一種具有容錯功能的電機驅(qū)動裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機驅(qū)動裝置，特別涉及一種具有多種工作模式，具有容錯功能，可實現(xiàn)對逆變器的保護的電機驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁電機功率密度高、效率高，因此廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工和電動汽車等領(lǐng)域中。很多永磁電機驅(qū)動裝置一方面要求低速大轉(zhuǎn)矩，另一方面要求很寬的調(diào)速范圍，也就是高速弱磁，同時還要求很高的可靠性，或者很好的容錯性能。目前，多采用多相電機實現(xiàn)容錯控制，提高驅(qū)動裝置的可靠性，但是這種方法僅僅對有限的故障可以實現(xiàn)容錯控制，并且難以進行故障的隔離，因此實用性比較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是克服目前的永磁電機驅(qū)動裝置的高弱磁倍率和低速大轉(zhuǎn)矩，以及高可靠性等問題，提出一種新的永磁電機驅(qū)動裝置。本發(fā)明既可以滿足低速運行時的大轉(zhuǎn)矩需求，也可以實現(xiàn)寬調(diào)速范圍；而且具有多種工作模式，可以實現(xiàn)多種故障的容錯控制。
[0004]本發(fā)明具有容錯功能的電機驅(qū)動裝置，至少包含一個永磁電機、一個電池組、兩個三相逆變器、一個預充電電路、一個短路裝置、四個IGBT模塊和一個電容。所述的第一三相逆變器包含第一 IGBT模塊、第二 IGBT模塊、第三IGBT模塊、第四IGBT模塊、第五IGBT模塊和第六IGBT模塊；所述的第二三相逆變器包含第i^一 IGBT模塊、第十二 IGBT模塊、第十三IGBT模塊、第十四IGBT模塊、第十五IGBT模塊和第十六IGBT模塊。所述的永磁電機包含第一繞組、第二繞組、第三繞組、第四繞組、第五繞組和第六繞組，六套繞組在定子中依次互錯60度電角度排布，A和a、B和b、C和c、D和d、E和e、F和f分別為第一繞組、第二繞組、第三繞組、第四繞組、第五繞組和第六繞組的兩端，因此第一繞組也稱為繞組Aa，第二繞組也可稱為繞組Bb，第三繞組也可稱為繞組Ce，第四繞組也稱為繞組Dd，第五繞組也可稱為繞組Ee，第六繞組也可稱為繞組Ff ;第一繞組的一端A、第三繞組的一端C、第五繞組的一端E與第一三相逆變器的交流輸出相連接；第二繞組的一端B、第四繞組的一端D、第六繞組的一端F與第二三相逆變器的交流輸出相連接。第一三相逆變器和第二三相逆變器的每一個交流輸出端都安裝有電流傳感器。第一繞組的另一端a和第四繞組的另一端d連接，形成新的繞組AadD ;第二繞組的另一端b和第五繞組的另一端e連接，形成新的繞組BbeE ;第三繞組的另一端c和第六繞組的另一端f連接，形成新的繞組CcfF ;且第一繞組的另一端a和第四繞組的另一端d、第二繞組的另一端b和第五繞組的另一端e、第三繞組的另一端c和第六繞組的另一端f與短路裝置中整流橋的三相交流輸入端X、Y、Z連接在一起；短路裝置包含整流橋和第十七IGBT模塊，第十七IGBT模塊的發(fā)射極和集電極分別和整流橋的正極和負極相連接，通過控制第十七IGBT模塊的開通和關(guān)斷，可以控制整流橋的交流輸入側(cè)的電路短路和開路，即實現(xiàn)整流橋的三相交流輸入端X、Y、Z之間的短路和開路