CN101043197A - 驱动电路 - Google Patents

驱动电路 Download PDF

Info

Publication number
CN101043197A
CN101043197A CNA2007100008094A CN200710000809A CN101043197A CN 101043197 A CN101043197 A CN 101043197A CN A2007100008094 A CNA2007100008094 A CN A2007100008094A CN 200710000809 A CN200710000809 A CN 200710000809A CN 101043197 A CN101043197 A CN 101043197A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
stator coil
groove
utmost point
drive circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007100008094A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101043197B (zh
Inventor
艾里克·安东尼·刘易斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Power Conversion Brazil Holdings Ltd
Original Assignee
Converteam Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Converteam Technology Ltd filed Critical Converteam Technology Ltd
Publication of CN101043197A publication Critical patent/CN101043197A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101043197B publication Critical patent/CN101043197B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/048—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using AC supply for only the rotor circuit or only the stator circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/07—Doubly fed machines receiving two supplies both on the stator only wherein the power supply is fed to different sets of stator windings or to rotor and stator windings
    • H02P2207/073—Doubly fed machines receiving two supplies both on the stator only wherein the power supply is fed to different sets of stator windings or to rotor and stator windings wherein only one converter is used, the other windings being supplied without converter, e.g. doubly-fed induction machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于具有定子的电机的驱动电路。该驱动电路包括交流网络(4)和并联到该交流网络的第一和第二网络整流器/逆变器(10)和(12)。第一PWM整流器/逆变器(200)通过第一直流环节(204)连接到第一网络整流器/逆变器(10)。第二PWM整流器/逆变器(202)通过第二直流环节(206)连接到第二网络整流器/逆变器(12)。具有多个单独定子线圈的第一双层定子绕组(208)连接到第一PWM整流器/逆变器(200)，而具有多个单独定子线圈的第二双层定子绕组(210)连接到第二PWM整流器/逆变器(202)。第一定子绕组(208)的定子线圈与第二定子绕组(210)的定子线圈相互连接，以使得在使用时穿过第一定子绕组中定子线圈的电压矢量和与穿过第二定子绕组中定子线圈的电压矢量和大体相等，从而减小PWM频率电流谐波。

