一种双三相电机控制器功率管短路检测与故障保护方法技术

本发明专利技术公开了一种双三相电机控制器功率管短路检测方法，包括：根据DESAT故障信号，关断所有开关管；检测一个电周期内的三相电流，当一个电周期内三相电流持续增大，且三相电流呈现出两相同极性、一相反极性时，则判定当前的DESAT检测信号对应的是短路故障，反极性相所在的位置为故障点，通过反极性相的电流正负判断短路的开关管为上管或下管；本发明专利技术还公开了一种双三相电机控制器功率管短路故障保护方法，包括：根据DESAT故障信号，切断所有开关管；采用功率管短路检测方法确定短路故障点，根据短路故障点，将另外两相的开关管短路，使双三相电机三相短路；双三相电机另一绕组的驱动器进入故障控制模式。动器进入故障控制模式。动器进入故障控制模式。

【技术实现步骤摘要】
一种双三相电机控制器功率管短路检测与故障保护方法


[0001]本专利技术属于交流传动
，具体涉及一种双三相电机控制器功率管短路检测与故障保护方法。

技术介绍

[0002]本专利技术主要应用对象为双三相永磁同步电机，利用余度的冗余来实现功率管短路故障容错功能，主要通过设计双三相电机的软硬件控制策略，以保证控制器发生任意单一故障后，系统不至于停转。一般而言，一个普通的三相电机对应一个驱动器控制，而双三相电机(如图1所示)通过将绕组形式设计为两个绕组并联的模式，一个电机需要配套两个驱动器同时驱动以实现大功率输出的目的。然而，两个驱动器的主全桥电路中任意开关管出现短路故障，都将使电机被迫停机。即使电机中另一个驱动器完全无故障，由于故障侧的嵌位作用电机也没法运转。因此对于具有双绕组设计的电机电气部分，需要设计一种控制策略保证两个驱动器发生任意单一短路故障后如绕组匝间短路、绕组引出端的相间短路、绕组开路、位置传感器故障，系统都不至于停转。至于电机本体的机械故障，如轴承故障、转子故障、连轴器故障等，由于方案自身的限制，无法保障其单一故障后系统仍可运行(或降级运行)。
[0003]在双三相永磁同步电机驱动器单一功率管短路的条件下，现有技术在不增加硬件断路器条件下，无法解决其故障检测、故障应对问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有的双三相电机系统无法检测功率管短路、难以应对单一功率管短路、可靠性低的问题，本专利技术提出了一种双三相电机控制器功率管短路检测与故障保护方法，该方法使双三相永磁同步电机控制器工作时能充分利用控制余度优势、抗单点故障能力更强，可靠性更高。
[0005]技术方案：一种双三相电机控制器功率管短路检测方法，应用对象为双三相电机，该双三相电机包括两个并联的绕组，每个绕组配套一个驱动器；所述驱动器为由多个开关管构成的主全桥电路；包括：
[0006]根据DESAT故障信号，关断所有开关管；
[0007]检测一个电周期内的三相电流，当一个电周期内三相电流持续增大，且三相电流呈现出两相同极性、一相反极性时，则判定当前的DESAT检测信号对应的是短路故障，反极性相所在的位置为故障点，通过反极性相的电流正负判断短路的开关管为上管或下管。
[0008]进一步的，所述的通过反极性相的电流正负判断短路的开关管为上管或下管，包括：
[0009]当反极性相的电流极性恒为正时，短路的开关管为上管；
[0010]当反极性相的电流极性恒为负时，短路的开关管为下管。
[0011]本专利技术公开了一种双三相电机控制器功率管短路故障保护方法，应用对象为双三
相电机，该双三相电机包括两个并联的绕组，每个绕组配套一个驱动器；所述驱动器为由多个开关管构成的主全桥电路；包括以下步骤：
[0012]根据DESAT故障信号，切断所有开关管；
[0013]采用功率管短路检测方法确定短路故障点，根据短路故障点，将另外两相的开关管短路，使双三相电机三相短路；
[0014]双三相电机另一绕组的驱动器进入故障控制模式；
[0015]其中，所述的功率管短路检测方法为权利要求1或2所述的一种双三相电机控制器功率管短路检测方法。
[0016]进一步的，在根据短路故障点，将另外两相的开关管短路的同时，双三相电机另一绕组的驱动器进入故障控制模式。
[0017]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0018](1)本专利技术方法能实现双三相电机的功率管短路检测和保护问题；
