專利名稱：功率電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一般涉及功率電子設(shè)備(諸如在功率轉(zhuǎn)換或者將功率應(yīng)用于電動機和類似負(fù)載時所使用的設(shè)備)領(lǐng)域。更具體地，本實用新型涉及如下的系統(tǒng)和方法，其用于使用并聯(lián)的多個18脈沖整流器電路，以在減少輸入電流諧波的同時提高電動機驅(qū)動的總體額定值。
背景技術(shù)：
在廣闊的應(yīng)用范圍中使用了功率電子設(shè)備和模組。例如，電動機控制器、整流器、 逆變器，以及更一般地來說，功率轉(zhuǎn)換器，被用于調(diào)節(jié)輸入功率并向設(shè)備供應(yīng)功率(諸如驅(qū)動電動機)。然而，在電子設(shè)備內(nèi)傳輸?shù)墓β屎托盘柦?jīng)常包含不想要的特性，這些特性會需要額外的設(shè)備來減小或過濾信號。例如，在交流(AC)電動機控制器中，可以使用整流器來將AC功率轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流(DC)功率，并且可以使用逆變器電路來將穩(wěn)定的DC功率轉(zhuǎn)換回AC功率，該AC功率被供應(yīng)給電動機。然而，鎮(zhèn)流器可能容易受到AC輸入電流諧波和DC 總線波紋之類的影響。

實用新型內(nèi)容根據(jù)本實用新型的一個實施例，提供了一種功率電路，其特征在于包括彼此并聯(lián)耦合的第一和第二整流器電路，每個整流器電路包括變壓器，其具有接有15個節(jié)點的15 個串聯(lián)耦合的電感器，節(jié)點被置于成對的電感器之間，并且電感器表示為其中交替的邊分別包括2個和3個電感器的六邊形，用于三相交流功率的三個輸入端，其耦合到六邊形的交替的頂點，以及用于九相交流功率的九個輸出端，其耦合在每個不是六邊形的頂點的節(jié)點和各自的二極管電橋之間；直流總線，其耦合到第一和第二整流器電路的二極管電橋的輸出端；以及用于減小整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高整流器電路之間的負(fù)載共享的裝置。根據(jù)本實用新型的另一實施例，提供了一種功率電路，其特征在于包括彼此并聯(lián)耦合的第一和第二整流器電路，每個整流器電路包括變壓器，其具有接有15個節(jié)點的 15個串聯(lián)耦合的電感器，節(jié)點被置于成對的電感器之間，并且電感器表示為其中交替的邊分別包括2個和3個電感器的六邊形，用于三相交流功率的三個輸入端，其耦合到六邊形的交替的頂點，以及用于九相交流功率的九個輸出端，其耦合在每個不是六邊形的頂點的節(jié)點和各自的二極管電橋之間；直流總線，其耦合到第一和第二整流器電路的二極管電橋的輸出端；用于減小整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高整流器電路之間的負(fù)載共享的裝置；以及逆變器電路，其耦合到直流總線并且被配置為將來自直流總線的直流功率轉(zhuǎn)換為可控頻率的輸出交流功率。本實用新型的實施例提供了用于使用并聯(lián)的多個18脈沖整流器電路的新技術(shù)。 具體地，每個整流器電路可以包括自耦變壓器，其具有接有15個節(jié)點的15個串聯(lián)耦合的電感器，節(jié)點被置于成對的電感器之間。電感器可以表示為六邊形，其中六邊形的交替的邊分別包括2個和3個電感器。每個整流器電路還可以包括用于三相AC功率的三個輸入端， 其耦合到六邊形表示的交替的頂點；以及用于AC功率的九個輸出端，其耦合在每個不是所述六邊形表示的頂點的節(jié)點和各自的二極管電橋之間。用于整流器電路的二極管電橋的輸出端可以耦合到直流總線。此外，還提供了用于減小并聯(lián)的整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高并聯(lián)的整流器電路之間的負(fù)載共享的裝置。例如，在某些實施例中，可以使用耦合到每個整流器的輸入端的AC線路電抗器。在其他實施例中，可以使用耦合在整流器電路的二極管電橋的每個輸出端和DC總線之間的扼流電感器。而且，在另外的實施例中，可以使用耦合到DC總線的扼流電感器。

當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述后，將會更好地理解本實用新型的這些以及其他特點、方面和優(yōu)點。在附圖中，相同的特征由貫穿各圖的相同部分來表示，其中圖1是18脈沖正構(gòu)造塊的示例性實施例的示意性示圖，18脈沖正構(gòu)造塊包括九相 18脈沖自耦變壓器以及相關(guān)聯(lián)的九相整流器；圖2是18脈沖負(fù)構(gòu)造塊的示例性實施例的示意性示圖，18脈沖負(fù)構(gòu)造塊包括九相18脈沖自耦變壓器以及相關(guān)聯(lián)的九相整流器；圖3是與圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊并聯(lián)的圖1的18脈沖正構(gòu)造塊的示例性實施例的示意性示圖；圖4是與圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊并聯(lián)的圖1的18脈沖正構(gòu)造塊的示例性實施例的示意性示圖，其具有耦合到并聯(lián)的構(gòu)造塊的上游的每個輸入線路的AC線路電抗器；圖5是彼此并聯(lián)的圖1的18脈沖正構(gòu)造塊的兩個示例性實施例的示意性示圖，其具有耦合到并聯(lián)的構(gòu)造塊的上游的每個輸入線路的AC線路電抗器；圖6是與圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊并聯(lián)的圖1的18脈沖正構(gòu)造塊的示例性實施例的示意性示圖，其具有耦合在并聯(lián)的構(gòu)造塊的下游的每個輸出端和DC總線之間的扼流電感器；圖7是彼此并聯(lián)的圖1的18脈沖正構(gòu)造塊的兩個示例性實施例的示意性示圖，其具有耦合在并聯(lián)的構(gòu)造塊的下游的每個輸出端和DC總線之間的扼流電感器；圖8是并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊的多個示例性實施例的示意性示圖，其中，每個36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊都包括彼此并聯(lián)的18脈沖正構(gòu)造塊和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊；圖9是彼此并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊的多個示例性實施例的示意性示圖，其具有從DC總線向下游連接的多個DC/AC逆變器電路；并且圖10是彼此并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊的多個示例性實施例的示意性示圖，其具有從DC總線向下游連接的多個DC/AC逆變器電路，并且每個DC/AC逆變器電路都與各自的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊相關(guān)聯(lián)。