；第九IGBT模塊的發(fā)射極和集電極分別和第一三相逆變器的母線正極和負極相連接；當?shù)谝蝗嗄孀兤鞑还ぷ鲿r，通過控制第九IGBT模塊的開通和關(guān)斷，可以控制第一繞組的一端A、第三繞組的一端C、第五繞組的一端E的短路和開路；第十IGBT模塊的發(fā)射極和集電極分別和第二三相逆變器的母線正極和負極相連接；當?shù)诙嗄孀兤鞑还ぷ鲿r，通過控制第十IGBT模塊的開通和關(guān)斷，可以控制第二繞組的一端B、第四繞組的一端D、第六繞組的一端F的短路和開路；電池組通過預充電電路和電容并聯(lián)；電容通過第七IGBT模塊與第一三相逆變器并聯(lián)；電容通過第八IGBT模塊與第二三相逆變器并聯(lián)。
[0005]當本發(fā)明電機驅(qū)動裝置工作在第一模式時，第七IGBT模塊和第八IGBT模塊開通，第九IGBT模塊和第十IGBT模塊關(guān)斷，預充電電路給電容充電并閉合，短路裝置的第十七IGBT模塊關(guān)斷，整流橋的三相交流輸入端X、Y、Z三端開路，繞組AadD、CcfF、BbeE構(gòu)成三套獨立繞組，每一套繞組的兩端都與一個三相逆變器的一個橋臂相連，此時本發(fā)明構(gòu)成一個三相H橋控制的電機驅(qū)動裝置，通過協(xié)調(diào)控制第一三相逆變器和第二三相逆變器可以實現(xiàn)電機驅(qū)動裝置的正常工作。在這種模式下，繞組AadD、CcfF, BbeE構(gòu)成三套繞組相互獨立，因此僅需其中兩套即可實現(xiàn)電機的平穩(wěn)運行，因此三套繞組中的任意一套繞組出現(xiàn)開路或?qū)Φ囟搪饭收?，都可以通過調(diào)整第一三相逆變器和第二三相逆變器的控制算法，通過控制剩余兩套繞組實現(xiàn)故障容錯控制，此時轉(zhuǎn)矩或功率的輸出能力會有所降低。這種模式尤其適用于第一繞組和第四繞組同時出現(xiàn)故障，或者第二繞組和第五繞組同時出現(xiàn)故障，或者第三繞組和第六繞組同時出現(xiàn)故障的情況。
[0006]當本發(fā)明所述的電機驅(qū)動裝置工作在第二模式時，第七IGBT模塊和第八IGBT模塊開通，第九IGBT模塊和第十IGBT模塊關(guān)斷，預充電電路給電容充電并閉合，短路裝置的第十七IGBT模塊閉合，整流橋的三相交流輸入端X、Y、Z三端短路，第一繞組、第二繞組、第三繞組、第四繞組、第五繞組和第六繞組構(gòu)成六套獨立繞組，六套繞組的一端A、B、C、D、E、F分別與兩個三相逆變器中的一個橋臂相連，六套繞組的另一端a、b、c、d、e、f連接在一起，此時本發(fā)明裝置構(gòu)成一個六相星接電機的電機驅(qū)動裝置，通過協(xié)調(diào)控制第一三相逆變器和第二三相逆變器可以實現(xiàn)電機驅(qū)動裝置的正常工作。在這種模式下，第一繞組、第二繞組、第三繞組、第四繞組、第五繞組和第六繞組構(gòu)成一個六相星接電機，因此僅需其中三套繞組即可實現(xiàn)電機的平穩(wěn)運行，因此六套繞組中的三套和三套以下的繞組出現(xiàn)故障，都可以通過調(diào)整第一三相逆變器和第二三相逆變器的控制算法，通過控制剩余繞組實現(xiàn)故障容錯控制，此時轉(zhuǎn)矩或功率的輸出能力會有所降低。但是上述的故障情況不包含第一繞組和第四繞組同時出現(xiàn)故障，或者第二繞組和第五繞組同時出現(xiàn)故障，或者第三繞組和第六繞組同時出現(xiàn)故障的情況。
