[發明專利]帶風冷散熱器的將DC電力轉換為三相AC電力的系統和方法

在審

• 申請號: 201710305001.0
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107528483A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: M·弗蘭切斯塞蒂;D·貝托尼;W·迪布
• 申請（專利權）人: IFP新能源公司;馬維爾有限公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M1/12;H05K7/20
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陳小剛,陳斌

技術領域

本發明涉及用于電能轉換的轉換器領域，尤其涉及高速和/或變速電機。

背景技術

靜態轉換器是準許將電信號轉換為具有不同特性的另一電信號的系統。例如，轉換器可準許將交流電壓轉換為不同頻率和/或振幅的另一交流電壓，稱為交流/交流或AC/AC轉換器。根據進一步示例，轉換器可準許將交流電壓轉換為直流電壓，稱為交流/直流或AC/DC轉換器。用于直流至交流電壓的逆轉換的設備被稱為DC/AC轉換器。根據最終示例，轉換器可將直流電壓轉換為不同額定的直流電壓，稱為DC/DC轉換器。轉換器可以是可逆的或不可逆的。一般來說，藉由受控換向器(開關)來部署轉換。

為了使用一個或多個儲電系統(例如，電池)來操作電機，特別是永磁電機，將DC電能轉換為三相AC電能是必要的。該轉換可藉由DC/AC轉換器來達成。要求這種類型的轉換器提供具有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(但是也取決于轉速)，并且這三個正弦電壓的頻率排他性地取決于連接至轉換器的電機的轉速。

常規地，DC/AC轉換器包括三個換向臂。每個換向臂包括兩個受控換向器和與受控換向器并聯布置的兩個二極管。取決于所需電流負載，臂可由平行布置的多個“子臂”構成。電機的各相連接至每個臂的中點。通過在斷路區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解說了常規的這種類型的DC/AC轉換器。儲電裝置的DC電壓由Udc來指示。三相電動機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(在兩個換向器之間)。

圖2表示常規DC/AC轉換器(如以上參照圖1所述)中恒定循環比為50％的開關上的命令信號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于打開的換向器，而矩形脈沖的上部對應于閉合的換向器。這種類型的換向被稱為硬或‘開/關’(或“硬開關”)?？梢钥吹剑谵D換器的這種設計中，發生了電壓Udc和電流Io的過沖。電流Io對應于Ic的永久值，并且對應于傳送給電機的電流。

因此，這種常規設計的轉換器的主要劣勢在于以下：

·開關損耗：該設計與大量的開關損耗相關聯，這往往使得其應用與高開關頻率不兼容，并且因此與以非常高的速度操作的電機不兼容，

·電流/電壓過沖：如圖2中所表示的，這種策略涉及與開關的瞬時換向相關聯的電壓和電流過沖。因此，這種類型的操作要求在轉換器(也被稱為逆變器)的設計中結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”策略的劣勢(損耗、與高速電動機不兼容)的考慮，已經開發了“軟開關”設計。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。線圈調節電流的變化di/dt(“導通”)，而電容器調節電壓的變化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轉換器設計。