CN108023524B - 绕组开放式永磁同步电机驱动系统及绕组切换策略 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机控制领域，公开了一种绕组开放式永磁同步电机驱动系统，包括第一直流源、第二直流源、第一逆变器、第二逆变器、绕组切换装置、绕组开放式永磁同步电机和电机控制器。电机采用每相两套绕组开放式结构，连接绕组切换装置。电机控制器产生驱动1、驱动2和驱动3分别作用于第一逆变器、第二逆变器和绕组切换装置。本发明还公开了一种绕组开放式永磁同步电机绕组切换策略，当电机驱动系统处于正常运行状态时，运行于六种绕组连接方式；当电机或功率器件发生故障时，通过绕组切换实现容错运行。该系统提高了低速输出扭矩、拓宽了转速运行范围、扩大了高效区面积，可以保障系统安全可靠运行。

Description

绕组开放式永磁同步电机驱动系统及绕组切换策略
技术领域
本发明涉及永磁同步电机系统及控制领域，特别涉及一种多绕组开放式的永磁同步电机驱动系统及绕组切换方法。
背景技术
永磁同步电机具有功率密度大、效率高和运行性能优良等优点，已经成为纯电动汽车、混合动力汽车的重要发展方向之一。为了实现电动汽车高效率和高安全性能，电机驱动系统要求具备良好的转矩输出特性，较宽的调速范围，较高的系统效率以及较高的运行可靠性。
传统的方案采用单逆变器驱动单个电机绕组运行模式，为满足电机驱动系统要求，通常需要改进控制策略或者优化电机设计。就高速宽范围运行而言，在控制策略方面，采用增大直轴弱磁电流的方式，但弱磁电流形成的磁场回路穿过永磁体，增加了永磁体退磁风险；在电机设计方面，优化永磁电机结构及磁路，提出新型混合励磁结构以及特殊控制策略，虽然在一定程度上可以达到调节电机气隙磁场的目的，但牺牲了永磁电机自身的功率密度、效率等性能。此外，要产生大扭矩，需要较大的电流，对逆变器容量要求高。在低速大扭矩运行时，例如低速爬坡和起动加速时需要增大蓄电池的放电电流，降低了电动汽车的续航里程，缩短了蓄电池的使用寿命。更重要的是，当电机或控制器故障时，还需要改变控制算法或者拓扑重构实现容错运行。
为了解决上述问题，需要改进电机驱动系统的结构。发明专利CN 203840254 U于2014年9月17日授权公告的《三相交流电机的绕组切换装置》，给出一种电机绕组切换装置，使得电机在低速运行时处于单绕组状态，高速运行时处于双绕组状态，可以提升低速转矩，拓宽调速范围。发明专利CN 103684196 A于2014年3月26日公布的《一种可切换绕组的永磁同步电机驱动系统》，实现了定子绕组重构和双逆变器的协调控制：在低速时采用单逆变器双绕组运行；在中速时，采用双逆变器双绕组运行；在高速时，先利用弱磁控制方法对永磁同步电机端电压进行限制，再进行绕组切换，采用单逆变器单绕组运行。发明专利CN104753436 A于2015年7月1日公布的《一种永磁电机绕组切换电路》，在电动汽车永磁电机的每相绕组的N个绕组单元之间设置N-1组切换电路，相当于为电动汽车增加了一套多级的变速装置，提高了永磁电机的转速范围。
然而现有的电机驱动系统均不能同时满足以下要求：
1)低速输出大扭矩，满足起动、爬坡等工况要求；
2)高速恒功率运行，调速范围宽；
3)全转速范围的系统效率高；
4)高速失磁的风险小；
5)具有故障冗余功能，保证车辆安全可靠运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题为针对电机驱动系统存在的转矩输出能力弱、弱磁难、效率低以及无法冗余运行的问题，提供了一种绕组开放式永磁同步电机驱动系统及绕组切换策略，三相电机的每相具有两套绕组，电机中性点打开，从而可以实现绕组的串联、并联、星型、三角型连接运行。
本发明的目的是这样实现的。
本发明提供了一种绕组开放式永磁同步电机驱动系统，其特征在于，包括第一直流源、第二直流源、第一逆变器、第二逆变器、绕组切换装置、绕组开放式永磁同步电机和电机控制器；
其中，所述第一直流源的输出端与第一逆变器的输入端相连，所述第二直流源的输出端与第二逆变器的输入端相连；第一逆变器和第二逆变器的输出端与绕组切换装置连接，绕组切换装置的输出端与绕组开放式永磁同步电机的十二个接线端连接；
