1.引言

共直流母线开绕组电机拓扑通过打开绕组中性点，电机绕组可由单逆变器供电改为双逆变器供电，这可以将电机的调速范围扩大为原来的两倍（考虑到三次谐波反电势的因素，最低也可以把转速扩大为原来的根号3倍）。扩大转速意味着可以实现更高的功率密度，也不会像传统三相电机一样容易进入弱磁区。

开绕组电机已经在汽车上应用了。

这个拓扑除了可以扩大调速范围之外，还有较强的容错性能。今天就用仿真来展示一下这个拓扑的容错性能（单个开关器件开路容错控制以及断相容错控制）。

参考文献：

2. 单个开关器件开路容错控制

以开绕组电机的逆变器1的A相下桥臂断路为例子，如下图所示（图里的“断路”打错了，打成了“短路”）。

2.1单管开路两相容错控制

一般而言，A相桥臂的单管坏了，我们可能首先想到把A相切除，只用其余两相运行。两相运行的话，这两项的电流相位会互差60度，且这两相电流的幅值/有效值变为原来的根号3倍。

看到有的论文去分析了单管开路之后的系统模型，同时还得修改电机的调制算法，这可太复杂了。。。

我个人的想法可能是尽可能使用简单的方法去实现容错控制。有一种简单的、不改变调制的容错思想是采用虚拟健康电机实现容错控制，如下图所示。这种容错方式只需要修改参考电流即可，不需要改其他地方了。

下面直接展示仿真波形：

健康状态波形

逆变器1 A相下桥臂开路故障状态波形

两相容错运行状态波形（0.1s开始容错控制）

两相容错运行状态的dq0三相电流跟踪波形

从上面波形可以看到，在0.1s注入零序电流后，电机只有BC两相绕组存在正弦电流，且二者相位相差60度，此时电机的转矩脉动、转速波动被有效抑制。

下面对比健康以及容错时的电流有效值。

         两相容错运行会使得健康两相得电流有效值变为原来的根号3倍。在相同相电流有效值的情况下，两相容错运行使系统转矩输出降低为原来的57.7%（1除以根号3）。

2.2单管开路三相容错控制

再回顾一下前面的问题，我们现在讨论的情况是开绕组电机的逆变器1的A相下桥臂开路了，此时，逆变器1的A相上桥臂管子还是可以用的。因此我们可以试着把这个管子给利用起来，减少BC两相的电流应力。

开绕组电机单管开路三相容错控制的电流示意图如下所示：

论文里分析了此时故障相和健康相的电流应力。故障相（A相）电流有效值变为原来的1/根号2；健康相（BC相）电流有效值变为原来的根号2倍。

这篇论文还是去改了调制部分来实现容错控制。如下图所示。太复杂了，不建议。。。还是直接用虚拟健康的概念即可，不需要改调制。

下面同样直接展示仿真：

健康状态波形

A相下桥臂开路故障状态波形

三相容错运行状态波形（0.1s执行容错）

三相容错运行状态的dq0三相电流跟踪波形

下面对比一下相电流有效值。

         三相容错运行会使得健康两相的电流有效值变为原来的根号2倍，故障相电流有效值变为原来的根号2分之1。在相同相电流有效值的情况下，两相容错运行使系统转矩输出降低为原来的70.7%（1除以根号2）。

由此可见，在同一相电流有效值的情况下，三相容错运行具有更大转矩输出能力。

3. 断相容错控制

断相容错控制就是前面说的两相运行。在电机模型里面直接把A相断开即可。

两相容错运行状态波形（0.1s开始容错控制）

4.总结

从上面的仿真结果可以看到，开绕组电机具有很强的容错能力，在单管开路或者断相的情况下，都可以稳定容错运行。

但是，做开绕组电机容错这个方法需要大量的知识储备。

1.谐波抑制/谐波注入你得会，PIR控制器你得会用。

2.双逆变器矢量调制你得会。

3.开绕组电机模型你得会。

4.容错控制的基本原理你得懂。

能感觉到做开绕组的人变多了，但并不建议一些基础比较差的或者老师指导很少的研究生踏入这个方向。