專利名稱：用于控制由dc電源供電的電負(fù)荷的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制諸如三相電動(dòng)機(jī)的AC電負(fù)載的系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括可變速驅(qū)動(dòng)器并且由諸如光伏單元的若干DC電源供電。
背景技術(shù)：
頻率轉(zhuǎn)換器類型的可變速驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于控制AC電動(dòng)機(jī)。其通常包括逆變器模塊，該逆變器模塊由使用功率總線(powerbus)遞送的DC電壓供電，并且遞送可變頻率AC 電壓到電動(dòng)機(jī)的定子的繞組。逆變器模塊包括受控用于執(zhí)行電壓脈沖寬度調(diào)制(PWM)的功率開關(guān)。功率總線的DC電壓通常由整流器模塊遞送，該整流器模塊由來自外部電源的AC 電源電壓供電，并且遞送形成功率總線的整流電壓作為輸出。整流器模塊包括二極管或可控硅電橋用于整流AC電源電壓。在某些應(yīng)用中，對可變速驅(qū)動(dòng)器供電的外部電源可以不遞送AC電壓而是遞送DC 電壓。特別當(dāng)能量源為光伏或電化學(xué)時(shí)情況如此。該情況下，如果期望使用傳統(tǒng)可變速驅(qū)動(dòng)器，則有必要添加轉(zhuǎn)換器模塊，使得可以將來自電源的DC電壓轉(zhuǎn)換為對可變速驅(qū)動(dòng)器供電的AC電壓。該情形顯然極大地使解決方案變得復(fù)雜。另一解決方案包括直接使用DC電源電壓作為對可變速驅(qū)動(dòng)器的逆變器模塊供電的功率總線。然而，該較簡單的方案的缺點(diǎn)在于，該情況下使用的可變速驅(qū)動(dòng)器不是標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器，其成本對小型設(shè)施而言過于高昂。這樣的方案例如在文獻(xiàn)US 7 126 294中提出， 其示出一種光伏單元，其輸出端子連接到對可變速驅(qū)動(dòng)器的逆變器模塊供電的功率總線。 此外，該方案也不易于允許這樣的情況，其中外部電源包括若干并聯(lián)的DC電源。確實(shí)，由于諸如光伏單元的某些能量源因?yàn)樗鼈円蕾囉趩卧邮盏年柟舛⒉缓愣ǖ毓ぷ?，因此將期望提供若干并?lián)的電源以增加設(shè)施的正常運(yùn)行時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供簡單和經(jīng)濟(jì)的方案，其使得可以利用若干DC電源對標(biāo)準(zhǔn)可變速驅(qū)動(dòng)器供電，而不用增加額外的組件并且不需修改目標(biāo)在于控制電動(dòng)機(jī)的可變速驅(qū)動(dòng)器。為此，本發(fā)明提供一種用于控制AC電負(fù)載的系統(tǒng)，其包括可變速驅(qū)動(dòng)器，該可變速驅(qū)動(dòng)器包括整流器模塊，該整流器模塊配備有多個(gè)供電端子并且在功率總線的正極線與負(fù)極線之間遞送DC電壓，并且該可變速驅(qū)動(dòng)器包括由功率總線供電、并且向電負(fù)載遞送可變電壓的逆變器模塊。根據(jù)變體A，控制系統(tǒng)包括幾個(gè)DC電源，各自包括正極端子和負(fù)極端子，每個(gè)DC電源的正極端子連接到整流器模塊的單獨(dú)的供電端子，并且DC電源的負(fù)極端子連接到功率總線的負(fù)極線。等價(jià)變體B中，控制系統(tǒng)包括幾個(gè)DC電源，各自包括正極端子和負(fù)極端子， 每個(gè)DC電源的負(fù)極端子連接到整流器模塊的單獨(dú)的供電端子，并且DC電源的正極端子連接到功率總線的正極線。
根據(jù)一個(gè)特征，整流器模塊包括連接在功率總線的正極線與負(fù)極線之間的多個(gè)并聯(lián)的臂，每個(gè)臂包括串聯(lián)的兩個(gè)二極管，可變速驅(qū)動(dòng)器的每個(gè)供電端子分別連接到整流器模塊的二極管之間的中間點(diǎn)。


通過下面的具體描述以及參考示例給出并在附圖中示出的實(shí)施例，其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更清楚，附圖中圖1說明根據(jù)本發(fā)明的變體A的控制系統(tǒng)的簡化架構(gòu)；圖2說明根據(jù)本發(fā)明的變體B的控制系統(tǒng)的簡化架構(gòu)；以及圖3說明圖1所示的實(shí)施例的變體。
