專利名稱：9器件ac－ac轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電功率轉(zhuǎn)換，尤其涉及AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從輸入AC形式到輸出AC形式的電功率轉(zhuǎn)換廣泛地使用于行業(yè)應(yīng)用中。尤其是三相雙向AC/DC/AC轉(zhuǎn)換器已被使用于電機驅(qū)動器應(yīng)用、發(fā)電系統(tǒng)、線路調(diào)節(jié)器、以及不可間斷電源系統(tǒng)(UPS)中。這種類型的轉(zhuǎn)換器在輸入(線)側(cè)和輸出(負載)側(cè)都提供正弦電流和可調(diào)節(jié)的功率因數(shù)。傳統(tǒng)的三相雙向AC/DC/AC轉(zhuǎn)換器包括與直流傳輸線(dc-link)相耦合的兩個三相PWM逆變器，所述直流傳輸線提供某種形式的電抗，如分別用于背靠背(back-to-back)電壓或電流源配置的電容器或電感器。這種類型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有時被稱為兩級轉(zhuǎn)換器，因為轉(zhuǎn)換以兩級發(fā)生，第一級涉及從三相AC到DC的轉(zhuǎn)換，第二級提供從DC到三相輸出AC的轉(zhuǎn)換，其中輸出AC能夠具有可變的電壓和/或頻率。然而，由于存在兩個能量轉(zhuǎn)換，傳統(tǒng)的兩級轉(zhuǎn)換器的能量效率比單級轉(zhuǎn)換低。針對這種效率，已經(jīng)提出了直接AC-AC轉(zhuǎn)換器，包括AC/AC矩陣轉(zhuǎn)換器，其中三相輸入AC電壓的能量直接被變換成三相輸出電壓。然而，三相AC/AC矩陣轉(zhuǎn)換器需要18個電源轉(zhuǎn)換器件以及利用緩沖電路(snubber circuit)的復(fù)雜的換向開關(guān)控制，以避免輸入側(cè)短路和輸出側(cè)開路情形。還引入了所謂的稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器，以試圖減少開關(guān)器件的數(shù)量。這些轉(zhuǎn)換器通過使用從AC-DC然后從DC-AC的兩級能量轉(zhuǎn)換而實質(zhì)上改變了標準的矩陣轉(zhuǎn)換器。稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器不需要直流傳輸線電抗分量，并且通過特殊的PWM開關(guān)控制能夠降低輸入側(cè)開關(guān)的開關(guān)損耗。然而，與標準的兩級AC/DC/AC轉(zhuǎn)換器中所使用的12個電源開關(guān)器件相比，稀疏矩陣轉(zhuǎn)換器設(shè)計需要3個附加的開關(guān)器件以及6個額外的二極管。因此，一直都需要改進的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計，使得一種形式的AC電功率能夠被有效地轉(zhuǎn)換成第二種AC形式，而無需大量的開關(guān)器件或復(fù)雜的開關(guān)控制。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在概述本發(fā)明的一個或多個方面以促進對本發(fā)明的基本理解，此概述并非是本發(fā)明的廣延綜述，既不標識本發(fā)明的確實的元素也不描繪其范圍。相反，此概述的主要目的是在下文中給出更為詳細的描述之前以簡化的形式給出本發(fā)明的某些概念。本發(fā)明涉及使用中間直流電路在兩個單相或三相系統(tǒng)之間的AC-AC能量轉(zhuǎn)換，并發(fā)現(xiàn)能應(yīng)用于任何數(shù)量的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，包括但不限于UPS、線路調(diào)節(jié)器、電壓恢復(fù)器、電機驅(qū)動、以及專門的供電應(yīng)用，其中輸出可提供可變電壓和/或可變頻率的AC電功率。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，提供了一種9器件三相AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)形式的9個開關(guān)，形成三個支線電路，每個支線電路中有三個開關(guān)，以將三個輸入端子處的AC輸入功率轉(zhuǎn)換到三個輸出端子處的AC輸出功率。支線電路分別連接到相應(yīng)的輸入端子和輸出端子，第一開關(guān)耦合在所述輸入端子和第一DC端子之間，第二開關(guān)耦合在所述輸入端子和輸出端子之間，第三開關(guān)耦合在所述輸出端子和第二DC端子之間?？刂葡到y(tǒng)向開關(guān)提供信號，以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換成輸出連接處的輸出AC電功率。在一個實施例中，向每個支線電路提供一組信號，以選擇性地將該支線電路置于三種狀態(tài)之一，包括將相應(yīng)的輸入和輸出端子耦合到第一DC端子的第一狀態(tài)，將輸入和輸出端子耦合到第二DC端子的第二狀態(tài)，以及將輸入端子耦合到第一DC端子、將輸出端子耦合到第二DC端子的第三狀態(tài)，其中可提供開關(guān)控制信號使得連接到每個支線電路的輸出端子保持在和與該支線電路相關(guān)聯(lián)的連接的輸入端子的電壓相同或更低的電壓。在某些實施例中，控制信號由控制系統(tǒng)使用正弦脈寬調(diào)制進行脈寬調(diào)制，控制系統(tǒng)提供開關(guān)控制信號以將來自輸入的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到可變頻率輸出AC電功率。而且，開關(guān)可以是非對稱器件，其能夠僅在一個方向阻塞電壓，而允許兩個方向中的電流。
本發(fā)明的一個或多個進一步的方面涉及一種9器件、三相AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括能夠僅在一個方向中阻塞電壓而允許兩個方向中的電流的總共9個開關(guān)器件。轉(zhuǎn)換器具有與所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)耦合的控制系統(tǒng)，控制所述開關(guān)器件以將來自三端子輸入連接的AC電功率轉(zhuǎn)換到三端子輸出連接處的輸出AC電功率。在一個可能的實現(xiàn)方式中，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括三個支線電路，每個支線電路有三個開關(guān)，每個支線電路連接到相應(yīng)的一對輸入和輸出端子。在一個實例中，控制系統(tǒng)以三種狀態(tài)之一向支線電路提供開關(guān)信號，以選擇性地在第一狀態(tài)中將相應(yīng)的輸入和輸出端子耦合到第一DC端子，在第二狀態(tài)中將輸入和輸出端子耦合到第二DC端子，在第三狀態(tài)中將輸入端子耦合到第一DC端子、而將輸出端子耦合到第二DC端子。
