專利名稱：在故障模式下具有高輸出的驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)器，特別涉及一種驅(qū)動(dòng)器和用來操作諸如變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種可變驅(qū)動(dòng)器的方法。
可變輸出的驅(qū)動(dòng)器在傳統(tǒng)的工業(yè)中被用來為AC電動(dòng)機(jī)提供可變的電功率。同樣的驅(qū)動(dòng)器也可以用于不具體涉及到電動(dòng)機(jī)但是需要可變的輸出電壓或是頻率的其他用途。典型的驅(qū)動(dòng)器具有一個(gè)AC輸入電源和通常采用固體器件的某種類型的轉(zhuǎn)換裝置，用來將固定的AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成可變電壓和/或可變頻率的輸出。在本文引入作為參考的美國專利US5625545號(hào)中公開了一種此類的驅(qū)動(dòng)器。該項(xiàng)專利提出了一種被用作驅(qū)動(dòng)器的電源，它可以利用多個(gè)功率單元產(chǎn)生一個(gè)三相的AC輸出。與僅僅使用一個(gè)功率單元的情況相比，串聯(lián)的多個(gè)這種功率單元可以提供較高的電壓輸出。然而，串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的某些功率單元在工作中有可能發(fā)生故障，使電流通路形成開路，影響到整個(gè)驅(qū)動(dòng)器不能工作。在許多情況下，特別是采用變速驅(qū)動(dòng)器的工業(yè)應(yīng)用中，都要求能夠在單個(gè)功率單元出故障時(shí)在降壓模式下連續(xù)工作。實(shí)現(xiàn)降壓工作的一種方法是將損壞或是故障的功率單元短路。這樣會(huì)造成不平衡的輸出，因?yàn)榫哂卸搪饭β蕟卧闹繁仨氃谛∮谌妷旱臈l件下工作。這種工作方式會(huì)產(chǎn)生不平衡線路狀態(tài)并且對(duì)負(fù)載元件有害。因此，當(dāng)串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的功率單元發(fā)生故障時(shí)，通常需要通過在每個(gè)其他支路中短路同等數(shù)量的功率單元，以便能夠在降壓或是降低速度的狀態(tài)下工作。盡管來自各個(gè)支路中具有短路功率單元的這種驅(qū)動(dòng)器的輸出被降低了，但是仍然允許驅(qū)動(dòng)器在降壓或是陣低速度的條件下工作。這種降壓工作方式往往是非常必要的，以便能在驅(qū)動(dòng)器的控制下連續(xù)地工作，一直持續(xù)到關(guān)機(jī)維修。另外，為了維持產(chǎn)生所需的最小電平，有可能希望使驅(qū)動(dòng)器在降壓的狀態(tài)下工作。通常，如果具有串聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生了故障，就按照一個(gè)給定支路中沒有故障的功率單元數(shù)量與這一支路中功率單元的總數(shù)之比成比例地降低其有效輸出電壓和功率。以上述專利為例，如果有一個(gè)功率單元例如功率單元A1發(fā)生了故障，通常就需要通過適當(dāng)?shù)呐月冯娐穼⒐β蕟卧狝1，B1和C1短路。在US5625545號(hào)專利的圖9中表示了這種電路。如果在這種旁路狀態(tài)下工作，用22，25和24表示的三相驅(qū)動(dòng)器的輸出就被成比例地降低三分之一。在這種工作狀態(tài)下，提供給電動(dòng)機(jī)的輸出電壓僅有全電壓的66％。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)僅僅能夠達(dá)到其額定速度的大約三分之二。按照多數(shù)情況下的要求，在功率單元故障模式下至少應(yīng)該能夠達(dá)到額定速度的66％。然而，輸出速度和來自驅(qū)動(dòng)器的有效功率還是會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。如果使用了多個(gè)串聯(lián)的功率單元或是轉(zhuǎn)換器，提供給負(fù)載的總功率在正常情況下是由所有的功率單元均等地提供的。例如在上述的例子中，當(dāng)九個(gè)功率單元中有一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，仍然能夠提供額定功率的89％。如果將此例中的兩個(gè)可以工作的功率單元B1和C1短路或是旁路，這些功率單元就不能繼續(xù)為負(fù)載提供有效的輸出功率。因而就非常需要在功率單元故障狀態(tài)下對(duì)提供給負(fù)載的輸出電壓和功率進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明所提供的裝置和方法可以在故障模式下利用可以工作的所有功率單元或是轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出功率。
本發(fā)明涉及到操作一種多相電源的方法，電源的多個(gè)支路中各自具有串聯(lián)連接的多個(gè)功率單元或是轉(zhuǎn)換器。按照這種連接方式，每個(gè)支路的支路電壓等于這一支路中連接的功率單元的總和。另外，該電源在每一對(duì)支路端部的端子之間還具有一個(gè)線電壓輸出。本發(fā)明適用于沒有連接到公共支路節(jié)點(diǎn)而是僅僅連接到支路端點(diǎn)上的負(fù)載，因此，出現(xiàn)在負(fù)載上的僅僅是線電壓輸出。在任意支路中的一個(gè)或多個(gè)功率單元出現(xiàn)故障的故障狀態(tài)下，線電壓輸出達(dá)到最大。這可通過檢測任何支路中出故障的功率單元，并且通過電路旁路繞著出故障的功率單元形成一條電流通路而實(shí)現(xiàn)。因此，在原先連接的支路內(nèi)部不包括來自故障功率單元的電壓分量。對(duì)無故障功率單元的輸出加以控制，使電源輸出中的線電壓達(dá)到最大，讓線電壓的幅值大體上相等。通過對(duì)輸出進(jìn)行這樣的調(diào)整，可以使電源輸出的線間的相電壓達(dá)到平衡。在一個(gè)沒有故障功率單元的三相輸出電源中，平衡的電壓被維持在各支路輸出電壓之間具有120°的相位關(guān)系。在檢測到出故障的功率單元時(shí)，通過在各個(gè)支路之間調(diào)整支路間的相位關(guān)系，就可以恢復(fù)線間的相位平衡。用一種電路來實(shí)現(xiàn)這種方法，降低支路之間要求的峰值電壓?？梢酝ㄟ^產(chǎn)生一個(gè)電壓指令信號(hào)來降低峰值電壓，并且可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行修改，以便補(bǔ)償檢測到的出故障的功率單元。可以使用增益按照增益控制來進(jìn)行修改，該增益與支路中的功率單元總數(shù)(包括出故障的功率單元)除以支路中(沒有被旁路的)的有效功率單元數(shù)量的比例成正比。本發(fā)明特別適合每個(gè)支路中的脈寬調(diào)制的串聯(lián)轉(zhuǎn)換器。其作用可以使電源的線電壓輸出達(dá)到平衡，并且在系統(tǒng)中充分利用每一個(gè)無故障的功率單元。


圖1a是一個(gè)實(shí)施例的電源電路圖，它是一個(gè)三相驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)支路中具有五個(gè)功率單元；圖1b是一個(gè)示意圖，表示諸如圖1a所示的一個(gè)功率單元的轉(zhuǎn)換電路的實(shí)施例；圖1c是控制信號(hào)方案的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，可以用來控制如圖1a所示的每個(gè)支路中有五個(gè)功率單元的驅(qū)動(dòng)器；圖1d表示功率單元旁路的四種不同實(shí)施例；圖2是在三相輸出的每個(gè)支路中串聯(lián)連接的一種五個(gè)功率單元的典型結(jié)構(gòu)的電壓示意圖；圖3是在一個(gè)類似于圖2所示的結(jié)構(gòu)中的電壓示意圖，但是支路A中有兩個(gè)出故障的功率單元；圖4(現(xiàn)有技術(shù))是一個(gè)電壓圖形，表示在支路A中有兩個(gè)故障功率單元并且分別從支路B和C中去掉兩個(gè)功率單元的現(xiàn)有技術(shù)的操作方法；圖5a是用來操作沒有支路A中的兩個(gè)故障功率單元但是利用了支路B和C中所有五個(gè)功率單元的一種結(jié)構(gòu)的電壓圖形；圖5b是用來操作損失了B相的一個(gè)功率單元和C相的兩個(gè)功率單元之后的一種結(jié)構(gòu)的電壓圖形；圖5c是用來操作損失了B相的兩個(gè)功率單元和C相的三個(gè)功率單元之后的一種結(jié)構(gòu)的電壓圖形；圖6是用來降低三相電源峰值電壓指令的一種現(xiàn)有技術(shù)控制功能的示意圖；圖7表示一個(gè)用來降低峰值電壓，并且在操作出故障的轉(zhuǎn)換器功率單元時(shí)優(yōu)化輸出電壓的控制功能方框圖；圖8a，b，c和d是用來表示各種操作狀態(tài)下的控制信號(hào)波形的示意圖；圖9a，b，c和d是一些實(shí)施例的信號(hào)波形圖；圖10a，b，c和d是一些實(shí)施例的控制波形圖；圖11是圖7所示實(shí)施例的電路示意圖；圖12表示用來降低峰值電壓，并且在操作出故障的轉(zhuǎn)換器功率單元時(shí)優(yōu)化輸出電壓的第二種改進(jìn)的控制功能方框圖；圖13是一個(gè)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的示意圖；圖14是使用彈簧負(fù)荷觸點(diǎn)的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)的示意圖15是采用轉(zhuǎn)換開關(guān)的一種三功率單元結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖1a表示一個(gè)AC驅(qū)動(dòng)器的電源電路圖。在這種典型的結(jié)構(gòu)中可以采用本發(fā)明，然而，其他的驅(qū)動(dòng)器和電源也可以采用本發(fā)明的裝置和方法。三相輸入線路1饋送到一個(gè)功率變壓器2。如圖所示，功率變壓器2可以采用任意的結(jié)構(gòu)，在某些實(shí)施例中采用了諸如US5625545中所示的多繞組三相隔離變壓器。這種變壓器的原邊繞組是星形或是網(wǎng)形連接的，受到來自三相輸入線路1的激勵(lì)。變壓器可以激勵(lì)許多單相或是多相的副邊繞組。在本文的實(shí)施例中有許多副邊繞組，每個(gè)繞組對(duì)應(yīng)著驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)轉(zhuǎn)換器或是功率單元。按照上述專利中的提示，可以為這些繞組預(yù)先選定某一電氣相位角。在采用其他變壓器結(jié)構(gòu)的某些應(yīng)用中則完全不需要使用輸入隔離變壓器。如圖1a所示，輸入變壓器或是其他AC電源向獨(dú)立的功率轉(zhuǎn)換器供電。在圖1a中使用了15個(gè)功率單元或是轉(zhuǎn)換器。在這種電路結(jié)構(gòu)中，輸出線路有三個(gè)支路，每個(gè)支路中有五個(gè)功率轉(zhuǎn)換器。支路A具有轉(zhuǎn)換器A1到A5。支路B包含功率轉(zhuǎn)換器B1到B5，而支路C包含功率轉(zhuǎn)換器C1到C5。任一支路中的有效電壓是支路中各個(gè)功率單元的電壓總和，例如支路A的輸出電壓是功率轉(zhuǎn)換器A1到A5的總和。同樣，支路B的輸出電壓是它的轉(zhuǎn)換器B1到B5的總和，而支路C的輸出電壓是串聯(lián)連接的五個(gè)轉(zhuǎn)換器C1到C5的總和。驅(qū)動(dòng)器向電動(dòng)機(jī)20饋送三相功率，電動(dòng)機(jī)可以是任何形式的負(fù)載，但是在圖中用普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來表示。本發(fā)明的目的是產(chǎn)生一種變速的AC驅(qū)動(dòng)。因此，它可以控制過程電動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇，泵或是其他的設(shè)備。在起動(dòng)或是過程運(yùn)行期間經(jīng)常需要保持變速操作。因而需要通過控制驅(qū)動(dòng)器來改變從端子A，B和C上提供給電動(dòng)機(jī)的電壓。電動(dòng)機(jī)20在端子A-B之間承受的電壓是支路A和支路B中的各個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的電壓總和。因此，在電動(dòng)機(jī)的端子A-B上的有效電壓等于功率單元(A1+A2+A3+A4+A5-B1-B2-B3-B4-B5)的總和。各個(gè)其他端子上的電壓也是連接在這些端子之間的電壓總和。因此，端子B和C之間的電壓就是功率單元(B1+B2+B3+B4+B5-C1-C2-C3-C4-C5)的總和。按照相同的方式，來自端子C到A的電壓是轉(zhuǎn)換器電壓(C1+C2+C3+C4+C5-A1-A2-A3-A4-A5)的總和。圖示驅(qū)動(dòng)器的每個(gè)支路被連接成星形，具有一個(gè)公共的中性點(diǎn)N，對(duì)于本例的電動(dòng)機(jī)20，該點(diǎn)沒有連接到負(fù)載。來自各個(gè)支路的輸出電壓分量是由從中性點(diǎn)到電動(dòng)機(jī)端子的各個(gè)支路中的功率單元總和構(gòu)成的。支路A的輸出電壓是在端子A和N之間測量的，N是轉(zhuǎn)換器裝置的中性點(diǎn)。這其中包括了轉(zhuǎn)換器A1到A5的電壓總和。從圖中可見，如果轉(zhuǎn)換器功率單元A1出現(xiàn)了故障，從A到N測量的提供給負(fù)載也就是本例中的電動(dòng)機(jī)20的有效電壓就會(huì)降低，因?yàn)橹分幸呀?jīng)少了一個(gè)功率單元。如果需要在已經(jīng)有一個(gè)功率單元例如是功率單元A1出故障的模式下操作驅(qū)動(dòng)器，可以將該功率單元短路或是旁路。為了平衡輸出，通常還需要將每個(gè)其他支路中的另一個(gè)功率單元旁路。例如，當(dāng)功率單元A1出故障時(shí)，通常的做法是將功率單元A1，B1和C1旁路這樣就能維持至電動(dòng)機(jī)端子A，B和C的輸出有效電壓的平衡。然而，有效輸出電壓和輸出功率會(huì)相應(yīng)地降低，因?yàn)樵陔娐分锌晒┦褂玫挠行Чβ蕟卧獢?shù)量已經(jīng)減少了。然而，在本發(fā)明的實(shí)踐中，如果功率單元A1出故障，可以將其旁路，而功率單元B1和C1可以維持工作，從而將輸出電壓和功率維持在一個(gè)比較高的最大電平。
