CN101572502A - 用于控制向负载供电的变换器的系统和方法 - Google Patents

用于控制向负载供电的变换器的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制向负载供电的变换器的系统和方法。在一个实施方式中，方法包括提供包含电路的功率变换器(100)，该电路包含至少第一引线和第二引线，向所述功率变换器(100)提供输入功率信号(920)，向所述第一引线至少提供第一门控信号(930)，向所述第二引线至少提供第二门控信号(940)，并且至少部分地响应于所提供的第一门控信号(930)和第二门控信号(940)，向负载(950)输出至少一个输出功率信号。根据该示例的实施方式，所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)各包括具有凹口(350)的波形(410)，并且所述第二门控信号(940)可相对于所述第一门控信号(930)进行相移。

Description

用于控制向负载供电的变换器的系统和方法
技术领域
[0001]本发明通常涉及功率变换器(power converter)，更具体而言涉及用于控制向负载供电的变换器的系统和方法。
背景技术
[0002]高速电机或高速、高功率电动机被用于许多不同的应用中。例如，高速、高功率电动机可用于在工业应用中为泵、风扇、鼓风机或压缩机供电。变速运行的高速、高功率电动机在工业、采矿和钻探领域的需求日益增加。而且，通常这些领域需要高度的可靠性。在一些作业例如在到达泵站是困难并且费时的的、偏远的全球地区抽取原油中，电动机运行的可靠性对防止危险、高花费、和持续停机是必不可少的。
[0003]高速、高功率电动机可接收来自电源的功率。在许多应用中，从电源输出的信号在输入到高速、高功率电动机之前先经过功率变换器。例如，可从电源输出的直流功率信号然后经过直流到交流(“AC”)变换器，来产生向交流电动机供电的合适信号。此外，功率变换器可包含一个或多个开关，其可选择性被激活以产生向电动机供电的合适的信号。例如，这些开关可以是半导体器件，如闸流管(也称为“SCRs”，或可控硅整流管)、三端双向可控硅元件、功率晶体管、金属氧化物半导体场效应管(称为“MOSFETs”)、绝缘栅双极型晶体管(称为“IGBTs”)、集成门极换流晶闸管(称为“IGCTs”)、以及MOS控制晶闸管(称为“MCTs”)。
[0004]简单、坚固、和可靠的功率变换器在这种高速、高功率的电动机的应用中是必不可少的。包括多个单独元件如串联或并联的半导体开关的变换器可具有任何一个单独的开关元件可能偶然失效的、增加的可能性。增加变换器的元件如用于半导体开关的缓冲电路，进一步增加了可能失效的元件数量。因此，期望设计一种简单结构的功率变换器并减少元件的数量。然而，在简单的变换器结构中，功率变换器的单独的元件应该在可接受的温度范围内以及功能受限的条件下使用，以避免失效。
[0005]此外，在许多应用中，需要具有确定功率输出的高速、高功率电动机。随着电机尺寸的缩小，可以通过提高电机旋转的频率或速度以获得相同的功率输出。许多情况下，增加功率变换器中开关被激活的频率以适应高速、高功率电动机增加的旋转速度或旋转速率。换句话说，更高的频率信号从功率变换器施加到了电动机上。
[0006]然而，如果从功率变换器给高速、高功率电动机提供的更高频率的输入信号，则会引起电机部件温度升高和整体谐波畸变。此外，增加功率变换器的开关频率会导致功率变换器中更多的开关损耗。
[0007]因此，存在对于改进的用于控制向负载供电的变换器的系统和方法需要。
[0008]还需要能降低负载中的整体谐波畸变和开关损耗的、用于控制向负载供电的变换器的系统和方法。
发明内容
[0009]本发明的具体实施方式能够满足上述的部分或全部需求。本发明的具体实施方式总体上指明了用于控制向负载供电的变换器的系统和方法。
[0010]根据发明的一个示例性具体实施方式，提供了一种用于向负载供电的方法。该方法可包括：提供包括至少具有第一引线和和第二引线的电路的功率变换器，向功率变换器提供输入电源(power)信号，向第一引线至少提供第一门控(gating control)信号，向第二引线至少提供第二门控信号，以及至少部分地响应于提供的第一和第二门控信号向负载输出至少一个输出功率信号。根据这个示例性具体实施方式，第一门控信号和第二门控信号可各具有含有凹口(notch)的波形，并且第二门控信号相对于第一门控信号进行了相移。
[0011]根据发明的另外一个示例性具体实施方式，提供了用于向负载供电的系统。该系统可包括能够操作来提供功率信号的电压源、包括至少具有第一引线和第二引线的电路的功率变换器、和至少一个门控制器，该门控制器可操作来向功率变换器的第一引线至少提供第一门控信号和向功率变换器的第二引线至少提供第二门控信号。根据该示例性具体实施方式，第一门控信号和第二门控信号各具有含有凹口的波形，以及第一门控信号可相对于第二门控信号进行了相移。变换器可操作来接收来自电压源的功率信号，并且至少部分地响应于所提供的第一和第二门控信号向负载输出至少一个输出功率信号。