本發(fā)明的其它方面提供一種6器件、單相AC-AC轉(zhuǎn)換器，具有單相AC輸入、單相AC輸出以及DC電路，該單相AC輸入具有第一和第二輸入端子，所述單相AC輸出具有第一和第二輸出端子，所述DC電路具有第一和第二DC端子和儲能元件。一種實現(xiàn)方式包括形成兩個支線電路的總共6個開關(guān)器件，每個支線電路中總共有3個開關(guān)器件，每個支線連接到相應(yīng)的AC輸入端子和相應(yīng)的AC輸出端子。在該實施例中，每個支線的第一開關(guān)器件耦合在所述相應(yīng)的輸入端子和第一DC端子之間，第二開關(guān)耦合在輸入端子和輸出端子之間，第三開關(guān)耦合在輸出端子和第二DC端子之間，一控制系統(tǒng)提供開關(guān)控制信號以將單相AC輸入功率轉(zhuǎn)換成輸出連接處的輸出AC功率。在另一可能的實現(xiàn)方式中，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括總共6個非對稱開關(guān)器件，能夠僅在一個方向中阻塞電壓而允許在兩個方向中的電流，一控制系統(tǒng)與所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)相耦合，以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接處的輸出AC電功率。


下面的說明和附圖詳細給出了本發(fā)明的某些說明性的實現(xiàn)方式，指示出可以實現(xiàn)本發(fā)明的原理的若干示例性的方式。然而，所例示的例子并非是窮舉本發(fā)明的各種可能的實施例。連同附圖一起考慮，本發(fā)明的目的、優(yōu)點和新穎特征將在下面的詳細說明中給出，附圖中圖1A是例示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的示例性9器件三相AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖；圖1B是例示出根據(jù)本發(fā)明的進一步方面的、具有以雙支線開關(guān)網(wǎng)絡(luò)配置的6個非對稱開關(guān)器件的示例性單相AC-AC轉(zhuǎn)換器的示意圖；
圖2A示出圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器的單支線電路的部分示意圖，該單支線電路具有耦合在相應(yīng)AC輸入端子和第一DC端子之間的第一開關(guān)、耦合在輸入端子和相應(yīng)AC輸出端子之間的第二開關(guān)、以及耦合在輸出端子和第二DC端子之間的第三開關(guān)；圖2B是示出圖1A、1B和2A的轉(zhuǎn)換器支線電路的示例性三狀態(tài)開關(guān)操作的表，定義了將輸入端子和輸出端子耦合到第一DC端子的第一狀態(tài)、將輸入端子和輸出端子耦合到第二DC端子的第二狀態(tài)、以及將輸入端子耦合到第一DC端子以及將輸出端子耦合到第二DC端子的第三狀態(tài)；圖3給出了例示出圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器對于不同的調(diào)制指數(shù)(MI)值的正弦PWM恒頻(CF)操作的示例性輸入和輸出調(diào)制波形以及公共載波波形的圖；圖4描繪了例示出圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器對于單個示例性調(diào)制指數(shù)值的正弦PWM變頻(VF)操作的示例性輸入和輸出調(diào)制波形以及公共載波波形的圖；圖5A和5B是示出圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器的示例性正弦PWM實現(xiàn)在單個開關(guān)周期上的輸入和輸出開關(guān)順序波形的圖；圖6是例示出圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器的示例性正弦PWM實現(xiàn)中用于驅(qū)動轉(zhuǎn)換器支線電路之一的轉(zhuǎn)換器開關(guān)控制系統(tǒng)邏輯電路的部分示意圖；圖7是例示出圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器中的圖6的邏輯電路的輸入和輸出信號的圖；圖8是示出圖1A的三相AC-AC轉(zhuǎn)換器的實驗性恒頻實現(xiàn)中的示例性的一組支線電路開關(guān)門驅(qū)動器信號的圖；圖9是例示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性恒頻實現(xiàn)中的示例性輸入和輸出電流波形的圖；圖10A和10B是分別示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性恒頻實現(xiàn)中示例性的輸入和輸出線電壓和相電流標繪圖；圖11A-11C是分別例示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性恒頻實現(xiàn)中、對于超前功率因數(shù)、整功率因數(shù)以及滯后功率因數(shù)的示例性的輸入線電壓和相電流曲線圖；圖12是示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性恒頻實現(xiàn)中、為了例示出輸入電壓下降時輸出電壓的恢復(fù)操作的示例性輸入電壓線和輸出相電流曲線的圖；圖13A是例示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性變頻(VF)實現(xiàn)中的示例性輸入和輸出相電壓曲線的圖；圖13B是例示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性變頻實現(xiàn)中的示例性輸入和輸出線電壓曲線的圖；圖14A是示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性變頻實現(xiàn)中的示例性輸入線電壓和輸入電流曲線的圖；圖14B是示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性變頻實現(xiàn)中的示例性輸出線電壓和輸出電流曲線的圖；圖15是示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性變頻實現(xiàn)中的示例性輸入相電壓和相電流曲線的圖；圖16是示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性變頻實現(xiàn)中的示例性輸入和輸出相電流曲線的圖；以及圖17是示出圖1A的轉(zhuǎn)換器的實驗性變頻實現(xiàn)中、輸出頻率變化期間的示例性輸入和輸出線電壓和相電流曲線的圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，連同附圖在下文中描述了本發(fā)明的若干實施例和實現(xiàn)方式，其中全文使用相同的參考標號指代相同的元件。圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的示例性9器件AC-AC功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)或功率轉(zhuǎn)換器10。系統(tǒng)10包括三相AC輸入連接或電路20、三相AC輸出連接或電路30以及DC電路40，三相AC輸入連接具有AC輸入端子20a、20b和20c(端子A、B、C)用于接收來自三相輸入源70的三相AC電輸入功率，三相AC輸出連接具有輸出端子30a、30b和30c(R、S、T)用于將三相AC電輸出功率提供給三相負載80，DC電路包括端子40a和40b(P和N)以及諸如DC電容器CDC之類的儲能元件。在所例示的例子中，示意性地將輸入源70示為三個AC電壓源VAS、VBS和VCS，分別通過串聯(lián)的電感性和電阻性阻抗元件LSA、RSA、LSB、RSB以及LSC、RSC耦合到輸入端子A、B和C，其中源VAS、VBS和VCS以“Y”形配置連接到公共的中性點或節(jié)點“O”，雖然如此，但是可以將任何類型的三相AC輸入源70連接到輸入20。輸出連接30的端子R、S和T可連接到任何類型的三相負載80，圖1A中例示了以Y形配置連接到公共中性點“m”的三個負載，其中所例示的示例性的負載為與輸出相R耦合的串聯(lián)負載電感LLR和電阻RLR、與輸出相S耦合的串聯(lián)負載電感LLS和電阻RLS、以及與輸出相T耦合的串聯(lián)負載電感LLT和電阻RLT，雖然如此，但是本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器可用于將AC輸出功率提供給任何類型的負載，如三相AC電機等。
系統(tǒng)10還包括9器件開關(guān)網(wǎng)絡(luò)50，后者包括形成了3個支線電路52a、52b和52c的總共9個開關(guān)器件S。每個支線電路包括總共3個開關(guān)S，其中電路52a分別具有第一、第二和第三開關(guān)SA1、SA2和SA3，電路52b分別具有第一、第二和第三開關(guān)SB1、SB2和SB3、以及電路52c分別具有第一、第二和第三開關(guān)SC1、SC2和SC3。每個支線電路52連接到DC電路40的正極端子40a和負極端子40b，還連接到相應(yīng)的AC輸入端子和相應(yīng)的AC輸出端子，其中第一支線電路52a連接到輸入端子A 20a和輸出端子R 30r，第二支線電路52b連接到輸入端子B 20b和輸出端子S 30s，第三支線電路52c連接到輸入端子C20c和輸出端子T 30t。而且，如圖1A所示，每個支線電路包括耦合在相應(yīng)的輸入端子(A、B、C)和第一DC端子P 40a之間的第一開關(guān)器件(SA1、SB1、SC1)、耦合在所述相應(yīng)的輸入端子和相應(yīng)的輸出端子(R、S、T)之間的第二開關(guān)(SA2、SB2、SC2)、以及耦合在所述相應(yīng)的輸出端子和第二DC端子40b(N)之間的第三開關(guān)(SA3、SB3、SC3)?？墒褂萌魏涡问降拈_關(guān)器件S，以在第一狀態(tài)下提供電連接而在第二狀態(tài)下提供電隔離，例如GTO、IGBT、IGCT等(所例示的實施例中為IGBT)，其中所例示的實施例中的各個開關(guān)器件S包括續(xù)流二極管DA1-DA3、DB1-DB3以及DC1-DC3，借此開關(guān)器件相對于電壓阻塞(voltage blocking)來說是單向或非對稱的，能夠僅在一個方向中阻塞電壓并允許兩個方向中的電流，但是這并非是本發(fā)明的限制要求。
9器件轉(zhuǎn)換器10還包括與開關(guān)網(wǎng)絡(luò)50耦合的控制系統(tǒng)60，用于將開關(guān)控制信號SC提供給開關(guān)器件S，以將來自輸入連接20的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接30處的輸出AC電功率?？墒褂萌魏畏绞降目刂葡到y(tǒng)60，例如邏輯、基于處理器的電路、軟件、固件、硬件或軟件的組合等等，以選擇性地操作開關(guān)S進行受控的AC-AC轉(zhuǎn)換，其中示例性的系統(tǒng)60是將三組開關(guān)控制信號SC提供給開關(guān)網(wǎng)絡(luò)50的脈寬調(diào)制(PWM)類型。在所例示的例子中，第一組控制信號SCA1、SCA2和SCA3分別提供給第一支線電路52a的開關(guān)SA1、SA2和SA3，第二組SCB1、SCB2和SCB3分別提供給第二支線電路52b的開關(guān)SB1、SB2和SB3，第三組控制信號SCC1、SCC2和SCC3分別提供給第三支線電路52c的開關(guān)SC1、SC2和SC3。如下面進一步參考圖2A和2B所述那樣，在示例性的三相轉(zhuǎn)換器10中，以支線中三種狀態(tài)中的一種提供信號組，用于輸入AC功率到輸出端子R、S和T處的輸出功率的轉(zhuǎn)換。而且，雖然是以單向功率轉(zhuǎn)換的上下文來討論的，但是，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器可以任何方向轉(zhuǎn)換功率，其中可替代地使用輸出連接30來接收輸入電功率，而可使用輸入連接20來提供輸出AC功率。分別在圖1A和圖1B中，輸入連接20、120可連接到輸出負載80、180，而輸出連接30、130可連接到輸入源70、170。
參考圖1B，根據(jù)本發(fā)明的各方面，例示出另一示例性的AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)110，在此情況下為6器件、單相實施例，接收來自源170的單相AC輸入功率，并向單相負載180提供輸出功率。單相轉(zhuǎn)換器110包括單相AC輸入連接120，后者具有第一和第二AC輸入端子120a和120b(A和B)，用于接收來自源170的單相AC電輸入功率，其中示例性的源170被示為與源電感LSA和串聯(lián)電阻RSA串聯(lián)的AC電壓源VAS。轉(zhuǎn)換系統(tǒng)110還包括單相AC輸出連接130，后者具有輸出端子130r和130s(R和S)，用于向負載提供單相AC電輸出功率，在所示的例子中，負載為電感LLR和電阻RLR的串聯(lián)組合。此外，提供了DC電路140，該電路包括第一和第二DC端子140a(P)和140b(N)以及儲能元件(電容器CDC)，還提供了具有一對3器件支線電路152a和152b的6器件開關(guān)網(wǎng)絡(luò)150。