用于多级逆变器的改进了的电力单元旁通方法及装置制造方法及图纸

提出了多级逆变器、电力单元和旁通方法，其中，电力单元开关电路被选择性地从电力单元输出端断开，并且旁通被接通以连接第一单元输出端子和第二单元输出端子来选择性地旁通多级逆变器的电力级，利用可选的交流输入开关在旁通期间选择性地将交流输入端从电力单元开关电路断开。

【技术实现步骤摘要】
用于多级逆变器的改进了的电力单元旁通方法及装置
[〇〇〇1] 本公开涉及电力转换的
，更具体地涉及一种用于多级逆变器的电力单元 旁通方法及装置。
技术介绍
多级逆变器有时在电机驱动和其他电力转换应用中用于生成高压驱动信号并且 将其提供给高功率应用中的电机或其他负载。多级逆变器的一种形式为采用了多个串联连 接的电力级的级联Η桥（CHB)逆变器架构，诸如用于驱动每个电机绕组相的Η桥逆变器。每 个Η桥由分离的直流源供电并且通过开关信号来驱动以生成正或负的输出电压，多个Η桥 级的串联组合提供用于驱动负载的多级逆变器输出能力。然而，特别地由于各级彼此串联 连接，因此特定电力级内的器件劣化可能会抑制为负载提供期望输出电压的能力。因此，期 望提供旁通特定的劣化的电力级的能力，用于例如以减小的输出容量来继续多级逆变器的 操作和/或旁通一个或更多个完好的电力级来平衡电力转换器输出，从而适应已经被旁通 的一个或更多个劣化的电力级。
技术实现思路
现对本公开内容的各个方面进行概述以利于对本公开内容的基本理解，其中该概 述不是本公开内容的扩展概要，并且既非旨在确认本公开内容的某些要素也非旨在勾划其 范围。相反，本概述的主要目的在于在以下呈现的更详细的描述之前以简化的形式呈现本 公开内容的各个概念。本公开内容提供用于多级电力转换器的CHB和其他电力级或电力单 元的旁通装置及技术，其中Η桥或其他开关电路与电力级输出端电断开，并且跨越第一输 出端子和第二输出端子的旁通开关被接通以旁通该级。不同于简单地利用跨越输出端子的 旁通开关的传统方法，本公开内容的新型技术有利地避免或缓解了允许电机或其他输出负 载保持电连接到故障单元。 提供了一种电力转换系统，其包括多个串联连接的电力级，这些电力级分别包括 开关电路、耦接在开关电路与电力级输出端之间的一对输出控制开关以及跨越输出端连接 的旁通开关。控制器通过断开相应的输出控制开关以及接通旁通开关来选择性地旁通电力 级中的至少一个。在某些实施方式中，输出控制开关在接通旁通开关之前被断开。此外，某 些实施方式还提供耦接在电力级的交流输入端与开关电路之间的输入开关，其中控制器通 过断开输出控制开关、接通旁通开关以及断开输入开关来旁通电力级。 根据本公开内容的另外方面提供了一种电力单元，该电力单元可以用作多级逆变 器电路中的电力级。电力单元包括交流输入端、整流器、直流链路电路和具有耦接在直流链 路电路与输出端之间的两个或更多个开关器件的开关电路。第一输出控制电路和第二输出 控制电路被连接在相应的开关电路节点与输出端子之间，并且旁通开关跨越输出端耦接。 某些实施方式还包括耦接在交流输入端与开关电路之间的输入开关。 公开了一种用于旁通多级逆变器电路的电力级的方法，包括：将电力级的开关电 路从电力级的输出端电断开，以及将电力级的两个输出端子彼此电连接以旁通电力级。在 某些实施方式中，该方法还包括将开关电路从输入端电断开。 【附图说明】 下面的描述及附图详细阐述了本公开内容的某些说明性实现方案，这些实现方案 表示可以实施本公开内容的各个原理的若干种示例性方式。但是，所示出的示例不排除本 公开内容的许多可能的实施方式。将在以下详细描述中结合附图阐述本公开内容的其他目 的、优点和新型特征。 图1是示出了具有向各个电力单元提供开关和旁通控制信号的控制器的、基于三 相13级CHB逆变器的电机驱动电力转换系统的示意图，该系统； 图2是示出了具有三相整流器、直流链路电路、逆变器、耦接在逆变器与负载之间 的输出控制开关和用于旁通电力单元的旁通开关的、图1的电力转换器中的Η桥电力单元 或电力级的示意图；[〇〇1〇] 图3是示出了用于旁通多级逆变器电力转换系统中的电力单元的示例性方法的 流程图；以及 图4是示出了具有用于旁通电力单元的输出控制开关、旁通开关和多相输入开关 的另一种Η桥电力单元实施方式的示意图。 【具体实施方式】 现参考附图，在下文中结合附图描述了若干实施方式或实现方案，其中相同的附 图标记通篇用于表示相同的要素，并且其中各个特征不一定按比例绘制。 图1示出了示例性多级逆变器电机驱动电力转换系统10,对于与电机负载50的电 机相U、V和W相关联的三个部分中每个部分，系统10包括具有串联连接的电力级100-1、 100-2、100-3、100-4、100-5、100-6的三相多级逆变器40。