用於混合車輛的ac/ac轉換器的製作方法

2023-06-02 16:38:56

專利名稱：用於混合車輛的ac/ac轉換器的製作方法
相關申請的交叉參考
本申請要求2004年5月27日提交的序列號為60/574,958(代理人案卷編號2004P08956US)的未決的美國臨時專利申請、2004年5月27日提交的序列號為60/574,959(代理人案卷編號2004P08957US)的未決的美國臨時專利申請、以及2004年7月30日提交的序列號為60/592,547(代理人案卷編號2004P13018US)的未決的美國臨時專利申請的優先權，並在此將這些申請全部引入作為參考。
背景技術：
採礦設備、例如大型越野礦用卡車和挖掘機(例如挖土機、拉鏟挖土機等)能夠使用相對大的AC和/或DC電機來移動該設備和/或移動材料。這些電機可以包括推進電機、起重電機、迴轉電機和/或逼進(crowd)電機。這樣的電機可以由常規的DC或AC電驅動系統來供電。這樣的系統可包括例如變壓器、濾波器、電抗器等等的可具有顯著的尺寸和/或重量的磁性元件。
採礦設備可以主要從可與交流發電機機械耦合的內燃機得到能量。例如，所述交流發電機能夠向輔助裝置提供AC信號。所述交流發電機能夠向可具有不同配置和原理的電氣系統提供該AC信號。與所述交流發電機電耦合的輔助負載的工作頻率可以為大約60Hz。
電氣系統能影響機器的內燃機的空轉速度。滿足輔助裝置的功率要求有時可能涉及保持最小發動機速度高於否則可能是合理的水平。例如，常規的驅動系統能夠導致高於大約每分鐘1000轉(RPM)的空轉速度來為大型礦用卡車中的輔助裝置充分供電。提高空轉速度的結果可能是燃料的過度使用和/或較高的柴油機維護費用，從而導致卡車的更高的運行成本。因此，會需要一種能有效地為輔助系統供電的系統和/或方法。
機器能夠利用會產生大量熱量的高功率牽引驅動系統。因此，會需要有效的冷卻系統。空氣冷卻能被用於機器，其中利用鼓風機使大量空氣移動以冷卻諸如逆變器功率模塊和牽引電機之類的部件。常規的空氣冷卻系統的限制可以包括有限的功率密度和/或相對大的空間佔用(footprint)。因此，會需要一種與常規的空氣冷卻的牽引系統相比能夠提供更大的功率密度和/或具有小得多的空間佔用的冷卻系統。


發明內容
某些示範性實施方案能夠包括一種系統，該系統包括與交流發電機機械耦合的內燃機。該交流發電機能與整流器電耦合，該整流器適於從該交流發電機接收第一AC信號。該整流器能夠與DC總線電耦合，並能向該DC總線提供DC信號。所述系統能夠包括與該DC總線電耦合的逆變器。該逆變器能夠適於向牽引電機和/或輔助裝置提供第二AC信號。



參考附圖，通過下列詳細描述將更容易理解多種可能的實施方案，其中 圖1為能量管理系統1000的示範性實施方案的框圖； 圖2為能量管理系統2000的示範性實施方案的框圖； 圖3為能量管理系統3000的示範性實施方案的框圖； 圖4為能量管理系統4000的示範性實施方案的框圖； 圖5為散熱系統5000的示範性實施方案的框圖； 圖6為逆變器電路6000的示範性實施方案的框圖； 圖7為與逆變器電路相關的示範性向量集7000的圖示； 圖8為經由空間向量調製所產生的示範性相電壓波形； 圖9為水冷IGBT控制箱9000的示範性實施方案的框圖； 圖10為水冷IGBT控制箱10000的示範性實施方案的框圖； 圖11為牽引電機11000的示範性實施方案的框圖； 圖12為能量管理方法12000的示範性實施方案的框圖；以及 圖13為信息裝置13000的示範性實施方案的框圖。

具體實施例方式 定義 當在本文中使用下列術語時，所附隨的定義適用 一個—至少一個。
有源—使用電晶體、集成電路和/或真空管來對電源執行操作的電路和/或裝置。
有源前端—自換流的有源控制的線路轉換器；自換流的饋電/再生反饋單元。
功效—功能的性能。
適於—適合和/或適應於特定用途和/或情況。
交流電(AC)—在電路中以有規律的間隔反轉方向的電流。
交流發電機—適於將機械能轉化成電能的裝置。為了本申請，術語「交流發電機」還包括發電機。
設備—用於特殊目的的儀器和/或裝置。
近似地—幾乎相同。
自動—通過信息裝置以基本上獨立於用戶的影響和/或控制的方式被執行。
輔助裝置—與車輛相關的非傳動系統(power train)裝置、例如風扇、鼓風機、風擋刮水器、空調、加熱器和/或泵等等。
輔助電源系統—多個電耦合的適於向輔助裝置傳遞電功率的部件。
總線—在至少兩個電路之間建立共同連接的電導體。
能夠—在至少一些實施方案中能。
包括—包含但不限於。
恆定的—頻繁發生；持續的；和/或不變的。
連續地—在時間、順序、物質和/或程度上不間斷。
控制—對…施加權威的和/或佔優勢的影響；引導；適應要求；和/或調節。
轉換—變換。
冷卻—將熱能傳遞走。
冷卻液—適於傳遞熱能的液體。
校正—改變為更希望的值。
耦合—將兩個東西接合、連接和/或連結在一起。
可耦合的—適於被連接。
逼近—緊緊地按壓、填塞和/或強迫在一起。
DC(直流)斬波器—適於對未被調製的DC電壓進行調製的裝置。
定義—確定概要、形式和/或結構。
降低額定值—降低電氣設備的額定電氣性能。
直流電(DC)—非交流電。
雙定子繞組—在每個極上都具有兩個獨立繞組的電機、發電機、渦輪機或其他工作發電機的靜止部分。轉子繞著所述定子轉動。兩個繞組中的每一個均適於從獨立的逆變器接收功率。
拖—引起沿表面拖拉。
拉鏟挖土機—在表面採礦中被用於移去覆蓋層(巖石和土壤層)的大型挖掘機器。典型的拉鏟挖土機將用金屬繩索懸掛的鏟鬥拋出相當大的距離，通過在地上用第二條金屬繩索(或鏈)將鏟鬥拉向它自己來收集所挖掘的材料，升高鏟鬥，並將材料傾倒在廢土堆上、裝料鬥中和/或樁堆上等等。
驅動—傳送功率的方法。
佔空比—系統實際被用於執行其功能的時間百分率；DC電壓基本上不為零的時間百分比。
電氣—通過電力供電。
電耦合—連接或連結物體以便允許電子在它們之間流動。
激勵—交流發電機中通過將電流施加到交流發電機定子上所產生的電磁場的強度等級。
無濾波器—缺少適於拒絕某些頻率的信號而允許其他信號通過的裝置的電氣系統。
流體—液體、漿液、蒸氣、霧、浮雲狀物、羽狀物和/或泡沫狀物。
流體-空氣熱交換器—適於將熱量從流體傳遞到空氣的裝置。
頻率—電壓和/或電流在預定時間周期內振蕩的次數。
發電—產生電功率。
諧波電流畸變—對於AC(交流)功率信號來說，高於和/或低於電流基頻的所有諧波頻率的功率之和與該電流基頻的功率之比。
諧波濾波器—包括電容器組和感應線圈並被設計和/或調諧成預定的非線性負載以消除和/或充分衰減預定的諧波頻率範圍的裝置。
散熱器—適於將熱能從所連接的物體傳遞走的裝置。
升起—舉起和/或升高。
Hz(赫茲)—Hertz的縮寫，是等於每秒一個周期的頻率單位。
輸入—涉及進入裝置的電力。
