用於驅動電機的方法和系統的製作方法
2023-10-07 21:15:24 9
用於驅動電機的方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種用於驅動電機的系統及方法。所述系統包括聯接到輸入源的功率變換器和所述電機。所述功率變換器包括支路，所述支路包括第一串線和第二串線。所述第一串線包括多個可控半導體開關、第一連接節點和第二連接節點。所述第一串線操作性地跨聯接第一總線和第二總線。所述第二串線通過所述第一連接節點和所述第二連接節點操作性地聯接到所述第一串線。所述第二串線包括多個開關模塊。所述開關模塊包括完全可控半導體開關和儲能裝置。所述系統進一步包括系統控制器，所述系統控制器被配置成在所述電機打開運行時向所述可控半導體開關和所述開關模塊提供啟動命令，以將所述儲能裝置中儲存的能量提供到所述電機。
【專利說明】用於驅動電機的方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及一種功率變換器，具體來說，涉及一種用於驅動連接到功率變換器的電機的系統。
【背景技術】
[0002]例如，隨著功率變換器在諸如電機、可再生能量系統和高壓直流系統(HVDC)系統等應用中取得優勢，其實用性和重要性也隨之增長。多電平變換器已成為用於多種中壓和高壓應用中的前景良好的新興功率變換技術。
[0003]相對於傳統兩電平變換器而言，多電平變換器擁有多個優勢。例如，多電平變換器的電能質量和效率高於兩電平變換器。此外，多電平變換器是電網與諸如光伏(PV)電池、燃料電池、風力發電機等可再生能源之間的理想接口。已使用模塊化結構設計出不含變壓器的多電平變換器。這種多電平變換器通常包括連接在直流總線之間的多個功率模塊。變換器的模塊化結構支持堆疊這些變換器，以提供不同的功率和電壓等級。
[0004]多電平功率變換器通常包括置於輸入端子與輸出端子之間的多個半導體開關和儲能裝置。變換器中的所述半導體開關和儲能裝置有助於在輸出端子處提供已調整的輸出功率。輸出端子處的輸出功率取決於半導體開關的啟動以及儲能裝置中存在的能量。
[0005]一些電機連接到功率變換器的輸出端子，所述輸出端子接收交流電力供應並且用於提供直流電壓。在傳統模塊化功率變換器中，儲能裝置中儲存的能量取決於變換器交流側上的電壓和電流。這種依賴性導致儲能要求提高。
【發明內容】
[0006]共同轉讓美國專利申請13/629882中描述了模塊化多電平功率變換器的拓撲結構，所述專利申請以引用方式併入本說明書中。發明人發現，使用上述申請中描述的模塊化功率變換器，稱為模塊化嵌入式多電壓變換器(MEMC)，可以向連接到輸出端子的電機提供能量，所述電機能夠在極低速甚至低於零速條件下運行。此外，相對於傳統的兩電平或三電平變換器，使用MEMC可以充分地減小提供到輸出端子的諧波電流和電壓變化速率。本說明書中描述了一種配置MEMC以用於電機相關應用中的方法和系統。
[0007]在本發明的一個實施例中，提供了一種用於驅動電機的系統。所述系統包括連接到輸入源的功率變換器和所述電機。所述功率變換器包括功率變換器支路，所述功率變換器支路包括第一串線和第二串線。所述第一串線包括多個可控半導體開關、第一連接節點和第二連接節點。所述第一串線操作性地跨聯接第一總線和第二總線。所述第二串線通過所述第一連接節點和所述第二連接節點操作性地聯接到所述第一串線。所述第二串線包括多個開關模塊。所述開關模塊包括多個完全可控的半導體開關以及至少一個儲能裝置。所述系統進一步包括系統控制器，所述系統控制器被配置成從所述第一串線向至少一些所述可控半導體開關提供啟動命令，以及從所述第二串線向至少一些所述開關模塊提供啟動命令，以在所述電機打開運行時將儲存在所述儲能裝置中的能量提供到所述電機。
