[发明专利]一种相冗余型三相逆变器容错电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相冗余型三相逆变器容错电路及其控制方法，适用于高可靠性要求的三相逆变器驱动电机场合，属于电机控制技术领域。

背景技术

随着各种先进控制策略的出现，由三相逆变器控制的各种交流电机驱动系统，运行性能优良，在国民经济的各行各业获得广泛应用，但由于电力电子器件的脆弱性，其中的逆变器是系统中较易发生故障的薄弱环节。一旦逆变器发生故障，整个系统便丧失正常工作的能力，这在一般场合会影响生产的正常进行，带来经济损失，而在航空、军事等重要场合，将造成灾难性事故。因此研究三相逆变器的容错技术，避免因故障造成的电机驱动系统停机，具有重要的现实意义。

逆变器最常见的故障是功率管开路与短路故障，针对这两种故障，中国发明专利申请201110443907.1，公开了一种电动车辆用三相逆变器容错电路，它是将直流母线电容分为C1与C2两部分，在C1与C2的连接点处与电机三相绕组的出线端接了三个双向晶闸管，电机绕组的三相出线端与三相逆变桥臂的中点处各连接了一个熔断器，容错后系统重构为四开关三相运行方式。但是容错后的四开关三相逆变器，对电机三相绕组的控制不再对称，因此容错后输出功率只能降为正常运行系统的1/2，增加的直流母线电容设计容量要大大高于正常运行时的容量，而且由于容错后拓扑结构发生了改变，非零开关矢量不再是对称的六个矢量，而是长度不等的四个矢量，控制自由度降低，控制难度加大。

中国发明专利申请201310025041.1，公开了一种具有高容错能力的四相六桥臂逆变器，该逆变器采用四相半桥拓扑结构，每个桥臂输出端连接一相绕组，互差90°机械角度的两相绕组作为一组，每组再增加一个桥臂。中国发明专利申请201410063547.6，公开了一种四相无刷直流电机容错功率变换器，它包括五个逆变桥臂、六个双向晶闸管和十个熔断器，用于对四相永磁无刷直流电机和双凸极电机进行容错。但上述两个专利申请中电机及变换器均是多相的，而不是常规的三相，电路结构复杂，功率器件多，出现故障的机会也多，实现容错所需增加的功率器件多，控制较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种设计合理、功率器件数量和成本增加有限、性价比高、可靠性强的三相逆变器容错电路及其控制方法，实现对常见开路与短路故障的容错，且容错后保持原来性能不变，持续不间断运行。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种相冗余型三相逆变器容错电路，包括第一相桥臂、第二相桥臂、第三相桥臂，第四相桥臂和三个双向晶闸管；

所述第一相桥臂由第一熔断器、第一功率管、第二功率管和第二熔断器依次串联组成；第二相桥臂由第三熔断器、第三功率管、第四功率管和第四熔断器依次串联组成；第三相桥臂由第五熔断器、第五功率管、第六功率管和第六熔断器依次串联组成；第四相桥臂由第七功率管和第八功率管串联组成；所述四个桥臂的正极连接在一起，接直流电源正极，负极连接在一起，接直流电源负极；

前三相桥臂的中点分别接电机三相绕组出线端；第一～第八功率管的栅极均与电机控制器相连；

三个双向晶闸管分别接在前三相桥臂中点与第四相桥臂中点之间，与第四相桥臂一起构成前三相桥臂的冗余；三个双向晶闸管的控制极均与电机控制器相连。

一种相冗余型三相逆变器容错电路的控制方法，在相冗余型三相逆变器容错电路正常运行时，仅前三相桥臂给电机三相绕组供电，第四相桥臂和三个双向晶闸管不工作；当前三相桥臂中的某一相桥臂出现开路故障时，该故障相桥臂中的两个功率管停止运行，而与该故障相桥臂中点相连的双向晶闸管及第四相桥臂构成该相桥臂的冗余电路投入运行，实现容错控制；当前三相桥臂中的某一相桥臂出现短路故障时，该故障相桥臂中的熔断器因过流而熔断，短路故障转化为开路故障，通过上述的开路故障容错方法进行容错控制。

本发明的有益效果在于：其设计合理、功率器件数量和成本增加有限、性价比高，容错控制方法简便易行，且安全可靠。在相冗余型三相逆变器容错电路正常运行时，仅前三相桥臂运行，电机通过前三相桥臂共六个开关供电，为三相对称运行；当故障发生时，故障相被隔离，与该相桥臂中点相连实际也就是与相应相电机绕组相连的双向晶闸管及第四相桥臂投入运行，电机仍然为三相六开关供电的对称运行方式，各项性能指标和故障发生前一样，对电机绕组的接法没有限制，只要控制器把本来应发到故障相的开关驱动信号转发到第四相桥臂而已，控制简单，且安全可靠。

附图说明

图1为本发明的一种相冗余型三相逆变器容错电路；

图2为正常工作状态电路图；