一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法
【专利摘要】本发明公开了一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，首先构建一个容错逆变器电路，该电路包括九个功率场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9，四个电阻R1、R2、R3、R4，两个电容C1、C2，其中功率场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6构成六开关三相逆变器，电阻R3、R4构成逆变器开路故障检测电路，功率场效应管Q7、Q8、Q9和电容C1、C2，电阻R1、R2构成容错逆变器硬件冗余电路；然后，通过电阻R3、R4之间公共点的电压值与预期电压值比较，获取故障信息，完成逆变器中功率场效应管开路故障检测、故障定位和故障隔离；最后，根据故障类型，相应选择功率场效应管Q7或Q8或Q9工作，实现逆变器拓扑的重构。本发明能够实现逆变器故障检测、故障定位、故障隔离、逆变器拓扑重构，能够在逆变器发生故障后，通过重构逆变器拓扑结构使电机保持正常运行状态，提高电机运行的稳定性与安全性。
【专利说明】一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无刷直流电机驱动【技术领域】，具体涉及无刷直流电机逆变器的故障检测、故障定位和拓扑重构技术。
【背景技术】
[0002]所谓容错是指系统在某些部件发生故障的情况下，仍能按原定性能指标或性能指标降低至可接受范围情况下安全地完成任务。
[0003]逆变器在电机驱动系统应用最为广泛。在军事、航空航天、汽车领域、石油化工行业、水泥行业、抽水站等工业应用存在对安全性关键特殊应用如转向、线控制、变速控制等各种电机驱动装置。在这些应用中驱动装置的稳定运行是至高无尚的重要，非常需要确保系统的连续运行。针对无刷直流电机驱动系统功率逆变器中的功率开关器件是发生故障的薄弱环节，为提高系统可靠性和安全性，保障系统的容错能力，常采用功率变换器的多余度冗余设计及相应的容错控制方法，即在诊断出系统故障后，通过在线重构逆变器的拓扑结构并采取相应的控制来维持系统的稳定性和尽可能地恢复系统故障前的性能，以确保故障后系统具有一定的执行能力。
[0004]目前无刷直流电机容错逆变器中故障诊断的方法主要有基于功率开关管参数分析，通过传感器测量每一个开关管的源漏电压、电流或者门极电压，结合功率开关管当前状态诊断故障，这种方法电压、电流参数测量困难，传感器数量大，成本高；别一种是基于输出相电压，电流参数分析，通过传感器测量功率变换器的输出相电压和相电流，结合功率变换器的状态进行故障诊断，这种方法故障诊断算法复杂，诊断时间长。目前以电容中点钳位的六开关三相容错逆变器采用双向晶闸管连接两个电容中点，且隔离故障功率管所在相的上下两个功率管，这样导致功率管利用率不高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明提供一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，能够简便地进行故障检测与故障定位，合理重构逆变器拓扑结构提升功率场效应管的使用率。
[0006]为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现:
[0007]1、一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，其特征包括以下步骤:
[0008](I)构建一种无刷直流电机容错逆变器电路，其特征在于，包括功率场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6构成的六开关三相逆变器，电阻R3、R4构成的逆变器开路故障检测电路，功率场效应管Q7、Q8、Q9，电容Cl、C2和电阻Rl、R2构成的容错逆变器硬件冗余电路；
[0009](2)采集步骤⑴所述故障检测电路中电阻R3和电阻R4公共点的电压信号，获取电机中心点电压，判断所测电机中心点电压瞬态值是否超过设定预期值，如果超出，表示所述六开关三盯逆变器有开路故障并进行故障定位，进入步骤(3)，如果没有超出，表示没故障，逆变器不需拓扑重构，直接退出；[0010](3)通过步骤(2)的故障定位，根据不同故障类型，相应地将步骤(1)所述的功率场效应管Ql或Q2或Q3或Q4或Q5或Q6中有故障的功率场效应管进行故障隔离；
[0011](4)根据步骤(3)的故障隔离功率场效应管，从步骤⑴所述的Q7、Q8、Q9中选择一个功率场效应管代替步骤(3)所隔离的故障功率场效应管，实现逆变器拓扑重构。