Description

驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路，尤其涉及用于包括脉宽调制(PWM)功率变流器的多相电机的驱动电路。
背景技术
电机已经发展了几十年，这样的电机的一个特例就是所谓的双定子绕组LCI(负载换相式逆变器)电机，其示意图在图1中示出。
图1的电机2由来自交流电源4和一对变压器6和8的电力供电。变压器6和8的每一个均连接到分别以10和12示出的晶闸管功率变流器，其布置来把变压器的交流电转换成直流电。随后直流电通过具有电感器14、16、18和20的结点供给依次连接到电机2的定子绕组26和28上的晶闸管功率变流器22和24。容易理解的是，对于驱动电路而言期望具有在交流电源4与电机2之间连接的两个独立的并联驱动路径，因为这样提供了一种减小电机2输出中的扭矩脉动的方式。这样还提供了一定程度的冗余，使得当驱动路径之一发生故障时该系统还能连续运作。定子绕组26和28使用在图5中所示的每个定子槽506使用两个定子线圈的传统结构，因此具有双层绕组。每个定子线圈具有在一个定子槽的顶部中的一个末端和在不同的定子槽的底部中的另一末端。定子绕组26的定子线圈必须固有地处于与定子绕组28的定子线圈不同的定子槽中。因为每个定子线圈是相同的，并可容易地由自动化设备以低成本批量生产，所以实际上所有电机都采用这种类型的绕组结构。
由半导体开关器件(如场效应晶体管(FET)等)提供的优点意味着在驱动电路设计中的当前趋势是使用脉宽调制(PWM)功率变流器来替代如图1中所示的晶闸管功率变流器22和24。图2中示出了与图1所示电路等效但使用PWM功率变流器200和202的结构。除了替代晶闸管功率变流器22和24之外，电感器14、16、18和20已经由直流环节204和206替代，以允许电流如PWM波形所需的那样起伏。已经发现由于在流经定子绕组208和210的电流中难以预料的高幅度PWM频率电流谐波，因此试图以图2中所示的电路驱动电机2可能不会如所期望的那样起作用。图3a示出可能的预期电流的实例。必须用图3b中示出的实际记录的电流与之对比。不希望存在所预料的高幅度PWM频率电流谐波；它们引起巨大的额外机器损耗、巨大的额外机器发热、机器额定值减小、机器的机械振动增加以及可听见的声噪辐射增加。
将会看到当与在图3a中所示的预期电流相比时图3b所示的实际电流包括高次PWM频率电流谐波。该高次PWM频率电流谐波由在每个定子绕组内的定子线圈物理上的邻近而引起。
为解决该问题，用于电机2的驱动电路可修改成图4所示在PWM功率变流器200和202与电机2之间包括电感器400、402、404、406、408和410。电感器400到410的使用显著减小了在定子绕组208和210中的PWM频率电流谐波，从而允许电机2按预期运行。然而，在一些应用(拖动轮船、列车等或用于发电等等)所需的功率水平上，电感器400到410的成本可能很高，并且很可能需要充分的空间来容纳。
解决该问题的一个不同方式是使定子绕组208和210的定子线圈都位于相同定子槽中。然而，这样需要每个槽使用四个定子线圈的非传统结构。换言之，定子绕组208和210将必须是四层绕组。这样对于生产更加困难、复杂和昂贵。
因此期望能生产具有低PWM频率电流波形(即具有在图3a中所示的预期电流)的电机，它可使用图2的驱动电路且定子绕组208和210是传统的双层绕组。
发明内容
本发明提供一种用于将具有定子的电机与交流网络相连接的驱动电路，该驱动电路包含：
第一和第二网络整流器/逆变器，其可并联到交流网络；
第一PWM整流器/逆变器，其通过第一直流环节连接到所述第一网络整流器/逆变器；
第二PWM整流器/逆变器，通过第二直流环节连接到所述第二网络整流器/逆变器；
第一双层定子绕组，其具有连接到所述第一PWM整流器/逆变器的多个定子线圈；以及
第二双层定子绕组，其具有连接到所述第二PWM整流器/逆变器的多个定子线圈；
其中，所述第一定子绕组的定子线圈与所述第二定子绕组的定子线圈相互连接，以使得在使用时穿过所述第一定子绕组中定子线圈的电压矢量和与穿过所述第二定子绕组中定子线圈的电压矢量和大体相等，从而减小流经所述第一和第二定子绕组的PWM频率电流谐波。
当穿过第一和第二定子绕组的定子线圈的电压矢量和相等且同相时，则第一和第二PWM整流器/逆变器将具有基本相同的输出电压和基本相同的输出PWM电压波形。这样使得减小或甚至消除第一和第二定子绕组的互耦影响，并因此减小或甚至消除流经第一和第二定子绕组的PWM频率电流谐波。这种相互连接是可能的，因为使用PWM技术可不必再在第一与第二定子绕组之间提供相移来减小在电机输出中的扭矩脉动。
将第一和第二双层定子绕组相互连接来减小PWM频率电流谐波的一个主要优点是，不再需要在图4中所示的电感器。这样简化了驱动电路的结构并带来成本和物理尺寸的显著减小。容易理解的是，尽管可使用能导致穿过第一和第二定子绕组中的定子线圈的电压矢量和大致相等的任何适合的结构，但是下面还是更详细地展示具体的实例。
本发明的另一个优点是保留了低成本的传统双层定子绕组结构。
容易理解的是，第一和第二网络整流器/逆变器(即在交流网络与直流环节之间连接的第一和第二整流器/逆变器)可具有各种各样不同的构造。例如，第一和第二网络整流器/逆变器可使用整流的二极管只对直流环节供电而不控制直流环节电压。如果使用晶闸管替代二极管则可控制该直流环节的电压。反并联地放置晶闸管可使第一和第二网络整流器/逆变器在整流和逆变两个方式下工作。在此情况下，可使用第一和第二网络整流/逆变器来对直流环节供电或从直流环节输出电力并且还控制直流环节的电压。第一和第二网络整流/逆变器还可以是下面定义的PWM整流/逆变器。
这里使用术语“PWM整流器/逆变器”来指代包括多个半导体功率开关器件的任何功率变流器，使用依照传统脉宽调制(PWM)策略得出的门驱动控制信号来控制所述半导体功率开关器件。例如可以是MV3000功率变换器，它是对网络整流器/逆变器级使用二极管，对PWM整流器/逆变器级使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)的二电平PWM逆变器。另一个例子可以是MV7000功率变流器，它是对网络整流器/逆变器和PWM整流器/逆变器级都使用绝缘发射极增强栅双极晶体管(IEGT)的三电平AFE-PWM逆变器。这两个产品都由英国沃里克郡Rugby，Boughton路，CV21 1BU，的Converteam有限公司提供。
