CN112242811A - 容错电驱动器 - Google Patents

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CN112242811A CN202010591307.9A CN202010591307A CN112242811A CN 112242811 A CN112242811 A CN 112242811A CN 202010591307 A CN202010591307 A CN 202010591307A CN 112242811 A CN112242811 A CN 112242811A
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弗拉基米尔·V·希罗科夫
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Rolls Royce PLC
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Abstract

本发明提供了在故障条件下保持电平衡或使旋转电机继续运行的容错电驱动系统和方法。一个此类系统100包括：旋转电机101，所述旋转电机包括具有共同连接点的pn相位，其中p为质数，并且n为大于或等于1的整数；驱动电路模块102，所述驱动电路模块具有pn相位驱动电路103a‑c、103u‑w和备用驱动电路103x；以及接触器模块104。所述接触器模块104包括：pn相位接触器105a‑c、105u‑w，所述pn相位接触器中的每个pn相位接触器能够操作为将所述旋转电机101的所述pn相位中的一个pn相位连接到所述pn相位驱动电路103a‑c、103u‑w中的相应一个pn相位驱动电路；以及相位故障接触器106x，所述相位故障接触器能够操作为将所述备用驱动电路103x连接到所述共同连接点X。

Description

容错电驱动器
技术领域
本公开涉及在故障条件下保持电平衡或使旋转电机继续运行的容错电驱动系统和方法。
背景技术
在电驱动系统的一些应用中需要提供容错。现已建立一些策略；但是，这些策略通常涉及系统的简单双工。因此，期望提供一种改进的容错电驱动系统。
发明内容
根据第一方面，提供了一种容错电驱动系统，该容错电驱动系统包括：
旋转电机，该旋转电机包括具有共同连接点的pn相位，其中p为质数，并且n为大于或等于1的整数；
驱动电路模块，该驱动电路模块具有pn相位驱动电路和备用驱动电路；和
接触器模块，该接触器模块包括：
pn相位接触器，该pn相位接触器中的每个pn相位接触器能够操作为将旋转电机的pn相位中的一个pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路；和
相位故障接触器，该相位故障接触器能够操作为将备用驱动电路连接到共同连接点，
该接触器模块被配置为在正常运行模式下闭合pn相位接触器中的每个pn相位接触器，以将pn相位中的每个pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路，
其中，在相位故障模式下，响应于pn相位中的一个pn相位的故障，在下文中称为故障相位，该接触器模块被配置为断开在故障相位与相位驱动电路中的相应一个相位驱动电路之间的pn相位接触器中的一个pn相位接触器并且闭合相位故障接触器以允许电驱动系统的继续运行。
如果旋转电机中的相位中的一个相位发生故障，则容错电驱动系统能够继续运行，从而使系统容忍这样的故障。发生故障后，备用驱动电路可被驱动以模拟断开连接的故障相位的正常行为，使得电驱动系统可以继续运行。
接触器模块还可包括pn驱动电路故障接触器，该pn驱动电路故障接触器能够操作为将备用驱动电路连接到pn相位中的相应一个pn相位，其中在驱动电路故障模式下，响应于pn相位驱动电路中的一个pn相位驱动电路的故障，在下文中称为故障相位驱动电路，该接触器模块被配置为断开在故障相位驱动电路与相位中的相应一个相位之间的pn相位接触器中的一个pn相位接触器并且闭合所述pn驱动电路故障接触器中的一个pn驱动电路故障接触器以将备用驱动电路连接到相位中的相应一个相位，从而允许电驱动系统的继续运行。
因此，如果相位驱动电路中的一个相位驱动电路通过切换到备用驱动电路而发生故障，则容错电驱动系统也能够继续运行，从而允许以满容量继续运行。
根据第二方面，提供了一种容错电驱动系统，该容错电驱动系统包括：
旋转电机，该旋转电机包括具有共同连接点的pn相位，其中p为质数，并且n为大于或等于1的整数；
驱动电路模块，该驱动电路模块具有pn相位驱动电路和备用驱动电路；和
接触器模块，该接触器模块包括：
pn相位接触器，该pn相位接触器中的每个pn相位接触器能够操作为将pn相位中的一个pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路；和
