CN102224097B

CN102224097B - 从混合dc和单相ac功率源来操作三相再生驱动器

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Publication number: CN102224097B
Application number: CN200880132089.XA
Authority: CN
Inventors: V·布拉斯科; I·阿吉尔曼; S·M·奥吉亚努; R·K·索恩顿
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: ES2571939T3; JP2012509655A; US20110247900A1; WO2010059141A1; JP5526145B2; EP2358623A4; WO2010059141A9; HK1163044A1; EP2358623B1; US8629637B2; CN102224097A; EP2358623A1

Abstract

一种三相再生驱动器(20)基于来自单相AC源(12)的功率和来自DC源(14)的功率来操作。单相AC输入功率和DC输入功率由三相变换器(22)变换为DC总线(24)上的DC电压。DC功率从DC总线(24)提供到具有连接到电动机(34)的输出的三相逆变器。控制器(44)基于在电动机驱动和再生期间AC和DC源(12，14)的贡献因数来控制三相变换器(22)的操作。控制器(44)也控制来自DC源的电流的AC分量以减少DC总线(24)上的纹波电流。

Description

从混合DC和单相AC功率源来操作三相再生驱动器

背景技术

本发明一般涉及功率控制系统。具体而言，本发明涉及三相再生驱动器的操作。

三相再生驱动器在工业中在要求经常加速和减速的应用中或当移动承受重力的物体时使用。此类应用的示例包括起重机和电梯。在这些应用中，电动机驱动模式中相当大的能量存储在承受加速或重力的物质中。此存储的能量在与重力的方向一致的运动或减速期间返回。再生驱动器一般包括输入或电力设施(power utility)侧上的变换器和电动机侧上的逆变器。变换器和逆变器均分享公共DC总线。逆变器的功率需求在再生驱动器的设计中通过输入侧上变换器的适当功率容量(power capability)来匹配。

再生驱动器已被引入电梯系统以操作通过电梯通道向上或向下移动电梯车厢的电梯提升电动机。操作电梯的功率需求范围从正(其中使用外部生成的功率(例如来自电力设施))到负(其中电梯中的负载驱动电动机，因而它作为发电机产生电)。使用电动机作为发电机产生电通常称为再生。在常规系统中，如果再生能量不提供到电梯系统的另一组件或者返回到公用电网，则它通过动态制动电阻器或其它负载而消散。在此配置中，所有需求依赖电力设施供应功率到电梯系统，甚至在峰值功率状况期间(例如，在多于一个电动机同时启动时或者在高需求期间内)。因此，输送来自电力设施的功率的电梯系统的组件需要进行调整大小以适应峰值功率需求，这可能是更费成本的并且要求更多空间。此外，消散的再生能量未使用，由此降低了功率系统的效率。另外，电梯驱动器系统一般设计成在来自电源的特定输入电压范围上操作。驱动器的组件具有电压和电流额定值，当电源保持在指定的输入电压范围内时，这些额定值允许驱动器持续操作。

再生驱动器一般在均衡的三相功率输入上操作。然而，有时三相功率输入不可用。例如，在初始电梯系统安装期间，到建筑现场的三相电源可能不可用。在电梯系统安装期间最多只有单相功率可以使用。也可能存在单相功率是长期可用的唯一AC功率的情况。

存在对于甚至在电梯安装期间三相功率不可用时能够利用三相再生驱动器机器的需要。另外，存在甚至在三相功率不可用时三相再生驱动器也将有用的情况。PCT专利申请WO 2006/022725解决了能够使用单相功率来操作三相再生驱动器的需要。

单相AC源将一般具有比从三相均衡AC源可用电压级别低1.73到2倍的电压级别，并且功率只从一个相位而不是3个相位输送。结果，单相AC源可能不能提供再生驱动器正常操作的所要求的功率。如果由于一般更低的电压且仅从单个相位而不是三个相位可用的原因而增大从单相AC源汲取的电流以满足负载需求，则增大的电流可能超过再生驱动器的输入/变换器侧的电流能力。因此，三相变换器在从单相系统操作时可能不能提供足够的功率以满足负载(例如，电梯提升电动机)的正常操作要求。

