CN101272125B - 一种具有容错功能的电机驱动*** - Google Patents
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Abstract
一种具有容错功能的电机驱动***，包括一个逆变器和一个电机，电机可以是异步电机，永磁电机或者磁阻电机，电机定子具有四套或六套绕组，引出4个端子U，V，W，O，其中任意三个端子所连接的绕组通以电流便可在电机气隙形成旋转磁场。逆变器为三相全桥逆变器，同时引出直流中性点N，逆变器的三个桥臂的引出端A，B，C及直流中性点N，与电机的4个引出端子U，V，W，O相连。当本发明的电机驱动***中任何一相出现问题，通过简单的控制算法改变即可实现容错控制，无需硬件开关参与，无需停机即可迅速进入容错运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高可靠性的电机驱动***。
背景技术
电机绕组和电力电子变换器是驱动***中易发生故障的薄弱环节。一旦其中之一发生故障，整个***将丧失正常工作的能力，这在一般民用场合会带来经济损失，而在航空、军事等重要场合，将造成灾难性事故，因此进行发电***容错研究意义重大。常见的措施是提供冗余的电机绕组或者控制器，这样的***成本和体积都会很大，在对体积要求较高的场合不适用。针对功率开关的开路或短路等常见故障，文章《容错型四开关三相变换器异步发电***的直接转矩控制研究》中(《中国电机工程学报》，2005年18期，张兰红胡育文)，提出了一种容错方法：断开故障开关所在桥臂，将六开关三相变换器重构为四开关三相变换器，再通过对控制策略的调整，使***继续运行。这种方案的缺点是只能为电力电子变换器提供冗余，电机绕组损坏，***同样无法工作；其次这种方案需要判断哪一相出故障，从而通过开关来实现故障***的容错控制，控制复杂，同时增加***成本和体积；由于需要通过开关来实现容错控制，实时性较差，故障恢复时间长，很难满足一些需要实时性高的场合的需求。如何在不增加***体积和成本的基础上提高***的容错能力和可靠性一直是一个难题。
发明内容
本发明的目的是解决现有电机***容错能力低，容错方案复杂的问题。提出了一种新型的电机驱动***，这种驱动***采用三相逆变器构成，具有较好的容错能力，可靠性高，而且***成本低，结构简单，体积小。
本发明驱动***包括一个逆变器和一个电机。
其中本发明的电机可以是永磁电机，或异步电机，或磁阻电机。与传统三相电机不同，本发明电机定子具有多套绕组，但是仅出4个引出端子。且满足其中任意三个端子所连接的绕组通以适当电流便可以在气隙中形成旋转磁场。
其中逆变器采用传统三相全桥逆变器，同时引出直流中性点，这样逆变器即可引出4个端子，与上述电机相连。如此，本***构成一个电机驱动***，当其中任何一相出现问题，通过简单的控制算法改变即可实现容错控制，无需硬件开关参与，无需停机即可迅速进入容错运行状态。
本发明的有益效果是：这种高可靠性的驱动***，采用简单的三相桥逆变器的硬件，在不显著增加***体积、重量和控制难度的前提下，利用简单的控制算法变化，有效的提高驱动***的可靠性与安全性。本发明可以为电机的任何一相提供冗余，同时故障恢复时间很短。
附图说明
图1是传统三相电机驱动***示意图；
图2是本发明具体实施方式之一示意图；
图3是本发明具体实施方式之二示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1所示为传统的三相电机驱动***。逆变器的三个桥臂分别引出三个端子A，B，C，与三相电机的三个引出端子U，V，W相连接，三相绕组通以电流形成旋转磁场，驱动电机工作。当其中的任何一个电机绕组或者逆变器的任何一个桥臂故障，***立即停止工作。