圖1b表示一個(gè)典型的功率單元或是轉(zhuǎn)換器，諸如圖1a中所示的A1-5，B1-5和C1-5。然而，在本發(fā)明的實(shí)踐中還可以采用其他的功率單元或是功率轉(zhuǎn)換器。圖1b中所示的功率單元和控制器與US5625545中所示的情況相似。然而，用主控制器控制單個(gè)的功率單元，在故障模式下可以產(chǎn)生較高的輸出。圖中的功率單元50是一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，利用由二極管51a-51c和52a-52c構(gòu)成的整流器可以將三相輸入功率轉(zhuǎn)換成DC分量。整流器的輸出跨接在電容器53a和53b上，用來存儲(chǔ)和平滑DC輸出。電容器53a和53b是用電容器組來表示的，實(shí)際所需的電容量取決于具體的應(yīng)用。利用脈寬調(diào)制(PWM)方法可以將轉(zhuǎn)換器的DC功率有選擇地提供給轉(zhuǎn)換器輸出54和55。脈寬調(diào)制是通過由半導(dǎo)體開關(guān)Q1-4構(gòu)成的橋式轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。也可以使用可以接受的任何類型的開關(guān)元件；并且根據(jù)功率等級(jí)選擇各種固體元件。如圖中所示，轉(zhuǎn)換器輸出采用了四個(gè)晶體管56，57，58和59。在這種脈寬調(diào)制操作中，開關(guān)在工作期間可以完全導(dǎo)通或是完全關(guān)斷。圖1b所示的電路中還使用了四個(gè)分別跨接在一個(gè)固體開關(guān)裝置上的二極管60-63。在大多數(shù)場合下，總是希望在多轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中使用的功率單元或是轉(zhuǎn)換器是相同的，并且構(gòu)成這樣一種形式，以便限制附件的數(shù)量并且允許在同一個(gè)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行交換。圖1b中所示的轉(zhuǎn)換器50可以被用作圖1a中的所有15個(gè)轉(zhuǎn)換器。在圖1b中還表示出功率轉(zhuǎn)換器的一部分是旁路69。這種旁路還可以在一個(gè)驅(qū)動(dòng)器裝置中與轉(zhuǎn)換器組件構(gòu)成一個(gè)整體。在其他情況下，也可以單獨(dú)安裝旁路69。旁路69可以是機(jī)械或是電氣的固體元件。本發(fā)明的實(shí)施例中使用的旁路裝置是固體元件，與美國專利US5625545的圖9中所示的結(jié)構(gòu)相似。在使用旁路69時(shí)，可以在轉(zhuǎn)換器的各個(gè)輸出線54和55之間形成一條分路。因此，電流就可以通過旁路69而不是轉(zhuǎn)換器。如果在開路模式下出現(xiàn)故障的故障轉(zhuǎn)換器沒有被旁路，通過支路的電流就會(huì)變成零。因而就需要在各個(gè)轉(zhuǎn)換器輸出上都有一個(gè)這種旁路電路69。已知并且可供使用的用來監(jiān)視和檢測故障功率單元的方法有很多。一種簡單的方法就是將功率單元輸出電壓與指令輸出相比較。其他的方法還包括檢查或是識(shí)別功率單元元件或是使用診斷程序。盡管本發(fā)明是針對(duì)僅有一個(gè)故障功率單元的情況來說明的，本發(fā)明顯然也包括了那些用來在一或多個(gè)給定支路中有一個(gè)或更多功率單元出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作的方法和裝置。因此，本發(fā)明不僅能夠在例如圖1a中的單個(gè)功率單元A1出故障時(shí)繼續(xù)工作，在例如功率單元A1，B2，B3和C4等多個(gè)功率單元出故障時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)高效率的工作。
如圖1b所示，利用由標(biāo)號(hào)65表示的本地控制器來控制轉(zhuǎn)換器。同時(shí)還希望將本地控制器與單個(gè)的功率單元或是轉(zhuǎn)換器相聯(lián)并包含在其中。這樣就能控制具體的轉(zhuǎn)換器，例如采用脈寬調(diào)制技術(shù)或是其他控制技術(shù)。不僅可以通過轉(zhuǎn)換器的操作來控制輸出電壓，還可以用來控制具體要求的波形。本地控制器的操作可以參照前述的被引用專利中所述的方式。如果本地控制器是裝在單個(gè)轉(zhuǎn)換器上，就需要通過諸如光纖控制線路66一類的光纖系統(tǒng)從主控制器67將控制信號(hào)傳送給本地控制器。為了具體地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，可以在主控制器中為某些控制功能編組，這樣就不需要本地控制器了，除了采用上述的光纖系統(tǒng)之外也可以使用其他的手段例如普通的線路來傳送信號(hào)。
在本地控制器被包含在單個(gè)功率單元組件內(nèi)的例子中，提供給組件的信號(hào)是由一個(gè)主控制器產(chǎn)生的。圖1c表示一個(gè)主控制器70，可用來產(chǎn)生不同的信號(hào)VA*，VB*和VC*，這些信號(hào)VA*，VB*和VC*是指令，或者是對(duì)支路A，支路B和支路C的各個(gè)轉(zhuǎn)換器要求的電壓輸出的復(fù)制品。主控制器70分別向A支路的轉(zhuǎn)換器A1到A5提供控制信號(hào)VA*。同樣，主控制器可以向控制器B1到B5提供控制信號(hào)VB*。主控制器還可以向第三支路C的轉(zhuǎn)換器C1到C5提供信號(hào)VC*。可以用一個(gè)PWM調(diào)制器將各個(gè)電壓指令轉(zhuǎn)換成用于圖1b的晶體管56，57，58和59的可變占空比的開關(guān)圖形。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，圖1c所示的控制方案僅僅是可以用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的眾多控制方案之一。
以往對(duì)功率單元故障的響應(yīng)是在所有三相中短路相等數(shù)量的功率單元，不管這些功率單元是否還可以使用，而本發(fā)明是采用了這樣一種方法，讓所有有效的功率單元都能夠用于平衡的輸出電壓。
圖1d表示其他可以用來旁路故障功率單元的一些實(shí)施例。圖1d中的選擇方案i表示用一個(gè)繼電器或是接觸器的觸點(diǎn)來旁路功率轉(zhuǎn)換器功率單元的情況。當(dāng)圖中所示處在打開位置的觸點(diǎn)受到電磁線圈的激勵(lì)時(shí)，在功率單元輸出端子之間就形成短路。也可以采用ii所示的另一種旁路方式。在這種選擇方案中，脫扣釋放裝置促使一個(gè)彈簧負(fù)荷觸點(diǎn)在功率單元輸出端子之間形成短路。脫扣釋放裝置可以用電或是機(jī)械來操作，并且在某些實(shí)施例中可以用來作為開路檢測裝置。iii表示一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，在它的輸出端上跨接著利用具有相反極性的兩個(gè)可控硅整流器的旁通電路。通過接通兩個(gè)SCR在功率單元輸出端子之間形成短路。根據(jù)成本和具體的用途，采用串聯(lián)的晶體管也可以構(gòu)成類似的旁路，例如變化iv中所示。
圖2表示串聯(lián)連接的功率單元的一種典型的陣列，用來表示來自每個(gè)支路的電壓和支路間的相位移。每個(gè)功率單元能夠產(chǎn)生的AC輸出電壓例如是480伏。用一個(gè)圓圈代表一個(gè)功率單元，在每個(gè)支路的中性點(diǎn)N和各自的點(diǎn)A，B，C之間連接著五個(gè)功率單元。如圖所示，在這種陣列中，從點(diǎn)N到各個(gè)點(diǎn)A，B，C產(chǎn)生的電壓大約能達(dá)到2400伏。如果通過控制能使這三相電壓幅值相等并且彼此相位偏移120°，這種陣列就能產(chǎn)生平衡的三相AC輸出電壓。在這種情況下，來自圖2所示陣列的線間最大有效輸出電壓可以達(dá)到4160伏。如果有一或多個(gè)功率單元出現(xiàn)故障，可以將功率單元的輸出端子短路，在降壓的情況下繼續(xù)工作?？梢詫o效的功率單元旁路，例如圖1b所討論的情況。
圖3表示在功率單元A4和A5被旁路之后的有效電壓。因此它們已經(jīng)被旁路，在圖3的電壓圖中沒有表示這些單元，因?yàn)樗鼈儗?duì)陣列中的總電壓不起作用。被旁路的功率單元A4和A5在支路A中，從N到點(diǎn)A延伸。如圖3所示，在從N到A的支路中僅僅剩下了三個(gè)單元A1，A2和A3。這是因?yàn)闆]有來自被旁路功率單元的剩余電壓分量。因此，來自支路A(點(diǎn)N和A之間)的最大有效電壓降低了大約40％，大約是1440伏。如圖所示，在從N到C和從N到B的其他支路中，全電壓仍然有效。如果繼續(xù)維持彼此間隔120°的相位角控制，輸出電壓就會(huì)出現(xiàn)不平衡，因?yàn)殡妷篤CB將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電壓VAC和VBA。這種不平衡輸出電壓無法用來驅(qū)動(dòng)諸如標(biāo)準(zhǔn)的AC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一類的負(fù)載。為了避免這種不應(yīng)有的狀態(tài)，并且仍然維持負(fù)載的工作，現(xiàn)有技術(shù)的做法是在一或多個(gè)功率單元發(fā)生故障后在所有的三相中旁路相等數(shù)量的單元。盡管這些單元中有一些完全可以使用，對(duì)平衡負(fù)載輸出電壓的要求已經(jīng)超過了希望使用所有有效單元的要求。在這種狀態(tài)下，整個(gè)陣列的最大輸出電壓被限制在出故障的功率單元最多的那一相支路的容量。為了維持平衡的輸出而被旁路的有效功率單元的額外功率容量沒有得到利用。圖4表示從圖3中旁路了出故障的單元A4和A5之后的陣列，另外，有效的單元B4，B5，C4和C5也被旁路了。該圖中的最大線間平衡電壓是額定電壓的60％，或者說是2494伏。此處需要強(qiáng)調(diào)的是，從轉(zhuǎn)換器或是單元的陣列到電動(dòng)機(jī)端子的連接通常都是由三條導(dǎo)線構(gòu)成的。陣列的中性點(diǎn)N通常不用連接到電動(dòng)機(jī)的中線上。因此，對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，從點(diǎn)N到點(diǎn)A，B，和C的支路電壓幅值是否相等以及相位差是不是120°并沒有什么關(guān)系。電動(dòng)機(jī)僅僅要求線間電壓VAC，VBA和VCB具有相等的幅值和彼此間120°的相位差。盡管圖4的電路提供了平衡的輸出電壓和120°的相位差，但是沒有充分利用驅(qū)動(dòng)器中有效單元的全部容量。