在电机具有每极6槽且没有并联路径的最小结构的情况下，则第一定子绕组的定子线圈可根据如下规则相互连接：
(N极，槽X)中的定子线圈与(S极，槽(X+1))中的多个定子线圈相连接，其中N是任意北极的编号，S是在连接顺序中紧接着N极之后的南极的编号，X是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。X可具有值1、3或5。
第二定子绕组的定子线圈可根据如下规则相互连接：
(N极，槽Y)中的定子线圈与(S极，槽(Y-1))中的多个定子线圈相连接，其中N是任意北极的编号，S是在连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，Y是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。Y可具有值2、4或6。
取决于电机的特定结构及其期望性质N可以是任意奇整数，S可以是任意偶整数。
若电机的北极和南极具有相反的次序则可应用相似的方程组。
例如，对于每极6槽的双极电机的定子线圈可连接如下：
第一定子线圈：在北极、槽1中的定子线圈与在南极、槽2中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在北极、槽3中的定子线圈与在南极、槽4中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在北极、槽5中的定子线圈与在南极、槽6中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽2中的定子线圈与在南极、槽1中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽4中的定子线圈与在南极、槽3中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽6中的定子线圈与在南极、槽5中的定子线圈连接；
容易理解的是，上面的实例可容易地扩展到具有多于两个极、以相反次序连接的北极与南极、以相反次序连接的定子绕组或具有多组串联和/或并联连接的电机。
在电机具有每极多于6个定子线圈的情况下，则第一定子绕组的定子线圈可根据如下规则相互连接：
(N极，槽X)中的定子线圈一直串联到(N极，槽(X+Q-1))中的多个定子线圈，随后连接到(S极，槽(X+Q))中的多个定子线圈，该定子线圈随后一直串联到(S极，槽(X+2Q-1))中的多个定子线圈，其中N是任意北极的编号，S是在相同并联路径的连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，Q是每极每相使用的定子槽的数目，X是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。X可具有整数值1、2Q+1或4Q+1。
第二定子绕组的定子线圈可根据如下规则相互连接：
(N极，槽Y)中的定子线圈一直串联到(N极，槽(Y+Q-1))中的多个定子线圈，随后连接到(S极，槽(Y-Q))中的多个定子线圈，该定子线圈随后一直串联到(S极，槽(Y-1))中的多个定子线圈，其中N是任意北极的编号，S是在相同并联路径的连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，Q是每极每相使用的定子槽的数目，X是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。Y可具有整数值Q+1、3Q+1或5Q+1。
取决于电机具体结构及其期望性质N可以是任意奇整数，S可以是任意偶整数，Q可以是任意整数。
例如，对于每极12槽的双极电机的定子线圈可连接如下：
第一定子线圈：在北极、槽1中的定子线圈与在北极、槽2中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在北极、槽2中的定子线圈与在南极、槽3中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在南极、槽3中的定子线圈与在南极、槽4中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在北极、槽5中的定子线圈与在北极、槽6中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在北极、槽6中的定子线圈与在南极、槽7中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在南极、槽7中的定子线圈与在南极、槽8中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在北极、槽9中的定子线圈与在北极、槽10中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在北极、槽10中的定子线圈与在南极、槽11中的定子线圈连接；
第一定子线圈：在南极、槽11中的定子线圈与在南极、槽12中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽3中的定子线圈与在北极、槽4中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽4中的定子线圈与在南极、槽1中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在南极、槽1中的定子线圈与在南极、槽2中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽7中的定子线圈与在北极、槽8中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽8中的定子线圈与在南极、槽5中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在南极、槽5中的定子线圈与在南极、槽6中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽11中的定子线圈与在北极、槽12中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在北极、槽12中的定子线圈与在南极、槽9中的定子线圈连接；
