利用升压模式降额保护滤波电感器的有源前端电力变换器制造技术

本发明专利技术公开了用于控制电力变换器以保护输入滤波电感器免于过热的方法和设备，其中，有源前端（AFE）整流器以升压模式进行操作，以在降额的输出电流值处提供升压的DC电压，该降额的输出电流值是根据与在滤波电感器将不会过热的情况下的最大负载条件相对应的DC母线电压升压量而选择的。

【技术实现步骤摘要】
利用升压模式降额保护滤波电感器的有源前端电力变换器
本公开内容涉及电力变换
，并且更具体地涉及用于升压模式降额(boostmodederating)的方法和设备。
技术介绍
电力变换系统用于向负载提供交流(AC)输出电力(例如，利用逆变器级驱动AC电机的电机驱动器)。有源前端(AFE)变换器采用开关整流器对输入AC电力进行变换以向母线提供DC电力，利用逆变器开关对DC母线进行变换以输出用于驱动负载的电流。这样的有源前端变换器通常耦接有输入滤波器(诸如连接至每个电力相的LCL滤波器电路)。因为前端整流器是开关电路，所以输入滤波器操作用于防止不需要的谐波含量引入电网或其他输入源。通常根据电力变换器额定值来设计滤波器部件(包括滤波电感器)，其中，过大尺寸的输入滤波器部件增加了系统成本并且占用了宝贵的封闭空间。然而，可能出现如下情形：在该情形下，电网电压骤降，或者可用的输入源电压低于针对变换器所设计的标称AC输入电压。并且，在某些应用中，可能期望即使在源电压低的情况下也能够操作较高电压的电机或其他负载，例如，期望以400V输入电压来驱动460V的电机。在这些情形下，可以在升压模式下操作有源前端整流器以实质上增加前端变换器的增益，从而对DC母线电压进行升压。然而，在满载情况下，有源前端整流器的升压模式操作导致增加的波纹和其他谐波，这会使得滤波电感器的芯过热。可以放置一个或更多个热敏关断开关，来感测电感器温度的增加并且使得系统安全停机。然而，在某些应用中，可能不希望使驱动器跳闸，因此期望具有使得系统能够在不停机的情况下在升压模式下运行的技术。另外，为了感测由于多种原因导致的温度增加(诸如为了检测满载驱动时是否停止了系统鼓风扇)，可能将这样的热敏开关放置在距离电感器芯一定距离处，因此热敏开关可能不能够迅速地检测到滤波电感器芯中的过热。增加多个热敏开关可以解决该问题，但是该方法进一步增加了系统的成本和复杂性。因此，需要改进的电力变换器设备和操作技术，以便于在缓解或避免滤波电感器的热应力的情况下使有源前端在升压模式下选择性地操作。
技术实现思路
现在概述本公开内容的各个方面，以便于本公开内容的基本理解，其中，该概述不是本公开内容的广泛综述，并且不是旨在鉴定本公开内容的某些元素也不是旨在描绘其范围。相反，本概述的主要目的是在下文中所呈现的更加详细的描述之前以简化形式呈现本公开内容的各种构思。本公开内容提供电机驱动器和其他电力变换系统以及用于电机驱动器和其他电力变换系统的控制技术，其中，在升压模式下对电力变换器选择性地降额，以保护输入滤波电感器免受热应力。提供了一种用于操作电力变换器方法，其中，在升压模式下操作整流器，以提供高于峰值线间AC输入电压的DC母线电压，并且根据输入电压以及DC母线电压升压量来确定降额的输出电流值，其中，降额的输出电流小于或等于电力变换器的最大输出电流额定值。在某些实施中，有源前端电力变换器以降额的整流器输出电流电平来驱动DC负载，其中，整流器的DC负载可以是输出逆变器，该输出逆变器根据降额的输出电流值向整流器提供DC电流命令。在其他应用中，有源前端变换器在升压模式下操作并且根据降额的输出电流值将DC输出电流提供给其他形式的DC负载，例如，电池充电系统、太阳能电池组、燃料电池等。通过该方法，在以升压模式操作的前端转换器上可以减轻或避免对滤波电感器部件的热应力，而无需增大过滤电感器的尺寸。在某些实施方式中，从与线间AC输入电压相对应的查找表中获得降额的输出电流值，并且该方法还包括对查找表中的值进行选择性地插值，以导出降额的输出电流值。可以使用多个查找表，其中根据相关联的输入电压电平来分别地选择给定查找表。在某些实施中，一个或多个查找表的DC母线电压升压量和对应的降额的输出电流值与输入滤波电感器被设计成不过热的所述电力变换器的最大稳态负载操作条件相对应。在某些实施方式中，根据DC母线电压升压量来求解降额方程，以确定降额的输出电流值。非暂态计算机可读介质被设置有用于实现电力变换系统操作方法的计算机可执行指令。提供了电力变换系统，包括：有源整流器，其提供DC母线电压；以及控制器，其使整流器操作于升压模式以提供高于峰值线间AC输入电压的DC母线电压。控制器根据线间AC输入电压以及DC母线电压升压量来确定降额的输出电流值，并且根据降额的输出电流值选择性地操作整流器。在某些实施方式中，降额的输出电流值和相对应的DC母线电压升压量与一个或更多个滤波电感器被设计成不过热的所述电力变换器的最大稳态负载操作条件相对应。某些实施方式下的控制器根据DC母线电压升压量来从查找表中获得降额的输出电流值，并且控制器可以选择性地对查找表中的电流值进行插值，以导出降额的输出电流值。另外，控制器可以选择多个查找表中的与线间AC输入电压相对应的给定的一个查找表，并且可以使用所选择的查找表中的值的插值，以获得降额的输出电流值。而且，在各种实施方式中，控制器可以通过根据DC母线电压升压量对至少一个降额方程进行求解来确定降额的输出电流值。