[发明专利]具有再生能力的变频驱动

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2005年5月19日提交的、题为“VFD with limited regeneration capability(具有有限再生能力的VFD)”的待决美国临时专利申请No.60/682,781的优先权，并且将该美国临时专利申请的整体内容通过引用结合于此。 

背景技术

近年来，用于中压变频驱动(VFD)应用的电路受到了关注。在过去十年中已提出了一些新颖的方法。例如，在如Hammond的美国专利No.5,625,545中所述的包含串联逆变器的电路中，该美国专利的公开内容在此通过全文引用结合于此，逆变器或功率单元(power cell)110包括三相二极管桥式整流器112、一个或多个直流(DC)电容器114以及H桥式逆变器116。整流器112将输入118交流(AC)电压转换为由连接在整流器112输出两端的电容器114所支撑的基本上恒定的DC电压。逆变器110的输出级包括带有两个极的H桥式逆变器116，这两个极为左极和右极，每个极具有两个设备。逆变器110通过使用对H桥式逆变器116中的半导体器件的脉宽调制(PWM)来将DC电容器114两端的DC电压变换为AC输出120。 

当包括诸如图1中的110的功率单元的电路被连接到诸如电动机的负载上时，该电路可在工作在电动(motoring)模式下时将来自输入源的功率提供给电动机。然而，当需要降低电动机速度时，来自电动机的功率需要被逆变器吸收。功率必须被逆变器吸收时的这种工作模式被称为再生模式。每个功率单元中的二极管桥式整流器112并不允许功率被传输回给源。因此，该电路吸收的功率通过每个功率单元之内的逆变器和电容器的损耗所严格限制，并通常处于额定功率的约0.2％到约0.5％的范围内。 

在此所包含的公开内容描述了解决上述问题中的一个或多个的尝试。 

发明内容

在实施例中，制动电路包括功率单元装置(arrangement)，这些功率单元电 连接以从源接收功率并向电动机输送功率。该电路包括第一列再生功率单元、第二列非再生功率单元和控制电路，其中所述再生功率单元中的每一个再生功率单元的输入都与所述源的三相连接以接收功率；和所述非再生功率单元中的每一个非再生功率单元的输入都与所述源的三相连接以接收功率；其中第二列非再生功率单元中的每一个非再生功率单元的输出与第一列再生功率单元中的与该非再生功率单元连接到所述电动机的同一相上的再生功率单元的输出串联，其中该控制电路通过通信介质向每个单元发送命令信号，以及其中所述控制电路被配置来生成用于控制再生功率单元和非再生功率单元的脉宽调制电压命令。当负载以小于额定磁通(rated flux)和小于额定电流工作时，这些再生功率单元和非再生功率单元的输出电压可至少基本上维持在其额定值处。当该负载以额定磁通和小于额定电流工作时，该控制电路可至少基本上使用这些再生功率单元的电流能力(current capability)。当该负载以额定磁通和全电流工作时，该控制电路可至少基本上使用这些再生功率单元和非再生功率单元的电流能力。在制动期间，电压降可出现在所有单元两端。 

在一些实施例中，每个再生功率单元可包括逆变器桥、电连接在该逆变器桥的输入端子两端的电容器组和包括电连接为三相桥的多个晶体管的主动前端(active front end)。在替换实施例中，每个再生功率单元可包括逆变器桥、电连接在该逆变器桥的输入端子两端的电容器组、电连接在该逆变器桥的输入端子两端的三相二极管桥式整流器以及串联连接的晶体管和电阻器组合，该组合电连接在该逆变器桥的输入端子两端。在任一实施例中，该逆变器桥可例如包括四晶体管H桥式逆变器或基于中点箝位连接的八晶体管H桥式逆变器。 

在一些实施例中，每个非再生功率单元可包括逆变器桥、电连接在到该逆变器桥的输入端子两端的电容器组以及电连接在这些端子两端的三相桥式整流器。该逆变器桥同样可例如包括四晶体管H桥式逆变器或基于中点箝位连接的八晶体管H桥式逆变器。在一些实施例中，这些再生功率单元和非再生功率单元可移除地和可互换地被安装在外壳中。