[发明专利]具有高容错能力的六相八桥臂逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及具有高容错能力的六相八桥臂逆变器，属于电机控制领域。

背景技术

六相永磁同步电机由于相数冗余，具有容错运行能力，适用于多电飞机、纯电动车、电力推进舰船等对驱动电机可靠性要求较高的应用场合。采用六相半桥(如附图1所示)驱动的六相永磁同步电机，当发生绕组开路或开关器件开路故障时，剩余绕组电流和仍需保持为零，即电流零序分量不可控，不能发挥电机的最大输出能力，容错控制上存在瓶颈。而采用级联/全桥逆变器结构时(如附图2所示)，开关器件的数量、成本加倍，不易为实际应用所接受。

为解决上述问题，可采用了六相七桥臂逆变器拓扑结构(如附图3所示)，增加一个桥臂后，理论上各相绕组电流互不约束，电机的零序分量变为可控，有利于灵活地实施容错控制。该结构对于绕组开路、开关器件开路故障具有较好的容错控制效果。但是，在开关器件短路故障下，电机的容错能力受到有很大限制。即，所增加的桥臂中任何一个开关器件发生短路故障时，无论采用何种PWM控制方式，所有绕组电流都将变成直流，电机无法运行。简而言之，六相七桥臂的逆变器拓扑结构存在很大风险，可能因为一个开关器件的短路而导致电机无法运行。另外，当采用六相七桥臂结构时，为了适应对不同故障下电流零序分量的控制，所增加的桥臂的功率器件的电流等级变化范围较大。

发明内容

本发明目的是为了解决采用现有六相七桥臂的逆变器拓扑结控制六相永磁同步电机存在很大风险，可能因为一个开关器件的短路而导致电机无法运行的问题，提供了一种具有高容错能力的六相八桥臂逆变器。

本发明所述具有高容错能力的六相八桥臂逆变器，它包括六相半桥拓扑结构，所述六相半桥拓扑结构由12个功率开关管和直流电源U_dc1构成，所述六相半桥拓扑结构的每个桥臂输出端连接六相永磁同步电机的一相绕组的一端，六相永磁同步电机的A相绕组L_a、B相绕组L_b、C相绕组L_c、D相绕组L_d、E相绕组L_e和F相绕组L_f沿圆周依次排列，A相绕组L_a和B相绕组L_b机械角度相差30°，B相绕组L_b和C相绕组L_c机械角度相差90°，C相绕组L_c和D相绕组L_d机械角度相差30°，D相绕组L_d和E相绕组L_e机械角度相差90°，E相绕组L_e和F相绕组L_f机械角度相差30°，F相绕组L_f和A相绕组L_a机械角度相差90°；

具有高容错能力的六相八桥臂逆变器还包括由直流电源U_dc2和4个功率开关管构成的两相半桥拓扑结构；A相双向导通二极管D_a、B相双向导通二极管D_b、C相双向导通二极管D_c、D相双向导通二极管D_d、E相双向导通二极管D_e、F相双向导通二极管D_f、第一故障隔离双向导通二极管D₁和第二故障隔离双向导通二极管D₂，

直流电源U_dc1和直流电源U_dc2并联，所述两相半桥拓扑结构具有两相桥臂，分别为第一桥臂和第二桥臂，

六相永磁同步电机的A相绕组L_a的另一端与A相双向导通二极管D_a的一端相连，

六相永磁同步电机的C相绕组L_c的另一端与C相双向导通二极管D₄的一端相连，

六相永磁同步电机的E相绕组L_e的另一端与E相双向导通二极管D_e的一端相连，

A相双向导通二极管D_a的另一端、C相双向导通二极管D_c的另一端和E相双向导通二极管D_e的另一端都与第一故障隔离双向导通二极管D₁的一端相连，

第一故障隔离双向导通二极管D₁的另一端与第一桥臂的输出端相连；

六相永磁同步电机的B相绕组L_b的另一端与B相双向导通二极管D_b的一端相连，