專利名稱：帶有var補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電功率轉(zhuǎn)換，并且更具體地涉及具有VAR補(bǔ)償能力的電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)器。
背景技術(shù)：
功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將電功率從一種形式轉(zhuǎn)換到另一種形式，并且可以在多種應(yīng)用中使 用，例如使用來自輸入源的電力為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。典型地，功率轉(zhuǎn)換器被 構(gòu)造為使用多個(gè)電開關(guān)，它們以一種受控方式的進(jìn)行啟動(dòng)以便將輸入功率選擇性地轉(zhuǎn)換為 具有希望形式的輸出功率，如具有受控的幅值、頻率和相位的單相或者多相的交流電，以便 根據(jù)所希望的速度和/或扭矩特性來驅(qū)動(dòng)一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)(這經(jīng)常是在變化的負(fù)載狀態(tài)存 在的情況下)。在一種典型情況中，一個(gè)或多個(gè)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器與其他負(fù)載一同被連接 到一個(gè)交流功率母線上或者一個(gè)公用聯(lián)接點(diǎn)上，這里一個(gè)公用交流電源通過公用母線為所 有這些負(fù)載提供電流。這些交流驅(qū)動(dòng)器可以配備功率因數(shù)校正(PFC)裝置以便在或接近單 位功率因數(shù)條件下來運(yùn)行驅(qū)動(dòng)器。然而，在這類系統(tǒng)中，存在著連接到公用功率連接上的 多個(gè)負(fù)載，并且該系統(tǒng)作為一個(gè)整體會(huì)經(jīng)常不在單位功率因數(shù)上或與其不接近的條件下運(yùn) 行，即使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器本身的功率因數(shù)已得到校正。例如，一個(gè)負(fù)載可能在超前功率因數(shù)下 運(yùn)行，而其他負(fù)載在滯后功率因數(shù)下運(yùn)行，這樣即便一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器負(fù)載可在或 接近單位功率因數(shù)下運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)如此。在這方面，如電動(dòng)機(jī)這樣的電感性負(fù)載消 耗無(wú)功功率，而電容器為系統(tǒng)提供無(wú)功功率，其中該無(wú)功功率的特征是就無(wú)功伏安或者VAR 而言。過去，通過不同的手段系統(tǒng)功率因數(shù)可在某種程度上得到控制，例如通過將多個(gè)電容 器組切換到公用電力連接上以抵消電感性負(fù)載影響(例如電動(dòng)機(jī)負(fù)載)或者通過在電抗器 (電感器)中切換以抵消電容性負(fù)載影響。為了控制系統(tǒng)功率因數(shù)的目的，可將作為靜態(tài) VAR補(bǔ)償器(SVC)已知的專用設(shè)備連接到系統(tǒng)母線上。然而，這些設(shè)備占用空間并且增加了 整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。因此，需要改進(jìn)的技術(shù)來控制具有由公用電源供電的多負(fù)載系統(tǒng)的 功率因數(shù)。

實(shí)用新型內(nèi)容現(xiàn)在概述本發(fā)明的不同方面以便有助于對(duì)本發(fā)明的基本理解，其中這一概述并非
本發(fā)明的一個(gè)廣泛的綜述，并且既無(wú)意于確認(rèn)本發(fā)明的特定要素，也無(wú)意說明其范圍。相
反，本概述的主要目的是在以下給出的更詳細(xì)說明之前以一種簡(jiǎn)化的形式給出本發(fā)明的一
些概念。本披露提出使用離線交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行VAR補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)系統(tǒng)和技術(shù)，這些電
動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被配置為在操作驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)線路側(cè)轉(zhuǎn)換器來控制中間電路中的電壓或電
流以用于交流電力系統(tǒng)的超前或滯后VAR補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，防止功率傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)負(fù)載輸出
上。本披露因此提出了一些解決方案，通過這些方案可以對(duì)作為一個(gè)整體的分布式交流電
流系統(tǒng)解決超前或滯后功率因素運(yùn)行的負(fù)面影響，而對(duì)成本無(wú)較大影響。 根據(jù)本披露的一個(gè)或多個(gè)方面，提供了一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它包括用于從一個(gè)交流電源接收交流輸入電功率的一個(gè)輸入端；用于向一個(gè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載提供輸出電功率的 一個(gè)輸出端；包括至少一個(gè)存儲(chǔ)元件的一個(gè)中間電路；包括多個(gè)切換器件的一個(gè)線路側(cè)轉(zhuǎn) 換器，這些切換器件與該輸入端以及該中間電路相耦連，并且根據(jù)多個(gè)線路側(cè)切換控制信 號(hào)來運(yùn)行以選擇性地從該輸入端向該中間電路提供功率；包括多個(gè)切換器件的一個(gè)機(jī)器側(cè) 轉(zhuǎn)換器，這些切換器件與該中間電路以及該輸出端相耦連，并且根據(jù)多個(gè)機(jī)器側(cè)切換控制 信號(hào)來運(yùn)行以選擇性地從該中間電路向該輸出端提供功率；以及一個(gè)切換控制系統(tǒng)，它操 作性地與這些線路側(cè)以及機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器相耦連以提供這些線路側(cè)轉(zhuǎn)換器切換控制信號(hào)和 這些機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，該切換控制系統(tǒng)可在一個(gè)第一運(yùn)行模式中運(yùn)行來提供這些線路 側(cè)和機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，以便根據(jù)一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制方案選擇性地將功率提供給該 電動(dòng)機(jī)負(fù)載，并且該切換控制系統(tǒng)可在一個(gè)第二運(yùn)行模式中運(yùn)行以提供這些機(jī)器側(cè)切換控 制信號(hào)來防止在該中間電路和輸出端之間的功率傳送，并且提供這些線路側(cè)切換控制信號(hào) 以根據(jù)一個(gè)VAR補(bǔ)償方案選擇性地將該輸入端耦連到該中間電路上。 切換控制系統(tǒng)可以包括一個(gè)輸入端以便從外部源(例如一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)用戶
