多相電路的制作方法
【專利摘要】描述了包括電機以及包括逆變器的多相電路。電機包含針對每相通過至少兩個電刷(21a1，...)與逆變器連接的轉子。每相的每個電刷(21a1，...)通過分離的電刷線路(25a1，...)與逆變器連接。
【專利說明】多相電路

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及包括電機以及包括逆變器的多相電路，其中電機包含通過每相至少兩 個電刷與逆變器連接的轉子。

【背景技術】
[0002] 這樣的電路例如從DE102008009276A1或DE102008064079A1得知。在其中異步電 機的定子與電能供應網(wǎng)絡連接，并且轉子通過逆變器與能量供應網(wǎng)絡連接。逆變器可以例 如由兩個逆變器和直流鏈路構造，逆變器借助于功率半導體器件實現(xiàn)，直流鏈路連接在兩 個逆變器之間并且包含至少一個電容器。
[0003] 轉子例如在風力或水力或類似物的幫助下被設置成旋轉。如果轉子隨后實現(xiàn)旋 轉，那么電能借助于感應到定子中的電壓而被饋送到能量供應網(wǎng)絡。
[0004] 由于轉子的旋轉，轉子必須通過電刷與逆變器電連接。因此在具有更高性能的異 步電機的情況中，可能需要為每相提供多個電刷。由于例如屬于一相的電刷之間的生產(chǎn)相 關的差別，這可能具有如下結果：通過電刷創(chuàng)建不期望的不對稱電流。
[0005] 短路器件，被稱為短路器，經(jīng)常與轉子和逆變器之間的連接線路連接。如果在電路 操作期間確定故障，則短路器件被激活。這具有如下結果：供應給短路器件的三相被短路。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是創(chuàng)建防止前面提及的不對稱電流（即不具有或具有短路器件）的 電路。
[0007] 本發(fā)明借助于依照權利要求1的多相電路解決了這個目的。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，每相的每一個電刷通過分離的電刷線路與逆變器連接。這創(chuàng)建了個 體電刷與相應的分配的電刷線路的串聯(lián)連接。因此通過這個串聯(lián)連接的電流不再單獨由電 刷決定，還由電刷線路決定。由于每一個電刷與相應電刷線路的串聯(lián)連接，所以相同相的電 刷間的差別不再完全影響通過相應電刷的電流，而是僅以減小的程度影響。通過電刷的不 對稱電流（當前本身存在的）因此可以被減小或甚至完全被補償。
[0009] 在本發(fā)明的實施例中，每個電刷具有電刷阻抗并且每個電刷線路具有線路阻抗， 其中線路阻抗優(yōu)選大于電刷阻抗。以這種方式創(chuàng)建電刷阻抗與線路阻抗的串聯(lián)連接，這具 有如下結果：相同相的電刷的不同電刷阻抗不再有完全影響，而是由于相應分配的線路阻 抗而僅具有減小的影響。
[0010] 優(yōu)選地，因此在相應的對應電刷線路的線路阻抗的幫助下，相電刷的電刷阻抗的 不對稱被防止。
[0011] 在本發(fā)明的又一實施例的情況中，電刷阻抗具有負溫度系數(shù)。則可以通過相應的 對應線路阻抗的正溫度系數(shù)來補償這個負溫度系數(shù)。
[0012] 把分離的電刷線路分配給每個電刷是尤其有優(yōu)勢的。因此可以以簡單的方式防止 或者甚至可以完全補償通過電刷的所解釋的不對稱電流。
[0013] 在本發(fā)明的又一實施例的情況中，每個電刷線路通過短路器件阻抗與多相短路器 件連接，其中短路器件被體現(xiàn)為使連接到他的相短路。因此在短路器件阻抗的幫助下實現(xiàn) 限定的串聯(lián)連接的操作模式不丟失。具體來說，借助于短路器件阻抗實現(xiàn)一相的個體電刷 線路彼此不被短路。