圖5a表示在單元A4和A5發(fā)生故障之后是如何構(gòu)成圖1所示的陣列的。在圖中假設(shè)單元A4和A5因?yàn)楣收弦呀?jīng)被旁路，因此，這些單元對(duì)從N到A的支路A中的總電壓不起作用。操作驅(qū)動(dòng)器獲得圖5的電壓圖形，將B，C兩相之間的相位角從120°減少到95°。A，C兩相和B，A兩相之間的相位角則從120°增大到132.5°。這樣的角度可以使線間電壓VAC，VBA和VCB具有相等的幅值。另外，在圖5a中，VAC，VCB和VBA之間的相互相位偏移是120°。如圖5所示，此時(shí)可供使用的最大平衡線間電壓是額定電壓的85％，也就是3542伏。由于電動(dòng)機(jī)仍然可以接受到平衡的三相電壓，它可以繼續(xù)吸收平衡的三相電流，電流的相互相位偏移是120°。然而，由于單元電壓不再具有120°的相互相位偏移，單元電壓和單元電流之間的相位角有可能發(fā)生變化。在輕負(fù)載條件下，電動(dòng)機(jī)電流比電動(dòng)機(jī)電壓滯后大約90°，某些單元中出現(xiàn)的單元電流有可能比單元電壓滯后90°以上。這樣就會(huì)造成這些單元吸收能量，使能量不能消耗或是再生。因此就需要在輕負(fù)載條件下避免按照這種方式工作。在需要采用本發(fā)明來驅(qū)動(dòng)輕負(fù)載時(shí)可以采用適當(dāng)?shù)碾娏骰蚴秦?fù)載檢測。
圖5b表示另一個(gè)實(shí)施例，其中的B支路有一個(gè)故障單元(B5)，而C支路中有兩個(gè)故障單元(C4和C5)。A，B之間的角度已經(jīng)被減少到96.9°，而A，C之間的角度已經(jīng)被減少到113.1°。這樣就重新獲得了3249伏的平衡的線間電壓，它是額定值的78％。
圖5c表示另一個(gè)例子，其中的B4，B5，C3，C4和C5都被旁路了。通過調(diào)整仍然可以獲得51％的電壓，也就是2121伏。
所需的控制角度取決于每一相中剩下的有效單元數(shù)量。在檢測到故障狀態(tài)時(shí)可以在控制器中計(jì)算出相位關(guān)系的具體值。在其他的例子中可能希望用預(yù)定的相位角代表具體的故障狀態(tài)。圖3，5a和5c表示具體的故障狀態(tài)。所有例子中的每一相都使用了五個(gè)單元。顯然，在每相五個(gè)單元的結(jié)構(gòu)中還可能出現(xiàn)其他的故障狀態(tài)。另外，本發(fā)明實(shí)際上可以利用每一相中的任意數(shù)量的單元。在具體的應(yīng)用場合，如果每一相的工作單元數(shù)量是已知的，例如每個(gè)支路五個(gè)單元，就可以確定故障的情況，并且能計(jì)算出適當(dāng)?shù)闹烽g的相位角。為了計(jì)算出支路間的相位角可能需要將某些故障狀態(tài)在系統(tǒng)中編程它們可以是針對(duì)具體故障狀態(tài)的預(yù)定值。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)可以采用查表的方式。以下的表1-7給出了每個(gè)支路中采用二到八個(gè)單元的電源裝置中的支路間相位關(guān)系的一般數(shù)值。在這些表中，假設(shè)支路是一種具有支路A，B和C的三相Y形結(jié)構(gòu)。在表中僅僅給定了相同的值，與給定支路中的哪一個(gè)單元出現(xiàn)故障無關(guān)。另外，由于電源裝置中的故障狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致相同的相位關(guān)系，與支路中發(fā)生的故障數(shù)量無關(guān)，因此，具備A＝5，B＝3，C＝5的電源裝置與有效單元為A＝5，B＝5，C＝3的電源裝置是相同的。因此，這種表提供了一種簡易的縮減形式，可以覆蓋所有的組合方式。在這種表中列出的A單元永遠(yuǎn)具有最多的有效單元，B具有其次多的有效單元，C具有最少的有效單元。表1-7可供一個(gè)微處理器通過查表來確定一個(gè)具有故障單元的電源裝置中的正確的相位關(guān)系。在這種表中，A cells、B cells、Ccells分別表示A單元、B單元和C單元，項(xiàng)目Vmax％被用來表示在故障狀態(tài)下可以達(dá)到的正常線電壓百分?jǐn)?shù)的最大電壓。所有相位角都是相對(duì)于無故障單元的電源裝置中的正常A矢量的關(guān)系。例如，Aφ是處在故障模式的A支路與非故障模式的A支路之間的相位角。所有的角度都是相對(duì)于非故障模式的A支路矢量給出的。由于在預(yù)先給定的例子中每個(gè)支路具有五個(gè)單元，從表4中可以看到這些例子。
表1原始單元數(shù)＝2A cells＝1 B cells＝1 C cells＝0 Vmax％＝ 28.9 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝1 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝ 50.0 A＝ 0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝2 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝ 50.0 A＝ 0.0 B＝ 60.0 C＝300.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝0 Vmax％＝ 57.7 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝2 B cells＝2 C cells＝1 Vmax％＝ 80.9 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝100.0 A＝ 0.0 B＝120.0 C＝240.0表2原始單元數(shù)＝3A cells＝1 B cells＝1 C cells＝0 Vmax％＝ 19.2 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝1 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝ 33.3 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝2 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝ 33.3 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝0 Vmax％＝ 38.5 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝2 B cells＝2 C cells＝1 Vmax％＝ 53.9 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝ 66.7 A＝ 0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝3 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝ 75.5 A＝ 0.0 B＝101.4 C＝258.6A cells＝3 B cells＝3 C cells＝0 Vmax％＝ 57.7 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝3 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝ 73.6 A＝20.4 B＝99.6 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝ 87.8 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝100.0 A＝ 0.0 B＝120.0 C＝240.0表3原始單元數(shù)＝4A cells＝1 B cells＝1 C cells＝0 Vmax％＝14.4 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝1 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝25.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝2 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝25.0 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝0 Vmax％＝28.9 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝2 B cells＝2 C cells＝1 Vmax％＝40.5 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝50.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝3 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝56.6 A＝0.0 B＝101.4 C＝258.6A cells＝3 B cells＝3 C cells＝0 Vmax％＝43.3 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝3 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝55.2 A＝20.4 B＝99.6 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝65.8 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝75.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝50.0 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝4 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝52.1 A＝16.1 B＝76.2 C＝315.8A cells＝4 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝71.5 A＝7.2 B＝96.2 C＝260.7A cells＝4 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝82.3 A＝0.0 B＝108.2 C＝251.8A cells＝4 B cells＝4 C cells＝0 Vmax％＝57.7 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝4 B cells＝4 C cells＝1 Vmax％＝69.8 A＝22.8 B＝97.2 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝2 Vmax％＝80.9 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝91.0 A＝8.0 B＝112.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝100.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0表4原始單元數(shù)三5A cells＝1 B cells＝1 C cells＝0 Vmax％＝11.5 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝1 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝20.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝2 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝20.0 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝0 Vmax％＝23.1 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝2 B cells＝2 C cells＝1 Vmax％＝32.4 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝40.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝3 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝45.3 A＝0.0 B＝101.4 C＝258.6A cells＝3 B cells＝3 C cells＝0 Vmax％＝34.6 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝3 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝44.2 A＝20.4 B＝99.6 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝52.7 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝60.