一種兩相交流電機容錯逆變器的制造方法
【專利摘要】一種兩相交流電機容錯逆變器，包括四個逆變器橋臂、四個快速熔斷保險絲以及兩個雙向晶閘管；四個逆變器橋臂并聯(lián)后與公共直流電源相接；一個雙向晶閘管連接第一、二電樞繞組的一個端口，另一個雙向晶閘管連接第一、二電樞繞組的另一個端口，且第一電樞繞組的兩個端口分別通過快速熔斷保險絲與兩個逆變器橋臂中點相連，第二電樞繞組的兩個端口分別通過快速熔斷保險絲與另外兩個逆變器橋臂中點相連。本發(fā)明能夠從普通的八開關(guān)兩相全橋逆變器工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嗔_關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)的工作方式，從而保證了在逆變器單相橋臂出現(xiàn)故障時兩相電機能夠持續(xù)安全可靠的運行。另外，本發(fā)明的容錯逆變器具有很強的通用性。
【專利說明】一種兩相交流電機容錯逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種兩相交流電機容錯逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來工農(nóng)業(yè)過程趨向大型化和復(fù)雜化，社會生活趨向高品質(zhì)和舒適化，對相關(guān)工業(yè)和生活產(chǎn)品的控制品質(zhì)的要求日益突出。在工業(yè)交流傳動應(yīng)用領(lǐng)域，對系統(tǒng)的可靠性和安全性的需求日趨迫切。其中，交流電機系統(tǒng)容錯技術(shù)是一個典型的應(yīng)用研究領(lǐng)域。目前，交流電機容錯控制技術(shù)研究工作仍屬于起步階段，且大部分應(yīng)用在三相繞組的交流電機之中，如三相感應(yīng)電機,三相永磁同步電機和三相無刷直流電機等。兩相電機由于電機體積小、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低、功率和效率較高，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于低功耗工業(yè)應(yīng)用中，如電冰箱，真空吸塵器，風機，空調(diào)和水泵等。比較常見的兩相電機主要有異步電機、步進電機、開關(guān)磁阻電機和永磁電機等。目前對于兩相電機的本體設(shè)計和其控制技術(shù)有廣泛的研究和工業(yè)應(yīng)用，然而針對兩相電機的容錯理論和技術(shù)比較少。
[0003]兩相電機一般指定子具有兩相獨立繞組的電機，其兩相繞組通常按照90電角度分開放置。兩相交流電機驅(qū)動通常使用相位互差90度的兩相方波電壓驅(qū)動，其驅(qū)動的方法比較簡單并且有效降低驅(qū)動硬件成本。傳統(tǒng)的交流電機三相繞組電流和電壓相位互差120度。正常工作時的兩相和三相交流電機都形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能高。目前兩相電機的研究工作僅局限于電機本體的設(shè)計、四開關(guān)逆變器驅(qū)動技術(shù)、六開關(guān)逆變器驅(qū)動技術(shù)和八開關(guān)逆變器驅(qū)動技術(shù)等。其中，八開關(guān)逆變器在兩相交流驅(qū)動技術(shù)中的輸出功率最大，具有優(yōu)異的驅(qū)動性能，其驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0004]在八開關(guān)逆變器兩相交流電機驅(qū)動中，逆變器的功率開關(guān)經(jīng)常處于高頻工作狀態(tài)，因此，在逆變器單相橋臂中，一個或兩個功率開關(guān)發(fā)生短路或斷路故障，為兩相電機運行的可靠性和安全性帶來潛在的威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種兩相交流電機容錯逆變器，該兩相交流電機容錯逆變器能夠增強兩相交流電機的可靠性和安全性。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括控制器、第一、二、三、四逆變器橋臂、第一、二、三、四快速熔斷保險絲以及第一、二雙向晶閘管；第一、二、三、四逆變器橋臂并聯(lián)后與公共直流電源相接；
