[发明专利]用于多电平逆变器的电力级预充电和动态制动装置

说明书

背景技术

电力转换器被用于将输入电能从一种形式转换成另一种形式以驱动负载。一种形式的电力转换系统是电机驱动器，所述电机驱动器可以用于电动机负载的变速操作。多电平逆变器如级联H桥（CHB）逆变器有时被用于电机驱动器和其他电力转换系统中以生成并提供高电压驱动信号，其中各个电力单元或电力级串联连接。所述电力级中的每个级提供独立的直流（DC）源，并且被开关信号驱动以产生正或负输出电压，其中多级输出的串联组合提供多电平逆变器输出能力用于以可变速度和转矩来驱动负载。

发明内容

现在概述本公开内容的各个方面，以便于对本公开内容的基本理解，其中此概述不是本公开内容的详尽概述，并且既不旨在确定本公开内容的某些元素，也不旨在描绘其范围。相反，本概述的主要目的是为了在下文中所呈现的较详细描述之前以简化的形式呈现本公开内容的各种构思。本公开内容提供了用于对各个多电平逆变器电力级或单元的直流总线电容器进行预充电以及用于在电力级内使用共享电阻器来实现动态制动的装置和技术。

根据本公开内容的一个或更多个方面，提供了一种电力转换系统，该电力转换系统包括多电平逆变器，多电平逆变器具有一个或更多个逆变器臂，每个逆变器臂均具有多个电力级以及转换器系统控制器，多个电力级各自提供多个不同的输出电压电平，转换器系统控制器提供开关控制信号以设定电力级的各个输出电平。各个电力级包括直流总线电路以及开关电路，通过整流器向所述直流总线电路提供直流电压，开关电路以多个不同电平中之一提供电力级输出电压。预充电和动态制动电路被设置在各个电力级内，包括连接在整流器与开关电路之间的电阻器。预充电和动态制动电路操作于第一模式以传导电流从整流器通过电阻器以对直流总线电容器进行充电，以及操作于第二模式以旁通电阻器并且允许电流从整流器流至开关电路用于正常操作。在第三操作模式下，预充电和动态制动电路将电阻器与电容器并联连接，以便于动态制动操作。

在某些实施方式中，预充电和动态制动电路包括第一开关以及第一二极管，第一开关耦接在整流器与开关电路之间的直流电路支路中，第一二极管与第一开关并联耦接。对于正常或动态制动操作，闭合第一开关或者以其他方式使第一开关呈现为传导以旁通电阻器，并且断开开关或使开关呈现为不传导使得来自整流器的预充电电流流过电阻器以在预充电操作模式下对电容器进行充电。此外，在各种实施方式中，第二开关耦接在另外的直流电路支路与电阻器之间，其中第二开关在正常和预充电操作期间是断开或不传导的，并且在动态制动期间闭合或进行脉宽调制以选择性地将电阻器与直流总线电容器并联连接。在某些实现方案中，电力级控制器向第一开关和第二开关提供控制信号，以根据电力级的直流总线电压来设定操作模式，例如：如果直流总线电压小于第一（例如较低）阈值，则将电路设定成第一或预充电操作模式；当直流总线电压在第一阈值以上并且在第二（例如较高）阈值以下时，电路操作于第二或正常模式下，其中电阻器不传导任何电流；以及当直流总线电压超过第二阈值时，电路操作于第三或动态制动模式。

方法和非暂态计算机可读介质被设置有用于对多电平逆变器的各个电力级进行操作的计算机可执行指令。这些技术包括：如果直流总线电压小于第一阈值，则通过电阻器对电力级的直流总线电容进行预充电；以及如果电压大于第二阈值，则将电阻器与直流总线电容并联连接。在某些实施方式中，如果直流总线电压在第一阈值和第二阈值之间，则电阻器被旁通以允许电流在整流器与电力级开关电路之间流动。

附图说明

下面的描述和附图详细阐述了本公开内容的某些说明性实现方案，这些实施示出了可以执行本公开内容的各种原理的若干示例性方式。然而，所示出的示例并不穷举本公开内容的众多可能的实施方式。在下文结合附图考虑的详细描述中，将会阐述本公开内容的其他目的、优点和新型特征，在附图中：

图1是示出了基于三相13电平CHB逆变器的电机驱动电力转换系统的示意图，所述电机驱动电力转换系统具有三个逆变器臂，每个逆变器臂具有在中性点与电机负载相之间串联连接的六个电力级或电力单元；

图2是示出了根据本公开内容的一个或更多个方面的图1的电力转换器中的示例性电力级，所述电力级具有使用共享电阻器的预充电和动态制动电路；

图3是示出了根据本公开内容的另外的方面的用于操作多电平逆变器中的各个电力级的示例性方法的流程图；

图4是图示了图2的电力级在第一模式期间在第一操作模式下通过电阻器对直流总线电容器进行可控预充电的操作的示意图；

图5是示出了图2的电力级在正常操作期间的操作的示意图；以及