CN114759524A - 一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统及方法，一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统，包括电机本体、第一辅助电源、DSP模块，所述第一辅助电源与DSP模块实时通讯，还包括：电机转速检测电路，与第一辅助电源电性连接，且与电机本体的W相电流传感器连接；三相接触器，与电机转速检测电路电性连接。一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，包括以下步骤：S1、电机控制器失效时，第一辅助电源发出故障信号给第二辅助电源；S2、第二辅助电源向电机转速检测电路供电，以检测电机转速；S3、主动短路执行元件执行短路操作。本发明在极大提高系统执行扭矩安全可靠性的基础上，增加物料成本较低，具有较好的用户体验与使用效果。

Description

一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统方法。

背景技术

主牵引电机为三相永磁同步电机的新能源汽车在高速行驶过程中，若电机控制器发生故障，三相永磁同步电机产生的反电动势高于当前母线电压时，会有能量回馈到动力电池，此时相当于机械能转化成电能，电机产生制动扭矩，导致车速急减(等同于急刹车)，不仅降低乘坐时的舒适感，甚至可能发生危险，具有较高的安全隐患。

图一为传统的新能源汽车三相电机控制器应用等效结构图，控制器的直流母线与车载高压动力电池相连，是三相永磁同步电机的动力源。车载电源(12V/24V)给控制器内部辅助电源电路供电，辅助电源A1经过电能转换后给DSP、6路驱动IC、2相电流传感器等用电器件供电。

三相永磁同步电机进入主动短路状态要求控制器同时开通上三路开关管或同时开通下三路开关管来完成。驱动IC输出高电平打开开关管，输出低电平为关闭开关管。电机执行三相绕组主动短路后，才能避免产生制动扭矩。

开关管为半导体功率器件，包括但不仅限于IGBT、IGCT、MOS、电力晶体管、碳化硅器件等，本专利以IGBT作为举例说明。

1)6路驱动IC供电电源均来自第一辅助电源，有共因失效的隐患，当驱动IC有任意两个或两个以上失效时会间接导致控制器无法同时开通上三路开关管或同时开通下三路开关管来执行电机主动短路；

2)电流传感器供电电源均来自第一辅助电源，有共因失效的隐患，当2个电流传感器失效时会导致控制器无法检测电机转速，从而无法执行电机主动短路；

3)当车载电源供电异常，如车载电源故障或线束、接插件松脱，第一辅助电源将无法工作，直接导致控制器所有元器件不工作，无法执行电机主动短路；

4)也有些应用案例把上三路开关管和下三路开关管的供电和驱动控制分开，提升了系统一定的可靠性，但最终执行电机三相绕组主动短路的开关管同在一个电气环境下工作，很多场合都能导致其出现共因失效，如过高直流母线电压下关断产生的尖峰电压可以同时击穿2个或多个开关管；输出相间短路时由于流过的短路电流大小相等很可能会造成2个开关管同时失效；同一个封装下的6个桥臂开关管，当有一个热失效时内部拉弧会导致边上的其他桥臂跟着失效；从而无法执行电机主动短路。

简而言之，只要出现以上情形中的一种情况，等同出现单点故障或共因失效引起的双点故障，控制器均不能正常执行三相永磁同步电机主动短路功能，则系统可能产生制动扭矩，造成交通事故和人身伤害。

为此，我们提出一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中电机控制器发生故障时会使得电机产生制动扭矩，导致车速骤降，具有较大的安全问题，而提出的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统，包括电机本体、第一辅助电源、DSP模块，所述第一辅助电源与DSP模块实时通讯，还包括：

电机转速检测电路，与第一辅助电源电性连接，且与电机本体的W相电流传感器连接；

三相接触器，与电机转速检测电路电性连接，并与电机本体的三相电路连接；

第二辅助电源，与电机本体、电机转速检测电路、三相接触器和W相电流传感器连接。

一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，包括以下步骤：

S1、电机控制器失效时，第一辅助电源发出故障信号给第二辅助电源；

S2、第二辅助电源向电机转速检测电路供电，以检测电机转速；

S3、主动短路执行元件执行短路操作

优选的，所述故障信号为低电平。

优选的，在步骤S1中，电机控制器失效的判断包括：

第一辅助电源与DSP模块实时通讯，以监控DSP模块的运行状态；

DSP模块监控驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源和DSP模块自身的工作状态。

优选的，所述DSP模块通过驱动IC的故障引脚间接监控开关管的状态，且驱动IC实时监控开关管状态，DSP模块实时监控驱动IC的工作状态。

优选的，所述DSP模块、第一辅助电源、驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源中出现单点失效或共因失效时，视为电机控制器失效。