pn驱动电路故障接触器，该pn驱动电路故障接触器能够操作为将备用驱动电路连接到pn相位中的相应一个pn相位，
该接触器模块被配置为在正常运行模式下闭合pn相位接触器中的每个pn相位接触器，以将pn相位中的每个pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路，以及断开pn驱动电路故障接触器中的每个pn驱动电路故障接触器，
其中在驱动电路故障模式下，响应于pn相位驱动电路中的一个pn相位驱动电路的故障，在下文中称为故障相位驱动电路，该接触器模块被配置为断开在故障相位驱动电路与所述相位中的相应一个相位之间的所述pn相位接触器中的一个pn相位接触器并且闭合所述pn驱动电路故障接触器中的一个pn驱动电路故障接触器以将备用驱动电路连接到相位中的相应一个相位，从而允许电驱动系统的继续运行。
因此，根据该另选方面，系统被配置为在所述相位驱动电路中的一个相位驱动电路发生故障的情况下继续运行，并且可通过备用驱动电路继续运行，从而能够以全容量继续运行。
接触器模块还可包括相位故障接触器，该相位故障接触器能够操作为将备用驱动电路连接到共同连接点，其中，在相位故障模式下，响应于pn相位中的一个pn相位的故障，在下文中称为故障相位，该接触器模块被配置为断开在故障相位与相位驱动电路中的相应一个相位驱动电路之间的pn相位接触器中的一个pn相位接触器并且闭合相位故障接触器以允许电驱动系统的继续运行。
根据第一方面的容错电驱动系统还可包括控制器，该控制器被配置为：
在正常模式下，运行驱动电路模块，以使pn相位驱动电路驱动旋转电机的运行，同时pn相位接触器将旋转电机的pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路；
监测旋转电机的pn相位是否发生故障；并且
响应于检测到pn相位中的一个pn相位的故障，在下文中称为故障相位，在相位故障模式下运行驱动电路模块，其中在故障相位与相位驱动电路中的相应一个相位驱动电路之间的pn相位接触器中的一个pn相位接触器断开，并且相位故障接触器闭合。
根据第二方面的容错电驱动系统还可包括控制器，该控制器被配置为：
在正常模式下，运行驱动电路模块，以使pn相位驱动电路驱动旋转电机的运行，同时pn相位接触器将旋转电机的pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路；
监测驱动电路模块的pn相位驱动电路是否发生故障；并且
响应于检测到pn相位驱动电路中的一个pn相位驱动电路的故障，在下文中称为故障相位驱动电路，在驱动电路故障模式下运行驱动电路模块，其中在故障相位驱动电路与相位中的相应一个相位之间的pn相位接触器中的一个pn相位接触器断开，并且pn驱动电路故障接触器中的一个pn驱动电路故障接触器闭合，以将备用驱动电路连接到相位中的相应一个相位。
在根据第一方面或第二方面的容错电驱动系统中，该驱动电路模块可以连接在第一对电源轨之间。在一些示例中，驱动电路模块能够在第一对电源轨与第二对电源轨之间切换。
根据第三方面，提供了一种运行根据第一方面的容错电驱动系统的方法，该方法包括：
在正常模式下，运行驱动电路模块，以使pn相位驱动电路驱动旋转电机的运行，同时pn相位接触器将旋转电机的pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路；
监测旋转电机的pn相位是否发生故障；并且
响应于检测到pn相位中的一个pn相位的故障，在下文中称为故障相位，在相位故障模式下运行驱动电路模块，其中在故障相位与相位驱动电路中的相应一个相位驱动电路之间的pn相位接触器中的一个pn相位接触器断开，并且相位故障接触器闭合。
根据第四方面，提供了一种运行根据第二方面的容错电驱动系统的方法，该方法包括：
在正常模式下，运行驱动电路模块，以使pn相位驱动电路驱动旋转电机的运行，同时pn相位接触器将旋转电机的pn相位连接到pn相位驱动电路中的相应一个pn相位驱动电路；
监测驱动电路模块的pn相位驱动电路是否发生故障；并且
响应于检测到所述pn相位驱动电路中的一个pn相位驱动电路的故障，在下文中称为故障相位驱动电路，在驱动电路故障模式下运行驱动电路模块，其中在故障相位驱动电路与相位中的相应一个相位之间的pn相位接触器中的一个pn相位接触器断开，并且pn驱动电路故障接触器中的一个pn驱动电路故障接触器闭合，以将备用驱动电路连接到相位中的相应一个相位。
根据第五方面，提供了一种用于容错电驱动系统的控制器，该控制器被配置为执行根据第三方面和/或第四方面的方法。
根据第六方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于指示用于容错电驱动系统的计算机化控制器以执行根据第三方面和/或第四方面的方法的指令。该计算机程序可以存储在非暂态存储介质上。
