[發明專利]具有能量采集模塊的用于將直流電功率轉換為交流電功率的系統

在審

• 申請號: 201610953203.1
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106655860A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: W·迪布;D·貝托尼;D·基奧諾
• 申請（專利權）人: IFP新能源公司;馬維爾有限公司
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02M1/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 劉佳

技術領域

本發明涉及用于將電能進行轉換的轉換器領域，其尤其適用于高速和/或變速電機。

背景技術

固態轉換器是一種使得將電信號轉換成具有不同特性的另一種電信號成為可能的系統。例如，轉換器可以使得將交流電壓轉換成具有不同頻率和/或幅值的另一交流電壓成為可能，那么這被稱作交/交或者AC/AC轉換器。根據另一種例子，轉換器可使得將交流電壓轉換成直流電壓成為可能，那么這被稱作交/直或者AC/DC轉換器。對于相反的直/交轉換，應用術語DC/AC轉換器。根據最后的例子，轉換器可將直流電壓轉換成具有不同電壓的直流電壓，那么這稱作DC/DC轉換器。這些轉換器可以是反向的，或者也可以是非反向的。總的來說，這些轉換可通過受控開關來實現。

為了從電能存儲系統(例如，電池)驅動電機，特別的是，具有永磁體的電機，必須將直流電能轉換成三相交流電能。這種轉換可以通過DC/AC轉換器的方式來進行。這種轉換器必須提供彼此相對電氣相移120度的三個正弦電壓，其幅值直接取決于扭矩需求(但是也取決于轉速)，并且其頻率單獨取決于與轉換器連接的電機轉速。

常規上，DC/AC轉換器包括三個開關臂。每個開關臂包括兩個受控開關和兩個二極管。根據負載電流需求，一個臂可以由幾個“子臂”并聯組成。電機各相連接到每個臂的中點。每個臂通過在斬波周期上驅動開關的打開和閉合而單獨進行控制，從而形成三相信號。在一種非限定性的方式中，DC/AC轉換器可包括兩個電流探針，用于測量兩個相的電流。此外，DC/AC轉換器可包括兩個絕緣的電壓探針，用于測量三相之間的合成電壓。

圖1示出了這種常規的DC/AC轉換器。來自電能存儲裝置的直流電壓表示為Udc。三相電動機M示意性地由三個線圈表示，分別由電流Ia，Ib和Ic來供電。該轉換器包括三個開關臂A，B，C，每個開關臂A，B，C連接到電機M的一相上。每個開關臂包括兩個開關1和兩個二極管2。開關臂A，B，C并聯設置在電壓轉換器兩個直流輸入相Udc之間。開關臂A，B，C的輸出相連接到開關臂的中點(兩個開關之間)上。

圖2代表了對于常規DC/AC轉換器(如上參考圖1所述)的用于開關的控制信號COM，開關端子上的電壓Udc和電流Ic，其中控制信號COM具有50％的恒定占空比。對于控制信號COM，脈沖的低部對應于開關打開，脈沖的高部對應于開關閉合。這種開關情形稱作硬開關或者《開/斷》式開關。注意，對于轉換器的這種設計，將出現電壓Udc和電流Io的過沖(overshoot)。Io對應于Ic的永久值。Io對應于發送到電動機上的電流。

因此，這種常規的轉換器設計的主要缺陷如下：

·開關損耗：這種設計顯示出明顯的開關損耗，其將導致其使用與高開關頻率不兼容，因此對于非常高速度使用的電機將不兼容，

·電流/電壓過沖：如圖2所示，這種策略在開關的瞬時切換時表現出電壓和電流過沖。因此，這種類型的驅動要求在轉換器(也稱作逆變器)的設計中需要在不同組件上的電壓和電流上采用裕量。這樣將使得所使用的組件超尺寸，(例如，對于300伏特的DC母線電壓，使用額定電壓為600伏特的IGBT開關)，以及

·明顯的電磁輻射(EMC)。

通過從“硬開關”策略的缺陷(損耗，與高速電動機的不兼容)入手，研究了一種所謂的軟開關設計。因此，為了限制開關上電流和電壓的過沖，將線圈和電容器添加到前述電路中。該線圈調制電流的變化di/dt(導通)，電容器調制電壓的變化dv/dt(關斷)。此外，為了確保電路的操作，并且因此確保零能量平衡，將電阻器添加到電路中的在所使用的電源電壓和電容性電路之間。該電阻器使得確保該電路的操作，并降低回該電容性電路終端的電壓成為可能。這種DC/AC轉換器設計特別地在專利申請WO 11016854中描述。