開關(guān)等)接收一個(gè)模式選擇信號(hào)，用于根據(jù)該模式選擇信號(hào)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器或者VAR補(bǔ)
償操作的可選擇的操作。該控制系統(tǒng)還可以被配置為接收一個(gè)VAR需求的輸入并且當(dāng)運(yùn)行
在第二模式中時(shí)至少部分地基于該VAR需求輸入提供這些線路側(cè)切換控制信號(hào)。 根據(jù)本披露的其他方面，驅(qū)動(dòng)器可以是任何適當(dāng)?shù)男问交蝾愋?，例如帶有一個(gè)中
間電路的電流源逆變器(基于CSI的)驅(qū)動(dòng)器，該中間電路包括連接在線路和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換
器之間的正向和/或反向電流通路中的一個(gè)或多個(gè)連接扼流器或者電感繞組。在一個(gè)這樣
的實(shí)施方案中，機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)電流源逆變器，該逆變器在VAR補(bǔ)償模式中被提供適
當(dāng)?shù)那袚Q信號(hào)以便在正向和返回電流通路之間提供一個(gè)短路來防止中間電路和輸入電動(dòng)
機(jī)負(fù)載之間的功率傳送，而切換控制系統(tǒng)提供多個(gè)線路側(cè)切換控制信號(hào)以控制流經(jīng)中間電
路的電流的幅值。 本披露的不同方面與中壓CS工電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合而找到了的特定的用途，這 些驅(qū)動(dòng)器被適配為在VAR補(bǔ)償模式中提供四象限運(yùn)行。以這種方式，可以有利地運(yùn)行一個(gè) 基于離線電流源逆變器的交流驅(qū)動(dòng)器來提供VAR補(bǔ)償操作以調(diào)節(jié)在中間電路中流通的電 流，這樣，超前、滯后或者兼有超前/滯后的VAR可以被注入電力系統(tǒng)中以補(bǔ)償否則的話非 單位功率因數(shù)的情況。在這方面，在線路側(cè)轉(zhuǎn)換器中具有相位控制晶閘管整流器的CSI驅(qū) 動(dòng)器可以被適配為向系統(tǒng)提供滯后VAR，同時(shí)在線路側(cè)轉(zhuǎn)換器中具有脈寬調(diào)制(P麗)整流 器的驅(qū)動(dòng)器可以用于將超前或滯后VAR注入系統(tǒng)中。此外，帶有相位控制晶閘管整流器的 CSI可以是工業(yè)中已知的類型，例如6Pulse、12P、或者更高脈沖數(shù)(典型地是通過輸入變壓 器的相移次級(jí)側(cè)來連接輸入整流器而實(shí)現(xiàn)的)。 在其他的實(shí)施方案中，機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器可以是電壓源逆變器(VSI)，而中間驅(qū)動(dòng)電路 包括連接在其正向和返回電流通路之間的一個(gè)或多個(gè)電容器。在這種實(shí)現(xiàn)方式中，切換控 制系統(tǒng)提供在VAR補(bǔ)償模式中的機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)以使得機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器從中間電路斷 開電動(dòng)機(jī)輸出，以防止在中間電路和輸出端之間的功率傳送，并且線路側(cè)切換控制信號(hào)調(diào) 節(jié)中間電路電容器的電壓以便為電力系統(tǒng)提供超前VAR補(bǔ)償。 根據(jù)本披露的進(jìn)一步的方面，該輸入端可以包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的線路電抗器和 /或跨接在交流電源和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器之間的輸入電流通路上的一個(gè)或多個(gè)濾波電容器，其中對(duì)于多相系統(tǒng)，這類輸入級(jí)濾波電容器可以是的三角形或者星形連接的。 本披露的其他方面提供了使用一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的一種電力系統(tǒng)VAR補(bǔ)償
方法，包括操作驅(qū)動(dòng)機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器以防止在中間電路和電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出端之間的功率傳
送，并且操作線路側(cè)轉(zhuǎn)換器以控制中間電路中的電壓或電流。另外，該方法可以包括接收一
個(gè)模式選擇信號(hào)，其中根據(jù)該模式選擇信號(hào)來選擇性地操作線路側(cè)和機(jī)器側(cè)的轉(zhuǎn)換器以進(jìn)
行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或者VAR補(bǔ)償操作。另外，該方法可以進(jìn)一步包括從一個(gè)外部源接收一個(gè)VAR
需求的輸入，使中間電路的電壓或電流至少部分地基于該VAR需求的輸入來進(jìn)行控制。 在VAR補(bǔ)償模式中的機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器操作可以包括使機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器在中間電路的
正向和返回電流通路之間提供一個(gè)短路，其中例如當(dāng)驅(qū)動(dòng)器是一種基于電流源逆變器的設(shè)
計(jì)時(shí)，操作線路側(cè)轉(zhuǎn)換器以控制中間電路中的電流。在本披露的其他方面，機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器
的操作包括從中間電路斷開電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出，而操作線路側(cè)轉(zhuǎn)換器以控制中間電路中的電