[0008]在本發明的另一個實施例中，提供了一種用於驅動電機的方法。所述方法包括通過功率變換器從輸入源向所述電機提供電力。所述功率變換器包括至少一個支路，所述支路包括第一串線和第二串線。所述第一串線包括多個可控半導體開關、第一連接節點和第二連接節點。所述第一串線操作性地聯接跨接第一總線和第二總線。所述第二串線通過所述第一連接節點和所述第二連接節點操作性地聯接到所述第一串線，並且包括多個開關模塊。所述開關模塊包括多個完全可控的半導體開關以及至少一個儲能裝置。所述方法進一步包括針對所述半導體開關和開關模塊產生多個啟動命令。此外，當所述電機打開運行時，所述方法包括啟動所述多個半導體開關和開關模塊，以將儲存在所述開關模塊中的能量提供到所述電機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]結合附圖閱讀以下優選實施例的更詳細說明之後，可以顯而易見地了解到本發明的其他特徵和優點，其中附圖以示例方式示出本發明特定方面的原理。
[0010]圖1是一種用於功率變換的系統的圖示；
[0011]圖2是功率變換器支路的圖不；
[0012]圖3到圖5是根據本發明的各方面，圖2所示功率變換器支路中的可控半導體開關的示例性開關模式的圖示；
[0013]圖6到圖9是根據本發明的各方面，圖2所示功率變換器支路的示例性運行模式的圖示；
[0014]圖10是根據本發明的各方面的用於驅動電機的示例性方法的流程圖；以及
[0015]圖11是根據本發明的各方面的用於驅動電機的系統的圖示。
【具體實施方式】
[0016]現在將詳細參考本發明的各項實施例，附圖中圖示了這些實施例的多個實例。在任何可能的情況下，附圖中將使用相同的參考數字來表示相同或類似的零件。
[0017]如下文將詳細描述，提供了用於驅動電機的示例性方法和系統的多個實施例。本說明書中所用的術語「多電平功率變換器」是指包括多級開關的變換器，所述開關連接到一種形式的輸入電壓/電流的不同相位並且將所述輸入電壓/電流轉換成另一種形式的輸出電壓/電流。所述功率變換器在輸入端子處連接到輸入源，並且在輸出端子處連接到諸如電機等負荷。所述功率變換器被配置成從所述輸入源向所述電機輸送最佳電力，以使所述電機有效運作。根據特定實施例，所述輸入源可以包括交流電源，例如氣體、蒸汽或風力發電機，或者直流電源，例如電池、其他儲能裝置或太陽能發電系統。所述功率變換器將所述輸入源提供的電力轉換成適用於被所述電機使用的適當形式。
[0018]圖1示出了系統100，所述系統包括源102、功率變換器104和負荷106。例如，本說明書中所用的術語「源」可以包括可再生能源、不可再生能源、發電機或電網。在其他可能的配置中，所述源可以包括另一個功率變換器。例如，本說明書中所用的術語「負荷」可以指電網、機械或電氣設備。在一個實施例中，負荷106是需要從輸入源102接收電力以運行的電機。功率變換器104包括多電平變換器，所述多電平變換器被配置成將電力從一種形式轉換成另一種形式。在源102輸送交流電力並且負荷106需要直流電力來運行的實施例中，功率變換器104被配置成根據負荷106的需要，將源102提供的交流電力轉換成直流電力。功率變換器104可以替代性地被配置成將直流電力轉換成交流電力。在一些其他實施例中，當源102可以位於相對於負荷106的遠程位置中時，可能需要將源102輸送的交流電力轉換成直流電力並且將直流電力通過直流總線輸送到(經歷低損耗)負荷106的位置。在負荷106的位置中，根據負荷106的運行所需的電力類型，可以通過功率變換器104將直流總線提供的直流電力轉換成交流電力，或者可以藉助於功率變換器104轉換成所需的功率級。
[0019]根據特定實施例，功率變換器104可以包括支路，例如圖2中所示的支路，所述支路連接在被配置成從輸入源向負荷輸送電力的直流鏈路總線之間。功率變換器104的支路經配置以將已調整的電力從輸入源提供到負荷，並且功率變換器104的運行受控制器108控制。
[0020]例如，控制器108可以配置成通過控制功率變換器104的多個半導體開關的開關來控制功率變換器104的運行。此外，在一個實施例中，系統100還可以包括其他電路部件(未圖示)，例如，但不限於，變壓器、斷路器、電感器、補償器、電容器、整流器、電抗器和濾波器。
