專利名稱：較小電容的多電平變速驅(qū)動(dòng)器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多電平變速驅(qū)動(dòng)器及其控制方法，更具體地說，涉及一種利用較小電容(C-Iess)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的“飛跨電容”的多電平變速驅(qū)動(dòng)器及其控制方法。
背景技術(shù)：
由于變速驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)特性構(gòu)成了一個(gè)非線性負(fù)載，所帶來的諧波干擾越來越不容忽視，尤其是在大功率的調(diào)速系統(tǒng)中。變速驅(qū)動(dòng)器干擾主要有變速驅(qū)動(dòng)器中普遍采用的諸如整流二極管的非線性整流器件，將會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生諧波干擾，引起電源電流畸變(總電流畸變率用THDi表示)，影響供電質(zhì)量；其次，變速驅(qū)動(dòng)器輸出部分的高頻開關(guān)器件在換向時(shí)將在輸出端產(chǎn)生較強(qiáng)高頻電磁輻射干擾。諧波會(huì)使掛在同一電源的電機(jī)、變壓器和電容等用電設(shè)備損耗增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)過熱或燒毀設(shè)備。在

圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)的變速驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器電路圖。它包括由整流器構(gòu)成的輸入級(jí)、包含大型扼流線圈(Big choke)L和濾波電容器C的直流鏈路部分、以及由逆變器構(gòu)成的輸出級(jí)。其中大型扼流線圈(Big choke) L保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的輸入橋，用于減少驅(qū)動(dòng)器的輸入電流的諧波，以降低THDi，使之大約為45%。但無附加輸出濾波器的2-電平逆變器不適用于長(zhǎng)距離應(yīng)用。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的C-Iess驅(qū)動(dòng)器電路圖，其具有2_電平逆變器。這種方案可以減少輸入電流的THDi。圖2的變速驅(qū)動(dòng)器包括由整流器構(gòu)成的輸入級(jí)、包含直流鏈路電容器C的直流鏈路部分、以及由逆變器構(gòu)成的輸出級(jí)。其中，直流鏈路電容器值比圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)AC驅(qū)動(dòng)電容器值小2%-3%。在直流鏈路部分中，線路電感器(Line inductor)和小直流鏈路電容器形成具有高截止頻率的低通濾波器。由于逆變器的開關(guān)頻率導(dǎo)致的直流電流被電容器 C過濾，但是低輸入電流諧波未被過濾。因此，輸入電流波形為方波并且THDi大約為30%。無附加輸出濾波器的2-電平逆變器不適用于長(zhǎng)距離應(yīng)用。圖2中的直流鏈路電容器C的電容值受到逆變器停止時(shí)的直流鏈路過壓以及諧波生成量的限制。通常，直流鏈路電容器的電容值C通過如下公式1得到
權(quán)利要求
1.一種具有較小電容的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，包括二極管整流器O)；具有第一電容器(Cbl)、第二電容器(( 和第三電容器(Cb;3)的飛跨電容逆變器⑷；具有第四電容器(Ca)的直流鏈路(3)，其與二極管整流器(2)的輸出以及飛跨電容逆變器⑷的輸入相連；以及調(diào)制器(7)，用于輸出控制信號(hào)到飛跨電容逆變器(4)的多個(gè)功率單元(5)，以控制多個(gè)功率單元(5)的導(dǎo)通和截止，其中，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)器停止時(shí)，調(diào)制器(7)輸出第一控制信號(hào)以將第一至第三電容器 (Cbl、Cb2、Cb3)與第四電容器(Ca)解耦。
2.如權(quán)利要求1所述的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，還包括電源(1)，用于向所述多電平變速驅(qū)動(dòng)器供電。
3.如權(quán)利要求2所述的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，還包括電機(jī)(6)，用于驅(qū)動(dòng)與多電平變速驅(qū)動(dòng)器相連的各種設(shè)備。
4.如權(quán)利要求2所述的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，其中，飛跨電容逆變器(4)包括并聯(lián)連接的第一部件、第二部件和第三部件；第一部件、第二部件和第三部件的每個(gè)都包含四個(gè)串聯(lián)的第一功率單元至第四功率單元，和跨接在第一功率單元和第二功率單元的交點(diǎn)以及第三功率單元和第四功率單元的交點(diǎn)之間的電容器(031、032、或033)。