與在上述的三相轉(zhuǎn)換器10中一樣，單相轉(zhuǎn)換器110中的6個開關(guān)器件S是連接了回歸二極管(flyback diode)的IGBT，能夠僅在一個方向中阻塞電壓并允許兩個方向中的電流，每個支線電路152中有三個器件S。而且，每個支線電路152連接到相應(yīng)的AC輸入端子(A或B)和相應(yīng)的AC輸出端子(R或S)，并包括耦合在所述相應(yīng)的輸入端子(A、B)和第一DC端子140a(P)之間的第一開關(guān)器件(SA1或SB1)、耦合在所述相應(yīng)的輸入(A、B)和輸出(R、S)端子之間的第二開關(guān)(SA2或SB2)、以及耦合在所述輸出端子(R、S)和第二DC端子140b(N)之間的第三開關(guān)(SA3、SB3)。PWM開關(guān)控制系統(tǒng)160與雙支線開關(guān)網(wǎng)絡(luò)150耦合，并向其開關(guān)器件S提供開關(guān)控制信號SC，以將來自連接120的輸入功率轉(zhuǎn)換成輸出連接130處的輸出AC電功率。
參考圖2A和2B，三相和單相轉(zhuǎn)換器10、110的支線電路52和152，以及提供給它們的各組開關(guān)信號SC可以相似的方式實現(xiàn)，以在示例性系統(tǒng)10、110中實現(xiàn)每個開關(guān)支線電路52、152的三狀態(tài)開關(guān)操作，用于以恒頻(CF操作，輸入和輸出頻率相同，且基頻輸入和輸出電壓的幅度可變)或可變輸出頻率(VF操作，輸出頻率可相對于輸入頻率而調(diào)整，且基頻輸入和輸出電壓的幅度可變)將輸入AC功率轉(zhuǎn)換成輸出AC。圖2A例示出示例性的支線電路52a、152a，包括按照圖1A和1B那樣連接的開關(guān)SA1-SA3，它們分別與相應(yīng)的第一輸入和輸出端子A和R相耦合，還與DC端子P和N相耦合，其它支線電路52、152類似構(gòu)成。來自控制系統(tǒng)60、160的相應(yīng)的一組信號SC包括信號SCA1、SCA2和SCA3，分別耦合到支線電路52a、152a的第一、第二和第三開關(guān)器件SA1、SA2和SA3，示例性轉(zhuǎn)換器10、110的其它支線電路52、152類似地連接并如下文中相對于第一支線電路52a、152a和相應(yīng)的開關(guān)控制信號組描述的三狀態(tài)操作那樣進行開關(guān)操作。圖2B示出了例示出圖1A、1B和2A的轉(zhuǎn)換器10、110中的控制系統(tǒng)60、160所實現(xiàn)的示例性支線電路52a、152a的示例性三狀態(tài)開關(guān)操作的表200。表200定義了第一狀態(tài)、第二狀態(tài)和第三狀態(tài)，第一狀態(tài)中開關(guān)SA1和SA2導(dǎo)通而開關(guān)SA3關(guān)斷，以將輸入和輸出端子A和R耦合到第一(正)DC端子P；第二狀態(tài)中，SA1關(guān)斷而SA2和SA3導(dǎo)通，以將輸入和輸出端子耦合到第二DC端子；第三狀態(tài)中，SA1和SA3導(dǎo)通而SA2關(guān)斷，以將輸入端子A耦合到DC端子P，并將輸出端子R耦合到DC端子N。
為了說明本發(fā)明的各種概念，下文中相對于圖1A的三相轉(zhuǎn)換器10描述支線電路52和控制系統(tǒng)60的操作，在圖1B的單相實現(xiàn)方式中提供了類似的操作。在圖1A的轉(zhuǎn)換器10的操作中，通過以圖2B所示的支線的三種狀態(tài)之一選擇性地提供來自控制系統(tǒng)60的開關(guān)控制信號SC，分別控制輸入端子A、B和C以及輸出端子R、S和T的電壓，來控制三相輸入電流IA、IB和IC和輸出電流IR、IS和IT。以此方式，一部分輸入能量被轉(zhuǎn)移到DC電路40用于隨后轉(zhuǎn)移給輸出80，剩余的能量被直接從輸入70轉(zhuǎn)換到輸出80，這使用了比傳統(tǒng)的背靠背轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中所需更少的開關(guān)。在所例示的實現(xiàn)方式中，控制系統(tǒng)60提供脈寬調(diào)制(PWM)信號SCA1、SCA2和SCA3(以及對其它支線電路52b和52c的信號)，以便使用圖2B的表200中的示例性三狀態(tài)開關(guān)方案將與每個支線電路52相關(guān)聯(lián)的輸出端子處的電壓維持在或低于相應(yīng)輸入端子處的電壓，其中可使用任何開關(guān)技術(shù)來提供開關(guān)控制信號SC，包括但不限于所例示的例子中的正弦脈寬調(diào)制或空間矢量調(diào)制(SVM)，或其它開關(guān)方法。如下文中進一步描述的那樣，所例示的開關(guān)方案通過將不同的補償或共模電壓加到輸入和輸出的調(diào)制波形上來對支線電路開關(guān)狀態(tài)進行控制，允許對輸入和輸出相電壓的單獨控制，同時將給定支線電路的輸出電壓維持在或低于輸入電平。而且，如下文所示，轉(zhuǎn)換器10、110可工作在恒頻(CF)模式或變頻(VF)模式，在變頻模式中，控制系統(tǒng)60、160提供開關(guān)控制信號SC以將輸入AC電功率轉(zhuǎn)換成輸出連接30、130處的可變頻率輸出AC電功率。
現(xiàn)在參考圖3和4，示出了圖形210和250，例示出可在控制系統(tǒng)60中實現(xiàn)的用于控制轉(zhuǎn)換器10中的9個開關(guān)器件S的開關(guān)操作的較佳的脈寬調(diào)制方案。一般來說，為輸入和輸出都創(chuàng)建調(diào)制波形，公共載波用于脈寬調(diào)制以產(chǎn)生開關(guān)控制信號SC，其中調(diào)制波形的幅度和頻率確定或控制被調(diào)制的輸入或輸出的幅度和頻率。圖3中的圖形210分別例示出圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器10、110的正弦PWM恒頻(CF)操作對于不同的調(diào)制指數(shù)(MI)值的示例性的輸入和輸出調(diào)制波形220和240以及公共三角載波波形230。在圖形210中，輸入調(diào)制曲線226、225、224、223、222和221連同輸出調(diào)制曲線241、242、243、244、245、246一起示出，分別對應(yīng)于0、0.173、0.346、0.519、0.693以及0.866的調(diào)制指數(shù)值。