[0012]又根据发明的另外一个示例性具体实施方式，提供了一种向负载供电的方法。该方法包括：提供三相Y(wye-)型接法的H桥式功率变换器，其中H桥式功率变换器的每相包含两个引线(leg)，向H桥式功率变换器提供输入功率信号，向H桥式功率变换器的每相的每个引线提供不同的门控信号，并且至少部分地响应于所提供的门控信号向负载输出至少一个输出功率信号。每个门控信号可具有含有凹口的波形，以及每个门控信号相对于提供给同相的其他引线的其他各个门控制信号具有相移。
[0013]本发明的其他具体实施方式和特点将由结合下述附图的下述说明变得明显。
有利的是，所述第一门控信号和所述第二门控信号的每个凹口具有介于大约5度到大约20度之间的凹口宽度。
有利的是，所述第一门控信号和所述第二门控信号的每个凹口具有大约7度的凹口宽度。
有利的是，在所述第一门控信号和所述第二门控信号之间的相对相移包括介于大约5度到大约40度之间的相移。
有利的是，在所述第一门控信号和所述第二门控信号之间的相对相移包括大约30度的相移。
有利的是，所述第一门控信号和所述第二门控信号中的每一个都具有在大约1倍到大约3倍于所述功率变换器的基频间的有效开关频率。
有利的是，所述第一门控信号和所述第二门控信号中的每一个具有大约1.5倍于所述功率变换器的基频的有效开关频率。
有利的是，所述负载包括至少一个高速电动机。
有利的是，调节至少所述凹口宽度或者所述第一门控信号或所述第二门控信号中至少之一的相对相移来改善开关损耗或所述输出功率信号的谐波畸变中至少之一。
附图说明
[0014]现在参考附图，用通用的术语、参考标记描述本发明的具体实施方式，其中附图不必要按比例绘图，其中：
[0015]图1是根据本发明示例性具体实施方式可采用的功率变换器的一个例子的示意图；
[0016]图2A和2B图示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例变换器的阶梯式输出电压；
[0017]图3图示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例门控信号；
[0018]图4A至4D图示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例输入波形和变换器输出；
[0019]图5A至5D图示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例输入波形和变换器输出；
[0020]图6A至6D图示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例输入波形和变换器输出；
[0021]图7A至7D图示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例输入波形和变换器输出；
[0022]图8图示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例控制单元的结构图；
[0023]图9图示出了根据本发明示例性具体实施方式的控制变换器的方法；以及
具体实施方式
[0025]现在，在下文中参照附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的示例性具体实施方式。但是，本发明可具有许多不同的实施方式并且不应该仅局限于在此提供的示例的具体实施方式；提供这些具体实施方式是为了使公开符合适用的法律需要。自始至终，相同的附图标记表示相同的组件。
[0026]根据本发明的示例性具体实施方式，公开了用于向诸如高速、高功率电动机(在此也被简称为“电动机”)的负载供电的变换器提供改进的门控信号的系统和方法。如在此进一步描述的，在一个实施例中，该变换器包括至少两个引线，以及至少两个门控信号被提供给变换器，一个信号被提供给一个引线。如这里使用的，术语“门控信号”、“输入信号”、和“输入控制信号”和“控制信号”可以互相替换使用。门控信号具有波形图，并且每个波形图具有至少一个凹口。可以调节凹口的宽度以改进从变换器提供给负载的功率信号。此外，为了进一步改进功率信号，每个门控信号可相对于另一个门控信号具有相移。由于凹口宽度的调整和门控信号的相移，该变换器或多个变换器向诸如高速、高功率电动机的负载提供改进的功率信号。该改进的功率信号可由被提供了合适的控制信号的一个或多个变换器产生。所产生的功率信号在电动机运行期间响应于门控信号来降低整体谐波畸变，该门控信号混合有至少一个凹口并经过了相移。此外，改进的功率信号还可减少电动机运行期间的开关损耗。
