[发明专利]三相串联绕组型交流电机驱动拓扑容错重构电路及切换法

说明书

本发明提供了一种三相串联绕组型交流电机驱动拓扑容错重构电路及切换法，包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂、第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管、第五双向晶闸管、第六双向晶闸管、第一不控型三相整流桥以及第九功率开关器件；每个桥臂包含上桥臂功率开关器件和下桥臂功率开关器件，应用本技术方案可实现保证三相串联绕组型交流电机驱动拓扑出现交流电机定子绕组和电机驱动器桥臂断路及短路等各种类型故障时可以继续容错运行，提升电机驱动系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及交流电机与驱动控制技术领域，特别是一种三相串联绕组型交流电机驱动拓扑容错重构电路及切换法。

背景技术

电动汽车、无人机、工业机器人等电机驱动系统应用迅速发展，对电机驱动系统的性能要求越来越高。目前应用较多的交流电机驱动拓扑主要有常规三相逆变器接Y型电机、双逆变器开绕组电机拓扑、三相串联绕组拓扑结构。传统单逆变器接Y型电机驱动系统，单逆变器连接接Y型负载，包含了三个桥臂，它的拓扑结构简单，无容错运行能力；双逆变器开绕组电机拓扑，将Y型连接电机定子绕组的中性点打开，绕组两端分别由两个逆变器供电，逆变器利用率高、可输出多电平，而且拓扑结构具有冗余性，具备容错运行能力，但是开关数量多、成本较高、控制复杂；三相串联绕组拓扑结构将电机三相定子绕组中性点打开，并将三相绕组串联，同时在传统三相逆变器基础上增加一个桥臂，构成三相四桥臂结构，是一种新型的电机控制器拓扑，在不弱磁的情况下，三相串联绕组拓扑的转速范围增大，容错性能提高，同时开关器件需求量更少，具有良好的驱动性能和工业应用的前景。

电力电子控制器的引入增加了电机驱动系统发生故障的可能性，但是，可靠性是评估电机驱动系统性能的关键指标，因而，三相电机系统在故障发生后仍可以容错运行愈发重要。三相串联绕组拓扑结构共有七种典型故障情况，包括四个桥臂故障和三个绕组故障。当相绕组或控制器两个边桥臂发生断路时，电机在四个桥臂驱动下可以在两相模式下实现容错操作，但会降低输出容量；当控制器中间两个桥臂发生断路故障，此时，有两个绕组流过相同的电流，电机无法产生平滑转矩，需要增加额外电路，以获得与前一类故障相同的结构，才能容错运行。

因此，目前的用于三相串联绕组型交流电机驱动拓扑容错控制策略难以覆盖驱动器桥臂和电机定子绕组可能发生的断路及短路等所有故障类型。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三相串联绕组型交流电机驱动拓扑容错重构电路及切换法，保证三相串联绕组型交流电机驱动拓扑出现交流电机定子绕组和电机驱动器桥臂断路及短路等各种类型故障时可以继续容错运行，提升电机驱动系统的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：三相串联绕组型交流电机驱动拓扑容错重构电路及切换法，包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂、第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管、第五双向晶闸管、第六双向晶闸管、第一不控型三相整流桥以及第九功率开关器件；所述第一桥臂包含第一上桥臂功率开关器件和第一下桥臂功率开关器件，所述第二桥臂包含第二上桥臂功率开关器件和第二下桥臂功率开关器件，所述第三桥臂包含第三上桥臂功率开关器件和第三下桥臂功率开关器件，所述第四桥臂包含第四上桥臂功率开关器件和第四下桥臂功率开关器件；所述第一上桥臂功率开关器件、第二上桥臂功率开关器件、第三上桥臂功率开关器件及第四上桥臂功率开关器件的上节点分别连接直流母线电压；所述第一下桥臂功率开关器件、第二下桥臂功率开关器件、第三下桥臂功率开关器件及第四下桥臂功率开关器件的下节点分别连接电源地；第一上桥臂功率开关器件的下节点与第一下桥臂功率开关器件的上节点连接，作为第一桥臂的输出节点；第二上桥臂功率开关器件的下节点与第二下桥臂功率开关器件的上节点连接，作为第二桥臂的输出节点；第三上桥臂功率开关器件的下节点与第三下桥臂功率开关器件的上节点连接，作为第三桥臂的输出节点；第四上桥臂功率开关器件的下节点与第四下桥臂功率开关器件的上节点连接，作为第四桥臂的输出节点；