发明内容

三相再生驱动器包括三相变换器、三相逆变器、连接变换器和逆变器的DC总线以及提供控制信号以操作三相变换器和三相逆变器的控制器。在本发明中，通常连接到3相源的3相变换器具有连接到单相AC功率源和DC功率源的输入端子。控制器基于表示单相AC功率源和DC源的相应电流贡献的贡献因数，控制变换器的操作。视贡献因数而定，三相再生驱动器能够使用仅单相AC功率、仅DC功率或单相AC功率和DC功率的组合来操作。

附图说明

图1是包括可从混合单相AC和DC功率源来操作的三相再生驱动器的电梯功率系统的示意图。

图2是示出用于使用三相AC输入功率来操作三相变换器的变换器控制的框图。

图3是示出用于使用来自单相AC和DC功率源的功率来操作三相变换器的变换器控制的框图。

图4是用于混合单相AC和DC功率源的三相变换器控制的框图，其中，DC总线电压纹波由DC功率源电流来控制。

图5是示出用于混合单相AC和DC功率源的三相变换器控制的框图，带有对于用作AC功率源的电池或超电容的电荷均衡控制。

具体实施方式

图1是功率系统10的示意图，该系统包括单相AC功率源12、DC功率源14、输入线路电感器16R、16S、16T、输入电流传感器18、再生驱动器20(包括功率变换器22、DC总线24、平滑电容器26及功率逆变器28)、电流传感器30、电梯32(其包括提升电动机34、电梯车厢36、平衡重物38、绳40及电动机位置/速度传感器42)及控制器44(包括变换器控制46、逆变器控制48及监管控制50)。功率系统10使用来自AC功率源12的单相AC功率和来自DC功率源14的DC功率的组合来操作电梯提升电动机34。控制器44控制功率变换器22和功率逆变器28的操作，并确定用于驱动提升电动机34的来自AC功率源12和DC功率源14的电流的相对贡献。当电动机34正在再生成电力时，控制器44控制变换器22和逆变器24，以便根据要返回相应源的电流的相对贡献，将再生成的功率输送回AC功率源12和DC功率源14。在电动机驱动和再生期间的相对贡献可以相同，也可以不同。例如，DC功率源14可根据其电荷状态接收更大或更小比例的再生能量。

AC功率源12例如表示从电力公用电网供应的单相功率。单相AC功率一般在电压级别上比对应三相功率低1.73到2倍。能够从单相AC源12输送的功率总量将是可操作的三相AC功率的三分之一(如果它是可用的)。功率系统10提供在来自公用电力网的三相功率不可用、但单相AC功率及DC功率可用的情况下操作三相再生驱动器20的能力。

DC功率源14可包括能够存储电能的串联或并联连接的一个或多个装置。在一些实施例中，DC功率源14包括至少一个超电容器，该电容器可包括对称或非对称超电容器。在其它实施例中，DC功率源14包括至少一个二次或可充电电池，这可包括镍镉(NiCd)、铅酸、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li-ion)、锂离子聚合物(Li-Poly)、离子电极、镍锌、锌/碱/锰二氧化物、锌溴流、钒流及钠硫电池中的任何电池。在其它实施例中，诸如飞轮等其它类型的电气或机械装置能够用于存储能量，能量随后可从DC功率源14用作DC电能。DC功率源14可包括一种类型的存储装置，或者可包括存储装置的组合。

单相AC功率源12通过电感器16R和16S连接到变换器22的输入端子R和S。DC功率源14的正极端子通过电感器16T连接到变换器22的输入端子T。DC功率源14的负极端子连接到变换器22的负极(-)端子。

电流传感器18感应AC功率源12与功率变换器22之间以及DC功率源14与功率变换器22之间的电流。感应的电流信号(I_rt)提供到控制器44，在控制器中，它们由变换器控制46用于控制功率变换器22的操作。

