[发明专利]用于为变速驱动器中的直流环节预充电的系统

说明书

本申请是2005年3月7日所提交的，为2005年3月1日所提交的申请No.11/068,999的部分继续申请No.11/073,830的部分继续申请。

背景技术

本发明一般涉及变速驱动器。更明确地，本发明涉及用于为在整流器或变换器中使用绝缘栅双极型晶体管的变速驱动器中的直流环节预充电的系统。

用于加热、通风、空调和致冷(HVAC&R)应用的变速驱动器(VSD)典型地包括整流器或变换器、直流环节、和逆变器。整流器或变换器将来自AC功率源的固定线频率，固定线电压AC功率转换成为DC功率。直流环节将来自变换器的DC功率滤波，并典型地包含大量电容。最后，逆变器与直流环节并联并将来自直流环节的DC功率转换成为变频、变压AC功率。当将电功率应用于VSD时，被称为直流环节电压的，横跨直流环节电容器的电压，从零上升至额定值，典型地大约600V。如果任由直流环节电压的这种上升自然发生，经由整流器通过从输入功率线汲取非常大的电流将进入直流环节电容器，其将非常迅速地发生。这个被称为涌流的大电流能够损害VSD的部件。因而，为了避免对VSD部件的损害，必须以某些受控制的方式实现直流环节电压从0V至额定电压的上升。直流环节电压的这种受控制的上升称为直流环节预充电操作。

大多数VSD以两种不同的方法实现直流环节预充电。第一种方法利用输入功率线与整流器之间所连接的预充电电阻器和接触器。第二种方法利用也称为硅可控整流器、或SCR的，(至少部分地)由半导体闸流管组成的整流器。

在第一种方法中，使用预充电接触器连接输入功率线与整流器之间的、或有时输入功率线与直流环节之间的预充电电阻器。这些预充电电阻器将涌流限制在可管理的水平。在完成预充电之后，通过断开预充电接触器，从电路中排除预充电电阻器，且通过闭合被称为配备接触器的另一个接触器，将输入功率线串联到整流器。在系统操作期间，配备接触器保持闭合。这种方法良好地适合于在其中整流器为简单二极管整流器的VSD，其不提供控制涌流的方法。这种方法的主要缺点在于其部件的成本和大小，尤其是配备接触器，其能够负面地影响整个VSD的成本和大小。

在第二种方法中，将整流器本身用于实现预充电。这种情形中的整流器在每相都具有至少一个SCR。SCR为能够电控制其电流传导的功率半导体。控制整流器的SCR的传导，以致在预充电期间，仅允许小脉冲的涌流流动。在完成预充电之后，一直控制整流器的SCR传导，即，在预充电之后的整流器表现为仿佛其是二极管整流器。

上文所描述的二种预充电方法适用于其整流器由二极管和/或SCR组成的VSD。然而，存在具有不使用二极管或SCR，但事实上，使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它类型的功率开关或晶体管的整流器或变换器的VSD。通常将IGBT包装成模块，且一个模块包括六个IGBT是很普通的，其对于三相整流器是足够的。注意到IGBT模块也能够用于VSD的逆变器。典型的IGBT模块包括IGBT模块中的每个IGBT的二极管，即，在具有六个IGBT的IGBT模块中，将存在六个二极管。这些二极管一般地被称为，及连接为反并联二极管，并且当VSD以脉宽调制(PWM)模式操作时，在截止IGBT之后，用于传导电流。能够考虑以IGBT模块中的六个反并联二极管形成IGBT模块中所嵌入的三相二极管整流器。

关于使用IGBT模块的VSD的预充电，所嵌入的二极管整流器会呈现问题，因为上文所描述的第一种预充电方法(预充电和配备接触器以及电阻器)必须用于为直流环节预充电。这给具有关于整流器或变换器的IGBT模块的VSD增加了额外的成本和大小负担。

因此，所需要的是用于为具有不需要预充电和配备接触器和电阻器的基于IGBT的整流器或变换器的VSD的直流环节预充电的系统。

发明内容

本发明的一个实施例指向包括逆变器模块、直流环节和变换器模块的变速驱动器。逆变器模块能够将DC电压转换为AC电压，以为电动机提供功率。直流环节能够滤波和存储能量，并且并联地电连接到逆变器模块。变换器模块能够将AC电压转换为DC电压，并且并联地电连接到直流环节，以及电连接到AC功率源。变换器模块包括多对功率开关，其中每对功率开关包括连接到反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管和连接到反并联反向阻挡绝缘栅双极型晶体管的反向阻挡绝缘栅双极型晶体管。变换器模块中的多对功率开关是可控制的，以为直流环节预充电。