專利名稱：用于電機(jī)的頻率轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)頻率轉(zhuǎn)換器以及電驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(即電驅(qū)動(dòng)器)是在供電網(wǎng)和一個(gè)將供電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換(借助于由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器)為自身使用的過(guò)程之間配備的能量轉(zhuǎn)換器。頻率控制的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常采用配備有中間電路的頻率轉(zhuǎn)換器。根據(jù)圖1，配備有中間電路的典型頻率轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)整流器10，它為直流電壓中間電路11的電容器電池提供脈動(dòng)直流電壓，以在中間電路中產(chǎn)生直流電壓。最后一個(gè)部件是逆變器12，它的可控開(kāi)關(guān)部件被用于把中間電路11之電容器的直流電壓重新改變?yōu)槠谕l率的交變電壓。此外，頻率轉(zhuǎn)換器通常包括控制單元13，用于處理該頻率轉(zhuǎn)換器的適當(dāng)操作。通常通過(guò)使用例如脈沖寬度調(diào)制來(lái)改變輸出電壓的脈沖圖案，由此調(diào)整頻率轉(zhuǎn)換器輸出電壓的幅度。
許多驅(qū)動(dòng)器總是以同一方向旋轉(zhuǎn)，不需要制動(dòng)負(fù)載。換言之，功率從供電網(wǎng)通過(guò)整流器、中間電路以及逆變器而流到電機(jī)。然而，功率(例如制動(dòng)能量)不能通過(guò)傳統(tǒng)的整流器10而從電機(jī)流到供電網(wǎng)。4象限驅(qū)動(dòng)器是一種電驅(qū)動(dòng)器，其中功率可以自由地從交流供電網(wǎng)流到負(fù)載并且從負(fù)載流回該供電網(wǎng)。在供電網(wǎng)一側(cè)，4象限驅(qū)動(dòng)器還包括一個(gè)用開(kāi)關(guān)部件實(shí)現(xiàn)的逆變器供電單元12。該開(kāi)關(guān)元件(或者說(shuō)斬波器)是柵極控制功率晶體管(IGBT)；快速的、所謂的續(xù)流二極管被連接在該晶體管的集電極和發(fā)射極之間。開(kāi)關(guān)部件的其它實(shí)例包括MOSFET和雙極性晶體管。當(dāng)功率從供電網(wǎng)流向負(fù)載時(shí)，逆變器供電單元12的二極管通常也被用于整流。由于當(dāng)在二極管上施加一個(gè)正向偏置電壓時(shí)該二極管立刻變成導(dǎo)通，因此在沒(méi)有輔助設(shè)備的情況下不能將4象限驅(qū)動(dòng)器連接到該供電網(wǎng)，利用上述輔助設(shè)備，中間電路電容器電池11首先被充電到電源電壓所需要的電平上。為此，通常采用分開(kāi)的電源和充電接觸器以及一個(gè)或者多個(gè)限流充電電阻器。
圖2示出了一個(gè)4象限驅(qū)動(dòng)器的例子，它包括一個(gè)用于對(duì)中間電路電容器電池充電的電路。開(kāi)關(guān)模塊SM1對(duì)應(yīng)于整流器10，開(kāi)關(guān)模塊SM2對(duì)應(yīng)于圖1中的逆變器12。在這兩個(gè)開(kāi)關(guān)模塊中，開(kāi)關(guān)部件SW1到SW12是例如柵極控制功率晶體管(IGBT)；所謂的快速續(xù)流二極管D1到D12被連接到它們的集電極和發(fā)射機(jī)之間。中間電路的電容器電池包括電容器C1和C2。接觸器K1是主接觸器，根據(jù)標(biāo)稱相電流定制，而接觸器K2是根據(jù)充電電流定制的充電接觸器。電阻器R1是充電電阻器。
在圖2中，變壓器T1的星形連接的次級(jí)線圈M1提供了一個(gè)供電網(wǎng)，首先通過(guò)閉合充電接觸器K2從該供電網(wǎng)對(duì)中間電路電容器電池C1-C2進(jìn)行充電。經(jīng)二極管V1和限流電阻器R1對(duì)電容器電池C1-C2進(jìn)行充電，直到接觸器的控制邏輯20觀察到該電容器電池C1-C2達(dá)到充分高的電壓電平。其情形如下主接觸器K1被打開(kāi)，電容器電池C1-C2經(jīng)開(kāi)關(guān)模塊SM1的二極管D1到D6被充電到它的最終電壓，其中二極管被連接為3相橋?，F(xiàn)在可以打開(kāi)充電接觸器K2。
就電路圖而言，該方法似乎很簡(jiǎn)單，但是高功率接觸器和充電電阻器是一些體積大而且價(jià)格十分昂貴的部件。此外，在操作接觸器時(shí)一個(gè)大接觸器的牽引線圈所需的功率會(huì)是上百，甚至上千伏安，并且保持幾十瓦功率。這需要一個(gè)十分有效的電源，但就其它方面而言卻并不是必需的。