功率变换器22是三相双向功率变换器，它通过控制从连接到R、S和T输入端子的输入线路进入再生驱动器20的有效功率/电流来控制DC总线链路电压V_dc并将它保持在选定级别。在再生期间，变换器22通过控制从R、S和T端子回到功率源12和14的功率的流动，控制DC总线24上的电压V_dc。在图1所示实施例中，变换器22包括由功率晶体管60R和62R形成的第一功率晶体管电路、功率晶体管60S和62S形成的第二电路及功率晶体管60T和62T形成的第三电路。每个功率晶体管60R-60T和62R-62T例如可以是带有相关联二极管的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。每个功率晶体管60R-60T和62R-62T的受控电极(即栅极或基极)连接到变换器控制46。

功率晶体管60R连接在功率变换器22的正极(+)端子与功率变换器22的输入端子R之间。功率晶体管62R连接在输入端子R与负极(-)端子之间。

类似地，功率晶体管60S连接在正极端子与输入端子S之间。功率晶体管62S连接在输入端子S与负极端子之间。

功率晶体管60R、60S、62R和62S一起形成用于将来自AC功率源12的单相AC功率整流为DC总线24上的DC电压的AC-DC变换器电路。在再生期间，由晶体管60R、60S、62R和62S形成的电路能够用于将来自DC总线24的DC功率变换到AC功率，AC功率通过端子R和S供应回单相AC功率源12。

功率晶体管60T和62T形成用于将来自DC功率源14的DC功率变换成DC总线24上的DC电压的DC-DC变换器电路。功率晶体管60T连接在正极端子与输入端子T之间，并且功率晶体管62T连接在输入端子T与负极端子之间。在再生期间，晶体管60T和62T形成的电路能够用于将来自DC总线24的再生的DC功率变换为用于DC功率源14的DC充电电流。

在一个实施例中，变换器控制46采用脉冲宽度调制(PWM)来提供定期开关晶体管60R-60T和62R-62T的门控(gating)脉冲以便将来自AC源12和DC源14的输入功率变换为DC总线24上的DC功率。在再生期间，变换器控制46使用PWM门控脉冲来控制变换器22的操作，以便来自DC总线24的功率被输送回AC功率源12、DC功率源14或两者的组合。

功率变换器28是三相功率逆变器，其可操作以将来自DC总线24的DC功率逆变为通过端子A、B和C输送到提升电动机34的三相AC功率。逆变器28能够双向操作，使得来自电动机34的再生电力在端子A、B和C接收，并且变换为供应到DC总线24的DC功率。

在图1所示实施例中，功率逆变器28包括由功率晶体管64A和66A形成的第一功率晶体管电路、功率晶体管64B和66B形成的第二电路及功率晶体管64C和66C形成的第三电路。每个功率晶体管64A-64C和66A-66C可以是如图1所示带有相关联二极管的绝缘栅双极晶体管。每个晶体管64A-64C和66A-66C的受控电极由逆变器控制48控制，以将DC总线24上的DC功率逆变为三相AC输出功率，或者将三相AC再生的功率整流为供应到DC总线24的DC功率。逆变器控制48采用PWM门控脉冲定期开关晶体管64A-64C和66A-66C以在端子A、B和C提供三相AC输出功率。

电流传感器30感应在端子A、B和C来或往于逆变器28的电流。感应的电流信号供应到控制器44，在控制器中，它们由逆变器控制48用于控制逆变器28的操作。它们也可用于生成到变换器控制46的前馈控制信号。