具體實施方式
整流器通常用于對AC電壓進行整流并且在DC總線兩端生成DC電壓。典型的整流器包括基于開關(guān)的電橋，其包括兩個用于每個AC電壓相位的開關(guān)，這些開關(guān)分別鏈接到DC總線。這些開關(guān)以如下的時間方式交替通斷該時間方式正如其名稱所暗示的，使得 AC電壓被整流。當(dāng)設(shè)計整流器配置時，有三個主要的考慮，包括成本、AC輸入電流諧波以及 DC總線波紋。針對AC輸入電流諧波，當(dāng)AC相位鏈接到整流器并且切換整流器開關(guān)時，已知切換動作引起AC線路上的諧波。由一個整流器引起的AC線路諧波會扭曲提供給其他公共鏈接負(fù)載的AC電壓，并因此通常應(yīng)該被限制。整流器切換還典型地生成DC總線上的波紋。對于大多數(shù)硬件密集的配置，通過在可能的情況下使用減少的數(shù)量的系統(tǒng)部件和使用相對低廉的部件，可以使成本最小化。通過增加由整流器進行整流的AC相位的數(shù)量，可以改善AC輸入電流諧波和DC波紋。更具體地，這些AC相位可以是彼此具有相移。例如，通過對九相AC電流而非三相AC電流進行整流，可以大體上地減少諧波和波紋。在對整流器系統(tǒng)進行AC諧波約束的情況下， 可以通過使用18脈沖整流器(其使用九相AC功率源)來滿足這些約束。由于用于AC功率輸送的全球標(biāo)準(zhǔn)是三相的，所以18脈沖整流器可以在市電供應(yīng)線路和整流器開關(guān)之間使用九相至三相功率轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)在來看附圖并且首先參照圖1，圖示了 18脈沖正構(gòu)造塊10的示例性實施例。18 脈沖正構(gòu)造塊10包括九相18脈沖自耦變壓器12和相關(guān)聯(lián)的九相整流器14。18脈沖正構(gòu)造塊10經(jīng)由三個輸入線路18、20、22連接到三相AC功率源16，并且可以經(jīng)由兩個DC輸出線路沈、觀連接到負(fù)載對。通常，如以下更詳細(xì)描述的，在18脈沖正構(gòu)造塊10中，三個輸入線路18、20、22連接到自耦變壓器12，而兩個DC輸出線路沈、觀連接到整流器14。來自三相AC功率源16的三個輸入線路18、20、22可以分別對應(yīng)于三個相位(通常稱為相位A、 B和C)。此外，通往負(fù)載M的兩個輸出線路沈、觀可以包括正DC輸出線路沈和負(fù)DC輸出線路觀。自耦變壓器12可以包括三個線圈30、32、34，其中每個線圈都包括多個電感器。特別是，第一線圈30包括電感器36、38、40、42、44，第二線圈32包括電感器46、48、50、52、54， 而第三線圈；34包括電感器56、58、60、62、64。為了簡單起見，電感器36、38、40、42、44、46、 48、50、52、54、56、58、60、62、64可以統(tǒng)一稱為電感器66。電感器66是串聯(lián)的并且可以表示為六邊形的形式。更具體地，如所圖示的，多個電感器66可以位于六邊形形狀的六個邊68、 70、72、74、76、78上。六邊形的六個邊68、70、72、74、76、78交替地具有兩個和三個電感器 66。通常，用于特定線圈的電感器66可以位于六邊形的相對的邊上。例如，第一線圈30的電感器36和38可以與第一線圈30的電感器40、42和44位于六邊形的相對的邊(例如邊 68和70)上，第二線圈32的電感器46、48和50可以與第二線圈32的電感器52和討位于六邊形的相對的邊(例如邊72和74)上，而第三線圈34的電感器56和58可以與第三線圈34的電感器60、62和64位于六邊形的相對的邊(例如邊76和78)上。如所圖示的，在相鄰的電感器66之間的點處形成十五個節(jié)點。這些節(jié)點可以包括節(jié)點 80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106 和 108，并且可以統(tǒng)一稱為節(jié)點 110。十五個節(jié)點110中的六個是輸入節(jié)點。特別是，輸入節(jié)點可以包括節(jié)點80、86、90、96、 100和106，并且可以統(tǒng)一稱為輸入節(jié)點112。更具體地，輸入節(jié)點112位于作為自耦變壓器 12的六邊形表示的頂點的節(jié)點處。六個輸入節(jié)點112中的三個可以連接到三相AC功率源 16。特別是，不連續(xù)的輸入節(jié)點112可以連接到三相AC功率源16。與18脈沖正構(gòu)造塊10 —起使用的自耦變壓器12具有某一組的輸入節(jié)點112。特別是，在18脈沖正構(gòu)造塊10中，輸入節(jié)點112是節(jié)點106,96和86，它們中的每個都被120 度的相移隔開。更具體地，輸入節(jié)點106、96和86可以分別經(jīng)由輸入線路18、20和22連接到三相AC功率源16，如相位A、B和C所表示的。相對地，如圖2中所圖示的，與18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114 一起使用的自耦變壓器12具有不同組的輸入節(jié)點112。特別是，在18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114中，輸入節(jié)點112是節(jié)點90,80和100，它們中的每個也都被120度的相移隔開。 更具體地，輸入節(jié)點90、80和100可以分別經(jīng)由輸入線路18、20和22連接到三相AC功率源16，如相位An、Bn*Cn所表示的。換言之，輸入線路18、20、22耦合到圖1的18脈沖正構(gòu)造塊10和圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114這兩者的六邊形表示的交替的頂點。