一种具有容错功能的电机驱动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机驱动装置，特别涉及一种具有多种工作模式，具有容错功能，可实现对逆变器的保护的电机驱动装置。
【背景技术】
[0002]永磁电机功率密度高、效率高，因此广泛应用于航空、航天、军工和电动汽车等领域中。很多永磁电机驱动装置一方面要求低速大转矩，另一方面要求很宽的调速范围，也就是高速弱磁，同时还要求很高的可靠性，或者很好的容错性能。目前，多采用多相电机实现容错控制，提高驱动装置的可靠性，但是这种方法仅仅对有限的故障可以实现容错控制，并且难以进行故障的隔离，因此实用性比较差。
【发明内容】
[0003]本发明是克服目前的永磁电机驱动装置的高弱磁倍率和低速大转矩，以及高可靠性等问题，提出一种新的永磁电机驱动装置。本发明既可以满足低速运行时的大转矩需求，也可以实现宽调速范围；而且具有多种工作模式，可以实现多种故障的容错控制。
[0004]本发明具有容错功能的电机驱动装置，至少包含一个永磁电机、一个电池组、两个三相逆变器、一个预充电电路、一个短路装置、四个IGBT模块和一个电容。所述的第一三相逆变器包含第一 IGBT模块、第二 IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块和第六IGBT模块；所述的第二三相逆变器包含第i^一 IGBT模块、第十二 IGBT模块、第十三IGBT模块、第十四IGBT模块、第十五IGBT模块和第十六IGBT模块。所述的永磁电机包含第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组，六套绕组在定子中依次互错60度电角度排布，A和a、B和b、C和c、D和d、E和e、F和f分别为第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组的两端，因此第一绕组也称为绕组Aa，第二绕组也可称为绕组Bb，第三绕组也可称为绕组Ce，第四绕组也称为绕组Dd，第五绕组也可称为绕组Ee，第六绕组也可称为绕组Ff ;第一绕组的一端A、第三绕组的一端C、第五绕组的一端E与第一三相逆变器的交流输出相连接；第二绕组的一端B、第四绕组的一端D、第六绕组的一端F与第二三相逆变器的交流输出相连接。第一三相逆变器和第二三相逆变器的每一个交流输出端都安装有电流传感器。第一绕组的另一端a和第四绕组的另一端d连接，形成新的绕组AadD ;第二绕组的另一端b和第五绕组的另一端e连接，形成新的绕组BbeE ;第三绕组的另一端c和第六绕组的另一端f连接，形成新的绕组CcfF ;且第一绕组的另一端a和第四绕组的另一端d、第二绕组的另一端b和第五绕组的另一端e、第三绕组的另一端c和第六绕组的另一端f与短路装置中整流桥的三相交流输入端X、Y、Z连接在一起；短路装置包含整流桥和第十七IGBT模块，第十七IGBT模块的发射极和集电极分别和整流桥的正极和负极相连接，通过控制第十七IGBT模块的开通和关断，可以控制整流桥的交流输入侧的电路短路和开路，即实现整流桥的三相交流输入端X、Y、Z之间的短路和开路；第九IGBT模块的发射极和集电极分别和第一三相逆变器的母线正极和负极相连接；当第一三相逆变器不工作时，通过控制第九IGBT模块的开通和关断，可以控制第一绕组的一端A、第三绕组的一端C、第五绕组的一端E的短路和开路；第十IGBT模块的发射极和集电极分别和第二三相逆变器的母线正极和负极相连接；当第二三相逆变器不工作时，通过控制第十IGBT模块的开通和关断，可以控制第二绕组的一端B、第四绕组的一端D、第六绕组的一端F的短路和开路；电池组通过预充电电路和电容并联；电容通过第七IGBT模块与第一三相逆变器并联；电容通过第八IGBT模块与第二三相逆变器并联。
[0005]当本发明电机驱动装置工作在第一模式时，第七IGBT模块和第八IGBT模块开通，第九IGBT模块和第十IGBT模块关断，预充电电路给电容充电并闭合，短路装置的第十七IGBT模块关断，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，每一套绕组的两端都与一个三相逆变器的一个桥臂相连，此时本发明构成一个三相H桥控制的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器和第二三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，绕组AadD、CcfF, BbeE构成三套绕组相互独立，因此仅需其中两套即可实现电机的平稳运行，因此三套绕组中的任意一套绕组出现开路或对地短路故障，都可以通过调整第一三相逆变器和第二三相逆变器的控制算法，通过控制剩余两套绕组实现故障容错控制，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。这种模式尤其适用于第一绕组和第四绕组同时出现故障，或者第二绕组和第五绕组同时出现故障，或者第三绕组和第六绕组同时出现故障的情况。