而且，在所例示的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)配置中，在任何支線電路52中，希望防止輸出端子電壓超過輸入端子電壓。為此，示例性的PWM開關(guān)控制方案對調(diào)制波形引入了補償或DC共模電壓，以確保對于輸出相電壓(VRN、VSN、VTN)所有可能的值，輸入相A、B和C的輸入調(diào)制波形220(如Vma、Vmb、Vmc)在輸入相電壓(VAN、VBN、VCN)的范圍上總是大于(或至少等于)輸出相R、S、T的相應(yīng)輸出調(diào)制波形240(如Vmr、Vms和Vmt)，這確保了每個支線電路中輸入電壓總是大于輸出電壓。而且，示例性的輸入和輸出調(diào)制彼此是同相的(時間上對齊)，并采用公共載波波形，如圖3和4的示例性三角載波信號230Vcr。圖4中的圖形250示出了圖1A和1B的轉(zhuǎn)換器10、110的正弦PWM變頻(VF)操作的對于調(diào)制指數(shù)值0.433的示例性輸入和輸出調(diào)制波形220和240以及載波波形230，其中以不同于(高于)輸入AC功率的頻率的頻率提供輸出AC功率。
在該正弦PWM實現(xiàn)方式中，每個調(diào)制波形220、240與載波波形230相比較，相應(yīng)地確定轉(zhuǎn)換器10、110的輸入和輸出波形，根據(jù)本發(fā)明可使用任何適當?shù)拿}寬調(diào)制技術(shù)。例如，可使用波形產(chǎn)生電路來產(chǎn)生如圖3和4所例示的調(diào)制和載波波形220、230、240，并連同各種補償電壓電路和用于將各個調(diào)制信號220和240與載波230相比較的兩個比較器電路一起，以產(chǎn)生施加到諸如圖6所示的邏輯電路300之類的邏輯的信號?？蛇x地，可以基于處理器的實現(xiàn)方式來實現(xiàn)脈寬調(diào)制，其中以軟件、固件或其它數(shù)字邏輯來執(zhí)行所例示的調(diào)制波形、補償和比較。在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)60的CF或VF AC-AC操作中的任一操作中，控制系統(tǒng)60對輸入調(diào)制波形220提供正直流偏移，而將負直流偏移加到輸出調(diào)制波形240，這些偏移或補償?shù)牧靠梢允欠乐谷我恢Ь€電路52內(nèi)系統(tǒng)輸出電壓超過輸入電壓的任何形式。在所例示的系統(tǒng)10中，對于不同的PWM方案使用不同的補償，補償可以隨著輸入和輸出電壓的調(diào)制指數(shù)、以及根據(jù)轉(zhuǎn)換器10是工作于恒頻模式還是變頻模式而變化。
在所例示的恒頻實現(xiàn)方式(如圖3)中，輸入和輸出調(diào)制波形220和240根據(jù)其間的相差來偏移，以便防止輸出調(diào)制波形240超過輸入調(diào)制波形220。在此情況下，如圖3和圖4的曲線中所例示的那樣，以下式1)給出輸入調(diào)制波形220(如三個輸入相的波形Wma、Wmb和Wmc)1)Vm輸入＝Vd-Vip+VipSINθ，其中，Vd是跨電容器CDC(圖1A)的DC電路電壓，Vip是輸入調(diào)制波形的峰值，三個相A、B、C的各調(diào)制波形彼此偏移120度(例如對于單相轉(zhuǎn)換器110為180度偏移)。此外，由下式2)給出輸出調(diào)制波形240(如對于三個輸出相R、S和T的波形Wmr、Wms和Wmt)2)Vm輸出＝Vop+Vop SINθ，其中，Vop是輸出調(diào)制波形的峰值，三個輸出相R、S、T的各調(diào)制波形彼此偏移120度(例如對于單相轉(zhuǎn)換器110為180度偏移)。在這一點上，發(fā)明人已認識到恒頻工作模式下，DC電路電壓Vd的最小值會隨輸入和輸出電壓之間的相差量而變化，在某些實現(xiàn)方式中限制輸入-輸出相差可能較佳。
在三相轉(zhuǎn)換器10的示例性變頻(VF)實現(xiàn)方式(如圖4)中，由下式3)給出輸入調(diào)制波形220(如波形Wma、Wmb和Wmc)的直流偏移3)(3Vd/4)+Vip SINθ1，由下式4)給出輸出調(diào)制波形240(如波形Wmr、Wms和Wmt)4)(Vd/4)+Vop SINθ2，其中，θ1和θ2以不同的頻率變化。從而，如圖3和圖4所示，在使用上述補償?shù)氖纠訮WM方案中，最大輸入調(diào)制波形221和最大輸出調(diào)制波形246一般相等，但輸入調(diào)制波形220總是大于或等于輸出波形240。然而，可采用其它補償方案和PWM技術(shù)，使得與每個支線電路52相關(guān)聯(lián)的輸入端子處的電壓從不被相應(yīng)的輸出端子電壓超過。
參考圖5A和5B，在控制系統(tǒng)60的所例示的實現(xiàn)方式中，控制器60中的示例性的正弦脈寬調(diào)制開關(guān)順序每個PWM周期被劃分成7個開關(guān)或換向段(每個開關(guān)模式周期中7段順序)。對于載波230的頻率比調(diào)制波形220、240的頻率高得多的示例性情況，在一個典型開關(guān)周期上，圖5A例示出示例性的圖形260，而圖5B示出圖形270，其中為了說明起見，圖形260和270被抽象化，輸入調(diào)制波形值Vma、Vmb和Vmc以及輸出調(diào)制波形Vmr、Vms和Vmt被示為恒定。相對于所希望的輸入和輸出波形VAN、VBN、VCN以及VRN、VSN和VTN，它們分別示于圖形260和270中，當相應(yīng)的調(diào)制波形大于載波230時，它們每個都為高，使得所希望的輸入和輸出波形的寬度由調(diào)制和載波波形來確定，輸入和輸出調(diào)制波形220和240的三個相被相應(yīng)地相移。從而，這些可通過例如使用比較器電路(未示出)或以軟件方式通過將各輸入和輸出調(diào)制波形220、240與載波230比較來產(chǎn)生。在所例示的圖5A的例子中，所希望的第一相輸入VAN從時間TI1至TI6為高，VBN從時間TI2至TI5為高，VCN從時間TI3至TI4為高。在圖5B的輸出圖形270中類似，所希望的輸出VRN從時間TO1至TO6為高，VSN從時間TO2至TO5為高，VTN從時間TO3至TO4為高。
參考圖6和圖7，對于每個支線電路，可提供邏輯電路300(圖6)，它把相應(yīng)的支線輸入和輸出期望信號波形作為電路輸入(如第一支線電路52a的期望支線輸入VAN和支線輸出VRN)，并產(chǎn)生該相應(yīng)的支線電路52的開關(guān)控制信號SC(如用于示例性第一支線電路52a的SCA1、SCA2和SCA3)，其中提供各電路300用于驅(qū)動支線電路52?？蛇x地，這里描述的用于驅(qū)動支線電路52的電路300的邏輯和功能可以以固件、軟件等來實現(xiàn)。所產(chǎn)生的第一組示例性開關(guān)控制信號SCA1、SCA2和SCA3例示在圖7的圖形320中，其中控制系統(tǒng)60的開關(guān)邏輯分別提供不同的開關(guān)狀態(tài)2、3、1、3和2。
