開(kāi)放式繞組電機(jī)變結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種變結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹?br>【背景技術(shù)】
[0002]在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)普遍采用三相全橋結(jié)構(gòu)，即六個(gè)功率管組成3個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂的中間點(diǎn)連接電機(jī)的每相繞組端子。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是功率器件數(shù)量少、體積小、成本低，但是其缺點(diǎn)也是非常明顯，只有其中一個(gè)功率管發(fā)生故障，由于受三相電流之和為零的約束，其他的5個(gè)功率管也就沒(méi)法正常工作，因此這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)靈活性、不能進(jìn)行故障后重構(gòu)。
[0003]在開(kāi)放式繞組電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)器一般采用獨(dú)立H橋結(jié)構(gòu)，即每相繞組的兩個(gè)端子全部引出電機(jī)外部，并由四個(gè)功率管組成的獨(dú)立H橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，這樣在某個(gè)功率管發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響其他功率管的正常工作，同時(shí)在控制策略上進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)控制其他正常相的電流輸出，可以彌補(bǔ)故障相的功率缺失。但是，這種獨(dú)立H橋結(jié)構(gòu)克服了三相全橋結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，具有一定的靈活性且能夠進(jìn)行故障重構(gòu)，但是，其結(jié)構(gòu)是固定不變的，不能更好地滿足電機(jī)系統(tǒng)的寬范圍使用要求，比如高速、低速、輕載、重載、故障等工況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:提供一種高可靠性、可適應(yīng)不同工況的開(kāi)放式繞組電機(jī)變結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹?br>[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:開(kāi)放式繞組電機(jī)變結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)?，包括H橋組、電源開(kāi)關(guān)組和電源組;假設(shè)開(kāi)放式繞組電機(jī)相數(shù)為2 XN時(shí)，其中N 2 2;
[0006]則，電源組包括N個(gè)直流功率電源，每個(gè)直流功率電源有輸出正和輸出負(fù)兩個(gè)端子;電源開(kāi)關(guān)組包括4N個(gè)功率開(kāi)關(guān);所述H橋組包括4 X 2 X N個(gè)功率管，組成2 X N個(gè)H橋;每個(gè)H橋以開(kāi)放式繞組電機(jī)為界區(qū)分左、右兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由兩個(gè)功率管的漏極和源極串聯(lián)在一起構(gòu)成，該漏極和源極之間設(shè)有接線端子，接線端子與開(kāi)放式繞組電機(jī)的繞組的端子連接;其中與開(kāi)放式繞組電機(jī)的兩相繞組端子連接的兩個(gè)H橋?yàn)橐唤M，由同一個(gè)直流功率電源供電，一組H橋左右兩側(cè)橋臂分別并聯(lián)，并聯(lián)后漏極一端接一個(gè)功率開(kāi)關(guān)后接入對(duì)應(yīng)直流功率電源的輸出正端子，并聯(lián)后源極一端接一個(gè)功率開(kāi)關(guān)后接入對(duì)應(yīng)直流供電電源的輸出負(fù)端子，上述所有功率管及功率開(kāi)關(guān)的柵極作為控制端。
[0007]當(dāng)需要變結(jié)構(gòu)時(shí)，關(guān)閉由同一個(gè)直流功率電源供電的兩個(gè)H橋左右兩側(cè)任意一側(cè)的功率開(kāi)關(guān)，并關(guān)閉同側(cè)并聯(lián)兩個(gè)橋臂中位于上部或者下部的兩個(gè)功率管，另外兩個(gè)功率管處于常開(kāi)狀態(tài)，將兩相繞組進(jìn)行串聯(lián)，從而將由2 XN個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)的2 XN相電機(jī)串聯(lián)成由N個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)的新N相電機(jī)。
[0008]當(dāng)某個(gè)繞組或者功率管發(fā)生故障時(shí)，關(guān)閉發(fā)生故障繞組或者功率管所在H橋上的所有功率管。
[0009]關(guān)閉同一個(gè)直流功率電源供電的所有H橋，保留至少一個(gè)直流功率電源供電的一組H橋工作，實(shí)現(xiàn)輕載模式。
[0010]關(guān)閉每個(gè)同一直流功率電源供電2個(gè)H橋中的一個(gè)H橋，實(shí)現(xiàn)輕載模式。
[0011]當(dāng)某個(gè)繞組或者功率管發(fā)生故障時(shí)，關(guān)閉發(fā)生故障繞組或者功率管所在H橋上的所有功率管。
[0012]所述的電源組根據(jù)實(shí)際可靠性需求，以及空間、體積與重量限制，可以采用I個(gè)電源，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)上述N個(gè)直流功率電源的功能。
[0013]所述的電源組根據(jù)實(shí)際可靠性需求，以及空間、體積與重量限制，可以采用2個(gè)并聯(lián)的電源，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)上述N個(gè)直流功率電源的功能。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為:
[0015](I)根據(jù)本發(fā)明的可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動(dòng)拓?fù)?，根?jù)不同的工況需求，可以變換驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得開(kāi)放式繞組電機(jī)達(dá)到不同的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)電機(jī)可以滿足多種工況需求，相比多電機(jī)+離合器進(jìn)行速度或力矩耦合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，同時(shí)消除了機(jī)械耦合器的體積、重量、振動(dòng)和噪聲源，而且省去了機(jī)械維護(hù)等，能夠有效地提高電機(jī)系統(tǒng)功率密度、電機(jī)與功率器件使用率，降低系統(tǒng)重量和體積。另外，相比普通H橋驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還具有很強(qiáng)的故障容錯(cuò)能力和在線變結(jié)構(gòu)能力，可以根據(jù)不同的工況需求，實(shí)現(xiàn)非常靈活的結(jié)構(gòu)變換，從而提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。
[0016](2)本發(fā)明根據(jù)實(shí)際可靠性需求，以及空間、體積與重量限制，可以采用I個(gè)或者2個(gè)或者N個(gè)電源，應(yīng)用靈活。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的2XN相變結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的架構(gòu)圖；
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明的六相變結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的架構(gòu)圖；
[0019]圖3為應(yīng)用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，一種開(kāi)放式繞組電機(jī)變結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拓?fù)?，包括H橋組40、電源開(kāi)關(guān)組50和電源組60;假設(shè)開(kāi)放式繞組電機(jī)相數(shù)為2 XN時(shí)，其中N 2 2;
[0022]則，電源組60包括N個(gè)直流功率電源61，每個(gè)直流功率電源61有輸出正和輸出負(fù)兩個(gè)端子；電源開(kāi)關(guān)組50包括4N個(gè)功率開(kāi)關(guān)51;所述H橋組40包括4 X 2 X N個(gè)功率管41，組成2XN個(gè)H橋42;每個(gè)H橋以開(kāi)放式繞組電機(jī)為界區(qū)分左、右兩個(gè)橋臂45，每個(gè)橋臂由兩個(gè)功率管的漏極和源極串聯(lián)在一起構(gòu)成，該漏極和源極之間設(shè)有接線端子43，接線端子與開(kāi)放式繞組電機(jī)的繞組的端子連接;其中與開(kāi)放式繞組電機(jī)的相鄰兩相繞組端子連接的兩個(gè)H橋?yàn)橐唤M，由同一個(gè)直流功率電源供電，一組H橋左右兩側(cè)橋臂分別并聯(lián)，并聯(lián)后漏極一端接一個(gè)功率開(kāi)關(guān)后接入對(duì)應(yīng)直流功率電源的輸出正端子，并聯(lián)后源極一端接一個(gè)功率開(kāi)關(guān)后接入對(duì)應(yīng)直流供電電源的輸出負(fù)端子，上述所有功率管及功率開(kāi)關(guān)的柵極作為控制端。
[0023]根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)可靠性需求，以及空間、體積與重量限制，可將N個(gè)所述直流功率電源61配置為I個(gè)，2個(gè)或多個(gè)。
[0024]當(dāng)需要變結(jié)構(gòu)時(shí)，關(guān)閉由同一個(gè)直流功率電源供電的相鄰兩個(gè)H橋左右兩側(cè)任意一側(cè)的功率開(kāi)關(guān)，并關(guān)閉同側(cè)并聯(lián)兩個(gè)橋臂中位于上部或者下部的兩個(gè)功率管，另外兩個(gè)功率管處于常開(kāi)狀態(tài)，將兩相繞組進(jìn)行串聯(lián)，從而將由2XN個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)的2XN相電機(jī)串聯(lián)成由N個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)的新N相電機(jī)。
[0025]關(guān)閉同一個(gè)直流功率電源供電的所有H橋，保留至少一個(gè)直流功率電源供電的一組H橋工作，實(shí)現(xiàn)輕載模式。
[0026]關(guān)閉每個(gè)同一直流功率電源供電2個(gè)H橋中的一個(gè)H橋，實(shí)現(xiàn)輕載模式。
[0027]當(dāng)某個(gè)繞組或者功率管發(fā)生故障時(shí)，關(guān)閉發(fā)生故障繞組或者功率管所在H橋上的所有功率管。
[0028]圖3為本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用在開(kāi)放式繞組電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的架構(gòu)，具體包括控制器10、信號(hào)隔離20、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)30、本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(H橋組40、電源開(kāi)關(guān)組50和電源組60);
[0029]控制器10發(fā)送驅(qū)動(dòng)拓?fù)渥兘Y(jié)構(gòu)控制指令給功率開(kāi)關(guān)51，所述功率開(kāi)關(guān)51將由同一個(gè)直流功率電源供電的相鄰兩個(gè)H橋左右兩側(cè)任意一側(cè)的功率開(kāi)關(guān)關(guān)閉，并關(guān)閉同側(cè)并聯(lián)兩個(gè)橋臂中位于上部或者下部的兩個(gè)功率管，另外兩個(gè)功率管處于常開(kāi)狀態(tài)，這樣處于常開(kāi)狀態(tài)的兩個(gè)所述功率管41相當(dāng)于導(dǎo)線，從而實(shí)現(xiàn)將兩個(gè)繞組進(jìn)行串聯(lián)，從而將由2XN個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)的2 X N相電機(jī)串聯(lián)成由N個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)的新N相電機(jī)。
[0030]信號(hào)隔離20設(shè)有與控制器10相連的輸入端，還設(shè)有與后續(xù)功率驅(qū)動(dòng)30相連的輸出端，用于將控制器10輸出的變結(jié)構(gòu)控制或者驅(qū)動(dòng)控制數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與功率信號(hào)相互隔離的功能，保護(hù)控制器10免受功率信號(hào)的干擾；
[0031]功率驅(qū)動(dòng)30設(shè)有與信號(hào)隔離20