第二定子线圈：在南极、槽9中的定子线圈与在南极、槽10中的定子线圈连接；
容易理解的是，上面的实例可容易地扩展到具有多于两个极、以相反次序连接的北极与南极、以相反次序连接的定子绕组或具有多组串联和/或并联连接的电机。
本发明还提供结合了上述驱动电路的电机。该电机可起到电动机(在此情况下交流网络充当交流电源，第一和第二网络整流器/逆变器充当整流器对直流环节供给直流电，而第一和第二PWM整流器/逆变器充当逆变器分别对第一和第二定子绕组供给交流电)或发电机(在此情况下第一和第二PWM整流器/逆变器充当整流器对直流环节供给直流电，而第一和第二网络整流器/逆变器充当逆变器对交流网络供给交流电)的作用。
该驱动电路可由具有任意相数(每一相具有两个或更多双层定子绕组)、任意极数以及具有允许实施上述绕组连接的每极任意槽数的电机使用。
附图说明
图1是用于双定子绕组LCI电机的第一现有技术驱动电路的示意图，其中驱动电路包括晶闸管功率变流器；
图2是用于双定子绕组LCI电机的第二现有技术驱动电路的示意图，其中驱动电路包括晶闸管功率变流器和PWM功率变流器；
图3a和3b示出针对图2的电机的电流波形；
图4是用于双定子绕组LCI电机的第三现有技术驱动电路的示意图，该驱动电路包括在PWM功率变流器与电机定子绕组之间的电感器以减小PWM频率电流谐波；
图5是用于说明描述电机定子绕组所使用的术语的示意图；
图6是示出针对具有包含三相的一个定子绕组的电机图5的定子绕组如何相互连接的示意图；
图7是示出针对图1的第一现有技术的驱动电路两个定子绕组如何相互连接的示意图；
图8是示出在本发明的驱动电路中使用的第一相互连接的定子绕组的示意图；
图9a和9b示出流过图8的相互连接的定子绕组的电流的合成电压矢量；以及
图10是示出在本发明的驱动电路中使用的第二相互连接的定子绕组的示意图，其中电机具有四个极，且每相每极为Q＝2个槽以及两条并联路径。
具体实施方式
图5示出具有转子502和定子504(仅示出一部分)的电机500的定子绕组的典型布置。定子504具有一连串用于容纳定子绕组的定子线圈510和512的槽506和508。典型的定子线圈(例如定子线圈512)跨过几个槽。更详细地说，定子线圈512从槽506开始横越中间的四个槽然后在槽508结束。定子线圈一般在槽(如所示的槽506)的底部区域具有一个末端并在槽(如所示的槽508)的顶部区域具有另一末端。
一般布置是在每个槽内安装两个定子线圈。由于在每个槽内有两个定子线圈，因此这种布置通常被称为双层定子绕组。
如图5所示，转子的每个极覆盖在定子504中的六个槽上，且这种布置通常被称为每极六槽定子。在其它实施例中可能是每极其它数目的槽。
在三相电机中通常是每极3N个槽，其中N是整数。用更一般的说法，每极的槽数一般是电机的相数的整数倍。
图5还说明对定子绕组的定子线圈的命名或识别的普遍接受的惯例。在图5中示出的定子绕组是三相定子绕组且每相每槽具有两个定子线圈(即，该电机的定子504如前面讨论是每极六槽定子)。见第一相定子线圈(在图5中以暗色示出)，则第一相定子线圈514被称为在极1、槽1中的定子线圈。第一相定子线圈516被称为在极1、槽2中的定子线圈。第一相定子线圈518被称作在极2、槽1中的定子线圈。第一相定子线圈520被称为在极2、槽2中的定子线圈。对第二和第三相的定子绕组(在图5中以亮色示出)具有类似的定子线圈组。
容易理解的是，单独的定子线圈可以采用各种不同的方式连接：串联、并联或串并混联。每种连接布置为电机提供已知的电流电压承载能力以及由此得到的工作特性。因此，选择每个定子绕组的定子线圈的互联方式来给电机以期望的性能。
在图6中示意性地示出定子线圈的常见的相互连接。将看到在这种特殊布置中，每相的定子线圈串联在一起。换言之，与电机的每一相联系的定子绕组600、602和604每一个都包含多个相互串联的定子线圈。如果任何定子线圈并联地连接在一起则它们将与在图6、7和8中所示的结点900和902连接。
定子绕组600代表第一相的定子绕组，并包括：在极1、槽1中的定子线圈(即定子线圈514)；在极1、槽2中的定子线圈(即定子线圈516)；在极2、槽1中的定子线圈(即定子线圈518)；以及在极2、槽2中的定子线圈(即定子线圈520)。对于N个定子线圈以类似顺序来重复。定子绕组602代表第二相的定子绕组，并包括：在极1、槽3中的定子线圈(即定子线圈510)；在极1、槽4中的定子线圈(即定子线圈512)；在极2、槽3中的定子线圈；以及在极2、槽4中的定子线圈。对于N个定子线圈以类似顺序来重复。定子绕组604代表第三相的定子绕组，并包括：在极1、槽5中的定子线圈；在极1、槽6中的定子线圈；在极2、槽5中的定子线圈；以及在极2、槽6中的定子线圈。对于N个定子线圈以类似顺序来重复。
为了电机500运转良好，一对南北极的定子线圈连接起来以使其中增加感生电压；容易理解的是该感生电压实质上是反向的。在图6中，紧跟在每个定子线圈之后的点的位置反映了对北极和南极连接的反向连接。
图1的电机是具有第一和第二定子绕组26和28的双定子绕组LCI(负载换相式逆变器)电机。这种电机具有两个独立的定子绕组，在每个定子绕组中定子线圈的相互连接在图7中示意性地示出。第一定子绕组26的定子线圈从第二定子绕组28的定子线圈物理地位移，这样有助于确定由定子在转子上产生的力沿定子的圆周均匀分布。
对于任何电机通常定义在定子和转子中一对南北极的电角度等于360电角度。这与由取决于定子极数的同一对南北极所占的物理角度不一样。
作为定子设计的实例，每个定子绕组中可以有12个定子线圈。对于一对南北极，在相邻定子线圈之间的电角度被称为角度差，在该实例中等于360/12＝30电角度。为了使这样的定子(即具有如图7所示的定子绕组)正确运转，在晶闸管功率变流器22中的电压和电流应当偏移与在晶闸管功率变流器24中的电压和电流相同的角度差。使用该角度差可提供额外的益处有助于消除在定子绕组中的扭矩谐波。
图2中所示的另一种驱动电路(即，晶闸管功率变流器22和24被脉宽调制(PWM)功率变流器200和202替代)由于在第一和第二定子绕组208和210之内的定子线圈太接近而遭受严重的PWM频率电流谐波干扰。例如，可能是这样的情况：在第一定子绕组208的极1、槽1中的定子线圈在物理上邻近在第二定子绕组210的极1、槽2中的定子线圈。这将意味着在这两个定子线圈之间有高度的互耦，并且当电流流经其中一个线圈时会发生在另一个线圈中感生出电流的变压器效应。正是在第一和第二定子绕组208和210的定子线圈之间的这种互耦导致了严重的PWM频率电流谐波。