圖5A至圖7的例子示出了圖1A的三相轉(zhuǎn)換器10的正弦脈寬調(diào)制開關(guān)方法，根據(jù)本發(fā)明，這也可用于圖1B的單相實現(xiàn)方式中以及其它轉(zhuǎn)換器中?？梢詫崿F(xiàn)其它PWM方法，其中對調(diào)制波形作出一個或多個修改，例如，將三次諧波分量加到主或基頻正弦，用載波(如三角或其它)來調(diào)制合成波形，不論調(diào)制波形是否完全是正弦，所有這些變型都被認為是本發(fā)明范圍內(nèi)的正弦脈寬調(diào)制的等價形式。而且，可以采用其它脈寬調(diào)制技術(shù)，例如空間矢量調(diào)制(SVM)，其中根據(jù)基準矢量通過其旋轉(zhuǎn)的空間矢量圖來定義開關(guān)狀態(tài)或模式的順序，根據(jù)當前的基準矢量位置來確定所采用的特定模式或狀態(tài)順序以及相應(yīng)的停留時間(dwell time)，適當?shù)倪x擇開關(guān)狀態(tài)和停留時間計算來確保每個支線電路52的輸入端子處于或高于相應(yīng)輸出端子的電壓。此外，可通過等價的脈寬調(diào)制或其它開關(guān)技術(shù)來實現(xiàn)諸如上述圖1B的轉(zhuǎn)換器110之類的單相實現(xiàn)方式，其中支線電路開關(guān)信號組彼此偏移180度，利用適當?shù)恼{(diào)制補償或調(diào)節(jié)來為各支線電路152的輸出端子提供處于或低于相應(yīng)輸入端子的電壓的電壓。
現(xiàn)在參考圖8至圖17，評估了恒頻(CF)和變頻(VF)工作模式下圖1A所示類型的7.5KVA原型三相AC-AC轉(zhuǎn)換器的性能。在這些實驗中，線路rms輸入電壓(如VAB)對于CF模式為208VAC，而對于VF模式為104VAC，源電感Ls為2.5mH，包含輸出負載的三相R-L負載中R＝14.6OHMS、L＝2.5mH，DC電容器CDC＝2350μF，使用空間矢量調(diào)制PWM方案，采樣頻率fsw＝3.24kHz。以60Hz的輸入功率測試該系統(tǒng)，其中輸入側(cè)使用面向線電壓的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)來控制輸入電流，輸出側(cè)使用開環(huán)電壓控制。在測試的恒頻(CF)操作中，使用輸入和輸出調(diào)制指數(shù)值0.8，控制輸入和輸出電壓波形以保持幾乎同相，而DC電路電壓Vd保持在360VDC。
對于恒頻操作，圖8給出了示出轉(zhuǎn)換器10的實驗性實現(xiàn)方式中示例性的一組支線電路開關(guān)門驅(qū)動器信號SCA1、SCA2和SCA3的圖形400。圖9包含分別例示出CF實驗性轉(zhuǎn)換器10中示例性輸入和輸出電流波形IA和IR的圖形410，表現(xiàn)出幾乎正弦輸入和輸出電流性能，而輸出功率因數(shù)略微滯后。圖10A和10B分別給出圖形420和430，分別示出恒頻操作中實驗性輸入和輸出線電壓(VAB和VRS)和相電流標繪圖(IA和IR)，其中輸入和輸出線電壓波形共用相同的直流電路電壓Vd。圖11 A至圖11C是圖形440、450和460，分別示出實驗性恒頻實現(xiàn)方式中對于超前功率因數(shù)、整功率因數(shù)以及滯后功率因數(shù)的輸入線電壓和相電流曲線(VAS和IA)。圖11A至11C的圖形例示出示例性實驗性轉(zhuǎn)換器10的可調(diào)節(jié)功率因數(shù)能力，輸入功率因數(shù)實際上對控制輸出功率因數(shù)的能力沒有不利影響，這表明本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10補償?shù)拓撦d功率因數(shù)應(yīng)用的適應(yīng)能力。圖12給出了圖形470，具有輸入線電壓和輸出相電流曲線VAS和IR，例示出系統(tǒng)10關(guān)于在存在輸入電壓降的情況下保持輸出電流IR的調(diào)節(jié)能力(電壓恢復(fù)能力)。
對于可變輸出頻率(VF)模式，實驗性的AC-AC轉(zhuǎn)換器性能例示于圖13A至圖17中，DC電路電壓Vd保持在360VDC，使用輸入和輸出調(diào)制指數(shù)值0.4。圖13A包括圖形500，分別例示出對于60Hz的輸入頻率和30Hz的輸出頻率的輸入和輸出相電壓曲線VAN和VRN，而圖13B的圖形510示出輸入和輸出線電壓曲線(VAB和VRS)，其中輸入頻率保持在60Hz，輸出頻率為30Hz。如圖13A中最佳地示出的那樣，即使輸出的幅度和頻率是可變的，輸出電壓VRN總是小于或等于輸入電壓VAN。圖14A和圖14B分別示出輸入和輸出線電壓和電流曲線VAB、IA、VRS和IR，其中輸出頻率仍為30Hz。圖15中的圖形540例示出輸入AC源相電壓和相電流曲線VAS和IA，而圖16給出了示出轉(zhuǎn)換器10中不同頻率的輸入和輸出相電流IA和IR的圖形550。圖17是分別示出三相轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10中輸出頻率從120Hz到30Hz變化期間，示例性的輸入和輸出線電壓VAB和VRS以及輸入和輸出相電流IA和IR，其中輸入電流和電壓波形IA和VAB在頻率調(diào)節(jié)動態(tài)期間基本不受干擾。從而，本發(fā)明可用于需要以可變幅度和頻率從輸入AC功率到輸出AC功率的轉(zhuǎn)換的各種應(yīng)用中，而不需要代價高、占用空間大和復(fù)雜的背靠背或矩陣轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明一次需要9個器件來轉(zhuǎn)換三相AC功率。
上述例子僅僅是說明本發(fā)明的各方面的若干可能的實施例，在閱讀和理解本說明書和所附附圖的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到其它等價變型和/或修改。尤其對于上述組件(部件、器件、系統(tǒng)、電路等)所執(zhí)行的各種功能而言，除非另外指定，用于描述這些組件的術(shù)語(包含對“裝置”的引用)意圖對應(yīng)于執(zhí)行所描述的組件的專門功能的任何組件，如固件、軟件或其組合(即功能等價)，即使是結(jié)構(gòu)上不等同于所揭示的執(zhí)行本發(fā)明所例示的實現(xiàn)方式中的功能的結(jié)構(gòu)也是如此。此外，雖然本發(fā)明的某一特征可能是僅關(guān)于若干實現(xiàn)方式之一來揭示的，但是此特征可與其它實現(xiàn)方式中的一個或多個其它特征相結(jié)合，這對于任何給定或特定的應(yīng)用來說是所希望和有利的。又，就在詳細說明和/或權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包含”、“具有”、“有”或其變型來說，這些術(shù)語意圖為類似于術(shù)語“包括”的方式表示包含性。
權(quán)利要求
