改进型预充电设备和功率转换器制造技术

本公开涉及改进型预充电设备和功率转换器。提供了一种用于对功率转换系统(2)中的DC母线电路(20)进行预充电的预充电系统(40)和方法(80)，其中，当DC母线电压小于非零阈值(56)时，预充电电流被传导通过预充电电阻(RPC)，该预充电电阻(RPC)耦接在仅单个AC输入线路(8)与DC母线电路(20)之间，并且当DC母线电压大于或等于阈值(56)时，控制器(50)使用DC选通或脉冲宽度调制来单独地激活可控整流器开关装置(SCR1、SCR2、SCR3)，进而在预充电电阻(RPC)周围选择性地提供用于功率转换系统(2)中的正常负载电流的旁路路径。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本文中所公开的主题涉及功率转换，并且更具体地，涉及用于电机驱动的预充电电路以及其它功率转换器。
技术实现思路
现在，对本公开内容的各个方面进行概括，以有助于对本公开内容的基本理解，其中，本概括不是对本公开内容的广泛的概述，并且本概括既不意在识别本公开内容的某些元件，也不意在描述本公开内容的范围。更准确地说，本概括的主要目的是在下文中给出更详细的描述之前，以简化的形式给出本公开内容的各种构思。本公开内容提供了用于对功率转换系统中的DC母线电路进行预充电的系统和方法，其中，当DC母线电压小于非零阈值时，预充电电流被传导通过预充电电阻，该预充电电阻耦接在仅单个AC输入线路与DC母线电路之间，并且当DC母线电压等于或大于该阈值时，控制器使用DC选通或者脉冲宽度调制来单独地激活可控整流器开关装置，以在预充电电阻周围选择性地提供电流旁路路径。附图说明图1是示意性系统图；图2是示意图；图3是流程图；图4是示意图；图5是图形；图6是示意图；以及图7至图11是图形。具体实施方式首先参照图1至图3，图1示出了电机驱动型功率转换器或功率转换系统2，该电机驱动型功率转换器或功率转换系统2分别沿被标记为“R”、“S”和“T”的AC输入线路8R、8S和8T接收来自多相AC功率源4的AC输入功率，以向整流器电路10提供AC输入。整流器10向中间DC母线电路20提供DC输出功率，并且开关逆变器30根据来自逆变器控制器32的逆变器开关控制信号34而对来自DC母线电路20的DC功率进行转换，以提供用于驱动电机负载6的可变频率、可变幅值的多相AC输出功率。虽然在电机驱动型功率转换系统2的情境下示出并描述了本公开内容的各种构思，但是本公开内容不限于电机驱动，并且可以在使用单相或多相开关逆变器30来驱动负载6的各种形式的功率转换系统(包括但不限于电机驱动、并网转换器(grid-tieconverter)、风能系统等)中来实现。此外，所示的功率转换系统2接收三相输入，但是可以存在其它的多相AC输入实施方式。为了在减少在启动时或其它预充电条件下的过大的充电电流的同时对DC母线电路20的DC母线电容C1进行预充电，在系统2中，连同整流器电路10的可控开关装置SCR1、SCR2和SCR3一起设置有预充电系统40、50。与传统的针对多相输入整流器的预充电电路不同，图1中的预充电系统40仅包括以下单个路径：该单个路径用于通过限流预充电电阻RPC对DC母线电路20进行充电。具体地，系统40、50通过以下来对DC母线电路20进行预充电：关断整流器10的SCR，并且仅经由预充电电路42来提供来自输入相中的仅单个相(在这种情况下为输入相“R”)的单个预充电导通路径，该预充电电路42包括在输入相R与DC母线电路20之间的与预充电电阻RPC串联耦接的单个预充电二极管DPC。电阻器RPC可以是用于形成在AC输入线路8中的单个AC输入线路(例如，图1的示例中的8R)与DC母线电路20之间的，与二极管DPC或多个二极管串联耦接的预充电电阻RPC的单个电阻器或者任何合适的串联/并联方式互连的两个或更多个电阻器。如图1所示，SCR控制器50分别提供被标记为GCR、GCS和GCT的门极控制信号52R、52S和52T，以选择性地操作SCR(即SCR1、SCR2和SCR3)。此外，在一种实施方式中，控制器50根据以下来执行SCR控制功能：至少部分地根据DC母线电压VDC，并且可选地根据来自逆变器控制器32的调制指数输入信号或值36，以及/或者可选地根据如以下结合图6至图11进一步描述的线缆长度输入38。