絕緣柵雙極性電晶體(IGBT)—一種半導體裝置，這種半導體裝置具有與雙極性電晶體相同的操作，但具有場效應類型的柵極，因此當施加柵極-發射極電壓以使其導通時，無需注入電流。當柵極-發射極電壓非常低時，該裝置關斷。
內燃機—一種裝置，在該裝置中燃料被氧化以便將該燃料中的能量轉化為例如轉動軸的機械能。所述燃料可以是汽油、柴油、乙醇、甲醇和/或任何其他基於碳氫化合物的流體等等。
逆變器—將DC功率轉換成AC功率或將AC功率轉換成DC功率的裝置。
極限—一個點，超過該點某事不能或不可能進行。
負載—許多與鏟鬥和/或卡車等有關的所開採的土製材料。
機器—適於執行至少一種任務的裝置和/或車輛。
材料—任何能被挖掘和/或鏟起的物質。
可以—在至少一些實施方案中被允許。
機械耦合—至少連接或連結第一對象和第二對象，以便允許該第一對象在物理上與該第二對象一致移動。
方法—用於完成某事的相關動作的過程、程序和/或集合。
礦山—一種場所，從該場所能夠提取土製材料。
礦用挖掘機—用於從地中挖掘材料的機器。
礦用拖運卡車—適於拖運所挖掘出的材料的機動車輛。
調製的—就頻率、幅度、相位或其他特徵而言改變的。
越野牽引車輛—適於在泥土表面而不是鋪砌表面上操作的車輛。例如，越野牽引車輛能夠包括礦用卡車、電礦鏟和/或電動礦用挖掘機等等。
操作—運行。
輸出—產生和/或生成某物。
多個—多數和/或多於一個的狀態。
功率—可用於作功的電能。
功率因數—實際功率與表觀功率的比率。功率因數1.0表示電流與電壓同相。
功率因數補償裝置—適於將AC電壓和AC電流之間的相位關係改變為更滿意的值的裝置。
功率耗散器—適於通過通常將電能轉換成熱能或機械能來耗散電能。
預定的—事先確定的。
推動—促使向前和/或向後移動。
提供—供給。
脈衝波調製(PMW)—一種通過改變一串脈衝的寬度而非高度來調整開關電源的輸出電壓和頻率的方法；和/或信號和/或電源的佔空比的調製以便在通信信道上傳送信息和/或控制發送到負載的功率量。
泵—適於提升、壓縮和/或傳輸流體的機器。
接收—取得、得到、獲得和/或得到贈予。
整流器—將AC功率轉換成DC功率的裝置。
制動—嘗試減慢；阻礙運動。
集—相關的多個。
電鏟—被供電的適於挖掘、容納和/或移動礦石的裝置。
信號—在任何給定的時間與特殊電流值和特殊電壓值相關的電功率，並且在任何特定時間範圍上由至少一個交流電流、直流電流和/或電壓波表徵該電功率。
正弦(sine)—定中心於笛卡爾坐標系原點的單位圓的圓弧的端點的坐標，該圓弧的長度為x，並且如果x為正，則從點(1，0)逆時針測量該圓弧，或如果x為負，則順時針測量該圓弧。
正弦波—具有偏差的波，該偏差能夠在圖形上被表示為可通過等式y＝sin(x)確定的正弦曲線。
正弦波輸出電流—在中心點附近振蕩的電流，其中該振蕩的圖形表示類似於正弦波。
正弦波濾波器—電耦合的電抗器和電容器，適於生成頻率驅動的輸出電流的正弦波。
空間向量調製(SVM)—用於通過改變一串脈衝的寬度而非高度和/或脈衝之間的時間間隔來調整所表徵的信號的輸出電壓和頻率的脈衝寬度調製形式。空間向量調製信號與其他形式的脈衝寬度調製信號的區別在於確定脈衝何時開始和結束的方法。空間向量調製脈衝通過所計算的空間向量來定時。
速度—速率。
靜態的—靜止的和/或恆定的。
基本上—很大限度和/或程度上。
擺動—橫向和/或以曲線移動。
開關電容器組—多個適於通常自動地被接入到電源傳輸電路中以校正功率因數的電容器。
系統—機制、裝置、數據和/或指令的集合，該集合被設計用於執行一個或多個特定功能。
溫度—物質樣本中粒子的平均動能的量度，根據標準刻度上所指定的單位和/或度來表示。
溫度傳感器—適於提供與溫度成比例的信號的裝置。
牽引電機—機械耦合的用於提供移動機器的動力的電機。
未被調製的—基本上恆定的。例如，相對恆定的DC電壓是未被調製的。
可變的—可能改變和/或變化，易於改變和/或可改變的。
電壓—(也叫作「勢差」和「電動勢」(EMF))被表示為帶符號的伏特數(V)並被量度為電路中兩點之間的帶符號的差值的量，當用那些點之間的以歐姆為單位的阻抗來除該量時，根據歐姆定律，產生在那些點之間流動的以安培為單位的電流。
波—引起電能在介質中從點到點逐步傳播的擾動、變化和/或事件。
波形—電壓和/或電流隨著時間的變化的外形、圖形和/或可視模型。
詳述 圖1為能量管理系統1000的示範性實施方案的框圖。在某些示範性實施方案中，能量管理系統1000可以是諸如越野牽引車輛的機器的一部分。該機器可以是車輛、例如汽車、輕型卡車、雙軸輪卡車、公共汽車、礦用挖掘機、機車和/或礦用拖運卡車等等。能量管理系統1000可以包括交流發電機1100。交流發電機1100能夠與內燃機機械耦合。交流發電機1100能夠產生AC信號，從而將來自的內燃機的機械能轉換為電能。
能量管理系統1000可包括整流器1150。整流器1150可包括有源絕緣柵雙極性電晶體(IGBT)。整流器1150能夠適於將AC信號轉換成DC信號。整流器1150能夠向DC總線1175提供DC信號。從DC整流器被提供給DC總線的信號可以具有大約120V、135.67V、159.1V、224.5V、455V、460.75V、885V、930.1V、1200V、1455.45V、1687.1V、2000V、2200.32V、2300.12V、3000.6V、5500V的電壓和/或這些電壓之間的任何其他值或範圍。能夠通過改變內燃機速度、整流器1150的開和關的佔空比、和/或交流發電機1100的激勵來改變DC總線1175上的電壓。
能量管理系統1000可包括多個逆變器1500、1600、1700、1800，這些逆變器能夠適於驅動多個牽引電機1900、1950。逆變器1500、1600、1700、1800可以是有源IGBT逆變器。逆變器1500、1600、1700、1800能夠適於提供頻率大約為29.9Hz、40Hz、48.75Hz、54.2Hz、60Hz、69.2Hz、77.32Hz、85.9Hz、99.65Hz、120Hz、144.2Hz、165.54Hz、190.3Hz、240Hz和/或這些值之間的任何值或子範圍的AC信號。
牽引電機1900、1950中的每一個都可以包括雙定子繞組。包含雙定子繞組的電機能夠適於操作和/或產生較高頻率的信號。但是即使不升高頻率，通過利用具有雙定子繞組的電機，也能以相同的電機線路電流值達到直到大約兩倍轉矩。關於雙定子電機技術的附加信息能夠在美國專利號4,785,213(Satake)中找到，該文以其整體被引入作為參考。
能量管理系統1000可包括適於當機器在制動下運行時耗散經由牽引電機1900、1950所產生的能量的電路。該電路可包括斬波器電路，該斬波器電路可以是包含一個或多個有源IGBT電晶體1300、1350的有源IGBT斬波器電路。經過IGBT 1300、1350的能量能夠通過電阻器1400被耗散。電阻器1400可以是一個電阻器、一個柵極電阻(或電阻器陣列)或多個柵極電阻器。