[0021]在圖2中，示出了功率變換器的支路200的圖示。功率變換器的支路200包括第一串線202和第二串線204。具體來說，第一串線202操作性地聯接到第二串線204以形成支路200。此外，第一串線202可以操作性地聯接在第一總線206與第二總線208之間。在一個實施例中，第一總線206可以包括正直流總線，並且第二總線208可以包括負直流總線。第一串線202可以通過第一連接節點210和第二連接節點212操作性地聯接到第二串線204。此外，第一串線202可以包括第一支線214，所述第一支線通過第三連接節點218連接到第二分支216。類似地，第二串線204可以包括第一分支220，所述第一分支通過交流相224和電感器226操作性地聯接到第二分支222。第三連接節點218可以操作性地聯接到第三總線228。在圖2所示的實施例中，第三總線228可以包括直流總線，具體來說，可以包括中間或中心直流總線，所述直流總線相對於第一總線206位於負電勢中，並且相對於第二總線208位於正電勢中。
[0022]第一串線202可以包括多個可控半導體開關Sp S2、S3和S4(230)。在圖2所示的實例中，多個可控半導體開關230可以包括部分可控的半導體開關。但在另一個實施例中，多個可控半導體開關可以替代性地包括完全可控的半導體開關。此外，所述多個可控半導體開關可以包括部分可控半導體開關與完全可控半導體開關的組合。此外，在一個實例中，第一串線202的第一支線214可以包括兩個可控半導體開關S1和S2。類似地，第一串線202的第二支線216可以包括兩個可控半導體開關S3和S4。例如，可控半導體開關SpS2、S3和S4可以包括功率二極體與晶閘管的組合、矽可控整流器、柵極關斷晶閘管或者IGBT。
[0023]第二串線204的第一分支220和第二分支222可以包括多個開關模塊234。開關模塊234可以是多個完全可控半導體開關238與至少一個儲能裝置236的組合。完全可控半導體開關238可以包括絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、其他類型的場效應電晶體(FET)、柵極關斷晶閘管、絕緣柵極換流晶閘管(IGCT)、注入增強柵極電晶體(IEGT)或者它們的組合。例如，此類開關的材料可以包括矽、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵。第一分支220和第二分支222中的開關模塊234經選擇以滿足支路200的額定電壓以及功率變換器的最小電壓階躍要求。
[0024]每個完全可控半導體開關238還可以包括功率二極體240，所述功率二極體可以嵌入完全可控半導體開關中並且與其反平行。嵌入式功率二極體240可以提供續流通路。這些功率二極體240還可以稱為續流二極體。
[0025]在一個非限制實施例中，儲能裝置236可以包括電容器、超電容器、超導線圈、電池或其他任何儲能元件。在圖2所示的實施例中，完全可控半導體開關238可以操作性地串聯到儲能裝置236。
[0026]支路200可以用於單相功率變換器、二相功率變換器、三相功率變換器和其他等效的多相直流到交流、交流到直流、交流到交流或者直流到直流功率變換器中。可以基於輸出端子處所述的受控變量的參考值來控制第一串線202和第二串線204中的半導體開關的開關。例如，可以控制這些開關可以在輸出端子處提供所需的輸出功率。在一些實施例中，支路200的功率變換器可以與具有支路200的另一個功率變換器相連，以形成背對背功率變換構造。
[0027]圖3圖5示出了功率變換器的支路，例如圖2中所示的支路200的不同狀態的圖示300、400和500。參見圖3，其中示出了處於可控半導體開關的第一開關狀態下的支路，例如圖2中的支路200的圖示302。所述第一狀態還可以稱為正態。支路302可以包括第一串線304和第二串線306。此外，支路302可以操作性地聯接在第一總線308與第二總線310之間。如上所述，第一總線308可以包括正直流總線，並且第二總線310可以包括負直流總線。此外，第一串線304可以通過第一連接節點312和第二連接節點314操作性連接到第二串線306。