[0012]2、根据所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，步骤(1)的故障检测电路，电阻R3 —端与电机中心点连接，另一端与电阻R4连接，连接点为d，电阻R4另一端与地连接；
[0013]3、根据所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，步骤(1)的容错逆变器硬件冗余电路，电阻Rl、R2分别与电容Cl、C2并联，电容Cl、C2串联，功率场效应管Q7、Q8、Q9—端分别与电机三相绕组中的一相连接，另一端连接电容C1、C2串联的公共点m。为了更好平衡m点电压，减少电机输出转矩脉动，由电阻Rl和电阻R2对m点电压钳位，电阻Rl与电阻R2的阻值关系为R1=R2，电容Cl和电容C2的容值关系为C1=C2。
[0014]4、根据所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，步骤(1)的容错逆变器硬件冗余电路，Q7、Q8、Q9为全控性功率场效应管，通过控制所述全控性功率场效应管Q7、Q8、Q9的导通或关闭实现逆变器拓扑重构，得到相应故障所对应的逆变器结构。
[0015]5、根据所述的一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，步骤⑵中直接以电机中心点电压瞬态值进行逆变器开路故障检测与定位。为了采集电机中心点电压并将其电压值降低，通过所述电阻R3与电阻R4对电机中心点电压分压，采集电阻R3和电阻R4的公共连接点d的电压为故障特征量进行故障检测与定位，d点电压Ud和电机中心点η的电
压Un关系为
【权利要求】
1.一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，其特征包括以下步骤: (1)构建一种无刷直流电机容错逆变器电路，其特征在于，包括功率场效应管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6构成的六开关三相逆变器，电阻R3、R4构成的逆变器开路故障检测电路，功率场效应管Q7、Q8、Q9和电容Cl、C2，电阻Rl、R2构成的容错逆变器硬件冗余电路； (2)采集步骤(I)所述故障检测电路中电阻R3和电阻R4公共点的电压信号，获取电机中心点电压，判断所测电机中心点电压值是否超过设定预期值，如果超出，表示所述六开关三相逆变器有开路故障并进行故障定位，进入步骤(3)，如果没有超出，表示没故障，逆变器不需拓扑重构，直接退出； (3)通过步骤(2)的故障定位，根据不同故障类型，相应地将步骤(I)所述的功率场效应管Ql或Q2或Q3或Q4或Q5或Q6中有故障的功率场效应管进行故障隔离； (4)根据步骤(3)被隔离的故障功率场效应管，从步骤(I)所述的Q7、Q8、Q9中选择一个功率场效应管代替步骤(3)所隔离的故障功率场效应管，实现逆变器拓扑重构。
2.根据权利要求1所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，步骤(I)的逆变器开路故障检测电路，其特征在于，电阻R3 —端与电机中心点连接，另一端与电阻R4连接，连接点为d，电阻R4另一端与地连接。
3.根据权利要求1所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，步骤(I)的容错逆变器硬件冗余电路，其特征在于，电阻R1、R2分别与电容C1、C2并联，电容C1、C2串联，功率场效应管Q7、Q8、Q9 —端分别与电机三相绕组中的一相连接，另一端连接到电容C1、C2串联的公共点m，电阻Rl与电阻R2的阻值关系为R1=R2，电容Cl和电容C2的容值关系为C1=C2。
4.根据权利要求1所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，步骤(I)的容错逆变器硬件冗余电路，其特征在于，Q7、Q8、Q9为全控性功率场效应管。
5.根据权利要求1所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，其特征在于，步骤(2)中直接以电机中心点电压值进行逆变器开路故障检测与定位。
6.根据权利要求1所述一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法，其特征在于，步骤(3)只单独隔离有故障的功率场效应管。
【文档编号】G01R31/02GK103825505SQ201410058722
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】王友仁, 蔡志端, 王强 申请人:太仓航创自动化科技有限公司