如图1进一步所示，整流器10提供了与AC输入线路8中的对应的一个单独地关联的SCR或其它可控整流器开关装置SCR1、SCR2和SCR3，SCR1、SCR2和SCR3分别具有：与对应的AC输入线路8耦接的阳极；以及与整流器10的上部(例如，正)DC输出节点耦接的阴极。整流器10还包括二极管D1、D2和D3，二极管D1、D2和D3分别具有：与下部(例如，负)整流器输出节点耦接的阳极；以及与AC输入节点8中的对应的一个单独地耦接的阴极。其它实施方式是可能的，在其它实施方式中，下部装置为任何适当形式的可切换电路(包括但不限于如所示的整流器二极管、SCR、晶闸管等)。由控制器50进行的在正常稳态下对上部整流器SCR(即SCR1、SCR2和SCR3)的选择性操作有助于以下：在中间DC母线电路20的输出处提供DC母线节点22(被标记为DC+)与24(DC-)之间的跨DC母线电容C1两端的受控调节的正DC母线电压VDC。在某些实现方式中，不需要通过操作SCR来调节DC母线电压，其中，整流器电路10实质上充当对上部SCR进行在如本文中详细提供的附加控制的主动整流器，以在预充电电阻RPC周围选择性地提供用于传导正常负载电流的旁路路径。此外，在所示的实施方式中，虽然不是本公开内容的所有实现方式均严格需要，但是DC母线电路20包括耦接在整流器输出与DC母线节点22和24之间的一个或更多个电感L如扼流圈26。图2示出了示例SCR控制器实施方式50，其基于以下而使用触发电路或部件54以及门极驱动电路58来提供SCR门极控制信号52：至少部分地基于在不同的实施方式中可以由用户调节或者为固定的信号或值的阈值电压值或信号56。具体地，阈值56表示非零电压如非零百分比的标称DC母线电压，在控制器50选择性地驱动SCR(即SCR1、SCR2和SCR3)之前，DC母线电路用该非零电压进行预充电。控制器50和逆变器控制器32及其部件可以被实现为任何合适的硬件、处理器执行的软件、处理器执行的固件、逻辑和/或其组合，其中，所示的控制器50和32可以使用提供各种控制功能的处理器执行的软件或固件来实现，逆变器控制器32通过该处理器执行的软件或固件以：接收反馈和/或输入信号和/或值(例如，一个或多个设置点)，并且提供逆变器开关控制信号，以提供驱动负载6的AC输出功率。另外，在某些实施方式中，控制器50根据DC母线电压反馈信号或值22(VDC)来操作，以便执行如本文中所阐述的预充电和整流器控制功能。此外，控制器50和32及其部件可以在单个基于处理器的装置如微处理器、微控制器、FPGA等中实现，或者控制器50和32及其部件中的一个或更多个可以由两个或更多个处理器通过整体的方式或分散的方式来单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对功率转换系统(2)中的被布置在多相输入整流器(10)与逆变器(30)之间的DC母线电路(20)进行预充电的系统(40)，包括：预充电电路(42)，其包括：预充电电阻(RPC)，其耦接在所述DC母线电路(20)与多个AC输入线路(8)中的仅单个AC输入线路(8R)之间，所述预充电电阻(RPC)包括与所述DC母线电路(20)耦接的第一端子以及第二端子；以及具有阳极和阴极的单个预充电二极管(DPC)，所述阳极连接至所述多个AC输入线路(8)中的所述单个AC输入线路(8R)，并且所述阴极连接至所述预充电电阻(RPC)的第二端子；以及控制器(50)，当DC母线电压(VDC)小于非零阈值(56)时，所述控制器(50)操作于第一模式(92)，以提供用于关断所述整流器(10)的多个整流器开关装置(SCR1、SCR2、SCR3)的整流器开关控制信号(52)，从而对所述DC母线电路(20)进行预充电，并且当所述DC母线电压(VDC)大于或等于所述非零阈值(56)时，所述控制器(50)操作于第二模式(94)，以当对应的AC输入线路(8)具有正电压时，提供用于在AC输入功率周期的至少一部分中单独地接通所述整流器开关装置(SCR1、SCR2、SCR3)中的给定的整流器开关装置的所述整流器开关控制信号(52)，从而在所述预充电电阻(RPC)周围选择性地提供用于所述功率转换系统(2)中的正常负载电流的旁路路径。...

