[发明专利]具有能量采集模块的用于将直流电功率转换为交流电功率的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于将电能进行转换的转换器领域，其尤其适用于高速和/或变速电机。

背景技术

固态转换器是一种使得将电信号转换成具有不同特性的另一种电信号成为可能的系统。例如，转换器可以使得将交流电压转换成具有不同频率和/或幅值的另一交流电压成为可能，那么这被称作交/交或者AC/AC转换器。根据另一种例子，转换器可使得将交流电压转换成直流电压成为可能，那么这被称作交/直或者AC/DC转换器。对于相反的直/交转换，应用术语DC/AC转换器。根据最后的例子，转换器可将直流电压转换成具有不同电压的直流电压，那么这称作DC/DC转换器。这些转换器可以是反向的，或者也可以是非反向的。总的来说，这些转换可通过受控开关来实现。

为了从电能存储系统(例如，电池)驱动电机，特别的是，具有永磁体的电机，必须将直流电能转换成三相交流电能。这种转换可以通过DC/AC转换器的方式来进行。这种转换器必须提供彼此相对电气相移120度的三个正弦电压，其幅值直接取决于扭矩需求(但是也取决于转速)，并且其频率单独取决于与转换器连接的电机转速。

常规上，DC/AC转换器包括三个开关臂。每个开关臂包括两个受控开关和两个二极管。根据负载电流需求，一个臂可以由几个“子臂”并联组成。电机各相连接到每个臂的中点。每个臂通过在斩波周期上驱动开关的打开和闭合而单独进行控制，从而形成三相信号。在一种非限定性的方式中，DC/AC转换器可包括两个电流探针，用于测量两个相的电流。此外，DC/AC转换器可包括两个绝缘的电压探针，用于测量三相之间的合成电压。

图1示出了这种常规的DC/AC转换器。来自电能存储装置的直流电压表示为Udc。三相电动机M示意性地由三个线圈表示，分别由电流Ia，Ib和Ic来供电。该转换器包括三个开关臂A，B，C，每个开关臂A，B，C连接到电机M的一相上。每个开关臂包括两个开关1和两个二极管2。开关臂A，B，C并联设置在电压转换器两个直流输入相Udc之间。开关臂A，B，C的输出相连接到开关臂的中点(两个开关之间)上。

图2代表了对于常规DC/AC转换器(如上参考图1所述)的用于开关的控制信号COM，开关端子上的电压Udc和电流Ic，其中控制信号COM具有50％的恒定占空比。对于控制信号COM，脉冲的低部对应于开关打开，脉冲的高部对应于开关闭合。这种开关情形称作硬开关或者《开/断》式开关。注意，对于转换器的这种设计，将出现电压Udc和电流Io的过冲(overshoot)。Io对应于Ic的永久值。Io对应于发送到电动机上的电流。

因此，这种常规的转换器设计的主要缺陷如下：

·开关损耗：这种设计显示出明显的开关损耗，其将导致其使用与高开关频率不兼容，因此对于非常高速度使用的电机将不兼容，

·电流/电压过冲：如图2所示，这种策略在开关的瞬时切换时表现出电压和电流过冲。因此，这种类型的驱动要求在转换器(也称作逆变器)的设计中需要在不同组件上的电压和电流上采用裕量。这样将使得所使用的组件超尺寸，(例如，对于300伏特的DC母线电压，使用额定电压为600伏特的IGBT开关)，以及

·明显的电磁辐射(EMC)。

通过从“硬开关”策略的缺陷(损耗，与高速电动机的不兼容)入手，研究了一种所谓的软开关设计。因此，为了限制开关上电流和电压的过冲，将线圈和电容器添加到前述电路中。该线圈调制电流的变化di/dt(导通)，电容器调制电压的变化dv/dt(关断)。此外，为了确保电路的操作，并且因此确保零能量平衡，将电阻器添加到电路中的在所使用的电源电压和电容性电路之间。该电阻器使得确保该电路的操作，并降低回该电容性电路终端的电压成为可能。这种DC/AC转换器设计特别地在专利申请WO 11016854中描述。