CN101414795B - 用于减小多逆变器系统中谐振的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于减小多逆变器系统中谐振的装置和方法。提供用于减小多逆变器系统中谐振的装置、系统和方法。一种装置包括耦合至去耦元件的逆变器，其中所述逆变器和所述去耦元件可耦合至电源。一种系统包括具有第一正端子和负端子的机动车辆电源，以及耦合至所述电源的多个逆变器。每个逆变器包括耦合至所述第一正端子的第二正端子和耦合至所述第一负端子的第二负端子。该多个逆变器中的第一逆变器包括耦合在所述第一正端子和所述第一逆变器的正端子之间的去耦元件。一种方法包括在不同频率上运行第一和第二逆变器，并且基于所述第二逆变器的频率控制耦合在电源和所述第一逆变器之间的去耦元件的阻抗。

Description

用于减小多逆变器系统中谐振的装置和方法
技术领域
本发明通常涉及逆变器，并且更具体地涉及用于减小多逆变器系统中谐振的装置和方法。
背景技术
许多电气传动系统采用多逆变器，其为多个电动机提供功率同时共享共同的DC线电源。典型地，这些电气传动系统设计为使得每个逆变器的自然谐振频率都相同，以使任何给定的逆变器都不会激励任何其它逆变器中的谐振。虽然这是一种便捷设计，因为逆变器基本上去耦合(uncoupled)，这能够显著地影响系统成本。
因此，期望提供多逆变器系统，所述多逆变器系统不考虑邻近逆变器的操作和/或谐振频率，并且能够更加节省成本。另外，期望提供用于使得多逆变器系统中的两个或更多个逆变器能够工作在不同频率的方法。进一步，结合附图和前述的技术领域和背景技术，根据后面的详细描述与随附的权利要求书，本发明的其它期望特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本发明的各种实施例提供用于减小多逆变器系统中谐振的装置、系统和方法。一种用于减小多逆变器系统中谐振的装置包括逆变器，所述多逆变器系统具有包括第一正端子和第一负端子的电源，所述逆变器具有第二正端子和第二负端子，其中该第二负端子可耦合到该第一负端子。该装置还包括耦合至该第二正端子且可耦合至该第一正端子的去耦元件。
一种具有减小的谐振的系统包括包含第一正端子和第一负端子的机动车辆电源，以及耦合至该电源的多个逆变器。每个逆变器包括耦合至该第一正端子的第二正端子和耦合至该第一负端子的第二负端子，并且该多个逆变器中的第一逆变器还包括耦合在该第一正端子和该第一逆变器的第二正端子之间的去耦元件。
一种用于减小包括多个逆变器的系统中的谐振的方法，其中第一逆变器包括具有可变的第一阻抗的第一去耦元件并且第二逆变器耦合至第一逆变器，该方法包括在不同频率上操作第一和第二逆变器的步骤。该方法还包括基于该第二逆变器的频率控制该第一阻抗的步骤。
附图说明
以下将结合附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，以及
图1是现有技术的多逆变器系统的框图；
图2是具有减小的谐振的多逆变器系统的一个示范性实施例的框图；
图3是具有减小的谐振的多逆变器系统的另一个示范性实施例的框图；
图4是具有减小的谐振的多逆变器系统的再一个示范性实施例的框图；
图5是包括去耦元件的图2的系统的框图，其中该去耦元件由二极管构成；
图6是包括去耦元件的图2所示系统的框图，其中该去耦元件由制动电阻器或分压计(potentiometer)构成；
图7是是包括去耦元件的图2所示系统的框图，其中该去耦元件由半导体开关和反并联二极管构成；以及
图8是具有减小的谐振的多逆变器系统的一个示范性实施例的框图。
具体实施方式
下述详细说明本质上仅是示范性的，而不打算限制本发明或本发明的应用以及使用。此外，不打算被前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细说明中所提出的任何明示或暗示的理论所限制。
图1是包括多个逆变器110的常规多逆变器系统100的框图。系统100中的每个逆变器110通过两个节点114(耦合至DC线120的正端子)和118(耦合至DC线120的负端子)耦合至主或公共DC线(DC link)120。
如图1所示，两个或更多个逆变器110(例如，第一和第二逆变器110)共享公共的本地(local)DC线130。可选地，每个逆变器110可以采用本地DC线130，逆变器110的子集可以包括本地DC线130，或单个逆变器110可以包括本地DC线130。同样地，在系统100中可以采用任意数量的本地DC线130。本地DC线130通常包括一个或多个容性元件(例如，一个或多个电容器)，而主DC线120一般采用一个或多个大型能量(bulk energy)存储元件，例如一个或多个电池，一个或多个燃料电池，和/或一个或多个超级电容器。