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝40.0 A＝0.0 B＝ 60.0 C＝300.0A cells＝4 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝41.7 A＝16.1 B＝76.2 C＝315.8A cells＝4 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝57.2 A＝7.2 B＝96.2 C＝260.7A cells＝4 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝65.8 A＝0.0 B＝108.2 C＝251.8A cells＝4 B cells＝4 C cells＝0 Vmax％＝46.2 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝4 B cells＝4 C cells＝1 Vmax％＝55.8 A＝22.8 B＝97.2 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝2 Vmax％＝64.7 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝72.8 A＝8.0 B＝112.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝80.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝5 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝51.0 A＝6.5 B＝67.6 C＝304.9A cells＝5 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝69.1 A＝0.0 B＝93.6 C＝266.4A cells＝5 B cells＝4 C cells＝1 Vmax％＝53.4 A＝18.9 B＝79.6 C＝316.1A cells＝5 B cells＝4 C cells＝2 Vmax％＝69.0 A＝11.6 B＝93.9 C＝262.1A cells＝5 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝78.1 A＝5.9 B＝102.8 C＝252.8A cells＝5 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝86.1 A＝0.0 B＝111.3 C＝248.7A cells＝5 B cells＝5 C cells＝0 Vmax％＝57.7 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝5 B cells＝5 C cells＝1 Vmax％＝67.4 A＝24.3 B＝95.7 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝2 Vmax％＝76.6 A＝18.5 B＝101.5 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝3 Vmax％＝85.1 A＝12.5 B＝107.5 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝4 Vmax％＝92.9 A＝6.4 B＝113.6 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝5 Vmax％＝100.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0表5原始單元數(shù)＝6A cells＝1 B cells＝1 C cells＝0 Vmax％＝9.6 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝1 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝16.7 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝2 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝16.7 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝0 Vmax％＝19.2 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝2 B cells＝2 C cells＝1 Vmax％＝27.0 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝33.3 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝3 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝37.7 A＝0.0 B＝101.4 C＝258.6A cells＝3 B cells＝3 C cells＝0 Vmax％＝28.9 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝3 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝36.8 A＝20.4 B＝99.6 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝43.9 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝50.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝33.3 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝4 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝34.7 A＝16.1 B＝76.2 C＝315.8A cells＝4 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝47.7 A＝7.2 B＝96.2 C＝260.7A cells＝4 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝54.9 A＝ 0.0 B＝108.2 C＝251.8A cells＝4 B cells＝4 C cells＝0 Vmax％＝38.5 A＝30.0 H＝90.0 C＝272.3A cells＝4 B cells＝4 C cells＝1 Vmax％＝46.5 A＝22.8 H＝97.2 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝2 Vmax％＝53.9 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝60.7 A＝8.0 B＝112.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝66.7 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝5 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝42.5 A＝6.5 B＝67.6 C＝304.9A cells＝5 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝57.6 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cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝28.6 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝3 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝32.3 A＝0.0 B＝101.4 C＝258.6A cells＝3 B cells＝3 C cells＝0 Vmax％＝24.7 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝3 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝31.5 A＝20.4 B＝99.6 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝37.6 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝42.9 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝28.6 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝4 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝29.8 A＝16.1 B＝76.2 C＝315.8A cells＝4 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝40.9 A＝7.2 B＝96.2 C＝260.7A cells＝4 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝47.0 A＝0.0 B＝108.2 C＝251.8A cells＝4 B cells＝4 C cells＝0 Vmax％＝33.0 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝4 B cells＝4 C cells＝1 Vmax％＝39.9 A＝22.8 B＝97.2 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝2 Vmax％＝46.2 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝52.0 A＝8.0 B＝112.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝57.1 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cel1s＝5 B cells＝3 C cells＝2 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C＝311.3A cells＝6 B cells＝5 C cells＝2 Vmax％＝57.6 A＝14.5 B＝92.7 C＝263.2A cells＝6 B cells＝5 C cells＝3 Vmax％＝64.4 A＝9.8 B＝99.8 C＝253.6A cells＝6 B cells＝5 C cells＝4 Vmax％＝70.4 A＝5.0 B＝106.5 C＝249.3A cells＝6 B cells＝5 C cells＝5 Vmax％＝75.9 A＝0.0 B＝113.1 C＝246.9A cells＝6 B cells＝6 C cells＝0 Vmax％＝49.5 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝6 B cells＝6 C cells＝1 Vmax％＝56.5 A＝25.2 B＝94.8 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝2 Vmax％＝63.1 A＝20.4 B＝99.6 C＝240.0
