[發明專利]電力負載的驅動電路

有效

• 申請號: 201410074919.5
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN104022635B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 弗蘭克·韋納·黑特
• 申請（專利權）人: 尼得科控制技術有限公司
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M1/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 康建峰,李春暉

技術領域

本發明涉及一種電力負載的驅動電路。本發明特別地，但不限于應用在驅動電路，在該驅動電路中，交流電源被整流成直流電輸出。

背景技術

眾所周知，把交流電源整流成直流電的副產品是變壓器上產生的諧波且該諧波通過電網回饋到所述交流電源中。這些諧波是不希望有的，因為，在給定的電壓和功率下，它們會增加環流，且因此增加了功耗并引起所述電壓的畸變，該電壓也向其它負載供電。額外的諧波會導致更多的環流，而這些環流并未被負載消耗。交流電源甚至在不給負載供電的情況下，仍然要產生這部分電能。額外的電流也意味著需要提高電纜性能以應對增加的電流。一般采用功率因數來衡量這種效應，功率因數的定義是有功功率除以“有功功率+表觀功率”的商。理想情況下功率因數需要統一。漸增的功率因數減少了功率因數。典型的傳統多相整流器電路包含移相變壓器，該移相變壓器具有多個次級輸出，該輸出對應于與所述輸入有關的相移角。所述移相變壓器的輸出給所述動力電池組供電，該動力電池包括用于每個相移角的整流器。所述動力電池進一步包含逆變器，該逆變器產生多相交流輸出并提供給電力負載。所述動力電池內經過整流的電能被提供給三相負載中的每一相，例如三相交流感應電機。對于給定的電源要求，移相變壓器比與其對應的、最簡單形式的非移相變壓器的大。然而，用于向包含二極管整流橋的整流器供電的傳統變壓器不會減少產生的畸變電流，因此變壓器在尺寸及額定功率上需要設計的更大以補償低功率因數。

針對多相動力電池的整流橋/逆變器，提出了不同的模塊類型。一種簡單的整流器模塊中，其每個橋臂具有絕緣柵雙極晶體管(IGBT)并跨接在各相之間，以及包括直流母線電容。絕緣柵雙極晶體管承擔整流電路整流輸出的滿負荷。該簡單電路具有低成本的益處，但也具有相對較高的輸入電流諧波含量。另外一種方法是把上述電路中的整流二極管替換成有源絕緣柵雙極晶體管，即在直流母線電容前每個橋臂有多對絕緣柵雙極晶體管。該方案的益處在于其為雙向并可以通過適當的開關動作來限制諧波電流。然而，采用更多的類似絕緣柵雙極晶體管的有源器件會大幅增加成本。

發明內容

綜上所述，本發明實施例提供了一種驅動電路，不但具有較低的總諧波畸變，還具有高性能價格比并具有更高的效率。

根據本發明公開的實施例，提供了一種電力負載驅動電路，包括：多抽頭變壓器、一組連接到所述變壓器每個抽頭的輸出或所述每個抽頭每相的可切換動力電池，所述每個可切換動力電池可開關地向所述驅動電路的輸出提供電能，每個動力電池包含具有交流輸入的整流電路，并跨接在串聯連接的直流母線電容的兩側，以及包含跨接到所述直流母線電容兩側的逆變器和將所述直流母線電容連接至所述交流輸入的每相或每相之間的雙向開關。

上述驅動電路包括跨接在所述逆變器輸出的旁路電路，并可配置為把所述輸出連接到電力負載。

上述電池通過所述對應的旁路電路與所述負載或所述負載的每相連接。

上述雙向開關包含一對連接到共發射極的晶體管和跨接到所述每個晶體管兩端的旁路二極管。

上述每個雙向開關包含并聯的門極可關斷晶閘管，并以相反的方向導通。

上述雙向開關包含一對串聯連接的二極管，該二極管并聯在晶體管的兩側。

上述雙向開關包含一對源極耦合的場效應管器件。

上述逆變器包含H型橋式電路。

上述整流電路是二極管整流電路。

對于多相系統，雙向開關可以配置成星形連接或倒三角形連接。優選地，考慮到成本和尺寸，該變壓器最好是非移相變壓器，最好是針對所述輸出或所述輸出的每相的多抽頭變壓器。

上述驅動電路包含跨接在所述逆變器輸出的旁路電路。所述動力電池通過所述旁路電路與所述負載串聯。

所述雙向開關可具有多種形式。例如，雙極或絕緣柵雙極晶體管、門極可關斷晶閘管對、場效應晶體管對或提供雙向開關的晶體管/二極管。類似地，可使用機電式開關。本發明公開的實施例不限于一種類型的雙向開關。本發明的實施例提供了一種高效的、高性能價格比的解決方案以改善電氣驅動電路的功率因數。

附圖說明

通過以下對附圖的描述，本發明實施方式的特征和優點將變得更加容易理解，其中

圖1給出了采用變壓器的電力負載驅動電路；

圖2是動力電池的電路圖；

圖3給出了圖2所示電路中使用的整流器的電路圖；

圖4給出了圖3所示開關配置的原理圖；

圖5是另一種開關配置的原理圖；以及

圖6、圖7和圖8是雙向開關的示意圖。