所述第一逆变器包括十二个功率开关器件，其中六个第一IGBT分别为S11、S12、S13、S14、S15、S16，六个分别与相对应的第一IGBT反并联的第一二极管分别为D11、D12、D13、D14、D15、D16；所述第二逆变器包括十二个功率开关器件，其中六个第二IGBT分别为S21、S22、S23、S24、S25、S26，六个分别与相对应的第二IGBT反并联的第二二极管分别为D21、D22、D23、D24、D25、D26；所述第一IGBT和第二IGBT均为复合全控型电压驱动式功率半导体器件；S11、D11、S12、D12构成第一逆变器的第一桥臂，S13、D13、S14、D14构成第一逆变器的第二桥臂，S15、D15、S16、D16构成第一逆变器的第三桥臂，S21、D21、S22、D22构成第二逆变器的第一桥臂，S23、D23、S24、D24构成第二逆变器的第二桥臂，S25、D25、S26、D26构成第二逆变器的第三桥臂；
所述绕组切换装置包括九个开关器件，分别记为S31、S41、S51、S32、S42、S52、S33、S43、S53，其中S31、S41、S51三者彼此并联构成第一开关器件组，S32、S42、S52三者彼此并联构成第二开关器件组，S33、S43、S53三者彼此并联构成第三开关器件组；所述绕组切换装置还包括六个输入端，分别记为L11、L12、L13、L21、L22、L23，其中L11、L12、L13分别与第一逆变器的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的中点相连接，L21、L22、L23分别与连接第二逆变器第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的中点相连接；
所述绕组开放式永磁同步电机采用每相两套绕组开放式结构，一共包括六套绕组，分别记为A1-A2、B1-B2、C1-C2、U1-U2、V1-V2、W1-W2，其中A1-A2绕组与U1-U2绕组同相，B1-B2绕组与V1-V2绕组同相，C1-C2绕组与W1-W2绕组同相；所述A1-A2绕组与所述第一开关器件组的一端连接后与输入端L11相连接，U1-U2绕组与所述第一开关器件组的另一端连接后与输入端L21相连接，B1-B2绕组与所述第二开关器件组的一端连接后与输入端L12相连接，V1-V2绕组与所述第二开关器件组的另一端连接后与输入端L22相连接，C1-C2绕组与所述第三开关器件组的一端连接后与输入端L13相连接，W1-W2绕组与所述第三开关器件组的另一端连接后与输入端L23相连接；
所述电机控制器包括主控DSP模块、电流采集模块、位置采集模块和驱动信号生成模块，驱动信号生成模块产生驱动信号1作用于第一逆变器，产生驱动信号2作用于第二逆变器，产生驱动信号3作用于绕组切换装置。
优选地，绕组开放式永磁同步电机中的绕组具有六种连结方式，分别为：串联星型、串联三角型、星型、三角型、并联星型、并联三角型；串联星型为每相两套绕组串联，同时三相绕组尾端相连；串联三角型为每相两套绕组串联，同时三相绕组首尾相连；星型为每相采用一套绕组，同时三相绕组尾端相连；三角型为每相采用一套绕组，同时三相绕组首尾相连；并联星型为每相两套绕组并联，同时三相绕组尾端相连；并联三角型为每相两套绕组并联，同时三相绕组首尾相连。
本发明还提供了一种如权利要求1所述的绕组开放式永磁同步电机驱动系统的绕组切换策略，其特征在于，根据电机运行状态产生作用于第一逆变器、第二逆变器和绕组切换装置的驱动信号1、驱动信号1和驱动信号3，以实现电机的不同绕组连接方式；所述电机运行状态包括正常运行状态和故障状态；
当电机驱动系统处于正常运行状态时，采用以下切换策略：
(1)当所述电机的转速低于第一转速阈值时，绕组切换装置切换为电机每相两套绕组串联，第一逆变器独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(2)当所述电机的转速大于或等于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，绕组切换装置不动作，第一逆变器独立驱动，第二逆变器的第一桥臂电压UA2与第一逆变器的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器的第二桥臂电压UB2与第一逆变器的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器的第三桥臂电压UC2与第一逆变器的第一桥臂电压UA1相同；
(3)当所述电机的转速大于或等于第二转速阈值且小于第三转速阈值时，绕组切换装置切换为电机每相一套绕组，第一逆变器独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(4)当所述电机的转速大于或等于第三转速阈值且小于第四转速阈值时，绕组切换装置不动作，第一逆变器独立驱动，第二逆变器的第一桥臂电压UA2与第一逆变器的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器的第二桥臂电压UB2与第一逆变器的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器的第三桥臂电压UC2与第一逆变器的第一桥臂电压UA1相同；