具體實(shí)施例方式參考圖1，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于控制電負(fù)載，該情況下，為三相電動(dòng)機(jī)M?？刂葡到y(tǒng)包括頻率轉(zhuǎn)換器類型的可變速驅(qū)動(dòng)器10，其經(jīng)由包括三個(gè)臂(leg)的逆變器模塊12遞送可變頻率AC電壓到電動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)臂配備有串聯(lián)的兩個(gè)功率開關(guān)觀，29。這些功率開關(guān)例如是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、功率場效應(yīng)晶體管(FET)等，并且由可變速驅(qū)動(dòng)器10的控制單元(未示出)控制。逆變器模塊12的臂由在正極線14與負(fù)極線15之間提供DC電壓的功率總線供電。在逆變器模塊12的上游，可變速驅(qū)動(dòng)器10還包括整流器模塊11，其在功率總線的正極線14與負(fù)極線15之間遞送DC電壓?？偩€電容器13通常置于整流器模塊11與逆變器模塊12之間，并且連接在正極線14與負(fù)極線15之間。通常，可變速驅(qū)動(dòng)器10的整流器模塊11由外部電源供電，依賴于于應(yīng)用，該外部電源通常遞送單相或三相AC電壓。整流器模塊11包括若干并聯(lián)的臂，每個(gè)臂由串聯(lián)的兩個(gè)二極管沈、27組成，并且連接在功率總線的正極線14與負(fù)極線15之間。整流器模塊11 的每個(gè)臂的二極管26與27之間的中間點(diǎn)記作M1、M2、M3。上方二極管沈的陰極連接到正極線14，而它們的陽極連接到中間點(diǎn)。下方二極管27的陰極連接到負(fù)極線15，而它們的陽極連接到中間點(diǎn)。二極管沈、27可以由其他開關(guān)元件替換，具體地諸如可控硅。整流器模塊11的臂的數(shù)量依賴于外部電源AC供電電壓的相的數(shù)量。在可變速驅(qū)動(dòng)器10設(shè)計(jì)為由三相AC電壓供電的情況下，整流器模塊11包括三個(gè)并聯(lián)的臂，并且包括三個(gè)AC供電端子Li、L2、L3，每個(gè)AC供電端子設(shè)計(jì)為連接到三相供電電壓的三個(gè)相之一。三個(gè)供電端子L1、L2、L3分別連接到整流器模塊11的每個(gè)臂的二極管 26與27之間的中間點(diǎn)M1、M2、M3，如圖1所示。在可變速驅(qū)動(dòng)器10'設(shè)計(jì)為由單相AC電壓供電的情況下，整流器模塊11'僅包括兩個(gè)并聯(lián)的臂，并且包括兩個(gè)AC供電端子L1、L2，每個(gè)AC供電端子設(shè)計(jì)為連接到供電電壓的兩個(gè)相(或相-中性點(diǎn))之一。兩個(gè)供電端子Li、L2分別連接到整流器模塊1Γ的每個(gè)臂的二極管26與27之間的中間點(diǎn)M1、M2，如圖3所示。本發(fā)明的目的在于為其中標(biāo)準(zhǔn)可變速驅(qū)動(dòng)器不是由單相或三相AC電源電壓供電、而是通過由例如若干光伏單元或太陽能面板組成的多個(gè)DC電源供電的應(yīng)用提供簡單和經(jīng)濟(jì)的解決方案。
4
圖1和2中所示的控制系統(tǒng)因而包括設(shè)計(jì)為對可變速驅(qū)動(dòng)器10供電的三個(gè)DC電源21、22、23或21' ,22' ,23'。每個(gè)DC電源包括正極端子和負(fù)極端子，并且由串聯(lián)連接在一起的一個(gè)或多個(gè)光伏單元組成，其目的是向可變速驅(qū)動(dòng)器10的功率總線遞送足夠的電壓電平。圖1和2中的示例中，每個(gè)電源由串聯(lián)連接的四個(gè)單元組成。缺點(diǎn)在于，如果電源的光伏單元被遮光或故障，則整個(gè)電源喪失其功率，因?yàn)檎诠饣蚬收系膯卧獙H提供有限量的電流。因此，看起來并聯(lián)布置幾個(gè)電源是很重要的。但是每個(gè)電源必須是獨(dú)立的，因?yàn)槿绻谝浑娫礋o法遞送足夠的電流，則存在電流從第二電源流入第一電源因而浪費(fèi)(如短路)的風(fēng)險(xiǎn)。因此有必要在各個(gè)電源之間提供止逆設(shè)備。這就是為什么圖1所示的根據(jù)第一變體A的本發(fā)明將每個(gè)DC電源21、22、23的正極端子分別連接到整流器模塊11的對應(yīng)的供電端子Li、L2、L3。電源21、22、23的負(fù)極端子全部連接到直接連接到功率總線的負(fù)極線15的公共端子，也叫做PC端子。該P(yáng)C端子是標(biāo)準(zhǔn)可變速驅(qū)動(dòng)器中可用且因而非常容易使用的端子。