壓，例如用于電壓源類型的驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)本披露的另外的方面，該方法可以進(jìn)一步包括從一
個(gè)外部源接收一個(gè)系統(tǒng)電流反饋信號(hào)，并且至少部分地基于該系統(tǒng)電流反饋信號(hào)在該交流
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中產(chǎn)生一個(gè)VAR需求的信號(hào)，其中至少部分地基于該VAR需求信號(hào)，操作線路側(cè)
轉(zhuǎn)換器以控制中間電路中的電壓或電流。 附圖簡(jiǎn)要說明 下面的說明和附圖詳細(xì)說明了本披露的某些示例實(shí)施方式，它們表示可以實(shí)施本披露的不同原理的幾個(gè)示例性方式。然而，所展示的實(shí)例并未窮盡本披露的很多可能的實(shí)施方案。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，將會(huì)在以下詳細(xì)說明中給出本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征，在附圖中 圖1是展示帶有由一個(gè)公用電源供電的多負(fù)載的一個(gè)示例性電氣系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括具有VAR補(bǔ)償控制特征的多個(gè)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中可以采用本披露的不同方面； 圖2是展示具有VAR補(bǔ)償能力的一個(gè)示例性交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的示意圖，該驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行在根據(jù)本披露的一個(gè)或多個(gè)方面的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制模式中； 圖3是展示圖2的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的示意圖，該驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行在根據(jù)本披露的一種VAR補(bǔ)償模式中； 圖4是展示帶有根據(jù)本披露的VAR補(bǔ)償裝置的一個(gè)CSI型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的示意圖； 圖5是展示帶有根據(jù)本披露的VAR補(bǔ)償裝置的一個(gè)VSI型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的示意圖； 圖6是展示帶有根據(jù)本披露的VAR補(bǔ)償裝置的帶有一個(gè)18脈沖晶閘管橋式整流器的另一個(gè)CSI型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的示意圖；以及 圖7是顯示另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其中VAR補(bǔ)償控制部件和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部件被實(shí)施在包括一個(gè)監(jiān)控部件的一個(gè)單一集成控制板中，該監(jiān)控部件接收一個(gè)收模式選擇輸入和一個(gè)外部系統(tǒng)電流反饋信號(hào)并且產(chǎn)生用于VAR補(bǔ)償模式中的一個(gè)VAR需求的控制信號(hào)。
具體實(shí)施方式現(xiàn)在參見圖例，
以下結(jié)合
本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案或?qū)嵤┓绞?，其中相同的參考?hào)通篇用于指代類似的元件，并且其中不同的特征并非一定按比例繪制。[0022] 圖1示出了一個(gè)電力系統(tǒng)IO，其中交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110與其他負(fù)載20、22、24一同連接到一個(gè)交流電力母線或者公用聯(lián)接點(diǎn)14上，其中一個(gè)交流電源12為該公用母線14提供電流16。這些電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110可以配備功率因數(shù)校正(PFC)裝置以便在控制相關(guān)聯(lián)的電動(dòng)機(jī)時(shí)在單位功率因數(shù)或者與其接近的條件下來操作驅(qū)動(dòng)器。然而，電源12經(jīng)由公用功率聯(lián)接14為其他交流負(fù)載20、22以及24供電，并且在缺乏應(yīng)對(duì)措施的情況下，系統(tǒng)10作為一個(gè)整體會(huì)經(jīng)常不是在單位功率因數(shù)上或者與其接近的條件下運(yùn)行。例如，第一負(fù)載20可能運(yùn)行在超前功率因數(shù)下，而其他負(fù)載22和24運(yùn)行在滯后功率因數(shù)下，因而整個(gè)系統(tǒng)10中的功率因數(shù)條件可能并不是優(yōu)化的，即使這些驅(qū)動(dòng)器110在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)可以執(zhí)行功率因數(shù)校正。 另外參見圖2和3，展示了示例性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，其中線路側(cè)和機(jī)器(負(fù)載)側(cè)切換轉(zhuǎn)換器110a和110b分別由一個(gè)雙模式切換控制系統(tǒng)140操作以便或者進(jìn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器操作(有或者沒有局部功率因數(shù)補(bǔ)償)或當(dāng)電動(dòng)機(jī)120不使用(去激勵(lì))時(shí)進(jìn)行離線VAR補(bǔ)償操作。在圖2和3的實(shí)例中，一個(gè)三相交流電源112為連接到公用交流功率連接點(diǎn)或母線114上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器100和其他負(fù)載121和122提供電力。有利地，本披露可以與單相實(shí)施方式、以及同樣與具有三個(gè)或更多電力線的多相系統(tǒng)相結(jié)合地使用。而且，可以在任何適當(dāng)?shù)碾娫搭l率上操作系統(tǒng)IOO及其電源112，使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110適配為以電源頻率來接收并轉(zhuǎn)換輸入交流功率，其中本披露不限于圖2和3的三相實(shí)施方案。 