[0006]当本发明所述的电机驱动装置工作在第二模式时，第七IGBT模块和第八IGBT模块开通，第九IGBT模块和第十IGBT模块关断，预充电电路给电容充电并闭合，短路装置的第十七IGBT模块闭合，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组构成六套独立绕组，六套绕组的一端A、B、C、D、E、F分别与两个三相逆变器中的一个桥臂相连，六套绕组的另一端a、b、c、d、e、f连接在一起，此时本发明装置构成一个六相星接电机的电机驱动装置，通过协调控制第一三相逆变器和第二三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组构成一个六相星接电机，因此仅需其中三套绕组即可实现电机的平稳运行，因此六套绕组中的三套和三套以下的绕组出现故障，都可以通过调整第一三相逆变器和第二三相逆变器的控制算法，通过控制剩余绕组实现故障容错控制，此时转矩或功率的输出能力会有所降低。但是上述的故障情况不包含第一绕组和第四绕组同时出现故障，或者第二绕组和第五绕组同时出现故障，或者第三绕组和第六绕组同时出现故障的情况。
[0007]当本发明所述的电机驱动装置工作在第三模式时，预充电电路给电容充电并闭合；第七IGBT模块开通，第九IGBT模块关断；第八IGBT模块关断，第十IGBT模块开通，第二三相逆变器不工作，即第二三相逆变器的第i^一 IGBT模块、第十二 IGBT模块、第十三IGBT模块、第十四IGBT模块、第十五IGBT模块和第十六IGBT模块全部关断；短路装置的第十七IGBT模块关断，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF, BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端A、C、E与第一三相逆变器相连，三套绕组的另一端B、D、F连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第二三相逆变器不工作，因此适用于第二三相逆变器出现故障，但是六个IGBT模块的反并联二极管正常的情况，如六个IGBT中的一个或者多个出现故障，六个反并联二极管正常时；都可以通过第一三相逆变器控制永磁电机平稳运行，且此时的输出性能与正常工作时相同。
[0008]当本发明所述的电机驱动装置工作在第四模式时，预充电电路给电容充电并闭合；第七IGBT模块关断，第九IGBT模块开通；第八IGBT模块开通，第十IGBT模块关断，第一三相逆变器不工作，即第一 IGBT模块、第二 IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块和第六IGBT模块全部关断；短路装置的第十七IGBT模块关断，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端开路，绕组AadD、CcfF、BbeE构成三套独立绕组，三套绕组的一端B、D、F与第二三相逆变器相连，三套绕组的另一端A、C、E连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第二三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作。在这种模式下，第一三相逆变器不工作，因此适用于第一三相逆变器出现故障，但是六个IGBT模块的反并联二极管正常的情况，如六个IGBT中的一个或者多个出现故障，六个反并联二极管正常时；都可以通过第二三相逆变器控制永磁电机平稳运行，且此时的输出性能与正常工作时相同。
[0009]当本发明所述的电机驱动装置工作在第五模式时，预充电电路给电容充电并闭合；第七IGBT模块开通，第九IGBT模块关断；第八IGBT模块关断，第十IGBT模块关断，第二三相逆变器不工作，即第i^一 IGBT模块、第十二 IGBT模块、第十三IGBT模块、第十四IGBT模块、第十五IGBT模块和第十六IGBT模块全部关断；短路装置的第十七IGBT模块开通，整流桥的三相交流输入端X、Y、Z三端短路，第一绕组、第三绕组、第五绕组构成三套独立绕组，三套绕组的一端A、C、E与第一三相逆变器相连，三套绕组的另一端a、c、e连接在一起，此时本发明装置构成一个三相星接电机的电机驱动装置，通过控制第一三相逆变器可以实现电机驱动装置的正常工作，第二绕组、第四绕组和第六绕组不工作。在这种模式下，第二三相逆变器不工作，因此适用于第二三相逆变器出现故障的情况，可