[0007]當本發(fā)明所述的電機驅(qū)動裝置工作在第三模式時，預充電電路給電容充電并閉合；第七IGBT模塊開通，第九IGBT模塊關(guān)斷；第八IGBT模塊關(guān)斷，第十IGBT模塊開通，第二三相逆變器不工作，即第二三相逆變器的第i^一 IGBT模塊、第十二 IGBT模塊、第十三IGBT模塊、第十四IGBT模塊、第十五IGBT模塊和第十六IGBT模塊全部關(guān)斷；短路裝置的第十七IGBT模塊關(guān)斷，整流橋的三相交流輸入端X、Y、Z三端開路，繞組AadD、CcfF, BbeE構(gòu)成三套獨立繞組，三套繞組的一端A、C、E與第一三相逆變器相連，三套繞組的另一端B、D、F連接在一起，此時本發(fā)明裝置構(gòu)成一個三相星接電機的電機驅(qū)動裝置，通過控制第一三相逆變器可以實現(xiàn)電機驅(qū)動裝置的正常工作。在這種模式下，第二三相逆變器不工作，因此適用于第二三相逆變器出現(xiàn)故障，但是六個IGBT模塊的反并聯(lián)二極管正常的情況，如六個IGBT中的一個或者多個出現(xiàn)故障，六個反并聯(lián)二極管正常時；都可以通過第一三相逆變器控制永磁電機平穩(wěn)運行，且此時的輸出性能與正常工作時相同。
[0008]當本發(fā)明所述的電機驅(qū)動裝置工作在第四模式時，預充電電路給電容充電并閉合；第七IGBT模塊關(guān)斷，第九IGBT模塊開通；第八IGBT模塊開通，第十IGBT模塊關(guān)斷，第一三相逆變器不工作，即第一 IGBT模塊、第二 IGBT模塊、第三IGBT模塊、第四IGBT模塊、第五IGBT模塊和第六IGBT模塊全部關(guān)斷；短路裝置的第十七IGBT模塊關(guān)斷，整流橋的三相交流輸入端X、Y、Z三端開路，繞組AadD、CcfF、BbeE構(gòu)成三套獨立繞組，三套繞組的一端B、D、F與第二三相逆變器相連，三套繞組的另一端A、C、E連接在一起，此時本發(fā)明裝置構(gòu)成一個三相星接電機的電機驅(qū)動裝置，通過控制第二三相逆變器可以實現(xiàn)電機驅(qū)動裝置的正常工作。在這種模式下，第一三相逆變器不工作，因此適用于第一三相逆變器出現(xiàn)故障，但是六個IGBT模塊的反并聯(lián)二極管正常的情況，如六個IGBT中的一個或者多個出現(xiàn)故障，六個反并聯(lián)二極管正常時；都可以通過第二三相逆變器控制永磁電機平穩(wěn)運行，且此時的輸出性能與正常工作時相同。
[0009]當本發(fā)明所述的電機驅(qū)動裝置工作在第五模式時，預充電電路給電容充電并閉合；第七IGBT模塊開通，第九IGBT模塊關(guān)斷；第八IGBT模塊關(guān)斷，第十IGBT模塊關(guān)斷，第二三相逆變器不工作，即第i^一 IGBT模塊、第十二 IGBT模塊、第十三IGBT模塊、第十四IGBT模塊、第十五IGBT模塊和第十六IGBT模塊全部關(guān)斷；短路裝置的第十七IGBT模塊開通，整流橋的三相交流輸入端X、Y、Z三端短路，第一繞組、第三繞組、第五繞組構(gòu)成三套獨立繞組，三套繞組的一端A、C、E與第一三相逆變器相連，三套繞組的另一端a、c、e連接在一起，此時本發(fā)明裝置構(gòu)成一個三相星接電機的電機驅(qū)動裝置，通過控制第一三相逆變器可以實現(xiàn)電機驅(qū)動裝置的正常工作，第二繞組、第四繞組和第六繞組不工作。在這種模式下，第二三相逆變器不工作，因此適用于第二三相逆變器出現(xiàn)故障的情況，可