[0027]本发明的示例性具体实施方式能够完成或者不然促进确定的技术效果，其包括但不限于：向负载提供可以减少负载中的整体谐波畸变和开关损耗的改进的信号；提供向负载供给可减少负载中的整体谐波畸变和开关损耗的改进的输出信号的功率变换器，和/或为了向负载提供可减少负载中的整体谐波畸变和开关损耗的改进的输出信号而向功率变换器提供一个或多个门控信号，所述一个或多个门控信号控制功率变换器中的一个或多个开关选择性激活(actuation)。
[0028]图1示出了根据本发明示例性具体实施方式的示例功率变换器100。该实例所示的功率变换器包括图1中图示出的简化的三相、Y型接H桥式变换器结构。变换器的每一相105、106、107包括带有由电容器110表征的直流功率整形电路的功率源/阱(sink)102。由电容器110表征的直流功率整形电路和功率源/阱102建立了到桥的半导体开关的直流链路电压输入。例如，具有内置二极管115的绝缘栅双极型晶体管112(“IGBTs”)形成H桥120的每个引线，但是其他功率半导体开关如集成门极换流晶闸管(“IGCTs”)或金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFETs”)都可以作为替代来使用。对于分析来说功率半导体开关的类型并不重要。每个H桥包括两个引线、输出引线125和中性引线130。A相135、B相140、C相145每相的输出连接到相应的输出桥引线120的中间点150上。每个至Y型点155的中性连接线被连接到相应的中性输出引线125的中间点160上。
[0029]门控制器175根据预定的切换模式提供控制信号180、185、190用于切换H桥变换器的每一相105、106、107的半导体开关112。门控制器可提供同步的切换模式。门控制器可为H桥的半导体开关112提供同步切换或异步(如脉宽调制)切换。
[0030]针对大电机的运行，可以考虑几种用于三相Y接H桥变换器的基本同步切换方案。这些切换方案确定了用于驱动电动机的基本电压输出频率。如图2A所示，H桥的一相(位于各个引线的中间点之间)的切换输出210可以产生正阶梯(step)输出、负阶输出和零值输出，即众所周知的3电平输出。然而，在三相Y接的结构中，由于结合了A相的H桥和B相的H桥的阶梯，输出线电压220(如A相到B相)将会提供5电平输出，如图2B所示。输出电压的更高电平数会更精确地模拟正弦波形并可减少对电动机的谐波畸变。
[0031]应该理解的是：虽然图1图示出了三相Y接H桥式功率变换器，但是其他具有不同结构的功率变换器也可用于本发明的实施例中。例如，单相功率变换器可用于本发明的其他示例性实施例中。此外，在其他的示例性实施例中，可采用德耳塔(Δ)配置的变换器。这些示例功率变换器结构不意欲用于作为限制实施例，而是为了说明目的而被描述的。
[0032]图3示出了具有相同基频的四个固定脉冲图形。应用于单独的H桥的半导体开关的固定脉冲图形是以120电角度分开，这导致位于相间(如A相与B相)的线输出是以120电角度分开的。凹口可插入到脉冲图形的基频脉冲360的周围，以改善谐波畸变特性。插入的凹口350增加了桥输出的有效开关频率。脉冲图形1(“PP1”)300具有1倍于基频的有效开关频率。脉冲图形2(“PP2”)310具有2倍于基频的有效开关频率。脉冲图形3(“PP3”)320具有3倍于基频的有效开关频率。具有应用在每隔一周期中的凹口的脉冲图形1.5(“PP1.5”)330，具有1.5倍于基频的有效开关频率。
[0033]通过引起输入信号的状态的改变可产生一个或多个凹口350，该输入信号后续是一个返回到其改变前的状态的输入信号。例如，如果当前输入信号是高输入信号，可通过将该输入信号移动(shift)至低输入信号并且之后将输入信号移动返回到高输入信号来产生凹口350。作为另外一个实施方式，如果当前输入信号是低输入信号，可通过改变输入信号至高输入信号并且之后改变输入信号返回至低输入信号来产生凹口350。
[0034]一个或多个凹口350中的每一个相对于输入信号周期都具有相对较短的持续时间(也称为“凹口宽度”)。根据一个实施方式，假设输入信号的周期大约是360度，凹口350的凹口宽度可以大约是20度或小于20度。在一个示例中，凹口宽度可在大约5度到大约20度之间。可以理解，凹口宽度至少可部分地由被提供了输入信号的开关的规格、参数、和/或容量来决定。换言之，开关可以具有激活所需要的最短时间，凹口宽度至少可部分地基于激活开关导通和截止或者是截止和导通的最短时间。此外，可通过测量和监测元件的性能来确定合适的凹口宽度，合适的凹口宽度还至少可部分地取决于功率变换器电路和/或负载特性。