【技术特征摘要】
2015.01.14 US 14/596,3511.一种用于对功率转换系统(2)中的被布置在多相输入整流器(10)
与逆变器(30)之间的DC母线电路(20)进行预充电的系统(40)，包
括：
预充电电路(42)，其包括：
预充电电阻(RPC)，其耦接在所述DC母线电路(20)与
多个AC输入线路(8)中的仅单个AC输入线路(8R)之间，所述预充
电电阻(RPC)包括与所述DC母线电路(20)耦接的第一端子以及第二
端子；以及
具有阳极和阴极的单个预充电二极管(DPC)，所述阳极连
接至所述多个AC输入线路(8)中的所述单个AC输入线路(8R)，并且
所述阴极连接至所述预充电电阻(RPC)的第二端子；以及
控制器(50)，当DC母线电压(VDC)小于非零阈值(56)时，所
述控制器(50)操作于第一模式(92)，以提供用于关断所述整流器(10)
的多个整流器开关装置(SCR1、SCR2、SCR3)的整流器开关控制信号
(52)，从而对所述DC母线电路(20)进行预充电，并且当所述DC母
线电压(VDC)大于或等于所述非零阈值(56)时，所述控制器(50)
操作于第二模式(94)，以当对应的AC输入线路(8)具有正电压时，提
供用于在AC输入功率周期的至少一部分中单独地接通所述整流器开关
装置(SCR1、SCR2、SCR3)中的给定的整流器开关装置的所述整流器
开关控制信号(52)，从而在所述预充电电阻(RPC)周围选择性地提供
用于所述功率转换系统(2)中的正常负载电流的旁路路径。
2.根据权利要求1所述的系统(40)，其中，当所述对应的AC输入
线路(8)在所述第二模式(94)下具有正电压时，所述控制器(50)提
供用于连续在AC输入功率周期的单个部分中单独地接通所述整流器开
关装置(SCR1、SCR2、SCR3)中的给定的整流器开关装置的所述整流
器开关控制信号(52)。
3.根据权利要求1所述的系统(40)，其中，当所述对应的AC输入
线路(8)在所述第二模式(94)下具有正电压时，所述控制器(50)提
供用于在AC输入功率周期的所述部分中单独地接通和关断所述整流器
开关装置(SCR1、SCR2、SCR3)中的给定的整流器开关装置的所述整
流器开关控制信号(52)，以作为脉冲宽度调制(PWM)脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的系统(40)，其中，所述控制器(50)至少
部分地根据所述功率转换系统(2)中的共模噪声的量来设置所述PWM
脉冲信号(52)的占空比。
5.根据权利要求4所述的系统(40)，其中，所述控制器(50)至少
部分地根据在控制所述功率转换系统(2)的逆变器(30)时所使用的调
制指数(36)来设置所述PWM脉冲信号(52)的占空比。
6.根据权利要求5所述的系统(40)，其中，所述控制器(50)至少
部分地根据所述功率转换系统(2)的线缆长度(38)来设置所述PWM
脉冲信号(52)的占空比。
7.根据权利要求3所述的系统(40)，其中，所述控制器(50)至少
部分地根据在控制所述功率转换系统(2)的逆变器(30)时所使用的调
制指数(36)来设置所述PWM脉冲信号(52)的占空比。
8.根据权利要求7所述的系统(40)，其中，所述控制器(50)至少
部分地根据所述功率转换系统(2)的线缆长度(38)来设置所述PWM
脉冲信号(52)的占空比。
9.根据权利要求3所述的系统(40)，其中，所述控制器(50)至少
部分地根据所述功率转换系统(2)的线缆长度(38)来设置所述PWM
脉冲信号(52)的占空比。
10.一种功率转换系统(2)，包括：
整流器(10)，其包括多个整流器开关装置(SCR1、SCR2、SCR3)，
所述多个整流器开关装置(SCR1、SCR2、SCR3)单独地耦接在第一整
流器DC输出节点与多个AC输入线路(8)中的对应的一个AC输入线
路之间；
逆变器(30)，其具有用于接收DC输入功率的第一逆变器输入和第
二逆变器输入以及用于提供驱动负载(6)的AC输出功率的逆变器输出；
DC母线电路(20)，其耦接在所述整流器(10)的第一整流器DC
输出节点与所述逆变器(30)的第一逆变器输入和第二逆变器输入之间，
所述DC母线电路(20)包括至少一个电容(C1)；以及
预充电系统(40)，用于对所述DC母线电路(20)进行预充电，所
述预充电系统(40)包括：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约格什·P·帕特尔，兰加拉詹·塔拉姆，布莱恩·P·布朗，胡坚刚，詹姆斯·J·坎贝尔，
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