在所述方面中的每个方面，质数p可为例如2、3、5或7。整数n可为例如1、2、3、4或5。在本文所公开的具体示例性实施方案中，p为3并且n为2。
根据所述方面中的任一方面的本发明可以应用于采用电子控制器来控制电机的定子中的AC电场的任何电机。这种电机的具体示例是可作为马达或发电机运行的永磁(PM)同步电机。
本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征如作适当变动，可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征组合。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施方案，附图仅为示意图并且未按比例绘制，并且在附图中：
图1是在正常(即，无故障)模式下运行的示例性容错电驱动系统的示意性电路图；
图2是在相位故障模式下运行的图1的电驱动系统的示意性电路图；
图3是在驱动电路故障模式下运行的图1的电驱动系统的示意性电路图；
图4是另选的示例性容错电驱动系统的示意性电路图；
图5是示出模块化形式的示例性电驱动系统的示意图；并且
图6是示出示例性电驱动系统的示例性运行模式的示意性流程图。
具体实施方式
参见图1，示例性容错驱动系统100包括连接到驱动电路模块102的旋转电机101，诸如电动马达或发电机。电机101包括以恒星构型布置的六个相位A、B、C、U、V、W，即，这些相位具有共同连接点109。在其他示例中，系统100可具有少于或多于六个相位。一般来讲，相位数可表示为pn，其中n为大于或等于一的整数，并且p为质数。增加n的值使得电机101在故障条件下表现出减小的转矩降额，但是以增加复杂度为代价。因此通常需要权衡。
驱动电路模块102包括六个(即pn，其中n＝2并且p＝3)相位驱动电路103a-c、103u-w，所述相位驱动电路中的每个相位驱动电路可连接到旋转电机101的对应相位。附加的备用驱动电路103x被设置成使电驱动系统能够在故障模式期间运行，其运行如下文所述。驱动电路103a-c、103u-w、103x中的每个驱动电路包括跨接在一对电源线路DC+、DC-两端的一对半导体开关，这一对半导体开关可以是例如高功率MOSFET晶体管开关。平滑电容器107也可以连接在电源线路DC+、DC-之间。驱动电路模块102可包括不同的架构，图1所示的示例包括简单的驱动电路架构。
接触器模块104使得驱动电路模块102与旋转电机101之间的连接能够根据所需运行模式来配置。在正常运行模式下，其布置结构如图1所示，接触器模块104的接触器105a-c、105u-w闭合(以填充的框示出)，从而将相位驱动电路103a-c、103u-w连接到旋转电机101的对应相位A、B、C、U、V、W。在旋转电机101作为马达运行的情况下，通过一系列切换操作来运行相位驱动电路103a-c、103u-w，以依次驱动相位A、B、C、U、V、W，从而引起转子(未示出)旋转。在这种正常运行模式下，不使用备用驱动电路103x，并且电流仅流过相位A、B、C、U、V、W。
接触器模块104还包括相位故障接触器106x和六个(即pn，其中n＝2并且p＝3)驱动电路故障接触器106a-c、106u-w。在正常运行期间，它们都是断开的(以未填充的框示出)。在旋转电机101的相位中的一个相位发生故障的情况下，相位故障接触器106x能够操作为将备用驱动电路103x连接到共同连接点X。在相位驱动电路103a-c、103u-w中的一个相位驱动电路发生故障的情况下，驱动电路故障接触器106a-c、106u-w能够操作为将备用驱动电路103x连接到相位A、B、C、U、V、W中的任一个所选相位以代替故障驱动电路。在一个实施方案中，可以存在相位故障接触器106x和驱动电路故障接触器106a-c、106u-w中的任一者或两者。
接触器105a-c、105u-w、106a-c、106u-w、106x中的每个接触器可以是机械或半导体接触器。
图2示出了处于相位故障模式的电驱动系统100，其中旋转电机101的相位A已发生故障。相位接触器105a断开，以使相位驱动电路103a与故障相位A断开连接。相位故障接触器106x闭合，以将备用驱动电路103x连接到共同连接点109。然后备用驱动电路103x可以与其余相位驱动电路103b、103c、103u、103v、103w一起驱动，以模拟丢失的相位A，其中共同连接点109和备用驱动电路103x提供备用电流路径X以替代因相位A的故障而丢失的路径。该旋转电机101可以在该相位故障模式下被驱动，其可用功率为正常运行下功率的约66％。在p＝3时，故障相位将消耗标称容量的1/(3n)，同时需要消耗另1/(3n)的能量以便模拟故障相位并恢复系统中的平衡。因此，总损耗为2/(3n)，在n＝3时，这等于在相位故障模式下损失容量的1/3。