[0028]此外，第一分支，例如第二串線306的圖2所示的第一分支220以及第二分支，例如第二串線306的圖2所示的第二分支222可以分別表示為可控電壓源Vp316和Vn318。如上所述，第二串線306可以包括多個開關模塊(未圖示)。第二串線306的第一分支以及第二串線306的第二分支可以通過第四總線320操作性地聯接。負荷，例如負荷106，可以通過第四總線320連接到支路300。此外，第一串線304可以包括第三連接節點322，所述第三連接節點可以操作性地聯接到第三總線324。在圖2所示的構造中，第一串線304包括四個可控的半導體開關，這些半導體開關表示為S1、S2、SdP S4。此外，第一總線308的電壓可以表示為+Vd。，並且第二總線310的電壓可以表示為_Vd。。例如，第一總線308處的電壓+Vd。以及第二總線310處的-Vd。可以相對於虛擬地面而言。在圖示的實施例中，相對於第三總線324測量穿過第一總線308和第二總線310的電壓。第三總線324的電壓可以表不為Vmid。
[0029]如圖3所示，在第一開關狀態下，可控半導體開關S1和S3啟動以允許電流流過，而可控半導體開關S2和S4保持處於停用狀態，以免電流穿過其中。啟動可控半導體開關S1和S3通過對應的第二串線306提供了第一總線308與第三總線324之間的第一電流通道326。因此，第二串線306可以在正態下操作性地聯接在第一總線308與第三總線324之間。此夕卜，儘管建立了第一電流通道326，但是穿過第一總線308和第三總線324的電壓可以取決於與第二串線306中的多個開關模塊，例如圖3所示的開關模塊334對應的完全可控半導體開關的開關。流過第一電流通道326的電流表示為Id。。
[0030]類似地，圖4是在可控半導體開關的第二開關狀態下，支路的圖示328。可控半導體開關的第二開關狀態還可以稱為負態。在第二狀態下，可控半導體開關&和S4可以啟動，而可控半導體開關S1和S3停用。啟動可控半導體開關S2和S4能夠提供第三總線324與第二總線310之間的第二電流通道330。因此，第二串線306可以在負態下操作性地聯接在第二總線310與第三總線324之間。
[0031]類似地，圖5是在可控半導體開關的第三開關狀態下，支路的圖示332。可控半導體開關的第三開關狀態還可以稱為零態。此外，在第三狀態下，可控半導體開關S2和S3啟動，而可控半導體開關S1和S4停用。啟動可控半導體開關S2和S3可提供第三電流通道334。第三電流通道334也稱為續流通路。此外，第二串線306的兩端可以通過啟動的可控半導體開關S2和S3以及第三總線324而彼此操作性地聯接。儘管圖3到圖5中參考單個支路示出了三種開關狀態，但是這三種開關狀態可以同時用於二相功率變換器中的多個支路、三個功率變換器等。
[0032]如圖3到圖5中所示，在任何時刻，第三串線306操作性地聯接在第一總線308與第三總線324之間、第三總線324與第二總線310之間，或者第二串線306的兩端可以操作性地聯接到第三總線324。因此，第二串線306可能需要承受最大電壓值Vd。。因此，為有效控制功率變換器，第二串線306的第一分支以及第二串線306的第二分支可能各自需要承受值為Vd。的最大電壓。
[0033]此外，第一串線304的多個可控半導體開關31、52、53和54的開關可以與第二串線306中的多個開關模塊(未圖示)的開關共同運行。此外，如上所述，第二串線306中的多個開關模塊的開關可以包括啟動和/或停用完全可控的半導體開關。第二串線306中的開關模塊以及第一串線304中的開關由控制器1108(圖11)控制，以在輸出端子處提供已調整的電力，同時將功率變換器儲存的能量維持在恆定水平。
[0034]在三相功率變換器中，三條支路200並聯在第一總線206與第二總線208之間。支路200被連接成使每條支路的第一串線202在一端處與第一總線206連接並在另一端處與第二總線208連接。此外，每條支路200的第一串線202連接到第三總線228。相對於第三總線228測量第一總線206和第二總線208的電壓。每條支路200的第四總線320與負荷106的相位連接。例如，對於通過三相變換器進行電機驅動的應用，功率變換器的每個相位(支路200)聯接到電機的三個相位中的對應相位。
[0035]在以上說明中，已使用三相變換器來說明功率變換器的運行。可以了解到，對於單相變換器以及具有兩條支路200或三條支路200以上的多相變換器而言，功率變換器的運行保持相同。
