[實用新型]一種開繞組電機的缺相容錯驅動裝置

有效

• 申請號: 201220541788.3
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN202856682U
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 樊英;於鋒;鄒國棠;程明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型涉及一種新型開繞組電機的缺相容錯驅動裝置，可應用于某些故障運行有較高要求的特殊應用場合，屬于電機驅動技術。

背景技術

三相電機變頻調速裝置以其優越的性能，在工業應用中起著舉足輕重的作用。然而，在諸如航空航天，機車牽引甚至核工業等工業應用中，一旦三相電機某一相出現開路故障，譬如接線頭松脫、導線過細燒斷等不切斷該相，將會導致災難性的后果。在這些場合，裝置的可靠性和容錯能力是一項最重要的指標，研究如何在缺相情況下能夠繼續運行而不至于停車，具有重要的現實意義。Takahashi?I首次提出一種繞組開路型異步電機，三相繞組首末端級聯2套逆變器，通過兩個逆變器協調控制，提高異步電機的轉矩響應速度和頻帶范圍。標稱兩電平逆變器經級聯后可控開關器件選擇更多，存在容錯冗余開關矢量組合狀態，可實現三相電機的不間斷運行，可避免事故和災難發生，并維持穩定的轉矩輸出。因此，有必要提出一種新型開繞組電機的缺相容錯驅動裝置。

發明內容

技術問題：本實用新型針對三相電機繞組開路后定子線圈不會產生旋轉磁場，以及存在零序電流等特點，提出一種具有缺相容錯功能的電機驅動裝置，解決電機缺相后轉矩脈動和剩余兩相電流重構等問題，本實用新型的內容是圍繞一種新型開繞組電機的缺相容錯驅動裝置性能而進行設計的。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種開繞組電機的缺相容錯驅動裝置，三相電機繞組首末端分別級聯兩個標稱的兩電平逆變器，裝置由兩個直流電壓源供電；

該容錯驅動裝置包括初級直流電壓源、初級電容、初級逆變器、次級直流電壓源、次級電容、次級逆變器、三相電機、冗余開關矢量；初級電容、初級逆變器并聯在初級直流電壓源的兩端，次級電容、次級逆變器并聯在次級直流電壓源的兩端，三相電機初級的三個輸入端分別接初級逆變器的三個輸出端，三相電機次級的三個輸入端分別接次級逆變器的的三個輸出端，冗余開關矢量調制后產生6組開關信號，分別對應接初級逆變器和次級逆變器的6組基極控制端。

三相電機的繞組采用開路式結構，將傳統Y型三相電機的中性點拆開，引出六根端線。

初級直流電壓源和次級直流電壓源均采用標稱電壓為120V的蓄電池組。

初級逆變器和次級逆變器均是標稱的兩電平電壓型逆變器，級聯后可工作在三電平區域。

故障相橋臂開關器件能使開路故障相繞組兩端接地短接。

所述的冗余開關矢量，其中的容錯控制裝置采用電壓空間矢量脈寬調制的控制策略，由64種開關組合產生19個電壓空間矢量，存在冗余開關矢量。

有益效果：

（1）級聯逆變器結構相比常見二極管鉗位型、飛躍電容型三電平逆變器拓撲結構，減小了功率器件的數量，不存在中點電壓不平衡等問題，減小了驅動裝置的體積、重量和制造成本。

（2）將傳統三相電機繞組中性點分開，電機繞組獨立工作，有效消除繞組之間的影響，提高電機自身的可靠性。

（3）級聯逆變器結構能夠在較低的開關頻率下使輸出電壓的諧波含量減小，輸出功率等級提高。

（4）兩個直流電壓源獨立供電，避免共模電壓、零序電流的產生對電子器件及電機的危害。

（5）不需要增加冗余開關器件，只需通過對冗余開關矢量的重構調制便可實現三相電機的缺相容錯運行。

（6）從轉矩脈動最小化和轉矩最大化兩個角度對剩余相電流進行重構，能維持穩定的轉矩輸出。

（7）封鎖開路相上橋臂開關管驅動信號，常“1”驅動開路相下橋臂開關可消除故障繞組中的感應電勢。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖。

其中有：初級直流電壓源1、初級電容2、初級逆變器3、次級直流電壓源4、次級電容5、次級逆變器6、三相電機7、冗余開關矢量8。

圖2表示為圖1冗余開關矢量中的開關順序。

其中有：初級逆變器(3)中A相橋臂的開關狀態S_a、B相橋臂的開關狀態S_b、C相橋臂的開關狀態S_c；次級逆變器(6)中A相橋臂的開關狀態S_A、B相橋臂的開關狀態S_B、C相橋臂的開關狀態S_C。開關狀態值為1時表示所在相上橋臂導通，為0時表示所在相下橋臂導通。

圖3為本實用新型的A相繞組開路后的容錯冗余開關矢量分布圖。

具體實施方式

下面將參照附圖對本實用新型進行說明。