[发明专利]低开关计数直接AC到AC电力转换器

说明书

技术领域

本发明一般涉及AC到AC转换器，并且更特别地涉及用于提供驱动系统的变频、变压操作，如特别地适合于电机的变速操作的电机驱动器的AC到AC转换器以及其操作方法。

背景技术

电机通常由电子驱动器(即电机驱动器)控制，尤其是在各种速度上操作它们。按照惯例，这种电机驱动器整流进入的AC电压，采用电容器平滑DC电压，并且然后采用六个IGBT逆变器将其逆变。因为机器的速度与由逆变器所产生的频率成正比，所以这使其可能以任何速度操作机器。已经为该驱动器设计了许多复杂的控制。

但是并不是所有机器和应用都可以使用该复杂信号，并且将期望更低成本的电机驱动器。然而除驱动器之外，市场上专门用于感应电机的唯一选项是“软起动器”，其通常采用可控硅整流器(SCR)以便减小到电机的浪涌电流，但在其上提供受限的控制(例如尽管SCR可被任意导通，但是因为SCR在电流达到零时自然关断，所以不能以动态和可控方式将其关断)。最近已经引入了集成IGBT的软起动器，但直到现在该软起动器已缺乏对于在启动过程之后控制电机和其负载所必要的复杂信号和控制。

因此，将期望提出提供许多复杂驱动器优点的，但对于制造不太复杂并且不太昂贵的电机驱动器及其操作方法。

发明内容

本发明提出用于负载的变速操作的系统和方法。对线电压施加调制函数，从而可控制AC负载的端子两端的电压的频率、平均值和相位，以实现负载的变速操作。

根据本发明的一方面，提出包括电路的用于控制到AC负载的电流流动的负载控制装置，该电路具有可连接到AC源的线路端子以便从其接收具有电源频率的电源电压的输入，可连接到AC负载的负载端子的输出，对应于AC负载的相并且连接输入和输出以将电力从AC源传递到AC负载的电源线，在线路端子和负载端子之间连接从而使每条电源线包括连接到其上的线路侧开关的多个线路侧开关，以及一端连接到负载端子并且另一端在公共连接处连接到一起从而使每条电源线包括连接到其上的线路侧开关的多个浮动中性侧开关。负载控制装置还包括连接到电路的控制器，该控制器被编程为控制电路从而使多个线路侧开关中的每个线路侧开关和多个浮动中性侧开关中的每个浮动中性侧开关在导通状态和关断状态之间切换，以便选择性地以有源模式和续流模式操作电路，在有源模式期间向负载端子提供全相电压和在续流模式期间向负载端子提供零电压。在电路的控制中，控制器被编程为对电路施加调制函数，从而调制电源电压以控制出现在AC负载的负载端子两端的负载电压的频率和平均值，由此实现AC负载的变频操作。

根据本发明的另一方面，用于控制AC负载操作的方法包括将来自AC电源的电源电压提供到AC负载的步骤，电源电压具有电源频率。方法还包括提供在AC电源和AC负载之间串联以适应电源电压的电路的步骤，电路包括多个开关，该多个开关形成连接到在AC电源的线路端子和AC负载的负载端子之间的电源线的一组线路侧开关，和一端连接到电源线并且另一端在公共连接处连接到一起的一组浮动中性侧开关。方法进一步包括选择性地以有源模式和续流模式操作电路的步骤，从而选择性地在操作的有源模式期间向负载端子提供全相电压并且在操作的续流模式期间向负载端子提供零电压。电路的操作进一步包括控制电路的占空比，从而控制要施加到AC负载的平均电压，占空比包括以有源模式的电路操作时间与电路操作总时间的比率。通过对电路施加电压调制周期函数来控制电路的占空比，从而调制出现在AC负载的负载端子两端的负载电压的频率并且实现AC负载的变速操作。