為了簡化，逆變器1500、1600、1700、1800中的每一個都可被圖解為獨立的電晶體裝置。如圖4中所示，逆變器1500、1600、1700、1800中的每一個都可包括多個用於被提供給牽引電機1900、1950的每個電源相的電晶體。為定子繞組提供一相的逆變器電路可包括兩個開關裝置，用於向牽引電機1900、1950提供脈寬調製(PMW)或空間向量調製(SVM)信號。
信息裝置1200可使用各種算法來控制能量管理系統1000中的轉換。為了理解能量管理系統1000中的電路的操作，可分析一個較簡單的電路。例如，提供給牽引電機的1900、1950的每組三相信號能包括六個開關裝置(如圖6中針對單個三相電源所示的)。逆變器1500、1600、1700、1800中的每一個都能夠通過信息裝置1200來進行控制。
圖6為逆變器電路6000的示範性實施方案的框圖。對於一個三相系統來說，第一相可以被表示為相「A」，第二相可以被表示為相「B」，並且第三相可以被表示為相「C」。利用相似術語，相關的開關裝置可以被表示為SA+、SA-、SB+、SB-、SC+和SC-。每組六個開關裝置可被連接到與DC總線6100的連接點之間的橋電路中。這些開關裝置能夠通過由信息裝置6300所控制的PWM開關或SVM開關來操作。信息裝置6300能夠適於響應於所計算出的指令向量提供開關信號。
由於用於電源的每一相的兩個開關之一能被接通，因此提供給牽引電機6200的每一相的開關狀態均能用三個二進位數(SA，SB，SC)來表示。對於這種表示來說，「1」可以指示上面的或+開關裝置接通，而「0」可以指示下面的或-開關裝置可以接通。因此，(0，0，0)指示SA-、SB-和SC-接通且SA+、SB+和SC+關斷；(1，0，0)指示SA+、SB-和SC-接通且SA-、SB+和SC+關斷；等等。
所產生的八個坐標集中的每一個都能被建模為開關或電壓向量V0-V7，如圖7中所示，其中(0，0，0)或V0以及(1，1，1)或V7為零向量。由六個非零電壓向量V1-V6所覆蓋的六邊形能被劃分為六個60°的區域1-6，且每個區域都能被兩個非零電壓向量覆蓋。每個非零電壓向量的大小或長度可以等於2V/3，其中V可以是DC總線上的電壓的大小。
向量能夠用它們在X和Y軸上的投影來表示，其中X和Y軸被疊加到向量V1-V6所覆蓋的六邊形上。例如，可將電壓指令向量Vs*投影以定義Vx*和Vy*，如圖7中所示。每個非零向量在X和Y軸上的投影能夠根據下列等式來確定 Vi，x＝2·V/3·[cos((i-1)60°)](1) Vi，y＝2·V/3·[sin((i-1)60°)](2)其中i可以是向量的索引(即i＝1代表電壓向量V1，i＝2代表電壓向量V2，等等)；i還能被解釋為區域1-6的索引。
多種已知的PWM或SVM控制裝置能夠被用於控制這些開關裝置SA+、SA-、SB+、SB-、SC+、SC-以便根據固定的DC電壓V產生三相平衡的AC電壓集。對於SVM來說，在X-Y平面中旋轉的電壓指令向量能夠表示平衡的三相電壓指令。對於每個脈寬調製控制周期來說，三相電壓指令能夠用例如從圖6的逆變器電路6000可得到的六個非零電壓向量V1-V6所覆蓋的X-Y平面中的電壓指令向量來表示。每個電壓指令向量都能通過適當地組合成比例的向量來近似或構建，所述成比例的向量可與相鄰的兩個非零向量以及所述零向量中適當的一個零向量V0或V7配準。
例如，如圖7中所示，對於第一向量來說，電壓指令向量Vs*能夠用V1*、V2*和所述零向量之一V0或V7來近似。可以這樣來選零向量，使得為了從一個非零向量到該零向量到下一個非零向量的每個轉變，所述開關裝置SA+、SA-、SB+、SB-、SC+和SC-中只有一個需要改變其接通/關斷狀態。可以選擇每個電壓向量的大小或時間間隔以便平衡由指令向量所命令的伏特-秒和例如由圖6的逆變器電路6000所施加的實際的伏特-秒。
在SVM的某些示範性實施方案中，可以指定比預期的基本輸出的1/6周期小得多的採樣間隔Ts。一旦確定了向量分量，在每個採樣間隔中就能把該向量分量看作時間權重比。開關能夠工作以便在Ts的特定部分內施加兩個有源向量中的每一個。然後，可以添加零狀態間隔以使總時間達到Ts。在以下意義上這能被看作PWM過程，即在多個Ts間隔的範圍內平均特性跟蹤所希望的輸出向量並且時間權重能夠被解釋為佔空比。實際上，在每個時間kTs，所述向量分量能夠被重新計算，其中k可以是整數。因此，這些時間能夠用作相同的採樣間隔，並且在每個間隔範圍內的平均特性能夠通過在時間kTs的電壓向量來確定。
圖8示出時域中的SVM過程的一個實例，假設可以為預期的基本輸出頻率(調製頻率)的15倍的切換頻率和相對於正弦的95％調製。切換順序可以如在圖8的底部所示的那樣。利用相位a的參考正弦信號的等效畸變調製可以如在圖8的頂部所示的那樣。在扇區I中，切換順序可以是0-4-6-7-6-4-0，以便在某一時間只有一個開關改變狀態。其他扇區的順序能夠從圖3中得到。在一個給定的扇區中，所希望的輸出電壓的向量域形式可被表示為 其中向量分量Ti/Ts以及Tj/Ts能夠成為與每個相應區域相關的開關狀態有關的時間權重。總時間Ts＝Ti+Tj+T0+T7可以是所述採樣間隔。只要零狀態持續時間T0和T7的和產生正確的Ts，零狀態持續時間T0和T7就可以是任意的，這說明可以有自由度。在SVM中，可以為相同的間隔施加每個零狀態以產生T0＝T7。
在空間向量定義中可引入比例因數。空間向量域中的向量比例可以是3m/4，其中m可以是每個相電壓(與完全正弦調製相關)的調製深度。可以首先通過注意按照下式確定m來得出因數3/4 其中Vph為峰值輸出相電壓。可以利用未標準化的Park變換經由因數3/2將(平衡的)時域相電壓變換成坐標。因此，從相電壓到所希望的輸出向量的換算可以變為 為了使這與時域聯繫起來，可以使標準化的電壓分量分別與時間函數Md(t)＝mcos(ωt)和Mq(t)＝mcos(ωt)相關聯。
因此，標準化的輸出電壓向量能夠被寫為在SVM中，圖7中具有所述軸的基能夠被變換為(具有基向量Bij的)用於找到Ti和Tj的i-j坐標系中和(3)中的基。在扇區I中，基向量是

和

通過下式與x-y坐標系相關聯 其中P可以是2×2的變換矩陣，該變換矩陣可以依賴於扇區。
變換矩陣可以如在表I中針對所有扇區所示的那樣。
表I
扇區I能夠被用作應用於每個相應扇區的討論的基礎。矩陣P可以涉及基向量。對於這種線性變換來說，分量可以這樣相關聯，使得列形式的i-j向量分量是x-y分量的(P-1)T倍。因此分量T4/Ts和T6/Ts能夠被計算為 (7)中的時間變元能夠利用採樣來支持持續時間計算。在採樣時間上，(7)能夠被表示為 通常，獨立的信息裝置跟蹤能使轉變次數最小化的切換順序。