[0007]兩相交流電機的第一電樞繞組的一個端口分為兩路，一路通過第一快速熔斷保險絲與第一逆變器橋臂中點相連，另一路與第一雙向晶閘管的第二端子相連；
[0008]兩相交流電機的第二電樞繞組的一個端口分為兩路，一路通過第二快速熔斷保險絲與第二逆變器橋臂中點相連，另一路與第一雙向晶閘管的第一端子相連；
[0009]兩相交流電機的第一電樞繞組的另一個端口分為兩路，一路通過第四快速熔斷保險絲與第四逆變器橋臂中點相連，另一路與第二雙向晶閘管的第一端子相連；[0010]兩相交流電機的第二電樞繞組的另一個端口分為兩路，一路通過第三快速熔斷保險絲與第四逆變器橋臂中點相連，另一路與第二雙向晶閘管的第二端子相連；
[0011]第一電樞繞組的一個端口處設(shè)置有第一電壓傳感器，第一電樞繞組的另一個端口處設(shè)置有第二電壓傳感器，第二電樞繞組的一個端口處設(shè)置有第三電壓傳感器，第二電樞繞組的另一個端口處設(shè)置有第四電壓傳感器，第一、二、三、四電壓傳感器分別與控制器相連，控制器分別與第一、二雙向晶閘管的控制極以及第一、二、三、四逆變器橋臂相連。
[0012]所述的第一逆變器橋臂由第一、二功率開關(guān)管組成，第二逆變器橋臂由第三、四功率開關(guān)管組成，第三逆變器橋臂由第五、六功率開關(guān)管，第四逆變器橋臂由第七、八功率開關(guān)管組成，控制器分別與第一、二、三、四、五、六、七、八功率開關(guān)管的控制極相連。
[0013]所述的第一、二、三、四、五、六、七、八功率開關(guān)管均采用IGBT或M0SFET。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本發(fā)明的容錯逆變器是在傳統(tǒng)的八開關(guān)逆變器基礎(chǔ)上增加了 4個熔斷絲和兩個雙向晶閘管，同時在電樞繞組的兩端還都設(shè)置有能夠監(jiān)控電樞繞組端口電壓的電壓傳感器，電壓傳感器又與控制器相連，控制器還分別與橋臂以及雙向晶閘管的控制極相連。由于電樞繞組與發(fā)生故障時，電樞繞組與發(fā)生故障的逆變器橋臂中點之間的快速熔斷保險絲會斷開，發(fā)生與故障的逆變器橋臂相連的電樞繞組端口處的電壓傳感器就會檢測到異常電壓，并傳輸給控制器，控制器控制故障橋臂停止工作，并觸發(fā)雙向晶閘管導通；因此，本發(fā)明能夠從普通的八開關(guān)兩相全橋逆變器工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嗔_關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)的工作方式，從而保證了在逆變器單相橋臂出現(xiàn)故障時兩相電機能夠持續(xù)安全可靠的運行。另外，本發(fā)明的容錯逆變器具有很強的通用性，可以適用于多種不同類型的兩相電機，如兩相永磁同步電機、兩相無刷直流電機、兩相開關(guān)磁阻電機和兩相步進電機等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明兩相交流電機容錯逆變器正常工作方式時的驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2為本發(fā)明兩相交流電機容錯逆變器在正常模式工作下的空間矢量電壓分布示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明兩相交流電機容錯逆變器在故障模式工作下的空間矢量電壓分布示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明第一逆變器橋臂發(fā)生故障下兩相交流電機容錯逆變器重構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖5為本發(fā)明第二逆變器橋臂發(fā)生故障下兩相交流電機容錯逆變器重構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖6為本發(fā)明第四逆變器橋臂發(fā)生故障下兩相交流電機容錯逆變器重構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖7為本發(fā)明第三逆變器橋臂發(fā)生故障下兩相交流電機容錯逆變器重構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本技術(shù)發(fā)明進行進一步的詳細說明。[0024]參見圖2，本發(fā)明包括第一、二、三、四逆變器橋臂LI，L2，L3，L4、第一、二、三、四快速熔斷保險絲Fa，F(xiàn)b，F(xiàn)x，F(xiàn)y以及第一、二雙向晶閘管TR1，TR2 ;第一、二、三、四逆變器橋臂LI，L2，L3，L4并聯(lián)后與公共直流電源相接；公共直流電源用于為第一、二、三、四、逆變器橋臂LI，L2，L3，L4供電，其正極為Vd。，負極為GND。
[0025]第一逆變器橋臂LI由第一、二功率開關(guān)管SI，S2組成，第二逆變器橋臂L2由第三、四功率開關(guān)管S3，S4組成，第三逆變器橋臂L3由第五、六功率開關(guān)管S5，S6，第四逆變器橋臂L4由第七、八功率開關(guān)管S7，S8組成，且第一、二、三、四、五、六、七、八功率開關(guān)管SI，S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8 均采用 IGBT 或 MOSFET 功率器件。
[0026]兩相電機有第一、二電樞繞組A,B,兩相交流電機的第一電樞繞組A的一個端口分為兩路，一路通過第一快速熔斷保險絲Fa與第一逆變器橋臂中點a相連，另一路與第一雙向晶閘管TRl的第二端子相連；
[0027]兩相交流電機的第二電樞繞組B的一個端口分為兩路，一路通過第二快速熔斷保險絲Fb與第二逆變器橋臂中點b相連，另一路與第一雙向晶閘管TRl的第一端子相連；
[0028]兩相交流電機的第一電樞繞組A的另一個端口分為兩路，一路通過第四快速熔斷保險絲Fy與第四逆變器橋臂中點X相連，另一路與第二雙向晶閘管TR2的第一端子相連；
[0029]兩相交流電機的第二電樞繞組B的另一個端口分為兩路，一路通過第三快速熔斷保險絲Fy與第四逆變器橋臂中點I相連，另一路與第二雙向晶閘管TR2的第二端子相連。
[0030]第一電樞繞組A的一個端口處設(shè)置有第一電壓傳感器，第一電樞繞組A的另一個端口處設(shè)置有第二電壓傳感器，第二電樞繞組B的一個端口處設(shè)置有第三電壓傳感器，第二電樞繞組B的另一個端口處設(shè)置有第四電壓傳感器，第一、二、三、四電壓傳感器分別與控制器相連，控制器分別與第一、二雙向晶閘管TR1，TR2的控制極以及第一、二、三、四逆變器橋臂L1，L2，L3，L4相連。
[0031]本發(fā)明總體的工作原理如下:當本發(fā)明容錯逆變器處于正常工作狀態(tài)時，本發(fā)明容錯逆變器按照普通的八開關(guān)兩相全橋逆變器工作方式運行；由于控制器與四個電壓傳感器相連，這四個電壓傳感器分別檢測第一、二電樞繞組四個端口的電壓，控制器也同時與八個功率開關(guān)管的控制極相連；當某一個橋臂發(fā)生故障，比如短路故障，與該橋臂相連的保險絲由于電流過大而熔斷。同時，電壓傳感器會檢查到與該故障橋臂相連的電樞繞組的端口處的異常電壓，電壓傳感器經(jīng)異常電壓傳輸給控制器，控制器根據(jù)該異常電壓作出故障判斷后停止故障橋臂兩個功率開關(guān)管的控制極信號，同時給故障橋臂相連的雙向晶閘管控制極發(fā)出導通信號。這樣，故障橋臂停止工作并與相連的電樞繞組端口斷開連接，同時該電樞繞組端口通過雙向晶閘管連接到相鄰橋臂的中點上，提出的容錯逆變器拓撲結(jié)構(gòu)將會發(fā)生改變，系統(tǒng)可以按照新的逆變器拓撲結(jié)構(gòu)繼續(xù)工作。