[0035]由于插入了凹口，较高开关速率会导致半导体开关上更多的开关损耗，使半导体开关更靠近热极限，并潜在地影响运行的可靠性。在实验中，PP1图示出了最低的有效开关频率，及由此在半导体开关中引起的最小的开关损耗。然而，PP1.5提供了最小的谐波畸变并且同时比PP2和PP3小的开关损耗。
[0036]对PP1、PP2、PP3及PP1.5进行进一步的研究来评估位于桥的两个引线之间的相移、凹口宽度和凹口位置的影响。每个单独的H桥的引线的控制波形间的相移为零情况下，对不同H桥的控制波形不是唯一的，这导致连接的H桥中一些的开关事件同时发生，因此不会在输出上产生额外的脉冲。在前述使用PP2控制波形的变换器中，控制信号将是唯一的，但某些切换事件在相同H桥中在相同方向同时发生。在H桥的两个引线上并在相同的方向上同时产生开关损耗，对在输出波形中看到的切换事件没有好处。因此，希望在单独的H桥的两个引线之间的控制信号上引入相移，以使得切换边缘在输出波形上建立电压变化。在桥的引线间的相移可以使输出阶梯式变化的定时(timing)偏移以及保持更高电平的输出，因此更接近地模拟正弦的输出性能并限制了畸变。图4A(5A、6A、7A)示出了具有PP1(PP2、PP3、PP1.5)输入波形的单相H桥的一相的波形410(510、610、710)。图4B(5B、6B、7B)示出了具有PP1(PP2、PP3、PP1.5)输入波形的单相H桥的第二相的波形420(520、620、720)。图4C(5C、6C、7C)示出了具有PP1(PP2、PP3、PP1.5)输入波形的单H桥的输出电压波形430(530、630、730)。图4D(5D、6D、7D)示出了具有PP1(PP2、PP3、PP1.5)输入波形的单相H桥的电压输出波形440(540、640、740)(线-线)。图5D(7D)示出了变换器输出电压(线-线)550(770)和A相线电流560(760)的模拟结果。
[0037]针对PP1、PP2、PP3、PP1.5控制信号，模拟了控制信号中的相移、凹口宽度选择以及凹口位置的组合，来确定用于最小化整体谐波畸变(“THD”)优化的组合。PP1输入波形结合了桥间无凹口的30度相移。PP2输入波形结合了桥间无相移的15度凹口。PP3输入波形结合了桥间具有10度相移的10度凹口。PP1.5输入波形结合了桥间具有30度相移的7度凹口。表1总结了如所模拟的、针对输入波形PP1、PP2、PP3、和PP1.5在负载电流上的整体谐波畸变。负载电流上的最小THD是由PP1.5控制波形提供的。
[0038]
表1
脉冲图形 开关频率  最小THD(负载电流)
PP1 基频×1  2.62％
PP2 基频×2  2.62％
PP3 基频×3  2.62％
PP1.5 基频×1.5  2.49％
[0039]在研究过程中，采用施加给示例负载的示例变换器，具有大约1.5倍于基频的有效频率、大约7度的凹口宽度、并且应用大约30度的相移的门控信号波形的门控信号产生最小的整体谐波畸变。图7A-7D示出了这些示例输入和输出信号。然而，应该理解在其他的实施方式中，具有不同凹口宽度、相移、和/或有效频率的其他波形也可以产生较低的谐波畸变和/或较小的开关损耗。前述输入和输出波形是示例性的，根据本发明的其他实施方式，其他波形也可施加给变换器。
[0040]如此处所述的门控信号或开关信号，可以由微处理器、集成电路、现场可编程门阵列(也称为“FPGA”)、或其他已知的电子电路来控制。图8示出了一个示例的控制单元800的结构图，根据本发明的不同的实施方式，可采用该控制单元800以便产生至变换器的开关(switch)的门控输入信号或控制该门控输入信号的生成，所述开关如图1所示的门控制器175。此处使用的术语“控制单元”、“门控制器”和“控制器”可交换使用。控制单元800可包括存储器805，其存储根据本发明的程序逻辑815(如软件)。存储器805还可以包括用于本发明的操作的数据820以及操作系统825。处理器810可以使用操作系统825来执行程序逻辑815，这种情况下也可以使用数据820。数据总线830可以提供存储器805和处理器810之间的通信。用户可通过一个或多个用户界面装置835如键盘、鼠标、控制面板或其他能够与控制单元800进行数字通信的装置与控制单元800进行通信。由此，实施的控制单元800和程序逻辑815可包括软件、硬件、固件或其任意组合。此外，应该理解：合适的控制单元可以包括比图2所示的所有元件更多或更少的元件。
[0041]控制单元800可产生一个或多个输入门控信号或控制一个或多个输入门控信号的产生，所述输入门控信号被提供给如图1所示的变换器100的功率变换器的开关。一个或多个门控信号可以控制如图1所示开关112的开关的激活。应该理解相应的门控信号可提供给每个开关；然而，门控信号也可以提供给多路开关。此外，在一些实施方式中，第一门控信号被施加于第一个开关(或第一开关组)，第二门控信号可被改变或相移，并且作为结果而产生的信号可施加于第二开关(或第二开关组)。作为结果而产生的信号经过改变或相移后施加于第三开关(或第三开关组)等等。应该理解许多不同的变形，如不同的脉冲图形、被调节的凹口、改变的凹口宽度或相移也可被施加于一个或多个门控信号，如关于图2-7的示例进一步描述的。