關於空間向量調製的附加信息能夠在美國專利5,552,977、美國專利6,023,417、美國專利6,316,895、美國專利6,819,078和美國專利6,839,249中找到，這些專利以其整體被引入作為參考，並且所述附加信息能夠從Alexis Kwasinski、Philip T.Krein以及Patrick L.Chapman 的Time Domain Comparison of Pulse-WidthModulation Schemes(IEEE Power Electronics Letters，第3期，卷1(2003年9月))中找到。
某些示範性實施方案採用直接反向的SVM技術來控制逆變器1500、1600、1700、1800中的IGBT，這種技術能夠減少IGBT中的開關損耗，和/或當與其他PWM方法相比時能夠提供對DC總線1175的電壓的擴展的利用。
圖2為能量管理系統2000的示範性實施方案的框圖。在某些示範性實施方案中，能量管理系統2000可以包括內燃機2100。內燃機2100能夠與第一交流發電機2200和第二交流發電機2300機械耦合。第一交流發電機2200和第二交流發電機2300能夠由調整電路控制。該調整電路可包括場調整器2600、第三交流發電機2400以及整流器和線圈組2500。該調整電路能夠適於改變到第一交流發電機2200和第二交流發電機2300的激勵電流，從而改變由第一交流發電機2200和第二交流發電機2300所產生的電壓。
第一交流發電機2200能夠適於向整流器2700提供信號。整流器2700可以是有源IGBT整流器，該有源IGBT整流器能夠從第一交流發電機2200接收AC信號並向DC總線提供DC信號。所述DC總線能夠適於向第一逆變器2900和第二逆變器2925提供信號。第一逆變器2900和第二逆變器2925可以是有源IGBT逆變器，該有源IGBT逆變器能夠在正常狀態下工作，從所述DC總線接收DC信號，並向第一牽引電機2950和第二牽引電機2975提供AC信號。當與能量管理系統2000相關的機器處於制動時，牽引電機2950和牽引電機2975能夠產生電信號。當牽引電機2950和牽引電機2975用作發電機時，例如當該機器處於制動時，第一逆變器2900和第二逆變器2925能夠適於從牽引電機2950和牽引電機2975接收AC信號並向所述DC總線提供DC信號。
第二交流發電機2300能夠適於向輔助系統2875提供信號。第二交流發電機2300能夠與開關組2800電耦合。開關組2800能夠用於將電源從第二交流發電機2300和當所述機器處於制動時適於向輔助系統2875供電的電路傳遞到輔助系統2875。
開關組2800能夠與輔助變壓器2850電耦合。輔助系統2850能夠適於改變提供給輔助系統2875的信號的電壓。例如，輔助變壓器2850能夠將第二交流發電機輸出的電壓降低至用於輔助系統2875的更低的電壓。
圖3為能量管理系統3000的示範性實施方案的框圖。能量管理系統3000可以包括內燃機3100。能量管理系統3000可以包括第一交流發電機3300和第二交流發電機3400。能量管理系統3000可以包括適於改變第一交流發電機3300的輸出電壓的場調整電路。該場調整電路可包括與場調整器3500磁耦合的第二交流發電機3400。第二交流發電機3400能夠與整流器和線圈組3200電耦合。場調整器3500能夠適於改變從第二交流發電機3400輸出的電壓和/或電流。整流器和線圈組3200能夠適於轉換來自第二交流發電機3400的電流以便向第一交流發電機3300提供可隨時間變化的激勵。第一交流發電機3300能夠適於產生三相AC信號。
第一交流發電機3300能夠與整流器3600電耦合，該整流器能夠與DC總線3700電耦合。整流器3600可以是有源IGBT整流器，該有源IGBT整流器可以包括輸入電抗器、多個IGBT電晶體和按6脈衝橋路配置的反並聯二極體、低電感總線連接、用於接通/關斷IGBT的點火電路、電流和電壓傳感器、和/或數字控制電路等等。
整流器3600能夠適於向DC總線3700提供DC信號。不管負載和/或電源狀態如何，整流器3600都能引出正弦電流。在某些機器中，整流器3600可以是三相全波自由單元(即二極體)。在某些示範性實施方案中，整流器3600可以是無濾波器的。整流器3600能夠適於將諧波電流畸變限制於大約5％、4.02％、2.998％、2％、1.1％和/或0.5％等等的值或它們之間的任何值或子範圍。整流器3600能夠適於提供校正為大約0.95、0.96、0.97、0.98、0.99和/或1.00等等或它們之間的任何值或子範圍的有源輸入功率因數校正。在某些示範性實施方案中，整流器3600能夠適於用於礦用電鏟和/或拉鏟挖土機。
DC總線3700能夠與逆變器3725、3750電耦合。逆變器3725、3750可以是有源IGBT逆變器。逆變器3725、3750能夠產生空間向量調製(SVM)AC信號。不管負載和/或電源狀態如何，逆變器3725、3750都能夠適於提供具有小於總諧波畸變的大約7％、6.01％、5％、3.997％、3％、2.1％和/或1％和/或它們之間的任何值或子範圍的正弦輸出電流。
逆變器3725、3750能夠適於產生空間向量調製的正弦AC電壓，該電壓具有能夠連續地被改變以影響輸出到諸如牽引電機3925和3950的時間平均電壓的佔空比。逆變器3725、3750的輸出電壓能夠在其頻率、相移和/或幅度或均方根值等方面被改變。逆變器3725、3750能夠適於從DC總線3700接收DC信號並且當與能量管理系統3000相關的機器處於推進狀態時向牽引電機3925、3950遞送AC信號、例如三相AC信號。牽引電機3925、3950能夠與適於推進機器的軸和輪機械耦合。當所述機器處於制動時，牽引電機3925、3950能夠適於產生AC信號。當牽引電機3925、3950產生AC信號時，逆變器3725、3750能夠適於為DC總線3700提供DC信號。
能量管理系統3000可包括輔助系統逆變器3775。輔助系統逆變器3775能夠適於輸出可變的三相AC信號。逆變器3775能夠產生頻率大約為60、90、120和/或更大的周期/秒(赫茲)且幅度為大約100V-大約1800V(包括其間所有值和子範圍、例如大約460、600和720V等)的AC波形。輔助系統逆變器3775可以是有源IGBT逆變器。輔助系統逆變器3775能夠適於產生正弦波脈衝波調製的DC電壓。
逆變器3775能夠利用AC電壓傳感器來控制，該AC電壓傳感器能夠被連接在三相變壓器3790的濾波後的輸出處，用於通過控制逆變器3775的調製指數來調整輸出AC電壓。這組調製指數能夠基於主DC鏈路電壓值來計算或從表中查找。在某些示範性實施方案中，在調製指數斜升之後，利用AC電壓傳感器能夠將三相總線電壓調諧至所希望的均方根值。當負載在AC側發生變化時，能夠連續使用該AC電壓傳感器來在+/-5％的容差範圍內調整電壓值。在逆變器3775的濾波部分側的負載可以是恆定的且是100％負荷，這能夠降低在負載輕時由於正弦濾波器而具有過壓的可能性。該正弦濾波器能夠與輔助系統逆變器3775電耦合。
輔助系統逆變器3775能夠適於向包括與所述機器相關的輔助裝置的輔助系統3900供電。輔助系統逆變器3775能夠適於從DC總線3700接收DC信號並向輔助系統3900提供AC信號。輔助系統逆變器3775能夠與變壓器3790和/或正弦濾波器電耦合。變壓器3790能夠適於從輔助系統逆變器3775接收處於第一電壓的AC信號並向輔助系統3900提供具有第二電壓的AC信號。輔助系統逆變器3775能夠產生正弦波脈衝波調製(SPWM)的DC電壓，該電壓具有能夠連續地被改變以影響被輸出到例如電機的時間平均電壓的佔空比(「接通時間」)。代替SPWM，輔助系統逆變器3775和/或逆變器3725和3750能夠使用空間向量脈衝波調製(SVPWM)技術。根據負載要求和/或實施細節，輔助逆變器3775能夠利用SPWM或SVM方法。
輔助系統逆變器3775可以包括諸如400KVA的中等額定功率，該中等額定功率能夠被用作輔助系統3900的輔助電源。例如，輔助系統逆變器3775可以是西門子ST1500 WL模塊或西門子ST1500 FL模塊(其中1500 WL模塊是水冷的，而ST1500 FL模塊是強制氣冷的)。輔助系統逆變器3775能夠作為由DC總線3700饋電的PWM電壓源逆變器運行。變壓器3790可以是三相變壓器和/或能夠提供隔離和/或能夠降低提供給輔助系統3900的電壓。變壓器3790可缺少用於濾波目的的較高的洩漏阻抗。該變壓器的未經濾波的輸出能夠給運行主鼓風機和/或制動電阻鼓風機(braking resistorblower)的AC電機饋電。鼓風機電機可以利用接觸器和/或位於該變壓器的次級的50％抽頭繞組啟動器來啟動。三相串聯濾波器、空心電抗器和/或三相三角(delta)連接電容器組能夠對室內冷卻器的水泵和/或鼓風機饋電。
輔助系統3900可以包括未經濾波的三相AC總線，該三相AC總線能夠給例如適於冷卻牽引電機、交流發電機、熱交換器和/或制動單元等等的鼓風機饋電。運行這種鼓風機的AC電機能夠經由次級繞組抽頭啟動器來連接。輔助系統3900中的經過濾波的三相總線能夠給由AC電機驅動的水泵和/或用於由AC電機驅動的室內冷卻器的鼓風機饋電。為了使輔助系統3900中的磁性元件的尺寸和重量最小，可將基頻選擇為大約120Hz。輔助系統3900中的AC電機可偏離於440V/120Hz電源運行。作為一般的近似，對於10,000英尺以下的礦山海拔來說，電機能367V/100Hz運行，而對於更高的海拔來說，電機能以全部的440V/120Hz運行。
在針對額定輸出電壓以120Hz(相比於60Hz)且針對其他工作點保持近似恆定的電壓/頻率(V/f)斜率的實施方案中，變壓器3790的尺寸能夠被減小大約一半，由此以相似的比率減小變壓器的尺寸、空間佔用和/或重量。根據額定的車輛有效載荷，通過增加的有效載荷能力和/或每天每輛卡車更高的容量(該容量可根據拖運周期而變化)，這種重量節省能轉換為更高的卡車利用率。
在某些示範性實施方案中，與在空轉時以更高的速度適當地給卡車輔助系統供電可能所需的傳統機器相比，能夠降低內燃機3100的速度。輔助系統3900能夠從三相輔助電源接收AC信號，該三相輔助電源能夠由DC總線3700來饋電。在某些示範性實施方案中，DC總線3700能夠通過經由牽引電機3925、3950所產生的DC信號來充電，所述牽引電機在電制動期間用作發電機並因此提供電能。由此提供給輔助系統逆變器3775的能量可使輔助系統能夠獨立於內燃機3100，從而允許內燃機3100進入真正的空轉(該空轉可基於柴油機製造商的說明書，且能低於大約1000、900.05、799.9和/或750.3rpm等等)。利用經由牽引電機3925、3950所產生的能量能夠降低機器的燃料消耗和/或提高設備壽命。在正常驅動條件(例如推進模式)下，用於輔助系統3900的功率可以來自於內燃機3100。
某些示範性實施方案可用作「真正的制動器」，即它們能夠允許在機器制動時關閉內燃機3100。即使在失去來自內燃機3100的功率的情況下，真正的制動器也能安全地停止正在移動的機器。在這種情況下，由於能夠由牽引電機3925、3950產生功率，所以電制動器(被包含在DC斬波器和/或制動電阻單元中)能夠獨立於內燃機3100運行，即由於能量能夠來自於牽引電機3925、3950，因此不需要從內燃機3300通過交流發電機3400來饋送能量。
輔助系統3900能夠被設計用於比標準50或60Hz更高的頻率。在某些示範性實施方案中，輔助系統能夠被設計用於以大約100Hz-大約120Hz的頻率、高達大約460V的額定電壓運行，因此只要有足夠的轉矩可用於負載，仍允許使用可額定大約60Hz和/或460V的標準NEMA電機。並且，更高的頻率能夠允許顯著減小變壓器3790的尺寸以及其重量、成本和/或空間佔用。這能節省機器的重量和/或允許更好的利用率和/或更有效的拖運周期。
在某些示範性實施方案中，輔助系統3900中的電機負載可以是除運行制動電阻鼓風機的AC電機以外的連續的負荷，該負荷可通過AC電機啟動器來在線連接並斜升至全速。該鼓風機的額定功率可以大約是輔助系統3900的全部的負載功率的50％。
給輔助系統逆變器3775饋電的主DC鏈路電壓可在大約1200V和2000V之間是可變的。所述機器的機架能夠通過具有大約1∶3的電阻率的浮動地接地(例如框架可以在正的主DC鏈路之下大約667V和在負的主DC鏈路之上大約1334V)。在次級側使用的AC電機可以是適於以大約440V/60Hz運行的傳統的NEMA B AC電機。
當機器被啟動時，輔助系統逆變器3775的輸出能斜升至對應於基於V/f曲線的工作頻率的電壓值。所述工作頻率可基於地形輪廓和/或海拔(例如大約90Hz＜f＜大約120Hz)。在啟動輔助系統3900(例如泵、牽引電機冷卻器鼓風機和/或交流發電機冷卻器鼓風機)中所連接的AC電機時從零開始的電壓斜升不會引起任何浪湧電流。另外，這種啟動可以在合理的時間之內(例如大約15秒-大約20秒)。
可以將AC電壓傳感器連接在變壓器3790的濾波後的輸出處，用於通過控制輔助系統逆變器3775的調製指數來調整輸出AC電壓。所述調製指數能夠根據DC總線3700的電壓值來計算(或在表中查找)。在使所述調製指數斜升之後，能夠利用所述AC電壓傳感器將三相總線電壓調諧至所需的均方根值。當負載在AC側變化時，所述AC電壓傳感器能夠連續地被用於在大約+/-5％容差範圍內調整電壓值。在濾波部分側的負載可以是恆定的且是大約100％負荷，這能夠降低在負載輕時由於正弦濾波器而具有過壓的可能性。
作為在輔助系統3900中使用大約120Hz的基頻的結果，某些示範性實施方案能夠減小輔助系統3900的空間佔用；減小輔助系統3900中所使用的磁性元件的重量；改進機器(由於能夠降低該機器所拖運的「靜」載)；提高牽引電機3925、3950的制動能量的利用率；減少可能作為耗散來自牽引電機3925、3950的制動能量的電阻元件中的熱量而浪費的能量；減少維護；降低運行成本；增加內燃機3100的壽命；和/或降低AC電機啟動器的成本，該AC電機啟動器能利用變壓器3790的次級繞組上的50％抽頭來啟動在輔助系統3900等中能以部分佔空比運行的電機。
輔助系統3900的示範性實施方案能具有表II中所列出的特徵。
表II 使用輔助系統逆變器3775能夠允許內燃機以例如低於大約1001、900.3、799.75和/或750rpm等等或其間的任何值或子範圍的速度空轉。
能量管理系統3000可包括信息裝置3950，該信息裝置能夠與諸如場調整器3500、整流器和線圈組3200、整流器3600、逆變器3725、逆變器3750和/或逆變器3775等裝置通信耦合。例如，信息裝置3950能夠提供適於從逆變器3725、逆變器3750和/或逆變器3775產生SVM信號的信息。
在某些示範性實施方案中，能量管理系統3000可以缺少開關電容器組、功率因數補償裝置和/或諧波濾波器等等。
圖4為能量管理系統4000的示範性實施方案的框圖。能量管理系統4000可包括與機器和/或車輛相關的內燃機4100。能量管理系統4000可包括能與內燃機4100機械耦合的交流發電機4200。能量管理系統4000可包括激勵電路4150。激勵電路4150能夠適於改變交流發電機4200的激勵，因此改變交流發電機4200所產生的電壓。交流發電機4200可包括用於監控多個條件的儀器。例如，傳感器能夠監控軸承振動、軸承溫度、定子溫度、激勵電流、所產生的電流和/或所產生的電壓等等。儀器能夠提供在運行和/或維護機器和/或車輛時有用的信息。
交流發電機4200能夠與整流器4300電耦合。整流器4300可包括有源IGBT元件。整流器4300能夠適於從交流發電機4200接收AC信號並將該AC信號轉換成DC信號。整流器4300能夠適於向DC總線的第一部分4400和該DC總線的第二部分4450提供DC信號。
該DC總線的第一部分4400和該DC總線的第二部分4450能夠從整流器4300接收信號並能夠分別與第一多個逆變器4600和第二多個逆變器4650電耦合。當與能量管理系統4000相關的機器處於推進狀態時，第一多個逆變器4600和第二多個逆變器4650能夠適於從該DC總線的第一部分4400和該DC總線的第二部分4450接收DC信號。第一多個逆變器4600和第二多個逆變器4650能夠將DC信號轉換成AC信號並將AC信號分別提供給第一牽引電機4700和第二牽引電機4750。第一牽引電機4700和第二牽引電機4750中的每一個均可包括適於分別從第一多個逆變器4600和第二多個逆變器4650接收六相電信號的雙定子繞組。第一多個逆變器4600和第二多個逆變器4650各自可包括有源IGBT元件並且可以是PWM或SVM逆變器。由於所述系統能夠是再生的，所以可以在第一多個逆變器4600和/或第二多個逆變器4650中提供四象限逆變器。
牽引電機4700和/或牽引電機4750可以配備有適於向用戶提供信息的傳感器和/或關於牽引電機4700和/或牽引電機4750的信息裝置。傳感器能夠適於測量例如溫度、軸承振動、電機速度、電壓、電壓相位信息、電流安培和/或電流相位信息等等。
能量管理系統4000可包括第一DC斬波器電路4500和第二DC斬波器電路4550。第一DC斬波器4500和第二DC斬波器4550均可包括一個或多個IGBT電晶體、低電感總線連接、用於接通/斷開IGBT的點火電路、電流和電壓傳感器以及數字控制電路。第一DC斬波器4500和第二DC斬波器4550能夠DC總線的第一部分4400和/或DC總線的第二部分4450獲得相對恆定的電壓信號作為輸入並利用IGBT將這個恆定的電壓輸入接到輸出端。利用脈寬調製，該恆定的輸入電壓能夠被轉換成可變的電壓輸出。
第一DC斬波器電路4500能夠與所述DC總線的第一部分4400電耦合。第一DC斬波器電路4500能夠適於向包括諸如第一電阻器組4575的散熱器的能量耗散裝置供電。第二DC斬波器電路4550能夠與所述DC總線的第二部分4450電耦合。第二DC斬波器電路4550能夠適於向包括諸如第二電阻器組4590的散熱器的能量耗散裝置供電。
DC斬波器4500、4550能夠產生脈衝波調製(PWM)DC電壓，該電壓具有能夠被連續改變以影響從DC斬波器4500、4550輸出到諸如電阻器組4575、4590的功率耗散器的時間平均電壓的佔空比(「接通時間」)。電阻器組4575、4590例如可包括能夠將電能轉換成熱能的柵極電阻器。當DC總線部分4400、4450上存在過剩能量時，DC斬波器4500、4550能夠被使用，並能夠適於將過剩能量轉換成電阻器組4575、4590中的熱能。否則，可能在DC總線部分4400、4450上出現過電壓。
如果需要牽引電機制動(如使設備的運動減速，諸如降低一個等級時)，則任何不需要的AC電源可被整流和/或被提供給DC總線部分4400、4450，其中不需要的電能可經由DC斬波器4500、4550被提供給電阻器組4575、4590。
第一DC斬波器電路4500和第二DC斬波器電路4550中的每一個均可包括有源IGBT元件，這些有源IGBT元件能夠適於調製未被調製的恆定的DC電壓並向電阻器組4575和電阻器組4590提供調製DC電壓。
所述DC總線的第一部分4400和/或所述DC總線的第二部分4450能夠與輔助系統逆變器4800電耦合。輔助系統逆變器4800可包括IGBT元件並能夠提供PWM AC信號或SVM AC信號。輔助系統逆變器4800能夠適於從所述DC總線的第一部分4400和/或所述DC總線的第二部分4450接收DC信號並向輔助系統變壓器4850提供AC信號。例如，輔助變壓器4850能夠接收大約1200V和大約2000V之間的AC電壓並將AC信號轉換成大約440V的電壓。變壓器4850能夠與多個輔助系統裝置4900和4950電耦合。在某些示範性實施方案中，一個或多個輔助系統裝置4900和4950能夠通過諸如啟動器4920的啟動器來驅動。
能量管理系統4000能夠被用於新機器或被用作現有機器的改進。某些示範性實施方案能夠產生下列操作改進1)降低諧波電流畸變；2)完全再生的操作；3)AC電壓波動的高容差；4)改善的動態特性，和/或作為結果，5)機器的更高的可用性和生產率。這些可以是使用諸如礦用電鏟和拉鏟挖土機之類的機器上的有源前端的益處。
圖5為散熱系統5000的框圖。某些示範性實施方案可包括水冷系統，該水冷系統能夠被應用於冷卻機器的牽引逆變器系統。在某些示範性實施方案中，散熱系統5000能夠被應用於大型機器、例如基於IGBT的AC礦用卡車。在某些示範性實施方案中，散熱系統5000能夠被應用於在驅動系統中使用絕緣柵雙極性電晶體(IGBT)相位模塊的機器。諸如圖4的逆變器4600和4650和/或電阻器組4575和4590的熱發生器和/或其他熱源(例如熱交換器)可被包含在散熱系統5000中。散熱系統5000能夠適於例如在包括散熱系統5000的機器處於制動並且諸如圖4的牽引電機4700和4750之類的牽引電機隨所述機器處於制動而產生功率時消除能量。
