專利名稱：支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及矩陣式變換器的故障保護方法及電路，屬于交流電能變換技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
如圖1所示，矩陣式變換器101是一種交流一交流的直接電能變換裝置，由9個雙向開關(guān)構(gòu)成，沒有中間大電容直流環(huán)節(jié)。9個雙向開關(guān)以3×3的矩陣形式聯(lián)接三相輸入和三相輸出，故取名矩陣式變換器。其中雙向開關(guān)102由兩個帶快速恢復(fù)二極管的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)反串連組成，兩個IGBT常用共射極聯(lián)接，當然也可用共集電極聯(lián)接。通過對矩陣式變換器中9個雙向開關(guān)的通斷控制，可以實現(xiàn)幅值和頻率均可變的輸出電壓，從而驅(qū)動交流電機運行。矩陣式變換器的電源側(cè)接有低通濾波器100，由電感Lf、電容Cf、電阻Rd組成，用于抑制矩陣式變換器輸入電流中的開關(guān)毛刺，從而使電源免受高頻諧波的干擾。由于矩陣式變換器的開關(guān)頻率往往很高(往往大于15kHz)，故不大的電感、電容就可以起到很好的濾波效果。電阻Rd起諧振抑制作用。
矩陣式變換器的結(jié)構(gòu)特點使它相比于常規(guī)的交-直-交型變換器，具有許多優(yōu)勢，如不需要中間大電容儲能環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命周期和使用環(huán)境不受易老化電解電容的制約，且矩陣式變換器可實現(xiàn)能量雙向流通，輸入輸出電流正弦，輸入功率因數(shù)可調(diào)(包括單位功率因數(shù))等功能，使得它非常適合應(yīng)用于輪船、車輛、航空等對裝置體積、重量要求較高的場合，溫度、濕度較高等惡劣的工作環(huán)境，礦山作業(yè)車、起重機、電梯、離心機等需要連續(xù)電動又連續(xù)制動發(fā)電的場合，酒精廠、化工廠等需要制動但又無法安裝制動電阻的場合，以及低諧波要求的應(yīng)用場合等。矩陣式變換器正成為電能變換、電機變頻驅(qū)動領(lǐng)域研究的熱點之一。
然而矩陣式變換器的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢同時也給它帶來了一個故障保護上的難點，即它沒有自由續(xù)流回路，這使得它的過流、過壓保護非常棘手，不能沿襲常規(guī)交-直-交型變換器中的做法，簡單地通過斷開所有矩陣式變換器的開關(guān)來排除故障。因為電機為感性負載，由于電感效應(yīng)，電機電流的突然中斷會引發(fā)強反電勢，危及矩陣式變換器開關(guān)的安全。矩陣式變換器的保護問題曾一度阻滯著它的研究進程，直到1982年，美國西屋電氣公司的Neft提出了二極管橋箝壓電路(美國專利4,497,230)保護方式，矩陣式變換器的研究才得以繼續(xù)深入。
矩陣式變換器采用二極管橋箝壓電路保護方式的系統(tǒng)組成如圖2所示。圖中，二極管橋箝壓電路103由兩套6脈沖二極管三相橋組成，其中一套并聯(lián)在矩陣式變換器的輸入端，另一套并聯(lián)在矩陣式變換器的輸出端，它們的直流側(cè)通過一個公共直流電容聯(lián)接。與電容并聯(lián)聯(lián)接的電阻，用于給電容提供一個能量釋放回路。此電阻不能太小，否則能量消耗將會太大，同時也將影響矩陣式變換器的供電質(zhì)量。
二極管橋箝壓電路的工作機理與常規(guī)交-直-交型變換器潛在的二極管續(xù)流回路相同，當矩陣式變換器的輸入側(cè)或輸出側(cè)電壓超過箝壓電路電容電壓時，對應(yīng)側(cè)的二極管就會立即導(dǎo)通，將矩陣式變換器的端電壓限制在箝壓電路電容電壓的水平。從而，當矩陣式變換器-電機系統(tǒng)出現(xiàn)過流時，可如同常規(guī)交-直-交型變換器那樣，斷開所有的變換器開關(guān)，而毋庸擔心電感效應(yīng)產(chǎn)生的強反電勢。箝壓電路電容將吸收電機繞組中儲存的電磁能量。
