一种永磁容错电机驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁容错电机驱动系统。该系统包括一台永磁容错电机、两套三相全桥驱动电路、两个双向晶闸管、六个熔断器以及一个独立270V直流电源。其中永磁容错电机包括两套相互独立且对称的三相单层集中式隔齿绕制的电枢绕组ABC绕组和XYZ绕组，两套三相全桥驱动电路，由六个功率开关管组成，分别控制永磁容错电机的ABC绕组和XYZ绕组；在系统出现故障时，将对应的双向晶闸管处于开通状态，构成带中性点的半桥功率变换电路，从而实现系统容错运行的控制。本发明专利技术具有磁隔离、物理隔离、热隔离、齿槽转矩脉动小、抑制短路电流、高容错性的优点，能够实现不同电气故障单独或同时出现的容错运行。

A Permanent Magnet Fault Tolerant Motor Driving System

The invention discloses a permanent magnet fault-tolerant motor drive system. The system consists of a permanent magnet fault-tolerant motor, two sets of three-phase full-bridge drive circuits, two bidirectional thyristors, six fuses and an independent 270V DC power supply. The permanent magnet fault-tolerant motor consists of two sets of armature windings ABC windings and XYZ windings with independent and symmetrical three-phase single-layer centralized teeth-separator windings, two sets of three-phase full-bridge driving circuits, which are composed of six power switches, respectively, to control the ABC windings and XYZ windings of permanent magnet fault-tolerant motor; when the system fails, the corresponding bidirectional thyristors will be turned on to form a neutral point. The half-bridge power converter circuit realizes the fault-tolerant operation control of the system. The invention has the advantages of magnetic isolation, physical isolation, thermal isolation, small fluctuation of cogging torque, suppression of short-circuit current and high fault-tolerance, and can realize fault-tolerant operation of different electrical faults alone or simultaneously.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁容错电机驱动系统
本专利技术涉及电驱动系统
，特别是一种永磁容错电机驱动系统。
技术介绍