圖1的18脈沖正構(gòu)造塊10和圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114這兩者都可以被稱為整流器電路。此外，十五個節(jié)點110中的九個是輸出節(jié)點。特別是，輸出節(jié)點可以包括節(jié)點82、 84、88、92、94、98、102、104和108，并且可以統(tǒng)一稱為輸出節(jié)點116。更具體地，輸出節(jié)點116 位于不是自耦變壓器12的六邊形表示的頂點的節(jié)點處。九個輸出節(jié)點116可以連接到整流器14，整流器14又可以連接到負(fù)載M (例如，通過至少一個DC總線和至少一個逆變器電路)。自耦變壓器12的六邊形表示可以被看作電壓平面，其中各個相應(yīng)的節(jié)點110和原點118之間的距離表示在相應(yīng)的節(jié)點110處的電壓幅度。例如，在原點118和節(jié)點80之間形成的向量120表示節(jié)點80處的電壓幅度。在原點118和節(jié)點108之間形成的略短的向量122表示節(jié)點108處的電壓幅度。因此，節(jié)點80處的電壓幅度大于節(jié)點108處的電壓幅度。兩個向量(例如向量120和122)之間的角度表示兩個節(jié)點電壓之間的相移角度。每兩個相鄰輸出節(jié)點電壓之間的相移角度實質(zhì)上是40度。例如，如所圖示的，節(jié)點108和82 之間的相移角度是40度。相似地，每個輸出節(jié)點116處的電壓幅度向量是等長的。例如， 如所圖示的，分別關(guān)于輸出節(jié)點108和104的向量122和124是等長的。對于18脈沖正構(gòu)造塊10或18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114，關(guān)于輸入節(jié)點112的電壓幅度向量長于關(guān)于輸出節(jié)點116的電壓幅度向量。因此，使用圖1和2中所圖示的自耦變壓器 12所產(chǎn)生的電壓輸出是逐級下降的。此外，類似于輸出節(jié)點116，對于每個輸入節(jié)點112，電壓幅度向量是等長的。對于自耦變壓器12，在初級(即輸入)電壓與次級(即輸出)電壓之間的逐級下降的電壓幅度與輸入和輸出節(jié)點112和116的電壓幅度向量的長度之比成比例。例如，逐級下降的電壓幅度會與向量122的長度(即輸出向量的長度)比向量120的長度(即輸入向量的長度)成比例。以下等式表示這兩個幅度之間的三角學(xué)關(guān)系
^ = tan/ cos(20°)(l-cos(40°)) ^ = 13 08O ^111(200) + cos(20°)sin(40°)
= = = cos(40°0.8916
廠初級120 因此，對于圖1和2中所示的自耦變壓器12，電壓的逐級下降約為10. 84%。然而，應(yīng)該注意，自耦變壓器12的六邊形形狀的不同拓?fù)淇赡軐?dǎo)致逐級下降電壓的程度變化。事實上，某個拓?fù)渖踔量梢詫?dǎo)致單位增益。例如，美國專利第6，198，647、6，249，443和6，335，872號圖示了這樣的各種拓?fù)?，這三個專利中的每個都通過引用將其全文合并于此。 當(dāng)然，所公開的實施例可以與任何種類的自耦變壓器一起使用。如上所述，自耦變壓器12能夠使用三個線圈30、32、34將三相AC輸入電壓變換為九相AC輸出電壓，其中每個線圈都形成被布置為形成六邊形的多個串聯(lián)電感器66。電感器66之間的節(jié)點110形成九個輸出節(jié)點116。確定電感器66的尺寸和配置使得輸出節(jié)點 116處的電壓幅度相等，相鄰的輸出節(jié)點116被以40度相移隔開，并且輸入節(jié)點112是120 度異相的。在自耦變壓器12的下游，九個輸出節(jié)點116可以連接到九相整流器14。在某些實施例中，九相整流器14可以包括九對整流器二極管126，其中每對整流器二極管1 都形成二極管電橋128。九相整流器14將九相AC輸入轉(zhuǎn)換為DC輸出，這可以通過DC總線引導(dǎo)，最終由負(fù)載M所使用，如以下更詳細(xì)描述的。一種在不設(shè)計更大的變壓器和整流器電路的情況下使驅(qū)動的總體額定值最大化的方式是，并聯(lián)地使用圖1的18脈沖正構(gòu)造塊10、圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114或者這兩者的組合。使用這些并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114不僅可以增加驅(qū)動的總體額定值，而且可以通過提供偽36脈沖輸入線路諧波來進一步減少AC輸入電流諧波。然而，使用這些并聯(lián)的構(gòu)造塊 10、114通常也會增加并聯(lián)構(gòu)造塊10、114之間電流共享和回路(looping)的可能性。用于減少并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間電流共享和回路的一個方案是以相反方式連接構(gòu)造塊10、114的輸入端。例如，圖3是與圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114并聯(lián)的圖1的18 脈沖正構(gòu)造塊10的示例性實施例的示意性示圖。如上面所討論和圖3中所圖示的，18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114兩者都可以連接到三相AC功率源16。然而，來自三相 AC功率源16的輸入線路18、20和22可以如上面參照圖1所述地連接到18脈沖正構(gòu)造塊 10，同時來自三相AC功率源16的輸入線路18、20和22可以如上面參照圖2所述地連接到 18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114。更具體地，輸入線路18、20和22可以分別連接到18脈沖正構(gòu)造塊 10的輸入節(jié)點106,96和86作為相位A、B和C，而輸入線路18,20和22可以分別連接到18 脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的輸入節(jié)點90、80和100作為相位An、Bn和Cn。因此，18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的相同的自耦變壓器12可以通過180度異相的輸入節(jié)點112連接到來自三相AC功率源16的輸入線路18、20、22。