二極管橋箝壓電路保護方式的優(yōu)點是簡單、迅速、有效，至目前仍是文獻中最常引用的一種保護方式。其缺點是它相當于在矩陣式變換器回路中添加了常規(guī)交-直-交型變換器潛在的二極管續(xù)流回路，雖然這里的電容容量要求遠不如常規(guī)交-直-交型變換器直流側(cè)電容的容量要求大，但它的容量應(yīng)能足以全部吸收三相電機繞組中儲存的能量，而保證升壓不會超過矩陣式變換器開關(guān)的耐壓水平。因此，當電機繞組儲存的電磁能量上限較高時，箝壓電路電容的容量要求也較大。大電容的引入不可避免地使矩陣式變換器超越常規(guī)交-直-交型變換器的優(yōu)勢大打折扣，從而喪失其部分競爭優(yōu)勢。此外，箝壓電路電容需要一套預(yù)充電電路，否則當系統(tǒng)接入電網(wǎng)時，會出現(xiàn)2～3倍于電網(wǎng)電壓的過電壓，并伴隨有很強的電流沖擊，從而增大箝壓電路二極管的耐流要求。隨著矩陣式變換器應(yīng)用容量要求的不斷提高，二極管橋箝壓電路保護方式的缺點越來越多地暴露出來。所以非常有必要研究更適合矩陣式變換器的保護方式。
此外，在某些應(yīng)用場合，電機故障停機會造成嚴重事故或生命危險的場合，如電梯、起重機、航空航天、軍事裝備、礦井軋鋼等，短時間的容錯運行是非常必要的。目前很少有文獻涉及矩陣式變換器驅(qū)動電機系統(tǒng)容錯運行方式的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對矩陣式變換器常用的二極管橋箝壓電路保護方式的不足之處，提出了一種支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護方法及電路。
本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于當矩陣式變換器電機系統(tǒng)發(fā)生電機過載、某一矩陣式變換器開關(guān)斷路、某一矩陣式變換器開關(guān)短路等故障時，通過控制矩陣式變換器主電路的開關(guān)，或輔助以結(jié)構(gòu)重組技術(shù)，為電機提供一個可控的續(xù)流回路，使電機迅速釋放能量安全停車，或根據(jù)情況進行容錯運行。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述的支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護方法，在矩陣式變換器-電機系統(tǒng)中增加了三個分別聯(lián)接電機的三相定子與輸入濾波器電容中性點N的快速雙向開關(guān)，具體控制步驟如下當發(fā)生故障時，封鎖所述矩陣式變換器主電路故障相上所有的開關(guān)驅(qū)動，同時控制與該故障相聯(lián)接的電機定子相上的快速雙向開關(guān)導(dǎo)通，從而使該電機定子相通過快速雙向開關(guān)聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N；此時，對所述矩陣式變換器主電路非故障相上的開關(guān)的控制，若保持故障前的控制方式不變，則可使電機容錯運行；若采用如下控制方式，則可使電機迅速釋放能量停車根據(jù)電機電流方向和矩陣式變換器主電路輸入電壓所在扇區(qū)，控制矩陣式變換器主電路開關(guān)，為電機提供一個可控的續(xù)流回路，續(xù)流回路的選擇原則是控制電流為正的電機定子相聯(lián)接到具有負最大電壓值的電源相；控制電流為負的電機定子相聯(lián)接到具有正最大電壓值的電源相；電機電流為零時，開關(guān)狀態(tài)保持不變；其中，電流流向電機為正，流出電機為負；當電機轉(zhuǎn)速下降到n≤ε時，封鎖矩陣式變換器主電路所有開關(guān)的驅(qū)動脈沖，完成停車；其中n為電機轉(zhuǎn)速，ε為一小正數(shù)，ε的值根據(jù)具體電機離線整定；若在電機轉(zhuǎn)速下降到n≤ε之前，電機電流方向或矩陣式變換器三相輸入電壓所在扇區(qū)發(fā)生了變化，那么進行換流控制，電機續(xù)流回路仍按上述原則選擇。
本發(fā)明還提供了一種上述方法的支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護電路，其特征在于，所述故障保護電路包括一端聯(lián)接在電機A相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上的快速雙向開關(guān)Sa；一端聯(lián)接在電機B相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上的快速雙向開關(guān)Sb；一端聯(lián)接在電機C相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上的快速雙向開關(guān)Sc；以△的形式并接在矩陣式變換器的三相輸入端的三個壓敏電阻，以△的形式并接在矩陣式變換器的三相輸出端的三個壓敏電阻；以及分別串聯(lián)聯(lián)接在矩陣式變換器主電路九個雙向開關(guān)的電源進線端的九個快速熔斷器。
