較小電容的多電平變速驅動器及其控制方法
2023-06-10 08:40:51
專利名稱：較小電容的多電平變速驅動器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種多電平變速驅動器及其控制方法，更具體地說，涉及一種利用較小電容(C-Iess)驅動器應用的「飛跨電容」的多電平變速驅動器及其控制方法。
背景技術：
由於變速驅動器的開關特性構成了一個非線性負載，所帶來的諧波幹擾越來越不容忽視，尤其是在大功率的調速系統中。變速驅動器幹擾主要有變速驅動器中普遍採用的諸如整流二極體的非線性整流器件，將會對電源產生諧波幹擾，引起電源電流畸變(總電流畸變率用THDi表示)，影響供電質量；其次，變速驅動器輸出部分的高頻開關器件在換向時將在輸出端產生較強高頻電磁輻射幹擾。諧波會使掛在同一電源的電機、變壓器和電容等用電設備損耗增大，嚴重時會過熱或燒毀設備。在
圖1中示出了現有技術的變速驅動器的標準驅動器電路圖。它包括由整流器構成的輸入級、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、以及由逆變器構成的輸出級。其中大型扼流線圈(Big choke) L保護驅動器的輸入橋，用於減少驅動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-電平逆變器不適用於長距離應用。圖2示出了現有技術的C-Iess驅動器電路圖，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的變速驅動器包括由整流器構成的輸入級、包含直流鏈路電容器C的直流鏈路部分、以及由逆變器構成的輸出級。其中，直流鏈路電容器值比圖1所示的標準AC驅動電容器值小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。由於逆變器的開關頻率導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並且THDi大約為30%。無附加輸出濾波器的2-電平逆變器不適用於長距離應用。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
權利要求
1.一種具有較小電容的多電平變速驅動器，包括二極體整流器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)，其與二極體整流器(2)的輸出以及飛跨電容逆變器⑷的輸入相連；以及調製器(7)，用於輸出控制信號到飛跨電容逆變器(4)的多個功率單元(5)，以控制多個功率單元(5)的導通和截止，其中，當所述驅動器停止時，調製器(7)輸出第一控制信號以將第一至第三電容器 (Cbl、Cb2、Cb3)與第四電容器(Ca)解耦。
2.如權利要求1所述的多電平變速驅動器，還包括電源(1)，用於向所述多電平變速驅動器供電。
3.如權利要求2所述的多電平變速驅動器，還包括電機(6)，用於驅動與多電平變速驅動器相連的各種設備。
4.如權利要求2所述的多電平變速驅動器，其中，飛跨電容逆變器(4)包括並聯連接的第一部件、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都包含四個串聯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以及第三功率單元和第四功率單元的交點之間的電容器(031、032、或033)。
5.如權利要求4所述的多電平變速驅動器，其中當調製器(7)輸出第一控制信號時，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)中並且來自電機(6)的能量被充入第一電容器(Cbl)中。
6.如權利要求5所述的多電平變速驅動器，其中當調製器(7)輸出第二控制信號時，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通，其他所有功率單元截止，使得停止對第一電容器(Cbl)充電，而來自電機(6)的能量被充入第二電容器(( 和第三電容器(Cb!3)中。
7.如權利要求1-6中任何一個所述的多電平變速驅動器，其中第一功率單元至第四功率單元都是由電晶體和二極體並聯組成。
8.如權利要求7所述的多電平變速驅動器，其中所述電晶體可以是絕緣門極雙極型電晶體IGBT、關斷晶閘管GT0、金屬氧化物半導體場效應電晶體MOSFET或門極換流晶閘IGCT 等半導體開關。
9.一種具有較小電容的多電平變速驅動器的控制方法，該多電平變速驅動器包括二極體整流器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)，其與二極體整流器⑵的輸出以及飛跨電容逆變器的輸入相連；電源(1)，用於向所述多電平變速驅動器供電；電機(6)，用於推動與多電平變速驅動器相連的各種設備；以及調製器(7)，用於輸出控制信號到飛跨電容逆變器的多個功率單元(5)，以控制多個功率單元(5)的導通和截止，該控制方法包括當所述驅動器停止時，調製器(7)輸出第一控制信號以將第一至第三電容器(Cbl、Cb2、Cb3)與第四電容器(Ca)解耦。
10.如權利要求9所述的控制方法，其中當調製器輸出第一控制信號時，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，並且來自電機(6)的能量被充入第一電容器(Cbl)中。
11.如權利要求10所述的控制方法，其中當調製器輸出第二控制信號時，飛跨電容逆變器(4)的頂部功率單元( 截止，停止對第一電容器(Cbl)充電，而來自電機(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
本發明的目標是採用將「飛跨電容」用於C-less驅動器應用的多電平變速驅動器拓撲。利用特定控制，當停止驅動器時，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，減小多電平變速驅動器的輸入電流諧波，最優C-less多電平變速驅動器的大小，進而最優產品成本。提供一種具有較小電容的多電平變速驅動器，包括二極體整流器(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)；以及調製器(7)，用於輸出控制信號到飛跨電容逆變器(4)的多個功率單元(5)，以控制多個功率單元(5)的導通和截止，其中，當所述驅動器停止時，調製器(7)輸出第一控制信號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H02M1/44GK102195558SQ20101012476
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月16日 優先權日2010年3月16日
發明者菲利普·鮑德遜 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司