优选的，所述DSP模块、第一辅助电源、驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源中任一项组成的电路出现单点失效或共因失效时，视为电机控制器失效。

优选的，所述主动短路执行元件包括三相接触器、半导体功率器件，所述半导体功率器件包括IGBT、IGCT、MOS、电力晶体管、碳化硅器件中的任意一种或多种。

优选的，所述第二辅助电源、电机转速检测电路和主动短路执行元件常态为常开状态，在电机本体出现单点失效或共因失效时为闭合状态，且闭合状态的工作时间不超过60s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明是在传统的方案上对电机控制器内部电源、传感器、执行元件进行了优化，并增加了少量功能电路，消除了单点失效和共因失效导致控制器无法执行三相永磁同步电机主动短路问题，极大提高了控制器执行电机主动短路的可靠性，避免产生非预期的制动扭矩发生交通事故，更好的满足新能源汽车的功能安全需求；

2、本发明是在传统的方案上对电机控制器内部电源、传感器、主动短路执行元件进行了优化，并增加了少量功能电路和器件，针对控制器执行三相永磁同步电机主动短路功能，彻底解决了目前应用存在的单点故障和共因失效导致的双点故障问题，极大提高了控制器执行电机主动短路的可靠性，增加的电机转速检测电路均为低压信号处理器件成本较低，增加的主动短路执行元件实际工作机会少工作时间短，选型上不用做降额考虑采用低成本方案即可。即本发明在极大提高系统执行扭矩安全可靠性的基础上，增加物料成本较低，具有较好的用户体验与使用效果。

附图说明

图1为传统的新能源汽车三相电机控制器应用等效结构图；

图2为本发明在新能源汽车三相电机控制器的应用等效结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图2，在传统的方案上增加了电机转速检测电路、第二辅助电源,主动短路的另一套执行元件(三相接触器)，不再使用同一个电源给电流传感器供电；

第二辅助电源从直流母线取电，经过电能转换后输出为多路且与输入隔离电源，给新增的电机转速检测电路、新增的三相接触器、原先的W相电流传感器供电，相当于与第一辅助电源的输入源及所带负载完全独立；

当第一辅助电源、DSP、电流传感器U无故障，或驱动IC无共因失效导致2个或2个以上故障，或开关管无共因失效导致2个或2个以上故障，或车载电源供电无异常时，即上述器件或由其组成的电路无单点故障或共因导致的双点故障时，辅助电源A1的故障信号输出为高电平，电机转速检测电路不工作，无执行主动短路指令输出给三相接触器，DSP可以根据检测到的故障类型、故障位置、故障等级来控制上三路开关管同时导通或下三路开光管同时导通来完成电机的主动短路；

当上述器件或由其组成的电路存在单点失效或共因失效导致无法正常执行电机主动短路时，第一辅助电源的故障信号输出为低电平，电机转速检测电路工作，此时若电机有制动扭矩，根据不控整流电路原理，电流传感器W能检测到电流波形，其输出的电压信号反馈了电流的频率，根据永磁同步电机旋转磁场与转速的公式N＝60f/P(N为电机转速，f为电流频率，P为电机极对数)，可以折算出电机当前转速；

经过电机转速检测电路处理后，如果电机转速大于预设值，产生的制动扭矩很大，则输出主动短路指令给到三相接触器，接触器吸合短路电机三相绕组执行主动短路，反之则断开三相接触器，电机缓慢停止转动，相当于车辆低速缓慢停车无安全隐患。

一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统，包括电机本体、第一辅助电源、DSP模块，第一辅助电源与DSP模块实时通讯，还包括：