A cells＝6 B cells＝6 C cells＝3 Vmax％＝69.3 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝4 Vmax％＝75.2 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝5 Vmax％＝80.7 A＝5.4 B＝114.6 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝6 Vmax％＝85.7 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝7 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝52.2 A＝4.6 B＝68.0 C＝299.9A cells＝7 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝66.0 A＝0.0 B＝89.0 C＝271.0A cells＝7 B ce1ls＝5 C cells＝3 Vmax％＝66.0 A＝8.2 B＝90.0 C＝270.0A cells＝7 B cells＝5 C cells＝4 Vmax％＝73.3 A＝4.1 B＝98.2 C＝259.7A cells＝7 B cells＝5 C cells＝5 Vmax％＝79.5 A＝0.0 B＝105.6 C＝254.4A cells＝7 B cells＝6 C cells＝1 Vmax％＝54.8 A＝22.1 B＝83.0 C＝317.0A cells＝7 B cells＝6 C cells＝2 Vmax％＝65.9 A＝16.6 B＝92.0 C＝264.0A cells＝7 B cells＝6 C cells＝3 Vmax％＝72.8 A＝12.6 B＝97.8 C＝254.2A cells＝7 B cells＝6 C cells＝4 Vmax％＝79.1 A＝8.6 B＝103.3 C＝249.8A cells＝7 B cells＝6 C cells＝5 Vmax％＝84.9 A＝4.4 B＝108.8 C＝247.3A cells＝7 B cells＝6 C cells＝6 Vmax％＝90.2 A＝0.0 B＝14.3 C＝245.7A cells＝7 B cells＝7 C cells＝0 Vmax％＝57.7 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝7 B cells＝7 C cells＝1 Vmax％＝64.7 A＝25.9 B＝94.1 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝2 Vmax％＝71.4 A＝21.8 B＝98.2 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝3 Vmax％＝77.8 A＝17.6 B＝102.4 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝4 Vmax％＝83.9 A＝13.4 B＝106.6 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝5 Vmax％＝89.6 A＝9.1 B＝110.9 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝6 Vmax％＝95.0 A＝4.6 B＝115.4 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝7 Vmax％＝100.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0表7原始單元數(shù)＝8A cells＝1 B cells＝1 C cells＝0 Vmax％＝7.2 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝1 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝12.5 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝2 B cells＝1 C cells＝1 Vmax％＝12.5 A＝0.0 B＝ 60.0 C＝300.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝0 Vmax％＝14.4 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝2 B cells＝2 C cells＝1 Vmax％＝20.2 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝2 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝25.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝3 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝28.3 A＝0.0 B＝101.4 C＝258.6A cells＝3 B cells＝3 C cells＝0 Vmax％＝21.7 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝3 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝27.6 A＝20.4 B＝ 99.6 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝32.9 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝3 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝37.5 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝2 C cells＝2 Vmax％＝25.0 A＝0.0 B＝ 60.0 C＝300.0A cells＝4 B cells＝3 C cells＝1 Vmax％＝26.1 A＝6.1 B＝ 76.2 C＝315.8A cells＝4 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝35.8 A＝7.2 B＝ 96.2 C＝260.7A cells＝4 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝41.1 A＝0.0 B＝108.2 C＝251.8A cells＝4 B cells＝4 C cells＝0 Vmax％＝28.9 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝4 B cells＝4 C cells＝1 Vmax％＝34.9 A＝22.8 B＝ 97.2 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝2 Vmax％＝40.5 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝45.5 A＝8.0 B＝112.0 C＝240.0A cells＝4 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝50.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝5 B cells＝3 C cells＝2 Vmax％＝31.9 A＝6.5 B＝ 67.6 C＝304.9A cells＝5 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝43.2 A＝0.0 B＝ 93.6 C＝266.4A cells＝5 B cells＝4 C cells＝1 Vmax％＝33.4 A＝18.9 B＝ 79.6 C＝316.1A cells＝5 B cells＝4 C cells＝2 Vmax％＝43.1 A＝11.6 B＝ 93.9 C＝262.1A cells＝5 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝48.8 A＝5.9 B＝102.8 C＝252.8A cells＝5 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝53.8 A＝0.0 B＝111.3 C＝248.7A cells＝5 B cells＝5 C cells＝0 Vmax％＝36.1 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝5 B cells＝5 C cells＝1 Vmax％＝42.2 A＝24.3 B＝ 95.7 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝2 Vmax％＝47.9 A＝18.5 B＝101.5 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝3 Vmax％＝53.2 A＝12.5 B＝107.5 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝4 Vmax％＝58.0 A＝6.4 B＝113.6 C＝240.0A cells＝5 B cells＝5 C cells＝5 Vmax％＝62.5 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝6 B cells＝3 C cells＝3 Vmax％＝37.5 A＝0.0 B＝ 60.0 C＝300.0A cells＝6 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝50.5 A＝4.8 B＝ 91.2 C＝268.4A cells＝6 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝56.6 A＝0.0 B＝101.4 C＝258.6A cells＝6 B cells＝5 C cells＝1 Vmax％＝41.3 A＝20.5 B＝ 82.4 C＝311.3A cells＝6 B cells＝5 C cells＝2 Vmax％＝50.4 A＝14.5 B＝ 92.7 C＝263.2A cells＝6 B cells＝5 C cells＝3 Vmax％＝56.3 A＝9.8 B＝ 99.8 C＝253.6A cells＝6 B cells＝5 C cells＝4 Vmax％＝61.6 A＝5.0 B＝106.5 C＝249.3A cells＝6 B cells＝5 C cells＝5 Vmax％＝66.4 A＝0.0 B＝113.1 C＝246.9A cells＝6 B cells＝6 C cells＝0 Vmax％＝43.3 A＝30.0 B＝ 90.0 C＝272.3A cells＝6 B cells＝6 C cells＝1 Vmax％＝49.4 A＝25.2 B＝ 94.8 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝2 Vmax％＝55.2 A＝20.4 B＝ 99.6 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝3 Vmax％＝60.7 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝4 Vmax％＝65.8 A＝10.5 B＝109.5 C＝240.0A cells＝6 B cells＝6 C cells＝5 Vmax％＝70.6 A＝5.4 B＝114.6 C＝240.0
A cells＝6 B cells＝6 C cells＝6 Vmax％＝75.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝7 B cells＝4 C cells＝3 Vmax％＝45.6 A＝4.6 B＝68.0 C＝299.9A cells＝7 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝57.7 A＝0.0 B＝89.0 C＝271.0A cells＝7 B cells＝5 C cells＝3 Vmax％＝57.7 A＝8.2 B＝90.0 C＝270.0A cells＝7 B cells＝5 C cells＝4 Vmax％＝64.1 A＝4.1 B＝98.2 C＝259.7A cells＝7 B cells＝5 C cells＝5 Vmax％＝69.5 A＝0.0 B＝105.6 C＝254.4A cells＝7 B cells＝6 C cells＝1 Vmax％＝47.9 A＝22.1 B＝83.0 C＝317.0A cells＝7 B cells＝6 C cells＝2 Vmax％＝57.6 A＝16.6 B＝92.0 C＝264.0A cells＝7 B cells＝6 C cells＝3 Vmax％＝63.7 A＝12.6 B＝97.8 C＝254.2A cells＝7 B cells＝6 C cells＝4 Vmax％＝69.2 A＝8.6 B＝103.3 C＝249.8A cells＝7 B cells＝6 C cells＝5 Vmax％＝74.3 A＝4.4 B＝108.8 C＝247.3A cells＝7 B cells＝6 C cells＝6 Vmax％＝78.9 A＝0.0 B＝114.3 C＝245.7A cells＝7 B cells＝7 C cells＝0 Vmax％＝50.5 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝7 B cells＝7 C cells＝1 Vmax％＝56.6 A＝25.9 B＝94.1 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝2 Vmax％＝62.5 A＝21.8 B＝98.2 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝3 