对PWM频率电流谐波问题的一个解决方法在图4中示出并如上所述。不过，现在将参照图8到图10说明另一种解决方法，其以图2的驱动电路的第一和第二定子绕组208和210的单独定子线圈的相互连接为基础。
图8示出在本发明的驱动电路中如何使第一和第二定子绕组208和210中的定子线圈相互连接并进行使用。可看到第一和第二定子绕组208和210的定子线圈的相互连接与在图7中所示的不同，重要的是要注意，第一定子绕组208的定子线圈的相互连接方式与第二定子绕组210的定子线圈的相互连接方式不同。
第一定子绕组208的定子线圈的相互连接可由如下规则来概括，该规则应用于具有每极6槽且没有任何并联路径的最小结构的电机：
(N极，槽X)中的定子线圈与(S极，槽(X+1))中的多个定子线圈相连接，
其中：
N是任意北极的编号，可以是任意奇整数，
S是在连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，是偶整数，以及
X是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号，可具有整数值1、3和5。
第二定子绕组210的定子线圈的相互连接可由如下规则来概括，该规则应用于具有每极6槽且没有任何并联路径的最小结构的电机：
(N极，槽Y)中的定子线圈与(S极，槽(Y-1))中的多个定子线圈相连接，
其中：
Y是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号，可具有整数值2、4和6。
在两个定子绕组都相互连接的情况下，编号方式允许在北极中的线圈相对南极反向连接。若南北极具有相反次序则应用相似的方程组。
当电机具有每极多于6槽并且/或者使用定子线圈的并联路径时，则可能有更宽范围的相互连接方式。在图10中示出用于具有4极、每相每极有Q个槽并有两条并联路径的电机的可能的相互连接方式实例。这里给出每极总共6Q个槽。
对于Q＝2的图10的相互连接方式或者Q为其它值的相互连接方式，在第一定子绕组208中的定子线圈的相互连接可由如下规则来概括：
(N极，槽X)中的定子线圈一直串联到(N极，槽(X+Q-1))中的多个定子线圈，随后连接到在(S极，槽(X+Q))中的多个定子线圈，该线圈随后一直串联到在(S极，槽(X+2Q-1))中的线圈，
其中：
N是任意北极的编号，可以是任意奇整数，
S是在相同并联路径的连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，是偶整数，
Q是每极每相使用的定子槽的数目，可以是任意整数，以及
X是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号，可具有整数值1、2Q+1和4Q+1。
在第二定子绕组210中的定子线圈的相互连接可由如下规则来概括：
(N极，槽Y)中的定子线圈一直串联到(N极，槽(Y+Q-1))中的多个定子线圈，随后连接到(S极，槽(Y-Q))中的多个定子线圈，该线圈随后一直串联到(S极，槽(Y-1))中的线圈，
其中：
Y是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号，可具有整数值Q+1、3Q+1和5Q+1。
在两个定子绕组相互连接的情况下，编号方式允许在北极中的线圈相对南极反向连接。若南北极具有相反次序则应用相似的方程组。
以这种方式使第一和第二定子绕组208和210的定子线圈相互连接的优越性在于，使得围绕定子的相邻定子线圈中流过的电压在任意时间点上都大致相等。这表明物理上相互接近的第一和第二定子绕组的定子线圈之间没有电压差且不存在变压器效应。没有感生出电流，并且相应减小了PWM频率电流谐波。
这样去掉了对图4的电感器400到410的需要，简化了整个驱动电路并保留对双层绕组的使用。
可通过考虑在第一和第二定子绕组208和210的定子线圈中流过的电压的矢量和来进一步说明本发明的驱动电路相对于图4的驱动电路的优越性。
针对第一和第二定子绕组208和210的在图9a中所示的电压矢量由下表概括：
  矢量位置(电角度) 定子线圈
  0 第一定子绕组208(极1，槽1)
  30 第二定子绕组210(极1，槽2)
  60 第一定子绕组208(极1，槽3)
  90 第二定子绕组210(极1，槽4)
  120 第一定子绕组208(极1，槽5)
  150 第二定子绕组210(极1，槽6)
  180 第二定子绕组210(极2，槽1)
  210 第一定子绕组208(极2，槽2)
  240 第二定子绕组210(极2，槽3)
  270 第一定子绕组208(极2，槽4)
  300 第二定子绕组210(极2，槽5)
  330 第一定子绕组208(极2，槽6)
参考图9b，可看到穿过在第一定子绕组208的极1、槽1中的定子线圈和极2、槽2中的定子线圈的电压的矢量和与穿过在第二定子绕组210的极1、槽2中的定子线圈和极2、槽1中的定子线圈的电压的矢量和相等。
从图8中圆点的位置容易理解的是到，一些定子线圈的极性倒转，以将它们连接来给出图9a的矢量和的方式反映出这种极性倒转。穿过第一定子绕组208的定子线圈的电压矢量和大致等于穿过其它定子绕组的每一个的定子线圈的电压矢量和。这样可使三相电压和电流处在时间相位。
在图9a中引用的槽是相互物理上接近的，因此如果穿过定子线圈的电压不相同则会感生出电流并且导致PWM频率电流谐波的问题。然而，从图9a的矢量和可看到，穿过这些定子线圈的电压大致相同并且不存在变压器效应。
图9b示出穿过在每相第一定子绕组中的定子线圈的电压的矢量和如何等于穿过在每相第二定子绕组中的定子线圈的电压的矢量和。换言之，对于三相电机(这里每一相被称为“红”、“黄”和“蓝”)，“红”相的第一和第二定子绕组、“黄”相的第一和第二定子绕组以及“蓝”相的第一和第二定子绕组都会存在电压平衡。
所述的定子线圈的相互连接可应用到任意数目的相和每一相包括多于两个定子绕组的情形下。在定子具有多于两个定子绕组的情况下，定子线圈可通过使穿过在每个定子绕组内的定子线圈的电压矢量和大致相等的方式来相互连接。