本發(fā)明的優(yōu)點是可有效地排除過電壓或過電流故障，而不會減損矩陣式變換器超越常規(guī)交-直-交型變換器的優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)矩陣式變換器二極管橋箝壓電路保護方式的弊端。而且本發(fā)明提出的矩陣式變換器故障保護電路支持容錯運行，故障隔離后，仍可使電機在接近于額定轉(zhuǎn)速維持運轉(zhuǎn)，而現(xiàn)已有的保護方法中沒有可以做到這一點。


圖1為現(xiàn)有的矩陣式變換器-電機系統(tǒng)的基本組成框圖。
圖2為現(xiàn)有的采用二極管橋箝壓電路保護方式的矩陣式變換器-電機系統(tǒng)的組成框圖。
圖3為含有本發(fā)明所述故障保護電路的矩陣式變換器-電機系統(tǒng)的組成框圖。
圖4為矩陣式變換器輸入電壓扇區(qū)的分布圖。
圖5為可控續(xù)流回路控制程序的流程圖。
圖6為聯(lián)接在電機C相定子上的矩陣式變換器主電路圖(假設(shè)開關(guān)SCa-斷路故障)。
圖7為結(jié)構(gòu)重組后，矩陣式變換器-電機系統(tǒng)的等效電氣聯(lián)接圖。
圖8為開關(guān)SCa-短路故障時，潛在的電源短路回路示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例進一步說明本發(fā)明。
本發(fā)明提出了一種支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護電路，如圖3所示，本發(fā)明在矩陣式變換器-電機系統(tǒng)的基本組成上，添加了如下硬件①3個快速雙向開關(guān)Sa、Sb、Sc。快速雙向開關(guān)Sa的一端聯(lián)接在電機A相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上；快速雙向開關(guān)Sb的一端聯(lián)接在電機B相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上；快速雙向開關(guān)Sc的一端聯(lián)接在電機C相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上?？焖匐p向開關(guān)可由快速雙向可控硅實現(xiàn)，也可由2個快速可控硅或IGBT組合來實現(xiàn)。它們的用途是為故障相電機電流提供續(xù)流回路。
②6個壓敏電阻Z1～Z6。壓敏電阻Z1、Z2、Z3以△的形式并接在矩陣式變換器的三相輸入端，用以抑制電源側(cè)產(chǎn)生的過電壓；壓敏電阻Z4、Z5、Z6以△的形式并接在矩陣式變換器的三相輸出端，用以抑制電機產(chǎn)生的過電壓。壓敏電阻Z1～Z6的選型應(yīng)是反應(yīng)時間小于1ns的快速器件。
③9個快速熔斷器(簡稱快熔)F1～F9。它們分別串聯(lián)聯(lián)接在矩陣式變換器主電路9個雙向開關(guān)的電源進線端。它們的作用是當矩陣式變換器的兩個開關(guān)導(dǎo)致電源短路時，用以快速切除短路電流?？烊鄣倪x型應(yīng)保證當電流大于短路電流閾值時，快熔的I2t小于矩陣式變換器主電路開關(guān)的I2t。
本發(fā)明通過實時監(jiān)測三相電機電流、矩陣式變換器主電路18個IGBT的集電極電流和集射極間電壓VCE，并結(jié)合18個IGBT的驅(qū)動信號，綜合分析并判斷故障類型及故障點，進行故障隔離，并根據(jù)情況采取合適的故障處理策略。下面以三種故障為例來說明本發(fā)明所述的支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護方法。