圖2所示開(kāi)關(guān)模塊SM1的整流操作被稱為6脈沖整流，因?yàn)樵谝粋€(gè)電源電壓周期期間中間電路的直流電壓由6個(gè)脈沖組成。很顯然，當(dāng)需要12、18或者24脈沖整流時(shí)(即當(dāng)電源電壓的相位數(shù)目增加時(shí))主接觸器K1的數(shù)目必須是原來(lái)的兩倍、三倍或者四倍。
圖2的二極管橋/開(kāi)關(guān)整流器不但通常被采用于需要實(shí)際的4象限時(shí)，而且還被用于降低由6脈沖二極管橋式整流所產(chǎn)生的大的電源電流失真，盡管不一定需要將功率反饋回電源網(wǎng)絡(luò)。然而，IGB晶體管和快速二極管都很昂貴，而且使用快速二極管實(shí)現(xiàn)的電源電橋的功率損失特性也不如使用慢速的所謂電源二極管實(shí)現(xiàn)的電橋好。
可以通過(guò)采用12脈沖整流使用圖3所示的電路來(lái)避免失真問(wèn)題。在實(shí)踐中，部件的電流容差通常被做成，在低壓的頻率轉(zhuǎn)換器中，由很低電流并且十分廉價(jià)的閘流晶體管/二極管模塊10A和10B構(gòu)成的整流器足以提供使用IGB晶體管所實(shí)現(xiàn)的最高功率的開(kāi)關(guān)模塊12A和12B。即使平均功率(＞200kw)頻率轉(zhuǎn)換器也需要2個(gè)或者多個(gè)開(kāi)關(guān)模塊的并聯(lián)連接。在此情形下，最好使用專用的整流器10A和10B來(lái)為每個(gè)開(kāi)關(guān)模塊12A或者12B提供功率，該專用整流器10A和10B可以被連接到一個(gè)6、9或者甚至是12相位的電網(wǎng)供電(在圖3中，連接到星形連接和三角形連接的次級(jí)線圈M1和M2)，由此，被反射回供電變壓器T1的初級(jí)線圈(未示出)的電流失真得以顯著減小。在這種裝配中，最好使用一個(gè)公用的中間電路電容器C。整流器受閘流晶體管控制器30的控制。圖3的電路獲得了比6脈沖二極管電橋顯著降低的電源電流失真，但是不能轉(zhuǎn)移功率以提供給網(wǎng)絡(luò)。在風(fēng)扇或者泵驅(qū)動(dòng)器中甚至也不需要這樣。電機(jī)可以包含一個(gè)或者兩個(gè)線圈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)因而是提供一種解決方案來(lái)減輕與接觸器相關(guān)的問(wèn)題。
該目標(biāo)是利用以獨(dú)立權(quán)利要求中所公開(kāi)的內(nèi)容為特征的頻率轉(zhuǎn)換器和電驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
本發(fā)明基于使用分別被連接在多相交流電源的第一、第二、第三相和電容器電池之間的3個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)替換中間電路電容器電池的傳統(tǒng)充電接觸器和充電電阻器。當(dāng)頻率轉(zhuǎn)換器被連接到供電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這3個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被配置用于首先工作在調(diào)整模式，以便使用調(diào)整的充電電流對(duì)電容器電池進(jìn)行充電，直到電容器電池的電壓達(dá)到預(yù)定電平。然后控制這3個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)工作在與網(wǎng)絡(luò)逆變器并聯(lián)的二極管電橋模式。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包含一個(gè)二極管和柵極觸發(fā)部件(最好是閘流晶體管)的串聯(lián)連接。
在本發(fā)明中所需要的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)比現(xiàn)有技術(shù)的充電接觸器和充電電阻器更加低廉并且體積更小。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是可控制的，以便以一種受控方式來(lái)充電電容器電池，并且通過(guò)使用例如相位控制方法將充電電流限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。當(dāng)充電已經(jīng)到達(dá)期望電平，并且交流電壓源也被連接到網(wǎng)絡(luò)逆變器時(shí)，控制本發(fā)明的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)使之作為一個(gè)二極管電橋工作。