Claims (16)

1.一种用于将具有定子的电机与交流网络相连接的驱动电路，该驱动电路包含：
第一和第二网络整流器/逆变器，其可并联到所述交流网络；
第一PWM整流器/逆变器，其通过第一直流环节连接到所述第一网络整流器/逆变器；
第二PWM整流器/逆变器，其通过第二直流环节连接到所述第二网络整流器/逆变器；
第一双层定子绕组，其具有连接到所述第一PWM整流器/逆变器的多个定子线圈；以及
第二双层定子绕组，其具有连接到所述第二PWM整流器/逆变器的多个定子线圈；
其中，所述第一定子绕组的定子线圈与所述第二定子绕组的定子线圈相互连接，以使得在使用时穿过所述第一定子绕组中定子线圈的电压矢量和与穿过所述第二定子绕组中定子线圈的电压矢量和大体相等，从而减小流经所述第一和第二定子绕组的PWM频率电流谐波。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其中所述第一定子绕组的定子线圈根据如下规则相互连接：
(N极，槽X)中的定子线圈与(S极，槽(X+1))中的多个定子线圈相连接，其中N是任意北极的编号，S是在连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，X是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其中X具有值1、3或5。
4.如权利要求2或3所述的驱动电路，其中所述第二定子绕组的定子线圈根据如下规则相互连接：
(N极，槽Y)中的定子线圈与(S极，槽(Y-1))中的多个定子线圈相连接，其中N是任意北极的编号，S是在连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，Y是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。
5.如权利要求4所述的驱动电路，其中Y具有值2、4或6。
6.如权利要求2到5的任一所述的驱动电路，其中N是任意奇整数。
7.如权利要求2到6的任一所述的驱动电路，其中S是任意偶整数。
8.如权利要求1所述的驱动电路，其中所述第一定子绕组的定子线圈根据如下规则相互连接：
(N极，槽X)中的定子线圈一直串联到(N极，槽(X+Q-1))中的多个定子线圈，随后连接到(S极，槽(X+Q))中的多个定子线圈，该定子线圈随后一直串联到(S极，槽(X+2Q-1))中的多个定子线圈，其中N是任意北极的编号，S是在相同并联路径的连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，Q是每极每相使用的定子槽的数目，X是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。
9.如权利要求8所述的驱动电路，其中X具有整数值1、2Q+1或4Q+1。
10.如权利要求8或9的驱动电路，其中第二定子绕组的定子线圈根据如下规则相互连接：
(N极，槽Y)中的定子线圈一直串联到(N极，槽(Y+Q-1))中的多个定子线圈，随后连接到(S极，槽(Y-Q))中的多个定子线圈，该定子线圈随后一直串联到(S极，槽(Y-1))中的多个定子线圈，其中N是任意北极的编号，S是在相同并联路径的连接顺序中紧跟着N极之后的南极的编号，Q是每极每相使用的定子槽的数目，Y是在北极内部给定组之内的第一定子线圈的连接顺序编号。
11.如权利要求10所述的驱动电路，其中Y具有整数值Q+1、3Q+1或5Q+1。
12.如权利要求8到11的任一所述的驱动电路，其中N是任意奇整数。
13.如权利要求8到12的任一所述的驱动电路，其中S是任意偶整数。
14.如权利要求8到13的任一所述的驱动电路，其中Q是任意整数。
15.一种结合了任一前述权利要求所述的驱动电路的电机。
16.一种充分如这里描述的并参照图8到10的驱动电路。
CN200710000809.4A 2006-01-14 2007-01-12 驱动电路 Active CN101043197B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0600837.9 2006-01-14
GBGB0600837.9A GB0600837D0 (en) 2006-01-14 2006-01-14 Stators and electrical machines incorporating such stators

