[發明專利]具有高容錯能力的六相九橋臂逆變器

有效

• 申請號: 201310023072.3
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103078536A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 劉勇;吳帆;佟誠德;于斌;王偉男
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及具有高容錯能力的六相九橋臂逆變器，屬于電機控制領域。

背景技術

六相永磁同步電機由于相數冗余，具有容錯運行能力，適用于多電飛機、純電動車、電力推進艦船等對驅動電機可靠性要求較高的應用場合。采用六相半橋(如附圖1所示)驅動的六相永磁同步電機，當發生繞組開路或開關器件開路故障時，剩余繞組電流和仍需保持為零，即電流零序分量不可控，不能發揮電機的最大輸出能力，容錯控制上存在瓶頸。而采用級聯/全橋逆變器結構時(如附圖2所示)，開關器件的數量、成本加倍，不易為實際應用所接受。

為解決上述問題，可采用了六相七橋臂逆變器拓撲結構(如附圖3所示)，增加一個橋臂后，理論上各相繞組電流互不約束，電機的零序分量變為可控，有利于靈活地實施容錯控制。該結構對于繞組開路、開關器件開路故障具有較好的容錯控制效果。但是，在開關器件短路故障下，電機的容錯能力受到有很大限制。即，所增加的橋臂中任何一個開關器件發生短路故障時，無論采用何種PWM控制方式，所有繞組電流都將變成直流，電機無法運行。簡而言之，六相七橋臂的逆變器拓撲結構存在很大風險，可能因為一個開關器件的短路而導致電機無法運行。另外，當采用六相七橋臂結構時，為了適應對不同故障下電流零序分量的控制，所增加的橋臂的功率器件的電流等級變化范圍較大。

發明內容

本發明目的是為了解決采用現有六相七橋臂的逆變器拓撲結控制六相永磁同步電機存在很大風險，可能因為一個開關器件的短路而導致電機無法運行的問題，提供了一種具有高容錯能力的六相九橋臂逆變器。

本發明所述具有高容錯能力的六相九橋臂逆變器，它包括六相半橋拓撲結構，所述六相半橋拓撲結構由12個功率開關管和直流電源U_dc1構成，所述六相半橋拓撲結構的每個橋臂輸出端連接六相永磁同步電機的一相繞組的一端，六相永磁同步電機的A相繞組L_a、B相繞組L_b、C相繞組L_c、D相繞組L_d、E相繞組L_e和F相繞組L_f沿圓周依次排列，A相繞組L_a和B相繞組L_b機械角度相差30°，B相繞組L_b和C相繞組L_c機械角度相差90°，C相繞組L_c和D相繞組L_d機械角度相差30°，D相繞組L_d和E相繞組L_e機械角度相差90°，E相繞組L_e和F相繞組L_f機械角度相差30°，F相繞組L_f和A相繞組L_a機械角度相差90°；

具有高容錯能力的六相九橋臂逆變器還包括由直流電源U_dc2和6個功率開關管構成的三相半橋拓撲結構；A相雙向導通二極管D_a、B相雙向導通二極管D_b、C相雙向導通二極管D_c、D相雙向導通二極管D_d、E相雙向導通二極管D_e、F相雙向導通二極管D_f、第一故障隔離雙向導通二極管D₁、第二故障隔離雙向導通二極管D₂和第三故障隔離雙向導通二極管D₃，

直流電源U_dc1和直流電源U_dc2并聯，所述兩相半橋拓撲結構具有三相橋臂，分別為第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂，

六相永磁同步電機的A相繞組L_a的另一端與A相雙向導通二極管D_a的一端相連，

六相永磁同步電機的F相繞組L_f的另一端與F相雙向導通二極管D_f的一端相連，

A相雙向導通二極管D_a的另一端和F相雙向導通二極管D_f的另一端都與第一故障隔離雙向導通二極管D₁的一端相連，第一故障隔離雙向導通二極管D₁的另一端與第一橋臂的輸出端相連；

六相永磁同步電機的B相繞組L_b的另一端與B相雙向導通二極管D_b的一端相連，

六相永磁同步電機的C相繞組L_c的另一端與C相雙向導通二極管D_c的一端相連，