[0019](2)本专利技术方法在工业广泛应用的控制器基础上进行改进，通用性和可靠性较强；
[0020](3)本专利技术方法为纯软件实现，在现有的技术上无需增加额外具体电路。
附图说明
[0021]图1为双三相绕组电机示意图；
[0022]图2为功率管短路故障示意图；
[0023]图3为功率管短路后的电流路径示意图；其中，图3中的(a)为短路电流路径示意图；图3中的(b)为短路电流等效路径示意图；
[0024]图4为功率管短路后的三种电流流通路径示意图；其中，图4中的(a)为流通路径1；图4中的(b)为流通路径2；图4中的(c)为流通路径3；
[0025]图5为功率管短路后的线电压、相电压、相电流波形图；
[0026]图6为功率管短路后的id、iq电流脉动现象示意图；
[0027]图7为功率管分别在上、下管短路时的电流图
[0028]图8为在不同功率管短路时αβ轴下的电流轨迹变化图；
[0029]图9为短路故障动作前后的电流波形图。
具体实施方式
[0030]现结合附图和实施例进一步阐述本专利技术的技术方案。
[0031]实施例1：
[0032]图2示出了功率管短路故障的发生位置，功率管的短路失效表现为三相全桥的任意功率管发生D
‑
S短路故障，功率器件的门极驱动的异常，如驱动片的异常持续输出，也可通过功率管短路故障的故障模式表现出来。在功率管短路故障模式下，桥臂电位持续为+270V(上管短路)或者持续为0V(下管短路)，将引起电流的巨大波动。功率管短路故障发生后，将触发同一桥臂另一个功率管的DESAT故障，驱动器DESAT信号将触发立即关闭所有开关管。当全桥所有驱动信号切断后，由于功率管反并联二极管的存在，存在图3所示潜电路，若电机此时转速非0，当旋转到U
‑
V线反电动势为负或者U
‑
W线反电动势为负时，将产生较大的短路电流。
[0033]以U相上管短路为例，短路时电机三相反电势分别为e
a
、e
b
、e
c
，由于U点的电位被嵌在270V，电机的中点电位不固定，计算表达式为：
[0034][0035]式中，U
N
表示电机中点电压，e
u
表示为电机U相的反电势，L表示为电机的相电感，i
u
表示为电机的相电流，R
s
表示为电机的相电阻，U
ZU
表示为电机的相阻抗压降，下标U表示U相。
[0036]V点的电位计算表达式为：
[0037][0038]式中，e
V
表示为电机V相反电势，i
V
表示为电机V相电流，U
ZV
表示为电机V相阻抗压降，e
U
表示为电机U相的反电势，下标V表示V相。
[0039]当V点的电位U
V
高于270V时，V相上管二极管打开，V相导通。W相导通情况同理。由此可以得出，短路电流流通的路径存在三种情况，如图4所示。
[0040]整个短路通道存在三种路径，可以明显看出，在任何路径下电流在短路侧的相电流都是连续的，另两相正常的桥臂电流为非连续状态交替导通，路径转换取决于相间电压的状态转换。两相正常桥臂的电流都存在一个电流为0的截止期，截止时间长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双三相电机控制器功率管短路检测方法，应用对象为双三相电机，该双三相电机包括两个并联的绕组，每个绕组配套一个驱动器；所述驱动器为由多个开关管构成的主全桥电路；其特征在于：包括：根据DESAT故障信号，关断所有开关管；检测一个电周期内的三相电流，当一个电周期内三相电流持续增大，且三相电流呈现出两相同极性、一相反极性时，则判定当前的DESAT检测信号对应的是短路故障，反极性相所在的位置为故障点，通过反极性相的电流正负判断短路的开关管为上管或下管。2.根据权利要求1所述的一种双三相电机控制器功率管短路检测方法，其特征在于：所述的通过反极性相的电流正负判断短路的开关管为上管或下管，包括：当反极性相的电流极性恒为正时，短路的开关管为上管；当反极性相的电流极性恒为负时，短路的开关管为下管。3.一种双三相电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩寻，安星，严大亮，徐中行，张宇，许兵，
申请(专利权)人：中国航发控制系统研究所，
类型：发明
国别省市：