[发明专利]一种交流电机驱动器及传动装置

说明书

技术领域

本发明涉及电气传动技术，尤其涉及一种交流电机驱动器及传动装置，进一步包括使用该驱动器和传动装置的交流电机。其中该交流电机的定子具有多组三相绕组，该交流电机驱动器包括控制器和多个三相变频器。 

背景技术

由于具有显著的节能效果和优异的调速性能，变频器已经越来越多地应用于交流电机的调速驱动。在大容量电机的调速场合，普遍采用“高压变频器+高压交流电机”的高电压组合驱动模式。国内的高压电机普遍采用6千伏和10千伏的电压等级，受固态电力电子开关的耐压及成本限制，高压变频器往往采用单元串联多重化脉冲宽度调制（PWM）的方式实现。 

图1A为一个高压交流电机及单元串联多重化PWM高压变频器驱动系统的电路示意图，其中包括高压变频器1（含变压器11、控制器13和6个功率单元12A～12F）和高压交流电机2。图1B为图1A中功率单元（如12A）的电路结构示意图。在图1A中，高压交流电机2的三相定子绕组（如U相）分别由三个绕组串联而成（如21u1、21u2、21u3），三相绕组采用“Y”型连接，三个绕组接线端U、V、W作为高压交流电机2的接线端，分别连接高压变频器1的三个输出端；高压变频器1通过移相变压器11将高压电网3的三相电压变换为六路彼此电气隔离的三相低压交流电（如a1/b1/c1），再分别由功率单元（如12A）将各路三相低压交流电变换成同样路数的单相低压交流电，这些单相低压交流电又被分成对称的三组，各组的两路单相交流电依次串联可以获得单相高压交流电压输出，三路高压交流电压输出的一端连接在一起（O点），另外一端分别作为高压变频器1的三个输出端驱动高压电机2。借助控制器13的PWM分配策略，即可在三个输出端U、V、W之间获得三相对称的多电平高压交流电压。 

在上述“高压变频器+高压交流电机”组合的驱动系统中，如果各功率单元（如12A）输出电压为交流866V，则高压变频器可以输出3000V线电压，驱动3000V的交流电机。首先，交流电机的定子绕组必须承受很高的电压（3000V），对交流电机的定子绕组之间（如21u1与21v1）绝缘要求很高，各定子绕组的绝缘等级相应提高，增加了高压交流电机2的制造成本；其次，高压变频器1采用高压输出（3000V），对变频器1内部的绝缘强度要求很高，功率单元之间（如12A与12B）的摆放间距较大，导致高压变频器的体积庞大；第三，功率单元数量较多（6个），功率器件的数量多（整流管36个，IGBT管24个），高压变频器成本升高；还有，各功率单元（如12A）均为单相输出，要求直流滤波电路122中电解电容1221容量很大，造成成本很高，且限制了高压变频器的工作寿命。 

为描述方便，图1A中只给出了每相2个功率单元串联的情形，对于10千伏和6千伏的高压应用，上述缺陷则会更加突出。 

类似还有一些新兴应用场合如电动汽车，为满足驱动功率的要求，目前多采用“高压蓄电池组（如288V）+高压驱动器+高压电机（如360V）”型驱动系统。 

图2为一种上述的电动汽车驱动系统的原理示意图，如图2所示，包括蓄电池组4、交流电机驱动器1（含直流-直流变换电路125、直流滤波电路122、三相逆变电路123和控制器13）、交流电机2。首先，直流-直流变换电路125将蓄电池组波动的直流电压（如240V～360V）转换成稳定的直流电压（如500V），再由逆变电路123转换成三相交流电压（如360V），驱动交流电机2；上述直流-直流变换和逆变变换都是在控制器13的控制下完成的。 

如果蓄电池组的标称电压为288V，选用磷酸铁锂蓄电池，每节蓄电池的额定电压为3.2伏，则需要90节蓄电池串联，各节蓄电池的动态均衡十分困难，使电池组的容量难以有效发挥，而且限制了电池组的工作寿命，增大了电动汽车的使用成本；其中的交流电机2仅由一个电机驱动器1驱动，一旦电机驱动器1发生故障，往往会导致电动汽车中途停驶；尤为重要地是，较高电压的存在，提高了对车体的电气绝缘要求，还会降低电动汽车的电气安全性能。 

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种交流电机驱动器及传动装置，能够用多个输出功率较小的三相变频器驱动一个大功率交流电机，从而取代现有的“高压变频器+高压交流电机”驱动系统，以降低电机和变频器的成本，减少变频器的体积，提高系统寿命并且增强其运行的可靠性。 

本发明的另一个目的在于将本发明的交流电机驱动器及传动装置应用于电动汽车，可以显著提高电动汽车的电气安全性能及运行的可靠性，并且能够有效降低使用成本。