[实用新型]用于将DC电力转换为三相AC电力的转换系统以及包括该转换系统的电动机系统

说明书

本实用新型涉及一种用于将DC电力转换为三相AC电力的转换系统，其包括三个换向臂(A、B、C)、调节电路、电能回收模块(8)和滤波装置(7)。滤波装置(7)包括电容器(Cf)和由与二极管(D)串联连接的滤波线圈(Lf)形成的组装件。本实用新型还涉及一种包括该转换系统电动机系统。

技术领域

本实用新型涉及用于电能转换的转换器领域，尤其涉及高速和/或变速电机。

背景技术

静态转换器是准许将电信号转换为具有不同特性的另一电信号的系统。例如，转换器可准许将交流电压转换为不同频率和/或振幅的另一交流电压，称为交流/交流或AC/AC转换器。根据进一步示例，转换器可准许将交流电压转换为直流电压，称为交流/直流或AC/DC转换器。用于直流至交流电压的逆转换的设备被称为DC/AC转换器。根据最终示例，转换器可将直流电压转换为不同额定的直流电压，称为DC/DC转换器。转换器可以是可逆的或不可逆的。一般来说，藉由受控换向器(开关)来部署转换。

为了使用一个或多个储电系统(例如，电池)来操作电机，特别是永磁电机，将DC电能转换为三相AC电能是必要的。该转换可藉由DC/AC转换器来达成。要求这种类型的转换器提供具有120°的相互相位移的三个正弦电压，这三个正弦电压的振幅直接取决于所需扭矩(但是也取决于转速)，并且这三个正弦电压的频率排他性地取决于连接至转换器的电机的转速。

常规地，DC/AC转换器包括三个换向臂。每个换向臂包括两个受控换向器和与受控换向器并联布置的两个二极管。取决于所需电流负载，臂可由平行布置的多个“子臂”构成。电机的各相连接至每个臂的中点。通过在断路区间上致动换向器的打开和闭合来分开地控制每个臂以生成三相信号。

图1解说了常规的这种类型的DC/AC转换器。储电装置的DC电压由Udc 来指示。三相电动机M由分别由电流Ia、Ib和Ic供电的三个线圈来示意性地表示。转换器包括三个换向臂A、B、C，其中每个换向臂A、B、C连接至电机M的一个相。每个换向臂包括两个换向器1和两个二极管2。换向臂A、B、C平行布置在电压转换器两个DC输入相Udc之间。换向臂A、B、C的输出相连接至换向臂的中点(在两个换向器之间)。

图2表示常规DC/AC转换器(如以上参照图1所述)中恒定循环比为50 ％的开关上的命令信号COM、换向器的端子上的电压Udc和电流Ic。在命令信号COM中，矩形脉冲的下部对应于打开的换向器，而矩形脉冲的上部对应于闭合的换向器。这种类型的换向被称为硬或‘开/关’(或“硬开关”)。可以看到，在转换器的这种设计中，发生了电压Udc和电流Io的过冲。电流Io对应于Ic的永久值，并且对应于传送给电机的电流。

因此，这种常规设计的转换器的主要劣势在于以下：

·开关损耗：该设计与大量的开关损耗相关联，这往往使得其应用与高开关频率不兼容，并且因此与以非常高的速度操作的电机不兼容，

·电流/电压过冲：如图2中所表示的，这种策略涉及与开关的瞬时换向相关联的电压和电流过冲。因此，这种类型的操作要求在转换器 (也被称为逆变器)的设计中结合各种组件的额定电压和额定电流的裕量。这涉及所采用的组件的超尺寸(over-dimensioning)(例如：对于300V的DC总线电压，采用具有600V额定电压的IGBT 换向器，以考虑这些电压和电流过冲)，以及

·大量电磁辐射(EMC)。

基于对“硬开关”策略的劣势(损耗、与高速电动机不兼容)的考虑，已经开发了“软开关”设计。因此，为了限制换向器上的电流和电压过冲，线圈和电容器被添加至先前电路。线圈调节电流的变化di/dt(“导通”)，而电容器调节电压的变化dv/dt(“断开”)。此外，为了确保电路操作并且因此确保零能量平衡，在采用的能源的电压与电容电路之间的电路中增加电阻器。该电阻器确保该电路的操作，并且准许下拉电容电路的端子上的电压。专利申请WO11016854 中具体描述了这种类型的DC/AC转换器设计。