一种具有逆变器故障容错功能的多模式绕组电机驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及永磁电机控制技术领域，公开了一种具有逆变器故障容错功能的多模式绕组电机驱动系统，通过双向固态继电器组（3个双向固态继电器）使系统根据电机运行工况在多种模式下自动切换，不仅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，同时通过控制双向固态继电器，切换电机绕组与不同桥臂连接，实现电机驱动系统逆变器故障容错运行。与现有技术相比，本发明专利技术通过调制策略使系统不仅具有三角形绕组模式，开绕组模式，还具有开关器件故障情况下的容错绕组模式，不额外增加备用开关器件的情况下，实现逆变器故障容错控制，对提高电机驱动系统可靠性，进而提高整个新能源汽车驱动系统的可靠性具有重要意义。新能源汽车驱动系统的可靠性具有重要意义。新能源汽车驱动系统的可靠性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种具有逆变器故障容错功能的多模式绕组电机驱动系统


[0001]本专利技术涉及永磁电机控制
，具体涉及一种具有逆变器故障容错功能的多模式绕组电机驱动系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]然而单一模式的绕组开放式电机驱动系统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，影响电机的运行可靠性。
[0006]为了实现电机宽转速范围可靠运行，一种比较可行的方案是采用绕组切换技术，通过继电器在绕组连接方式之间切换工作模式，例如专利CN113992071A公开了一种可在两种绕组模式下自动切换的双模式绕组电机驱动系统。控制器根据运行工况自动选择单逆变器驱动三角形绕组模式和双逆变器驱动开放式绕组模式，实现绕组两种工作模式的切换，从而可以使电机高速与低速分别运行在不同的绕组模式下，达到拓宽转速范围的目的。
[0007]然而这种方案采用的双模式绕组电机驱动系统，只有两种绕组模式，当电机长时间高速巡航时，一直采用双逆变器驱动的开绕组模式。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，降低电机运行的可靠性。
[0008]因此，研究具有逆变器故障容错功能的电机驱动系统，充分利用双逆变器驱动系统桥臂多，冗余开关器件多的特点，通过调制策略使系统不仅具有三角形绕组模式，开绕组模式，还具有开关器件故障情况下的容错绕组模式。系统不额外增加备用开关器件的情况下，实现逆变器故障容错控制，对提高电机驱动系统可靠性，进而提高整个新能源汽车驱动
系统的可靠性具有重要意义。

