[发明专利]一种基于运行工况的双模式绕组电机驱动系统

说明书

本发明涉及永磁无刷电机控制技术领域，公开了一种基于运行工况的双模式绕组电机驱动系统，包括一对标准两电平逆变器、绕组开放式结构永磁无刷电机、位置速度传感器、控制器、电流检测模块、电压检测模块以及直流电源U_dc，一对标准两电平逆变器均为三桥臂结构，还包括固态继电器组、继电器驱动模块，绕组开放式结构永磁无刷电机6个接线端子分别接一对标准两电平逆变器的三个桥臂的输出端；固态述继电器组分别连接于绕组开放式结构永磁无刷电机的6个接线端子之间。本发明通过固态继电器组使电机绕组根据电机运行工况在两种模式下自动切换，同时具有传统单逆变器驱动系统和绕组开放式双逆变器驱动系统的优点，提高电机驱动系统性能。

技术领域

本发明涉及永磁电机控制技术领域，具体涉及一种基于运行工况的双模式绕组电机驱动系统。

背景技术

永磁无刷电机具有体积小、功率密度高、便于维护以及对环境适应性强等优点，在许多高性能驱动领域中得到广泛的应用。车用驱动电机作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一，其驱动性能的优劣直接影响混合动力汽车、电动汽车的整车性能。

随着对电动汽车运行性能的要求越来越高，电机驱动系统所需的调速范围和功率不断增大。对于车用电机驱动系统而言，其端电压受车载电池容量和电压等级的限制，一定程度上制约了电机的转速调节范围和功率密度。

Takahashi I首次提出绕组开放式异步电机结构，绕组开放式拓扑在感应电机、永磁无刷电机领域得到关注与应用。绕组开放式结构是将电机绕组中性点打开，两端各接一个逆变器。相较于传统的中性点连接的拓扑结构，在同样的直流供电电压条件下，绕组开放式拓扑可以获得更大的电压矢量，因而可以有效拓宽电机转速运行范围，同时具有电压利用率高、器件承受电压低、输出电压波形好、输出谐波小等优势。绕组开放式永磁无刷电机，还具有传统永磁无刷电机的优点，很有研究意义。绕组开放式电机驱动系统根据逆变器直流电源供电方式可以分为单电源供电模式和双电源供电模式。采用共直流母线双逆变器拓扑结构单电源供电模式，节省空间和成本，可以在电动汽车电池容量受限的情况下拓宽电机转速运行范围、提高输出功率，其在电机驱动系统中的应用受到广泛关注。

然而绕组开放式电机驱动系统存在零序电流回路，系统存在零序电压产生零序电流的问题，电流谐波畸变率较高，导致电机损耗增大和系统性能降低。此外，采用双逆变器六桥臂结构开关器件数量是传统单逆变器结构开关器件数量的两倍，大大增加了开关器件故障的概率，影响电机的运行稳定性。

为了实现电机宽转速范围运行，目前一种比较可行的方案是采用绕组切换技术，通过开关管在绕组连接方式之间切换工作模式，例如专利103684196公开了一种可切换绕组的永磁同步电机驱动系统，通过将电机绕组分成两套串联绕组，在两套串联绕组中设置中间抽头，此外在两套逆变器直流电源的高电位端分别连接有一个可控开关装置，绕组开关变换装置由一个三相全波整流桥和一个功率开关管组成，实现定子绕组不同部分工作切换，从而可以实现电机高速与低速之间的绕组切换，达到拓宽转速范围的目的。然而这种方案采用的绕组切换技术需要电机在加工过程中将定子绕组分成两套串联绕组，在两套串联绕组中设置中间抽头，不适应现有的传统三相电机；当只有一套绕组运行时，电机的一半绕组处于闲置状态，影响系统转矩输出能力；且其在硬件方面增加额外的两个可控开关装置、一个三相全波整流桥和一个功率开关管，增加了开关器件的使用数量，提高了开关器件故障率。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于运行工况的双模式绕组电机驱动系统，通过固态继电器组(3个固态继电器)使电机绕组根据电机运行工况在两种模式下自动切换，同时具有传统单逆变器驱动系统和绕组开放式双逆变器驱动系统的优点，提高电机驱动系统性能。