這樣在兩個(gè)路徑上產(chǎn)生整流通常是經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)逆變器，和經(jīng)由本發(fā)明中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。這導(dǎo)致總功率的上升，或者導(dǎo)致經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)逆變器傳送的功率下降。在實(shí)踐中，由于后一路徑而引起的電壓損耗比較小，使得它能夠分擔(dān)總的電源電流的較大部分。由于網(wǎng)絡(luò)逆變器的二極管是快速的，并且它們的下降電壓以及功率損耗都比閘流晶體管更大，因而這樣是有益的。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，至少6個(gè)交流電壓相位被饋入到頻率轉(zhuǎn)換器中，即，上述的兩個(gè)整流器路徑被連接到電壓源的不同相位上，由此，頻率轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了至少12脈沖整流，同時(shí)功率也可能從負(fù)載傳回到該網(wǎng)絡(luò)(4象限驅(qū)動(dòng))。和已有技術(shù)的電路相比這是一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵诂F(xiàn)有技術(shù)中不能組合上述兩個(gè)特性。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，還使用雙向傳送功率的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)代替主接觸器。這不僅節(jié)省了空間和成本，而且還能夠避免傳統(tǒng)主接觸器的牽引線圈所需要的附加功率或者額外的電源。
本發(fā)明的一些實(shí)施例以不同的組合方式包含了上述實(shí)施方式的特征。
本發(fā)明的一個(gè)特征是，電驅(qū)動(dòng)器包含并聯(lián)的n個(gè)依照本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換器，這樣每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器被連接到一個(gè)專用的n相位交流電壓源，其中n＝2，3，4，...這樣允許了18脈沖或者24脈沖整流的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。這樣做，電源電流失真幾乎不會(huì)存在。


在下文中，將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1的框圖示例了配有中間電路的頻率轉(zhuǎn)換器或者電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)；圖2的電路圖示出了現(xiàn)有技術(shù)4象限驅(qū)動(dòng)器的原理；圖3的電路圖示出了現(xiàn)有技術(shù)2象限驅(qū)動(dòng)器的原理；以及圖4示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的原理的電路圖。
具體實(shí)施例方式
在如圖4的例子所示的4象限驅(qū)動(dòng)器中，中間電路的電容器電池C1-C2的傳統(tǒng)的充電接觸器和充電電阻器被3個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42和43所代替。每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42以及43分別包括一個(gè)二極管Dx，Dy或者Dz以及柵極觸發(fā)部件(在示例性電路中為閘流晶體管)Tx，Ty或者Tz的串聯(lián)連接，柵極觸發(fā)部件Tx，Ty或者Tz被并聯(lián)連接到電容器電池C1-C2。串聯(lián)連接的互連節(jié)點(diǎn)被連接到交流電壓輸入的對(duì)應(yīng)相位U1a，V1a或者W1a上，在示例情形中該交流電壓輸入是使用變壓器T1的三角形連接的次級(jí)線圈M2產(chǎn)生的。扼流線圈L2可以便于限制電源電流中的諧波并且防止高干擾頻率通過(guò)。