CSI型中壓驅(qū)動(dòng)器100可運(yùn)行在一個(gè)第一 (電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))模式中，以便通過將來自輸入源112的三相交流電功率轉(zhuǎn)換到用于驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)120的三相交流輸出功率。在此實(shí)例中，通過組成線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a的一個(gè)第一組開關(guān)S1-S6，以切換調(diào)節(jié)器電路或級(jí)的形式對(duì)交流輸入功率進(jìn)行切換，以產(chǎn)生一個(gè)中間直流母線電流，并且一個(gè)機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b包括構(gòu)成CSI切換逆變器級(jí)的一個(gè)第二組開關(guān)S7-S12，該切換逆變器級(jí)選擇性地切換直流功率以便為一個(gè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出端提供交流功率，從而為電動(dòng)機(jī)120的引線提供驅(qū)動(dòng)電流，其中一個(gè)中間電路150包括連接該第一和第二組開關(guān)并且提供在線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a和機(jī)器或者負(fù)載側(cè)轉(zhuǎn)換器110b之間的正向和反向電流通路的一個(gè)直流連接扼流器或者電感器。中間電路150的電感器包括在一個(gè)正向的或正的直流通路中的一個(gè)第一繞組WA，該繞組具有連接到上線路側(cè)轉(zhuǎn)換器開關(guān)Sl-S3的一個(gè)第一端Al以及與機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b的上輸出開關(guān)S7-S9相耦連的一個(gè)第二端A2，連同在負(fù)的或返回直流通路中的一個(gè)第二繞組WB，該繞組具有耦連到下線路側(cè)轉(zhuǎn)換開關(guān)S4-S6上的一個(gè)第一端Bl和耦連到機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b的下輸出開關(guān)S10-S12上的一個(gè)第二端B2。 切換器件Sl-S6和S7-S12可以是根據(jù)任何適當(dāng)類型或形式的一個(gè)或多個(gè)切換方案(例如，相控、脈寬調(diào)制等)以開放式或閉合環(huán)路方式進(jìn)行控制的任何適當(dāng)?shù)目煽仉姎忾_關(guān)類型(例如，晶閘管、IGBT等)。此外，在驅(qū)動(dòng)器110中，從切換控制系統(tǒng)140分別地為單獨(dú)的開關(guān)Sl-S6和S7-S12提供多個(gè)線路和機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，以便執(zhí)行給定的功率轉(zhuǎn)換任務(wù)，其中控制器140可以配備一個(gè)或多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的希望值以及一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)或值，通過這些值來控制輸出功率或VAR補(bǔ)償。例如，在所展示的實(shí)施方案中，切換控制系統(tǒng)140提供用于接收模式選擇信號(hào)或值148的輸入，以及一個(gè)VAR需求的輸入信號(hào)或值146，它們可以是任何適當(dāng)?shù)男问?，例如電信?hào)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等，并且它們可以從任何適當(dāng)?shù)脑唇邮眨缫粋€(gè)外部網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)開關(guān)、在驅(qū)動(dòng)器110上提供的一個(gè)用戶接口、或者是其他適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)源。 在一個(gè)實(shí)施方案中，該模式選擇輸入端接收了來自一個(gè)安裝了驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)或者從一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)或其他設(shè)備的一個(gè)模式選擇信號(hào)148，該信號(hào)表明驅(qū)動(dòng)器110是否運(yùn)行在第一 (電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))模式中，其中這些切換控制信號(hào)是根據(jù)一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制部件142由控制器140來提供，或者運(yùn)行在第二 (VAR補(bǔ)償)模式中，其中控制器140根據(jù)一個(gè)VAR補(bǔ)償控制部件144提供切換控制信號(hào)來運(yùn)行該機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b，以便在操作線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a以控制中間電路150中的電壓或電流來實(shí)現(xiàn)所希望的對(duì)系統(tǒng)100的VAR補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)防止在中間電路150和電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出端120之間的功率傳送。此外，在第二運(yùn)行模式中，控制器140任選接收一個(gè)VAR需求的輸入146并且因此操作線路側(cè)轉(zhuǎn)換器級(jí)110a。切換控制系統(tǒng)140和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其VAR補(bǔ)償控制部件可以是任何適當(dāng)?shù)谋贿m配為實(shí)現(xiàn)在此展示和說明功能的硬件、軟件、固件、邏輯電路、或者它們的組合。此外，示例性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110包括串聯(lián)在輸入相位源VAS、VBSJP Vcs (112)和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a的各自對(duì)應(yīng)的切換電路輸入節(jié)點(diǎn)A、 B和C之間的任選的線路電抗器LSA、 ！