[0036]參見圖6到圖9，其中圖示了根據本發明各方面的三相功率變換器的不同運行模式的圖示600、700、800和900。為便於理解，將參考圖3到圖5來描述圖6到圖9。根據功率變換器的三條支路接收的輸入，功率變換器可以在圖6到圖8中所示的三種模式中的一種模式中運行。根據一個實施例，為向諸如電機110等負荷提供電力，功率變換器可以在如圖9所示的狀態下運行。在圖6到圖9中的圖示中，假定向功率變換器提供交流輸入。更確切地說，交流輸入源的三個相位中的每個相位連接到功率變換器的對應支路。根據從交流輸入源接收的輸入，功率變換器的每條支路在圖6到圖9中所示的至少一種模式中運行。
[0037]功率變換器的運行模式取決於半導體開關和開關模塊的開關模式。開關和開關模塊受控制器，例如，控制器1108(圖11)控制，以使功率變換器根據輸入信號從一種模式向另一種模式轉換。
[0038]功率變換器的運行模式由功率變換器的每條支路的狀態決定。如圖3到圖5所示，功率變換器的每條支路可以處於正態、負態或零態中。功率變換器的穩定運行模式包括一條或多條支路處於正態、另一條支路處於負態的模式。穩定運行模式還包括一條支路處於正態、一條支路處於負態、而一條支路處於零態的模式。相比而言，過渡模式包括功率變換器的至少一條支路處於過渡模式中。圖6到圖9中示出了功率變換器的過渡運行模式。
[0039]圖6示出了當功率變換器的兩條支路處於正態而一條支路處於負態的運行模式600。運行模式600可以稱為模式「a」。在模式a中，對於三相功率變換器，支路602和604聯接到正總線606，而支路608聯接到負總線610。在模式「a」中，兩條支路602和604的半導體開關S1和S3打開，並且針對剩餘的支路608打開半導體開關S3和S4。支路602和604被連接成使支路的一端聯接到正總線606，而另一端聯接到第三總線612。支路608在一端處連接到第三總線612並且在另一端處聯接到負總線610。
[0040]圖7示出了具有三條支路702、704和708的功率變換器的第二運行模式700。在第二運行模式700，也稱為模式「b」中，兩條支路聯接到負總線710和第三總線712，而一條支路聯接到正總線708。在圖示的實施例中，支路704和708聯接到第三總線712和負總線710，而支路702聯接到正總線706和第三總線712。
[0041]圖8示出了具有三條支路802、804和808的功率變換器的第三運行模式800。在第三運行模式800，也稱為模式「c」中，一條支路連接到正總線806和第三總線812，一條支路聯接到第三總線812和負總線810，並且一條支路聯接到第三總線812的兩端。在圖示的實例中，支路802聯接到正總線806和第三總線812。支路804在兩端處聯接到第三總線812。然而，支路808聯接到第三總線812和負總線810。模式「c」可以視作功率變換器的過渡運行模式。
[0042]圖6到圖7中所示的運行模式視作功率變換器的穩定運行模式。在穩定運行模式中，功率變換器的儲能裝置被配置成從輸入源接收並儲存能能量。功率變換器的支路的儲能裝置中儲存的能量可以用於向聯接到功率變換器的輸出端子的負荷提供已調整的電力。在過渡模式中，如圖8中所示，聯接到正總線806和負總線810的支路中的儲能裝置繼續從輸入源接收並儲存能量。但是，處於零態的支路暫時與輸入源斷開聯接。
[0043]在正常交流輸入運行中，功率變換器的模式周期性地從模式「a」變到「b」變到「C」，再變回「a」。這些模式的過渡藉助於每條支路的半導體開關S。S2、S3和S4實現。每條支路的四個半導體開關用於將開關模塊聯接到正總線、負總線或第三總線。例如，分別如圖6和圖7所示，當功率變換器從模式「a」過渡到模式「b」時，支路602從正態過渡到負態(表示為圖7中的702)。在正態中，與支路602對應的開關S1和S3啟動。然後在負載中，&和34啟動。在此過渡期間，開關S1和S3需要停用，而開關S2和S4需要啟動。控制器，例如控制器1108(圖11)，可以被配置成啟動S2和S4以促進功率變換器進入模式「b」中。
[0044]類似地，根據圖示的實施例，當功率變換器從模式「b」過渡到模式「c」時，支路702從正態過渡到零態(表示為圖8中的802)。在此過渡中，與支路702關聯的開關S4需要停用，而開關S2需要啟動，以使支路702的S2和S3保持啟動狀態並且使支路702進入零態。在功率變換器從模式「a」過渡到模式「b」的時間幀內，啟動過渡運行模式，或模式「C」。