随着电力电子技术、电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，永磁电机迎来了新的发展机遇和挑战，除了要求高功率密度和高效率外，同时还需具备高输出性能和高可靠性，这已成为永磁电机发展的关键所在。然而，当电机发生故障后，由于电机的非对称运行，输出转矩将出现脉动，产生较大的机械噪声，导致系统的整体性能下降，尤其是输出功率大大降低，甚至不能正常工作，严重危害了系统的安全。因此，对于当前的电驱动系统，除了满足特定功能外，还必须具备高可靠性和强容错性。要实现电机驱动系统的高可靠性和强容错性，就必然会采用到容错电驱动系统。而在现有的几种主要容错电驱动系统中，对于传统的双余度电机，一般采用的是分布绕制的绕组，这就使得绕组一旦短路就会烧坏电机绕组，且会因为磁场耦合而输出脉动的电磁转矩，导致系统无法正常工作；对于开关磁阻电机，虽然具有很好的容错性，但与永磁电机相比，存在功率密度低、噪声大以及转矩脉动大等不足，使得它的应用受到了相应的限制。此外，现有的电驱动系统仍存在齿槽转矩脉动和短路电流难以有效抑制、所需供电电源数量过多、故障的容错能力不足等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可靠性高、容错性强的永磁容错电机驱动系统，从而实现功率开关管开路和短路故障、电机绕组开路和短路故障、桥臂短路直通以及多相绕组或多个功率开关管同时故障的容错运行。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种永磁容错电机驱动系统，其中永磁容错电机的定子中包括两套电枢绕组，该两套电枢绕组分别通过三相全桥驱动电路控制，所述三相全桥驱动电路中的每个桥臂底端设置一个熔断器；该系统还包括：一个系统电源、两个串联后接入系统电源两端的电解电容；所述两套电枢绕组的中性点分别通过一个双向晶闸管接入两个电解电容的中点，实现系统容错运行。进一步地，所述永磁容错电机，由十二槽的定子和五对极表贴式永磁体转子组成，十二槽定子中包括两套相互独立且对称的三相单层集中式隔齿绕制的电枢绕组，分别为ABC绕组和XYZ绕组；转子采用转子磁钢离心式结构。进一步地，所述两套电枢绕组分别通过三相全桥驱动电路控制，所述三相全桥驱动电路中的每个桥臂底端设置一个熔断器，具体为：所述第一～第十二功率开关管，组成两套三相全桥驱动电路，由第一～第六功率开关管组成的三相全桥驱动电路控制永磁容错电机的ABC绕组，由第七～第十二功率开关管组成的三相全桥驱动电路控制永磁容错电机的XYZ绕组；所述第一、三、五、七、九、十一功率开关管的集电极接入系统电源的正极，所述第二、四、六、八、十、十二功率开关管的发射极分别通过第一、二、三、四、五、六熔断器接入系统电源的负极，第一、三、五、七、九、十一功率开关管的发射极分别与第二、四、六、八、十、十二功率开关管的集电极连接；永磁容错电机的ABC绕组的A、B、C绕组接线端分别接入第一～二功率开关管的中点、第三～四功率开关管的中点、第五～六功率开关管的中点；永磁容错电机的XYZ绕组的X、Y、Z绕组接线端分别接入第七～八功率开关管的中点、第九～十功率开关管的中点、第十一～十二功率开关管的中点。进一步地，所述两个电解电容为第一电解电容、第二电解电容，两个双向晶闸管为第一双向晶闸管、第二双向晶闸管；所述第一双向晶闸管一端连接ABC绕组的中性点，另一端连接第一电解电容、第二电解电容的中点，第二双向晶闸管一端连接XYZ绕组的中性点，另一端连接第一电解电容、第二电解电容的中点；所述系统电源为独立直流电源，第一双向晶闸管、第二双向晶闸管在系统正常运行时处于断开状态，当系统ABC绕组出现故障时，第一双向晶闸管处于开通状态，实现系统容错运行；当系统XYZ绕组出现故障时，第二双向晶闸管处于开通状态，实现系统容错运行。进一步地，所述系统电源为独立270V直流电源，用于为永磁容错电机的两套电枢绕组供电。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)采用永磁容错电机，具有磁隔离、物理隔离、热隔离、齿槽转矩脉动小、抑制短路电流、高容错性的优点；(2)能适用于单电源供电体制，具有较高的故障后系统利用率；(3)能够实现功率开关管开路和短路故障、电机绕组开路和短路故障、桥臂短路直通以及多相绕组或多个功率开关管同时故障的容错运行。附图说明图1为本专利技术永磁容错电机驱动系统的结构示意图。具体实施方式本专利技术永磁容错电机驱动系统，其中永磁容错电机的定子中包括两套电枢绕组，该两套电枢绕组分别通过三相全桥驱动电路控制，所述三相全桥驱动电路中的每个桥臂底端设置一个熔断器；该系统还包括：一个系统电源、两个串联后接入系统电源两端的电解电容；所述两套电枢绕组的中性点分别通过一个双向晶闸管接入两个电解电容的中点，实现系统容错运行。作为一种具体示例，所述永磁容错电机，由十二槽的定子和五对极表贴式永磁体转子组成，十二槽定子中包括两套相互独立且对称的三相单层集中式隔齿绕制的电枢绕组，分别为ABC绕组和XYZ绕组；转子采用转子磁钢离心式结构。