技术实现思路

[0009]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种具有逆变器故障容错功能的多模式绕组电机驱动系统，通过双向固态继电器组(3个双向固态继电器)使系统根据电机运行工况在多种模式下自动切换，不仅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，同时通过控制双向固态继电器，切换电机绕组与不同桥臂连接，实现电机驱动系统逆变器故障容错运行，可提高系统运行的可靠性。
[0010]技术方案：本专利技术提供了一种具有逆变器故障容错功能的多模式绕组电机驱动系统，所述控制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
，一对所述标准两电平逆变器均为三桥臂结构，还包括双向固态继电器组、继电器驱动模块，所述绕组开放式结构永磁无刷电机将中性点打开引出6个接线端子为a1、b1、c1、a2、b2、c2，绕组开放式结构永磁无刷电机的输出端子a1、b1、c1分别接一个标准两电平逆变器的三个桥臂的输出端，输出端子a2、b2、c2分别接另一标准两电平逆变器的三个桥臂的输出端；所述双向固态继电器组分别连接于所述绕组开放式结构永磁无刷电机的6个接线端子之间，所述位置速度传感器与所述控制器连接，用于检测绕组开放式结构永磁无刷电机的转子位置信号和转速信号，所述控制器的转速信号输出端与所述继电器驱动模块连接，所述固态继电器驱动模块与所述双向固态继电器组连接，用于驱动所述双向固态继电器组的闭合与断开。
[0011]进一步地，所述双向固态继电器组包括双向继电器SSR1、双向继电器SSR2以及双向继电器SSR3，所述双向继电器SSR1连接于接线端子a1和接线端子c2，所述双向继电器SSR2连接于接线端子b1和接线端子a2，所述双向继电器SSR3连接于接线端子c1和接线端子b2。
[0012]进一步地，当逆变器开关器件无故障正常运行时，电机处于绕组开放式模式或三角形联接绕组模式运行；当逆变器开关器件发生故障时，系统切除故障桥臂，电机切换到容错模式运行。所述SVPWM模块将解耦角设置为120
°
，产生12路逆变器驱动信号，其中a1与c2，b1与a2，c1与b2对应桥臂开关器件驱动信号相同。
[0013]当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂a1出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR1闭合，将原接于接线端子a1的绕组改接到接线端子c2，实现五桥臂容错运行；
[0014]当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂b1出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR2闭合，将原接于接线端子b1的绕组改接到接线端子a2，实现五桥臂容错运行；
[0015]当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂c1出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR3闭合，将原接于接线端子c1的绕组改接到接线端子b2，实现五桥臂容错运行；
[0016]当电机处于上述绕组开放式模式运行，逆变器桥臂a2出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR2闭合，将原接于接线端子a2的绕组改接到接线端子b1，实现五桥臂容错运行；
[0017]当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂b2出现故障时，系统切除故障桥臂，
所述继电器SSR3闭合，将原接于接线端子b2的绕组改接到接线端子c1，实现五桥臂容错运行；
[0018]当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂c2出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR1闭合，将原接于接线端子c2的绕组改接到接线端子a1，实现五桥臂容错运行；
[0019]当电机处于三角形联接绕组模式运行，逆变器INV1驱动，逆变器INV2作为备用逆变器，逆变器INV1任意桥臂a1或b1或c1出现故障时，系统切除逆变器INV1，同时所述继电器组闭合，桥臂a
1 b
1 c1分别改接到c
2 a
2 b2，电机处于备用逆变器INV2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有逆变器故障容错功能的多模式绕组电机驱动系统，包括一对标准两电平逆变器INV1和INV2、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
，一对所述标准两电平逆变器均为三桥臂结构，其特征在于，还包括双向固态继电器组、继电器驱动模块，所述绕组开放式结构永磁无刷电机将中性点打开引出6个接线端子为a1、b1、c1、a2、b2、c2，绕组开放式结构永磁无刷电机的输出端子a1、b1、c1分别接一个标准两电平逆变器的三个桥臂的输出端，输出端子a2、b2、c2分别接另一标准两电平逆变器的三个桥臂的输出端；所述双向固态继电器组分别连接于所述绕组开放式结构永磁无刷电机的6个接线端子之间，所述位置速度传感器与所述控制器连接，用于检测绕组开放式结构永磁无刷电机的转子位置信号和转速信号，所述控制器的转速信号输出端与所述继电器驱动模块连接，所述固态继电器驱动模块与所述双向固态继电器组连接，用于驱动所述双向固态继电器组的闭合与断开；所述双向固态继电器组包括双向继电器SSR1、双向继电器SSR2以及双向继电器SSR3，所述双向继电器SSR1连接于接线端子a1和接线端子c2，所述双向继电器SSR2连接于接线端子b1和接线端子a2，所述双向继电器SSR3连接于接线端子c1和接线端子b2；当逆变器开关器件无故障正常运行时，电机处于绕组开放式模式或三角形联接绕组模式运行；当逆变器开关器件发生故障时，系统切除故障桥臂，电机切换到容错模式运行，所述控制器中设置的SVPWM模块将解耦角设置为120
°
，产生12路逆变器驱动信号，其中a1与c2，b1与a2，c1与b2对应桥臂开关器件驱动信号相同；具体如下：当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂a1出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR1闭合，将原接于接线端子a1的绕组改接到接线端子c2，实现五桥臂容错运行；当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂b1出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR2闭合，将原接于接线端子b1的绕组改接到接线端子a2，实现五桥臂容错运行；当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂c1出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR3闭合，将原接于接线端子c1的绕组改接到接线端子b2，实现五桥臂容错运行；当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂a2出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR2闭合，将原接于接线端子a2的绕组改接到接线端子b1，实现五桥臂容错运行；当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂b2出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR3闭合，将原接于接线端子b2的绕组改接到接线端子c1，实现五桥臂容错运行；当电机处于绕组开放式模式运行，逆变器桥臂c2出现故障时，系统切除故障桥臂，所述继电器SSR1闭合，将原接于接线端子c2的绕组改接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁庆，姚宇阳，林弈，赵晓庆，黄晓洁，胥智超，张涛，桑英军，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：