[發(fā)明專利]具有濾波裝置的將DC電力轉(zhuǎn)換為三相AC電力的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710281234.1
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107528493A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·弗蘭切斯塞蒂;D·貝托尼;W·迪布
• 申請（專利權(quán)）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;H02P27/06
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 陳小剛,陳斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于電能轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，尤其涉及高速和/或變速電機(jī)。

背景技術(shù)

靜態(tài)轉(zhuǎn)換器是準(zhǔn)許將電信號轉(zhuǎn)換為具有不同特性的另一電信號的系統(tǒng)。例如，轉(zhuǎn)換器可準(zhǔn)許將交流電壓轉(zhuǎn)換為不同頻率和/或振幅的另一交流電壓，稱為交流/交流或AC/AC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)進(jìn)一步示例，轉(zhuǎn)換器可準(zhǔn)許將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，稱為交流/直流或AC/DC轉(zhuǎn)換器。用于直流至交流電壓的逆轉(zhuǎn)換的設(shè)備被稱為DC/AC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)最終示例，轉(zhuǎn)換器可將直流電壓轉(zhuǎn)換為不同額定的直流電壓，稱為DC/DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可以是可逆的或不可逆的。一般來說，藉由受控?fù)Q向器(開關(guān))來部署轉(zhuǎn)換。

為了使用一個或多個儲電系統(tǒng)(例如，電池)來操作電機(jī)，特別是永磁電機(jī)，將DC電能轉(zhuǎn)換為三相AC電能是必要的。該轉(zhuǎn)換可藉由DC/AC轉(zhuǎn)換器來達(dá)成。要求這種類型的轉(zhuǎn)換器提供具有120°的相互相位移的三個正弦電壓，這三個正弦電壓的振幅直接取決于所需扭矩(但是也取決于轉(zhuǎn)速)，并且這三個正弦電壓的頻率排他性地取決于連接至轉(zhuǎn)換器的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

常規(guī)地，DC/AC轉(zhuǎn)換器包括三個換向臂。每個換向臂包括兩個受控?fù)Q向器和與受控?fù)Q向器并聯(lián)布置的兩個二極管。取決于所需電流負(fù)載，臂可由平行布置的多個“子臂”構(gòu)成。電機(jī)的各相連接至每個臂的中點(diǎn)。通過在斷路區(qū)間上致動換向器的打開和閉合來分開地控制每個臂以生成三相信號。

圖1解說了常規(guī)的這種類型的DC/AC轉(zhuǎn)換器。儲電裝置的DC電壓由Udc來指示。三相電動機(jī)M由分別由電流Ia、Ib和Ic供電的三個線圈來示意性地表示。轉(zhuǎn)換器包括三個換向臂A、B、C，其中每個換向臂A、B、C連接至電機(jī)M的一個相。每個換向臂包括兩個換向器1和兩個二極管2。換向臂A、B、C平行布置在電壓轉(zhuǎn)換器兩個DC輸入相Udc之間。換向臂A、B、C的輸出相連接至換向臂的中點(diǎn)(在兩個換向器之間)。

圖2表示常規(guī)DC/AC轉(zhuǎn)換器(如以上參照圖1所述)中恒定循環(huán)比為50％的開關(guān)上的命令信號COM、換向器的端子上的電壓Udc和電流Ic。在命令信號COM中，矩形脈沖的下部對應(yīng)于打開的換向器，而矩形脈沖的上部對應(yīng)于閉合的換向器。這種類型的換向被稱為硬或‘開/關(guān)’(或“硬開關(guān)”)。可以看到，在轉(zhuǎn)換器的這種設(shè)計中，發(fā)生了電壓Udc和電流Io的過沖。電流Io對應(yīng)于Ic的永久值，并且對應(yīng)于傳送給電機(jī)的電流。

因此，這種常規(guī)設(shè)計的轉(zhuǎn)換器的主要劣勢在于以下：

·開關(guān)損耗：該設(shè)計與大量的開關(guān)損耗相關(guān)聯(lián)，這往往使得其應(yīng)用與高開關(guān)頻率不兼容，并且因此與以非常高的速度操作的電機(jī)不兼容，

·電流/電壓過沖：如圖2中所表示的，這種策略涉及與開關(guān)的瞬時換向相關(guān)聯(lián)的電壓和電流過沖。因此，這種類型的操作要求在轉(zhuǎn)換器(也被稱為逆變器)的設(shè)計中結(jié)合各種組件的額定電壓和額定電流的裕量。這涉及所采用的組件的超尺寸(over-dimensioning)(例如：對于300V的DC總線電壓，采用具有600V額定電壓的IGBT換向器，以考慮這些電壓和電流過沖)，以及

·大量電磁輻射(EMC)。

基于對“硬開關(guān)”策略的劣勢(損耗、與高速電動機(jī)不兼容)的考慮，已經(jīng)開發(fā)了“軟開關(guān)”設(shè)計。因此，為了限制換向器上的電流和電壓過沖，線圈和電容器被添加至先前電路。線圈調(diào)節(jié)電流的變化di/dt(“導(dǎo)通”)，而電容器調(diào)節(jié)電壓的變化dv/dt(“斷開”)。此外，為了確保電路操作并且因此確保零能量平衡，在采用的能源的電壓與電容電路之間的電路中增加電阻器。該電阻器確保該電路的操作，并且準(zhǔn)許下拉電容電路的端子上的電壓。專利申請WO11016854中具體描述了這種類型的DC/AC轉(zhuǎn)換器設(shè)計。