[發明專利]用于控制向負載供電的變換器的系統和方法

有效

• 申請號: 200910141919.1
• 申請日: 2009-04-29
• 公開（公告）號: CN101572502A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: R·G·沃戈納;A·里特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/537
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李少丹;李家麟

技術領域

本發明通常涉及功率變換器(power?converter)，更具體而言涉及用于控 制向負載供電的變換器的系統和方法。

背景技術

高速電機或高速、高功率電動機被用于許多不同的應用中。例如，高速、 高功率電動機可用于在工業應用中為泵、風扇、鼓風機或壓縮機供電。變速運 行的高速、高功率電動機在工業、采礦和鉆探領域的需求日益增加。而且，通 常這些領域需要高度的可靠性。在一些作業例如在到達泵站是困難并且費時的 的、偏遠的全球地區抽取原油中，電動機運行的可靠性對防止危險、高花費、 和持續停機是必不可少的。

高速、高功率電動機可接收來自電源的功率。在許多應用中，從電源輸 出的信號在輸入到高速、高功率電動機之前先經過功率變換器。例如，可從電 源輸出的直流功率信號然后經過直流到交流(“AC”)變換器，來產生向交流電 動機供電的合適信號。此外，功率變換器可包含一個或多個開關，其可選擇性 被激活以產生向電動機供電的合適的信號。例如，這些開關可以是半導體器件， 如閘流管(也稱為“SCRs”，或可控硅整流管)、三端雙向可控硅元件、功率晶 體管、金屬氧化物半導體場效應管(稱為“MOSFETs”)、絕緣柵雙極型晶體管 (稱為“IGBTs”)、集成門極換流晶閘管(稱為“IGCTs”)、以及MOS控制晶閘 管(稱為“MCTs”)。

簡單、堅固、和可靠的功率變換器在這種高速、高功率的電動機的應用 中是必不可少的。包括多個單獨元件如串聯或并聯的半導體開關的變換器可具 有任何一個單獨的開關元件可能偶然失效的、增加的可能性。增加變換器的元 件如用于半導體開關的緩沖電路，進一步增加了可能失效的元件數量。因此， 期望設計一種簡單結構的功率變換器并減少元件的數量。然而，在簡單的變換 器結構中，功率變換器的單獨的元件應該在可接受的溫度范圍內以及功能受限 的條件下使用，以避免失效。

此外，在許多應用中，需要具有確定功率輸出的高速、高功率電動機。 隨著電機尺寸的縮小，可以通過提高電機旋轉的頻率或速度以獲得相同的功率 輸出。許多情況下，增加功率變換器中開關被激活的頻率以適應高速、高功率 電動機增加的旋轉速度或旋轉速率。換句話說，更高的頻率信號從功率變換器 施加到了電動機上。

然而，如果從功率變換器給高速、高功率電動機提供的更高頻率的輸入 信號，則會引起電機部件溫度升高和整體諧波畸變。此外，增加功率變換器的 開關頻率會導致功率變換器中更多的開關損耗。

因此，存在對于改進的用于控制向負載供電的變換器的系統和方法需要。

還需要能降低負載中的整體諧波畸變和開關損耗的、用于控制向負載供 電的變換器的系統和方法。

發明內容

本發明的具體實施方式能夠滿足上述的部分或全部需求。本發明的具體 實施方式總體上指明了用于控制向負載供電的變換器的系統和方法。

根據發明的一個示例性具體實施方式，提供了一種用于向負載供電的方 法。該方法可包括：提供包括至少具有第一引線和和第二引線的電路的功率變 換器，向功率變換器提供輸入電源(power)信號，向第一引線至少提供第一門 控(gating?control)信號，向第二引線至少提供第二門控信號，以及至少部分地 響應于提供的第一和第二門控信號向負載輸出至少一個輸出功率信號。根據這 個示例性具體實施方式，第一門控信號和第二門控信號可各具有含有凹口 (notch)的波形，并且第二門控信號相對于第一門控信號進行了相移。

根據發明的另外一個示例性具體實施方式，提供了用于向負載供電的系 統。該系統可包括能夠操作來提供功率信號的電壓源、包括至少具有第一引線 和第二引線的電路的功率變換器、和至少一個門控制器，該門控制器可操作來 向功率變換器的第一引線至少提供第一門控信號和向功率變換器的第二引線至 少提供第二門控信號。根據該示例性具體實施方式，第一門控信號和第二門控 信號各具有含有凹口的波形，以及第一門控信號可相對于第二門控信號進行了 相移。變換器可操作來接收來自電壓源的功率信號，并且至少部分地響應于所 提供的第一和第二門控信號向負載輸出至少一個輸出功率信號。