如上所述，每个逆变器110设计为工作在同一频率，但是有时需要两个或更多个逆变器110工作在不同频率以产生多个功率电平或电压输出。而且，每个逆变器110物理上可以位于距主DC线120不同的距离处。结果，每个逆变器110的自然系统谐振频率(其可以根据它的本地DC线130的电容确定)以及本地逆变器工作频率和线路电感(其将本地DC线130连接到主DC线120)，对于系统100的每个逆变器110可能是不同的，并且可能干扰一个或多个其它逆变器110的操作。
图2是示出具有减小的谐振的多逆变器系统200的一个示范性实施例的框图。系统200包括能够工作在彼此不同频率的多个逆变器110。如图2所示，与上面参考图1中讨论的系统100相似，每个逆变器110通过节点114和118耦合至主DC线120，主DC线120可以是用于机动车辆的电源或电池。此外，一个或多个逆变器110可以包括本地DC线130(见第N逆变器110)和/或两个或更多个逆变器110可以共享公共的本地DC线130(见第一和第二逆变器110)。
根据一个示范性实施例，系统200包括耦合在一个逆变器110的正端子和节点114之间的去耦元件1150。在图2所示的实施例中，去耦元件1150耦合至第N逆变器110；然而，去耦元件1150可以耦合至第一逆变器110，第二逆变器110，或位于第一逆变器和第N逆变器110之间的任一逆变器110。在一个实施例中，去耦元件1150耦合至工作在最低频率或产生最小电压输出量的逆变器110。在另一个实施例中，去耦元件1150耦合至具有低频率或低电压输出的逆变器110，以使得与去耦元件1150所耦合到的逆变器110相比，一个或多个逆变器110工作在更高的频率且一个或多个逆变器110工作在更低的频率。出于效率的原因，去耦元件1150不应该耦合到产生最大功率量的逆变器110；然而，不同的实施例的确考虑将去耦元件1150耦合至产生最大功率量的逆变器110。
根据图3示出的本发明的另一示范性实施例，至少两个逆变器110包括耦合在每个逆变器110的正端子和节点114之间的去耦元件1150。虽然图3示出第一和第二逆变器110包括去耦元件1150，但是任何两个或更多个逆变器110都可以包括去耦元件1150。
图4示出系统200的又一示范性实施例。在该实施例中，每个逆变器110包括耦合在逆变器110的每个相应正端子和节点114之间的去耦元件1150。
一个(或多个)去耦元件1150可以是任意的硬件、软件和/或具有可变阻抗的设备。根据图5所示出的一个示范性实施例，至少一个去耦元件1150是二极管1152。在该实施例中，二极管1152的阳极耦合于或可耦合于(即，能够耦合于)节点114，而二极管1152的阴极耦合于或可耦合于其逆变器110(该实施例中的第N逆变器110)的正端子。
在图6示出的另一示范性实施例，至少一个去耦元件1150是耦合在节点114和其相应逆变器110之间的制动电阻器或分压计1154。在图7示出的又一实施例，至少一个去耦元件1150是半导体开关1158(例如，场效应晶体管(FET)、双极结型晶体管(BJT)等)，其包括耦合于节点114和其相应逆变器110之间的反并联二极管1160。
虽然图5-7示出的实施例与图2所示的实施例相似，各种其他实施例考虑图3和4中的每个去耦元件1150可以是二极管1152、制动电阻器1154、分压计1156、和/或带有与其耦合的反并联二极管1160的开关1158。此外，系统200的实施例可以包括二极管1152、制动电阻器1154、分压计1156、和/或带有与其耦合的反并联二极管1160的开关1158的任意组合。也就是说，每个去耦元件1150可以是同种类型的元件，每个去耦元件1150也可以是不同类型的元件，或者至少两个去耦元件1150是彼此不同类型的元件。
图8是用于减小多逆变器系统(例如，系统200)中的谐振的方法800的一个示范性实施例的流程图。根据一个示范性实施例，方法800开始于在不同频率上运行两个或更多个逆变器(例如，逆变器110)以产生不同大小的功率或输出电压(步骤810)。
确定逆变器110的工作频率(步骤820)，并且基于该一个或多个其它逆变器110的工作频率控制和/或调节第一可变阻抗去耦元件(例如，去耦元件1150)的阻抗(步骤830)。在一个实施例中，基于单个逆变器110的工作频率控制或调节去耦元件1150的阻抗。在另一实施例中，基于系统(例如，系统200)中至少两个逆变器110的工作频率控制或调节去耦元件1150的阻抗。在又一实施例中，基于系统200中其它逆变器110的每一个的工作频率控制或调节去耦元件1150的阻抗。