[0014] 優(yōu)選地，因此短路器件可以由功率半導體器件配置，功率半導體器件反并聯(lián)連接 并且被布置為星形或三角形連接。因此把分離的反并聯(lián)功率半導體器件對分配到每個電刷 線路是特別有優(yōu)勢的。
[0015] 在本發(fā)明的又一優(yōu)勢實施例的情況中，分離的電流調節(jié)器被分配給每個逆變器。 因此可以分離地影響或分別地平衡穿過每個電刷線路并且因此穿過每個電刷的電流。
[0016] 在本發(fā)明的又一優(yōu)勢實施例的情況中，其中提供了雙饋異步電機，該電機的定子 與電能供應網(wǎng)絡連接，并且其中逆變器也與能量供應網(wǎng)絡連接。
[0017] 又一特征，本發(fā)明的潛在應用和優(yōu)勢從下面對在對應的圖中圖示的本發(fā)明的示例 性實施例的描述中得出。因此所有描述或說明的特征單獨或組合地形成本發(fā)明的主題，分 別地不管專利權利要求或其從屬中的其組合如何以及不管分別地在描述或圖中的其措辭 或圖示如何。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1示出了包括雙饋異步電機的電路的示例性實施例的示意框圖，圖2a示出了圖 1的部分電路的不意電路圖，圖2b不出了圖2a的一相電路的不意等效電路圖，圖3a不出了 根據(jù)本發(fā)明的不具有短路器件的圖的部分電路的示例性實施例的示意電路圖，圖3b示出 了圖3a的一相電路的示意等效電路圖，圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的包括短路器件的圖1的 部分電路的不例性實施例的不意電路圖，圖4b不出了圖4a的一相電路的不意等效電路圖， 并且圖4c、4d示出了圖4a、4b的修改。

【具體實施方式】
[0019] 在圖1中圖示包含雙饋異步電機11的電路10,雙饋異步電機11包括定子12和 轉子13。定子12與電能供應網(wǎng)絡14連接。轉子13通過逆變器15與能量供應網(wǎng)絡14連 接。要指出的是，也可以存在替換逆變器15的多個功率轉換器的并聯(lián)連接。
[0020] 逆變器15例如被配置有兩個逆變器16和直流鏈路17,逆變器16由功率半導體器 件實現(xiàn)的，直流鏈路17被互聯(lián)并且包含至少一個電容器。另外，逆變器15典型包含功率扼 流器或分離的變壓器以及（如果適用）引擎扼流器（未圖示）。短路器件18,被稱為短路 器，與轉子13和逆變器15之間的連接線路連接。
[0021] 例如，電路10是三相電路，但圖1中僅示出了其一相的圖示。異步電機11、能量供 應網(wǎng)絡14、逆變器15和短路器件18相應地以三相方式體現(xiàn)。
[0022] 在電路10的操作期間，能量供應網(wǎng)絡14的線路電壓被施加到異步電機11的定子 12上。轉子13與能量產(chǎn)生系統(tǒng)耦合，并且可以被旋轉，例如在風力或水力或類似物的幫助 下。轉子13處的電壓（特別其頻率）在逆變器15的幫助下能夠被適配于在每種情況中即 將到來的相應的邊界條件，例如作為轉子13的速度和/或能量供應網(wǎng)絡14的線電壓和/ 或相似物的函數(shù)。如果轉子13執(zhí)行旋轉運動，那么電能借助于感應到定子12中的電壓而 被饋送到能量供應網(wǎng)絡14。
[0023] 如果在電路10操作期間確定功率產(chǎn)生系統(tǒng)和/或異步電機11和/或逆變器15 中的故障，則短路器件18被激活。結果，在由反并聯(lián)連接的功率半導體器件實現(xiàn)的星形或 三角形連接的幫助下，供應給短路器件18的三相被短路。
[0024] 關于以上所解釋的轉子13的旋轉移動，為了逆變器15和轉子13的電連接的目 的，異步電機11被提供有電刷（在圖1中未圖示）。響應于轉子13的旋轉移動，異步電機 11的相也與逆變器15電連接，使得相電流從轉子13穿過所述電刷流動到逆變器15,并且 反之亦然。