Vmax％＝68.1 A＝17.6 B＝102.4 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝4 Vmax％＝73.4 A＝13.4 B＝106.6 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝5 Vmax％＝78.4 A＝9.1 B＝110.9 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝6 Vmax％＝83.1 A＝4.6 B＝115.4 C＝240.0A cells＝7 B cells＝7 C cells＝7 Vmax％＝87.5 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0A cells＝8 B cells＝4 C cells＝4 Vmax％＝50.0 A＝0.0 B＝60.0 C＝300.0A cells＝8 B cells＝5 C cells＝3 Vmax％＝50.7 A＝8.2 B＝68.4 C＝307.8A cells＝8 B cells＝5 C cells＝4 Vmax％＝64.9 A＝3.6 B＝87.7 C＝272.8A cells＝8 B cells＝6 C cells＝2 Vmax％＝52.1 A＝16.1 B＝76.2 C＝315.8A cells＝8 B cells＝6 C cells＝3 Vmax％＝64.9 A＝10.8 B＝89.4 C＝271.2A cells＝8 B cells＝6 C cells＝4 Vmax％＝71.5 A＝ 7.2 B＝96.2 C＝260.7A cells＝8 B cells＝6 C cells＝5 Vmax％＝77.2 A＝ 3.7 B＝102.3 C＝255.2A cells＝8 B cells＝6 C cells＝6 Vmax％＝82.3 A＝ 0.0 B＝108.2 C＝251.8A cells＝8 B cells＝7 C cells＝1 Vmax％＝55.4 A＝23.1 B＝84.2 C＝315.3A cells＝8 B cells＝7 C cells＝2 Vmax％＝64.9 A＝18.2 B＝91.5 C＝264.7A cells＝8 B cells＝7 C cells＝3 Vmax％＝71.1 A＝14.7 B＝96.5 C＝254.7A cells＝8 B cells＝7 C cells＝4 Vmax％＝76.7 A＝11.2 B＝101.2 C＝250.2A cells＝8 B cells＝7 C cells＝5 Vmax％＝82.0 A＝7.6 B＝105.8 C＝247.6A cells＝8 B cells＝7 C cells＝6 Vmax％＝86.9 A＝3.9 B＝110.4 C＝246.0A cells＝8 B cells＝7 C cells＝7 Vmax％＝91.5 A＝0.0 B＝115.2 C＝244.9A cells＝8 B cells＝8 C cells＝0 Vmax％＝57.7 A＝30.0 B＝90.0 C＝272.3A cells＝8 B cells＝8 C cells＝2 Vmax％＝69.8 A＝22.8 B＝97.2 C＝240.0A cells＝8 B cells＝8 C cells＝3 Vmax％＝75.5 A＝19.2 B＝100.8 C＝240.0A cells＝8 B cells＝8 C cells＝4 Vmax％＝80.9 A＝15.5 B＝104.5 C＝240.0A cells＝8 B cells＝8 C cells＝5 Vmax％＝86.1 A＝11.8 B＝108.2 C＝240.0A cells＝8 B cells＝8 C cells＝6 Vmax％＝91.0 A＝8.0 B＝112.0 C＝240.0A cells＝8 B cells＝8 C cells＝7 Vmax％＝95.7 A＝4.1 B＝115.9 C＝240.0A cells＝8 B cells＝8 C cells＝8 Vmax％＝100.0 A＝0.0 B＝120.0 C＝240.0
表1-7中給定的角度給出了最佳的結(jié)果，但是這種角度的計(jì)算是很困難的，特別是在所有三相中的有效單元數(shù)量都不同的情況下。然而，采用本發(fā)明的其他技術(shù)則不需要計(jì)算這些角度?？梢詫?duì)現(xiàn)存的控制器結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，用來執(zhí)行平衡的旁路控制，其效果與表1-7幾乎一樣。每個(gè)支路中單個(gè)單元的輸出電壓是通過脈寬調(diào)制來控制的。這種調(diào)制是按照圖1c所示通過將每一相或是支路的指令波形與一組三角載波波形相比較而完成的。載波波形按照各單元指定的開關(guān)頻率振蕩。為了消除單元之間的諧波，這些載波波形具有各種相位角。指令波形直接依賴于從點(diǎn)N到點(diǎn)A，B和C也就是各個(gè)支路A，B和C需要輸出的電壓。在用單元陣列來驅(qū)動(dòng)一個(gè)諸如電動(dòng)機(jī)的負(fù)載時(shí)，需要的線間輸出電壓通常是一種正弦波。然而，如果采用正弦波指令信號(hào)，最大有效輸出電壓就會(huì)被限制在正弦波幅值等于載波幅值的數(shù)值上。對(duì)于三相正弦波來說，當(dāng)一相達(dá)到最高電壓時(shí)，其他兩相僅能達(dá)到反極性最高電壓的一半。這樣的容量是不能接受的。為了改進(jìn)最高電壓限制，通常是采用圖6所示的控制方法。在圖6的框圖中對(duì)原始正弦波指令VA*，VB*，VC*進(jìn)行處理。然后將處理結(jié)果的輸出傳送給脈寬調(diào)制器。
如圖6(現(xiàn)有技術(shù))所示，標(biāo)為SELECT MAXIMUM的框產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，它在任何時(shí)候都等于三個(gè)電壓指令中最正的一個(gè)。標(biāo)為SELECT MINIMUM的一個(gè)類似的框產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，它在任何時(shí)候都等于三個(gè)電壓指令中最負(fù)的一個(gè)。將這兩個(gè)信號(hào)相加，并且將和除以2。然后從每個(gè)原始電壓指令中減去所得的信號(hào)，產(chǎn)生新的一組電壓指令，然后將其傳送給脈寬調(diào)制器。傳送給PWM控制器的修改的電壓指令EA*，EB*和EC*是一種降低了峰值的指令。例如，如果最正電壓指令的幅值等于最負(fù)電壓指令的幅值，輸出之和就是零。然而，如果最正電壓指令的幅值大于最負(fù)電壓指令的幅值，輸出之和就會(huì)是正值。如果從所有三個(gè)指令中減去這一差值的一半，所得的新的指令組EA*，EB*和EC*就會(huì)具有大小相等的最正和最負(fù)值。如圖6所示，降低峰值電壓的方法是從所有三個(gè)指令中減去相同的信號(hào)。這一信號(hào)被稱為“公共模式信號(hào)”。相減結(jié)果的極性總是讓具有最高幅值的指令降低，而其他一或兩個(gè)指令的幅值增大。實(shí)際上是讓具有最大容量的各相“幫助”負(fù)擔(dān)最大的一相。對(duì)于正弦波的情況，這種方法可以使有效的線間電壓提高20％。本發(fā)明還可以用一種簡單的方式將故障的單元旁路。
圖6的降低幅值電壓的方法經(jīng)過修改還還可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的新的旁路方法。在圖7中表示了一種簡單的修改。對(duì)圖6的唯一的變更是對(duì)正弦輸入指令VA*，VB*和VC*引入了可調(diào)整的增益KA，KB和KC。如果沒有單元被旁路，這些新的增益就是一。因此，它們對(duì)輸出值EA*，EB*和EC*沒有影響。然而，如果有一或多個(gè)單元被旁路，對(duì)于有效單元數(shù)量已經(jīng)減少了的任何一相來說，這些增益的值就按照正常單元數(shù)除以實(shí)際的無故障單元數(shù)的比例增大。其結(jié)果是將指令增大到為了維持原始輸出電壓而所需的剩余單元的量。用增益功能框KA，KB和KC完成這種功能。由于這一新的指令比單元損失較少或是沒有損失的其他相的指令要大，就產(chǎn)生一個(gè)公共模式信號(hào)，減少剩余單元的負(fù)擔(dān)，并且讓其他相的單元“幫助”具有故障單元的支路或是相位提供電壓。
圖8，9和10表示圖7產(chǎn)生的波形，分別有零個(gè)，兩個(gè)和四個(gè)單元被旁路。如圖8所示，由于沒有故障的單元，各個(gè)支路的增益KA，KB和KC都等于一。在圖7中標(biāo)有VA*，VB*和VC*的信號(hào)是控制器的其他部分發(fā)出的平衡的正弦電壓指令。分別將這些信號(hào)乘以增益KA，KB和KC而產(chǎn)生信號(hào)UA*，UB*和UC*。圖8表示的情況是在圖2中沒有單元被旁路(因此，KA＝1，kB＝1，KC＝1)；因此，在圖8a中，UA*，UB*和UC*也是平衡的正弦電壓。在UB*達(dá)到其正向峰值的瞬時(shí)，UA*和UC*都是負(fù)值，但是僅有UB*幅值的一半。圖8b表示來自SELECT MAXIMUM框的信號(hào)UMAX，以及來自SELECT MINIMUM框的信號(hào)UMIN。在圖8b中為了清楚而僅僅表示了UB*；UA*和UC*都被省略了。顯然，信號(hào)UA*，UB*或是UC*當(dāng)中的UMAX是最正的，而信號(hào)UA*，UB*或是UC*當(dāng)中的UMIN是最負(fù)的。圖8c與圖8b相同，只是增加了信號(hào)UCOM。UCOM是信號(hào)UMAX和UMIN相加后除以2獲得的結(jié)果。UCOM是需要從三個(gè)信號(hào)UA*，UB*和UC*當(dāng)中減去的公共模式信號(hào)。圖8d表示了相減的結(jié)果，其中的EA*＝UA*-UCOM，EB*＝UB*-UCOM，EC*＝UC*-UCOM。這三個(gè)信號(hào)的峰值小于UB*(或是小于沒有示出的UA*或UC*)。在UB*達(dá)到其正向峰值的瞬時(shí)，EB*的正值比較??；而EA*和EC*在此時(shí)都是幅值等于EB*的負(fù)值。在使用EA*，EB*和EC*來控制單元的PWM調(diào)制時(shí)；在這一瞬時(shí)的效果是通過增大A相和C相單元的幅值而降低B相的峰值電壓。
然而，在圖9中，單元B4和B5已經(jīng)被旁路。圖9的波形對(duì)應(yīng)著單元B4和B5已經(jīng)被旁路時(shí)圖7的輸出。在B相的兩個(gè)單元被旁路(圖3)的情況下，圖9表示的信號(hào)與圖8相同。信號(hào)VA*，VB*和VC*奶然是平衡的，但是增益KB已經(jīng)被增大到等于正常單元數(shù)除以剩下的沒有被旁路的單元數(shù)的比例，也就是5/3＝1.67。其他的增益不受影響，因此，KA＝1，KB＝1.67，KC＝1。因此，圖9a中的UA*和UC*是平衡的正弦電壓，但是UB*比較大。圖9b表示在這種狀態(tài)下(為了清楚而省去了UA*和UC*)來自SELECT MAXIMUM框的信號(hào)UMAX和來自SELECTMINIMUM框的UMIN。圖9c與圖9b相同，只是增加了信號(hào)UCOM。由于不平衡，此時(shí)的UCOM包含明顯的UB*信號(hào)分量。圖9d表示從UA*，UB*和UC*中減去UCOM后獲得的EA*，EB*和EC*的結(jié)果。注意到這三個(gè)信號(hào)的峰值比UB*低，并且在各自周期內(nèi)的不同時(shí)刻具有相同的峰值。在UB*達(dá)到其正的峰值時(shí)，EB*具有明顯降低的正值；而EA*和EC*是幅值與EB*相同的負(fù)值。在使用EA*，EB*和EC*來控制單元的PWM調(diào)制時(shí)；即使是B相的五個(gè)單元損失了兩個(gè)，仍可以達(dá)到使剩下的所有單元產(chǎn)生相同峰值電壓的效果。如果驅(qū)動(dòng)器輸出電壓逐漸增加，所有13個(gè)剩下的單元就會(huì)同時(shí)達(dá)到其電壓限制。在所有十五個(gè)單元都能工作時(shí)，電壓限制出現(xiàn)在有效電壓的大約85％。然而，如果每個(gè)支路中已經(jīng)有兩個(gè)單元被旁路(如圖4所示)，最高有效電壓就只能達(dá)到60％。
在圖5中表示了這種旁路結(jié)構(gòu)的電源電路的電源圖形。因此，在本例中，支路B中有兩個(gè)單元被旁路，常數(shù)KA從先前的數(shù)值1增大到當(dāng)前值1.67。該值可以用以下的公式來計(jì)算
支路中的單元總數(shù)包括那些被旁路的和沒有被旁路的單元。如本例中所示，KA＝5/3或是1.67。