[0042]例如，第一输入信号可提供给变换器100的第一相105的开关。第一输入信号可以相移任意期望的量如大约120度，并提供给变换器100的第二相106的开关。第一输入信号可以又相移另一个量如大约240度，并提供给变换器100的第三相107的开关。
[0043]图9示出了示例方法，利用该方法可以操作本发明的实施方式。所提供的是示例的流程图900，其示出了如参考图1所述的控制功率变换器的方法，该功率变换器可用于向诸如高速电动机的负载供电。该功率变换器可由如参考图2-7所述的门控信号来控制。
[0044]该示例方法可开始于块910。在块910中提供了功率变换器。该功率变换器可包括参考图1所述的示例电路。在一个实施例中，功率变换器可以是三相、Y连接H桥变换器。然而，也可以提供其他变换器如单相或德耳塔变换器。功率变换器可至少包括第一引线和第二引线，如图1所示的输出引线125和中性引线130。
[0045]块920在块910之后，其中向变换器提供输入功率信号。该输入功率信号可以是直流信号。然而，应该理解：根据本发明的实施方式，任何合适的输入功率信号都可提供给变换器。
[0046]块930在块920之后，其中向变换器的第一引线至少提供第一门控信号。该门控信号可由门控制器如图1所示的门控制器175提供。如下文进一步描述的，门控制器可以用来产生和提供附加的门控信号。此外，多个门控制器可以用来提供一些或全部的任意的附加的门控信号。根据本发明的一个方面，第一门控信号可以包括一个或多个凹口。一个或多个凹口可有助于减小连接到变换器的输出端的负载的整体谐波畸变。应该理解：附加的门控信号可以选择性地提供给变换器的第一引线。
[0047]块940位于块930之后，其中向变换器的第二引线至少提供第二门控信号。与参考块930提及的类似，第二门控信号可包括凹口。
[0047.1]块950位于块940之后，其中至少部分地响应于所提供的第一和第二门控信号向负载输出至少一个输出功率信号。
[0048]每个所提供的控制信号可以采用任何形式的波形，诸如例如参考图2-7所述的波形。然而，更具体而言，每个门控信号波形可以具有基于波形中所产生的凹口的有效开关频率，该开关频率在所提供波形的基频的大约1至大约3倍之间。然而，应该理解：提供的这些有效频率是示例性的，根据本发明的其他实施方式可以产生具有其他有效频率的波形。
[0049]此外，每一个门控信号具有在波形上产生的凹口。每个凹口可以具有相对于门控信号的360度周期的、在直至大约20度之间的凹口宽度。在一个示例的实施方式中，凹口宽度可介于大约20度到大约5度之间。在另外一个示例的实施方式中，凹口宽度大约是7度。此外，每个门控输入信号可以相对于其他的门控信号有相移。例如，第二门控信号相对于第一门控信号可以具有大约40度的相移。
[0050]在一个示例的实施方式中，如上参考图7所述，第一门控信号可具有1.5倍于基频的有效开关频率。最好可如图7B所示，凹口产生于大约540度(360度的1.5倍)处。这个示例的波形还可包括具有大约7度凹口宽度的凹口，这也如图7B所示在大约540度处，其中波形在大约7度内经历从高到低到高的变换。最后，相对于图7B中的第二波形比较图7A中的第一波形，可以观察到有大约40度的相移。
[0051]此外，图2-7所示的门控信号波形是示例性的波形，根据本发明的实施方式，可以产生其他波形。例如，为了确定可以导致更好地减少整体谐波畸变或开关损耗的其他门控信号波形，人们可以观察响应于有效频率、凹口宽度、和/或相移、和其各种组合的各种调整的情况。
[0052]此处给出了根据本发明的示例的实施方式的系统、方法、设备及计算机程序产品的框图作为参考。可以理解，框图中的至少一些块以及框图中的块的组合，分别可以至少部分地由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令被载入通用计算机、专用计算机、专用的基于硬件的计算机、或其他用于制造机器的可编程数据处理装置，使得在计算机或其他可编程数据处理器执行的指令执行用于实现框图中至少一些块或所讨论框图中的块的组合的功能。
[0053]这些计算机程序指令也可存储于计算机可读的存储器中，该存储器能够引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定的方式实现功能，使得这些存储于计算机可读存储器的指令产生制造项目，其包括实施块或块组中指定的功能的指令方法。计算机程序指令也可以载入计算机或其他可编程数据处理装置中以在计算机或其他可编程装置上执行一系列运算要素来产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供执行用于实施块或块组中指定的功能的要素。