方法800还包括确定一个或多个其它逆变器110的工作频率(步骤840)和基于该一个或多个其它逆变器110的工作频率控制或调节一个或多个其它可变阻抗去耦元件的阻抗(步骤850)。在一个实施例中，基于单个逆变器110的工作频率控制或调节每个去耦元件1150的阻抗。在另一实施例中，基于系统200中至少两个逆变器110的工作频率控制或调节每个去耦元件1150的阻抗。在又一实施例中，基于系统200中其它逆变器110的每一个的工作频率控制或调节每个去耦元件1150的阻抗。
虽然前述详细描述中介绍了至少一个示范性实施例，应该认识到存在大量的变形。也应该认识到该一个示范性实施例或多个示范性实施例仅仅是示例，并不打算以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。另外，前述详细描述会为本领域技术人员提供实施该一个示范性实施例或多个示范性实施例的便利指示。应该理解可以对元件的功能和排列做出各种变化，而不脱离随附的权利要求书和其法律等同物所记载的本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于减小多逆变器系统中谐振的装置，所述多逆变器系统具有包括第一正端子和第一负端子的电源，所述装置包括：
第一逆变器，其具有第二正端子和第二负端子，所述第二正端子能够耦合至所述第一正端子，所述第二负端子能够耦合至所述第一负端子；
第二逆变器，其具有第三正端子和第三负端子，所述第三正端子能够耦合至所述第一正端子，所述第三负端子能够耦合至所述第一负端子；
去耦元件，其耦合至所述第二正端子且能够耦合至所述第一正端子，所述去耦元件具有可变阻抗，其中所述第一和第二逆变器被配置成以不同频率工作，且其中基于所述第二逆变器的工作频率调节所述可变阻抗。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述去耦元件是二极管，该二极管具有能够耦合至所述第一正端子的阳极和耦合至所述第二正端子的阴极。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述去耦元件是制动电阻器。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述去耦元件是开关。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述开关是包括反并联二极管的半导体开关。
6.一种具有减小的谐振的系统，包括：
机动车辆电源，其包括第一正端子和第一负端子；以及
并联电耦合至所述电源的多个逆变器，所述多个逆变器被控制成以不同频率工作，其中该多个逆变器中的第一逆变器还包括耦合到所述第一正端子的去耦元件，且其中所述去耦元件具有可变阻抗，该可变阻抗基于除所述第一逆变器以外的多个逆变器中的至少一个逆变器的各自的工作频率来进行调节。
7.如权利要求6所述的系统，其中该多个逆变器中的一部分还包括耦合在所述第一正端子和该多个逆变器中的该部分的每个相应第二正端子之间的去耦元件。
8.如权利要求7所述的系统，其中至少两个所述去耦元件彼此不同。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述去耦元件的每一个是同种类型的元件。
10.如权利要求6所述的系统，其中该多个逆变器的每一个还包括耦合在所述第一正端子和每个相应第二正端子之间的去耦元件。
11.如权利要求6所述的系统，其中该多个逆变器中的第二逆变器比第一逆变器产生更高的电压输出。
12.如权利要求6所述的系统，其中所述第一逆变器比其它多个逆变器中的每一个产生更低的电压输出。
13.如权利要求6所述的系统，其中所述去耦元件是二极管，该二极管具有能够耦合至所述第一正端子的阳极和耦合至所述第一逆变器的所述第二正端子的阴极。
14.如权利要求6所述的系统，其中所述去耦元件是制动电阻器。
15.如权利要求6所述的系统，其中所述去耦元件是开关。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述开关是包括反并联二极管的半导体开关。
17.一种用于减小包括多个逆变器的系统中的谐振的方法，第一逆变器包括具有可变第一阻抗的第一去耦元件并且第二逆变器耦合至所述第一逆变器，所述方法包括以下步骤：
在不同频率上运行所述第一和第二逆变器；以及
基于所述第二逆变器的频率控制所述第一阻抗。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述控制步骤包括基于所述第二逆变器的频率并进一步基于该多个逆变器中剩余逆变器的至少一个逆变器的频率调节所述第一阻抗。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述第二逆变器包括具有可变第二阻抗的第二去耦元件，所述方法还包括基于所述第一逆变器的频率控制所述第二阻抗的步骤。
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