[發明專利]模塊化的高頻變頻器和用于運行其的方法

有效

• 申請號: 201410078529.5
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN104038054B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 邁克爾·科普夫;馬塞爾·盧策;米麗婭姆·曼特爾;馬庫斯·賴因哈德;斯特凡·弗爾克爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10;H02M3/155;H02M1/14
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術領域

本發明涉及一種模塊化的高頻變頻器。本發明還涉及一種用于運行這種高頻變頻器的方法。

背景技術

前述類型的變頻器電路在Lukas Lambertz等人的出版物“Modularer Hochfrequenz Umrichter für Fahrzeugantriebe(用于車輛驅動裝置的模塊化高頻變頻器)”，EMA2010，2010年九月8-9日，阿沙芬堡(Aschaffenburg)中被公開，其用于在車輛驅動裝置中為電驅動電機的電機繞組進行電能供應。

已知的模塊化的高頻變頻器(簡寫MHF變頻器)設置用于將來自車輛的牽引用蓄電池中的直流電壓轉換為多個交流電壓。單個的交流電壓在此由多個子模塊產生，這些子模塊在牽引用蓄電池的供電電路中串聯。在此每個子模塊在輸入側經由半電橋與供電電路連接。為了產生交流電壓，每個子模塊在輸出側具有一個三相的全電橋(H電橋)，其經由負載電路與車輛的驅動電動機的相位繞組連接。在子模塊內部輸入側的半電橋和全電橋與中繼電路電容一起在(直流電壓)中繼電路中并聯。

在MHF變頻器的正常運行(驅動模式)中，其中經由變頻器的子模塊將來自供電電路的電功率傳輸至相應的負載電路，子模塊的輸入側半電橋與在供電電路中布置的電感共同作用地作為升壓變壓器運行。為此通常子模塊的中繼電路電容以彼此錯置的時鐘連接至供電電路中。為了該目的，輸入側的半電橋通常利用周期性的載波信號來驅控，該載波信號以相同的相位角錯開。

除了驅動模式，子模塊的輸入側的半電橋在反饋模式中運行，其中電功率從負載電路經由各個配屬的子模塊反饋至供電電路中。

子模塊的中繼電路電壓對于每個子模塊而言單獨地由脈沖占空因數(也稱為調節系數，脈沖占空比或占空因數)的變化來調節，利用該脈沖占空因數驅控相應的子模塊的相應的輸入側的半電橋。

一種用于驅控模塊化的高頻變頻器的方法在由A.Mayer等人在International Exhibition&Conference for Power Electronics，Intelligent Motion and Power Quality 2011(PCIM Europe2011)第一冊，ISBN 978-1-61839-061-5中已知。

發明內容

本發明的目的在于，改進MHF變頻器以及改進用于運行MHF變頻器的方法。根據本發明該目的通過本發明的方法以及通過本發明的MHF變頻器來實現。本發明的有利的以及部分地視為有發明意義的設計方案和改進方案在后面的描述中闡述。

本發明從一個MHF變頻器出發，其包括多個子模塊。在此這些子模塊根據需要在輸入側串聯地經由電感連接至由直流壓電源供電的供電電路中。每個子模塊在輸入側具有半電橋(下文中的輸入電橋)，利用該半電橋子模塊連接至供電電路中。輸入電橋在子模塊內部連接在(直流電壓)中繼電路的下游，在輸入電橋的中繼電路之中，中繼電路電容(特別是以一個或多個電容器形式)并聯連接。

在輸出側優選地每個子模塊具有一個輸出開關回路，通過該輸出開關回路子模塊根據需求與負載電路連接。分別根據在負載電路中布置的負載的類型，輸出開關回路可以是不同的性質的。特別地輸出開關回路(與已知的MHF變頻器類似地)可以是用于產生負載電路的三相的交流電壓的三相的全電橋。這里可替換地，輸出開關回路可以設計為用于產生相應地多相位的交流電壓的、多相位的、特別是三相的全電橋(脈沖逆變器)。還可替換地，輸出開關回路設計為用于產生在負載電路中的直流電壓的直流電壓轉換器(DC-DC轉換器)。在前面所述的實施方案中，輸出開關回路特別用作將中繼電路電壓降壓轉換成為電控制儀器、照明裝置和低電壓驅動裝置供電的低電壓和/或用于為低電壓蓄電池充電。只要子模塊設置用于在負載側輸出直流電壓，那么可選地也可以完全取消輸出開關回路，以使得在這種情況下直流電壓中繼電路直接過渡到負載電路中。MHF變頻器根據本發明特別是包括具有不同的輸出開關回路的子模塊。在一個示例性的實施方案中，MHF變頻器包括四個子模塊以及具有降壓轉換器作為輸出開關回路的第五子模塊，該四個子模塊各自包括一個三相的全電橋(脈沖逆變器)作為輸出開關回路。