專利名稱：驅(qū)動系統(tǒng)及相應(yīng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括一驅(qū)動變流器、一永磁同步電機(jī)和一控制裝置的驅(qū)動系統(tǒng)， 其中，所述永磁同步電機(jī)在其端子側(cè)借助復(fù)數(shù)個連接線與所述驅(qū)動變流器的復(fù)數(shù)個輸出端 導(dǎo)電相連，在至少兩個連接線中各布置有一半導(dǎo)體開關(guān)，所述半導(dǎo)體開關(guān)在其控制側(cè)分別 與所述控制裝置的一控制輸出端相連，所述控制裝置在其輸入端與一錯誤輸出端相連，在 其輸出端與所述驅(qū)動變流器的復(fù)數(shù)個控制輸入端相連，本發(fā)明此外還涉及一種控制所述驅(qū) 動系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
特別如圖1所示，EP 0718143A1揭示一種與本發(fā)明同類型的驅(qū)動系統(tǒng)。下面借助 圖1對這種驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖1中，3表示驅(qū)動變流器，5表示永磁同步電機(jī)，4A 表示控制裝置，6a和6b表示位于至少兩個連接線11和w中的開關(guān)。用作驅(qū)動變流器3的是 一自換相脈沖變流器，該脈沖變流器的變流閥是一個個由門極可關(guān)斷晶閘管3a、3b、3c、3d、 3e和3f及續(xù)流二極管31構(gòu)成的并聯(lián)電路。每個續(xù)流二極管31均與一個門極可關(guān)斷晶閘 管3a、3b、3c、3d、3e和3f反向并聯(lián)。門極可關(guān)斷晶閘管3a、3b、3c、3d、3e和3f也以GTO晶 閘管(Gate Turn-OffThyristoren,門極可關(guān)斷晶閘管)而為人所知。在圖1所示的驅(qū)動系 統(tǒng)中，驅(qū)動變流器3以逆變器模式運(yùn)行，在此情況下，存在于直流電壓側(cè)的直流電壓可在交 流電壓側(cè)產(chǎn)生三個交流電壓。控制裝置4A在其輸出端與驅(qū)動變流器3及兩個開關(guān)6a和6b的控制輸入端相連。 此控制裝置4A在其輸入端一方面與安裝在驅(qū)動變流器3中的傳感器(圖中未顯示)相連， 另一方面與轉(zhuǎn)子軸承傳感器(圖中未顯示)相連。如此就可從驅(qū)動變流器3向控制裝置4A 發(fā)送信號P，從轉(zhuǎn)子軸承傳感器向控制裝置4A發(fā)送信號R。這個控制裝置4A為驅(qū)動變流器 3的每個變流閥的門極可關(guān)斷晶閘管3a、3b、3C、3d、3e和3f產(chǎn)生控制信號C，為兩個開關(guān)6a 和6b產(chǎn)生控制信號a2。驅(qū)動變流器3在其直流電壓側(cè)正側(cè)通過接觸器2與集電器1導(dǎo)電相連，負(fù)側(cè)與一 基準(zhǔn)電位(地電位)導(dǎo)電相連。附圖所示的這種驅(qū)動系統(tǒng)是一種應(yīng)用于電動車輛特別是有 軌車輛的牽引系統(tǒng)。一或復(fù)數(shù)個門極可關(guān)斷晶閘管3a、3b、3c、3d、3e和/或3f —旦發(fā)生故障，這個驅(qū) 動變流器就無法再向永磁同步電機(jī)5提供端電壓。由于這里的永磁同步電機(jī)5是一驅(qū)動電 動機(jī)(例如軌道車輛的驅(qū)動電動機(jī))，并且該車輛還需繼續(xù)行駛，因此永磁同步電機(jī)5會以 發(fā)電機(jī)模式工作。在此情況下，處于“發(fā)電機(jī)”工作模式的永磁同步電機(jī)5會驅(qū)使一個短路 電流流經(jīng)與之相接的連接線u、v和w以及驅(qū)動變流器3的變流閥的相應(yīng)半導(dǎo)體3a、3b、3c、 3d、3e和3f。從而使這些半導(dǎo)體3a、3b、3c、3d、3e和3f及永磁同步電機(jī)5出現(xiàn)不允許的發(fā) 熱。為了防止出現(xiàn)上述情況的短路電流而在連接線u和w中布置兩個開關(guān)6a和6b。 驅(qū)動變流器3的變流閥中一旦有半導(dǎo)體3a、3b、3C、3d、3e和3f發(fā)生故障，就可通過信號P將這一狀態(tài)報(bào)告給控制裝置4A。控制裝置隨后產(chǎn)生信號a2，借此將正常工作狀態(tài)下保持閉 合的開關(guān)6a和6b斷開。EP 0718143A1還揭示，開關(guān)6a和6b也可采用半導(dǎo)體開關(guān)。但這個歐洲專利申請 公開案并未揭示這種半導(dǎo)體開關(guān)的構(gòu)建方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為上述半導(dǎo)體開關(guān)提供一種實(shí)施方式，通過這種實(shí)施方式可以獲 得一種可應(yīng)用于上述驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動變換器的易于控制的保護(hù)電路。根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過權(quán)利要求1特征部分的特征而達(dá)成。通過采用可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)作為這種半導(dǎo)體開關(guān)，并在所述驅(qū)動變流器 和所述永磁同步電機(jī)之間的所有連接線中各布置一個這種半導(dǎo)體開關(guān)，只需產(chǎn)生一個控制 信號，該控制信號可提供給所有半導(dǎo)體開關(guān)。