[0045]圖9示出了功率變換器的第四運行模式900。第四模式900還可以稱為功率變換器的運行模式「d」。在第四運行模式中，支路902、904和908在兩端處連接到第三總線912。在此模式中，每條支路902、904和908的儲能裝置中儲存的能量提供到與功率變換器的輸出端子連接的負荷。
[0046]在聯接到輸出端子的電機打開運行的功率變換器運行期間，功率變換器的儲能裝置被配置成在運行模式「a」、「b」和「c」期間儲存能量。在模式「d」中，功率變換器被配置成向聯接在輸出端子處的電機提供電力。功率變換器提供的電力可以通過儲存在功率變換器的支路的儲能裝置中的能量獲得。控制器，例如控制器1108(圖11)被配置成啟動和停用每條支路200的第一串線中的適當半導體開關(S1、S2、S3、S4)，以使功率變換器從模式「a」、模式「b」或模式「c」過渡到模式「d」。
[0047]控制器1108(圖11)可以被配置成平衡儲存在功率變換器中的每條支路200的第一分支220和第二分支222中的能量。控制器1108被配置成計算儲存在每條支路的第一分支220和第二分支222中的能量之差，以產生相位分支參考電壓。控制器1108使用所述相位分支參考電壓驅動支路200中的電流，以使儲存在第一分支220和第二分支222中的能量平衡。
[0048]控制器1108(圖11)還可以被配置成將儲存在儲能裝置中的能量與預定閾值進行比較。預定閾值是需要儲存在功率變換器的儲能裝置中的能量下限指標。當功率變換器的儲能裝置中的能量低於預定閾值，則控制器被配置成啟動和停用每條支路200的第一串線的開關SpS2、S3、S4，以使功率變換器從模式「d」過渡到模式「a」或模式「b」或模式「C」。從模式「d」向其他運行模式的過渡取決於功率變換器的輸入端子處接收的輸入。
[0049]將結合圖10中的流程圖來描述使用功率變換器，例如具有支路200的功率變換器104驅動電機的方法。
[0050]在1002中，所述方法包括通過功率變換器從輸入源向所述電機提供電力。功率變換器，例如功率變換器104，包括支路200，所述支路具有第一串線202和第二串線204。第一串線202包括多個半導體開關(SpS2、S3和S4)，並且第二串線204包括多個開關模塊234。開關模塊234被配置成向聯接到功率變換器的輸出端子的電機提供已調整的電力。
[0051]此外，在步驟1004中，系統控制器(例如，系統控制器108)被配置成針對半導體開關和開關模塊234產生多個啟動命令。所述系統控制器被配置成啟動半導體開關，以使功率變換器以模式「a」、「b」或「c」中的任意模式運行。包括儲能裝置，例如電容元件236的開關模塊234被配置成在模式「a」、「b」和「c」中將能量儲存在儲能裝置236中。模式「a」、「b」和「c」的開關要求如上文結合圖6到圖8所述。
[0052]在1004中，系統控制器108還被配置成產生啟動命令，以使功率變換器過渡到運行模式「d」。在模式「d」中，功率變換器的所有支路連接到第三總線228。在此模式中，功率變換器被配置成使用儲能裝置236中儲存的能量。
[0053]在步驟1006中，當電機打開運行時，系統控制器108被配置成以柵極觸發信號的形式向半導體開關和開關模塊提供啟動信號。啟動信號將功率變換器的運行模式從模式「a」或「b」或「c」變為模式「d」。模式「d」的開關要求如上文結合圖9所述。
[0054]當功率變換器以模式「d」運行時，功率變換器的儲能裝置236中儲存的能量被使用並提供到與輸出端子聯接(例如，通過第四總線324)的電機。從儲能裝置236提供的能量在極低運行速度下向電機提供極高扭矩。當儲能裝置中的能量用盡時，控制器108被配置成使功率變換器從模式「d」過渡到模式「a」或「b」或「C」。從模式「d」過渡也取決於功率變換器接收的輸入能量。
[0055]系統控制器還被配置成確定儲能裝置236中儲存的能量是否低於預定閾值。所述控制器將每個儲能裝置236中儲存的能量與預定閾值進行比較。當儲存的能量低於預定閾值時，所述方法包括向多個半導體開關(SjIjS4)提供啟動命令，以使功率變換器在模式「a」或「b」或「c」中運行。儲能裝置236在這些模式下接收能量供應並且當電機隨後打開運行時，可被電機使用。