(5)当所述电机的转速大于或等于第四转速阈值且小于第五转速阈值时，绕组切换装置切换为电机每相两套绕组并联，第一逆变器独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(6)当所述电机的转速大于或等于第五转速阈值时，绕组切换装置不动作，第一逆变器独立驱动，第二逆变器的第一桥臂电压UA2与第一逆变器的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器的第二桥臂电压UB2与第一逆变器的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器的第三桥臂电压UC2与第一逆变器的第一桥臂电压UA1相同；
当电机驱动系统发生故障时，采用以下切换策略：
(1)当电机的相绕组发生断路时，绕组切换装置切换为电机每相一套绕组，第一逆变器独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(2)当第二逆变器的开关器件发生断路时，绕组切换装置切换为电机每相两套绕组串联，第一逆变器独立驱动，第二逆变器的非故障桥臂侧IGBT导通，故障桥臂侧IGBT关断；
(3)当第一逆变器的开关器件发生断路时，绕组切换装置切换为电机每相两套绕组串联，第二逆变器独立驱动，第一逆变器的非故障桥臂侧IGBT导通，故障桥臂侧IGBT关断。
与现有技术比较，本发明的有益效果如下：
1)在同等的逆变器容量下，增大了低速输出力矩，或者在保持相同输出力矩的条件下，减小了逆变器容量；
2)可以实现多个电气档位调速，拓宽了高速运行区；
3)降低了高转速时弱磁难度，降低了电机永磁体的失磁风险；
4)提高了系统效率，并增加了高效区面积，延长了续航里程；
5)当电机绕组故障或者逆变器开关管故障，可以实现车辆安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明驱动系统的结构图。
图2为本发明驱动方法的控制框图。
图3为开放式绕组永磁同步电机的六种绕组连接方式。
图4为本发明驱动系统的硬件电路图。
图5为开放式绕组永磁同步电机外特性曲线。
图6为开放式绕组永磁同步电机高效区图。
图7为电机绕组发生断路故障时的系统容错运行图。
图8为第一逆变器开关管发生断路故障时的系统容错运行图。
图9为第二逆变器开关管发生断路故障时的系统容错运行图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
图1为本发明驱动系统的结构图，由该图可见，绕组开放式永磁同步电机驱动系统包括第一直流源1、第二直流源2、第一逆变器3、第二逆变器4、绕组切换装置5、绕组开放式永磁同步电机6和电机控制器7。
其中，所述第一直流源1的输出端与第一逆变器3的输入端相连，所述第二直流源2的输出端与第二逆变器4的输入端相连。所述第一直流源1和第二直流源2为独立的直流源，分别记为Udc1和Udc2，该直流源可以为动力电池或超级电容。
所述电机控制器7包括主控DSP模块、电流采集模块、位置采集模块和驱动信号生成模块。电流采集模块采样电机绕组的相电流，位置采集模块得到电机的转速和位置信息，并输入到主控DSP中。驱动信号生成模块产生驱动信号1作用于第一逆变器3，产生驱动信号2作用于第二逆变器4，产生驱动信号3作用于绕组切换装置5。
图2为本发明驱动方法的控制框图。第一逆变器3独立驱动，采集绕组开放式永磁同步电机的转速及位置信息，位置作为坐标变换的输入值。根据实时转速ωr、直流电压Udc和油门踏板角度α，得到转矩指令T*e和共磁链系数λ。同电机离线标定得到查找表，根据查找表获得d-q轴电流指令值i*d、i*q；采集绕组开放式永磁同步电机的三相绕组电流ia、ib、ic，经过坐标变换后得到d-q轴电流反馈值id、iq，i*d、i*q分别与id、iq作差，其差值经过PI调节器输出d-q轴电压值umd、umq，再通过坐标变换获得静止坐标系中的电压值umα、umβ。调制电压信号经过SVPWM策略后产生PWM驱动信号1作用于第一逆变器3。根据电机运行状态和故障判断产生驱动信号2和3分别作用于第二逆变器和绕组切换装置。