因為 18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114以彼此180度異相的方式耦合到三相AC功率源16，所以可以大體上減少并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間電流共享和回路的可能性。此外，也可以大體上減少AC輸入電流諧波和DC總線波紋。更具體地，通過并聯(lián)連接18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114使得來自三相AC功率源16的輸入線路18、20、22是180度異相的，構(gòu)造塊10、114經(jīng)受的是在任何給定時間點都彼此直接抵消的輸入電流。換言之， 相位A通常抵消相位An，相位B通常抵消相位Bn，而相位C通常抵消相位Cn。因此，可以減少并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間電流共享和回路。通常，使用并聯(lián)的18脈沖正構(gòu)造塊10和18 脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的該方法在以配對方式使用兩個構(gòu)造塊10、114時特別有效。在18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的下游，正和負(fù)DC輸出線路沈、28 可以經(jīng)由DC總線130和逆變器電路132連接到負(fù)載對。通常，來自18脈沖正構(gòu)造塊10和 18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的DC輸出可以由逆變器電路132轉(zhuǎn)換回AC輸出，AC輸出可以隨后用于驅(qū)動負(fù)載M。此外，如以下更詳細(xì)描述的，在某些實施例中，多個逆變器電路132可以連接到DC總線130和負(fù)載24。特別地，在某些實施例中，18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114這兩者都可以與各自的逆變器電路132相關(guān)聯(lián)。如所圖示的，示例性逆變器電路132包括多個開關(guān)134，諸如絕緣柵雙極結(jié)型晶體管(IGBT)。特別地，兩個開關(guān)134可以串聯(lián)耦合在正側(cè)136和負(fù)側(cè)138之間。每個開關(guān)134 都可以與二極管140配對。逆變器電路132也可以包括三個輸出端子142、144、146，該輸出端子142、144、146可以耦合到在成對的開關(guān)134中的一對之間的開關(guān)輸出端中的一個。 輸出端子142、144、146可以直接連接到負(fù)載對。在某些實施例中，每個輸出端子142、144、 146都可以包括電感器148和/或電阻器150。此外，驅(qū)動器電路系統(tǒng)可以耦合到每個開關(guān) 134以為負(fù)載對創(chuàng)建三相輸出波形。例如，所期望的輸出波形可以通過脈寬調(diào)制來生成，其中，驅(qū)動電路系統(tǒng)使得開關(guān)134以特定次序迅速接通和斷開，從而創(chuàng)建近似正弦輸出波形。 因而，逆變器電路132能夠?qū)碜訢C總線130的DC功率轉(zhuǎn)換為用于負(fù)載M的可控頻率的輸出功率。因此，圖3示出了示例性實施例，其中可以并聯(lián)地使用18脈沖正構(gòu)造塊10和18 脈沖負(fù)構(gòu)造塊114，以減少AC輸入電流諧波和DC總線波紋，同時也降低在這兩個并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間的回路和電流共享的可能性。但是，可以使用再另外的技術(shù)來降低回路和電流共享的可能性。例如，圖4是圖1的18脈沖正構(gòu)造塊10與圖2的18脈沖負(fù)構(gòu)造塊 114相并聯(lián)的示例性實施例的示意圖，其具有在并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114的上游耦合到各個輸入線路18、20和22的AC線路電抗器152。更具體地，如圖4所示，18脈沖正構(gòu)造塊10和 18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114均與三個AC線路電抗器152相關(guān)聯(lián)，其中該三個AC線路電抗器152 對應(yīng)于來自三相AC功率源16的各個輸入線路18、20和22。AC線路電抗器152實質(zhì)上可以是電感器。更具體地，其是電線的線圈，當(dāng)電流流經(jīng)該電線的線圈時，該電線的線圈允許在該線圈周圍形成磁場。當(dāng)被通電后，AC線路電抗器 152用作電磁體，并具有與流經(jīng)AC線路電抗器152的電流和繞組匝數(shù)成比例的場強度。因此，對于AC線路電抗器152而言，繞組匝越多，產(chǎn)生的電感額定值越高。在某些實施例中， AC線路電抗器152可以包括疊層材料(例如鐵)作為用于繞組的芯，這可以使磁通量的線集中并增強AC線路電抗器152的電感。AC線路電抗器152的主要特性是其電感，該電感可以以亨利、毫亨或微亨為單位來量度。在DC電路(例如DC總線130)中，由于該電路中的電流傾向于在任意給定的時間內(nèi)以給定的定額(rate)持續(xù)流動，因此AC線路電抗器152可以簡單地限制該電路中的電流的變化速率。換言之，施加的電壓的增大或減小可能導(dǎo)致電流的緩慢的增大或減小。這有助于減小伴隨18脈沖變壓器而固有的第17階或第19階諧波。此外，這還有助于減輕由源諧波和電壓不平衡產(chǎn)生的線路電流的諧波分量。相反地，如果AC線路電抗器152中的電流定額改變，則對應(yīng)的電壓將降低。該感生的電壓通常可能在極性上與AC線路電抗器152 的電流和電感的變化速率這二者相反，并且可能與這二者成比例。AC線路電抗器152的電抗是用于AC電路的總阻抗的一部分。給定的AC線路電抗器152的感抗(例如以歐姆為單位來測量)等于所施加的AC源的頻率乘以AC線路電抗器152的電感值的兩倍。電感值越高，該感抗越高，因此給定的AC線路電抗器152的阻抗越高。此外，該AC源的頻率越高，給定的AC線路電抗器152將具有越高的阻抗。因此，AC 線路電抗器152限制了電流的增大速率，并且與AC線路電抗器152的電感和所施加的頻率成比例地增加了用于AC電路的阻抗。