5.如權(quán)利要求4所述的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，其中當(dāng)調(diào)制器(7)輸出第一控制信號(hào)時(shí)，第一部件中的第四功率單元、第二部件中的第四功率單元以及第三部件中的第四功率單元導(dǎo)通，其他所有功率單元截止，使得來自電源(1)的能量被充入第四電容器(Ca)中并且來自電機(jī)(6)的能量被充入第一電容器(Cbl)中。
6.如權(quán)利要求5所述的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，其中當(dāng)調(diào)制器(7)輸出第二控制信號(hào)時(shí)，第一部件中的第一功率單元、第二部件中的第一功率單元以及第三部件中的第一功率單元導(dǎo)通，其他所有功率單元截止，使得停止對(duì)第一電容器(Cbl)充電，而來自電機(jī)(6)的能量被充入第二電容器(( 和第三電容器(Cb!3)中。
7.如權(quán)利要求1-6中任何一個(gè)所述的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，其中第一功率單元至第四功率單元都是由晶體管和二極管并聯(lián)組成。
8.如權(quán)利要求7所述的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，其中所述晶體管可以是絕緣門極雙極型晶體管IGBT、關(guān)斷晶閘管GT0、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET或門極換流晶閘IGCT 等半導(dǎo)體開關(guān)。
9.一種具有較小電容的多電平變速驅(qū)動(dòng)器的控制方法，該多電平變速驅(qū)動(dòng)器包括二極管整流器O)；具有第一電容器(Cbl)、第二電容器(( 和第三電容器(Cb!3)的飛跨電容逆變器⑷；具有第四電容器(Ca)的直流鏈路(3)，其與二極管整流器⑵的輸出以及飛跨電容逆變器的輸入相連；電源(1)，用于向所述多電平變速驅(qū)動(dòng)器供電；電機(jī)(6)，用于推動(dòng)與多電平變速驅(qū)動(dòng)器相連的各種設(shè)備；以及調(diào)制器(7)，用于輸出控制信號(hào)到飛跨電容逆變器的多個(gè)功率單元(5)，以控制多個(gè)功率單元(5)的導(dǎo)通和截止，該控制方法包括當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)器停止時(shí)，調(diào)制器(7)輸出第一控制信號(hào)以將第一至第三電容器(Cbl、Cb2、Cb3)與第四電容器(Ca)解耦。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中當(dāng)調(diào)制器輸出第一控制信號(hào)時(shí)，飛跨電容逆變器的底部功率單元( 截止，來自電源(1)的能量被充入第四電容器(Ca)中，并且來自電機(jī)(6)的能量被充入第一電容器(Cbl)中。
11.如權(quán)利要求10所述的控制方法，其中當(dāng)調(diào)制器輸出第二控制信號(hào)時(shí)，飛跨電容逆變器(4)的頂部功率單元( 截止，停止對(duì)第一電容器(Cbl)充電，而來自電機(jī)(6)的能量被充入第二電容器(( 和第三電容器(Cb!3)中。
全文摘要
本發(fā)明的目標(biāo)是采用將“飛跨電容”用于C-less驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的多電平變速驅(qū)動(dòng)器拓?fù)?。利用特定控制，?dāng)停止驅(qū)動(dòng)器時(shí)，確保直流C-less電容器與逆變器的飛跨電容器解耦。通過這種方式，減小多電平變速驅(qū)動(dòng)器的輸入電流諧波，最優(yōu)C-less多電平變速驅(qū)動(dòng)器的大小，進(jìn)而最優(yōu)產(chǎn)品成本。提供一種具有較小電容的多電平變速驅(qū)動(dòng)器，包括二極管整流器(2)；具有第一電容器(Cb1)、第二電容器(Cb2)和第三電容器(Cb3)的飛跨電容逆變器(4)；具有第四電容器(Ca)的直流鏈路(3)；以及調(diào)制器(7)，用于輸出控制信號(hào)到飛跨電容逆變器(4)的多個(gè)功率單元(5)，以控制多個(gè)功率單元(5)的導(dǎo)通和截止，其中，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)器停止時(shí)，調(diào)制器(7)輸出第一控制信號(hào)以將第一至第三電容器(Cb1、Cb2、Cb3)與第四電容器(Ca)解耦。
文檔編號(hào)H02M1/44GK102195558SQ20101012476
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者菲利普·鮑德遜 申請(qǐng)人:施耐德東芝換流器歐洲公司