一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，首先構(gòu)建一個容錯逆變器電路，該電路包括九個功率場效應管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9，四個電阻R1、R2、R3、R4，兩個電容C1、C2，其中功率場效應管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6構(gòu)成六開關(guān)三相逆變器，電阻R3、R4構(gòu)成逆變器開路故障檢測電路，功率場效應管Q7、Q8、Q9和電容C1、C2，電阻R1、R2構(gòu)成容錯逆變器硬件冗余電路；然后，通過電阻R3、R4之間公共點的電壓值與預期電壓值比較，獲取故障信息，完成逆變器中功率場效應管開路故障檢測、故障定位和故障隔離；最后，根據(jù)故障類型，相應選擇功率場效應管Q7或Q8或Q9工作，實現(xiàn)逆變器拓撲的重構(gòu)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)逆變器故障檢測、故障定位、故障隔離、逆變器拓撲重構(gòu)，能夠在逆變器發(fā)生故障后，通過重構(gòu)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)使電機保持正常運行狀態(tài)，提高電機運行的穩(wěn)定性與安全性。
【專利說明】一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無刷直流電機驅(qū)動【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及無刷直流電機逆變器的故障檢測、故障定位和拓撲重構(gòu)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂容錯是指系統(tǒng)在某些部件發(fā)生故障的情況下，仍能按原定性能指標或性能指標降低至可接受范圍情況下安全地完成任務。
[0003]逆變器在電機驅(qū)動系統(tǒng)應用最為廣泛。在軍事、航空航天、汽車領(lǐng)域、石油化工行業(yè)、水泥行業(yè)、抽水站等工業(yè)應用存在對安全性關(guān)鍵特殊應用如轉(zhuǎn)向、線控制、變速控制等各種電機驅(qū)動裝置。在這些應用中驅(qū)動裝置的穩(wěn)定運行是至高無尚的重要，非常需要確保系統(tǒng)的連續(xù)運行。針對無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)功率逆變器中的功率開關(guān)器件是發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，為提高系統(tǒng)可靠性和安全性，保障系統(tǒng)的容錯能力，常采用功率變換器的多余度冗余設(shè)計及相應的容錯控制方法，即在診斷出系統(tǒng)故障后，通過在線重構(gòu)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)并采取相應的控制來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和盡可能地恢復系統(tǒng)故障前的性能，以確保故障后系統(tǒng)具有一定的執(zhí)行能力。
[0004]目前無刷直流電機容錯逆變器中故障診斷的方法主要有基于功率開關(guān)管參數(shù)分析，通過傳感器測量每一個開關(guān)管的源漏電壓、電流或者門極電壓，結(jié)合功率開關(guān)管當前狀態(tài)診斷故障，這種方法電壓、電流參數(shù)測量困難，傳感器數(shù)量大，成本高；別一種是基于輸出相電壓，電流參數(shù)分析，通過傳感器測量功率變換器的輸出相電壓和相電流，結(jié)合功率變換器的狀態(tài)進行故障診斷，這種方法故障診斷算法復雜，診斷時間長。目前以電容中點鉗位的六開關(guān)三相容錯逆變器采用雙向晶閘管連接兩個電容中點，且隔離故障功率管所在相的上下兩個功率管，這樣導致功率管利用率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，能夠簡便地進行故障檢測與故障定位，合理重構(gòu)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)提升功率場效應管的使用率。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]1、一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，其特征包括以下步驟:
[0008](I)構(gòu)建一種無刷直流電機容錯逆變器電路，其特征在于，包括功率場效應管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6構(gòu)成的六開關(guān)三相逆變器，電阻R3、R4構(gòu)成的逆變器開路故障檢測電路，功率場效應管Q7、Q8、Q9，電容Cl、C2和電阻Rl、R2構(gòu)成的容錯逆變器硬件冗余電路；