[0040]AC線路電抗器152可以降低和加寬三相AC功率源16的波峰。這可以具有使得電流稍微更加呈正弦曲線形，并大大降低諧波水平(例如對于6脈沖整流器高達約35% )。 此外，AC線路電抗器152可以減少DC波紋以及降低18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114之間的回路和電流共享的可能性。AC線路電抗器152的大小可以隨驅(qū)動而變化。一般地，AC線路電抗器152的累積阻抗值通常落在滿負(fù)載時的驅(qū)動的阻抗的1. 5%和15%之間。換言之，可以選擇AC線路電抗器152，以使得AC線路電抗器在滿額定電流時使所施加的電壓降低1. 5%至15%。盡管在圖4中被示出為在并聯(lián)的18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的上游使用，但是可以證明AC線路電抗器152在其它配置中也是有益的。例如，圖5是圖1 的18脈沖正構(gòu)造塊10的相互并聯(lián)的兩個示例性實施例的示意圖，其中AC線路電抗器152 在并聯(lián)的構(gòu)造塊10的上游耦合到各個輸入線路18、20和22。更具體地，如圖5所示，18脈沖正構(gòu)造塊10均與三個AC線路電抗器152相關(guān)聯(lián)，該三個AC線路電抗器152對應(yīng)于來自三相AC功率源16的各個輸入線路18、20和22。通過與上面參照圖4所述的方式相同的方式，AC線路電抗器152可以有助于降低兩個18脈沖正構(gòu)造塊10之間的回路和電流共享的可能性。在其它實施例中，也可以并聯(lián)地一起使用兩個18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114，并使得AC線路電抗器152在并聯(lián)的構(gòu)造塊114的上游耦合到各個輸入線路18、20和22。此外，在某些實施例中，可以并聯(lián)地使用多于兩個的18脈沖正構(gòu)造塊10或18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114。實際上，可以并聯(lián)地一起使用不同數(shù)量和組合的18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114。 在所有這些實施例中，AC線路電抗器152可以有助于降低并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間的回路和電流共享的可能性。但是，在并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114的上游使用AC線路電抗器152不是用于降低回路和電流共享的可能性的唯一的技術(shù)。例如，圖6是圖1的18脈沖正構(gòu)造塊10與圖2的18 脈沖負(fù)構(gòu)造塊114相并聯(lián)的示例性實施例的示意圖，并且使扼流線圈電感器IM耦合在并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114的下游的各個輸出端沈、28與DC總線130之間。更具體地，如圖6所示，18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114均與扼流線圈電感器IM相關(guān)聯(lián)，這些扼流線圈電感器IM對應(yīng)于與DC總線130相連接的各個輸出線路沈、28。如同AC線路電抗器152的情況那樣，扼流線圈電感器IM —般也能夠降低18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114之間的回路和電流共享的可能性。這有助于減少伴隨18脈沖變壓器而固有的第17階和第19階諧波。此外，這還有助于減輕由源諧波和電壓不平衡產(chǎn)生的線路電流的諧波分量。盡管在圖6中被示出為在并聯(lián)的18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的下游使用，但是如同AC線路電抗器152的情況那樣，可以證明扼流線圈電感器154在其它配置中也是有益的。例如，圖7是圖1的18脈沖正構(gòu)造塊10的相互并聯(lián)的兩個實施例的示意圖，并且使得扼流線圈電感器巧4耦合在并聯(lián)的構(gòu)造塊10的下游的各個輸出端沈、28 之間。更具體地，如圖7所示，18脈沖正構(gòu)造塊10均與扼流線圈電感器IM相關(guān)聯(lián)，這些扼流線圈電感器巧4對應(yīng)于與DC總線130相連接的各個輸出線路沈、28。通過與上面參照圖6所述的方式相同的方式，扼流線圈電感器IM可以有助于降低兩個18脈沖正構(gòu)造塊10 之間的回路和電流共享的可能性。在其它實施例中，還可以并聯(lián)地一起使用兩個18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114，并使得扼流線圈電感器IM耦合在并聯(lián)的構(gòu)造塊114的下游的各個輸出端26、觀之間。此外，在某些實施例中，可以并聯(lián)地使用多于兩個的18脈沖正構(gòu)造塊10或18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114。實際上，如同AC線路電抗器152的情況那樣，可以并聯(lián)地一起使用不同數(shù)量和組合的18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114。在所有這些實施例中，扼流線圈電感器1 可以有助于降低并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間的回路和電流共享的可能性。此外，扼流線圈電感器1 可以在并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114的下游的其它位置中使用，以有助于降低回路和電流共享的可能性。例如，在某些實施例中，扼流線圈電感器154可以在DC總線130的下游和逆變器電路132的上游耦合到DC總線130。如上文所述，可以一起使用并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114的多個不同組合來減少AC線路電流諧波和DC波紋，同時也降低并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間的回路和電流共享的可能性。