图2所示是本发明具体实施方案之一。在这个***中，直接引出直流电源的中性点N，与三个桥臂的引出端A，B，C一起为电机供电。而本例中的电机定子采用四相绕组星接的方法构成一个四相电机，四相电机与逆变器的三个桥臂的引出端A，B，C及中性点N相连。根据基尔霍夫定理可知，任意时刻四相绕组中的电流和为零。正常工作时，通过控制OU，OV，OW相绕组内的电流，达到控制OX相绕组电流的目的，使电机气隙内形成旋转磁场，驱动电机工作。假定OU相电机绕组故障，通过控制OV，OW绕组内的电流，达到控制OX绕组电流的目的，使电机气隙内形成旋转磁场，驱动电机正常工作。同样假定逆变器A相故障，通过控制OV，OW绕组内的电流，达到控制OX绕组电流的目的，使电机气隙内形成旋转磁场，驱动电机正常工作。同样的，其他任何一相故障，***都可以正常工作，可靠性相比传统三相***有了大幅度的提高，而***所需改动很小。
图3所示是本发明另一具体实施方式。在这个***中，逆变器的直流母线支撑电容采用两个相同的电容C1，C2串联，将两个电容C1，C2串联处引出中性点N，与三个桥臂的引出端A，B，C一起为电机供电。而本实施例中的电机定子采用六套绕组相连，形成四面体的六条棱，四个定点作为引出端子U，V，W，O，构成一个多相电机，分别与逆变器三个桥臂的引出端A，B，C及中性点N相连。根据基尔霍夫定理可知，任意时刻六套绕组中的电流和为零。正常工作时，通过控制OU，OV，OW相绕组内的电流，达到控制UV，VW，WU相绕组电流的目的，使电机气隙内形成旋转磁场，驱动电机工作。假定OU相电机绕组故障，电机变为UV，VW，WU相角接绕组和OV，VW，WO相角接绕组构成的电机，通过控制UV，VW，WU相角接绕组和OV，VW，WO相角接绕组内的电流，使电机气隙内形成旋转磁场，驱动电机正常工作。同样假定逆变器A相故障，绕组UW，UV，UO相无法供电，通过控制OV，VW，WO相角接绕组内的电流，使电机气隙内形成旋转磁场，驱动电机正常工作。同样的，其他任何一相故障，***都可以正常工作，可靠性相比传统三相***有了大幅度的提高，而***所需改动很小。
本发明仅对***硬件做简单的改变，体积不变，同时成本较低，而可靠性得到很大的提高，具有重要的实用价值。
Claims (2)
1.一种具有容错功能的电机驱动***，其特征在于包括一个逆变器和一个电机，电机为异步电机、永磁电机或者磁阻电机，其定子具有四套绕组，采用星接的方法构成一个四相电机，且其中任意三个端子所连接的绕组通以正弦交流电便可在电机气隙中形成旋转磁场；逆变器为三相全桥逆变器，同时引出直流母线中性点N；电机的4个引出端子U、V、W、O，与逆变器的三个桥臂的引出端A、B、C及直流中性点N相连，当其中任何一相出现问题，其他三相仍然可以使电机正常工作。
2.一种具有容错功能的电机驱动***，其特征在于包括一个逆变器和一个电机，电机为异步电机、永磁电机或者磁阻电机，其定子具有六套绕组，六套绕组相连并形成四面体的六条棱，四个定点作为引出端子U、V、W、O，构成一个多相电机，且其中任意三个端子所连接的绕组通以正弦交流电便在电机气隙中形成旋转磁场；逆变器为三相全桥逆变器，逆变器的直流母线支撑电容采用两个相同的电容C1、C2串联，两个电容C1、C2串联处引出中性点N；电机的引出端子U、V、W、O分别与逆变器三个桥臂的引出端A、B、C及中性点N相连，当其中任何一相出现问题，其他五相仍然可以使电机正常工作。
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Application publication date: 20080924 Assignee: Jiangsu Rothwell Electric Co., Ltd. Assignor: Institute of Electrical Engineering of the Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2013320000056 Denomination of invention: Motor drive system with fault tolerance function Granted publication date: 20110615 License type: Exclusive License Record date: 20130304 |
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