^、和Lsc，以及星形地耦連到輸入節(jié)點(diǎn)A、 B和C上的任選的輸入線路濾波電容器CFI。另外，盡管不是本發(fā)明的一個(gè)要求，該示例性驅(qū)動(dòng)器110還可以任選包括沿輸出線路U、 V和W連接的輸出濾波電容器CF。。[0027] 在第一 (電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))操作模式中(圖2)，將來自輸入電源112的三相交流功率提供給線路側(cè)轉(zhuǎn)換級(jí)110a并且控制器140產(chǎn)生多個(gè)適當(dāng)?shù)木€路側(cè)切換控制信號(hào)以選擇性地啟動(dòng)第一組開關(guān)S1-S6以便在中間電路150中的直流母線上產(chǎn)生直流功率。然后，來自中間電路150的直流電力通過連接到第二繞組端A2和B2的機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b被轉(zhuǎn)換為交流電動(dòng)機(jī)功率，其中開關(guān)S7-S12從控制器140接收多個(gè)機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，以便根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方案142以一種受控的方式為電動(dòng)機(jī)120提供具有合適的幅值、頻率、以及相位的交流功率。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制142可以是用于線路和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器切換的任何適當(dāng)?shù)那袚Q控制形式，例如脈沖控制、脈寬調(diào)制、等等。 另外參見圖3和4，圖3示出了在第二模式中根據(jù)補(bǔ)償控制部件144用于VAR補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)器110的操作，該操作可以是任意形式的開放或閉合環(huán)路切換方案，在該方案中提供了線路側(cè)和機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)以便在提供多個(gè)線路側(cè)切換信號(hào)而選擇性地將交流功率輸入端耦連到中間電路150上以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)VAR補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)防止在中間電路150和輸出端之間的功率傳送。在此方面，控制系統(tǒng)140可以經(jīng)由VAR需求的輸入146來接收一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償設(shè)定點(diǎn)值，并且至少部分地基于VAR需求的輸入146可以從外部或內(nèi)部源(未示出)任選地提供系統(tǒng)功率因數(shù)反饋，例如電壓、電流、相位角信息等，用于閉合式環(huán)路VAR補(bǔ)償。在一個(gè)實(shí)例中，VAR需求的輸入可以限定(例如，基于系統(tǒng)100中當(dāng)前功率因數(shù)條件)要求驅(qū)動(dòng)器110進(jìn)行系統(tǒng)100的VAR超前，其中切換控制系統(tǒng)140可操作用于提供這些適當(dāng)?shù)木€路側(cè)切換控制信號(hào)以提供這種等級(jí)的VAR補(bǔ)償。而且，在兩個(gè)或更多能夠進(jìn)行VAR補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110連接到系統(tǒng)100上的情況中，外部設(shè)備可以對(duì)不同的離線驅(qū)動(dòng)器提供不同的VAR補(bǔ)償要求輸入，以便實(shí)現(xiàn)一種整體的VAR補(bǔ)償策略，例如，在一個(gè)具體的驅(qū)動(dòng)器
8110已知具有可供利用的補(bǔ)償VAR的能力情況中。 而且，在示例性基于CSI的驅(qū)動(dòng)器110中，切換控制系統(tǒng)140在第二運(yùn)行模式中將切換控制信號(hào)提供給機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b以使機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b提供在中間電路150的正向和返回電流通路之間的短路，以便通過轉(zhuǎn)換器110b從正向通路將電流直接導(dǎo)向中間電路150的返回通路上，從而防止在中間電路150和輸出端之間的功率傳送(電動(dòng)機(jī)120保持去激勵(lì))。在這方面，機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)可以是這樣的機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器切換對(duì)S7/S10、S8/S11、和/或S9/S12中的一個(gè)、一些、或者全部在驅(qū)動(dòng)器110的VAR補(bǔ)償模式運(yùn)行過程中同時(shí)地接通。為此目的，在機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b中可替代地提供專用的短路開關(guān)(或者其他短路物理裝置)，這些開關(guān)在選擇了 VAR補(bǔ)償模式時(shí)由切換控制系統(tǒng)140啟動(dòng)。在第二模式種保持這種機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器短路條件的同時(shí)，切換控制系統(tǒng)140為線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a提供切換控制信號(hào)來控制通過中間電路150流動(dòng)的電流的幅值，以便對(duì)系統(tǒng)100作為一個(gè)整體而提供VAR補(bǔ)償。 圖4示出了根據(jù)本披露的帶有VAR補(bǔ)償裝置的一個(gè)CSI型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器是根據(jù)上述的來自一個(gè)雙模式切換控制系統(tǒng)140的切換控制信號(hào)可操作的切換轉(zhuǎn)換器。如圖4所示，在該第二 (VAR補(bǔ)償)運(yùn)行模式中，CSI機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b的切換產(chǎn)生了一個(gè)跨越輸出端的短路，以便將電流從正向中間電路電流通路直接轉(zhuǎn)向返回通路而不為電動(dòng)機(jī)120提供任何電力，同時(shí)線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a被切換為以便為整個(gè)電力系統(tǒng)提供VAR補(bǔ)償。 