驱动其他形式的负载50的其他 实施方式是可能的，其中本公开内容不限于电机驱动型电力转换器。在某些实施方式中， 各个电力级100包括具有开关器件(例如，下面图2中的Q1至Q4)的Η桥开关电路或逆变 器140,尽管任何适当形式的开关电路140可以设置在各个电力级100中，具有形成开关电 路的两个或更多个开关，该开关电路用于根据由电力转换器控制器200的逆变器控制部件 220提供的开关控制信号222来生成具有两个或更多个可能电平之一的电力级输出。 图1的示例是对于三个电机负载相U、V和W中的每个具有六个电力级(例如， 100-U1、100-U2、100-U3、100-U4、100-U5 和 100-U6用于相U;100-V1、100-V2、100-V3、 100-V4、100-V5 和 100-V6 用于相 V ;以及级 100-W1、100-W2、100-W3、100-W4、100-W5 和 100-W6用于相W;)的多相13级逆变器40。本公开内容的各个方面可以与具有任意整数 N个电力级100的单相或多相多级逆变器型电力转换系统相关联地实现，其中N大于1。 此外，尽管所示出的实施方式利用级联的Η桥级100来形成用于电机驱动系统10的每个相 的多级逆变器40,但是可以使用其他类型和形式的电力级100,诸如具有包括多于或少于4 个开关器件的开关电路的级100,其中本公开内容的更宽的方面不限于所示出的实施方式 中示出的Η桥电力单元。例如，以下实施方式是可能的，其中各个单元可以包括少至2个开 关器件或大于或等于2的任意整数个开关。 如在图1中最佳所见的，向电力转换器10供给来自移相变压器30的多相交流输 入电力，移相变压器30具有从交流电源20接收三相电力的多相初级绕组32 (在所示出的 实施方式中的Λ配置)。变压器30包括18个三相次级绕组34,具有6组的3个Λ配置的 三相次级绕组34,每组具有不同的相关系。尽管初级绕组32和次级绕组34在示出的示例 中被配置为△绕组，但是替选地可以使用Υ连接的初级绕组和/或次级绕组或者其他绕 组配置。此外，虽然该变压器具有三相初级绕组32和次级绕组34,但是可以使用其他单相 或多相实现方案。尽管在所示出的实施方式中的各个次级绕组34被移相，但是非移相的实 施方式是可能的。 图1的示例中的每个三相次级绕组34被耦接以提供交流电力来驱动三相多级逆 变器40的相应电力级100的三相整流器120。逆变器40是具有6个级联的Η桥电力级 100U-1至100U-6的13级逆变器，上述6个级联的Η桥电力级具有彼此串联连接(级联)在 电机驱动中性点Ν与三相电机负载50的第一绕组U之间的输出端口 104U-1至104U-6。类 似地，6个电力级100V-1至100V-6在中性点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力转换系统（10），包括：多个电力级（100‑1、100‑2、100‑3、100‑4、100‑5、100‑6），所述多个电力级串联连接以形成用于与负载（50）连接的多级逆变器电路（40），所述电力级（100）分别包括：开关电路（140），其包括耦接在直流链路电路（130）与输出端（104）之间的多个开关器件（Q1至Q4），所述开关电路（Q1至Q4）根据多个开关控制信号（222）进行操作以在所述输出端（104）处提供具有至少两个离散电平之一的幅度的输出电压（VOUT），耦接在第一输出端子（104A）与所述开关电路（140）的第一节点（141）之间的第一输出控制开关（S1a）、和耦接在第二输出端子（104B）与所述开关电路（140）的第二节点（142）之间的第二输出控制开关（S1b）；所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）均在第一状态下进行操作以允许电流在所述开关电路（140）与所述输出端（104）之间流动以及在第二状态下进行操作以防止电流在所述开关电路（140）与所述输出端（104）之间流动，以及跨越所述开关电路（140）的所述输出端（104）耦接的旁通开关（S2），所述旁通开关（S2）在非传导状态和传导状态下进行操作以旁通所述开关电路（140）的所述输出端（104）；以及控制器（200），其进行操作用于通过将所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）设置在相应的第二状态以及通过将所述旁通开关（S2）设置在传导状态，来选择性地旁通至少一个电力级（100）。...