图3为开放式绕组永磁同步电机的六种绕组连接方式。由图3可见，绕组开放式永磁同步电机6采取每相两套绕组开放式结构，一共包括六套绕组，分别记为A1-A2、B1-B2、C1-C2、U1-U2、V1-V2、W1-W2。所述绕组具有六种绕组连结方式，分别为：串联星型、串联三角型、星型、三角型、并联星型、并联三角型；串联星型为每相两套绕组串联，同时三相绕组尾端相连，如图3(a)所示；串联三角型为每相两套绕组串联，同时三相绕组首尾相连，如图3(b)所示；星型为每相采用一套绕组，同时三相绕组尾端相连，如图3(c)所示；三角型为每相采用一套绕组，同时三相绕组首尾相连，如图3(d)所示；并联星型为每相两套绕组并联，同时三相绕组尾端相连，如图3(e)所示；并联三角型为每相两套绕组并联，同时三相绕组首尾相连，如图3(f)所示。
图4为本发明驱动系统的硬件电路图。由图可见，所述第一逆变器3包括十二个功率开关器件，其中六个第一IGBT分别为S11、S12、S13、S14、S15、S16，六个与对应的第一IGBT反并联的第一二极管分别为D11、D12、D13、D14、D15、D16。所述第二逆变器4包括十二个功率开关器件，其中六个第二IGBT分别为S21、S22、S23、S24、S25、S26，六个与对应的第二IGBT反并联的第二二极管分别为D21、D22、D23、D24、D25、D26；所述第一IGBT和第二IGBT均为复合全控型电压驱动式功率半导体器件。如图4所示，S11、D11、S12、D12构成第一逆变器3的第一桥臂，S13、D13、S14、D14构成第一逆变器3的第二桥臂，S15、D15、S16、D16构成第一逆变器3的第三桥臂，S21、D21、S22、D22构成第二逆变器4的第一桥臂，S23、D23、S24、D24构成第二逆变器4的第二桥臂，S25、D25、S26、D26构成第二逆变器4的第三桥臂。
所述绕组切换装置5包括九个开关器件，分别为记为S31、S41、S51、S32、S42、S52、S33、S43、S53，切换开关可以选择接触器、继电器或者电力电子器件。如图4所示，其中S31、S41、S51三者彼此并联构成第一开关器件组，S32、S42、S52三者彼此并联构成第二开关器件组，S33、S43、S53三者彼此并联构成第三开关器件组。绕组切换装置5还包括六个输入端，分别记为L11、L12、L13、L21、L22、L23，其中L11、L12、L13分别与第一逆变器3的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的中点相连接，L21、L22、L23分别与连接第二逆变器4第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的中点相连接。
如图3、4所示，所述绕组开放式永磁同步电机6采用每相两套绕组开放式结构，一共包括六套绕组，分别记为A1-A2、B1-B2、C1-C2、U1-U2、V1-V2、W1-W2，其中A1-A2绕组与U1-U2绕组同相，B1-B2绕组与V1-V2绕组同相，C1-C2绕组与W1-W2绕组同相；所述A1-A2绕组与所述第一开关器件组的一端连接后与输入端L11相连接，U1-U2绕组与所述第一开关器件组的另一端连接后与输入端L21相连接，B1-B2绕组与所述第二开关器件组的一端连接后与输入端L12相连接，V1-V2绕组与所述第二开关器件组的另一端连接后与输入端L22相连接，C1-C2绕组与所述第三开关器件组的一端连接后与输入端L13相连接，W1-W2绕组与所述第三开关器件组的另一端连接后与输入端L23相连接。
本发明还提供了一种绕组开放式永磁同步电机的绕组切换策略，该策略根据电机运行状态产生作用于第一逆变器3、第二逆变器4和绕组切换装置5的驱动信号1、驱动信号1和驱动信号3，以实现电机的不同绕组连接方式。
所述电机运行状态包括正常运行状态和故障状态；
(一)当电机驱动系统处于正常运行状态时，绕组切换策略采用以下六种方式。
(1)当所述电机的转速低于第一转速阈值时，绕组切换装置5切换为电机每相两套绕组串联，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的上桥臂IGBT导通，下桥臂IGBT关断。即选择串联星型(SY)绕组连接。绕组切换装置切换为电机每相两套绕组串联，S41、S42、S43导通，S31、S32、S33、S51、S52、S53关断。第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断。