1.一種AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括具有用于接收三相AC電輸入功率的第一、第二和第三AC輸入端子的三相AC輸入連接；具有用于提供三相AC電輸出功率的第一、第二和第三AC輸出端子的三相AC輸出連接；包括第一和第二DC端子和儲能元件的DC電路；包含形成了3個支線電路的總共9個開關(guān)器件的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，每個支線電路中總共有3個開關(guān)器件，每個支線電路連接到相應(yīng)的AC輸入端子和相應(yīng)的AC輸出端子，每個支線電路包括耦合在所述相應(yīng)的AC輸入端子和所述第一DC端子之間的第一開關(guān)器件、耦合在所述相應(yīng)的AC輸入端子和所述相應(yīng)的AC輸出端子之間的第二開關(guān)、以及耦合在所述相應(yīng)的AC輸出端子和所述第二DC端子之間的第三開關(guān)；以及與所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)相耦合的控制系統(tǒng)，向所述開關(guān)器件提供開關(guān)控制信號以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換成輸出連接處的輸出AC電功率。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)向所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供三組開關(guān)控制信號，每組開關(guān)控制信號提供給相應(yīng)的一個支線電路，所述控制系統(tǒng)以三種狀態(tài)中的一種提供各組開關(guān)控制信號，所述三種狀態(tài)包括將所述相應(yīng)的輸入和輸出端子耦合到所述第一DC端子的第一狀態(tài)、將所述輸入和輸出端子耦合到所述第二DC端子的第二狀態(tài)、以及將所述輸入端子耦合到所述第一DC端子而將所述輸出端子耦合到所述第二DC端子的第三狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，每組開關(guān)控制信號包括分別與相應(yīng)的支線電路的第一、第二和第三開關(guān)器件耦合的第一、第二和第三開關(guān)控制信號，在所述第一狀態(tài)中，所述第一和第二開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第三開關(guān)器件關(guān)斷，在所述第二狀態(tài)中，所述第一開關(guān)器件關(guān)斷而所述第二和第三開關(guān)器件導(dǎo)通，在所述第三狀態(tài)中，所述第一和第三開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第二開關(guān)器件關(guān)斷。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)向所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供三組開關(guān)控制信號，每組開關(guān)控制信號提供給相應(yīng)的一個支線電路，每組開關(guān)控制信號包括分別與相應(yīng)的一個支線電路的第一、第二和第三開關(guān)器件耦合的第一、第二和第三開關(guān)控制信號，在所述第一狀態(tài)中，所述第一和第二開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第三開關(guān)器件關(guān)斷，在所述第二狀態(tài)中，所述第一開關(guān)器件關(guān)斷而所述第二和第三開關(guān)器件導(dǎo)通，在所述第三狀態(tài)中，所述第一和第三開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第二開關(guān)器件關(guān)斷。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制信號由所述控制系統(tǒng)提供，以將連接到每個支線電路的輸出端子維持在與連接到同一支線電路的輸入端子的電壓相同或更低的電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制信號由所述控制系統(tǒng)使用正弦脈寬調(diào)制或空間矢量調(diào)制來進行脈寬調(diào)制。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)提供開關(guān)控制信號，以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接處的可變頻率輸出AC電功率。
8.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)器件可僅在一個方向中阻塞電壓，而允許在兩個方向中的電流。
9.一種AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括具有用于接收三相AC電輸入功率的第一、第二和第三AC輸入端子的三相AC輸入連接；具有用于提供三相AC電輸出功率的第一、第二和第三AC輸出端子的三相AC輸出連接；包括第一和第二DC端子和儲能元件的DC電路；包含總共9個開關(guān)器件的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述開關(guān)器件能夠僅在一個方向中阻塞電壓而允許兩個方向中的電流，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)與所述AC輸入和輸出連接耦合，并與所述DC電路耦合；以及與所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)耦合的控制系統(tǒng)，控制所述開關(guān)器件以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接處的輸出AC電功率。
10.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括三個支線電路，每個支線電路中總共有3個開關(guān)器件，每個支線電路連接到相應(yīng)的AC輸入端子和相應(yīng)的AC輸出端子，其中，所述控制系統(tǒng)向所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供三組開關(guān)控制信號，每組開關(guān)控制信號提供給相應(yīng)的一個支線電路，所述控制系統(tǒng)以三種狀態(tài)中的一種提供各組開關(guān)控制信號，所述三種狀態(tài)包括將所述相應(yīng)的輸入和輸出端子耦合到所述第一DC端子的第一狀態(tài)、將所述輸入和輸出端子耦合到所述第二DC端子的第二狀態(tài)、以及將所述輸入端子耦合到所述第一DC端子而將所述輸出端子耦合到所述第二DC端子的第三狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)控制所述開關(guān)器件，以將連接到每個支線電路的輸出端子維持在與連接到同一支線電路的輸入端子的電壓相同或更低的電壓。