附图说明以下说明和附图详细阐述了本公开内容的某些示例性实施方式，这些示例性实施方式表示可以执行本公开内容的各种原理的若干示例性方式。然而，所说明的示例不是本公开内容的众多可能实施方式的穷举。本公开内容的其他目的、优点和新颖特征将在以下结合附图考虑的详细描述中说明，其中：图1是示出根据本公开内容的一个或更多个方面的利用升压模式降额控制来保护输入滤波电感器的示例性电机驱动电力变换器的示意图；图2是示出用于在有源前端整流器的升压模式操作期间选择性地对电力变换器输出电流进行降额的示例性电力变换器操作方法的流程图；图3是示出作为DC电压升压的函数的示例性输出电流降额曲线的曲线图；图4示出了用于根据DC电压升压选择性地降额电力变换器输出电流的示例性查找表；图5是示出在有源前端处于不升压的正常操作的情况下电力变换器的滤波电感器的电流谐波含量的曲线图；图6是示出在有源前端整流器的输出电流不降额的升压模式操作的情况下电力变换器的滤波电感器的电流谐波含量的曲线图；以及图7是示出根据本公开内容的在降额的输出电流电平处以升压电压驱动DC负载的有源前端电力变换器的另一实施方式的示意图。具体实施方式现在参照附图，在下文中结合附图描述若干实施方式或实施例，其中，相同的附图标记用于表示所有附图中相同的元件，并且其中，各种特征不必按比例绘制。公开了如下方法和设备，该方法和设备用于操作电机驱动器或具有以升压模式操作的有源前端的其他有源前端电力变换系统，以生成具有比峰值线间AC输入电压电平高的电压的DC母线。尽管在AC电机驱动器的背景下进行了说明和描述，但是本公开内容的各种构思发现与具有驱动DC负载的有源前端变换器的其他形式的电力变换系统相关联的效用，其中，本公开内容不限于所示出的示例。图1示出用于接收来自外部电源2的单相AC输入电力或多相AC输入电力的示例性电机驱动电力变换系统10。所示出的示例接收三相输入，但是单相或其他多相实施方式也是可能的。电力变换系统10包括输入滤波电路20，在此情况下，输入滤波电路20为三相LCL滤波器，其具有连接至电源2的电力引入线的电网侧电感器L1、L2和L3以及串联连接的变换器侧电感器L4、L5和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作电力变换系统（10）的方法（100），所述方法包括：在升压模式下操作所述电力变换系统（10）的整流器（30）以提供额外升压，从而生成比峰值线间AC输入电压值高的DC母线电压（Vdc）；根据所述线间AC输入电压值以及根据DC母线电压升压量（△Vdc）确定降额的输出电流值（76），所述降额的输出电流值（76）小于或等于所述整流器（30）的最大输出电流额定值；以及根据所述降额的输出电流值操作所述整流器（30）。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/832,2141.一种用于操作电力变换系统(10)的方法(100)，所述方法包括：在升压模式下操作所述电力变换系统(10)的整流器(30)以提供额外升压，从而生成比峰值线间AC输入电压值高的DC母线电压(Vdc)；根据所述线间AC输入电压值以及根据DC母线电压升压量(ΔVdc)确定从整流器(30)输出的电流的降额的输出电流值(76)，所述降额的输出电流值(76)小于或等于所述整流器(30)的最大输出电流额定值；以及根据所述降额的输出电流值操作所述整流器(30)。2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述确定从整流器(30)输出的电流的降额的输出电流值(76)包括：从与所述线间AC输入电压值相对应的查找表(72)中获得与所述DC母线电压升压量(ΔVdc)相对应的降额的输出电流值(76)。3.根据权利要求2所述的方法(100)，其中，所述确定从整流器(30)输出的电流的降额的输出电流值(76)包括：选择性地对所述查找表(72)中的、与在所述电力变换系统(10)中呈现的所述DC母线电压升压量以上和以下的DC母线电压升压量(ΔVdc)相对应的两个降额的输出电流值进行插值，以导出所述降额的输出电流值(76)。4.根据权利要求2所述的方法(100)，其中，所述查找表(72)中的对应的降额的输出电流值(76)和所述DC母线电压升压量(ΔVdc)与输入滤波电感器(L1～L6)被设计成不过热的所述电力变换系统(10)的最大稳态负载操作条件相对应。5.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述确定从整流器(30)输出的电流的降额的输出电流值(76)包括：根据所述DC母线电压升压量(ΔVdc)求解至少一个降额方程(74)。6.根据权利要求1所述的方法(100)，进一步包括根据所述降额的输出电流值(76)来操作所述电力变换系统(10)的逆变器。7.一种用于操作电力变换系统(10)的控制器，所述控制器被配置为：向所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约格什·帕特尔，韦立祥，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US