(1)電機過載保護當電機電流持續(xù)二個周波超過其額定電流的110％時，即認為發(fā)生了電機過載。當發(fā)生電機過載故障時，控制器立即控制矩陣式變換器主電路開關(guān)為電機提供可控的續(xù)流回路，使電機迅速釋放能量停車。因為在選用矩陣式變換器主電路開關(guān)器件時一般都留有一定的裕量，電機過載電流一般仍在矩陣式變換器主電路開關(guān)的安全工作范圍之內(nèi)，矩陣式變換器主電路所有的開關(guān)都可以用來為電機提供可控的續(xù)流回路，續(xù)流回路的選擇原則是控制電流為正的電機定子相聯(lián)接到具有負最大電壓值的電源相；控制電流為負的電機定子相聯(lián)接到具有正最大電壓值的電源相；電機電流為零時，開關(guān)狀態(tài)保持不變。其中，電流流向電機為正，流出電機為負。
下面舉例說明。假設(shè)電機過流時，電機三相電流的方向分別為ia＜0、ib＞0、ic＞0；矩陣式變換器輸入電壓處于I1扇區(qū)，如圖4所示，此時a相電壓ua為正的最大，b相電壓ub為負的最大。為了使電機迅速釋放能量停車，控制電機A相定子和電源a相聯(lián)接、電機B定子相和電源b相聯(lián)接、電機C相定子和電源b相聯(lián)接。若在電機轉(zhuǎn)速下降到n≤ε(n為電機轉(zhuǎn)速，ε為一小正數(shù)，ε的值根據(jù)具體電機離線整定)之前，電源電壓進入了I2扇區(qū)，此時a相電壓ua為正的最大，c相電壓uc為負的最大，那么進行換流控制，改變續(xù)流回路，將電機B相定子換流到電源c相上，電機C相定子換流到電源c相上，電機A相定子仍接在電源a相上保持不變。若在電機轉(zhuǎn)速下降到n≤ε之前，電機電流方向發(fā)生了變化，則也要變更續(xù)流回路，續(xù)流回路的選擇原則仍如上。當電機轉(zhuǎn)速下降到n≤ε時，電機繞組中儲存的能量釋放完畢，此時斷開所有的矩陣式變換器開關(guān)，完成停車，而不會出現(xiàn)任何過壓現(xiàn)象。上述控制程序流程圖如圖5所示。在實驗過程中，可明顯觀察到電機轉(zhuǎn)速迅速降低，比直接斷電停車方式迅速得多。
表1概括了矩陣式變換器輸入電壓在不同扇區(qū)和電機電流在不同方向時應(yīng)選擇的續(xù)流回路情況。由表1可知，續(xù)流回路的選擇需要兩種因變量，一種是矩陣式變換器輸入電壓所在扇區(qū)，另一種是電機電流的方向。而原有矩陣式變換器-電機系統(tǒng)控制器已設(shè)有三相輸入電壓的檢測和三相電機電流的方向檢測，所以可直接使用這些變量信息。
表1續(xù)流回路的選擇


在電機過載情況下，立即控制矩陣式變換器主電路開關(guān)為電機提供可控的續(xù)流回路，使電機迅速釋放能量停車，續(xù)流回路完全由矩陣式變換器主電路開關(guān)實現(xiàn)，若控制得好，不會啟用壓敏電阻、快熔和快速雙向開關(guān)。而且，這種釋放能量停車方式也完全可用于矩陣式變換器-電機系統(tǒng)的正常停機，優(yōu)勢是一方面停車速度較直接斷電方式迅速，另一方面可將電機繞組儲存的電磁能量回饋給電網(wǎng)。
(2)矩陣式變換器主電路某一開關(guān)斷路故障時的保護及容錯運行若開關(guān)驅(qū)動信號為有效、開關(guān)電流遠小于電機電流，且開關(guān)集射極間電壓VCE大大超過正常導(dǎo)通電壓，則認為發(fā)生了開關(guān)斷路故障。當檢測到某一開關(guān)斷路故障時，控制器立即控制與該故障開關(guān)有聯(lián)接的電機定子相上的快速雙向開關(guān)導(dǎo)通，同時封鎖矩陣式變換器主電路故障開關(guān)所在相上的所有開關(guān)的驅(qū)動脈沖。而通過對矩陣式變換器主電路非故障相上的開關(guān)進行控制，可實現(xiàn)使電機迅速釋放能量停車或進行容錯運行。
下面舉例說明。如圖6所示，假設(shè)開關(guān)SCa-發(fā)生了斷路故障，那么當電機C相電流需要換流到SCa-支路時，將會出現(xiàn)C相電流的突然斷路，由于電感效應(yīng)，電機電流的突然斷開必然會在定子端產(chǎn)生強反電勢。一旦硬件監(jiān)測電路檢測到開關(guān)斷路故障，立即控制聯(lián)接在C相上的快速雙向開關(guān)Sc導(dǎo)通，同時封鎖C相上所有矩陣式變換器主電路開關(guān)的驅(qū)動信號。電機C相通過Sc聯(lián)接到輸入濾波器電容器的中性點N，C相電流得到續(xù)流。結(jié)構(gòu)重組后系統(tǒng)的等效聯(lián)接如圖7所示。