[0056]圖11不出了用於驅動電機1106的系統1100。在一個實施例中，用於驅動電機1106的系統1100可以包括源1102、功率變換器1104和系統控制器1108。
[0057]源1102聯接到功率變換器1104的輸入端子。源1102被配置成向與功率變換器1104的輸出端子聯接的電機1106提供電力。功率變換器1104被配置成根據電機1106的要求轉換或調整源1102提供的輸入。在特定實施例中，源1102可以置於相對於電機1106的遠程位置。在此類實施例中，源1102中的能量通過聯接源1102和功率變換器1104的總線提供到功率變換器1104。類似地，功率變換器1104和電機1106還可以通過鏈路總線連接。
[0058]功率變換器1104包括至少一條支路。支路的實例如圖2中所示。支路200包括第一串線202和第二串線204。第一串線包括半導體開關(S1到S4),而第二串線包括開關模塊234。第一串線202聯接到第一總線206和第二總線208。另一方面，第二串線204通過第一連接節點210和第二連接節點212聯接到第一串線202。在三相構造的功率變換器1104中，三條支路200並聯在第一總線206與第二總線208之間。電機1106聯接到每條支路200的第二串線204。每條支路的第一串線202聯接到第三總線228。
[0059]聯接到多個半導體開關和開關模塊234的系統控制器1108被配置成啟動半導體開關(S1到S4)，以使功率變換器1104在模式「a」或「b」或「C」中運行。當電機1106打開運行時，控制器1108被配置成使功率變換器1104從模式「a」或「b」或「c」過渡到模式「d」。在模式「d」中，開關模塊234被配置成向聯接到第三總線228的電機1106提供儲存的能量。
[0060]系統控制器1108包括模塊「d」啟動模塊1110，所述模塊被配置成確定功率變換器的當前運行模式。根據功率變換器的當前運行模式，模式「d」啟動模塊確定需要啟動和停用的半導體開關(S1到S4)，以使功率變換器的運行模式過渡到模式「d」。
[0061]系統控制器1108還被配置成平衡儲存在每條支路的開關模塊234中的能量。系統控制器1108計算儲存在每條支路200的每個開關模塊234中的能量。根據儲存在每個開關模塊234中的能量之差，系統控制器1108通過支路200驅動電流，以使儲存在開關模塊234中的能量之差減小到零。
[0062]所述用於驅動電機的系統可以包括額外的濾波器和開關裝置電橋，以滿足源1102和電機1106的諧波要求。
[0063]應了解，上述說明旨在進行說明而不限定。例如，上述實施例(和/或其方面)可以彼此結合使用。另外，在不背離本發明範圍的情況下，可以做出許多修改以使具體情況或材料適應本發明的教示。儘管本說明書中所述材料的尺寸和類型用於定義本發明的參數，但是它們不以任何方式做出限定，並且僅為示例性實施例。閱讀上述說明之後，許多其他實施例對所屬領域中的普通技術人員而言是顯而易見的。因此，本發明的範圍應參考隨附的權利要求書以及此類權利要求書的完全範圍等效物確定。在隨附的權利要求書，術語「包括(including) 」和「其中(in which) 」用作相應術語「包括(comprising) 」和「其中(wherein) 」的簡明英語等效物。此外，在隨附權利要求書中，術語「第一」、「第二」等僅用作標籤，並不用於對其對象做出數值或位置要求。本說明書使用了各種實例來公開本發明的多個實施例，包括最佳模式，同時也讓所屬領域的任何普通技術人員能夠實踐本發明的實施例，包括製造並使用任何裝置或系統，以及實施所涵蓋的任何方法。本發明的保護範圍由權利要求書界定，並可包含所屬領域的普通技術人員想出的其他實例。如果其他此類實例的結構要素與權利要求書的字面意義相同，或如果此類實例包含的等效結構要素與權利要求書的字面意義無實質差別，則此類實例也應在權利要求書的範圍內。
[0064]在本說明書中，以單數形式或者與「一個」或「一種」結合使用的元件或步驟應理解為不排除多個所述元件或步驟，除非對此類排除情況做出明確說明。此外，對本發明的「一個實施例」的參考並不旨在解釋為排除存在同樣包含所述特徵的額外實施例。此外，除非明確指出情況相反，否則「包括」、「包含」或「具有」擁有特定特性的一個元素或多個元素的實施例可以包括並不擁有此特性的其他此類元素。