[0054]此处所述的系统的一个或多个元件以及方法的一个或多个要素可以通过运行于计算机操作系统的应用程序来实现。它们也可以通过其他计算机系统结构包括手持装置、多处理器系统、基于微处理器的系统、或可编程的消费电子设备、微型计算机、大型计算机等等来实施。
[0055]应用程序作为在此描述系统和方法的组成部分，可以包括可实现确定抽象数据类型和完成确定的任务或动作的例程、程序、分量、数据结构等。在分布式的计算机环境中，应用程序(整体或部分)可位于本地存储器或其他存储器中。附近或代替的是，应用程序(整体或部分)可以位于远距离存储器或允许连接在通讯网络中的远距离处理装置可进行任务处理的存储器中。
[0056]这些描述所涉及的、在此所述的示例的许多改进和其他实施方式将具有在前述的说明书和附图中所陈述的教导的好处。由此，可以理解，本发明可以以多种形式实现，并且不应该局限于上述实施例。因此，可以理解本发明并不限于所公开的特定实施方式，改进和其他实施方式意欲被包含在所附权利要求的范围之内。尽管在此使用了一些特定的术语，它们仅具有一般性的描述性的含义，并不是用于限定的目的。
附加的部件列表
100-功率变换器          360-频率脉冲
102-功率源/阱(sink)     410-波形
105-相                  420-波形
106-相                  430-输出电压波形
107-相                  440-电压输出波形
110-电容器              510-波形
112-绝缘栅双极型晶体管  520-波形
115-二极管              530-输出电压波形
120-H桥                 540-电压输出波形
125-输出引线            550-变换器输出电压(线-线)
130-中性引线            560-A相线电流
135-A相                 610-波形
140-B相                 620-波形
145-C相                 630-输出电压波形
150-中间点              640-电压输出波形
155-Y接点               710-波形
160-中间点              720-波形
175-门控制器            730-输出电压波形
180-控制信号            740-电压输出波形
185-控制信号            750-变换器输出电压(线-线)
190-控制信号            760-A相线电流
210-切换输出            800-控制单元
220-输出线电压          805-存储器
300-脉冲图形1           810-处理器
310-脉冲图形2           815-可编程逻辑
320-脉冲图形3           820-数据
340-脉冲图形1.5         825-操作系统
350-凹口          830-数据总线
835-接口装置
900-流程图
910-块
920-块
930-块
940-块
950-块。

Claims (10)

1.用于给负载供电的方法，包括：
提供包括电路的功率变换器(100)，所述电路至少包括第一引线和第二引线；
向所述功率变换器(100)提供输入功率信号(920)；
向所述第一引线至少提供第一门控信号(930)；
向所述第二引线至少提供第二门控信号(940)；和
至少部分地响应于所提供的所述第一门控信号(930)和第二门控信号(940)向所述负载(950)输出至少一个输出功率信号；
其中所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)各包括具有凹口(350)的波形(410)；以及
