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一种多模态柔性切换的电机驱动器及拓扑切换控制方法
发布时间: 2022-07-19
基本信息
合作方式：
技术许可
成果类型：
发明专利
行业领域：
高端装备制造产业,制造业
成果介绍
本发明公开了一种多模态柔性切换的电机驱动器及拓扑切换控制方法，其包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管。通过控制切换电路中四个双向晶闸管的导通与关断，电机驱动器可以切换四种拓扑结构，分别对应三相半桥拓扑、三相四桥臂拓扑、单相反接的三相四桥臂拓扑和串联绕组拓扑。本发明的电机驱动器在不同的工况需求下，可以采用不同的拓扑结构，从而提升电机驱动器的控制自由度和容错能力，并实现电机工作区间的最大化。同时，所提出的柔性切换电路及其控制方法实现了四种拓扑的柔性切换，使电机驱动器切换拓扑的过程短暂迅速，不对电机的转速和转矩造成任何影响。
成果亮点
1、本发明所提出的多模态柔性切换的电机驱动器可以切换四种拓扑结构，不同的拓扑结构工作于不同的运行工况，从而发挥其最大的效益。在低速运行时，切换为三相半桥拓扑结构，输出最大转矩，降低运行损耗。在高速运行时，切换为三相串联绕组拓扑，扩大一倍的调速范围，提高可靠性和控制自由度。在桥臂或相绕组故障开路后，切换为三相四桥臂拓扑或单相反接的三相四桥臂拓扑，提供故障后容错运行能力。
2、所发明的单相反接的三相四桥臂拓扑作为拓扑切换时的中间拓扑时，直流电压利用率与三相半桥拓扑相同，使电机驱动器在极限运行工况下切换拓扑时，不产生转矩波动，实现了完全工况下的柔性拓扑切换。
3、本发明所提出的多模态柔性切换的电机驱动器成本低、体积小、触发电路简单，可靠性高，具有工业应用的前景。相比于只采用三相串联绕组拓扑，只增加了低成本的晶闸管切换电路，而可靠性、转矩输出能力和容错能力均有效提升。所提出的电机驱动器具有全电压电流控制自由度，因此适用于各类交流电机，包括永磁电机、感应电机和磁阻电机等等。
4、所发明的切换方法使四种拓扑结构间可以相互任意地柔性切换，利用两相电流的过零点，使切换过程短暂迅速，在切换过程中不
团队介绍
蒋栋2007年赴美国弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心（CPES）攻读博士学位，2010年随导师转学至美国田纳西大学，2011年底获得田纳西大学电气工程哲学博士学位。2012年1月加入美国联合技术公司研究中心（UTRC）担任高级研究科学家兼工程师。
主要研究方向：电力电子和运动控制技术。截至2021年7月，在此领域发表和录用100余篇学术论文，其中包括60余篇SCI索引的IEEE Transactions论文。获得40余项授权发明专利。蒋栋从2015年11月起担任SCI期刊IEEE Transaction on Industry Applications的编委（Associate Editor)。2016年5月入选国际电气电子工程师学会（IEEE）高级会员（Senior Member），2020年7月当选IET fellow。多次获得IEEE期刊与会议的最佳论文奖。2018年发起成立IEEE PELS武汉分会并担任首届主席。
课题组在大容量电力电子的电磁干扰抑制，电力传动和控制以及磁悬浮轴承等领域保持3-4项国家级纵向课题和近十项企业合作项目在研。
成果资料
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