【技术特征摘要】
2013.03.18 US 13/845,4161. 一种电力转换系统（10)，包括： 多个电力级（100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6)，所述多个电力级串联连接以 形成用于与负载（50)连接的多级逆变器电路（40)，所述电力级（100)分别包括： 开关电路（140)，其包括耦接在直流链路电路（130)与输出端（104)之间的多个开关器 件（Q1至Q4)，所述开关电路（Q1至Q4)根据多个开关控制信号（222)进行操作以在所述输 出端（104)处提供具有至少两个离散电平之一的幅度的输出电压（V OTT)， 耦接在第一输出端子（104A)与所述开关电路（140)的第一节点（141)之间的第一输 出控制开关（Sla)、和耦接在第二输出端子（104B)与所述开关电路（140)的第二节点（142) 之间的第二输出控制开关（Sib);所述第一输出控制开关（Sla)和所述第二输出控制开关 (Sib)均在第一状态下进行操作以允许电流在所述开关电路（140)与所述输出端（104)之 间流动以及在第二状态下进行操作以防止电流在所述开关电路（140)与所述输出端（104) 之间流动，以及 跨越所述开关电路（140)的所述输出端（104)耦接的旁通开关（S2)，所述旁通开关 (S2)在非传导状态和传导状态下进行操作以旁通所述开关电路（140)的所述输出端（104); 以及 控制器（200)，其进行操作用于通过将所述第一输出控制开关（Sla)和所述第二输出 控制开关（Sib)设置在相应的第二状态以及通过将所述旁通开关（S2)设置在传导状态，来 选择性地旁通至少一个电力级（100)。2. 根据权利要求1所述的电力转换系统（10)，其中，所述控制器（200)进行操作用于在 设置所述旁通开关（S2)之前选择性地将所述第一输出控制开关（Sla)和所述第二输出控 制开关（Sib)设置在所述第二状态。3. 根据权利要求2所述的电力转换系统（10)，还包括耦接在所述至少一个电力级 (100)的交流输入端与所述开关电路（140)之间的输入开关（S3)，所述输入开关（S3)在第 一状态下进行操作以允许电流在所述交流输入端与所述开关电路（140 )之间流动并且在第 二状态下进行操作以防止电流在所述交流输入端与所述开关电路（140)之间流动，其中，所 述控制器（200)进行操作用于通过将所述第一输出控制开关（Sla)和所述第二输出控制开 关（Sib)设置在相应的第二状态，将所述旁通开关（S2)设置在所述传导状态以及将所述输 入开关（S3)设置在所述第二状态，来旁通所述至少一个电力级（100)。4. 根据权利要求3所述的电力转换系统（10)，其中，所述控制器（200)进行操作用于在 将所述输入开关（S3)设置在所述第二状态之前选择性地将所述第一输出控制开关（Sla) 和所述第二输出控制开关（Sib)设置在所述第二状态。5. 根据权利要求4所述的电力转换系统（10)，其中，所述控制器（200)进行操作用于 在将所述旁通开关（S2)设置在所述传导状态之前将所述输入开关（S3)设置在所述第二状 态。6. 根据权利要求1所述电力转换系统（10)，还包括耦接在所述至少一个电力级（100) 的交流输入端与所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦立祥，肖原，卢海辉，道格拉斯·B·韦伯，
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