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101043197A true CN101043197A (zh) 2007-09-26
CN101043197B CN101043197B (zh) 2015-12-02

Family

ID=35998113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200710000809.4A Active CN101043197B (zh) 2006-01-14 2007-01-12 驱动电路

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7868573B2 (zh)
EP (1) EP1808958B1 (zh)
CN (1) CN101043197B (zh)
DK (1) DK1808958T3 (zh)
ES (1) ES2391644T3 (zh)
GB (2) GB0600837D0 (zh)
NO (1) NO336393B1 (zh)
NZ (1) NZ552487A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103368407A (zh) * 2012-03-15 2013-10-23 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 电力变换器及其集成dc扼流器
CN104270012A (zh) * 2014-10-29 2015-01-07 兖州东方机电有限公司 一种多相变频器
CN104953912A (zh) * 2015-07-02 2015-09-30 武汉理工大学 基于矩阵变换器的电力推进船舶变频调速系统
CN110492825A (zh) * 2014-01-13 2019-11-22 奥的斯电梯公司 运送系统
CN111293935A (zh) * 2018-12-06 2020-06-16 斯沃奇集团研究和开发有限公司 具有不对称定子电感器的直流电动机

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7518279B2 (en) * 2007-07-27 2009-04-14 Gm Global Technology Operations, Inc. Electric motor systems
US7990098B2 (en) 2007-07-30 2011-08-02 GM Global Technology Operations LLC Series-coupled two-motor drive using double-ended inverter system
US7956563B2 (en) 2007-07-30 2011-06-07 GM Global Technology Operations LLC System for using a multi-phase motor with a double-ended inverter system
US8002056B2 (en) 2007-07-30 2011-08-23 GM Global Technology Operations LLC Double-ended inverter system with isolated neutral topology
US8125168B2 (en) * 2007-11-19 2012-02-28 Honeywell International Inc. Motor having controllable torque
JP5350034B2 (ja) * 2009-03-25 2013-11-27 日本ムーグ株式会社 電動機システム
EP2367265A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-21 Converteam Technology Ltd Electrical machines
DK177684B1 (en) * 2012-12-21 2014-03-03 Envision Energy Denmark Aps Wind turbine having a HTS generator with a plurality of phases
DE102014108712A1 (de) * 2014-06-21 2015-12-24 BROSE SCHLIEßSYSTEME GMBH & CO. KG Kraftfahrzeugschloss
FR3023079B1 (fr) * 2014-06-30 2023-04-28 Renault Sas Stator de machine electrique tournante
CN104617689B (zh) * 2015-01-30 2017-07-07 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机及其定子铁心以及定子的铁心模块
US9985566B2 (en) 2015-05-29 2018-05-29 Otis Elevator Company Dual three-phase electrical machine and drive with negligible common-mode noise
JP6536479B2 (ja) * 2016-05-17 2019-07-03 株式会社デンソー 回転機の制御装置
EP3293876B1 (en) 2016-09-09 2021-06-23 Black & Decker Inc. Dual-inverter for a brushless motor
CN106685283A (zh) * 2016-10-14 2017-05-17 湖北省超能超高压电力科技开发有限公司 一种基于绞磨机的自我保护型电机驱动电路系统
US11387764B2 (en) * 2018-07-12 2022-07-12 Zunum Aero, Inc. Multi-inverter system for electric machine
WO2020033512A1 (en) * 2018-08-07 2020-02-13 Tau Motors, Inc. Electric motors