如果所述可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)采用的是包括反向并聯(lián)二極管的晶閘管，就 可使控制方式得到簡化，從而在故障情況下不必再產(chǎn)生控制信號。流經(jīng)一處于導(dǎo)通狀態(tài)但 不再受控的晶閘管的電流一旦過零，該晶閘管就停止工作并將相應(yīng)的電流路徑切斷。借此 可避免故障情況下可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)中產(chǎn)生損耗。根據(jù)所述驅(qū)動系統(tǒng)的一種有利實(shí)施方式，所述可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)布置在 所述驅(qū)動變流器中，尤其是與該驅(qū)動變流器的冷卻系統(tǒng)導(dǎo)熱相連。由此可確保每個可控不 對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)的半導(dǎo)體都能得到冷卻。在將一晶閘管和一與之反向并聯(lián)的二極管用作可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)的情 況下，該晶閘管只需要一個周期性控制信號。正常運(yùn)行時，所述晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此 該晶閘管可以導(dǎo)通端電壓的任何一個負(fù)半波，相應(yīng)的反向并聯(lián)二極管可以導(dǎo)通這個端電壓 的任何一個正半波。亦即，所述驅(qū)動變流器和所述永磁同步電機(jī)之間的具有可控不對稱阻 斷半導(dǎo)體開關(guān)的連接線被貫穿連接。發(fā)生故障時，必須確保處于“發(fā)電機(jī)”工作模式的永磁 同步電機(jī)再也不會驅(qū)使短路電流經(jīng)由所述連接線流向所述驅(qū)動變流器，之后再流回該永磁 同步電機(jī)。這一點(diǎn)通過以下方法而實(shí)現(xiàn)，即僅對用于布置在每個連接線中的可控不對稱阻 斷半導(dǎo)體開關(guān)的晶閘管的周期性控制信號采取抑制措施。最簡單的做法是，發(fā)生故障時根 本就不產(chǎn)生這個周期性控制信號。在每個現(xiàn)有可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)的 晶閘管不再受到控制的情況下，一旦流經(jīng)該晶閘管的電流過零，該晶閘管就會進(jìn)行阻斷。這 樣就可以獲得一種非常易于控制的驅(qū)動變流器用保護(hù)電路。


下面借助附圖以示意圖形式加以展示的本發(fā)明驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)施方式對本發(fā)明作 進(jìn)一步說明，其中圖1為一已知驅(qū)動系統(tǒng)的框圖；以及圖2為本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式與圖1所示實(shí)施方式不同的是，本發(fā)明如圖2所示的驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施方式采用的是可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)8。每個可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)8均具有一晶閘管10和一 與該晶閘管10反向并聯(lián)的二極管12。這種可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)8如此布置在驅(qū)動 變流器3和永磁同步電機(jī)5之間的連接線u、v或w中，使得二極管12可以導(dǎo)通驅(qū)動變流器 3所產(chǎn)生的端電壓的正半波，晶閘管10可以導(dǎo)通該端電壓的負(fù)半波。在驅(qū)動變流器3的無故障工作過程中，對可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)8的晶閘管 10進(jìn)行周期性控制。為此，在控制裝置4A中產(chǎn)生控制信號5_通過對每個晶閘管10進(jìn)行 這種周期性控制，驅(qū)動變流器3實(shí)現(xiàn)與永磁同步電機(jī)5的導(dǎo)電連接。在故障情況下，即當(dāng)驅(qū) 動變流器3產(chǎn)生錯誤信號P時，晶閘管10的控制信號STh會受到抑制，從而使得這些晶閘管 10在流通電流下一次過零時進(jìn)行阻斷。對控制信號sTh的抑制方式是在故障情況下不再 產(chǎn)生這些控制信號。在位于連接線u、v和W中的所有可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)8的晶閘 管10進(jìn)行阻斷的情況下，不再存在可供短路電流從永磁同步電機(jī)5流向驅(qū)動變流器3并且 再流回同步電機(jī)5的電流路徑。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)計(jì)方案，不需要設(shè)置任何用以 在故障情況下斷開半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號。如圖2所示，向控制裝置4A提供一個電源電壓Uv。