[发明专利]利用升压电路操作变频器电路的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用升压电路操作变频器电路的方法。

背景技术

三相交流发电机用于产生一般情况下供给电网的电能。在确定的发电机中，例如取决于瞬间风力比的风力发电设备中，其输出转速、功率或者电压波动既不能预见也不可控制。因为由发电机提供的电压因此可能低于所要供给的电网的电压，所以在发电机与电网之间连接升压变流器(Boost)电路。特别是为具有中间接线的发电机使用所谓的变频器电路，其与中间电位相关，在具有两个串联电容器或电容的直流中间电路内产生正和负电压，其中，各自电容器的电压可以彼此独立调整或调节。电网或者发电机内的不对称这样可以得到补偿。为此每个电容器具有所分配的升压变流器电路。

本发明所基于的电路设置500例如由EP 1 313 206 B1有所公开并在图4中(无虚线连接线路11a、b)示出。发电机502的三个相位P1-P3通过轭流组件504或各自通过电抗器L1-L3连接在逆变器上。峰值电压U_S的三个相位P1-P3在这种情况下通到逆变器三个半桥510a-c的各一个中间接线512a-c上。从每个中间接线，有一个上开关516a-c通向共同的上接线514并且有一个下开关516a-c通向共同的下接线515。每个开关在这种情况下由IGBT 520与逆并联连接的二极管522组成。

上接线514和下接线515之间连接中间电路508，其包括两个串联连接的电容器524a、b，其中间接线526与发电机502的中间接线M连接。

例如US 6,567,283 B2公开了在二极管整流器与中间电路508之间加入两个具有续流二极管的串联连接的上IGBT和下IGBT，它们通过处于上和下接线514、515内的变流器二极管而与电容器524a、b并联连接。这样在一个单独的升压支线内布线出发电机出于逆变器升压目的的短接。

依据图5由US 6,879,053公开了另一种电路设置。相位P₁-P₃在这里通过扼流组件504通到二极管整流器550上。整流的电压然后输送到为电容524a、b充电的DC-DC变流器552。DC-DC变流器552包括两个升压变压器554a、b，各自具有一个串联连接的电容器524a、b。

所公开的升压变流器的控制相当简单，因为它们作用于已经整流的电压并无需再与发电机相位同步。但利用三个二极管半桥上的三个开关半桥以及四个开关半桥，所需半导体模块的数量提高。

实践中因此为开关和所属变流器二极管的串联电路各自利用具有续流二极管的全装IGBT半桥，其中，并联连接变流器二极管的IGBT未得到利用。

发明内容

本发明的目的在于，采用升压电路和尽可能少数量的元件为变频器电路提供一种控制方法。

该目的通过权利要求1所述的方法得以实现，其中，采用具有N个半桥的升压电路操作变频器电路。半桥各自可利用其中间接线连接在N相位发电机的一个相位上。半桥端侧并联连接在两个电容的串联电路上。根据使用情况，可以附加将发电机的中间接线连接在两个电容之间的中间接线上。每个半桥包括一个上开关和一个下开关。

依据本发明的方法实施一种具有固定周期持续时间的PWM方法。在周期持续时间开始时，将所有上开关同时接通上接通间隔的持续时间。在一半的周期持续时间后，将所有下开关同时接通下接通间隔的持续时间。上和下接通间隔在这种情况下各自小于等于半个周期持续时间。

依据本发明的PWM方法在这种情况下不针对发电机输出电压的相位。仅在PWM频率需要明显高于最大输出频率，例如数十倍，例如60倍的情况下，PWM方法的时钟周期才与发电机的输出频率耦合。

因为全部上开关和全部下开关总是同时接通以及断开，所以在这里也不采取特殊的同步或者其他预防措施。依据图5所公开的电路因此依据本发明扩展为虚线所示的共用控制线路11a、b，它们各自连接所有上和下开关的输入端。

变频器电路的布局保持简单和低成本，因为仅需要N个标准功率半导体模块作为半导体元件。相应的半桥一般情况下仅装备所需的元件，从而这些元件完全得到利用。图5中扼流组件内的线圈的功能在这种情况下由发电机的绕组承担。

上和下接通间隔一般情况下长度相同。充电到各个上和下电容器的电压因而同样大小，电容器中间接线的电压对称处于端电压之间。

在本发明一种优选的实施方式中，选择上和下开关的接通间隔长度不同。这一点也特别简单地实现，因为在这里单相的上或者下开关之间绝对不需要其他的同步。由此实现两个电容器被充电到不同的电压值，换句话说，也就是直流中间电路内的电容器上的中间电压可以移动。