图3示出了在驱动电路故障模式下的电驱动系统100，其中相位驱动电路103a已发生故障。相位接触器105a断开，以使故障相位驱动电路103a与相位A断开连接。在其位置中，备用驱动电路103x通过闭合驱动电路故障接触器106a而连接到相位A。然后，电驱动系统100可以使用备用驱动电路103x代替故障相位驱动电路103a，以全额定功率在该驱动电路故障模式下继续运行。
图4示出了具有与图1至图3的示例相同的大多数特征的另选示例性电驱动系统400。然而，在该示例性系统400中，每个相位驱动电路403a-c、403u-w、403x可以在第一电源+/-DC1与第二电源+/-DC2之间切换，例如以能够在DC总线上发生故障的情况下继续运行或者使电机101能够经由可能处于不同功率水平的不同通道运行。此外，每个相位驱动电路包括跨接在一对开关元件两端的平滑电容器，这允许该系统作为可单独更换的单独的较小驱动模块进行制造、维护和分配。系统400在其他方面类似于图1所示和上面描述的系统，其他部件具有相似的功能。
图5以示意性模块化形式示出了示例性电驱动系统100，该电驱动系统包括电机101、接触器模块104、驱动电路模块102和控制器108。电机101、接触器模块104和驱动电路模块102如上所述运行。控制器108通过根据运行模式向驱动电路模块102和接触器模块104提供输入来提供对驱动系统100的整体控制，并且监测驱动电路模块102和电机101是否发生故障。电机101中的故障可例如通过监测流过电机101的每个相位的电流来检测。如果相位发生故障，则流过相位的电流将偏离标称性能，并且对此的检测可导致控制器108将运行模式切换到相位故障模式。驱动电路模块102中的故障可通过检测开关元件是否根据期望的开关计划表进行运行来检测。每个元件的开关状态可以例如反馈给控制器，并且与提供给每个元件的信号进行比较。如果发现开关元件未根据期望的开关计划表进行开关，则控制器108可以将运行模式切换到驱动电路故障模式，断开故障相位驱动电路的连接并将备用驱动电路连接在其适当的位置中。
图6是示出图5的控制器108在正常运行和故障运行下的运行的示意性流程图。在步骤601处，控制器108将驱动信号提供给驱动电路模块102以在正常模式下运行，并且监测相位A、B、C、U、V、W以及驱动电路103a-c、103u-w是否发生故障。在步骤602处，检查相位和驱动电路中的故障。如果未发现故障，则过程返回到步骤601。响应于发现故障，控制器108确定(步骤603)故障是在相位A、B、C、U、V、W中的一个相位中还是在驱动电路103a-c、103u-w中的一个驱动电路中。如果故障在相位中的一个相位中，则在步骤604中，控制器108断开接触器模块104中的相位接触器105a-c、105u-w中的一个相位接触器，以使故障相位与其相应的驱动电路断开连接，并且在步骤605中，闭合备用开关106x以将备用驱动电路103x连接到共同连接点109。然后，系统100的运行在步骤606处继续，其中控制器108在相位故障模式下运行驱动电路102。如果在步骤603处控制器108确定故障是在驱动电路103a-c、103u-w中的一个驱动电路中，则在步骤607处，将故障驱动电路与其相应相位连接的相位接触器断开，从而断开故障驱动电路的连接，并且在步骤608处，通过闭合驱动电路故障接触器106a-c、106u-w中的一个驱动电路故障接触器，将备用驱动电路103x连接到断开连接的相位。然后，系统的运行在步骤609处继续，其中控制器108运行驱动器电路103a-c、103u-w，并用备用驱动电路103x替代故障驱动电路。
上面概述的相同原理也将适用于n的值不是2的情况。在每种情况下，如果故障发生，电驱动系统将能够在发生相位故障的情况下以减小的容量继续运行，或者在驱动电路发生故障的情况下以全容量继续运行。各自具有相关联的驱动电路故障接触器的另外的备用驱动电路可被设置用于在多于一个驱动电路发生故障的情况下使用，但要以在实践中不太可能使用的附加冗余为代价。在一些情况下，多于一个相位的故障可通过关闭一组相位并以降低的功率水平继续运行来补偿。在所示的示例中，如果这些相位中的多于一个相位发生故障，则相位U、V和W可以关闭，并且电机继续以降低50％的容量运行。这可以适用于p为2或更大的情况，即相位数为2n、3n、5n、7n等的情况。
再次参见图6中的流程图，如果控制器的运行继续至步骤606或609，则将指示故障条件，并且系统的运行应仅继续直到可以维修或更换系统为止。例如，就飞行器的电动马达的运行而言，故障条件将向飞行员指示应尽早采取措施。
应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (10)

1.一种容错电驱动系统(100)，包括：
旋转电机(101)，所述旋转电机包括具有共同连接点(X)的pn相位(A,B,C,U,V,W)，其中p为质数，并且n为大于或等于1的整数；