作为一种具体示例，所述两套电枢绕组分别通过三相全桥驱动电路控制，所述三相全桥驱动电路中的每个桥臂底端设置一个熔断器，具体为：所述第一～第十二功率开关管T1～T12，组成两套三相全桥驱动电路，由第一～第六功率开关管T1～T6组成的三相全桥驱动电路控制永磁容错电机的ABC绕组，由第七～第十二功率开关管T7～T12组成的三相全桥驱动电路控制永磁容错电机的XYZ绕组；所述第一、三、五、七、九、十一功率开关管T1、T3、T5、T7、T9、T11的集电极接入系统电源的正极，所述第二、四、六、八、十、十二功率开关管T2、T4、T6、T8、T10、T12的发射极分别通过第一、二、三、四、五、六熔断器F1、F2、F3、F4、F5、F6接入系统电源的负极，第一、三、五、七、九、十一功率开关管T1、T3、T5、T7、T9、T11的发射极分别与第二、四、六、八、十、十二功率开关管T2、T4、T6、T8、T10、T12的集电极连接；永磁容错电机的ABC绕组的A、B、C绕组接线端分别接入第一～二功率开关管T1～T2的中点、第三～四功率开关管T3～T4的中点、第五～六功率开关管T5～T6的中点；永磁容错电机的XYZ绕组的X、Y、Z绕组接线端分别接入第七～八功率开关管T7～T8的中点、第九～十功率开关管T9～T10的中点、第十一～十二功率开关管T11～T12的中点。作为一种具体示例，所述两个电解电容为第一电解电容C1、第二电解电容C2，两个双向晶闸管为第一双向晶闸管TR1、第二双向晶闸管TR2；所述第一双向晶闸管TR1一端连接ABC绕组的中性点，另一端连接第一电解电容C1、第二电解电容C2的中点，第二双向晶闸管TR2一端连接XYZ绕组的中性点，另一端连接第一电解电容C1、第二电解电容C2的中点；所述系统电源为独立直流电源，第一双向晶闸管TR1、第二双向晶闸管TR2在系统正常运行时处于断开状态，当系统ABC绕组出现故障时，第一双向晶闸管TR1处于开通状态，实现系统容错运行；当系统XYZ绕组出现故障时，第二双向晶闸管TR2处于开通状态，实现系统容错运行。作为一种具体示例，所述系统电源为独立270V直流电源，用于为永磁容错电机的两套电枢绕组供电。以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁容错电机驱动系统，其特征在于，其中永磁容错电机的定子中包括两套电枢绕组，该两套电枢绕组分别通过三相全桥驱动电路控制，所述三相全桥驱动电路中的每个桥臂底端设置一个熔断器；该系统还包括：一个系统电源、两个串联后接入系统电源两端的电解电容；所述两套电枢绕组的中性点分别通过一个双向晶闸管接入两个电解电容的中点，实现系统容错运行。

【技术特征摘要】
1.一种永磁容错电机驱动系统，其特征在于，其中永磁容错电机的定子中包括两套电枢绕组，该两套电枢绕组分别通过三相全桥驱动电路控制，所述三相全桥驱动电路中的每个桥臂底端设置一个熔断器；该系统还包括：一个系统电源、两个串联后接入系统电源两端的电解电容；所述两套电枢绕组的中性点分别通过一个双向晶闸管接入两个电解电容的中点，实现系统容错运行。2.根据权利要求1所述的永磁容错电机驱动系统，其特征在于，所述永磁容错电机，由十二槽的定子和五对极表贴式永磁体转子组成，十二槽定子中包括两套相互独立且对称的三相单层集中式隔齿绕制的电枢绕组，分别为ABC绕组和XYZ绕组；转子采用转子磁钢离心式结构。3.根据权利要求1或2所述的永磁容错电机驱动系统，其特征在于，所述两套电枢绕组分别通过三相全桥驱动电路控制，所述三相全桥驱动电路中的每个桥臂底端设置一个熔断器，具体为：所述第一～第十二功率开关管(T1～T12)，组成两套三相全桥驱动电路，由第一～第六功率开关管(T1～T6)组成的三相全桥驱动电路控制永磁容错电机的ABC绕组，由第七～第十二功率开关管(T7～T12)组成的三相全桥驱动电路控制永磁容错电机的XYZ绕组；所述第一、三、五、七、九、十一功率开关管(T1、T3、T5、T7、T9、T11)的集电极接入系统电源的正极，所述第二、四、六、八、十、十二功率开关管(T2、T4、T6、T8、T10、T12)的发射极分别通过第一、二、三、四、五、六熔断器(F1、F2、F3、F4、F5、F6)接入系统电源的负极，第一、三、五、七、九、十一功率开关管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋雪峰，汤然，李运之，陈明昊，陈鹏飞，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32