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1099622A (en) 1965-06-16 1968-01-17 Licentia Gmbh Improved stator winding for alternating current machines
US3408517A (en) 1966-02-23 1968-10-29 Gen Electric Multiple circuit winding patterns for polyphase dynamoelectric machines
JPS53135409A (en) 1977-04-28 1978-11-27 Toshiba Corp Armature winding of linear motor
JPS55117445A (en) 1979-02-28 1980-09-09 Toshiba Corp Armature winding
DE3789046D1 (de) * 1986-11-04 1994-03-24 Bosch Gmbh Robert Elektrischer Servoantrieb.
JPH088791B2 (ja) * 1987-06-08 1996-01-29 富士電機株式会社 交流電動機給電システム
JPH0767310B2 (ja) * 1987-06-08 1995-07-19 富士電機株式会社 交流電動機給電システム
JPH09182394A (ja) * 1997-01-09 1997-07-11 Fuji Electric Co Ltd 交流電動機給電システム
CN2383266Y (zh) * 1999-07-16 2000-06-14 清华大学 双定子中空结构环型行波超声电机
JP2001045795A (ja) * 1999-08-04 2001-02-16 Meidensha Corp 可変速駆動装置
RU2159982C1 (ru) 1999-11-11 2000-11-27 Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия Полюсопереключаемая обмотка на 6-4 полюса
US6392905B1 (en) * 2001-01-06 2002-05-21 Ford Global Technologies, Inc. Method and circuit for reducing battery ripple current in a multiple inverter system of an electrical machine
US6710495B2 (en) * 2001-10-01 2004-03-23 Wisconsin Alumni Research Foundation Multi-phase electric motor with third harmonic current injection
KR20050048593A (ko) * 2002-07-31 2005-05-24 에스엠씨 일렉트리칼 프로덕츠, 인크 중간 내지 고 전압의 3레벨 이상의 ａｃ 구동 인버터브리지를 구동하는 저 전압 2레벨 6펄스 인덕션 모터제어기
JP4007339B2 (ja) * 2003-11-07 2007-11-14 株式会社デンソー 交流モータとその制御装置
US7330012B2 (en) * 2004-05-27 2008-02-12 Siemens Aktiengesellschaft High frequency bus system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103368407A (zh) * 2012-03-15 2013-10-23 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 电力变换器及其集成dc扼流器
CN103368407B (zh) * 2012-03-15 2015-12-23 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 电力变换器及其集成dc扼流器
CN110492825A (zh) * 2014-01-13 2019-11-22 奥的斯电梯公司 运送系统
CN104270012A (zh) * 2014-10-29 2015-01-07 兖州东方机电有限公司 一种多相变频器
CN104953912A (zh) * 2015-07-02 2015-09-30 武汉理工大学 基于矩阵变换器的电力推进船舶变频调速系统
CN104953912B (zh) * 2015-07-02 2017-06-27 武汉理工大学 基于矩阵变换器的电力推进船舶变频调速系统
CN111293935A (zh) * 2018-12-06 2020-06-16 斯沃奇集团研究和开发有限公司 具有不对称定子电感器的直流电动机
CN111293935B (zh) * 2018-12-06 2023-06-09 斯沃奇集团研究和开发有限公司 直流电动机及其操作方法、电子机械手表

Also Published As

Publication number Publication date
CN101043197B (zh) 2015-12-02
NZ552487A (en) 2008-05-30
EP1808958A3 (en) 2008-06-04
NO336393B1 (no) 2015-08-10
ES2391644T3 (es) 2012-11-28
US7868573B2 (en) 2011-01-11
DK1808958T3 (da) 2012-10-22
GB0600837D0 (en) 2006-02-22
EP1808958A2 (en) 2007-07-18
NO20070227L (no) 2007-07-16
GB0625132D0 (en) 2007-01-24
GB2436927B (en) 2009-08-26
US20080116770A1 (en) 2008-05-22
EP1808958B1 (en) 2012-07-25
GB2436927A (en) 2007-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101043197A (zh) 驱动电路
CN1041780C (zh) 逆变器装置
CN1695290A (zh) 滤波器装置
JP6087666B2 (ja) 電力変換装置
RU2366062C2 (ru) Генератор с большим порядком фаз
KR20190116545A (ko) 구동 시스템과 dc 링크 전류 리플을 감소시키기 위한 구동 시스템의 작동 방법
CN1200846A (zh) 电力变换装置及电力变换方法
US9621100B2 (en) Vehicular AC electric generator
CN101080865A (zh) 矩阵变换器
CN1677815A (zh) 可逆反极性升压斩波电路以及具有它的逆变器电路
CN1974261A (zh) 电动机驱动装置以及使用了该电动机驱动装置的汽车
CA2822593A1 (en) Mechanical arrangement of a multilevel power converter circuit
CN1145254C (zh) 切换电源设备
CN1713512A (zh) 双模整流器、系统和方法
CN103125069A (zh) 用于多组电机相移绕组的多电平电压驱动
CN1140037C (zh) 用于电动发电机的电枢绕组连接结构
CN1091867A (zh) 逆变装置
WO2018030143A1 (ja) 駆動装置及び電動モータ駆動装置
JP7135604B2 (ja) 回転電機制御装置
JP2004159453A (ja) 電動機
JP7188753B2 (ja) 電気サブアセンブリ
CN1207217A (zh) 电子换向型高效电动机
JPWO2017056296A1 (ja) 三相誘導電動機
CN1481064A (zh) 永久磁体型同步电动机
JP4153719B2 (ja) 可変速駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: KANGFUDIMU UK LTD.

Free format text: FORMER OWNER: KANGFUDIMU CO., LTD.

Effective date: 20100408

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20100408

Address after: Warrick County

Applicant after: Converteam Ltd.

Address before: Warrick County

Applicant before: Converteam Technology Ltd.

C53 Correction of patent for invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: Warrick County

Applicant after: Coverteam Ltd.

Address before: Warrick County

Applicant before: Converteam Ltd.

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: CONVERTEAM ELECTROMECHANICAL UK CO., LTD. TO: GENERAL ELECTRIC ENERGY + RESOURCE TRANSFORMATION UK CO., LTD.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant