CN210053362U - 一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，包括两组的三相永磁同步电机容错电路，三相永磁同步电机容错电路包括三相永磁同步电机绕组、三相逆变器、电源Vdc以及容错电路；容错电路包括双向晶闸管TRa、双向晶闸管TRb、双向晶闸管TRc以及等效电容桥臂，双向晶闸管TRa的主电极T1与三相永磁同步电机的桥臂L1的中点连接，双向晶闸管TRb的主电极T1与三相永磁同步电机的桥臂L2的中点连接，双向晶闸管TRc的主电极T1与三相永磁同步电机的桥臂L3的中点连接，等效电容桥臂分别与双向晶闸管TRa的主电极T2、双向晶闸管TRb的主电极T2和双向晶闸管TRc的主电极T2连接，用于等效三相永磁同步电机绕组的任一相永磁同步电机绕组或三相逆变器的任一相桥臂。

Description

一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路

技术领域

本实用新型属于双三相电机技术领域，具体涉及一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路。

背景技术

多相电机因其具有可低压实现大功率、转矩脉动较小以及可靠性高等优点，可广泛地应用于各种高要求场合，例如，双Y型连接相移30°双三相永磁同步电机，由于每一套绕组的中性点隔离，每一套三相绕组的电流之和都为零，可以有效降低系统数学模型的维数，降低了控制系统的复杂程度，其本质为12相电机，因而传统三相电机含量最大的5、7次谐波磁动势将被消除，对于由逆变器供电下的多相调速系统，随着相数的增加，可供选择的电压矢量将以2的倍数方式增加，双三相永磁同步电机有64个可供选择的电压矢量，大大增加系统的可控性，同时，由于相冗余，当一相或者多相大声故障时，系统可以调整剩余相的控制策略，进行容错后的降额运行，适合可靠性要求非常高的场合；

目前，对于一相开路时的双三相电机容错控制策略常用的方法是将故障相所对应的整套绕组全部切出，将故障后的电机等效为一传统的三相电机进行容错控制，但是相比于两套绕组全部切除，将故障后的电机等效为一传统的三相电机进行容错控制，但相比于两套绕组正产运行，故障后系统的输出功率和动态性能较差。

现有的双三相永磁同步电机控制电路如图1和图2所示，图1为双三相永磁同步电机绕组结构示意图，双三相永磁同步电机内部有6个绕组，其中，a相、b相、c相绕城一组，中性点为N1；d相、e相、f相为另一组，中性点为N2.两组绕组间在空间上相差30°电角度，从而构成双Y型连接相移30°双三相永磁同步电机，图2是常用的双三相永磁同步电机主回路连接图，包括逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L3、逆变器桥臂L5、逆变器桥臂L6、逆变器桥臂L7、绕组a、绕组b、绕组c、绕组d、绕组e和绕组f，而这些逆变器桥臂由功率开关管S1、功率开关管S3、功率开关管S5、功率开关管S4、功率开关管S6、功率开关管S2、功率开关管S7、功率开关管S9、功率开关管S11、功率开关管S10、功率开关管 S12以及功率开关管S8组成，例如，逆变器桥臂L1包括功率开关管S1和功率开关管S4，他们组成双三相永磁同步电机绕组，该双三相永磁同步电机绕组包括两个三相永磁同步电机绕组，其中，两组同步电机绕组同时工作，当任一三相永磁同步电机绕组出现故障，另一三相永磁同步电机绕组持续工作，虽然实现了容错机制，但是仅有单一三相永磁同步电机绕组持续工作将会造成整体功率减低，对电机和整个电路的正常工作有很大的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，该双三相永磁同步电机容错控制器主电路具有容错性强的主要功能优点。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，包括两组的三相永磁同步电机容错电路，所述的三相永磁同步电机容错电路包括三相永磁同步电机绕组、三相逆变器、电源Vdc以及用于容错所述的三相永磁同步电机绕组和所述的三相逆变器的容错电路；

所述的容错电路包括双向晶闸管TRa、双向晶闸管TRb、双向晶闸管TRc以及等效电容桥臂，所述的双向晶闸管TRa的主电极T1与所述的三相永磁同步电机的桥臂L1的中点连接，所述的双向晶闸管TRb的主电极T1与所述的三相永磁同步电机的桥臂L2的中点连接，所述的双向晶闸管TRc的主电极T1与所述的三相永磁同步电机的桥臂L3的中点连接，所述的双向晶闸管TRa的主电极T2、所述的双向晶闸管TRb的主电极T2和所述的双向晶闸管TRc 的主电极T2均与所述的等效电容桥臂连接，所述的等效电容桥臂与所述的三相逆变器的桥臂并联连接，用于等效所述的三相永磁同步电机绕组的任一相永磁同步电机绕组或者三相逆变器的任一相桥臂。

在上述技术方案中，所述的等效电容桥臂包括串联连接的电容C1和电容C2，所述的双向晶闸管TRa的主电极T2、双向晶闸管TRb的主电极T2、双向晶闸管TRc的主电极T2、双向晶闸管TRn1的主电极T2均与所述的电容C1和电容C2组成的串联电路的中点O1连接，所述的电源Vdc1与所述的电容C1和电容C2组成回路。

在上述技术方案中，还包括两组熔断组，所述的熔断组包括熔断器F1、熔断器F2和熔断器F3，所述的熔断器F1的两端分别与所述的三相逆变器的桥臂L1的中点a和双向晶闸管 TRa的主电极T1连接，所述的熔断器F2的两端分别与所述的三相逆变器的桥臂L2的中点b 和双向晶闸管TRb的主电极T1连接，所述的熔断器F3的两端分别与所述的三相逆变器的桥臂L3的中点c和双向晶闸管TRc的主电极T1连接。

在上述技术方案中，所述的桥臂L1包括串联连接的电力电子开关管S1和电力电子开关管S4，所述的桥臂L2包括串联连接的电力电子开关管S3和电力电子开关管S6，所述的桥臂L3包括串联连接的电力电子开关管S5和电力电子开关管S2，其中，电力电子开关管S1、电力电子开关管S3和电力电子开关管S5的漏极均与所述的电源Vdc的正极连接，所述的电力电子开关管S1、电力电子开关管S3和电力电子开关管S5的的栅极均与所述的控制器连接，所述的电力电子开关管S1的源极与所述的电力电子开关管S4的漏极连接，所述的电力电子开关管S3的源极与电力电子开关管S6的漏极连接，所述的电力电子开关管S5的源极与所述的电力电子开关管S2的漏极连接，所述的电力电子开关管S4、电力电子开关管S6和电力电子开关管S2的漏极均与所述的电源Vdc的负极连接，所述的电力电子开关管S4、电力电子开关管S6和电力电子开关管S2的栅极均与控制器连接。

在上述技术方案中，所述的电力电子开关管S1、电力电子开关管S4、电力电子开关管 S3、电力电子开关管S6、电力电子开关管S5和电力电子开关管S2均为SiC MOSFET管。

在上述技术方案中，所述的电容C1与所述的电容C2的电容值大小相等。

在上述技术方案中，所述的双向晶闸管TRa的门极G、双向晶闸管TRb的门极G、双向晶闸管TRc的门极G均通过驱动电路与控制器连接。

本实用新型的优点和有益效果为：

1.本实用新型的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路采用容错电路能够保证双三相永磁同步电机绕组在单一三相永磁同步电机绕组出现故障的情况下两个三相永磁同步电机绕组仍然能够同时工作，减少了单一三相永磁同步电机绕组工作造成功率降低的影响。

2.本实用新型的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路的容错电路采用双向晶闸管 TRa、双向晶闸管TRb和双向晶闸管TRc分别对应的三相逆变器的桥臂出现故障时保证三相逆变器正常工作，使用方便，采用双向晶闸管TRn1能够对三相永磁同步电机绕组的任一相绕组出现故障时三相永磁同步电机绕组仍能正常工作。

附图说明

图1为双三相永磁同步电机绕组结构示意图。

图2为现有的双三相永磁同步电机主回路连接图。

图3为本实用新型提供的双三相永磁同步电机容错控制器主电路。

图4为本实用新型提供的双三相永磁同步电机容错控制器主电路的桥臂L1故障后的等效电路。

图5为本实用新型提供的双三相永磁同步电机容错控制器主电路的绕组Wa故障后的等效电路。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图以及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

为了方便在以下实施例中进行说明，两组三相永磁同步电机绕组分别为第一组逆变器和第二组逆变器，第一组绕组包括绕组Wa，绕组Wb和绕组Wc，其中，绕组Wa，绕组Wb和绕组Wc 空间互差120°，且他们的中性点为N1，第二组绕组包括绕组Wd、绕组We和绕组Wf，其中，绕组Wd、绕组We和绕组Wf空间互差120°，且他们的中性点为N2，绕组Wa、绕组Wb、绕组Wc与绕组Wd、绕组We、绕组Wf相差30°；两组三相逆变器分别为第一组逆变器和第二组逆变器，第一组逆变器的桥臂包括桥臂L1(包括电力电子开关管S1和电力电子开关管S4)、桥臂L2(包括电力电子开关管S3和电力电子开关管S6)和桥臂L1(包括电力电子开关管S5和电力电子开关管S2)，第二组逆变器的桥臂包括桥臂L5(包括电力电子开关管S7和电力电子开关管S10)、桥臂L6(包括电力电子开关管S9和电力电子开关管S12)和桥臂L7(包括电力电子开关管S11和电力电子开关管S8)；两组电容桥臂分别为第一组电容桥臂和第二组电容桥臂，第一组电容桥臂L4包括电容C1和电容C2，电容是直流母线支撑电容，电压等级功率等级不同，取值会有所不同。C1、C2要求容值耐压等参数相同,第二组电容桥臂L8包括电容C3和电容C4；两组熔断器组包括第一组熔断器组和第二组熔断器组，第一组熔断器组包括熔断器Fa、熔断器Fb和熔断器Fc，第二组熔断器组包括熔断器Fd、熔断器Fe和熔断器Ff；两组容错电路包括第一组容错电路和第二组容错电路，在第一组容错电路中包括双向晶闸管TRa、双向晶闸管TRb、双向晶闸管TRc和双向晶闸管TRn1，第二组容错电路中包括双向晶闸管TRd、双向晶闸管TRe、双向晶闸管TRf和双向晶闸管TRn2；电源电源Vdc1和电源Vdc2为大小相等的直流电源两个电源可以取值范围根据系统电压等级不同取值也会变化，两个电源是可以共用一组的。目的是实现双逆变器(两套三相的功率变换器)实现一台6相电机的控制。因为市场上三相功率变换器很常见，只需要改变软件，就可以实现对一台6相电机的控制。也可以使用同一个电源两个三相永磁同步电机供电两组桥臂连接。而且其均是一一匹配的形成两组。

以实施例1

一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，包括两组的三相永磁同步电机容错电路，三相永磁同步电机容错电路包括三相永磁同步电机绕组、三相逆变器、电源Vdc以及用于容错三相永磁同步电机绕组和三相逆变器的容错电路；容错电路包括双向晶闸管TRa、双向晶闸管TRb、双向晶闸管TRc以及等效电容桥臂，双向晶闸管TRa的主电极T1与三相永磁同步电机的桥臂L1的中点连接，双向晶闸管TRb的主电极T1与三相永磁同步电机的桥臂L2的中点连接，双向晶闸管TRc的主电极T1与三相永磁同步电机的桥臂L3的中点连接，双向晶闸管TRa的主电极T2、双向晶闸管TRb的主电极T2和双向晶闸管TRc的主电极T2均与等效电容桥臂连接，所述的等效电容桥臂与所述的三相逆变器的桥臂并联连接，用于等效所述的三相永磁同步电机绕组的任一相永磁同步电机绕组或者三相逆变器的任一相桥臂。

本实用新型的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路采用容错电路能够保证双三相永磁同步电机绕组在单一三相永磁同步电机绕组出现故障的情况下两个三相永磁同步电机绕组仍然能够同时工作，减少了单一三相永磁同步电机绕组工作造成功率降低的影响。

作为优选，还包括两组熔断组，熔断组包括熔断器F1、熔断器F2和熔断器F3，熔断器 F1的两端分别与三相逆变器的桥臂L1的中点a和双向晶闸管TRa的主电极T1连接，熔断器 F2的两端分别与三相逆变器的桥臂L2的中点b和双向晶闸管TRb的主电极T1连接，熔断器 F3的两端分别与三相逆变器的桥臂L3的中点c和双向晶闸管TRc的主电极T1连接。

实施例2

以实施例1为基础，

等效电容桥臂包括串联连接的电容C1和电容C2，双向晶闸管TRa的主电极T2、双向晶闸管TRb的主电极T2、双向晶闸管TRc的主电极T2、双向晶闸管TRn1的主电极T2均与电容C1和电容C2的中点O1连接，电源Vdc1与电容C1和电容C2组成回路。

桥臂L1包括串联连接的电力电子开关管S1和电力电子开关管S4，桥臂L2包括串联连接的电力电子开关管S3和电力电子开关管S6，桥臂L3包括串联连接的电力电子开关管S5和电力电子开关管S2，电力电子开关管S1、电力电子开关管S4、电力电子开关管S3、电力电子开关管S6、电力电子开关管S5和电力电子开关管S2均为SiC MOSFET管，其中，电力电子开关管S1、电力电子开关管S3和电力电子开关管S5的漏极均与电源Vdc1的正极连接，电力电子开关管S1、电力电子开关管S3和电力电子开关管S5的的栅极均与控制器连接，电力电子开关管S1的源极与电力电子开关管S4的漏极连接，电力电子开关管S3的源极与电力电子开关管S6的漏极连接，电力电子开关管S5的源极与电力电子开关管S2的漏极连接，电力电子开关管S4、电力电子开关管S6和电力电子开关管S2的漏极均与电源Vdc1的负极连接，电力电子开关管S4、电力电子开关管S6和电力电子开关管S2的栅极均与控制器连接，其中，SiCMOSFET管不仅具有高耐压、低导通电阻、工作速度快的特性，而且还能够在高结温环境下正常工作，保证了电路的正常工作。

作为优选，电容C1与电容C2的电容值大小相等。

作为优选，双向晶闸管TRa的门极G、双向晶闸管TRb的门极G、双向晶闸管TRc的门极G均通过驱动电路与控制器连接以用于控制器驱动双向晶闸管TRa的门极G、双向晶闸管TRb的门极G、双向晶闸管TRc的门极G。进一步，控制器与双三相永磁同步电机可连接，能够用于接收双三相永磁同步电机处于正常模式的信号、一组三相逆变器出现单个逆变器桥臂故障还是多相逆变器均出现单个逆变器的桥臂故障的型号、电机绕组单相绕组故障还是多相电机绕组故障的信号，采集电机相电流信号判断该相对应的绕组或者桥臂出现短路或短路故障。判断方法是通过电路传感器检测对应相电流，输入到控制器进行软件的判断。

进一步，双三相永磁同步电机容错逆变器的两组三相永磁同步电机绕组和两组三相逆变器均处于正常工作状态时，双向晶闸管TRa、双向晶闸管TRb、双向晶闸管TRc、双向晶闸管 TRd、双向晶闸管TRe、双向晶闸管TRf、双向晶闸管TRn1、双向晶闸管TRn2均不导通；熔断器Fa、熔断器Fb、熔断器Fc、熔断器Fd、熔断器Fe、熔断器Ff均不熔断。

以桥臂L1为例，当单一组三相逆变器的桥臂L1出现故障(例如断路故障)时，熔断器 F1断开，同时，控制器接收到熔断器F1的断开信号以及桥臂L1的电力电子开关S1和电力电子开关S4的栅极信号，同时，控制器向双向晶闸管TRa的门极发出导通信号，双向晶闸管TRa导通，桥臂L1停止工作，绕组Wa通过双向晶闸管TRa与电容C1和电容C2的中点连接，电容桥臂L4工作，进而保证了三相逆变器正常工作。

本实用新型的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路的容错电路采用双向晶闸管 TRa、双向晶闸管TRb和双向晶闸管TRc分别对应的三相逆变器的桥臂出现故障时保证三相逆变器正常工作，使用方便。

实施例3

以实施例2为基础，以绕组Wa为例，当单一组三相永磁同步电机绕组的绕组Wa出现故障(例如断路故障)时，熔断器F1熔断，同时，控制器接收到熔断器F1熔断信号以及绕组Wa故障的信号，控制器向双向晶闸管TRn1发现导通信号，双向晶闸管TRn1导通，绕组Wa、绕组Wb和绕组Wc的中性点N1通过双向晶闸管TRn1与电容C1和电容C2的中点O1连接，电容桥臂L4工作，保证在绕组Wa故障的情况下，三相永磁同步电机绕组仍能够正常工作。

本实用新型的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路的容错电路采用双向晶闸管 TRn1能够对三相永磁同步电机绕组的任一相绕组出现故障时三相永磁同步电机绕组仍能正常工作。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，其特征在于，包括两组的三相永磁同步电机容错电路，所述的三相永磁同步电机容错电路包括三相永磁同步电机绕组、三相逆变器、电源Vdc以及用于容错所述的三相永磁同步电机绕组和所述的三相逆变器的容错电路；

所述的容错电路包括双向晶闸管TRa、双向晶闸管TRb、双向晶闸管TRc以及等效电容桥臂，所述的双向晶闸管TRa的主电极T1与所述的三相永磁同步电机的桥臂L1的中点连接，所述的双向晶闸管TRb的主电极T1与所述的三相永磁同步电机的桥臂L2的中点连接，所述的双向晶闸管TRc的主电极T1与所述的三相永磁同步电机的桥臂L3的中点连接，所述的双向晶闸管TRa的主电极T2、所述的双向晶闸管TRb的主电极T2和所述的双向晶闸管TRc的主电极T2均与所述的等效电容桥臂连接，所述的等效电容桥臂与所述的三相逆变器的桥臂并联连接，用于等效所述的三相永磁同步电机绕组的任一相永磁同步电机绕组或者三相逆变器的任一相桥臂。

2.根据权利要求1所述的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，其特征在于，所述的等效电容桥臂包括串联连接的电容C1和电容C2，所述的双向晶闸管TRa的主电极T2、双向晶闸管TRb的主电极T2、双向晶闸管TRc的主电极T2、双向晶闸管TRn1的主电极T2均与所述的电容C1和电容C2组成的串联电路的中点O1连接，所述的电源Vdc1与所述的电容C1和电容C2组成回路。

3.根据权利要求2所述的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，其特征在于，还包括两组熔断组，所述的熔断组包括熔断器F1、熔断器F2和熔断器F3，所述的熔断器F1的两端分别与所述的三相逆变器的桥臂L1的中点a和双向晶闸管TRa的主电极T1连接，所述的熔断器F2的两端分别与所述的三相逆变器的桥臂L2的中点b和双向晶闸管TRb的主电极T1连接，所述的熔断器F3的两端分别与所述的三相逆变器的桥臂L3的中点c和双向晶闸管TRc的主电极T1连接。

4.根据权利要求3所述的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，其特征在于，所述的桥臂L1包括串联连接的电力电子开关管S1和电力电子开关管S4，所述的桥臂L2包括串联连接的电力电子开关管S3和电力电子开关管S6，所述的桥臂L3包括串联连接的电力电子开关管S5和电力电子开关管S2，其中，电力电子开关管S1、电力电子开关管S3和电力电子开关管S5的漏极均与所述的电源Vdc的正极连接，所述的电力电子开关管S1、电力电子开关管S3和电力电子开关管S5的栅极均与所述的控制器连接，所述的电力电子开关管S1的源极与所述的电力电子开关管S4的漏极连接，所述的电力电子开关管S3的源极与电力电子开关管S6的漏极连接，所述的电力电子开关管S5的源极与所述的电力电子开关管S2 的漏极连接，所述的电力电子开关管S4、电力电子开关管S6和电力电子开关管S2的漏极均与所述的电源Vdc的负极连接，所述的电力电子开关管S4、电力电子开关管S6和电力电子开关管S2的栅极均与控制器连接。

5.根据权利要求4所述的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，其特征在于，所述的电力电子开关管S1、电力电子开关管S4、电力电子开关管S3、电力电子开关管S6、电力电子开关管S5和电力电子开关管S2均为SiC MOSFET管。

6.根据权利要求5所述的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，其特征在于，所述的电容C1与所述的电容C2的电容值大小相等。

7.根据权利要求6所述的一种双三相永磁同步电机容错控制器主电路，其特征在于，所述的双向晶闸管TRa的门极G、双向晶闸管TRb的门极G、双向晶闸管TRc的门极G均通过驱动电路与控制器连接。

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