現(xiàn)在參見圖5，本披露的不同方面相對(duì)于電壓源逆變器(VSI)型交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器也進(jìn)一步地可應(yīng)用。圖5示出了根據(jù)本披露的帶有VAR補(bǔ)償器件的一個(gè)VSI型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器210，包括根據(jù)來自一個(gè)切換控制系統(tǒng)140的多個(gè)線路側(cè)切換控制信號(hào)可操作的一個(gè)VSI線路側(cè)切換轉(zhuǎn)換器210a，以轉(zhuǎn)換輸入交流功率從而提供一個(gè)中間電路250中的直流母線電壓，該中間電路包括耦連在電路250的一個(gè)正向和一個(gè)返回電流通路之間的一個(gè)電容器。電路250的直流母線電壓被提供給一個(gè)VSI型機(jī)器側(cè)切換轉(zhuǎn)換器210b，該轉(zhuǎn)換器根據(jù)本披露由來自切換控制系統(tǒng)140的適當(dāng)?shù)臋C(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)來操作，以便在一個(gè)第一操作模式中選擇性地為電動(dòng)機(jī)負(fù)載120提供驅(qū)動(dòng)功率，或者在一個(gè)第二 (VAR補(bǔ)償)模式中防止功率到達(dá)電動(dòng)機(jī)120。在這種VAR補(bǔ)償模式中，為VSI機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器210b提供了來自控制器140的多個(gè)切換信號(hào)，這樣電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出從中間電路250斷開，從而防止在中間電路250和輸出端之間的功率傳送。此外，在VAR補(bǔ)償模式中，在一個(gè)實(shí)施方案中至少部分地基于VAR需求的輸入146，切換控制系統(tǒng)140將線路側(cè)切換控制信號(hào)提供給轉(zhuǎn)換器210a以控制跨越中間電路250中的電容器的電壓幅值。 現(xiàn)在參見圖6，展示了另一個(gè)示例性CSI型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器310，其中線路側(cè)轉(zhuǎn)換器310a由一個(gè)18脈沖晶閘管橋式整流器組成，該整流器包括耦連到一個(gè)隔離變壓器的相移次級(jí)繞組上的三個(gè)串聯(lián)六脈沖晶閘管橋311a-311c，其中該變壓器初級(jí)側(cè)連接到電源112上。在這一實(shí)施方案中，這些單個(gè)的晶閘管橋包括上和下兩組三個(gè)晶閘管，這些晶閘管的切換動(dòng)作是通過來自控制系統(tǒng)140的多個(gè)切換控制信號(hào)來控制，以選擇性地將相位功率線路與中間電路150的上或下電流通路相連接。而且，所展示的18脈沖線路側(cè)轉(zhuǎn)換器310a配備有多個(gè)二極管312和兩個(gè)開關(guān)，用于在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行期間提高功率因數(shù)控制，并且根據(jù)本披露它們可以協(xié)助驅(qū)動(dòng)器310的VAR補(bǔ)償控制的執(zhí)行。[0033] 圖7展示出了本披露的另一個(gè)實(shí)施方案，其中驅(qū)動(dòng)器110包括一個(gè)線路側(cè)轉(zhuǎn)換器110a、以及中間電路150、一個(gè)機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器110b、以及一個(gè)切換控制系統(tǒng)140，如上文所述。如同以上說明的實(shí)施方案，根據(jù)一個(gè)外部模式選擇信號(hào)148，圖7的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110可運(yùn)行在一個(gè)第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式中和一個(gè)第二 VAR補(bǔ)償模式中。而且，在這一實(shí)施方案中，切換控制系統(tǒng)140包括一個(gè)控制板，例如一個(gè)處理器或者帶有適當(dāng)?shù)目删幊袒蚩膳渲玫挠布蛙浖倪壿嬰娐钒?00，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)VAR補(bǔ)償控制部件144和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部件142?？刂瓢?00可以任選地包括一個(gè)監(jiān)控部件，例如一個(gè)軟件或者固件模塊402，它接收一個(gè)外部提供的系統(tǒng)電流反饋信號(hào)410 (例如，指示系統(tǒng)電流的模擬信號(hào)，或者數(shù)字值，或者其他形式的數(shù)據(jù)或信息)。在這種配置中，驅(qū)動(dòng)器110的監(jiān)控402至少部分地根據(jù)系統(tǒng)電流反饋信號(hào)值410來提供VAR需求值146的在板上的計(jì)算，并且當(dāng)運(yùn)行在VAR補(bǔ)償模式中時(shí)，所計(jì)算的VAR需求值146被用于控制由驅(qū)動(dòng)器110產(chǎn)生或消耗的補(bǔ)償VAR的量。[0034] 因此，能夠以集成的方式在一個(gè)單一的控制板、服務(wù)器、處理器等中實(shí)現(xiàn)VAR補(bǔ)償和交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制部件144和142，通過它們?cè)隍?qū)動(dòng)器110中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)單一的輸入系統(tǒng)功率因數(shù)和電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備。在一個(gè)實(shí)例中，來自整個(gè)系統(tǒng)的電流反饋410可以作為如以上圖1所示電力系統(tǒng)12的線路電流16的一個(gè)指示來導(dǎo)出或者獲得。[0035] 另外，如圖1的實(shí)例所示，多個(gè)能夠進(jìn)行VAR補(bǔ)償?shù)慕涣麟妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器110配備有這種系統(tǒng)電流反饋信號(hào)或者值410，或者一個(gè)單一控制元件(分離于這些驅(qū)動(dòng)器110或者結(jié)合到這些驅(qū)動(dòng)器IIO之一當(dāng)中)可以將多個(gè)VAR需求的信號(hào)提供給這些驅(qū)動(dòng)器110的每一個(gè)以單獨(dú)地或與電動(dòng)機(jī)控制相結(jié)合來協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)VAR補(bǔ)償。