散熱系統5000可包括流體-空氣熱交換器5100，該流體-空氣熱交換器可包括鼓風機5150。鼓風機5150能夠通過推動空氣越過流體-空氣熱交換器5100的散熱片來提高流體-空氣熱交換器5100中的傳熱效率，由此從那裡消除熱量。流體-空氣熱交換器5100中的流體可以是水、乙二醇和/或任何其他熱交換流體或熱交換流體的混合物。
散熱系統5000可包括泵5200，用於使流體循環通過多個熱源5800以及通過流體-空氣熱交換器5100。熱源5800可包括轉換器相位模塊、電阻器、柵極電阻、基於IGBT的整流器、基於IGBT的逆變器和/或安裝在散熱器上的IGBT裝置/功率二極體。例如，牽引驅動系統的相位模塊會因在電壓高電流下接通和斷開而產生損耗等。熱量能夠從IGBT被傳遞到安裝在熱源5800上的水冷散熱器，該熱源可以用螺栓固定到IGBT的下側，該下側可以是絕緣側。一旦熱量位於安裝在熱源5800上的散熱器中，泵5200就能激勵熱交換流體循環通過內部管道到達安裝在熱源5800上的散熱器。這些熱量能夠以類似的方式從安裝在熱源5800上的散熱器被傳遞到並聯連接的相位模塊的IGBT中的熱交換流體。散熱系統5000可包括壓力傳感器5300和/或溫度傳感器5400。壓力傳感器5300和/或溫度傳感器5400能夠被用於分析散熱系統5000的性能。
散熱系統5000可包括信息裝置5900，該信息裝置能夠與壓力傳感器5300和/或溫度傳感器5400通信耦合。當正確運行時，散熱系統5000能夠防止對諸如熱源5800的電氣元件的熱損害。如果溫度超過確定的閥值，信息裝置5900則能夠啟動保護措施。響應於超出預定閥值的溫度，提供給熱源5800的信號可以經由信息裝置5900降低額定值和/或減小。響應於超出預定閥值的溫度，標誌信號能夠經由信息裝置5900被發送，該標誌信號指示需要維護。壓力傳感器5300能夠確定壓力是否在可接受的範圍內，例如在大約0.5巴和大約20.99巴之間和/或其間的任何值或子範圍。散熱系統5000可包括內部的流體-空氣熱交換器5700，該流體-空氣熱交換器可包括鼓風機5600。
散熱系統5800的某些示範性實施方案能夠在大約-50.1℃-大約65.5℃以及其間的所有值和/或子範圍的環境氣溫下工作。在某些示範性實施方案中，反向過程能並行發生，該反向過程能夠利用作為散熱系統5000的一部分的牽引機殼(traction cabinet)內部的流體-空氣熱交換器5700和鼓風機5600來冷卻封閉機殼的內部環境空氣。因此，這能夠有助於冷卻機殼中的模塊。
在某些示範性實施方案中，利用散熱系統5000的機器能夠以比否則可能的額定功率更高的額定功率運行牽引轉換器相位模塊。因此，在某些示範性實施方案中，與傳統的氣冷系統形成對比，利用流體冷卻，針對相同的額定功率能夠使用更少的模塊。由於能夠使用更少的模塊，因此能夠降低成本。與氣冷系統相比，流體冷卻系統能夠提供更有效的冷卻。改善的冷卻能夠導致更高的系統可靠性。被冷卻的元件失效之間的平均時間能夠被減小，因為元件溫度偏差和/或擺動能夠被減小。在某些示範性實施方案中，與氣冷系統相比，流體冷卻系統能夠在給定的工作空間內產生更大的冷卻能力和/或利用更小的封裝。某些示範性實施方案可使用防凍劑/水混和物。
圖9為一種水冷IGBT控制箱9000的框圖。
圖10為一種水冷IGBT控制箱10000的框圖。
圖11為牽引電機11000的示圖。
圖12為能量管理方法12000的示範性實施方案的流程圖，該能量管理方法在動作12100中能夠包括例如經由與內燃機機械耦合的交流發電機產生電能。該內燃機和交流發電機能夠與諸如越野牽引車輛的機器相關聯。機械能可以從該內燃機被傳輸到該交流發電機。該交流發電機能夠產生電壓大約為120、135.67、159.1、224.5、455、460.75、885、930.1、1200、1455.45、1687.1、2000、2200.32、2300.12、3000.6、5500V和/或其間的任何其他值或電壓範圍的信號。可以通過改變內燃機的速度和/或改變交流發電機的激勵來改變電壓。由所述交流發電機產生的電壓可以具有任何頻率、例如大約29.98Hz、40Hz、48.75Hz、54.2Hz、60Hz、69.2Hz、77.32Hz、85.9Hz、99.65Hz、120Hz、144.2Hz、165.54Hz、190.3Hz、240Hz和/或其間的任何值或值的子範圍。
在動作12200中，能量管理方法12000可包括將作為交流電提供給整流器的電能整流和/或轉換成基本上未被調製的直流電。整流器可以是有源絕緣柵雙極性電晶體整流器或包括電晶體的緊壓包裝二極體整流器。關於緊壓包裝二極體的附加信息能夠例如在美國專利號6,281,569(Sugiyama)中找到，該文以其整體被引入作為參考。所述整流器能夠與DC總線的兩個部分電耦合。
在動作12300中，能量管理方法12000可包括對電能進行逆變。來自DC總線的基本上未被調製的直流電可被逆變為交流電。逆變器能夠向輔助裝置和/或適於驅動機器的牽引電機提供作為交流電的電能。逆變器可以是有源絕緣柵雙極性電晶體逆變器。
在動作12400中，能量管理方法12000可包括在牽引電機處產生電能。當所述機器能夠移動並處於制動時，牽引電機能夠用作向逆變器提供作為交流電的信號的發電機。在牽引電機包括雙定子繞組的情況下，所產生的信號可以處於例如大約120Hz的頻率。由牽引電機產生的電壓可以是具有任何頻率、例如40Hz、48.75Hz、54.2Hz、60Hz、69.2Hz、77.32Hz、85.9Hz、99.65Hz、120Hz、144.2Hz、165.54Hz、190.3Hz、240Hz和/或其間的任何值或值的子範圍。所產生的信號能夠通過與所述牽引電機相關的逆變器被整流為基本上未被調製的DC電流。這個基本上未被調製的DC電流能夠被提供給所述DC總線。
在動作12500中，能量管理方法12000可包括在DC斬波器處對電能進行斬波。該DC斬波器可以是有源絕緣柵雙極性電晶體DC斬波器。該DC斬波器能夠適於調製所述基本上未被調製的DC電流。調製所述基本上未被調製的DC電流能夠允許經由利用霍爾效應的裝置耗散掉過剩的電能。
在動作12600中，能量管理方法12000可包括在散熱器處將電能轉換成熱能。在某些示範性實施方案中，所述散熱器能夠被機械固定到諸如電阻器和/或逆變器的產熱的電氣裝置上。在某些示範性實施方案中，可以利用諸如柵極電阻器的電阻器將電能轉換成熱能。在某些示範性實施方案中，可以利用線圈將電能轉換成熱能以便將電能傳遞至與所述機器相關的適於耗散熱量的機殼。電阻器和/或機殼能夠例如通過至圍繞車輛的空氣的對流傳熱和/或至與機殼相接觸的物質的傳導傳熱來將熱能耗散到周圍環境中。對流傳熱能夠通過利用鼓風機使熱的電阻器和/或機殼周圍的空氣移動來改善。
圖13為信息裝置13000的示範性實施方案的框圖，在某些操作實施方案中，該信息裝置可包括例如圖1的信息裝置1200。信息裝置15000可包括多種已知元件、例如一個或多個網絡接口13100、一個或多個處理器13200、一個或多個包含指令13400的存儲器13300、一個或多個輸入/輸出(I/O)裝置13500和/或一個或多個與I/O裝置13500耦合的用戶接口13600等等中的任何一種。
在某些示範性實施方案中，通過一個或多個用戶接口、例如圖形用戶接口，用戶能夠查看與機器相關的信息的再現。
通過閱讀上述詳細描述以及某些示範性實施方案的附圖，對於本領域的技術人員來說其他實施方案也將容易變得顯而易見。應當理解，可以實現多種變化、修改和附加的實施方案，並且因此所有這樣的變化、修改和實施方案都應被認為是在本申請的精神和範圍內。例如，不管本申請的任一部分的內容(例如題目、領域、背景、概要、摘要、附圖等等)，除非明確說明有相反意思，例如通過明確的定義，在這裡在任一權利要求(或要求其優先權的任何申請的任一權利要求)中都不需要包含任何特殊的所說明或所示的特徵、功能、動作或元件、任何特殊的動作順序、或元件的任何特殊的相互關係。而且，任何動作能夠被重複，任何動作都能由多個實體執行，和/或任何元件都能被加倍。另外，能排除任何動作或元件，能夠改變動作的順序，和/或能夠改變元件的相互關係。因此，這些描述和附圖應被認為實際上是說明性的，而非限制性的。而且，當在本文中描述任何數量或範圍時，除非另外明確說明，該數量或範圍均是近似的。當在本文中描述任何範圍時，除非另外明確說明，這個範圍包括其中的所有值和所有子範圍。在本文中被引入作為參考的任何材料(例如美國專利、美國專利申請、書、論文等)中的任何信息僅僅是在這樣的信息和其他陳述和附圖之間不存在衝突的程度上被引入作為參考。在存在衝突(包括將使本文中或要求本文優先權的任何權利要求無效的衝突)的情況下，則在本文中明確地不將這樣的被引入作為參考的材料中的任何這樣的衝突信息引入作為參考。
權利要求
1.一種系統，包括
用于越野牽引車輛的電驅動系統，該電驅動系統包括
有源絕緣柵雙極性電晶體整流器，適於將從交流發電機接收的第一AC信號轉換成第一DC信號；以及
逆變器，適於從所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器接收所述第一DC信號並向包括雙定子繞組的牽引電機提供第二AC信號。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器適於向DC總線提供所述第一DC信號。
3.如權利要求1所述的系統，此外還包括
有源絕緣柵雙極性電晶體DC斬波器，適於從DC總線接收所述第一DC信號並向散熱器提供第二DC信號。
4.如權利要求1所述的系統，此外還包括
散熱器；和
有源絕緣柵雙極性電晶體DC斬波器，適於從DC總線接收所述第一DC信號並向所述散熱器提供第二DC信號。
5.如權利要求1所述的系統，此外還包括
與所述交流發電機機械耦合的內燃機。
6.如權利要求1所述的系統，其中
所述交流發電機適於改變所述第一DC信號的電壓。
7.如權利要求1所述的系統，其中
所述交流發電機適於通過改變對所述交流發電機的激勵來改變所述第一DC信號的電壓。
8.如權利要求1所述的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器是無濾波器的。
9.如權利要求1所述的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器適於將諧波電流畸變限制於大約5％。
10.如權利要求1所述的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器適於將諧波電流畸變限制於大約3％。
11.如權利要求1所述的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器適於將諧波電流畸變限制於大約2％。
12.如權利要求1所述的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器適於提供校正為大約0.98的有源輸入功率因數校正。
13.如權利要求1所述的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器適於提供校正為大約0.99的有源輸入功率因數校正。
14.權利要求1的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器適於提供校正為大約1.0的有源輸入功率因數校正。
15.如權利要求1所述的系統，其中，所述第二AC信號是空間向量調製信號。
16.如權利要求1所述的系統，其中
所述有源絕緣柵雙極性電晶體逆變器向所述牽引電機提供具有小於大約5％的總諧波畸變的正弦輸出電流。
17.如權利要求1所述的系統，其中
所述系統缺少開關電容器組。
18.如權利要求1所述的系統，其中
所述系統缺少功率因數補償設備。
19.如權利要求1所述的系統，其中
所述系統包括正弦濾波器，該正弦濾波器適於在輔助變壓器的輸出端處產生正弦信號，該輔助變壓器與所述有源絕緣柵雙極性電晶體整流器電耦合。
20.一種系統，包括
用于越野牽引車輛的電驅動系統，該電驅動系統包括
有源絕緣柵雙極性電晶體整流器，適於將從交流發電機接收的第一AC信號轉換成第一DC信號並向DC總線提供所述第一DC信號；以及
散熱器；以及
有源絕緣柵雙極性電晶體DC斬波器，適於從所述DC總線接收所述第一DC信號並向所述散熱器提供第二DC信號。
21.一種系統，包括
用于越野牽引車輛的電驅動系統，該電驅動系統包括
有源絕緣柵雙極性電晶體整流器，適於將從交流發電機接收的第一AC信號轉換成DC信號；以及
有源絕緣柵雙極性電晶體逆變器，適於產生經空間向量調製的第二AC信號。
全文摘要
某些示範性實施方案可包括一種系統，該系統包括用於機器的電驅動系統。所述系統可包括適於將來自交流發電機的AC功率轉換成DC功率的整流器。所述系統可包括適於接收來自整流器的DC功率並向牽引電機和/或輔助裝置提供功率的逆變器。某些示範性實施方案可包括一種用於耗散來自機器的過剩能量的系統和方法。
文檔編號B60L7/22GK1957522SQ200580016918
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月27日 優先權日2004年5月27日
發明者R·H·阿馬德, E·皮蒂烏斯 申請人:西門子能量及自動化公司, 西門子公司