[發(fā)明專利]具有用于變換的電子功率單元的電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810086095.8
• 申請日: 2008-03-19
• 公開（公告）號: CN101272099A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設計）人: A·拉卡茲
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: H02M5/257
• 分類號: H02M5/257;H02M5/27;H02M5/293;H02M5/297;H02P9/42;H02P9/44;H02K11/00;H02K11/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發(fā)明涉及一種包括定子和可旋轉地且同軸地安裝在定子中的轉子的電機，優(yōu)選為發(fā)電機，并且包括將定子和轉子實質上容置于其中的殼體以及用于變換多相交流電流的電子功率單元(electronic?powerunit)。

背景技術

在發(fā)電領域，對于額定輸出，增大渦輪的旋轉速度伴隨著尺寸和成本的降低。效率也會提高。迄今為止，最高達70MW的發(fā)電渦輪通過齒輪傳動裝置連接著發(fā)電機，以便允許以更高的渦輪旋轉速度運轉。隨著輸出增加，使用齒輪傳動裝置由于可靠性原因而變得越來越困難。在這種情況下，渦輪以發(fā)電機的同步速度運轉。

使用靜態(tài)變頻器(功率電子器件)代表了另一種選擇，其可提供許多優(yōu)點，例如在恒定體積產量和轉速的前提下減少發(fā)電機成本，速度可調-允許恢復渦輪的部分負載效率，顯著降低噪音，清潔地(無油)冷卻，等等。

在發(fā)電和驅動這兩種情況下，降低靜態(tài)變頻器的損耗都會帶來顯著的成本節(jié)約。降低損耗首先會影響到投資成本，因為冷卻占了變頻器的總成本的很大一部分。

靜態(tài)變頻器既存在間接AC/DC/AC變換的情況，也存在直接AC/AC變換的情況。

間接變換(AC/DC/AC)的引起是通過從三相電源(在電動機的情況下為電網(grid)在發(fā)電的情況下為發(fā)電機)產生直流電流或直流電壓。接下來，直流電流或直流電壓通過逆變器而被變換回交流電流。電感(電流源變換器)或電容器組(電壓源變換器)被切換到直流鏈中，以便能夠實現(xiàn)工作原理。

目前的大型間接變換器是電流源類型的，并且使用了晶閘管。如果晶閘管的自然換流是可行的，則變換器中的損耗會減小。電壓源變換器使用GTO，因為它們固有的高傳導損耗，以及IGBT或IGCT。各部件的功率能力小于晶閘管，因此，對于額定電壓和額定電流，需要大量的部件。電壓源變換器可以受益于使用脈沖寬度調制技術，其可以改進電流曲線的形狀并且減小諧波。切換頻率越高越好，除了關于損耗和介質疲勞這兩方面以外。電流可以大部分地產生為正弦形狀，從而電機功率的定額減小可以避免。

舉例來說，直流變換(AC/AC)可以通過所謂的循環(huán)變換器(cyclo-converter)實現(xiàn)。從電機的角度看，直流變換提供了顯著的優(yōu)點，因為電流是或多或少地正弦形狀的，而非斬波直流電流。其能減小額外出現(xiàn)在電機中的損耗，并且還防止脈動轉矩。

然而，使用三相循環(huán)變換器會將可獲得的頻率范圍限制在0-1/3的輸入頻率。三相循環(huán)變換器由三個單相循環(huán)變換器形成，每個分別以平衡操作來處理1/3的功率。超過所述頻比1/3極限將導致強烈的不平衡操作，因而每個單相循環(huán)變換器應當被設計為適合于超過1/3的滿功率。過尺寸可能導致功率定額因數(shù)高達3。

直流變換的另一種可能性由所謂的矩陣式變換器(matrixconverter)提供，其中多相源(發(fā)電機或電網)中的每一相通過雙向開關連接或可連接多相負荷(電網，無源負荷，電動機，等等)中的每一相。開關包括足夠數(shù)量的晶閘管以承受相間壓差和相電流，并且允許電流反向。它們可以被看作是真正的雙向部件，并且提供了一種選擇，即結合使用附加線路，例如用于逆平行(antiparallel)部件驅動脈沖的緩沖器或門單元供電器。

開關以m相源和n相負荷的方式被布置成(m×n)矩陣。這提供了一種選擇，即在輸入相和輸出相之間建立任何期望的連接；然而與此同時，其缺點是，矩陣的某些開關狀態(tài)必須排除，因為否則的話，例如，可能發(fā)生短路。另外，期望實現(xiàn)從一相至另一相的換向，從而使得產生最低可能的開關損耗。

舉例來說，可以使矩陣式變換器以下述方式操作，即只有自然換流被使用。這一點可以如此實現(xiàn)，即只有在特定條件被滿足時，才允許從發(fā)電機的選擇連接的相切換至發(fā)電機的選擇未連接的相。一種這樣的矩陣式變換器及其操作模式被公開于DE-A-100?51?222以及相應的歐洲專利申請EP-A-1199794中。雖然效率和通用性高，但這種普通概念的矩陣式變換器及其操作模式大體上的缺點是，在某些應用中，存在有關諧波失真以及有關可能頻比方面的缺陷。

另一種不同的提議見于文獻EP-A-0?707?372，其提出了將一種頻率匹配裝置用于發(fā)電機的多相輸出，其中頻率匹配裝置或者甚至其部件直接安置在發(fā)電機定子的端部繞組上。頻率匹配裝置安置在發(fā)電機殼體中，并且由用于冷卻發(fā)電機中那些需要冷卻的零部件的同一冷卻系統(tǒng)冷卻。