圖10表示來自圖7的波形，將指令EA*，EB*和EC*輸出到脈寬調(diào)制控制器。在本例中，單元A2，A3，A4和A5已經(jīng)被旁路了。圖10是在A相的四個(gè)單元被旁路的情況下表示與圖8相同的信號(hào)。信號(hào)VA*，VB*和VC*仍然是平衡的，但是增益KB已經(jīng)被增大到等于正常單元數(shù)除以剩下的沒有被旁路的單元數(shù)之后的比例，也就是5/1＝5。其他的增益不受影響，因此，KA＝5，KB＝1，KC＝1。因此，圖10a中的UB*和UC*是平衡的正弦電壓，但是UA*要大得多。圖10b表示在這種狀態(tài)下(為了清楚而省去了UB*和UC*)來自SELECT MAXIMUM框的信號(hào)UMAX和來自SELECT MINIMUM框的UMIN。圖10c與圖10b相同，只是增加了信號(hào)UCOM。由于不平衡，此時(shí)的UCOM包含明顯的UA*信號(hào)分量。圖10d表示從UA*，UB*和UC*中減去UCOM后獲得的EA*，EB*和EC*的結(jié)果。注意到這三個(gè)信號(hào)的峰值比UAB*低，并且在各自周期內(nèi)的不同時(shí)刻具有相同的峰值。在UA*達(dá)到其正的峰值時(shí)，UA*具有明顯降低的正值；而EB*和EC*是幅值與EA*相同的負(fù)值。在使用EA*，EB*和EC*來控制單元的PWM調(diào)制時(shí)；即使是A相的五個(gè)單元損失了四個(gè)，仍可以達(dá)到使剩下的所有單元產(chǎn)生相同峰值電壓的效果。如果驅(qū)動(dòng)器輸出電壓逐漸增加，所有11個(gè)剩下的單元就會(huì)同時(shí)達(dá)到其電壓限制。在所有十五個(gè)單元都能工作時(shí)，電壓限制出現(xiàn)在有效電壓的大約67％。然而，如果每個(gè)支路中已經(jīng)有四個(gè)單元被旁路(如圖4所示)，最高有效電壓就只能達(dá)到20％。
這樣就會(huì)向圖7輸入新的增益常數(shù)。這些新的常數(shù)是KA＝5，KB＝1，KC＝1。如上文所述，由于支路B或是支路C中沒有故障，其常數(shù)是一。這是通過用每個(gè)支路中的單元總數(shù)除以沒有被旁路的工作單元的數(shù)量而獲得的。對(duì)于支路B和C來說，增益值是5/5。然而，由于支路A中的單元A2，A3，A4和A5被旁路了，KA的值等于5；也就是支路中的單元總數(shù)除以能夠工作的單元數(shù)1。其結(jié)果是常數(shù)KA＝5。改變這些值KA，KB和KC就可以讓圖1的電路在一個(gè)支路中有四個(gè)單元發(fā)生故障的情況下繼續(xù)工作，并且仍然在電動(dòng)機(jī)端子A，B，C上維持平衡的輸出電壓。73％的工作單元或是轉(zhuǎn)換器也就是A1，B1-5和C1-5仍然可以向電動(dòng)機(jī)供電。在這種工作狀態(tài)下，如果采用在實(shí)際上短路或是旁路同等數(shù)量工作單元的方式，電動(dòng)機(jī)端子之間的最高輸出電壓就只能達(dá)到20％。然而，如果采用本發(fā)明，在單個(gè)支路中具有四個(gè)故障單元的系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)端子之間的輸出電壓可以達(dá)到67％。
圖11表示可以用來提供修改的脈寬調(diào)制信號(hào)EA*，EB*，和EC*的電路圖。通過代表著單元故障常數(shù)KA，KB，KC的增益控制器81-83來提供輸入VA”，VB”和VC”。選擇最小-選擇最大電路通過二極管84，86和88組成的二極管橋式電路提供選擇的最大值。同樣，用二極管85，87和89向選擇最小的功能提供電壓。分壓電路利用電阻94和95提供除以2的功能。然后將除以2的電壓和各自的經(jīng)過修改的控制信號(hào)值一同提供給加法器90，91和92。
圖7或11的方法與使用表1-7計(jì)算角度所獲得的輸出電壓基本上是相同的，但是產(chǎn)生的信號(hào)畸變比較小，通常是可以接受的。由于圖7的方法比較簡單，不需要反饋環(huán)，在某些情況下可能是最佳的方案。
圖12表示用來降低峰值電壓指令的另一種控制方式的框圖，也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的新技術(shù)，它要比圖7更加復(fù)雜，但是效果比較好。該方法需要有一個(gè)帶積分的內(nèi)部反饋環(huán)，但是避免了圖7的畸變，并且所獲得的輸出電壓更加接近用表7的角度計(jì)算出的結(jié)果。
圖7與圖12之間在原理上的區(qū)別是在采用可調(diào)節(jié)增益KA，KB和KC之前從正弦指令VA*，VB*和VC*中減去公共模式信號(hào)UCOM。在加法器201，202和203中完成減法運(yùn)算，在框204，205和206中提供增益。和圖7一樣，框207 SELECTMAXIMUM產(chǎn)生的信號(hào)UMAX等于最正的輸入信號(hào)，但是這些輸入信號(hào)是輸出UA*，UB*和UC*。同樣，框208 SELECT MINIMUM產(chǎn)生的信號(hào)UMIN等于最負(fù)的輸入信號(hào)，但是這些輸入信號(hào)也是輸出UA*，UB*和UC*。
信號(hào)UMAX和UMIN在加法器209中相加，并且在框210中除以2。在框210中還要將信號(hào)除以Kmax，它等于三個(gè)增益KA，KB或是KC當(dāng)中的最大值。為了在具有采樣的數(shù)字方式下穩(wěn)定的要求而需要除以Kmax，但是在模擬方式下沒有必要。在功能框211中對(duì)框210的輸出相對(duì)于時(shí)間積分，從中產(chǎn)生信號(hào)UCOM。
在按照圖12的方法工作時(shí)，假設(shè)最正的信號(hào)UMAX超過了最負(fù)信號(hào)UMIN的幅值；因此，從框209輸出一個(gè)小的正殘余，通過增益框210驅(qū)動(dòng)積分器211。這樣就會(huì)使積分器輸出的UCOM在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)變得更正。如果在框201，202和203中從VA*，VB*和VC*中減去更正的信號(hào)UCOM，就會(huì)使信號(hào)UA*，UB*和UC*變得更負(fù)。這一過程一直持續(xù)到UMAX和UMIN彼此相等且極性相反，從而使合成的輸出209變成零。按照要求，最正和最負(fù)的信號(hào)在此時(shí)彼此相等且極性相反。
圖12的方法稍稍優(yōu)于圖7，因?yàn)樗粫?huì)出現(xiàn)畸變，并且輸出電壓比較高。然而，由于采用了帶有積分器的反饋路徑而比較復(fù)雜。反饋是必要的，因?yàn)楣材Ｊ叫盘?hào)UCOM是在使用該信號(hào)的那一點(diǎn)的下游產(chǎn)生的。因此，在許多情況下還是采用圖7的方法為好。
盡管上文中說明了利用諸如圖1D所示的旁路功能的各種實(shí)施例，仍可以采用其他結(jié)構(gòu)來變換各個(gè)工作單元的輸出。圖13表示了一個(gè)這樣的變換開關(guān)。在該圖中示意性地表示了一個(gè)可以通過開關(guān)臂303連接到輸出304的一個(gè)正常的輸入301。在另一個(gè)位置上，303可以將輸出304連接到另一個(gè)輸入302。這一SPDT開關(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)電氣領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。如圖所示，開關(guān)臂33是用一個(gè)通過管子36來操作的流體操作活塞305來驅(qū)動(dòng)的。在最佳的實(shí)施例中，流體可以是空氣，而管子306是塑性的不導(dǎo)電材料。這種材料是容易獲得的。308表示一個(gè)加壓氣源。它可以是一個(gè)收集容器，壓縮機(jī)，或者是其他的加壓流體源。電動(dòng)的電磁閥307可以使開關(guān)臂303移動(dòng)。在這種結(jié)構(gòu)中用一個(gè)變換開關(guān)來代替圖1d中的旁路接觸器。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一就是可以在高壓連接區(qū)域旁邊安裝機(jī)械接觸器，并且用不導(dǎo)電的管子306來保持電氣絕緣，因此，所有高電壓都被限制在高壓區(qū)域內(nèi)。電動(dòng)的電磁閥307是一個(gè)雙位置閥門，在一個(gè)位置上將來自308的流體通到活塞305，在另一個(gè)位置上將來自工作活塞305的流體排放到大氣中并且關(guān)閉氣源308。
在有些單元發(fā)生故障時(shí)用一個(gè)單極雙擲變換開關(guān)完成驅(qū)動(dòng)的連續(xù)性。另外，使用單極雙擲變換開關(guān)可以省掉在單擲旁路方案中需要的旁路熔斷器。即使是在主IGBT的故障阻斷了來自母線的電壓時(shí)，在必須起動(dòng)單元旁路時(shí)有可能需要這種熔斷器。在SPDT的實(shí)施例中，“先斷后通”的動(dòng)作排除了旁路一個(gè)故障橋的可能性，因而就可以阻止導(dǎo)電等離子流的形成，否則會(huì)導(dǎo)致來自故障單元的總能量在熔斷器或是故障的IGBT上放電。這種情況有可能造成其他電源電路的故障。
圖14表示采用彈簧負(fù)荷觸點(diǎn)的一個(gè)變換開關(guān)。在這種情況下將一個(gè)氣動(dòng)的行程釋放裝置311連接到屏蔽板312上。一個(gè)不導(dǎo)電的行程桿313將行程釋放機(jī)構(gòu)連接到釋放桿318上。開關(guān)臂318按照單極雙擲方式在正常輸出電源316和317之間變換。彈簧315將控制臂偏置到兩個(gè)位置之一上。在本實(shí)施例中，彈簧315被向下推到開關(guān)臂318上。然而，開關(guān)臂318向下的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到行程桿314的限制。在這一位置上，318的電路被連接到正常電源316。行程釋放裝置也可以是氣動(dòng)的，類似于圖13所示的情況。當(dāng)行程釋放裝置被驅(qū)動(dòng)時(shí)，318的閉鎖機(jī)構(gòu)與314分離。這樣就可以移動(dòng)開關(guān)臂318，使其在電路上連接到另一個(gè)電源317。圖示的裝置采用了安裝在屏蔽板312旁邊的行程釋放裝置，行程釋放裝置311也可以安裝在靠近高壓變換開關(guān)機(jī)構(gòu)的位置上。在這種情況下就可以使用塑料管道并且通過遠(yuǎn)程操作圖13的電動(dòng)電磁閥來控制變換開關(guān)。在圖14中還表示了一個(gè)輔助觸點(diǎn)310。輔助觸點(diǎn)是可以被用來通過電路確定變換開關(guān)是否已經(jīng)動(dòng)作。圖14的變換開關(guān)是通過一個(gè)電信號(hào)用電驅(qū)動(dòng)設(shè)備來釋放的，可以用信號(hào)直接或是通過氣動(dòng)的線路來操作行程釋放裝置311。311例如可以是一個(gè)流體操作活塞。當(dāng)裝置的動(dòng)作從其正常電源位置移動(dòng)到另一電源的位置時(shí)，變換開關(guān)會(huì)保持在這一位置，直到開關(guān)臂318的機(jī)械動(dòng)作使得閉鎖和桿314，318重新嚙合。在正常狀態(tài)下，變換和復(fù)位操作都是在零電流狀態(tài)下完成的。圖14的變換開關(guān)是一個(gè)彈簧操作的釋放裝置，也可以在SPDT開關(guān)裝置的兩極之間用機(jī)械或是氣動(dòng)的方式操作這種變換開關(guān)。
圖15表示有三個(gè)單元A1，A2和A3在正常狀態(tài)下串聯(lián)工作。正常的輸入324例如是一種WYE結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)。在運(yùn)行過程中，任何一個(gè)單元A1，A2，A3都可能發(fā)生故障，操作適當(dāng)?shù)淖儞Q開關(guān)321，322或是323首先從電路中切斷故障的功率單元。當(dāng)變換開關(guān)321，322和323各自的開關(guān)臂移動(dòng)到其他位置時(shí)，就形成了剩余的工作單元之間的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
盡管在上文中已經(jīng)說明了采用降低峰值電壓的技術(shù)的一些用途，在其他實(shí)施例中顯然也可以利用本發(fā)明中不采用“降低峰值電壓的方法”來平衡各相之間的輸出電壓，例如可以使用表1-7的角度。另外，雖然本文中的一些電路是用模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，顯然也可以用適當(dāng)?shù)能浖绦騺韺?shí)現(xiàn)本發(fā)明?？梢杂脭?shù)字方法便利地替代本文的電路。另外，盡管說明書中使用的例子采用了脈寬調(diào)制技術(shù)，其他的控制技術(shù)顯然也可以等效地用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
