[發明專利]可變開關頻率的電力轉換器

有效

• 申請號: 201210548648.3
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103166492B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 科林·哈吉斯
• 申請（專利權）人: 尼得科控制技術有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王萍,王娜麗

技術領域

本發明涉及用于諸如光伏或風電能量轉換系統等電負載、或諸如電動機等其他電負載的電轉換系統。

背景技術

在來自例如光伏或風能源的電力發電中，經由諸如并網逆變器（grid-tie inverter）等電轉換逆變器向電網饋入所供應的電，該電轉換逆變器將直流電轉換成適合的電壓和頻率的交流電。在電動機的控制中，電動機驅動逆變器用來按照要求調整向電動機供電的電壓和頻率。通常，逆變器為固態開關逆變器，該固態開關逆變器通過脈寬調制（PWM，pulse wave modulation）調整其輸出。就電轉換逆變器而言，通過采用含有實際存在的電感元件的電濾波器，經脈沖處理的輸出變為占主導地位的正弦波形。而對于電動機或其他電機，機器的固有電感通常足以在該機器內實現此功能。

因此，無論電動或發電，電機可類似地采用轉換系統與電機所連接至的電系統接口。這里，用于對來自輸入到電力網絡的發電源的電源進行調整、或者對控制電機的電源進行調整的設備被統稱為電力轉換器。

對于電力轉換器，逆變器自身的效率通常為98%左右，濾波器的效率為99%左右。對于這樣的系統，在市場中效率是關鍵的競爭因素，因為其影響例如來自給定的能量源的能量產出。在競爭中小至0.2%的效率提升可成為決定性的因素。

對于電動機驅動逆變器，逆變器自身的效率通常也為98%左右，但相關的電動機的效率可在約80%至95%的范圍內變化，這取決于電動機的額定功率及其設計細節。通常，一方面驅動系統的工業市場由電機制造商提供服務，而另一方面由逆變器制造商提供服務。電動機驅動逆變器的制造商相互競爭，以生產出在執行任務的靈活性和適應性方面的“功能豐富”的、并且在轉換器效率上也具競爭力的產品。因此，通常基于效率的賣點是不重要的，因為相對于轉換器的吞吐量以及相對于電動機內的損耗來講，該損耗是小的。

可通過調整脈寬調制的頻率來最優化逆變器的效率。采用脈寬調制的逆變器承受基于開關事件頻率的損耗。通常，單在高負載電流下來看，逆變器的最高效率是以低的開關頻率給出的。這是因為逆變器內的半導體開關損耗起主導作用。在選擇開關頻率時，相反因素可為噪聲和動態控制的質量，其通過較高的開關頻率得以改善。

對于與逆變器連接的機器或濾波器，存在由來自逆變器脈寬調制的磁通量波動引起的附加損耗。該附加損耗通常可通過采用較高的開關頻率來降低。

商業上，用于控制諸如電動機或發電設備的輸出等電負載的電力轉換器被設計為驅動未指定的負載設備。實際的方法是：將現貨供應的轉換器與現貨供應的電負載相匹配，以獲得在抽象工作點上的最優匹配。

一些電動機驅動逆變器設計成具有可選的開關頻率。換句話說，這些電動機驅動逆變器可具有與逆變器運行條件適配的頻率，其中逆變器運行條件基于如逆變器熱敏零件的溫度。現有逆變器開關頻率的調整僅適配于逆變器的條件。

發明內容

公開的實施例提供用于電負載的驅動系統，包括：電設備；轉換器，具有經脈沖調制的輸出；控制器，被可操作地連接以控制所述轉換器的輸出；以及用于推導的裝置，該裝置用于推導表示來自所述轉換器的輸出的分量的信號，所述控制器可基于負載特征和推導出的信號為所述系統推導出所述逆變器的脈沖開關頻率的最優值；并可操作用于按照所述最優值控制所述脈沖開關頻率。

整個系統（比如帶有其濾波器的電轉換逆變器，或帶有其電動機或機器的逆變器）的效率是逆變器和濾波器二者、或逆變器和機器二者內的損耗的函數。對于特定負載的特定系統，已經認識到通常存在使系統整體效率最優的開關頻率。

為使電動機驅動器或電轉換逆變器的效率最優，按照選定的查找表、數學表達式或數值規則對開關頻率進行適配，其中查找表、數學表達式或數值規則被選擇以使負載和驅動器（或逆變器）的組合的整體效率最優。通過將開關頻率與負載電流或某些其他的與該電流相關的合適參數相適配以找到最優效率。本文公開的實施例利用系統整體運行狀況來使效率最優。

附圖說明

現將參考下列附圖以舉例的方式描述實施例，附圖中：

圖1是電動機控制系統的示意性框圖；

圖2是替代的電動機控制系統的示意性框圖；

圖3是能量轉換器控制系統的示意性框圖。

具體實施方式