(2)当所述电机的转速大于或等于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，绕组切换装置5不动作，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的第一桥臂电压UA2与第一逆变器3的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器4的第二桥臂电压UB2与第一逆变器3的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器4的第三桥臂电压UC2与第一逆变器3的第一桥臂电压UA1相同。即选择串联三角型绕组连接。绕组切换装置不动作，第一逆变器3独立驱动，控制第二逆变器4使得UA2＝UB1、UB2＝UC1、UC2＝UA1。
(3)当所述电机的转速大于或等于第二转速阈值且小于第三转速阈值时，绕组切换装置5切换为电机每相一套绕组，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的上桥臂IGBT导通，下桥臂IGBT关断。即选择星型(Y)绕组连接。绕组切换装置5切换为每相一套绕组，S51、S52、S53导通，S31、S32、S33、S41、S42、S43关断，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断。
(4)当所述电机的转速大于或等于第三转速阈值且小于第四转速阈值时，绕组切换装置5不动作，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的第一桥臂电压UA2与第一逆变器3的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器4的第二桥臂电压UB2与第一逆变器3的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器4的第三桥臂电压UC2与第一逆变器3的第一桥臂电压UA1相同。即选择三角型(Δ)绕组连接。绕组切换装置不动作，第一逆变器3独立驱动，控制第二逆变器4使得UA2＝UB1、UB2＝UC1、UC2＝UA1。电机控制器利用查找表对电机进行控制。
(5)当所述电机的转速大于或等于第四转速阈值且小于第五转速阈值时，绕组切换装置5切换为电机每相两套绕组并联，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的上桥臂IGBT导导通，下桥臂IGBT导关断。即选择并联星型(PY)绕组连接。绕组切换装置5切换为每相两套绕组并联，S31、S32、S33、S51、S52、S53导通，S41、S42、S43关断，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断。
(6)当所述电机的转速大于或等于第五转速阈值时，绕组切换装置5不动作，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的第一桥臂电压UA2与第一逆变器3的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器4的第二桥臂电压UB2与第一逆变器3的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器4的第三桥臂电压UC2与第一逆变器3的第一桥臂电压UA1相同。即选择并联三角型(PΔ)绕组连接。绕组切换装置5不动作，第一逆变器3独立驱动，控制第二逆变器4使得UA2＝UB1、UB2＝UC1、UC2＝UA1。
图5为开放式绕组永磁同步电机外特性曲线，图6为开放式绕组永磁同步电机高效区图。由图可见，采用了绕组切换策略后，其转矩-转速特性相比传统的星型连接电机有了较大的改善，主要体现在：
1)在同等的逆变器容量下，增大了低速输出力矩，或者在保持相同输出力矩的条件下，减小了逆变器容量；
2)可以实现多个电气档位调速，拓宽了转速范围；
3)高转速时采用2套绕组并联的连接方式，每套绕组的反电势均为传统电机的一半，降低了弱磁难度；
4)扩大了高效区面积，同时由于低速时采用绕组串联方式，降低了电枢电流，从而提高了效率。
(二)当电机驱动系统发生故障时，采用以下切换策略：
(1)当电机的相绕组发生断路时，绕组切换装置5切换为电机每相一套绕组，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的上桥臂IGBT导通，下桥臂IGBT关断。
图7为电机绕组发生断路故障时的系统容错运行图。由该图可见，当检测到A相绕组U1、U2发生断路时，绕组切换装置5切换为电机每相一套绕组，S51、S52、S53导通，S31、S32、S33、S41、S42、S43关断，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断。