电机转速检测电路，与第一辅助电源电性连接，且与电机本体的W相电流传感器连接；

三相接触器，与电机转速检测电路电性连接，并与电机本体的三相电路连接；

第二辅助电源，与电机本体、电机转速检测电路、三相接触器和W相电流传感器连接。

一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，包括以下步骤：

S1、电机控制器失效时，第一辅助电源发出故障信号给第二辅助电源；

S2、第二辅助电源向电机转速检测电路供电，以检测电机转速；

S3、主动短路执行元件执行短路操作

故障信号为低电平。

在步骤S1中，电机控制器失效的判断包括：

第一辅助电源与DSP模块实时通讯，以监控DSP模块的运行状态；

DSP模块监控驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源和DSP模块自身的工作状态。

DSP模块通过驱动IC的故障引脚间接监控开关管的状态，且驱动IC实时监控开关管状态，DSP模块实时监控驱动IC的工作状态。

DSP模块、第一辅助电源、驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源中出现单点失效或共因失效时，视为电机控制器失效。

DSP模块、第一辅助电源、驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源中任一项组成的电路出现单点失效或共因失效时，视为电机控制器失效。

主动短路执行元件包括三相接触器、半导体功率器件，半导体功率器件包括IGBT、IGCT、MOS、电力晶体管、碳化硅器件中的任意一种或多种。

第二辅助电源、电机转速检测电路和主动短路执行元件常态为常开状态，在电机本体出现单点失效或共因失效时为闭合状态，且闭合状态的工作时间不超过60s，这样设置根据实际应用经验所得出，实际中一般不会超过1分钟。

本发明是在传统的方案上对电机控制器内部电源、传感器、主动短路执行元件进行了优化，并增加了少量功能电路和器件，针对控制器执行三相永磁同步电机主动短路功能，彻底解决了目前应用存在的单点故障和共因失效导致的双点故障问题，极大提高了控制器执行电机主动短路的可靠性，增加的电机转速检测电路均为低压信号处理器件成本较低，增加的主动短路执行元件实际工作机会少工作时间短，选型上不用做降额考虑采用低成本方案即可。即本发明在极大提高系统执行扭矩安全可靠性的基础上，增加物料成本较低，具有较好的用户体验与使用效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三相交流永磁同步电机主动短路的系统，包括电机本体、第一辅助电源、DSP模块，其特征在于，所述第一辅助电源与DSP模块实时通讯，还包括：

电机转速检测电路，与第一辅助电源电性连接，且与电机本体的W相电流传感器连接；

三相接触器，与电机转速检测电路电性连接，并与电机本体的三相电路连接；

第二辅助电源，与电机本体、电机转速检测电路、三相接触器和W相电流传感器连接。

2.一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、电机控制器失效时，第一辅助电源发出故障信号给第二辅助电源；

S2、第二辅助电源向电机转速检测电路供电，以检测电机转速；

S3、主动短路执行元件执行短路操作。

3.根据权利要求2所述的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，所述故障信号为低电平。

4.根据权利要求2所述的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，在步骤S1中，电机控制器失效的判断包括：

第一辅助电源与DSP模块实时通讯，以监控DSP模块的运行状态；

DSP模块监控驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源和DSP模块自身的工作状态。

5.根据权利要求4所述的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，所述DSP模块通过驱动IC的故障引脚间接监控开关管的状态，且驱动IC实时监控开关管状态，DSP模块实时监控驱动IC的工作状态。

6.根据权利要求5所述的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，所述DSP模块、第一辅助电源、驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源中出现单点失效或共因失效时，视为电机控制器失效。

7.根据权利要求5所述的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，所述DSP模块、第一辅助电源、驱动IC、W相电流传感器、U相电流传感器、开关管、车载电源中任一项组成的电路出现单点失效或共因失效时，视为电机控制器失效。

8.根据权利要求6或7所述的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，所述主动短路执行元件包括三相接触器、半导体功率器件，所述半导体功率器件包括IGBT、IGCT、MOS、电力晶体管、碳化硅器件中的任意一种或多种。

9.根据权利要求8所述的一种三相交流永磁同步电机主动短路的方法，其特征在于，所述第二辅助电源、电机转速检测电路和主动短路执行元件常态为常开状态，在电机本体出现单点失效或共因失效时为闭合状态，且闭合状态的工作时间不超过60s。

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