其中所述第二门控信号(940)相对于所述第一门控信号(930)进行了相移。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)的每个凹口具有介于大约5度到大约20度之间的凹口(350)宽度。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)的每个凹口(350)具有大约7度的凹口(350)宽度。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)之间的相对相移包括介于大约5度到大约40度之间的相移。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)之间的相对相移包括大约30度的相移。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)中的每一个都具有在大约1倍到大约3倍于所述功率变换器(100)的基频间的有效开关频率。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)中的每一个具有大约1.5倍于所述功率变换器(100)的基频的有效开关频率。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述负载包括至少一个高速电动机。
9.根据权利要求1的方法，还包括：调节至少所述凹口(350)宽度或者所述第一门控信号(930)或所述第二门控信号(940)中至少之一的相对相移来改善开关损耗或所述输出功率信号(950)的谐波畸变中至少之一。
10.用于向负载供电的系统，包括
可操作来提供功率信号(920)的电压源；
包括含有至少第一引线和第二引线的电路的功率变换器(100)；
可操作来向功率变换器(100)的所述第一引线至少提供第一门控信号(930)和向功率变换器(100)的所述第二引线至少提供第二门控信号(940)的至少一个门控制器(175)；
其中，所述第一门控信号(930)和所述第二门控信号(940)各包括具有凹口(350)的波形(410)；并且
其中，所述第一门控信号(930)相对于所述第二门控信号(940)进行了相移；并且
其中，所述变换器(100)可操作来：至少部分地响应于所提供的第一门控信号(930)和第二门控信号(940)接收来自电压源的功率信号以及向所述负载输出至少一个输出功率信号(950)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377333A (zh) * 2010-07-21 2012-03-14 通用电气公司 用于功率转换的设备和系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8374009B2 (en) * 2010-03-25 2013-02-12 Hamilton Sundstrand Corporation Multi-level parallel phase converter
DE102010041001A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Sb Limotive Company Ltd. Batterie mit integriertem DC/AC-Umsetzer
US8791671B2 (en) * 2012-12-07 2014-07-29 General Electric Company System and method for optimization of dual bridge doubly fed induction generator (DFIG)
CN104242737A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 张顺利 交流电动机伺服间断供电变功率节能方法
US9455651B2 (en) 2014-12-16 2016-09-27 Caterpillar Inc. Motor driver having integrated braking chopper
WO2020043263A1 (de) * 2018-08-27 2020-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Mehrphasiger mehrstufenstromrichter mit einer ansteuerung und einem passiven frequenzfilter und verfahren zur ansteuerung des mehrphasigen mehrstufenstromrichters
JP6823112B2 (ja) * 2019-06-10 2021-01-27 株式会社京三製作所 電力変換装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4409534A (en) * 1980-04-09 1983-10-11 General Electric Company Microcomputer-based pulse width modulated inverter fed machine drive system
CN1173763A (zh) * 1996-04-20 1998-02-18 亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司 功率电子电路装置