(2)当第二逆变器4的开关器件发生断路时，绕组切换装置5切换为电机每相两套绕组串联，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的非故障桥臂侧IGBT导通，故障桥臂侧IGBT关断。
图8为第一逆变器开关管发生断路故障时的系统容错运行图。由该图可见，当检测到S16发生断路时，绕组切换装置5切换为电机每相两套绕组串联运行，第一逆变器3独立驱动，第一逆变器3的S22、S24、S26导通，S21、S23、S25关断。
(3)当第一逆变器3的开关器件发生断路时，绕组切换装置5切换为每相两套绕组串联，第二逆变器4独立驱动，第一逆变器3的非故障桥臂侧IGBT导通，故障桥臂侧IGBT关断。
图9为第二逆变器开关管发生断路故障时的系统容错运行图。由该图可见，当检测到S21发生断路时，绕组切换装置5切换为电机每相两套绕组串联运行，第一逆变器3独立驱动，第二逆变器4的S11、S13、S15导通，S12、S14、S16关断。

Claims (1)

1.一种绕组开放式永磁同步电机驱动系统，其特征在于，包括第一直流源(1)、第二直流源(2)、第一逆变器(3)、第二逆变器(4)、绕组切换装置(5)、绕组开放式永磁同步电机(6)和电机控制器(7)；
其中，所述第一直流源(1)的输出端与第一逆变器(3)的输入端相连，所述第二直流源(2)的输出端与第二逆变器(4)的输入端相连；第一逆变器(3)和第二逆变器(4)的输出端与绕组切换装置(5)连接，绕组切换装置(5)的输出端与绕组开放式永磁同步电机(6)的十二个接线端连接；
所述第一逆变器(3)包括十二个功率开关器件，其中六个第一IGBT分别为S11、S12、S13、S14、S15、S16，六个分别与相对应的第一IGBT反并联的第一二极管分别为D11、D12、D13、D14、D15、D16；所述第二逆变器(4)包括十二个功率开关器件，其中六个第二IGBT分别为S21、S22、S23、S24、S25、S26，六个分别与相对应的第二IGBT反并联的第二二极管分别为D21、D22、D23、D24、D25、D26；所述第一IGBT和第二IGBT均为复合全控型电压驱动式功率半导体器件；S11、D11、S12、D12构成第一逆变器(3)的第一桥臂，S13、D13、S14、D14构成第一逆变器(3)的第二桥臂，S15、D15、S16、D16构成第一逆变器(3)的第三桥臂，S21、D21、S22、D22构成第二逆变器(4)的第一桥臂，S23、D23、S24、D24构成第二逆变器(4)的第二桥臂，S25、D25、S26、D26构成第二逆变器(4)的第三桥臂；
所述绕组切换装置(5)包括九个开关器件，分别记为S31、S41、S51、S32、S42、S52、S33、S43、S53，其中S31、S41、S51三者构成第一开关器件组，S32、S42、S52三者构成第二开关器件组，S33、S43、S53三者构成第三开关器件组；所述绕组切换装置(5)还包括六个输入端，分别记为L11、L12、L13、L21、L22、L23，其中L11、L12、L13分别与第一逆变器(3)的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的中点相连接，L21、L22、L23分别与连接第二逆变器(4)第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的中点相连接；
所述绕组开放式永磁同步电机(6)采用每相两套绕组开放式结构，一共包括六套绕组，分别记为A1-A2、B1-B2、C1-C2、U1-U2、V1-V2、W1-W2，其中A1-A2绕组与U1-U2绕组同相，B1-B2绕组与V1-V2绕组同相，C1-C2绕组与W1-W2绕组同相；所述A1-A2绕组的A1端与开关S31的一端以及输入端L11相连接，A1-A2绕组的A2端与开关S41的一端以及开关S51的一端相连接，U1-U2绕组的U1端与开关S51的另一端以及输入端L21相连接，U1-U2绕组的U2端与开关S31的另一端以及开关S41的另一端相连接，B1-B2绕组的B1端与开关S32的一端以及输入端L12相连接，B1-B2绕组的B2端与开关S42的一端以及开关S52的一端相连接，V1-V2绕组的V1端与开关S52的另一端以及输入端L22相连接，V1-V2绕组的V2端与开关S32的另一端以及开关S42的另一端相连接，C1-C2绕组的C1端与开关S33的一端以及输入端L13相连接，C1-C2绕组的C2端与开关S43的一端以及开关S53的一端相连接，W1-W2绕组的W1端与开关S53的另一端以及输入端L23相连接，W1-W2绕组的W2端与开关S33的另一端以及开关S43的另一端相连接；