[0025] 圖2a圖示圖1的電路10的部分，其涉及逆變器15與異步電機11的轉子13的連 接。特別是，在圖2a中圖示了未在圖1中示出的上述電刷。要指出的是圖2a僅用于提供 一般解釋。
[0026] 圖2a是二相圖不。因此該二相總是以字母a、b、c來標識。
[0027] 圖2a進一步假定具有大輸出的異步電機11，這是存在相互并聯(lián)連接的三個逆變 器151、152和153的原因。
[0028] 相應地，圖2a假設了其如此大以使得用于每相的個體電刷不足夠的相電流。因 此在每種情況中針對每個相例如存在三個電刷21al、21a2、21a3 ;21bl、21b2、21b3 ;21cl、 21c2、21c3,針對每相的三個電刷相互并聯(lián)連接并且關于每相在逆變器側和轉子側相互短 路。
[0029] 每相的電刷21與三個部分逆變器151、152、153中的每一個相連接。這被實現(xiàn)為： 每相的三個電刷21 (如已經(jīng)被解釋過的）在逆變器側相互短路，以便然后在每種情況中與 個體相線路22a、22b和22c相連接。在三個逆變器151、152、153的方向上，這三個相線路 22a、22b和22c然后在每種情況中被分開成三個個體線路23,使得相線路22a、22b、22c中 的每一個與三個逆變器151、152、153中的每一個相連接。短路器件18的一相在每種情況 中進一步與三個相線路22a、22b和22c相連接。
[0030] 在電路10的操作期間，相電流從三個逆變器151、152和153通過個體線路23和 相線路22a、22b和22c以及通過相應相的相應三個電刷21流動到轉子13,并且反之亦然。 響應于故障，三個相線路22a、22b和22c通過短路器件18相互短路。
[0031] 圖2b說明圖2a的一相，即例如屬于相線路22a的相。要指出的是圖2b(以及圖 2a)僅用于提供一般解釋。
[0032] 在圖2b中，電刷21al、21a2和21a3被圖示為等效電路圖，即在每種情況中分別地 基本上以電刷阻抗和分別的電壓降U1或U2或U3的形式，其中電刷阻抗被分別地體現(xiàn)為分 別的電阻器R1或R2或R3分別地與分別的電感器L1或L2或L3的串聯(lián)連接。對于電刷 21al、21a2和21a3中的每一個，圖2b中分別示出了每種情況中分別地相應流動的電刷電 流11或12或13。要指出的是電刷電流和相電流互相不同。在圖2b中，三個電刷電流11、 12、13的總和因此在相線路22a上形成對應的相電流la。
[0033] 在電路10的操作期間，上面提及的電刷電流流動穿過一相的相應電刷，并且引起 在相應電刷阻抗中那個位置處的電損耗，這導致相應的電刷發(fā)熱。
[0034] 現(xiàn)在假設電刷21具有負溫度系數(shù)。這意味著個體電刷21的阻抗隨著溫度增加而 減小。結果，上面提及的電刷21的發(fā)熱導致阻抗的減小，并且因此導致相應電刷21中的更 大的電流。
[0035] 另外，假設個體電刷21由于例如生產(chǎn)容差和/或其他散布而阻抗經(jīng)常不完全相 同。電刷21的阻抗的這種不對稱具有如下結果：具有最小阻抗的電刷21傳導最高的電流， 并且因此發(fā)熱最大。由于這種最高的發(fā)熱和負溫度系數(shù)，這個電刷21的阻抗也減少最多， 使得穿過這個電刷21的電流變得甚至更大。因此這創(chuàng)建了穿過一相的電刷21的不對稱電 流，這可以具有如下結果：超過具有最大電流的電刷21的載流容量。
[0036] 圖3a圖示圖1的電路10的部分，其涉及逆變器15與異步電機11的轉子13的連 接。圖3a是二相圖不。因此該二相總是以字母a、b、c來標識。
