[发明专利]永磁同步电机容错型牵引模块及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机驱动与控制技术领域，具体的说，涉及一种永磁同步电机的牵引模块，本发明同时涉及了该模块的控制方法。 

背景技术

城市轨道交通永磁电机牵引系统是一种多电机驱动系统。在基于感应电机的传统牵引系统中，通常一台三相逆变器可以控制多台三相感应电机；在永磁电机牵引系统中，由于控制系统对永磁同步电机的转子位置精度要求较高，通常一台三相逆变器只能控制一台三相永磁同步电机，因此，与传统牵引系统相比，永磁电机牵引系统需要更多的功率开关器件。越多的功率开关器件意味着逆变器的故障率更高。对于城市轨道交通列车而言，当牵引系统故障发生后最常用的解决方法就是切除故障逆变器，从而使得最大牵引力也相应的减小。当牵引力减少到无法维持重载列车的当前车速时，尤其是在大上坡的时候，很有可能导致列车被动停车。此时，通常会派一列空载的列车推着故障列车前行。这样做的问题是如果附近没有空闲的空载列车时，很有可能导致整条线路大面积晚点，从而大大影响城市轨道交通系统运营单位的服务质量，造成重要影响。因此，对城市轨道交通牵引系统的容错控制显得尤为重要。 

传统的三相永磁电机牵引系统主要有以下三种形式： 

形式I——直流母线的稳压电容由两个相同的电容器组成，稳压电容的中点与电机的中性点相连接，当某一相发生故障时，系统变成一个两相系统，如图1所示。 

形式II——增加一相附加桥臂，使得电机的中性点与附加桥臂的中点相连接，当某一相发生故障时，系统变成一个两相系统，如图2所示。 

形式III——增加一相冗余桥臂，当某一桥臂发生故障时，通过双向晶闸管将故障桥臂替换成冗余桥臂，如图3所示。 

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种结构简单、效果好、安全系数高的永磁电机容错牵引模块，同时本发明公开了该模块的控制方法。 

技术方案：本发明采用如下技术方案加以实现： 

一种永磁电机容错牵引模块，所述该模块包含第一台三相逆变器、第二台三相逆变器、第一台三相永磁同步电机、第二台三相永磁同步电机和一个容错桥；第一台三相逆变器、第二台三相逆变器分别通过容错桥连接第一台三相永磁同步电机、第二台三相永磁同步电机，所述容错桥由双向开关k1-k12组成，双向开关k1-k3连接第一台三相逆变器的三相对称电流输出端与第一台三相永磁同步电机的三相同步电流输入端，双向开关k4-k6连接第二台三相逆变器的三相对称电流输出端与第二台三相永磁同步电机的三相同步电流输入端，双向开关k7、k8、k9、k10、k11、k12分别与双向开关k1、k2、k3、k6、k5、k4连接，k7、k8、k9相连，k10、k11、k12相连，k7、k8、k9的公共点和k10、k11、k12的公共点相连。 

所述双向开关为双向晶闸管。 

一种如上述的容错牵引模块的控制方法，包括如下步骤： 

1）永磁电机容错牵引模块运行于正常模式，容错桥中双向开关k1-k6闭合，k7-k12关断，永磁电机容错牵引模块相当于两套独立的三相永磁牵引系统； 

2）检测永磁电机容错牵引模块中是否有一相桥臂发生故障，如果检测到桥臂发生故障，则进入步骤3，否则，在本步骤循环； 

3）当第一台三相逆变器发生故障时，容错桥中双向开关k1-k3闭合，k4-k12关断；当第二台三相逆变器发生故障时，容错桥中双向开关k4-k6闭合，k1-k3及k7-k12关断，永磁电机容错牵引模块相当于一套独立的三相永磁牵引系统； 

4）检测永磁电机容错牵引模块的转速有没有被动减小到最高转速的一半以下，如果是，则进入步骤5，否则在本步骤循环； 

5）按照不相邻原则通过容错桥将故障逆变器和正常逆变器变换成五相逆变器，用其来控制两台永磁同步电机，具体如下： 

其中，k₁-k₁₂分别代表12个双向晶闸管，0代表关断，1代表闭合；n_FL是故障桥臂的编号，n_FL=1-3为第一台三相逆变器的三相桥臂，n_FL=4-6表示第二台三相逆变器的三相桥臂，Δθ是两台永磁同步电机的初始位置电角度差值。 

有益效果：本方法适用于多电机永磁牵引系统，简单通用。具体到本发明的技术方案，具有如下优点： 

1.跟形式I和形式II相比，由于采用不相邻原则，本模块不存在桥臂过流问题，因此更安全； 

2.跟形式III相比，本方法不需要冗余桥臂，因此更简单、更经济；