[0009](2)采集步驟⑴所述故障檢測電路中電阻R3和電阻R4公共點的電壓信號，獲取電機中心點電壓，判斷所測電機中心點電壓瞬態(tài)值是否超過設(shè)定預期值，如果超出，表示所述六開關(guān)三盯逆變器有開路故障并進行故障定位，進入步驟(3)，如果沒有超出，表示沒故障，逆變器不需拓撲重構(gòu)，直接退出；[0010](3)通過步驟(2)的故障定位，根據(jù)不同故障類型，相應地將步驟(1)所述的功率場效應管Ql或Q2或Q3或Q4或Q5或Q6中有故障的功率場效應管進行故障隔離；
[0011](4)根據(jù)步驟(3)的故障隔離功率場效應管，從步驟⑴所述的Q7、Q8、Q9中選擇一個功率場效應管代替步驟(3)所隔離的故障功率場效應管，實現(xiàn)逆變器拓撲重構(gòu)。
[0012]2、根據(jù)所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，步驟(1)的故障檢測電路，電阻R3 —端與電機中心點連接，另一端與電阻R4連接，連接點為d，電阻R4另一端與地連接；
[0013]3、根據(jù)所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，步驟(1)的容錯逆變器硬件冗余電路，電阻Rl、R2分別與電容Cl、C2并聯(lián)，電容Cl、C2串聯(lián)，功率場效應管Q7、Q8、Q9—端分別與電機三相繞組中的一相連接，另一端連接電容C1、C2串聯(lián)的公共點m。為了更好平衡m點電壓，減少電機輸出轉(zhuǎn)矩脈動，由電阻Rl和電阻R2對m點電壓鉗位，電阻Rl與電阻R2的阻值關(guān)系為R1=R2，電容Cl和電容C2的容值關(guān)系為C1=C2。
[0014]4、根據(jù)所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，步驟(1)的容錯逆變器硬件冗余電路，Q7、Q8、Q9為全控性功率場效應管，通過控制所述全控性功率場效應管Q7、Q8、Q9的導通或關(guān)閉實現(xiàn)逆變器拓撲重構(gòu)，得到相應故障所對應的逆變器結(jié)構(gòu)。
[0015]5、根據(jù)所述的一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，步驟⑵中直接以電機中心點電壓瞬態(tài)值進行逆變器開路故障檢測與定位。為了采集電機中心點電壓并將其電壓值降低，通過所述電阻R3與電阻R4對電機中心點電壓分壓，采集電阻R3和電阻R4的公共連接點d的電壓為故障特征量進行故障檢測與定位，d點電壓Ud和電機中心點η的電
壓Un關(guān)系為
【權(quán)利要求】
1.一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，其特征包括以下步驟: (1)構(gòu)建一種無刷直流電機容錯逆變器電路，其特征在于，包括功率場效應管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6構(gòu)成的六開關(guān)三相逆變器，電阻R3、R4構(gòu)成的逆變器開路故障檢測電路，功率場效應管Q7、Q8、Q9和電容Cl、C2，電阻Rl、R2構(gòu)成的容錯逆變器硬件冗余電路； (2)采集步驟(I)所述故障檢測電路中電阻R3和電阻R4公共點的電壓信號，獲取電機中心點電壓，判斷所測電機中心點電壓值是否超過設(shè)定預期值，如果超出，表示所述六開關(guān)三相逆變器有開路故障并進行故障定位，進入步驟(3)，如果沒有超出，表示沒故障，逆變器不需拓撲重構(gòu)，直接退出； (3)通過步驟(2)的故障定位，根據(jù)不同故障類型，相應地將步驟(I)所述的功率場效應管Ql或Q2或Q3或Q4或Q5或Q6中有故障的功率場效應管進行故障隔離； (4)根據(jù)步驟(3)被隔離的故障功率場效應管，從步驟(I)所述的Q7、Q8、Q9中選擇一個功率場效應管代替步驟(3)所隔離的故障功率場效應管，實現(xiàn)逆變器拓撲重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，步驟(I)的逆變器開路故障檢測電路，其特征在于，電阻R3 —端與電機中心點連接，另一端與電阻R4連接，連接點為d，電阻R4另一端與地連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，步驟(I)的容錯逆變器硬件冗余電路，其特征在于，電阻R1、R2分別與電容C1、C2并聯(lián)，電容C1、C2串聯(lián)，功率場效應管Q7、Q8、Q9 —端分別與電機三相繞組中的一相連接，另一端連接到電容C1、C2串聯(lián)的公共點m，電阻Rl與電阻R2的阻值關(guān)系為R1=R2，電容Cl和電容C2的容值關(guān)系為C1=C2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，步驟(I)的容錯逆變器硬件冗余電路，其特征在于，Q7、Q8、Q9為全控性功率場效應管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，其特征在于，步驟(2)中直接以電機中心點電壓值進行逆變器開路故障檢測與定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機容錯逆變器的拓撲重構(gòu)方法，其特征在于，步驟(3)只單獨隔離有故障的功率場效應管。
【文檔編號】G01R31/02GK103825505SQ201410058722
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】王友仁, 蔡志端, 王強 申請人:太倉航創(chuàng)自動化科技有限公司