[发明专利]磁轴承驱动电路

说明书

技术领域

本发明一般地涉及电力电子，并且特别地涉及改进的磁轴承驱动系统。

背景技术

常规的磁轴承放大器在拓扑方面与用于开关磁阻驱动的拓扑类似。然而，磁轴承放大器情况不同在于：传输的功率将会是理想地无功的（由于没有正在进行机械作业）。

实际上，磁体可以被建模为具有铜损（copper loss）以及甚至可能铁损（core loss）的电感器。然而，在具有通向磁轴承的长电力电缆的安装中（这在现实生活实现中是常见的情况，因为例如在轴承处于不稳定的气体压缩机中的情况下，经常要求包含轴承的机械与轴承驱动器电路之间的分离），通向磁轴承和它们各自的驱动器电路以及来自磁轴承和它们各自的驱动器电路的长磁体电力电缆的电容和传输线效应将会产生切换边缘处的大电流以及负载处（即，磁轴承处）的非常高的电压。

大电流可能对轴承或驱动器电路导致损害或其他有害的影响。有害的影响还可能被放大，这特别是个问题，因为对于这样的磁轴承的操作电压通常（已经）为大约数百伏特（例如，600V）。

因此，需要改进的磁轴承驱动系统。

发明内容

本发明的实施例将与传输线建模的磁体电力电缆的切换相关联的能量馈送回到磁体驱动放大器的DC环节（DC link）（即，电源）中，并且将在不危害轴承驱动器放大器的动态性能的情况下限制负载处的电压。

因此，提供了一种由一对直流（DC）环节电压轨驱动的磁轴承驱动电路，所述磁轴承驱动电路具有至少一个放大器，所述至少一个放大器提供用于驱动磁轴承绕组的输出PWM驱动信号，所述输出PWM驱动信号通过多个驱动信号轨被提供至所述磁轴承绕组，所述磁轴承驱动电路包括：一对电压偏移装置，该对电压偏移装置被耦接至所述DC环节电压轨，并且被布置成从所述DC环节电压轨提供一对偏移捕捉器电压轨；以及主钳位装置，所述主钳位装置被耦接在每个偏移捕捉器电压轨与所述驱动信号轨中的相应的驱动信号轨之间。这样，两个捕捉器轨通过主钳位装置连接至磁轴承的每个“臂”。

可选地，每个电压偏移装置还包括被连接在地与每个偏移捕捉器电压轨之间的去耦电容器网络。

可选地，所述主钳位装置针对每个相应的驱动信号轨包括一对钳位二极管。

可选地，一对主钳位二极管被串联耦接在所述偏移捕捉器电压轨之间，并且所述主钳位二极管之间的接点耦接至相应的驱动信号轨。

可选地，电压偏移装置包括下列中的一个：耦接在相应的DC环节电压轨与偏移捕捉器电压轨之间的串联电阻器；耦接在相应的DC环节电压轨与偏移捕捉器电压轨之间的具有预定阈值电压的（功率）齐纳二极管；耦接在相应的DC环节电压轨与两个偏移捕捉器电压轨之间的DC-DC转换器，所述DC-DC转换器的输出为所述DC环节电压轨之间的DC环节电压，并且所述DC-DC转换器的输入为预定的偏移电压；或形成制动电路的电容器、电阻器以及开关。

可选地，所述电压偏移装置包括（功率）齐纳二极管，并且所述电路还包括与每个齐纳二极管串联的电阻器。

可选地，所述电压偏移装置包括由跨功率MOSFET或功率IGBT耦接的低功率齐纳二极管形成的功率齐纳二极管。

可选地，所述功率齐纳二极管包括跨功率MOSFET或功率IGBT选择性地耦接的多个低功率齐纳二极管，以提供可变阈值电压功率齐纳二极管。

可选地，整流器二极管可以耦接在所述电压偏移装置与所述DC环节电压轨之间，以确保功率仅转移回所述DC环节电压。

可选地，所述电压偏移装置位于：包括所述磁轴承、所述磁轴承放大器以及所述磁轴承与所述磁轴承放大器之间的电缆的长度的整个系统的放大器端；或包括所述磁轴承、所述磁轴承放大器以及所述磁轴承与所述磁轴承放大器之间的电缆的长度的整个系统的磁轴承端。

可选地，辅助钳位装置可以耦接在每个DC环节电压轨与驱动信号轨之间。

可选地，所述辅助钳位装置包括耦接在每个DC环节电压轨与驱动信号轨之间的、与电阻器串联的另外的一组（功率）二极管。

前面所提到的磁驱动轴承电路的变型还可以用于其他机器驱动电路。

附图说明

将仅以示例方式参照附图对本发明的另外的细节、方面以及实施例进行描述。在附图中，相似的附图标记用于标识相似的或功能类似的元件。为简单和清晰起见而示出了图中的元件，并且这些元件不一定是按比例画出的。

图1示意性地示出了根据本发明的实施例，磁轴承绕组如何可以被单独地供电（sourced）或者共享返回路径；