所述绕组开放式永磁同步电机(6)中的绕组具有六种连结方式，分别为：串联星型、串联三角型、星型、三角型、并联星型、并联三角型；串联星型为每相两套绕组串联，同时三相绕组尾端相连；串联三角型为每相两套绕组串联，同时三相绕组首尾相连；星型为每相采用一套绕组，同时三相绕组尾端相连；三角型为每相采用一套绕组，同时三相绕组首尾相连；并联星型为每相两套绕组并联，同时三相绕组尾端相连；并联三角型为每相两套绕组并联，同时三相绕组首尾相连；
所述电机控制器(7)包括主控DSP模块、电流采集模块、位置采集模块和驱动信号生成模块，驱动信号生成模块产生驱动信号1作用于第一逆变器(3)，产生驱动信号2作用于第二逆变器(4)，产生驱动信号3作用于绕组切换装置(5)；
根据电机运行状态产生作用于第一逆变器(3)、第二逆变器(4)和绕组切换装置(5)的驱动信号1、驱动信号2和驱动信号3，以实现电机的不同绕组连接方式；所述电机运行状态包括正常运行状态和故障状态；
当电机驱动系统处于正常运行状态时，采用以下切换策略：
(1)当所述电机的转速低于第一转速阈值时，绕组切换装置(5)切换为电机每相两套绕组串联，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(2)当所述电机的转速大于或等于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，绕组切换装置(5)不动作，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)的第一桥臂电压UA2与第一逆变器(3)的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器(4)的第二桥臂电压UB2与第一逆变器(3)的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器(4)的第三桥臂电压UC2与第一逆变器(3)的第一桥臂电压UA1相同；
(3)当所述电机的转速大于或等于第二转速阈值且小于第三转速阈值时，绕组切换装置(5)切换为电机每相一套绕组，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(4)当所述电机的转速大于或等于第三转速阈值且小于第四转速阈值时，绕组切换装置(5)不动作，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)的第一桥臂电压UA2与第一逆变器(3)的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器(4)的第二桥臂电压UB2与第一逆变器(3)的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器(4)的第三桥臂电压UC2与第一逆变器(3)的第一桥臂电压UA1相同；
(5)当所述电机的转速大于或等于第四转速阈值且小于第五转速阈值时，绕组切换装置(5)切换为电机每相两套绕组并联，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(6)当所述电机的转速大于或等于第五转速阈值时，绕组切换装置(5)不动作，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)的第一桥臂电压UA2与第一逆变器(3)的第二桥臂电压UB1相同，第二逆变器(4)的第二桥臂电压UB2与第一逆变器(3)的第三桥臂电压UC1相同，第二逆变器(4)的第三桥臂电压UC2与第一逆变器(3)的第一桥臂电压UA1相同；
当电机驱动系统发生故障时，采用以下切换策略：
(1)当电机的相绕组发生断路时，绕组切换装置(5)切换为电机每相一套绕组，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)中的S21、S23、S25导通，S22、S24、S26关断；
(2)当第二逆变器(4)的开关器件发生断路时，绕组切换装置(5)切换为电机每相两套绕组串联，第一逆变器(3)独立驱动，第二逆变器(4)的非故障桥臂侧IGBT导通，故障桥臂侧IGBT关断；
(3)当第一逆变器(3)的开关器件发生断路时，绕组切换装置(5)切换为电机每相两套绕组串联，第二逆变器(4)独立驱动，第一逆变器(3)的非故障桥臂侧IGBT导通，故障桥臂侧IGBT关断。
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