驱动电路模块(102)，所述驱动电路模块具有pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)和备用驱动电路(103x)；和
接触器模块(104)，所述接触器模块包括：
pn相位接触器(105a-c,105u-w)，所述pn相位接触器中的每个pn相位接触器能够操作为将所述旋转电机(101)的所述pn相位(A,B,C,U,V,W)中的一个pn相位连接到所述pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的相应一个pn相位驱动电路；和
相位故障接触器(106x)，所述相位故障接触器能够操作为将所述备用驱动电路(103x)连接到所述共同连接点(X)，
所述接触器模块(104)被配置为在正常运行模式下闭合所述pn相位接触器(105a-c,105u-w)中的每个pn相位接触器，以将所述pn相位(A,B,C,U,V,W)中的每个pn相位连接到所述pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的相应一个pn相位驱动电路，
其中，在相位故障模式下，响应于所述pn相位(A,B,C,U,V,W)中的一个pn相位的故障，在下文中称为故障相位，所述接触器模块(104)被配置为断开在所述故障相位与所述相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的相应一个相位驱动电路之间的所述pn相位接触器(105a-c,105u-w)中的一个pn相位接触器并且闭合所述相位故障接触器(106x)以允许所述电驱动系统(100)的继续运行。
2.根据权利要求1所述的容错电驱动系统(100)，其中所述接触器模块(104)包括能够操作为将所述备用驱动电路(103x)连接到所述pn相位(A,B,C,U,V,W)中的相应一个pn相位的pn驱动电路故障接触器(106a-c,106u-w)，其中在驱动电路故障模式下，响应于所述pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的一个pn相位驱动电路的故障，在下文中称为故障相位驱动电路，所述接触器模块(104)被配置为断开在所述故障相位驱动电路与所述相位(A,B,C,U,V,W)中的相应一个相位之间的所述pn相位接触器(105a-c,105u-w)中的一个pn相位接触器并且闭合所述pn驱动电路故障接触器(106a-c,106u-w)中的一个pn驱动电路故障接触器以将所述备用驱动电路(103x)连接到所述相位(A,B,C,U,V,W)中的相应一个相位，以允许所述电驱动系统(100)的继续运行。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的容错电驱动系统(100)，还包括控制器(501)，所述控制器被配置为：
在正常模式下，运行所述驱动电路模块(102)，以使所述pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)驱动所述旋转电机的运行，同时所述pn相位接触器(105a-c,105u-w)将所述旋转电机(101)的所述pn相位(A,B,C,U,V,W)连接到所述pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的相应一个pn相位驱动电路；
监测所述旋转电机(101)的所述pn相位(A,B,C,U,V,W)是否发生故障；并且
响应于检测到所述pn相位(A,B,C,U,V,W)中的一个pn相位的故障，在下文中称为故障相位，在所述相位故障模式下运行所述驱动电路模块(102)，其中在所述故障相位与所述相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的相应一个相位驱动电路之间的所述pn相位接触器(105a-c,105u-w)中的一个pn相位接触器断开并且所述相位故障接触器(106x)闭合。
4.根据任一前述权利要求所述的容错电驱动系统(100)，其中所述驱动电路模块(102)连接在第一对电源轨(DC+,DC-)之间。
5.根据权利要求4所述的容错电驱动系统(100)，其中所述驱动电路模块可切换地连接在所述第一对电源轨(+DC1,-DC1)与第二对电源轨(+DC2,-DC2)之间。
6.根据任一前述权利要求所述的容错电驱动系统(100)，其中所述质数p为2、3、5或7。
7.根据任一前述权利要求所述的容错电驱动系统(100)，其中所述整数n为1、2、3、4或5。
8.一种运行根据前述权利要求中任一项所述的容错电驱动系统的方法，所述方法包括：