傳統(tǒng)的主接觸器被半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)44、45和46代替，后者雙向傳送功率，并且分別包括二極管DR，DS或DT以及柵極觸發(fā)部件(在示例電路中為閘流晶體管)TR，TS或者TT的反并聯(lián)。換言之，每個(gè)閘流晶體管TR，TS和TT的陽(yáng)極被連接到交流電壓輸入的對(duì)應(yīng)相位U1b，V1b或者W1b上，該交流電壓輸入在本例中由變壓器T1星形連接的次級(jí)線圈產(chǎn)生。扼流線圈L1可以便于限制電源電流中的諧波并且能夠防止高干擾頻率的通過(guò)。每個(gè)閘流晶體管TR，TS和TT的陰極被連接到逆變器電橋SM1，即，連接到該逆變器電橋開(kāi)關(guān)部件的對(duì)應(yīng)中間節(jié)點(diǎn)上。每個(gè)二極管DR，DS或DT被并聯(lián)連接到對(duì)應(yīng)的閘流晶體管TR，TS和TT，以使二極管的陽(yáng)極和閘流晶體管的陰極相連，二極管的陰極和閘流晶體管的陽(yáng)極相連。因此，當(dāng)閘流晶體管TR，TS和TT被觸發(fā)時(shí)，開(kāi)關(guān)部件44、45和46在兩個(gè)方向上都能傳導(dǎo)功率。
來(lái)自閘流晶體管控制電路47的控制信號(hào)X，Y和Z被連接到閘流晶體管TX，TY和TZ的柵極，控制信號(hào)R，S和T被連接到閘流晶體管TR，TS和TT的柵極。閘流晶體管控制電路47也被配置用于觀察半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)部件41、42和43中間節(jié)點(diǎn)的電壓以及電容器電池C1-C2的電壓。
實(shí)施電容器電池、網(wǎng)絡(luò)逆變器SM1以及逆變器SM2的方式并不重要，它們可以使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案實(shí)現(xiàn)。在本文中，電容器電池是指由一個(gè)或者多個(gè)電容器C1，C2構(gòu)成的單元。旁路電阻器最好和電容器并聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)逆變器SM1可以是任何能夠雙向功率傳送的開(kāi)關(guān)電橋。適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)模塊SM1結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。圖4的示例結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)逆變器SM1，其中使用了IGB晶體管。它還允許以一種本身已知的方式來(lái)進(jìn)一步降低電源失真。相似地，逆變器SM2可以使用已有技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，在圖4中示例了其中之一。逆變器SM2以期望的頻率為負(fù)載(例如電機(jī)M)產(chǎn)生交流電壓U2，V2和W2。利用饋入到晶體管柵極的控制信號(hào)以一種本身已知的方式來(lái)控制逆變器SM1和SM2。
依照本發(fā)明的該實(shí)施例，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的操作可以被分為兩個(gè)操作模式，即，充電模式和二極管模式，在前一模式中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42和43被控制以對(duì)電壓中間電路的電容器電池C1-C2充電，在后一模式中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42和43被控制以便作為整流器電橋工作并且將滿電壓饋送到直流電壓中間電路的電容器電池C1-C2上。
在充電模式，以受控的方式將直流電壓中間電路的電壓升高到目標(biāo)電平。通常，在充電開(kāi)始時(shí)，中間電路的電容器電池或者電容器被完全放電或者幾乎完全放電。充電情形如下當(dāng)切換到電源電壓時(shí)，所有的閘流晶體管TX，TY，TZ和TR，TS，TT不受控制(信號(hào)X，Y，Z，R，S和T不起作用)，因而閘流晶體管不能被觸發(fā)。因此半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)44、45和46將供電網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)逆變器SM1斷開(kāi)。這樣一來(lái)，電流不能以不受控制的方式流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆變器SM1的二極管電橋到達(dá)電容器電池C1-C2。也沒(méi)有電流流經(jīng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42和43到達(dá)中間電路。直到充電開(kāi)始時(shí)，閘流晶體管控制47才利用信號(hào)“X”，“Y”和“Z”來(lái)控制閘流晶體管TX，TY和TZ，這樣以一種受控的方式進(jìn)行充電，并且充電電流IL被限制為允許的值。