[0037] 另外，圖3a假設具有大輸出的異步電機11，這是存在例如相互并聯(lián)連接的三個逆 變器151、152、153的原因。分離的電流調節(jié)器因此可以被分配給逆變器151、152、153中的 每一個。
[0038] 相應地，圖3a假設其如此大以至于用于每相的個體電刷不足夠的相電流。因此 在每種情況中針對每相例如存在三個電刷21al、21a2、21a3 ;21bl、21b2、21b3 ;21cl、21c2、 21c3,針對每相的三個電刷相互并聯(lián)連接，并且在關于每相的轉子側上相互短路。針對每相 的電刷21的數(shù)量因此例如與逆變器151、152、153的數(shù)量相對應。要指出的是針對每相的 電刷的數(shù)量也可以更大或更小，并且不必須與逆變器的數(shù)量相對應。
[0039] 與圖2a對比，圖3a的電刷21在逆變器側上相互不短路。
[0040] 每相的三個電刷21與三個逆變器151、152、153中的相應的其他一個相連接。這 被實現(xiàn)為分離的電刷線路25al、25a2、25a3、25bl、25b2、25b3、25cl、25c2、25c3從一相中的 每個電刷21引導到三個逆變器151、152、153中的對應的一個。
[0041] 與圖1和圖2a、2b對比，圖3a中不存在短路器件18。
[0042] 在電路10的操作期間，相電流從三個逆變器151、152、153穿過電刷線路25并且 穿過相應相的相應的三個電刷21流動到轉子13,并且反之亦然。
[0043] 圖3b圖示圖3a的一相，即例如屬于電刷線路25al、25a2、25a3的相。
[0044] 圖3b把電刷21al、21a2、21a3圖示為等效電路圖，即分別以每種情況中基本上電 刷阻抗和分別的電壓降U1或U2或U3的形式，其中電刷阻抗被分別地體現(xiàn)為分別的電阻器 R1或R2或R3分別地與分別的電感器L1或L2或L3的串聯(lián)連接。對于電刷21al、21a2和 21a3中的每一個，圖3b中分別另外示出了分別地相應的流動的電刷電流11或12或13。要 指出的是電刷電流和相電流互相不同。在圖3b中，三個電刷電流11、12、13的總和因此形 成對應的相電流la。
[0045] 圖3b進一步把電刷線路25al、25a2和25a3圖不為等效電路圖，即每種情況中基 本上以線路阻抗形式，線路阻抗以分別的電阻器R ZL1或R ZL2或R ZL3分別與分別的電 感器L ZL1或L ZL2或L ZL3的分別地串聯(lián)連接來體現(xiàn)。
[0046] 在電路10的操作期間，上面提及的電刷電流流動穿過一相的相應電刷21，并且引 起在那個位置處相應阻抗的電損耗，這導致相應的電刷21發(fā)熱。
[0047] 現(xiàn)在假設電刷21具有負溫度系數(shù)。這意味著個體電刷21的阻抗將隨著溫度增加 而減小。
[0048] 然而，根據(jù)圖3b，每一個電刷21的與對應的電刷線路25串聯(lián)連接。電刷線路25 的線路阻抗包含正溫度系數(shù)。這意味著個體電刷線路25的線路阻抗隨著溫度增加而增加。 因此線路阻抗特別是相應電刷線路25的長度的函數(shù)。
[0049] 個體電刷21的電刷阻抗和相應的對應電刷線路25的線路阻抗的串聯(lián)連接現(xiàn)在具 有如下結果：相應電刷21的負溫度系數(shù)至少部分被對應的電刷線路25的正溫度系數(shù)補償。 這與如下事實是同義的：由于電刷線路25的對應的長度，電刷21的負溫度系數(shù)可以至少被 減小或甚至大部分被補償。
[0050] 如果個體電刷21的阻抗例如由于生產(chǎn)容差和/或其他散布而彼此不同，則借助于 電刷線路25的正溫度系數(shù)，電刷21的這個不對稱阻抗被減小到非常小的值。與圖2a對比， 穿過電刷21的不對稱電流因此在圖3a的情況中根本不會被創(chuàng)建或僅達到非常小的程度。 電刷電流因此基本上相等。因此防止超過一個電刷21的載流容量。
