[发明专利]具有共模电压降低的功率转换器

说明书

技术领域

本公开涉及功率转换系统和交流-交流矩阵转换器。

背景技术

电机驱动器以及其他功率转换系统进行操作以将电功率从一种形式转换为另一种形式，并且可以被利用在多种应用中，诸如使用从单相或多相AC(交流)输入源转换的功率来为电动机提供功率。这样的功率转换器典型地使用将输入AC功率转换为中间DC(直流)的无源或有源整流器以及随后将中间DC转换为AC输出功率的有源逆变器级来构建，以驱动电机、电网或其他负载。矩阵转换器提供AC-AC转换，典型地不具有内部DC存储元件。矩阵转换器或整流器/逆变器级通常包括通过各种形式的脉冲宽度调制(PWM)来激励的开关，其中在整流器和逆变器中使用的PWM开关状态可以根据特定消谐(SHE或SHEPWM)或者空间向量调制(SVM或SVPWM)或其他PWM技术来构建。

电流源转换器(CSC)类型驱动器使用整流器来提供中间DC链路电路中的受控DC电流，受控DC电流随后由逆变器转换为提供给负载的驱动电流，其中链路电路包括一个或多个电感，诸如链路扼流器。电压源转换器(VSC)调节跨越中间电路中的电容的DC电压，并且电压源逆变器(VSI)通过转换中间DC总线电压来生成输出波形。在共模电压驱动器配置中，有源整流器的开关根据SHE方案进行脉冲宽度调制，并且逆变器级在输出频率高时由SHEPWM控制，而SVPWM可以用于低逆变器输出频率。

控制由转换系统部件以及由电机驱动器和其他功率转换器中的负载所经历(see)的共模电压和电流的量经常是重要的。例如，电机易于受到由电机引线上出现过量的共模电压引起的损坏或性能劣化的影响。在电压源转换器中，负载输出处的共模电压与经调节的DC链路电压相关，并且因此已发展了仔细选择VSI逆变器开关样式以降低输出共模电压的共模电压控制技术。

于2007年1月16日年授予Kerkman等人并受让于本申请的受让人的美国专利第7,164,254号公开了共模电压降低技术，其中修改开关序列以避免使用零向量，以便降低电机中的共模电压。该专利的整体内容通过引用合并于此。

于2006年9月12日年授予Yin等人并受让于本申请的受让人的美国专利第7,106,025号公开了用于消除算法中的死时间影响以降低整流器/逆变器变频驱动器(VFD)中的三相功率转换器件产生的共模电压的技术，该专利的整体内容通过引用合并于此。

于2004年11月16日年授予Kerkman等人并受让于本申请的受让人的美国专利第6,819,070号公开了用于控制AC电机驱动器中的反射电压的逆变器开关控制技术，该专利的整体内容通过引用合并于此。

于2007年4月25日年授予Thunes等人并受让于本申请的受让人的美国专利第7,034,501号公开了用于减缓AC电机驱动器中的反射波的栅极脉冲时间间隔调整技术，该专利的整体内容通过引用合并于此。

然而，电流源转换器不具有带有固定电压的DC链路，并且用于电压源转换器的共模控制技术通常对于解决电流源转换器中的共模电压不是有效的。相反，传统的电流源转换器共模电压控制典型地通过添加隔离变压器和/或包括连接到输出电机引脚的共模电容器的共模输出滤波器电路来实现。

对于脉冲宽度调制技术，对于逆变器侧的控制，SVPWM通常比SHEPWM更简单和更容易。然而，较之SHEPWM，空间向量调制典型地在链路扼流器上生成更大的共模电压。结果，链路扼流器典型地被设计用于高饱和水平，其中在逆变器使用SVPWM的情况下扼流器可以比使用SHE的情况大20至30％。这增加了链路扼流器的成本、尺寸和重量。因此，继续需要控制或降低功率转换系统中的共模电流和电压以允许链路扼流器和其他系统部件更好地最优化。

发明内容