因此三個(gè)供電端子L1、L2、L3沒有如可變速驅(qū)動(dòng)器10的正常使用的情況那樣連接到AC電源的各個(gè)相，而是直接連接到三個(gè)DC電源的每個(gè)的正極端子，并未對可變速驅(qū)動(dòng)器 10進(jìn)行任何修改，DC電源的負(fù)極端子全部連接到功率總線的負(fù)極線15。由于電源21、22、23的正極端子分別連接到整流器模塊11的臂的中間點(diǎn)Ml、M2、 M3，所以它們經(jīng)由整流器模塊11的每個(gè)臂的上方二極管沈連接到功率總線的正極線14。 因此，如果電源21、22、23的任何一個(gè)故障，則整流器模塊11的每個(gè)臂的上方二極管沈阻止故障電源的回送和短路(止逆功能)。在圖2所示的第二變體B中，其操作等同于變體A，控制系統(tǒng)包括分別類似于圖1 的電源21、22、23的三個(gè)DC電源2Γ、22'、23'，但是不同地連接。具體地，現(xiàn)在是每個(gè) DC電源21' ,22' ,23'的負(fù)極端子分別連接到整流器模塊11的對應(yīng)的供電端子Li、L2、 L3。電源21' ,22' ,23'的正極端子全部連接到直接連接到功率總線的正極線14的公共端子，也叫做PA端子。該P(yáng)A端子是標(biāo)準(zhǔn)可變速驅(qū)動(dòng)器中可用的現(xiàn)有端子。因此，三個(gè)供電端子Li、L2、L3沒有如可變速驅(qū)動(dòng)器10的正常使用的情況那樣連接到AC電源的各個(gè)相，而是直接連接到三個(gè)DC電源的每個(gè)的負(fù)極端子，并未對可變速驅(qū)動(dòng)器10進(jìn)行任何修改，DC電源的正極端子全部連接到功率總線的正極線14。由于電源21' ,22' ,23'的負(fù)極端子分別連接到整流器模塊11的臂的中間點(diǎn) M1、M2、M3，所以它們經(jīng)由整流器模塊11的每個(gè)臂的下方二極管27連接到功率總線的負(fù)極線15。因此，如果電源21' ,22' ,23'的任何一個(gè)故障，則整流器模塊11的每個(gè)臂的下方二極管27阻止故障電源的回送和短路。兩個(gè)變體A和B可以由一個(gè)相同的可變速驅(qū)動(dòng)器10使用，因?yàn)槎俗覲A和PC均在標(biāo)準(zhǔn)可變速驅(qū)動(dòng)器中可用。兩個(gè)變體A和B因而利用了整流器模塊11的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，尤其是上方二極管26 (變體A)和下方二極管27 (變體B)的存在，以阻止在電源故障的情況下的錯(cuò)誤。該簡單的解決方案使得可以通過多個(gè)DC電源對標(biāo)準(zhǔn)可變速驅(qū)動(dòng)器供電，而沒有提及的缺點(diǎn)且不要求額外的元件來隔離各個(gè)DC電源。這兩個(gè)變體屬于相同的發(fā)明，因?yàn)樗鼈兪褂孟嗤募夹g(shù)手段解決相同的技術(shù)問題，唯一區(qū)別是從電源到可變速驅(qū)動(dòng)器10的連接。圖1和2中所示的情況下，可變速驅(qū)動(dòng)器10是三相驅(qū)動(dòng)器，其包括三個(gè)供電端子 L1、L2、L3，分別連接到整流器模塊11的三個(gè)臂的中間點(diǎn)M1、M2、M3，而控制系統(tǒng)包括分別連接到三個(gè)電源端子的三個(gè)DC電源21、22、23或21'、22'、23'。圖3中所示的情況下，可變速驅(qū)動(dòng)器10'是單相驅(qū)動(dòng)器，因此其僅包括兩個(gè)供電端子L1、L2，分別連接到整流器模塊11 ‘的兩個(gè)臂的中間點(diǎn)M1、M2，而控制系統(tǒng)包括兩個(gè)DC 電源21、22，其正極端子分別連接到兩個(gè)電源端子。圖3等價(jià)于圖1所示的變體A，S卩，它具有到功率總線的負(fù)極線15的公共連接，但是顯然圖3所示的情況可以等同地轉(zhuǎn)換為圖2所示的變體B，S卩，具有到功率總線的正極線14的公共連接。在另一實(shí)施例(未示出)中，也可以僅通過兩個(gè)DC電源21、22對三相可變速驅(qū)動(dòng)器供電。該情況下，將DC電源21、22連接到三個(gè)供電端子L1、L2、L3的任何兩個(gè)就夠了，例如Li、L2，而不連接與整流器模塊11的第三臂對應(yīng)的供電端子L3。
權(quán)利要求