在這方面， 一個(gè)監(jiān)控元件(例如，圖7中的在板監(jiān)控部件402)可以接收系統(tǒng)電流反饋值410并且基于每個(gè)交流驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)(例如電動(dòng)機(jī)控制或VAR補(bǔ)償)確定什么樣的切換組合和功率因數(shù)應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)VAR需求的設(shè)定點(diǎn)被提供給每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器110。在這方面，例如，如果在時(shí)間上一個(gè)給定點(diǎn)處，總的VAR需求或要求值為1000 (例如，1KVAR)， 一個(gè)第一交流驅(qū)動(dòng)器可能正在運(yùn)轉(zhuǎn)它的電動(dòng)機(jī)，但還是提供了 IOOVAR的補(bǔ)償，而第二 (例如，離線的)交流驅(qū)動(dòng)器可以使它的電動(dòng)機(jī)去激勵(lì)并且提供900VAR。以此方式，在每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器110中提供的選擇性的VAR補(bǔ)償和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的功能性提供了一種有效和靈活的整體系統(tǒng)解決方案，而不必采用外部的(專用的)SVC. 本披露進(jìn)一步的方面提供了在電力系統(tǒng)中使用一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器(例如，以上的驅(qū)動(dòng)器110、210)的一種VAR補(bǔ)償?shù)姆椒?，該?qū)動(dòng)器具有連接在一個(gè)輸入端和一個(gè)中間電路(電路150、250)之間的一個(gè)線路側(cè)轉(zhuǎn)換器(轉(zhuǎn)換器110a、210a)、連同連接在該中間電路和電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出端之間的一個(gè)機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器(以上轉(zhuǎn)換器110b、210b)。該方法包括操作機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器以防止在中間電路和電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出端之間的功率傳送，以及操作線路側(cè)轉(zhuǎn)換器以控制中間電路中的電壓或電流。在一個(gè)實(shí)施方案中，該機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器的操作提供了在中間電路的正向和返回通路之間的一個(gè)短路，并且該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器操作至少部分地基于一個(gè)接收到的VAR需求的輸入提供對(duì)中間電路中電流的控制，例如在上述基于CSI型的驅(qū)動(dòng)器的實(shí)例中。在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器的操作包括使機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器將中間電路從電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出端上斷開，其中至少部分地根據(jù)一個(gè)接受到的VAR需求輸入來操作該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器以控制中間電路中的電壓，例如在以上圖5的VSI驅(qū)動(dòng)器實(shí)例中。該方法可以進(jìn)一步包括接收一個(gè)模式選擇信號(hào)，其中基于該模式選擇信號(hào)而選擇性地操作線路側(cè)和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器以用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或VAR補(bǔ)償操作。以上的實(shí)例僅展示了本發(fā)明不同方面 的幾個(gè)可能的實(shí)施方案，其中本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過閱讀并理解本說明書和附圖可以 想到多種等效的替換和/或改變。特別是對(duì)于由以上說明的部件(組件、設(shè)備、系統(tǒng)、電路 以及類似物)所執(zhí)行的不同功能，用于說明這樣的部件的一些術(shù)語(yǔ)(包括提及的"裝置") 是旨在對(duì)應(yīng)于任何部件(除非另外指明)，例如硬件、軟件、或者它們的組合，該部件執(zhí)行所 說明部件的指定功能(即，它是功能上等效的)，即使在結(jié)構(gòu)上不等同于在發(fā)明所展示的實(shí) 施方式中執(zhí)行該功能的所披露的結(jié)構(gòu)。另外，盡管本發(fā)明的一個(gè)具體特征可能僅相對(duì)于幾 個(gè)實(shí)施方式之一進(jìn)行了披露，但這種特征可以按照對(duì)于任何給定的或具體的應(yīng)用而言所希 望的或者是有利的方式與其他實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其他特征相結(jié)合。同樣，對(duì)于術(shù)語(yǔ)"包 括(including)，，、"包括(includes)，，、"具有(having)，，、"具有(has)，，、"帶有(with)，，、或 者它們的變化形式用于詳細(xì)說明和/或者權(quán)利要求中的范圍而言，這樣的術(shù)語(yǔ)旨在以與術(shù) 語(yǔ)"包括(comprising)"相似的方式而具有包括的含義。