[0051] 要指出的是，如果電刷21不包含負溫度系數(shù)，而包含關于這點而言任何性能或甚 至正溫度系數(shù)，則上述解釋的對電刷阻抗不對稱的減小或甚至補償還可以在線路阻抗的幫 助下實現(xiàn)。這從如下事實得出：一個電刷線路21的線路阻抗典型地比對應的電刷25的電 刷阻抗大，使得與對應的線路阻抗相比，電刷阻抗的不對稱非常小并且因此基本上可忽略。
[0052] 如果一相的電刷21的電刷阻抗本身因此包含不對稱，則因此通過把這些電刷阻 抗與相應對應的線路阻抗串聯(lián)連接來至少在某種程度上獲得對稱。這與如下事實是同義 的：流動穿過個體電刷線路25的電刷電流基本上相等。流動穿過一相的電刷21的電流的 不對稱因此不再即將到來。
[0053] 圖4a、4b、4c、4d以圖3a和3b為基礎。就這點而言，參考關于圖3a、3b的以上解 釋。
[0054] 與圖3a、3b對比，短路器件18在圖4a、4b、4c、4d中存在。
[0055] 根據(jù)圖4a，出于連接短路器件18的目的，圖4a的每一個電刷線路25與短路阻抗 Zal、Za2、Za3、Zbl、Zb2、Zb3、Zcl、Zc2、Zc3的一個連接相連接。然后分別地屬于一相的分 別的短路阻抗Zal、Za2、Za3或Zbl、Zb2、Zb3或Zcl、Zc2、Zc3在每種情況中通過其另一個 連接相互短路，并與短路器件18的相應相連接。就這點而言上面提及的阻抗相互并聯(lián)連 接。
[0056] 圖4b把短路阻抗Zal、Za2、Za3圖示為等效電路圖，即在每種情況中分別為與分 別的電阻器R Zal或R Za2或R Za3和分別的電感器L Zal或L Za2或L Za3分別串聯(lián)連 接。如已經(jīng)提及的，該相的即將到來的三個串聯(lián)連接然后在短路器件18側相互短路，并且 與短路器件18的對應相連接。
[0057] 圖4c圖示圖4a的電路的修改。修改是分別屬于一相的短路阻抗Zal、Za2、Za3 或Zbl、Zb2、Zb3或Zcl、Zc2、Zc3在每種情況中不用其相應的另一個連接相互短路（如圖 4a中的情況）而是分別屬于一相的分別的短路阻抗Zal、Za2、Za3或Zbl、Zb2、Zb3或Zcl、 Zc2、Zc3在每種情況中單獨與短路器件18連接。
[0058] 圖4d圖示圖4b的電路的修改。修改是分別的電阻器R Zal或R Za2或R Za3分 別和分別的電感器L Zal或L Za2或L Za3的三個串聯(lián)連接分別地在每種情況中不在短路 器件18側相互短路（如圖4b中的情況）而是該串聯(lián)連接在每種情況中與短路器件18單 獨連接。
[0059] 在圖4c和4d中，反并聯(lián)功率半導體器件的分離對因此在短路器件18中被分配給 每個電刷線路 25al、25a2、25a3、25bl、25b2、25b3、25cl、25c2、25c3，而在圖4a和4b中，反并 聯(lián)連接的兩個功率半導體器件在每種情況中總是不時存在于短路器件18中。
[0060] 如已經(jīng)解釋的，以一般的方式在電刷線路25的幫助下可以實現(xiàn)一相的電刷阻抗 的不對稱的減小或甚至補償。就這點而言穿過一相的個體電刷的電流的不對稱可被減少大 部分。特別是，在電刷線路25的幫助下可以補償電刷21的負溫度系數(shù)。
[0061] 如從圖4a、4b、4c、4d中得出的，分別通過分別的短路阻抗Zal、Za2、Za3或Zbl、 Zb2、Zb3 或 Zcl、Zc2、Zc3 來實現(xiàn)分別的電刷 21al、21a2、21a3 或 21bl、21b2、21b3 或 21cl、 21c2、21c3分別在逆變器側不短路。相反地，短路阻抗Zal、Za2、Za3中的一個在每種情況 中分別存在于圖4b或4d中示出的相的個體電刷線路25al、25a2、25a3之間，短路阻抗Zal、 Za2、Za3中的一個在每種情況中分別由分別的電阻器R Zal或R Za2或R Za3分別與分別 的電感器L Zal或L Za2或L Za3的兩個串聯(lián)連接構成。