12.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)使用正弦脈寬調(diào)制或空間矢量調(diào)制向所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供脈寬調(diào)制開關(guān)控制信號，以控制所述開關(guān)器件。
13.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)提供開關(guān)控制信號，以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接處的可變頻率輸出AC電功率。
14.一種AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括具有用于接收單相AC電輸入功率的第一和第二AC輸入端子的單相AC輸入連接；具有用于提供單相AC電輸出功率的第一和第二AC輸出端子的單相AC輸出連接；包括第一和第二DC端子和儲能元件的DC電路；包含形成了2個支線電路的總共6個開關(guān)器件的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，每個支線電路中總共有3個開關(guān)器件，每個支線電路連接到相應(yīng)的AC輸入端子和相應(yīng)的AC輸出端子，每個支線電路包括耦合在所述相應(yīng)的AC輸入端子和所述第一DC端子之間的第一開關(guān)器件、耦合在所述相應(yīng)的AC輸入端子和所述相應(yīng)的AC輸出端子之間的第二開關(guān)、以及耦合在所述相應(yīng)的AC輸出端子和所述第二DC端子之間的第三開關(guān)；以及與所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)相耦合的控制系統(tǒng)，向所述開關(guān)器件提供開關(guān)控制信號以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換成輸出連接處的輸出AC電功率。
15.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)向所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供兩組開關(guān)控制信號，每組開關(guān)控制信號提供給相應(yīng)的一個支線電路，所述控制系統(tǒng)以三種狀態(tài)中的一種提供各組開關(guān)控制信號，所述三種狀態(tài)包括將所述相應(yīng)的輸入和輸出端子耦合到所述第一DC端子的第一狀態(tài)、將所述輸入和輸出端子耦合到所述第二DC端子的第二狀態(tài)、以及將所述輸入端子耦合到所述第一DC端子而將所述輸出端子耦合到所述第二DC端子的第三狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制信號由所述控制系統(tǒng)使用正弦脈寬調(diào)制進行脈寬調(diào)制。
17.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)提供開關(guān)控制信號，以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接處的可變頻率輸出AC電功率。
18.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)所述開關(guān)器件可僅在一個方向中阻塞電壓，而允許在兩個方向中的電流。
19.一種AC-AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括具有用于接收單相AC電輸入功率的第一和第二AC輸入端子的單相AC輸入連接；具有用于提供單相AC電輸出功率的第一和第二AC輸出端子的單相AC輸出連接；包括第一和第二DC端子和儲能元件的DC電路；包含總共6個開關(guān)器件的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述開關(guān)器件能夠僅在一個方向中阻塞電壓而允許兩個方向中的電流，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)與所述AC輸入和輸出連接耦合，并與所述DC電路耦合；以及與所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)耦合的控制系統(tǒng)，控制所述開關(guān)器件以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接處的輸出AC電功率。
20.如權(quán)利要求19所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括兩個支線電路，每個支線電路中總共有3個開關(guān)器件，每個支線電路連接到相應(yīng)的AC輸入端子和相應(yīng)的AC輸出端子，其中，所述控制系統(tǒng)向所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供兩組開關(guān)控制信號，每組開關(guān)控制信號提供給相應(yīng)的一個支線電路，所述控制系統(tǒng)以三種狀態(tài)中的一種提供各組開關(guān)控制信號，所述三種狀態(tài)包括將所述相應(yīng)的輸入和輸出端子耦合到所述第一DC端子的第一狀態(tài)、將所述輸入和輸出端子耦合到所述第二DC端子的第二狀態(tài)、以及將所述輸入端子耦合到所述第一DC端子而將所述輸出端子耦合到所述第二DC端子的第三狀態(tài)。
21.如權(quán)利要求19所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制信號由所述控制系統(tǒng)使用正弦脈寬調(diào)制進行脈寬調(diào)制。
22.如權(quán)利要求19所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)提供開關(guān)控制信號，以將來自輸入連接的輸入AC電功率轉(zhuǎn)換到輸出連接處的可變頻率輸出AC電功率。
全文摘要
給出了AC－AC功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法，其中使用了少量的非對稱功率開關(guān)器件以將輸入AC功率轉(zhuǎn)換成恒頻或變頻的輸出AC功率。
文檔編號H02M5/00GK101051792SQ20071008407
公開日2007年10月10日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者N·R·扎格里, C·劉, B·吳 申請人:洛克威爾自動控制技術(shù)股份有限公司