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，利用一種本身已知的相位角度控制方法來(lái)進(jìn)行?？梢酝ㄟ^(guò)例如控制閘流晶體管TX，TY和TZ與電源周期相比的觸發(fā)時(shí)刻來(lái)調(diào)整電容器C1-C2的充電速度。當(dāng)閘流晶體管的陽(yáng)極電壓超過(guò)陰極電壓時(shí)可以用已知的方式來(lái)觸發(fā)閘流晶體管。然而，閘流晶體管不能被活動(dòng)地關(guān)斷，而只有當(dāng)流經(jīng)閘流晶體管的電流低于保持電流時(shí)才可以關(guān)斷閘流晶體管。這種關(guān)斷情形被稱為自然換向。在通過(guò)自然線換向的動(dòng)作來(lái)關(guān)斷閘流晶體管之前，閘流晶體管被觸發(fā)的短暫時(shí)刻，閘流晶體管控制47能夠?qū)⒍堂}沖輸入到閘流晶體管TX，TY和TZ的柵極。這樣得到一個(gè)電流脈沖，它截取自電源周期，被傳送到直流電壓中間電路的電容器電池C1-C2，并且使該電池的終端電壓升高。電流脈沖的幅度取決于限制該電流的電感，并且取決于柵極脈沖是在換向時(shí)刻之前多久給出的。
閘流晶體管控制47觀察電容器電池C1-C2的終端電壓。當(dāng)電容器電池C的終端電壓升到足夠高時(shí)，控制采取二極管模式。在二極管模式，閘流晶體管控制47比較瞬時(shí)相位電壓U1a，V1a或者W1a(即TX，TY和TZ的陽(yáng)極電壓)與它們的陰極電壓(即，電容器電池C1-C2的第二終端電壓Uc)。當(dāng)閘流晶體管的陽(yáng)極比陰極電勢(shì)高時(shí)，閘流晶體管控制47通常利用信號(hào)“X”，“Y”，“Z”把柵極電流提供給閘流晶體管TX，TY和TZ。通過(guò)柵極電流的作用，當(dāng)閘流晶體管的陽(yáng)極電壓超過(guò)陰極電壓時(shí)，閘流晶體管立刻被觸發(fā)。因此，根據(jù)本發(fā)明，直到陽(yáng)極電壓變得比陰極電壓更低時(shí)才產(chǎn)生柵極電流。所以，由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42和43所構(gòu)成的電橋的操作與二極管電橋的操作類似。
當(dāng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42和43被控制為二極管模式時(shí)，閘流晶體管控制47同時(shí)開(kāi)始利用信號(hào)“R”，“S”，“T”向閘流晶體管TR，TS和TT饋入連續(xù)的直流柵極電流，使得閘流晶體管總是在其陽(yáng)極電勢(shì)高于陰極時(shí)而被觸發(fā)。反向并聯(lián)連接的閘流晶體管對(duì)44、45和46因而在兩個(gè)方向上導(dǎo)通，它和一個(gè)閉合的接觸器完全類似。考慮到閘流晶體管的漏電流損耗，一個(gè)連續(xù)的柵極電流不會(huì)產(chǎn)生什么壞處，因?yàn)殚l流晶體管TR，TS和TT的反向電壓被限制為等于二極管電壓。DC柵極電流可以以3個(gè)不同相位電勢(shì)而被提供給閘流晶體管TR，TS和TT，最好是利用一個(gè)小的脈沖變壓器和二極管電橋，或者通過(guò)從開(kāi)關(guān)模塊SM1上面的IGB晶體管的柵極控制器來(lái)“竊取”。
逆變器SM1和SM2可以根據(jù)已有技術(shù)方案操作。
因而，沿著兩條路徑進(jìn)行整流經(jīng)由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41、42和43構(gòu)成的二極管電橋，和經(jīng)由二極管/閘流晶體管44、45，46以及逆變器SM1的二極管電橋。如果根據(jù)圖4使用6輸入相位，則可以獲得12脈沖整流，并且與之相伴，本質(zhì)上只有一個(gè)很小的電源電流失真。以已知的方式可以通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)逆變器SM1的IGB晶體管來(lái)進(jìn)一步降低這種失真。由于前一路徑的電壓損耗更小，它占用了總的電源電流一個(gè)大一些的部分。如果期望，該現(xiàn)象可以得到補(bǔ)償，例如通過(guò)適當(dāng)增加第一路徑扼流的電感，或者通過(guò)安排輸入變壓器次級(jí)線圈的電感使它們彼此互不相同。
在依照本發(fā)明實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，本發(fā)明的n個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器被并聯(lián)連接，以使每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器被連接到一個(gè)專用的6相位交流電壓輸入上，其中n＝2，3，4，...