而對矩陣式變換器主電路非故障相上的開關(guān)的控制方式，若保持不變，即保持故障前的控制方式不變，仍做相位互差120°的正弦控制，則可使電機維持在額定轉(zhuǎn)速附近進行容錯運行；若對矩陣式變換器主電路非故障電機相上的開關(guān)采用上述選擇續(xù)流回路的原則進行控制，即控制電流為正的電機定子相聯(lián)接到具有負最大電壓值的電源相，控制電流為負的電機定子相聯(lián)接到具有正最大電壓值的電源相，電機電流為零時，開關(guān)狀態(tài)保持不變，則可使電機迅速釋放能量，電機電流迅速降到接近于0，電機電磁轉(zhuǎn)矩迅速下降為0，電機轉(zhuǎn)速也迅速下降。當電機轉(zhuǎn)速下降到n≤ε時，電機能量釋放完畢，此時斷開所有矩陣式變換器開關(guān)，以及快速雙向開關(guān)Sc，實現(xiàn)停車，不會出現(xiàn)任何危險性的強反電勢。
采用上述方法后，輸入濾波器電容中性點電壓VN將偏離零點電位，而隨著電機機端電壓的變化而變化，變化范圍與電源電壓在一個數(shù)量級上，這說明快速雙向開關(guān)Sa、Sb、Sc的耐壓要求與矩陣式變換器主電路開關(guān)在同一水平。濾波器電容中性點電壓的漂移對矩陣式變換器輸入電壓的影響并不大，因此對矩陣式變換器-電機系統(tǒng)控制的影響也不大。濾波器電容參數(shù)會影響輸入濾波器中性線電流iN的大小，電容越大，矩陣式變換器輸入電壓受到的影響越小，濾波器中性線電流iN越大。但總的來說，iN與電機電流在一個數(shù)量級上，這說明快速雙向開關(guān)Sa、Sb、Sc的耐流要求也與矩陣式變換器主電路開關(guān)在同一水平。因此，快速雙向開關(guān)Sa、Sb、Sc可采用與矩陣式變換器主電路相同的雙向開關(guān)。由于快速雙向開關(guān)Sa、Sb、Sc不需要工作在開關(guān)狀態(tài)，對開關(guān)的速度要求不高，因此快速雙向開關(guān)也可采用快速雙向可控硅或由2個快速可控硅組合來實現(xiàn)。
故障監(jiān)測、控制快速雙向開關(guān)Si導(dǎo)通(其中i＝a或b或c)，及矩陣式變換器主電路相應(yīng)開關(guān)驅(qū)動信號的封鎖全部由硬件電路實現(xiàn)，整個過程的控制延時僅為模擬電路信號傳輸延時和快速雙向開關(guān)的開通延時，一般僅為零點幾個微秒。在此過程中，矩陣式變換器主電路IGBT的緩沖電路可以對因電感效應(yīng)引發(fā)的過電壓有很好的抑制作用，在嚴重的情況下，并接在矩陣式變換器輸出側(cè)的壓敏電阻Z4～Z6將會發(fā)揮作用。
(3)矩陣式變換器主電路某一開關(guān)短路故障保護及容錯運行如果矩陣式變換器開關(guān)間的換流控制得好，開關(guān)的短路故障一般不會發(fā)生。但電力電子設(shè)備的安全必須考慮開關(guān)的短路故障情況。若開關(guān)電流大大超過電機電流，且開關(guān)集射極間電壓超過正常導(dǎo)通電壓，則認為發(fā)生了開關(guān)短路故障。
下面舉例說明。如圖8所示，假設(shè)開關(guān)SCa-發(fā)生短路，那么SCb+-D4-SCa--D1將造成b-a兩相的短路，SCc+-D6-SCa--D1將造成c-a兩相的短路。由于短路阻抗非常小，即使很小的電壓，也將出現(xiàn)非常大的短路電流。硬件監(jiān)測電路一旦檢測到大電流，將立即對故障相上所有的矩陣式變換器主電路IGBT進行可控關(guān)斷，如若電流繼續(xù)增大超過IGBT的短路電流門檻，硬件電路將立即封鎖矩陣式變換器主電路故障相(例中為C相)上的所有開關(guān)驅(qū)動脈沖。如若短路故障開關(guān)支路上的快熔(例中為F9)被燒斷，那么電機C相將與電源隔離，電機C相斷路，出現(xiàn)如同開關(guān)斷路故障的情況。模擬電路檢測到斷路故障后，故障處理情況與矩陣式變換器主電路某一開關(guān)斷路故障情況類似，可參照上述“矩陣式變換器主電路某一開關(guān)斷路故障保護及容錯運行”中的相關(guān)內(nèi)容。