1.一種用于控制AC電負(fù)載的系統(tǒng)，其包括可變速驅(qū)動(dòng)器(10)，該可變速驅(qū)動(dòng)器包括整流器模塊(11)，該整流器模塊配備有多個(gè)供電端子(Li、L2、L3)并且在功率總線的正極線 (14)與負(fù)極線(15)之間遞送DC電壓，并且該可變速驅(qū)動(dòng)器包括由功率總線供電、并且向電負(fù)載(M)遞送可變電壓的逆變器模塊(12)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括幾個(gè)DC電源(21、22、23)，各自包括正極端子和負(fù)極端子，每個(gè)DC電源 (21,22,23)的正極端子連接到整流器模塊(11)的單獨(dú)的供電端子(L1、L2、L3)，并且DC電源01、22、23)的負(fù)極端子連接到功率總線的負(fù)極線(15)。
2.一種用于控制AC電負(fù)載的系統(tǒng)，其包括可變速驅(qū)動(dòng)器(10)，該可變速驅(qū)動(dòng)器包括整流器模塊(11)，該整流器模塊配備有多個(gè)供電端子(Li、L2、L3)并且在功率總線的正極線 (14)與負(fù)極線(15)之間遞送DC電壓，并且該可變速驅(qū)動(dòng)器包括由功率總線供電、并且向電負(fù)載(M)遞送可變電壓的逆變器模塊(12)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括幾個(gè)DC電源Ql' ,22' ,23')，各自包括正極端子和負(fù)極端子，每個(gè) DC電源Ql' ,22' ,23')的負(fù)極端子連接到整流器模塊(11)的單獨(dú)的供電端子(L1、L2、 L3)，并且DC電源Ql' ,22' ,23')的正極端子連接到功率總線的正極線(14)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于整流器模塊(11)包括連接在功率總線的正極線(14)與負(fù)極線(15)之間的多個(gè)并聯(lián)的臂，每個(gè)臂包括串聯(lián)的兩個(gè)二極管06、27)，可變速驅(qū)動(dòng)器(10)的每個(gè)供電端子(L1、L2、 L3)分別連接到整流器模塊(11)的二極管(26,27)之間的中間點(diǎn)(M1、M2、M3)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)DC電源包括串聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)光伏單元。
5.如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于可變速驅(qū)動(dòng)器(10)是三相驅(qū)動(dòng)器，其包括三個(gè)供電端子(L1、L2、L3)，并且該系統(tǒng)包括分別連接到三個(gè)供電端子的三個(gè)DC電源。
6.如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于可變速驅(qū)動(dòng)器(10')是單相驅(qū)動(dòng)器，其包括兩個(gè)供電端子(Li、L2)，并且該系統(tǒng)包括分別連接到兩個(gè)供電端子的兩個(gè)DC電源01，22)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于可變速驅(qū)動(dòng)器(10)是三相驅(qū)動(dòng)器，其包括三個(gè)供電端子(L1、L2、L3)，并且該系統(tǒng)包括分別連接到三個(gè)供電端子中的兩個(gè)供電端子的兩個(gè)DC電源01，22)，不連接第三個(gè)供電端子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制交流電負(fù)荷的系統(tǒng)，其包括可變速驅(qū)動(dòng)器(10)，該可變速驅(qū)動(dòng)器包括整流器模塊(11)，該整流器模塊配備有多個(gè)供電端子(L1、L2、L3)并且在功率總線的正極線(14)與負(fù)極線(15)之間提供DC電壓，并且該可變速驅(qū)動(dòng)器包括由功率總線供電、并且向電負(fù)荷(M)提供可變電壓的逆變器模塊(12)。該控制系統(tǒng)包括多個(gè)DC電源(21、22、23)，每個(gè)電源(21、22、23)的正極端子連接到整流器模塊(11)的單獨(dú)的供電端子(L1、L2、L3)，并且電源(21、22、23)的負(fù)極端子連接到功率總線的負(fù)極線(15)。
文檔編號H02M5/458GK102379080SQ201080014476
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者P.洛伊澤利特 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司