權(quán)利要求一種交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括用于從一個(gè)交流電源接收交流輸入電功率的一個(gè)輸入端；用于向一個(gè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載提供輸出電功率的一個(gè)輸出端；包括至少一個(gè)存儲(chǔ)元件的一個(gè)中間電路；包括多個(gè)切換器件的一個(gè)線路側(cè)轉(zhuǎn)換器，這些切換器件與該輸入端以及該中間電路相耦連，并且根據(jù)多個(gè)線路側(cè)切換控制信號(hào)來運(yùn)行以選擇性地從該輸入端向該中間電路提供功率；包括多個(gè)切換器件的一個(gè)機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器，這些切換器件與該中間電路以及該輸出端相耦連，并且根據(jù)多個(gè)機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)來運(yùn)行以選擇性地從該中間電路向該輸出端提供功率；以及一個(gè)切換控制系統(tǒng)，它操作性地與這些線路側(cè)以及機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器相耦連以提供這些線路側(cè)轉(zhuǎn)換器切換控制信號(hào)和這些機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，該切換控制系統(tǒng)可在一個(gè)第一運(yùn)行模式中運(yùn)行來提供這些線路側(cè)和機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，以便根據(jù)一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制方案選擇性地將功率提供給該電動(dòng)機(jī)負(fù)載，并且該切換控制系統(tǒng)可在一個(gè)第二運(yùn)行模式中運(yùn)行以提供這些機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)來防止在該中間電路和輸出端之間的功率傳送，并且提供這些線路側(cè)切換控制信號(hào)以根據(jù)一個(gè)VAR補(bǔ)償方案選擇性地將該輸入端耦連到該中間電路上。
2. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中該切換控制系統(tǒng)包括可操作用于接收一個(gè) 模式選擇信號(hào)的一個(gè)模式選擇輸入端，并且其中根據(jù)該模式選擇信號(hào)，該切換控制系統(tǒng)可 操作用來選擇性地產(chǎn)生用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或者VAR補(bǔ)償操作的多個(gè)切換控制信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中該切換控制系統(tǒng)接收一個(gè)VAR需求的輸入， 并且其中該切換控制系統(tǒng)至少部分地基于該VAR需求的輸入提供在第二運(yùn)行模式中這些 線路側(cè)切換控制信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 其中該中間電路包括在該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器之間的一個(gè)正向電流通路； 在該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器之間的一個(gè)返回電流通路；以及 連接在該中間電路的正向和返回電流通路之一中的至少一個(gè)連接電感器存儲(chǔ)元件； 其中該機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)電流源逆變器；并且其中該切換控制系統(tǒng)提供在該第二運(yùn)行模式中的這些機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，以使得該 機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器提供在該正向和返回電流通路之間的一個(gè)短路，以便防止在該中間電路和輸 出端之間的功率傳送。
5. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 其中該中間電路包括在該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器之間的一個(gè)正向電流通路； 在該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器和機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器之間的一個(gè)返回電流通路；以及 連接在該中間電路的正向和返回電流通路之間的至少一個(gè)電容器存儲(chǔ)元件； 其中該機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)電壓源逆變器；并且其中該切換控制系統(tǒng)提供在該第二運(yùn)行模式中的這些機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，以使得該機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器將該輸出端從該中間電路斷開，以便防止在該中間電路和輸出端之間的功率 傳送。
6.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中該輸入端包括 在該交流電源與該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器之間的第一和第二輸入電流通路；以及 連接在該交流電源與該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器之間的該第一和第二輸入電流通路之間的至少 一個(gè)濾波電容器。
專利摘要公開了一種AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括輸入端；輸出端；包括至少一個(gè)存儲(chǔ)元件的一個(gè)中間電路；線路側(cè)轉(zhuǎn)換器，與該輸入端以及該中間電路相耦連；機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器，與該中間電路以及該輸出端相耦連；切換控制系統(tǒng)，它操作性地與這些線路側(cè)以及機(jī)器側(cè)轉(zhuǎn)換器相耦連以提供這些線路側(cè)轉(zhuǎn)換器切換控制信號(hào)和這些機(jī)器側(cè)切換控制信號(hào)，在第一運(yùn)行模式中根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制方案選擇性地將功率提供給該電動(dòng)機(jī)負(fù)載，在第二運(yùn)行模式中防止在該中間電路和輸出端之間的功率傳送，并且提供這些線路側(cè)切換控制信號(hào)以根據(jù)一個(gè)VAR補(bǔ)償方案選擇性地將該輸入端耦連到該中間電路上。從而，可以解決超前或滯后功率因數(shù)運(yùn)行的負(fù)面影響，而對(duì)成本無(wú)較大影響。
文檔編號(hào)H02P25/16GK201467061SQ20082013876
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者N·R·扎加里 申請(qǐng)人:洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司