使单相桥中的开关管S9～S10与功率变换单元中的二极管D2和开关管S1在控制器提供的信号下工作，重新判断该相绕组电流：若该相绕组电流重新出现，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管S2、二极管D1以及与其连接的定子绕组La4所组成的第三部分线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管S1和二极管D2、故障容错模块中的开关管S9～S10以及绕组La1、La2和La3所组成的不对称半桥拓扑下容错运行，其工作状态和第一部分发生故障时类似；若该相绕组电流仍为零，则表明故障位于定子绕组La2和La3所组成的第二部分线路中，此时，闭合该相对应继电器单元中的开关J1与J2，同时单相桥中的开关管S7与S8分别取代功率变换单元中的开关管S1和二极管D2，单相桥中的开关管S9与S10分别取代对应相功率变换单元中的二极管D1和开关管S2，使该相在由故障容错模块中的开关管S3～S6以及绕组L2和L3所组成的不对称半桥拓扑下容错运行，如图5(a)～(c)所示；

[0070] 图6(a)～(c)分别为三相12/8极SRM的AB两相不同部分同时发生开路故障时A相容错运行的工作模式示意图，图7(a)～(c)分别为三相12/8极SRM的AB两相不同部分同时发生开路故障时B相容错运行的工作模式示意图，图8为SRM三相的相同部分同时发生开路故障时示意图；图9为SRM三相的不同部分同时发生开路故障时示意图，这些图充分说明该基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障诊断及容错运行系统可以在各种开路故障下容错运行。

[0071] 短路故障也是电机在运行过程中经常发生的故障之一，当绕组发生故障时，电机仍然可以在原控制器的信号下运行。而当功率变换器发生故障时，由于在该相运行周期内电流始终大于零而会引起负转矩的产生，影响电机运行。所以本发明针对的短路状态下容错运行主要针对第一部分和第三部分线路故障。图10与图11分别为SRM上开关管、下开关管发生短路故障时示意图，图12则为SRM发生短路故障时的故障诊断流程图。当任一相定子绕组在电机整个开关循环周期内绕组电流始终大于零，则表明该相对应的功率变换单元存在短路故障；以A相为例，此时，先闭合该相对应继电器单元中的开关J4，同时使单相桥中的开关管S9～S10与功率变换单元中的开关管S1和二极管D2在控制器的信号下工作，判断该相绕组电流：若该相绕组电流减至零，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管S2、二极管D1以及与其连接的定子绕组La1所组成的第三部分线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管S1和二极管D2、故障容错模块中的开关管S9～S10以及绕组L a1、L a2和L a3所组成的不对称半桥拓扑下容错运行；若该相绕组电流仍始终大于零，则表明故障位于对应相功率变换单元中的开关管S1、二极管D2以及与其连接的定子绕组La4所组成的线路中，之后该相在由对应功率变换单元中的开关管S2和二极管D1、故障容错模块中的开关管S7～S8以及由绕组La2、La3和La4所组成的不对称半桥拓扑下容错运行。

[0072] 图13～图15分别为SRM发生各种故障及其容错状态示意图,图16则为SRM在只有A相第二部分线路正常的极端故障情况下的容错运行示意图，说明该发明提出的基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错运行系统可以在各种故障下容错运行。

[0073] 图17(a)与图17(b)分别为三相12/8极SRM在电压PWM控制、电流斩波控制(CCC)控制下流程图，当开关磁阻电机开关管或者绕组发生开路或者短路故障处于故障容错运行状态时，经过分析，故障相的相电流峰值和平均电磁转矩将会是正常运行状态时的两倍，如图18(a)所示，i1和L1是电机正常运行状态时的相电流和相电感，而i2和L2则是电机故障运行状态时的相电流和相电感。当电机采用电压PWM控制时，相电压作为控制对象，无论电机绕组是正常工作还是故障工作，施加与每相的电压是相同的，为了减少故障带来的不平衡相电流，需要将开通角适当滞后，如图18(b)所示。当电机采用如图CCC控制策略时，由于电流作为控制对象，电机在任何状态下运行参考电流的设定是一致的，因此不需要将开通角滞后。

[0074] 本实施方式的故障容错拓扑适在四相8/6极SRM上仍能正常工作，图19(a)所示为四相8/6极SRM典型原理图，图19(b)为四相8/6极SRM的A相绕组节点位置以及线路分割示意图，而图20(a)与图20(b)分别为四相8/6极SRM各相均发生故障图及各相开关管容错运行状态表。