如上文簡要描述地，一個可以被證明有益的特定配置是并聯(lián)地使用18脈沖正構(gòu)造塊10和18 脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的多個實例。為了簡明起見，可以將相互并聯(lián)的18脈沖正構(gòu)造塊10和 18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114的組合稱為36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156。圖8是并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的多個示例性實施例的示意圖，其中每個 36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156包括相互并聯(lián)的18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114。如上文所述，36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156可以增大驅(qū)動的總體功率額定值，同時也有助于減少 AC線路電流諧波和DC波紋。通過將多個36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156相互并聯(lián)連接，可以進一步增大總體功率額定值，同時仍減少AC線路電流諧波和DC波紋。如同所示出的，在某些實施例中，如上文所述，可以在DC總線130的下游使用單個DC/AC逆變器電路132。但是， 由于由多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156產(chǎn)生的增大的功率額定值，逆變器電路132可以被按照比上面參照圖3至7描述的逆變器電路132大得多的尺寸來制造。此外，在某些實施例中，可以隨上述的AC線路電抗器152或扼流線圈電感器巧4 一起使用多個36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156。一般地，AC線路電抗器152和扼流線圈電感器 154的使用可以與上面參照圖4至7所述的相類似。例如，AC線路電抗器152可以在多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的上游耦合到各個輸入線路18、20和22。類似地，扼流線圈電感器1 可以耦合在多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的各個輸出端沈、28與 DC總線130之間。如上文所述，與多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156相結(jié)合地使用AC 線路電抗器152或扼流線圈電感器IM可以允許增大驅(qū)動的總體功率額定值、減少AC線路電流諧波和DC波紋、以及減少多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156之間的回路和電流共享。如上文所述，可以在來自多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的DC總線130的下游使用單個DC/AC逆變器電路132。但是，這不是可以在多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的DC總線130的下游使用的DC總線130和逆變器電路132的唯一的配置。例如， 圖9是相互并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的多個示例性實施例的示意圖，并且使得多個 DC/AC逆變器電路132連接在來自DC總線130的下游。在所示出的實施例中，各個單獨的構(gòu)造塊10、14 (例如18脈沖正構(gòu)造塊10和18脈沖負(fù)構(gòu)造塊114)通過DC總線130連接到相應(yīng)的DC/AC逆變器電路132。如同可能認(rèn)識到的，通過提供用于各個構(gòu)造塊10、114的單獨的逆變器132，可以按照比圖8所示的單個DC/AC逆變器電路132小得多的尺寸來制造逆變器電路132。在該實施例中，如同所示出的，可以證明實現(xiàn)與相應(yīng)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊 156相關(guān)的成對的逆變器電路132的同時選通是有益的。這樣做可以提供防止并聯(lián)的構(gòu)造塊10、114之間的回路和電流共享的可能性的進一步的保護。在圖9所述的逆變器電路132的下游的連接也可以變化。例如，一般地，對于每對與相應(yīng)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156相關(guān)的逆變器電路132，該對逆變器電路132可以一起連接到負(fù)載M。然而，該對逆變器電路132與負(fù)載M之間的具體連接可以變化。如圖9所示，在某些情況下，該對逆變器電路132可以在單個輸出線纜158中耦合在一起。換言之，逆變器電路132的輸出端子142、144、146可以在接近于逆變器電路132的輸出線纜158的末端處相互耦合?？商孢x地，每個單獨的逆變器電路132可以與自己的輸出線纜160相關(guān)聯(lián)。 換言之，逆變器電路132的輸出端子142、144、146可以在接近于負(fù)載M的輸出線纜158的末端處相互耦合。如同所示出的，與成對的逆變器電路132相關(guān)聯(lián)的單個或多個輸出線纜 158,160實際上可以在共用的驅(qū)動中使用。此外，如上面在圖8中所討論的，在某些實施例中，圖9的多個36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156可以隨著上述的AC線路電抗器152或扼流線圈電感器154 —起使用。一般地，AC 線路電抗器152和扼流線圈電感器154的使用可以與上面參照圖4至8所述的相類似。例如，AC線路電抗器152又可以在多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的上游耦合到各個輸入線路18、20和22。類似地，扼流線圈電感器IM可以耦合在多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的各個輸出端沈、28與DC總線130之間。但是，在圖9所示的實施例中，可以在DC總線130的上游或下游使用扼流電感器154。