[0065]由於可以在不背離本說明書中涉及的本發明的精神和範圍的情況下對上述用於驅動電機的系統做出特定改變，因此上述說明或者附圖中圖示的所有主題應僅僅解釋為說明本說明書中的發明概念的實例，並不視作限制本發明。
【權利要求】
1.一種用於驅動電機的系統，所述系統包括: 連接到輸入源的功率變換器和所述電機，所述功率變換器包括: 至少一個功率變換器支路，每個支路包括: 第一串線，所述第一串線包括多個可控半導體開關、第一連接節點和第二連接節點，其中所述第一串線操作性地跨聯接第一總線和第二總線；以及 第二串線，所述第二串線通過所述第一連接節點和所述第二連接節點操作性地聯接到所述第一串線，其中所述第二串線包括多個開關模塊，其中所述多個開關模塊中的每個開關模塊包括多個完全可控半導體開關和至少一個儲能裝置；以及 系統控制器，所述系統控制器被配置成從所述第一串線向至少一些所述可控半導體開關提供啟動命令，以及從所述第二串線向至少一些所述開關模塊提供啟動命令，以在所述電機打開運行時將儲存在所述儲能裝置中的能量提供到所述電機。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一串線包括通過第三連接節點操作性地聯接的第一支線和第二支線。
3.根據權利要求2所述的系統，其中每個所述支路的所述第三連接節點連接到第三總線。
4.根據權利要求3所述的系統，其中所述系統控制器被配置成在所述儲能裝置中的能量低於預定閾值時提供啟動命令，以使所述功率變換器的至少一個支路聯接到所述第一總線，並且所述功率變換器的至少一個支路聯接到所述第二總線。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述系統控制器被配置成在所述電機啟動時提供啟動命令，以使所述功率變換器的每個支路聯接到所述第三總線。
6.根據權利要求1所述的系統，其中所述開關模塊中的每個開關模塊包括半電橋構造。
7.根據權利要求1所述的系統，其中所述第二串線包括第一分支，所述第一分支操作性地聯接到第二分支。
8.根據權利要求7所述的系統，其中所述系統控制器被配置成平衡儲存在所述第一分支和所述第二分支中的能量。
9.根據權利要求1所述的系統，其中所述電機包括電機。
10.一種用於驅動電機的方法，所述方法包括: 通過功率變換器從輸入源向所述電機提供電力，其中所述功率變換器包括至少一個支路，所述支路包括: 第一串線，所述第一串線包括多個可控半導體開關、第一連接節點和第二連接節點，其中所述第一串線操作性地跨聯接第一總線和第二總線，以及 第二串線，所述第二串線通過所述第一連接節點和所述第二連接節點操作性地聯接到所述第一串線，其中所述第二串線包括多個開關模塊，其中所述多個開關模塊中的每個開關模塊包括多個完全可控半導體開關和至少一個儲能裝置； 針對所述半導體開關和開關模塊產生多個啟動命令；以及 當所述電機打開運行時，啟動所述多個半導體開關和開關模塊，以將儲存在所述開關模塊中的能量提供到所述電機。
11.根據權利要求10所述的方法，其進一步包括在所述儲能裝置中的能量低於預定閾值時，向所述第一串線中的所述多個半導體開關提供啟動命令，以使所述功率變換器的至少一個支路聯接到所述第一總線，並且所述功率變換器的至少一個支路聯接到所述第二總線。
12.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括在所述電機打開運行時向所述多個半導體開關提供啟動命令，以將所述功率變換器的每個支路聯接到所述第三總線。
13.根據權利要求10所述的方法，其中所述第二串線包括第一分支，所述第一分支操作性地聯接到第二分支。
14.根據權利要求13所述的系統，其進一步包括平衡所述第一分支和所述第二分支中儲存的能量。
【文檔編號】H02P29/00GK104518686SQ201410513477
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】張迪, L.J.加塞斯, A.A.羅克希爾, 賴日新 申請人:通用電氣能源能量變換技術有限公司