[0062] 在一方面，阻抗（即分別地針對每相并聯(lián)連接的分別的短路阻抗Zal、Za2、Za3或 Zbl、Zb2、Zb3或Zcl、Zc2、Zc3)因此分別存在于圖4a或4c的每一相和短路器件18之間。 在另一方面，每種情況中阻抗也總是存在于每相的個體電刷線路25之間，該阻抗總是上面 提及的短路阻抗中的兩個的總和。
[0063] 短路阻抗因此典型地大于線路阻抗。利用這點實現(xiàn)短路阻抗不表示一相的個體電 刷線路的短路，但是對上面提及的一相的電刷阻抗的不對稱的減小或甚至補償在對應的線 路阻抗的幫助下可以繼續(xù)被實現(xiàn)，甚至在圖4a和4b的情況中。
[0064] 不言而喻，電路10也相應地可以包含大于或小于三的不同相數(shù)量，并且就這點而 言可以可選擇地以多相方式體現(xiàn)。在這些情況中，逆變器15或分別的逆變器151U52和153 和/或短路器件18的數(shù)量和/或實施例也可以改變。另外，不言而喻，針對每相的電刷21 的數(shù)量也可以是兩個或大于3個。
[0065] 另外，在圖4b的等效電路圖中，短路阻抗在每種情況中可連接在線路阻抗和電刷 阻抗之間。一相的電刷阻抗的不對稱的減小或甚至補償也可以在這種情況中在線路阻抗的 幫助下被實現(xiàn)。
[0066] 不言而喻，在提及的阻抗的情況中，如果需要的話，相應的電阻或相應的的電感也 可以是零。同樣地，也不絕對必須存在三個逆變器，而是圖2a、2b、3a、3b、4a、4c的示例性實 施例也容易地可以僅用單個逆變器來實現(xiàn)。
【權利要求】
1. 一種多相電路（10)，包括電機和逆變器（15)，其中所述電機包括針對每相通過至少 兩個電刷（21)與所述逆變器（15)連接的轉子（13)，其特征在于：每相的所述電刷（21)中 的每個通過分離的電刷線路（25)與逆變器（15)連接。
2. 如權利要求1所述的電路（10)，其中所述電刷（21)中的每個具有電刷阻抗，并且所 述電刷線路（25)中每個具有線路阻抗。
3. 如權利要求2所述的電路，其中線路阻抗大于所述電刷阻抗。
4. 如權利要求2或3中任一項所述的電路，其中一相的電刷（21)的電刷阻抗的不對稱 能夠通過相應對應的電刷線路（25)的所述線路阻抗來減小。
5. 如權利要求4所述的電路，其中所述電刷阻抗具有負溫度系數(shù)。
6. 如前述任一項權利要求所述的電路（10)，其中分離的電刷線路（25)被分配到每個 電刷（21)。
7. 如前述任一項權利要求所述的電路（10)，其中存在的逆變器（151、152、153)的數(shù)量 與每相的電刷（21)的數(shù)量相對應，并且其中每相的電刷（21)在每種情況中與逆變器（151、 152、153)中的另一個相連接。
8. 如前述任一項權利要求所述的電路（10)，其中分離的電流調節(jié)器被分配到每個逆 變器（15)。
9. 如前述任一項權利要求所述的電路（10)，其中每個電刷線路（25)通過短路阻抗 (Zal，...）與多相短路器件（18)相連接，并且其中短路器件（18)被體現(xiàn)為使連接到他的 相短路。
10. 如權利要求9所述的電路（10)，其中短路器件（18)由功率半導體器件配置，功率 半導體器件反并聯(lián)連接并且布置為星形或三角形連接。
【文檔編號】H01R39/54GK104158467SQ201410252989
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月2日 優(yōu)先權日:2013年5月2日
【發(fā)明者】K·A·羅滕哈根 申請人:通用電氣能源能量變換技術有限公司