但是，一般地，可以在類似的位置(例如均在DC總線130的上游或均在DC總線130的下游)中使用與相應(yīng)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156相關(guān)聯(lián)的各對扼流線圈電感器154。如同所述的，與多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156相結(jié)合地使用AC線路電抗器152或扼流線圈電感器IM可以允許增大驅(qū)動的總體功率額定值、減少AC線路電流諧波和DC波紋、以及減少多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊 156之間的回路和電流共享。此外，如上文所討論的，使用多個DC/AC逆變器電路132而不是單個大型DC/AC逆變器電路132(例如圖8中)可以使得能夠以較小的尺寸制造各個單獨的逆變器電路132。在另外的其它實施例中，可以隨相應(yīng)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156 —起使用單獨的 DC/AC逆變器電路132。例如，圖10是相互并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的多個示例性實施例的示意圖，并使得多個DC/AC逆變器電路132連接在來自DC總線130的下游，并且各個DC/AC逆變器電路132與相應(yīng)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156相關(guān)聯(lián)。在所示出的實施例中，各個單獨的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156通過DC總線130連接到相應(yīng)的DC/AC逆變器電路132。通過提供用于各個36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的單獨的逆變器電路132，還可以按照比圖8所示的單個DC/AC逆變器電路132小得多的尺寸來制造逆變器電路132。但是，在圖10所示的實施例中，逆變器電路132—般可以稍微比圖9 所示的逆變器電路132大。但是，提供用于各個36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的共用逆變器電路132可以提供防止并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156之間的回路和電流共享的可能性的進一步的保護。此外，如同上面討論的圖8和9中那樣，在某些實施例中，多個圖10的36脈沖正 /負(fù)構(gòu)造塊156可以隨上述的AC線路電抗器152或扼流線圈電感器巧4 一起使用，或者隨 AC線路電抗器152和扼流線圈電感器154 —起使用。一般地，AC線路電抗器152和扼流線圈電感器154的使用可以類似于上面參照圖4至9所描述的。例如，AC線路電抗器152又可以在多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的上游耦合到各個輸入線路18、20和22。類似地，扼流線圈電抗器1 可以耦合在多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的各個輸出端 26,28與DC總線130之間。如同上述地，與多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156相結(jié)合地使用AC線路電抗器152或扼流線圈電感器IM可以允許增大驅(qū)動的總體功率額定值、減小 AC線路電流諧波和DC波紋、以及減少多個并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156之間的回路和電流共享。此外，如上面所討論的，使用多個DC/AC逆變器電路132而不是單個大型的DC/ AC逆變器電路132(例如圖8中)可以使得能夠以較小的尺寸制造各個單獨的逆變器電路 132。但是，如上面討論的，使用用于各個相應(yīng)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156的共用的DC/AC 逆變器電路132可以進一步降低并聯(lián)的36脈沖正/負(fù)構(gòu)造塊156之間的回路和電流共享的可能性。通過上面對本實用新型的實施例的描述可知，本實用新型涵蓋的技術(shù)方案包括但不限于如下附記所描述的內(nèi)容附記1、一種方法，其包括使用多個并聯(lián)耦合的整流器電路將三相交流功率變換為九相交流功率；將所述九相交流功率轉(zhuǎn)換為直流總線中的直流功率；使用逆變器電路，將所述直流功率轉(zhuǎn)換為交流輸出功率；使用所述交流輸出功率驅(qū)動負(fù)載；以及減小所述并聯(lián)的整流器電路之間的循環(huán)電流并且提高所述并聯(lián)的整流器電路之間的負(fù)載共享。附記2、根據(jù)附記1所述的方法，其包括使用耦合到每個所述整流器電路的輸入端的交流線路電抗器，減小所述并聯(lián)的整流器電路之間的循環(huán)電流并且提高所述并聯(lián)的整流器電路之間的負(fù)載共享。附記3、根據(jù)附記1所述的方法，其包括使用耦合在每個所述整流器電路的輸出端和所述直流總線之間的扼流電感器，減小所述并聯(lián)的整流器電路之間的循環(huán)電流并且提高所述并聯(lián)的整流器電路之間的負(fù)載共享。附記4、根據(jù)附記1所述的方法，使用耦合到所述直流總線的扼流電感器，減小所述并聯(lián)的整流器電路之間的循環(huán)電流并且提高所述并聯(lián)的整流器電路之間的負(fù)載共享。雖然在此僅示出和描述了本實用新型的某些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到諸多變型和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附的權(quán)利要求旨在涵蓋所有這種變型和變化，只要這種變型和變化落入本實用新型的實際精神的范圍之內(nèi)即可。