但也可能出現(xiàn)這樣兩種情況①在快熔F9燒斷之前，故障相上主電路開關(guān)驅(qū)動信號已被封鎖；②快熔F7或F8先于F9燒熔。這兩種情況都將切除短路故障，短路電流消失，但短路故障并沒有從系統(tǒng)中排除。那么，電機C相將固定連接在電源a相上，若此時電機電流方向為負(從電機流向電源)，電流通過短路的開關(guān)SCa-續(xù)流，不會出現(xiàn)電流中斷，硬件電路檢測不到斷路故障，Sc也不會導(dǎo)通；若此時電機電流方向為正，電流將會中斷，監(jiān)測電路一檢測到斷路故障，就立即控制Sc導(dǎo)通。那么將會出現(xiàn)電機C相一方面通過Sc連接在輸入濾波器的中性點，一方面通過短路的開關(guān)SCa-連接在電源a相上，即a相電源短接在輸入濾波器電容的中性點N上。在仿真中發(fā)現(xiàn)，這兩種情況都不會出現(xiàn)嚴重的過電流和過電壓現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護方法，其特征在于，所述方法在矩陣式變換器-電機系統(tǒng)中增加了三個分別聯(lián)接電機的三相定子與輸入濾波器電容中性點N的快速雙向開關(guān)，具體控制步驟如下當發(fā)生故障時，封鎖所述矩陣式變換器主電路故障相上所有的開關(guān)驅(qū)動，同時控制與該故障相聯(lián)接的電機定子相上的快速雙向開關(guān)導(dǎo)通，從而使該電機定子相通過快速雙向開關(guān)聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N；此時，對所述矩陣式變換器主電路非故障相上的開關(guān)的控制，若保持故障前的控制方式不變，則可使電機容錯運行；若采用如下控制方式，則可使電機迅速釋放能量停車根據(jù)電機電流方向和矩陣式變換器主電路輸入電壓所在扇區(qū)，控制矩陣式變換器主電路開關(guān)，為電機提供一個可控的續(xù)流回路，續(xù)流回路的選擇原則是控制電流為正的電機定子相聯(lián)接到具有負最大電壓值的電源相；控制電流為負的電機定子相聯(lián)接到具有正最大電壓值的電源相；電機電流為零時，開關(guān)狀態(tài)保持不變；其中，電流流向電機為正，流出電機為負；當電機轉(zhuǎn)速下降到n ≤ε時，封鎖矩陣式變換器主電路所有開關(guān)的驅(qū)動脈沖，完成停車；其中n為電機轉(zhuǎn)速，ε為一小正數(shù)，ε的值根據(jù)具體電機離線整定；若在電機轉(zhuǎn)速下降到n≤ε之前，電機電流方向或矩陣式變換器三相輸入電壓所在扇區(qū)發(fā)生了變化，那么進行換流控制，電機續(xù)流回路仍按上述原則選擇。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護電路，其特征在于，所述故障保護電路包括一端聯(lián)接在電機A相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上的快速雙向開關(guān)Sa；一端聯(lián)接在電機B相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上的快速雙向開關(guān)Sb；一端聯(lián)接在電機C相定子繞組的出線端，另一端聯(lián)接在輸入濾波器電容的中性點N上的快速雙向開關(guān)Sc；以△的形式并接在矩陣式變換器的三相輸入端的三個壓敏電阻，以△的形式并接在矩陣式變換器的三相輸出端的三個壓敏電阻；以及分別串聯(lián)聯(lián)接在矩陣式變換器主電路九個雙向開關(guān)的電源進線端的九個快速熔斷器。
全文摘要
支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護方法及電路，屬于交流電能變換技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對矩陣式變換器常用的二極管橋箝壓電路保護方式的不足之處，提出一種支持容錯運行的矩陣式變換器故障保護方法及電路。當發(fā)生故障時，通過控制矩陣式變換器主電路開關(guān)或進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重組為電機提供一個可控的續(xù)流回路，使電機迅速釋放能量停車或按情況進行容錯運行。采用本發(fā)明可有效排除電機過載、矩陣式變換器主電路某一開關(guān)斷路、矩陣式變換器主電路某一開關(guān)短路等故障情況，并解決了傳統(tǒng)二極管箝壓保護電路的弊端。采用本發(fā)明提出的容錯運行控制，仍可使電機在接近于額定轉(zhuǎn)速維持運轉(zhuǎn)，雖不能持久運行，但不失為一種經(jīng)濟有效的救急方式。
文檔編號H02H7/12GK1773802SQ200510086750
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者王莉娜, 黃立培 申請人:清華大學(xué)