在正常模式下，运行所述驱动电路模块(102)，以使所述pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)驱动所述旋转电机的运行，同时所述pn相位接触器(105a-c,105u-w)将所述旋转电机(101)的所述pn相位(A,B,C,U,V,W)连接到所述pn相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的相应一个pn相位驱动电路；
监测所述旋转电机(101)的所述pn相位(A,B,C,U,V,W)是否发生故障；
响应于检测到所述pn相位(A,B,C,U,V,W)中的一个pn相位的故障，在下文中称为故障相位，在相位故障模式下运行所述驱动电路模块(102)，其中在所述故障相位与所述相位驱动电路(103a-c,103u-w)中的相应一个相位驱动电路之间的所述pn相位接触器(105a-c,105u-w)中的一个pn相位接触器断开并且所述相位故障接触器(106x)闭合。
9.一种用于容错电驱动系统(100)的控制器(501)，所述控制器(501)被配置为执行根据权利要求8所述的方法。
10.一种计算机程序，所述计算机程序包含用于指示容错电驱动系统(100)的计算机化控制器以执行根据权利要求8所述的方法的指令。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2604366B (en) 2021-03-03 2023-10-25 Rolls Royce Plc Electrical power systems
GB2604365B (en) * 2021-03-03 2024-05-22 Rolls Royce Plc Electrical power systems
GB2604364B (en) * 2021-03-03 2024-04-17 Rolls Royce Plc Electrical power systems

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5491622A (en) * 1994-01-07 1996-02-13 Delco Electronics Corp. Power converter with emergency operating mode for three phase induction motors
US7944068B2 (en) * 2008-06-30 2011-05-17 General Electric Company Optimizing converter protection for wind turbine generators
EP2372860A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-05 Converteam Technology Ltd Protection circuits and methods for electrical machines
JP5569626B1 (ja) * 2013-06-17 2014-08-13 日本精工株式会社 モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両
WO2016015147A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 Tm4 Inc. Multiple phase electric machine, drive and control
US9899868B2 (en) * 2014-10-31 2018-02-20 Ideal Power, Inc. Smart transfer switch devices, systems, and methods using double-base bipolar transistors
WO2017083521A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Marquette University A fault-tolerant topology for multilevel t-type converters
CN110392977B (zh) * 2017-03-29 2023-06-20 日本电产株式会社 电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置
EP3487029B1 (en) * 2017-11-15 2020-09-09 Danfoss Mobile Electrification Oy A power converter, an electric power system, and a method for controlling an electric power system

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