權(quán)利要求1.一種功率電路，其特征在于包括彼此并聯(lián)耦合的第一和第二整流器電路，每個整流器電路包括 變壓器，其具有接有15個節(jié)點的15個串聯(lián)耦合的電感器，所述節(jié)點被置于成對的所述電感器之間，并且所述電感器表示為其中交替的邊分別包括2個和3個電感器的六邊形， 用于三相交流功率的三個輸入端，其耦合到所述六邊形的交替的頂點，以及用于九相交流功率的九個輸出端，其耦合在每個不是所述六邊形的頂點的節(jié)點和各自的二極管電橋之間；直流總線，其耦合到所述第一和第二整流器電路的所述二極管電橋的輸出端；以及用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高所述整流器電路之間的負(fù)載共享的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高負(fù)載共享的所述裝置包括交流線路電抗器，其耦合到每個所述整流器電路的每個所述輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率電路，其中，所述交流線路電抗器具有在所述功率電路的總阻抗的1. 5%至15%之間的累計阻抗值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高負(fù)載共享的所述裝置包括扼流電感器，其耦合在每個整流器電路的所述二極管電橋的每個輸出端和所述直流總線之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高負(fù)載共享的所述裝置包括扼流電感器，其耦合到所述直流總線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電路，其中，所述第一和第二整流器電路的所述輸入端耦合到各自的所述六邊形的第一、第三和第五頂點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電路，其中，所述第一和第二整流器電路的所有所述電感器都是基本相同的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電路，其包括與所述第一和第二整流器電路并聯(lián)耦合的第三整流器電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高所述整流器電路之間的負(fù)載共享的所述裝置也減小與所述第三整流器電路之間的循環(huán)電流并且提高所述第三整流器電路的負(fù)載共享。
9.一種功率電路，其特征在于包括彼此并聯(lián)耦合的第一和第二整流器電路，每個整流器電路包括 變壓器，其具有接有15個節(jié)點的15個串聯(lián)耦合的電感器，所述節(jié)點被置于成對的所述電感器之間，并且所述電感器表示為其中交替的邊分別包括2個和3個電感器的六邊形， 用于三相交流功率的三個輸入端，其耦合到所述六邊形的交替的頂點，以及用于九相交流功率的九個輸出端，其耦合在每個不是所述六邊形的頂點的節(jié)點和各自的二極管電橋之間；直流總線，其耦合到所述第一和第二整流器電路的所述二極管電橋的輸出端； 用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高所述整流器電路之間的負(fù)載共享的裝置；以及逆變器電路，其耦合到所述直流總線并且被配置為將來自所述直流總線的直流功率轉(zhuǎn)換為可控頻率的輸出交流功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率電路，其包括多個逆變器電路，其耦合到所述DC總線并且被配置為將來自所述直流總線的直流功率轉(zhuǎn)換為可控頻率的輸出交流功率，其中，所述逆變器電路的三相輸出導(dǎo)體彼此耦合，以在電氣上并聯(lián)地放置所述逆變器電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率電路，其中，所述三相輸出導(dǎo)體包括從所述逆變器電路延伸的線纜，其中，所述三相輸出導(dǎo)體在所述線纜的接近所述負(fù)載的末端處彼此耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率電路，其中，所述三相輸出導(dǎo)體包括從所述逆變器電路延伸的線纜，其中，所述三相輸出導(dǎo)體在所述線纜的接近所述逆變器電路的末端處彼此華禹合。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率電路，其包括與所述第一和第二整流器電路并聯(lián)耦合的第三整流器電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高所述整流器電路之間的負(fù)載共享的所述裝置也減小與所述第三整流器電路之間的循環(huán)電流并且提高所述第三整流器電路的負(fù)載共享。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高負(fù)載共享的所述裝置包括交流線路電抗器，其耦合到每個所述整流器電路的每個所述輸入端。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高負(fù)載共享的所述裝置包括扼流電感器，其耦合在每個整流器電路的所述二極管電橋的每個輸出端和所述直流總線之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率電路，其中，用于減小所述整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高負(fù)載共享的所述裝置包括扼流電感器，其耦合到所述直流總線。
專利摘要本實用新型涉及功率變壓器和功率轉(zhuǎn)換器，其實施例提供了用于使用并聯(lián)的多個18脈沖整流器電路的新技術(shù)。具體地，每個整流器電路可包括具有接有15個節(jié)點的15個串聯(lián)耦合的電感器的自耦變壓器，節(jié)點置于成對的電感器之間。電感器可表示為六邊形，其中六邊形交替的邊分別包括2個和3個電感器。每個整流器電路還可包括用于三相交流功率的三個輸入端，耦合到六邊形表示的交替的頂點；和用于交流功率的九個輸出端，耦合在每個不是所述六邊形表示的頂點的節(jié)點和各自的二極管電橋之間。用于整流器電路的二極管電橋的輸出端可耦合到直流總線。此外還提供了用于減小并聯(lián)整流器電路之間的循環(huán)電流并且用于提高并聯(lián)整流器電路之間的負(fù)載共享的裝置。
文檔編號H02M5/42GK202009337SQ20102059825
公開日2011年10月12日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者加里·L·斯基賓斯基, 韋立祥 申請人:洛克威爾自動控制技術(shù)股份有限公司