這個電源電壓可能出于種種原 因而中斷。即使在這種情況下，晶閘管10也不再受到周期性控制信號STh的控制，其原因在 于，控制裝置4A由于電源電壓Uv中斷而無法工作。在此情況下，所述驅(qū)動系統(tǒng)的保護(hù)電路 會自行進(jìn)入安全狀態(tài)(即斷開驅(qū)動變流器3和永磁同步電機(jī)5之間的連接)。由于所述可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)8的這些晶閘管10只有在驅(qū)動變流器3無 故障運(yùn)行時才轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)，因此，只有在驅(qū)動變流器3無故障運(yùn)行時才會產(chǎn)生損耗。為 了冷卻這些晶閘管10，需要將其整合在驅(qū)動變流器3中。亦即，這些晶閘管10與驅(qū)動變流 器3的變流閥的冷卻系統(tǒng)(特別是散熱器)導(dǎo)熱相連。由此可確?？煽夭粚ΨQ阻斷半導(dǎo)體 開關(guān)8在所述驅(qū)動系統(tǒng)正常工作時得到冷卻。當(dāng)驅(qū)動變流器3發(fā)生故障(也可能是冷卻故 障)時，保護(hù)電路中不會產(chǎn)生損耗。
權(quán)利要求
一種驅(qū)動系統(tǒng)，包括一驅(qū)動變流器(3)、一永磁同步電機(jī)(5)和一控制裝置(4A)，其中，所述永磁同步電機(jī)(5)在其端子側(cè)借助復(fù)數(shù)個連接線(u，v，w)與所述驅(qū)動變流器(3)的復(fù)數(shù)個輸出端導(dǎo)電相連，在兩個連接線(u，w)中各布置有一半導(dǎo)體開關(guān)，所述半導(dǎo)體開關(guān)在其控制側(cè)分別與所述控制裝置(4A)的一控制輸出端相連，所述控制裝置(4A)在其輸入端與一錯誤輸出信號(P)相連，在其輸出端與所述驅(qū)動變流器(3)的復(fù)數(shù)個控制輸入端相連，其特征在于，所述半導(dǎo)體開關(guān)(8)為可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)(8)，且所述驅(qū)動變流器(3)和所述永磁同步電機(jī)(5)之間的每個連接線(u，v，w)中均布置有一這種類型的半導(dǎo)體開關(guān)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)(8)采用一包含有反向并聯(lián)二極管(12)的晶閘管(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)(8)布置在所述驅(qū)動變流器(3)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述單向不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)(8)與所述驅(qū)動變流器(3)的一冷卻系統(tǒng)導(dǎo)熱相連。
5.一種對根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法，其特征在于，在所述驅(qū)動變流器(3)的工作過程中，對所述不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)(8)的每個晶閘 管(10)都進(jìn)行周期性控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于控制所述驅(qū)動系統(tǒng)的方法，其特征在于，在所述驅(qū)動變流器(3)發(fā)生故障的情況下，不再對所述不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)(8)的 晶閘管(10)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括一驅(qū)動變流器(3)、一永磁同步電機(jī)(5)和一控制裝置(4A)的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述永磁同步電機(jī)(5)在其端子側(cè)借助復(fù)數(shù)個連接線(u，v，w)與所述驅(qū)動變流器(3)的復(fù)數(shù)個輸出端導(dǎo)電相連，在兩個連接線(u，w)中各布置有一半導(dǎo)體開關(guān)，所述半導(dǎo)體開關(guān)在其控制側(cè)分別與所述控制裝置(4A)的一控制輸出端相連，所述控制裝置(4A)在其輸入端與一錯誤輸出信號(P)相連，在其輸出端與所述驅(qū)動變流器(3)的復(fù)數(shù)個控制輸入端相連。本發(fā)明采用可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)(8)，在所述驅(qū)動變流器(3)和所述永磁同步電機(jī)(5)之間的每個連接線(u，v，w)中均布置有一這種類型的可控不對稱阻斷半導(dǎo)體開關(guān)。借此可獲得一種可應(yīng)用于上述驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動變流器(3)的易于控制的保護(hù)電路。
文檔編號H02H3/26GK101884150SQ200880119111
公開日2010年11月10日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者馬克·馬蒂亞斯·巴克蘭 申請人:西門子公司