并聯(lián)連接多個(gè)這樣的轉(zhuǎn)換器得以實(shí)現(xiàn)18或24脈沖整流。在這些情形下，電源電流失真本質(zhì)上幾乎不存在，因而開(kāi)關(guān)模塊只是“完成”了整流?？梢酝ㄟ^(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)并聯(lián)連接，例如通過(guò)使用一個(gè)特殊連接的輸入變壓器，該變壓器輸出所需要數(shù)量的3相輸出。在24脈沖轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，因而需要4個(gè)次級(jí)線圈(即，除了圖4的線圈M1和M2之外的兩個(gè)附加線圈)，其相位差是15度(360度/24)。開(kāi)關(guān)電橋41、42和43被連接到次級(jí)線圈之一上(例如圖4中的線圈M2)。網(wǎng)絡(luò)逆變器被連接到每一個(gè)其它次級(jí)線圈上，其連接方式與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器SM1經(jīng)由開(kāi)關(guān)44，45和46被連接到次級(jí)線圈M1的方式相同。因此，圖4的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器分支被復(fù)制成3個(gè)并聯(lián)分支，每一個(gè)都有專用的三相輸入。所有分支饋入同一電容器電池?？刂齐姍C(jī)的逆變器例如可以與圖4的逆變器SM2相似。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)際的附加優(yōu)點(diǎn)是在制造用于實(shí)施圖3的2象限驅(qū)動(dòng)器類型和圖4的4象限驅(qū)動(dòng)器類型的電驅(qū)動(dòng)器時(shí)，只需要一個(gè)機(jī)械方案。這是因?yàn)樗鼈兛梢允褂孟嗤牟考?，而只是使用方式稍微不同?br> 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很顯然隨著技術(shù)的進(jìn)步可以用多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基本思想。本發(fā)明及其實(shí)施例因而不僅限于上述實(shí)例，而是可以在權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種雙向傳送功率的頻率轉(zhuǎn)換器，并且它包含被連接到多相位交流電壓源的網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)，直流電壓中間電路的電容器電池(C1，C2)，要被連接到負(fù)載(M)的第二逆變器(SM2)，以及開(kāi)關(guān)裝置(44，45，46)，所述開(kāi)關(guān)裝置雙向傳送功率并且被連接到多相位交流電壓源和網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)之間，并且被配置為使電源從網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)斷開(kāi)，直到電容器電池的電壓達(dá)到一個(gè)預(yù)定電平，其特征在于該頻率轉(zhuǎn)換器還包括第一、第二和第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)，它們被分別連接到多相位交流電壓源的第一、第二以及第三相位(U1a，V1a，W1a)同所述電容器電池(C1，C2)之間，并被配置成首先工作在電流調(diào)整模式，以便利用所調(diào)整的充電電流對(duì)電容器電池(C1，C2)進(jìn)行充電，直到電容器電池(C1，C2)的電壓達(dá)到預(yù)定電平，并且然后工作在與網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)并聯(lián)的二極管電橋模式。
2.如權(quán)利要求1所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于每個(gè)第一、第二和第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)包括二極管(DX，DY，DZ)和優(yōu)選為閘流晶體管的柵極觸發(fā)部件(TX，TY，TZ)串聯(lián)連接，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與電容器電池(C1，C2)并聯(lián)，并且具有一個(gè)被連接到該交流電壓源的對(duì)應(yīng)相位(U1a，V1a，W1a)上的中間節(jié)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一、第二和第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)的每一個(gè)均包含該二極管(DX，DY，DZ)與閘流晶體管(TX，TY，TZ)的串聯(lián)連接，并且構(gòu)成二極管/閘流晶體管電橋，并且在于頻率轉(zhuǎn)換器包括控制裝置(47)，它在電流調(diào)整模式時(shí)控制閘流晶體管(TX，TY，TZ)，以便調(diào)整充電電流，直到電容器(C1，C2)電壓達(dá)到預(yù)定電平，并且它然后控制該閘流晶體管(TX，TY，TZ)，以便作為整流器二極管工作，使得二極管/閘流晶體管電橋起到二極管整流電橋的作用。
4.如權(quán)利要求2或3所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于在電流調(diào)整模式下柵極觸發(fā)部件(TX，TY，TZ)的觸發(fā)脈沖的定時(shí)相對(duì)于對(duì)應(yīng)輸入電壓相位的電源周期是可調(diào)節(jié)的。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于雙向傳送功率的所述開(kāi)關(guān)裝置包含第四、第五以及第六相位特定半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(44，45，46)，后者雙向傳送功率。