[0032]由容錯機構(gòu)發(fā)出控制信號，快速調(diào)整電機控制策略和實現(xiàn)逆變器重構(gòu)，逆變器將會工作在兩相六開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)。此時，兩相電機系統(tǒng)仍然可持續(xù)工作。
[0033]如圖1所示，容錯逆變器8個功率開關(guān)管不同的開關(guān)狀態(tài)組合，在容錯逆變器所供電的兩相交流電機相電壓會發(fā)生變化。本發(fā)明的容錯逆變器在正常運行狀態(tài)下，逆變器按照傳統(tǒng)的八開關(guān)兩相逆變器拓撲結(jié)構(gòu)工作(本發(fā)明容錯逆變器在正常工作模式下的空間電壓矢量空間分布如圖2)。本發(fā)明容錯逆變器可以輸出16組空間電壓矢量Vi，其中四組為零電壓矢量Vcitl，剩余的12組為非零電壓矢量。具體定義如下:[0034]表1正常逆變器輸出的空間電壓矢量
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種兩相交流電機容錯逆變器，其特征在于:包括控制器、第一、二、三、四逆變器橋臂(L1，L2，L3，L4)、第一、二、三、四快速熔斷保險絲(Fa，F(xiàn)b，F(xiàn)x，F(xiàn)y)以及第一、二雙向晶閘管(TR1，TR2);第一、二、三、四逆變器橋臂(LI，L2，L3，L4)并聯(lián)后與公共直流電源相接； 兩相交流電機的第一電樞繞組(A)的一個端口分為兩路，一路通過第一快速熔斷保險絲(Fa)與第一逆變器橋臂中點(a)相連，另一路與第一雙向晶閘管(TRl)的第二端子相連； 兩相交流電機的第二電樞繞組(B)的一個端口分為兩路，一路通過第二快速熔斷保險絲(Fb)與第二逆變器橋臂中點(b)相連，另一路與第一雙向晶閘管(TRl)的第一端子相連； 兩相交流電機的第一電樞繞組(A)的另一個端口分為兩路，一路通過第四快速熔斷保險絲(Fy)與第四逆變器橋臂中點(X)相連，另一路與第二雙向晶閘管(TR2)的第一端子相連； 兩相交流電機的第二電樞繞組(B)的另一個端口分為兩路，一路通過第三快速熔斷保險絲(Fy)與第四逆變器橋臂中點(y)相連，另一路與第二雙向晶閘管(TR2)的第二端子相連； 第一電樞繞組(A)的一個端口處設(shè)置有第一電壓傳感器，第一電樞繞組(A)的另一個端口處設(shè)置有第二電壓 傳感器，第二電樞繞組(B)的一個端口處設(shè)置有第三電壓傳感器，第二電樞繞組(B)的另一個端口處設(shè)置有第四電壓傳感器，第一、二、三、四電壓傳感器分別與控制器相連，控制器分別與第一、二雙向晶閘管(TR1，TR2)的控制極以及第一、二、三、四逆變器橋臂(LI，L2，L3，L4)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩相交流電機容錯逆變器，其特征在于:所述的第一逆變器橋臂(LI)由第一、二功率開關(guān)管(SI，S2)組成，第二逆變器橋臂(L2)由第三、四功率開關(guān)管(S3，S4)組成，第三逆變器橋臂(L3)由第五、六功率開關(guān)管(S5，S6)，第四逆變器橋臂(L4)由第七、八功率開關(guān)管(S7，S8)組成，控制器分別與第一、二、三、四、五、六、七、八功率開關(guān)管(SI，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8)的控制極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩相交流電機容錯逆變器，其特征在于:所述的第一、二、三、四、五、六、七、八功率開關(guān)管(SI，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8)均采用IGBT或MOSFET。
【文檔編號】H02P25/02GK104022717SQ201410177954
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】林海, 閆茂德, 陳丹, 李曉輝 申請人:長安大學