US20030169013A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Kadah Andrew S. Method of controlling pulsed AC power
US20080316778A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-25 General Electric Company 7-Level wye-connected H-bridge converter topology for powering a high-speed electric motor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4502106A (en) * 1983-10-17 1985-02-26 Sundstrand Corporation Current source sine wave inverter
JP2005117804A (ja) * 2003-10-08 2005-04-28 Toshiba Corp 電力変換装置
JP2006042504A (ja) * 2004-07-27 2006-02-09 Univ Of Ryukyus 電流形インバータのｐｗｍ制御方法とｐｗｍ信号発生装置およびこれらを用いた電力貯蔵装置
US8050063B2 (en) * 2007-05-31 2011-11-01 General Electric Company Systems and methods for controlling a converter for powering a load
US7643318B2 (en) * 2007-06-01 2010-01-05 General Electric Company Dual voltage wye-connected H-bridge converter topology for powering a high-speed electric motor
US20090196764A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-06 Fogarty James M High frequency electric-drive with multi-pole motor for gas pipeline and storage compression applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4409534A (en) * 1980-04-09 1983-10-11 General Electric Company Microcomputer-based pulse width modulated inverter fed machine drive system
CN1173763A (zh) * 1996-04-20 1998-02-18 亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司 功率电子电路装置
US20030169013A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Kadah Andrew S. Method of controlling pulsed AC power
US20080316778A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-25 General Electric Company 7-Level wye-connected H-bridge converter topology for powering a high-speed electric motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377333A (zh) * 2010-07-21 2012-03-14 通用电气公司 用于功率转换的设备和系统
CN102377333B (zh) * 2010-07-21 2015-05-13 通用电气公司 用于功率转换的设备和系统

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JP2009268351A (ja) 2009-11-12

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