[發(fā)明專(zhuān)利]用于電機(jī)的逆變器、運(yùn)行逆變器的控制器和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210315291.4
• 申請(qǐng)日: 2012-07-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102882467A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·菲克廷格;W·保羅;C·斯平德?tīng)柌?/a>;J·坦恩海默
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 麥格納電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02P27/06
• 分類(lèi)號(hào): H02P27/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 謝強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的逆變器，其中所述逆變器包括多個(gè)用于連接電機(jī)的相線，其中逆變器的每個(gè)相線均包括具有各一個(gè)第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和各一個(gè)第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的半橋，其中第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可用來(lái)將至少一個(gè)相線暫時(shí)與逆變器的第一電源線電連接，并且第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可用來(lái)將相線暫時(shí)與逆變器的第二電源線電連接。第一電源線可以是用來(lái)與電源正極相連的逆變器正電源線；第二電源線則是用來(lái)與電源負(fù)極相連的逆變器負(fù)電源線。替換地，第一電源線也可以是用來(lái)與電源負(fù)極相連的逆變器負(fù)電源線；第二電源線則是用來(lái)與電源正極相連的逆變器正電源線。電機(jī)可以是電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，或者是用于能量回收此外也用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電動(dòng)-發(fā)電機(jī)。相線的數(shù)量可以是例如2、3、4或5，或者是大于1的一個(gè)自然數(shù)。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可以是例如晶閘管或晶體管，尤其可以是IGBT或者功率MOSFET。通常給每一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。一種有利的擴(kuò)展在于，逆變器具有一個(gè)正常工作模式，在該模式下將制動(dòng)能期望地回收(再生)到直流電源之中。

本發(fā)明還涉及一種用于逆變器的控制器。

此外，本發(fā)明還涉及一種運(yùn)行逆變器的方法。

背景技術(shù)

DE?298?13?080?U1描述了一種具有逆變器、保護(hù)裝置和永磁電機(jī)的裝置。保護(hù)裝置可用來(lái)避免由于中間電路電容重置以及由于超過(guò)換流閥截止電壓引起的逆變器損壞。在電機(jī)和逆變器之間將保護(hù)裝置連接到電機(jī)相線上。保護(hù)裝置包括用來(lái)發(fā)出存在有害反向電壓信號(hào)的信號(hào)生成構(gòu)件以及用于電機(jī)端子電壓短路的構(gòu)件，其中所述短路構(gòu)件的導(dǎo)通電阻起到制動(dòng)負(fù)載作用。保護(hù)裝置也可以具有沒(méi)有提及的以下應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：如果在同步電機(jī)(例如永磁電機(jī))中將相相互短路，則在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的扭矩只有在極小的電機(jī)轉(zhuǎn)速下才會(huì)很高。在高于該極小電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下，短路時(shí)在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的扭矩明顯小于具有歐姆負(fù)載的電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的扭矩。

現(xiàn)在首先從技術(shù)角度論證同步電機(jī)的這一特性，以利于理解本發(fā)明的可行性和作用原理。相短路時(shí)還處在回路中的唯一歐姆電阻是繞組歐姆電阻。對(duì)于作為電源的同步電機(jī)而言，其同步電抗即為該電源的內(nèi)電阻。由于電機(jī)的同步電抗與轉(zhuǎn)速成正比(參見(jiàn)Wippich，K.：Elektrische?Maschinen?und?Antriebe?II，Vorlesung?an?der?FH?Oldenburg，第150頁(yè))，因此同步電抗上的電壓降隨著轉(zhuǎn)速增大而越來(lái)越超過(guò)繞組歐姆電阻上的電壓降。作為電源的同步電機(jī)的內(nèi)電阻(同步電抗)與耗電器電阻(繞組電阻)之間的這種失配會(huì)在短路時(shí)大大削弱從驅(qū)動(dòng)軸傳遞到歐姆電阻之中的能量。附加地，由于短路時(shí)的電樞反應(yīng)比較大(參考Wippich，出處同上)，還會(huì)在短路時(shí)減小驅(qū)動(dòng)軸與歐姆電阻之間傳遞的能量。

本發(fā)明使用同步電機(jī)短路時(shí)的這種扭矩削弱效果來(lái)減小在不期望的能量回收時(shí)出現(xiàn)的不期望的危及安全的扭矩(再生扭矩)。除了減小扭矩并非DE?298?13?080?U1中建議的措施(將相相互短路)的目的之外，DE?298?13?080?U1中所建議的保護(hù)裝置的制造成本和所需空間也很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，為了避免不期望的危及安全的扭矩提供一種具有相應(yīng)保護(hù)作用的裝置，其制造成本比已知的裝置更加低廉。此外本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題還在于，提供一種運(yùn)行逆變器的方法，該方法能夠以更加低廉的成本制造具有相應(yīng)保護(hù)作用的裝置。

上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求來(lái)解決。本發(fā)明構(gòu)思的有利擴(kuò)展是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。

按照本發(fā)明，對(duì)已知的逆變器進(jìn)行了改進(jìn)，方法是使得逆變器可用來(lái)暫時(shí)在第一能量回收限制模式下工作，在該模式下至少暫時(shí)使得第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少兩個(gè)同時(shí)導(dǎo)通。這樣就能將保護(hù)功能集成到逆變器之中，并且附加地還可節(jié)約保護(hù)裝置的制造費(fèi)用和所需空間。優(yōu)選地，在第一能量回收限制模式下使得所有第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，并且以這種方式將所有相線相互短路。當(dāng)轉(zhuǎn)速不太低的時(shí)候，同步電抗就會(huì)由于短路而超過(guò)歐姆電阻，其中歐姆電阻主要由串聯(lián)的繞組歐姆電阻和導(dǎo)通半導(dǎo)體的發(fā)射極-集電極段或者源極-漏極段的歐姆電阻構(gòu)成。通過(guò)這種故意利用短路使得同步電抗與歐姆電阻之間暫時(shí)失配的方式，大幅度減小在驅(qū)動(dòng)軸和短路時(shí)在相應(yīng)相電路中剩余歐姆電阻之間傳遞的能量。根據(jù)已知的關(guān)系式M＝P/2πf可知，利用這種減小能量傳遞的方式也可以在逆變器停止工作時(shí)大幅度減小危及安全的扭矩變化dM/dt(M：＝扭矩；P：＝單位時(shí)間內(nèi)傳遞的能量；f：＝驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速)。