6.如權(quán)利要求5所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于每一個(gè)第四、第五和第六半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(44，45，46)包含一個(gè)二極管(DS，DR，DT)和一個(gè)優(yōu)選為閘流晶體管的柵極觸發(fā)部件(TS，TR，TT)，它們被反向并聯(lián)在對(duì)應(yīng)的電源電壓相位和網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)之間，所述二極管(DS，DR，DT)被配置成從網(wǎng)絡(luò)逆變器向交流電壓源傳送功率，并且該柵極觸發(fā)部件(TS，TR，TT)被配置用于在導(dǎo)通狀態(tài)下從交流電壓源向網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)傳送功率，并在不導(dǎo)通狀態(tài)下中斷在所述方向上的功率傳送。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于雙向傳送功率的開(kāi)關(guān)裝置(44，45，46)和第一、第二以及第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)被并聯(lián)連接到同一三相交流電壓源上，并且網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)和第一、第二以及第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)完成6脈沖整流。
8.如權(quán)利要求1-6的任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于雙向傳送功率的開(kāi)關(guān)裝置(44，45，46)和第一、第二以及第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)被連接到六相位交流電壓源的不同相位上，并且網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)和第一、第二以及第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)完成12脈沖整流。
9.如前面任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于該頻率轉(zhuǎn)換器包括與所述網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)并聯(lián)的至少一個(gè)附加頻率轉(zhuǎn)換器，所述附加頻率轉(zhuǎn)換器經(jīng)由一個(gè)雙向傳送功率的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)裝置而被連接到一個(gè)專用的三相電源上，并且被配置成為所述電容器電池(C1，C2)饋電，并且所述網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)，所述至少一個(gè)附加網(wǎng)絡(luò)逆變器，以及所述第一、第二和第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)完成了至少18脈沖整流。
10.如前面任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于該電容器電池包括一個(gè)或者多個(gè)電容器。
11.如前面任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述多相位交流電壓源是利用變壓器(T1，T2)實(shí)現(xiàn)的，在該變壓器中連接次級(jí)線圈(M1，M2)以便產(chǎn)生相互具有相移的3相電源。
12.一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包含如權(quán)利要求1-11的任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器。
13.一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包含n個(gè)并聯(lián)的、如權(quán)利要求1-11的任一權(quán)利要求所述的頻率轉(zhuǎn)換器，以使每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器被連接到一個(gè)專用的6相位交流電壓源上，其中n＝2，3，4，...。
全文摘要
使用被連接在三相電壓源和電容器電池(C1，C2)之間的3個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)來(lái)替換在頻率轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有技術(shù)中間電路中的電容器電池的充電接觸器和充電電阻器。當(dāng)頻率轉(zhuǎn)換器被連接到供電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這3個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)被配置用于首先工作在電流調(diào)整模式，以便使用所調(diào)整的充電電流對(duì)電容器電池(C1，C2)進(jìn)行充電，直到電容器電池的電壓達(dá)到預(yù)定電平。此后，導(dǎo)引這3個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(41，42，43)工作在與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)逆變器(SM1)并聯(lián)的二極管電橋模式，從而提供第二整流分支。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包含一個(gè)二極管和柵極觸發(fā)部件(最好是閘流晶體管)的串聯(lián)連接。
文檔編號(hào)H02P27/08GK1578110SQ200410063459
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
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