[發明專利]電源轉換器

有效

• 申請號: 200810096172.8
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101304234A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 羅德尼·瓊斯;克里斯托夫·牛頓
• 申請（專利權）人: 康弗蒂姆有限公司
• 主分類號: H02P27/06
• 分類號: H02P27/06;H02P27/12;H02M5/44;B63H21/17
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳源;張天舒

技術領域

本發明涉及電源轉換器，具體地說，涉及一種電源轉換器，其 能夠用來將操作于可變電壓及可變頻率的電動機連接到電壓和頻率 標稱固定的電源網格或供電網。本發明還包括這樣的特征，即在供電 網故障和瞬變狀態時使得電源轉換器保持與供電網的連接并持續控 制。該電源轉換器尤其適用于海上推進系統，但并不限于此。

背景技術

船舶的推進器組件典型地以可變速度在向前和向后兩個方向上 旋轉。由于船舶使用電力和推進系統，所以驅動推進器組件的電動機 也將需要在可變頻率(針對推進器組件被電動機的轉子直接驅動于是 頻率將近似地與推進器組件的旋轉速度成比例的情況)和可變電壓 (近似地與頻率成比例)下進行操作。船舶的電源系統將具有標稱固 定的電壓和頻率，因此必須使用電源轉換器來將電動機連接到電源系 統。

電源轉換器典型地由以下兩部分構成：電網橋，其將來自電源 系統的交流電源調整為標稱固定的直流電壓(直流傳輸線)；以及電 動機橋，其將直流電壓轉換為用于電動機的適當的交流電壓。許多船 舶的電源系統常被認為是“薄弱的”，因為總發電量非常接近總負荷。 這意味著當連接到電源的大負載和推進系統都啟動時，可能會發生顯 著的瞬變(急降)。電源系統上的任何急降或故障將干擾電網橋及其 提供直流電壓的操作。因此對于電源轉換器通常是將其關閉以避免對 各種元件造成損壞。對于許多海上應用來說，這種關閉電源轉換器的 要求以及進而相關推進設備的總損失被認為是無法接受的。

因此需要一種改進的電源轉換器，其可以在急降或故障的情況 下保持與電源系統的連接。

發明內容

本發明提供一種電源轉換器，其能夠用來將要求可變電壓并操 作于可變頻率的電動機連接到提供標稱固定的電壓和標稱固定的頻 率的供電網，所述電源轉換器包括：

第一有源整流器/反相器，其被電連接到電動機的定子并包括多 個半導體電源開關器件；

第二有源整流器/反相器，其包括多個半導體電源開關器件；

直流傳輸線，其連接在第一有源整流器/反相器和第二有源整流 器/反相器之間；

濾波器，其連接在第二有源整流器/反相器和供電網之間，該濾 波器包括網絡接線端；

用于第一有源整流器/反相器的第一控制器；以及

用于第二有源整流器/反相器的第二控制器；

其中第一控制器使用一個指示了期望直流傳輸線電壓的直流傳 輸線電壓需量信號，以控制第一有源整流器/反相器的半導體電源開 關器件來實現與直流傳輸線電壓需量信號對應的期望的直流傳輸線 電壓電平；并且

其中第二控制器使用一個指示了將通過第二有源整流器/反相 器從供電網傳輸到直流傳輸線的功率電平的功率需量信號，并使用一 個指示了將在濾波器的網絡接線端上實現的電壓的電壓需量信號，以 控制第二有源整流器/反相器的半導體電源開關器件來實現與功率需 量信號和電壓需量信號對應的期望的功率電平和電壓電平。

電源轉換器可被用于在供電網處于正常工作狀態期間將電動機 連接到供電網，而且還可包括這樣的特征，即允許工作在供電網電壓 由于供電網上的故障或瞬變而發生變化的狀態下。第二控制器還可以 在供電網電壓偏離其正常狀況時對第二有源整流器/反相器進行控制 來將電壓支持提供到供電網。

電動機可以是任何類型的旋轉電動機或線性電動機。示例中將 包括(通過如永久磁鐵或者常規或超導繞組之類的任何適當方式來激 勵的)感應電動機或同步電動機。在旋轉電動機的情況下，轉子可被 連接到推進器組件或在瞬變或故障期間要求不脫網運行 (ride-through)的任何其他機械負載。然而，在機械負載無法從供 電網獲得電力的時間內其必須(以慣性或沖量等形式)保持足夠的能 量來持續工作。線性電動機可被用在需要往復運動的應用中。

在電動機是感應電動機的情況下，第一控制器優選地使用指示 了將在電動機內實現的期望通量水平的通量需量信號來對第一有源 整流器/反相器的半導體電源開關器件進行控制，從而產生了在電動 機中實現了期望的通量的定子電量。術語“定子電量”在這里用來指 單個相電壓量、單個相電流量、以及多相電動機中的相位和頻率這些 中的任何一個和全部。

可以使用按照傳統脈寬調制(PWM)策略得出的門驅動控制信號 來控制第一有源整流器/反相器中的半導體電源開關器件的操作。