盡管本發(fā)明是參照具體的實(shí)施例來說明的，其他人在本發(fā)明的權(quán)利要求書所覆蓋的范圍內(nèi)顯然還可以提出其他的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種操作多相電源的方法，電源的多個(gè)支路中各自具有串聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，每個(gè)上述支路被連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)和各自的線路之間，在這一電源的成對(duì)的上述支路之間具有線間的電壓輸出，其特征是包括(a)檢測任何上述支路中的故障單元；(b)在每個(gè)上述故障單元周圍提供旁路，在任何具有至少一個(gè)故障單元的上述支路中形成一個(gè)電流通路；以及(c)控制上述電源的支路中的單元，使上述線間電壓輸出變成最大，并且保持所有線間電壓輸出的幅值大體上相等。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括維持線間的相位大體上平衡。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括通過調(diào)整支路間的相位關(guān)系而維持線間電壓的幅值大體上相等。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括在支路之間降低需要的峰值電壓。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括產(chǎn)生用來降低峰值電壓的電壓指令，并且在檢測到至少一個(gè)故障單元時(shí)修改上述指令。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括用一個(gè)指令信號(hào)對(duì)上述轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行脈寬調(diào)制。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括在具有至少一個(gè)故障單元的支路中增大每個(gè)沒有被旁路的上述轉(zhuǎn)換器單元的指令信號(hào)。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征是對(duì)上述指令信號(hào)的上述增大量大體上等于上述支路中的單元總數(shù)與上述支路中沒有被旁路的單元數(shù)量的比值。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在每個(gè)具有至少一個(gè)故障單元的上述支路中，在沒有被旁路的單元的一部分周期期間，上述控制進(jìn)一步包括增大輸出的幅值。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在每個(gè)沒有故障單元的上述支路中，在沒有被旁路的單元的一部分周期期間，上述控制進(jìn)一步包括增大輸出的幅值。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征是，在每個(gè)具有至少一個(gè)故障單元的上述支路中，在沒有被旁路的單元的一部分周期期間，上述控制進(jìn)一步包括增大輸出的幅值。
12.按照權(quán)利要求3的方法，其特征是對(duì)支路到支路的相位角進(jìn)行的上述調(diào)整是根據(jù)基于每個(gè)上述支路中的故障單元數(shù)的預(yù)定角度進(jìn)行的。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其特征是上述預(yù)定角度是從數(shù)值表中獲得的。
14.按照權(quán)利要求3的方法，其特征是上述調(diào)整中包括計(jì)算支路到支路的相位角，從而產(chǎn)生大體上平衡的線間電壓。
15.按照權(quán)利要求5的方法，其特征是上述修改進(jìn)一步包括將上述指令的數(shù)值增加大體上等于一個(gè)上述支路中的單元總數(shù)與上述一個(gè)支路中沒有被旁路的單元數(shù)量的比值。
16.一種操作多相電源的方法，電源的多個(gè)支路中各自具有串聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，每個(gè)上述支路被連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)和各自的線路之間，在這一電源的成對(duì)上述支路之間具有線間的電壓輸出，其特征是包括(a)檢測任何上述支路中的故障單元；(b)為每個(gè)上述故障單元的輸入和輸出的至少一個(gè)提供一個(gè)變換器，在任何具有至少一個(gè)故障單元的上述支路中形成一個(gè)電流通路；以及(c)控制上述電源的支路中的單元，使上述線間電壓輸出變成最大，并且保持所有線間電壓輸出的幅值大體上相等。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括維持線間的相位大體上平衡。
18.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括通過調(diào)整支路間的相位關(guān)系而維持線間電壓的幅值大體上相等。
19.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括在支路之間降低需要的峰值電壓。
20.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括產(chǎn)生用來降低峰值電壓的電壓指令，并且在檢測到至少一個(gè)故障單元時(shí)修改上述指令。
21.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括用一個(gè)指令信號(hào)對(duì)上述轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行脈寬調(diào)制。
22.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是進(jìn)一步包括在具有至少一個(gè)故障單元的支路中增大每個(gè)沒有被旁路的上述轉(zhuǎn)換器單元的指令信號(hào)。
23.按照權(quán)利要求22的方法，其特征是對(duì)上述指令信號(hào)的上述增大量大體上等于上述支路中的單元總數(shù)與上述支路中沒有被旁路的單元數(shù)量的比值。
24.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是，在每個(gè)具有至少一個(gè)故障單元的上述支路中，在沒有被旁路的單元的一部分周期期間，上述控制進(jìn)一步包括增大輸出的幅值。
25.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是，在每個(gè)沒有故障單元的上述支路中，在沒有被旁路的單元的一部分周期期間，上述控制進(jìn)一步包括增大輸出的幅值。
26.按照權(quán)利要求25的方法，其特征是，在每個(gè)具有至少一個(gè)故障單元的上述支路中，在沒有被旁路的單元的一部分周期期間，上述控制進(jìn)一步包括增大輸出的幅值。
27.按照權(quán)利要求18的方法，其特征是對(duì)支路到支路的相位角進(jìn)行的上述調(diào)整是根據(jù)基于每個(gè)上述支路中的故障單元數(shù)的預(yù)定角度進(jìn)行的。
28.按照權(quán)利要求27的方法，其特征是上述預(yù)定角度是從數(shù)值表中獲得的。
29.按照權(quán)利要求18的方法，其特征是上述調(diào)整中包括計(jì)算支路到支路的相位角，從而產(chǎn)生大體上平衡的線間電壓。
30.按照權(quán)利要求20的方法，其特征是上述修改進(jìn)一步包括將上述指令的數(shù)值增加大體上等于一個(gè)上述支路中的單元總數(shù)與上述一個(gè)支路中沒有被旁路的單元數(shù)的比值的量。
31.按照權(quán)利要求16的方法，其特征是上述變換器是氣動(dòng)操作的。
32.按照權(quán)利要求31的方法，其特征是上述變換器是通過操作一個(gè)SPDT變換開關(guān)來工作的。
33.按照權(quán)利要求32的方法，其特征是上述變換器開關(guān)的上述操作是通過位于上述SPDT開關(guān)觸點(diǎn)遠(yuǎn)方的加壓流體源和一條氣動(dòng)連接的不導(dǎo)電的導(dǎo)管來執(zhí)行的。
34.按照權(quán)利要求33的方法，其特征是上述加壓流體源是用一個(gè)電信號(hào)起動(dòng)的。
35.按照權(quán)利要求34的方法，其特征是進(jìn)一步包括用一個(gè)電驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)產(chǎn)生上述的源。
36.具有線間電壓輸出的一種多相電源，其特征是包括(a)多個(gè)支路的每一個(gè)具有串聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，每個(gè)支路被連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)和各自的線路之間；(b)用來控制每個(gè)上述支路的輸出電壓的控制器，在成對(duì)的上述支路之間提供上述線間的電壓；(c)用上述控制器檢測任何上述支路中的故障單元，并且相應(yīng)地從上述串聯(lián)結(jié)構(gòu)中去掉上述故障單元；(d)用上述控制器控制上述單元的輸出，使上述線間的電壓輸出達(dá)到最大，并且保持所有線間電壓輸出的幅值大體上相等。
37.按照權(quán)利要求36的多相電源，其特征是上述控制器通過控制工作單元的輸出來保持線間的相位大體上平衡。
38.按照權(quán)利要求36的多相電源，其特征是上述控制器通過調(diào)整支路間的相位關(guān)系而保持線間電壓的幅值大體上相等。
39.按照權(quán)利要求36的多相電源，其特征是用上述控制器操作上述單元降低其峰值電壓要求。
40.按照權(quán)利要求39的多相電源，其特征是進(jìn)一步包括用上述控制器產(chǎn)生用來降低峰值電壓的電壓指令，并且根據(jù)檢測到的至少一個(gè)故障單元相應(yīng)地修改這種指令。
41.按照權(quán)利要求36的多相電源，其特征是上述控制器根據(jù)每個(gè)上述支路中故障單元的數(shù)量按照一個(gè)預(yù)定角度的表來調(diào)整支路間的相位角。
42.按照權(quán)利要求36的多相電源，其特征是，在沒有故障單元的每個(gè)上述支路的工作單元的一部分周期中，用上述控制器增大單元輸出的幅值。
43.按照權(quán)利要求36的多相電源，其特征是上述控制器操作一個(gè)旁路裝置，從上述串聯(lián)結(jié)構(gòu)中去掉上述故障單元。
44.按照權(quán)利要求36的多相電源，其特征是上述控制器操作一個(gè)變換開關(guān)，從上述串聯(lián)結(jié)構(gòu)中去掉上述故障單元。
45.按照權(quán)利要求44的多相電源，其特征是上述變換開關(guān)是用流體操作的。
46.按照權(quán)利要求45的多相電源，其特征是上述變換開關(guān)是通過一個(gè)遠(yuǎn)離靠近上述變換開關(guān)的高電壓的一個(gè)流體源氣動(dòng)操作的。
47.按照權(quán)利要求45的多相電源，其特征是上述流體源包括一個(gè)壓縮機(jī)，通過一個(gè)不導(dǎo)電的管道將氣動(dòng)壓力傳送給上述變換開關(guān)。
48.在一個(gè)多相電源的輸出端用來連接多個(gè)單元的一種變換開關(guān)，上述變換開關(guān)包括(a)具有一個(gè)可動(dòng)開關(guān)臂的一個(gè)雙極單擲開關(guān)組件；(b)一個(gè)動(dòng)力部件，強(qiáng)迫上述開關(guān)臂進(jìn)入第一開關(guān)位置；(c)一個(gè)閉鎖部件，將上述開關(guān)臂保持在第二開關(guān)位置；以及(d)一個(gè)氣動(dòng)操作的閉鎖釋放器，在上述開關(guān)臂處在上述第二位置時(shí)用氣動(dòng)的流體起動(dòng)上述變換開關(guān)將上述閉鎖釋放，并且允許上述動(dòng)力部件將上述開關(guān)臂變換到上述第一位置。
49.按照權(quán)利要求48的變換開關(guān)，其特征是進(jìn)一步包括(e)遠(yuǎn)離上述開關(guān)組件的一個(gè)加壓流體源；以及(f)用一個(gè)不導(dǎo)電材料制成的管道將上述加壓流體源連接到上述閉鎖釋放器。
50.按照權(quán)利要求49的變換開關(guān)，其特征是進(jìn)一步包括(g)用于人工移動(dòng)上述開關(guān)臂的裝置，抵抗上述動(dòng)力部件的力，使上述開關(guān)臂從上述第一位置移動(dòng)到上述第二位置。
全文摘要
在每個(gè)支路中具有多個(gè)單元的電源中保持一個(gè)高輸出電平。旁路任何支路中出故障的單元,提供通過各個(gè)支路的電流通路。在保持各相間幅值相等和線間輸出電壓的平衡相位關(guān)系的同時(shí)使用所有的無故障單元。本發(fā)明可以和用來降低峰值電壓的電路和一個(gè)旁路開關(guān)協(xié)同工作。
文檔編號(hào)H02M1/00GK1244745SQ9910971
公開日2000年2月16日 申請日期1999年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月21日
發(fā)明者皮特·W·哈蒙德, 馬克R·艾耶羅 申請人:羅比康公司