提升电动机34控制电梯车厢36与平衡重物38之间移动的速度和方向。驱动提升电动机34所要求的功率根据电梯车厢36的加速和方向及电梯车厢36中的负载而不同。例如，如果电梯车厢36正在加速，则带有超过平衡重物38的重量的负载(即，重负载)向上运行，或者带有低于平衡重物38的重量的负载(即，轻负载)向下运行，则要求功率来驱动提升电动机34。在此情况下，提升电动机34的功率需求是正的。如果电梯车厢36带有重负载向下运行，或者带有轻负载向上运行，则电梯车厢36驱动提升电动机34并再生能量。在负功率需求的情况下，提升电动机34生成AC功率，该AC功率由在逆变器控制48控制下的功率逆变器28变换为DC功率。如上所述，变换的DC功率可返回到单相AC功率源12、用于为DC功率源14充电和/或在跨DC总线24连接的动态制动电阻器(未示出)中消散。如果电梯32平稳(leveling)或带有均衡负载以固定速度运行，则它可正在使用更少量的功率。如果提升电动机34未在电动机驱动，也未在生成功率，则提升电动机34的功率需求大约为零。

应注意，虽然单个电梯32示为连接到功率系统10，但功率系统10能够修改成对多部电梯32和提升电动机34供电。例如，多个功率逆变器28可跨DC总线24并联连接以提供功率到多个提升电动机34。

传感器42与提升电动机34相关联，并且提供位置反馈信号pos_m或电动机速度反馈信号v_m或这两者到控制器44。监管控制50通过在电梯行进期间控制电梯32的速度，控制电梯32的运动。监管控制50可生成电梯运动简档(profile)，该简档定义电梯34的最大加速、最大稳定状态速度及最大减速。基于电动机位置(pos_m)、电动机速度(v_m)和电动机电流(Iabc)的反馈值，监管控制50提供信号到变换器控制46和逆变器控制48以调节DC总线24上的电压和控制逆变器28的操作。

如上所述，功率变换器22是三相双向功率变换器，能够将在端子R、S和T的三相AC功率变换为在DC总线24的DC功率。然而，在图1中，三相AC源已替代为单相源12和DC源14。在讨论基于来自单相AC源12和DC源14的组合的混合操作的功率系统10的操作前，简要回顾借助于均衡三相AC功率和借助于仅单相AC功率的功率变换器22的操作将是有帮助的。

图2示出在端子R、S和T三相AC功率可用时控制功率变换器22的变换器控制46的基本功能。变换器控制46提供脉冲宽度调制(PWM)控制脉冲到功率变换器22以便控制电力总线(power bus)24上的总线电压V_dc在选定级别。这通过控制进入再生驱动器20的有效功率/电流来实现。有效电流I_q与相电压同相，而无功电流I_d滞后相电压90电度(degrees electrical)。

变换器控制46从电流传感器18接收电流传感器信号I_rt。电流转变块70将传感器信号I_rt变换为有效电流反馈信号

和无功电流反馈信号电流调整由有效电流调整器72和无功电流调整器74在双相同步参照系中执行，反馈电流已通过电流转变70从三相固定参照系(R，S，T)转变到该参照系中。电流调整器72和74的输出提供到脉冲宽度调制脉冲生成器76，该生成器将PWM门控脉冲提供到晶体管60R-60T和62R-62T。

基准电流

(对于保持DC总线电压所需的有效功率/电流的需求)由DC电压调整器78生成。在此情况下，有效电流命令由于DC总线电压反馈中的误差而创建。电压调整器78仅创建总有效电流基准

中的校正项

为帮助DC总线电压调整的操作，从负载功率的已知需求来创建对于电流基准的前馈命令

前馈命令

可由逆变器控制48提供，并且在求和点80与相加以产生基准电流

到三相再生变换器P_3ph的输入功率是：

P_{3 ph} = \sqrt{3} V_{II} IPF - - - (1)

其中

V_II是线路到线路电压(一般为380V到480V，并且在一些国家为-220V)

I输入线路电流

PF功率因数，经常保持为～1。

三相输入功率是三个正弦电压和电流的乘积。对于均衡和非失真系统，功率在任何时刻对稳态状况是恒定的。在均衡状况下进入再生驱动器的恒定功率流在DC总线24上保持恒定电压，只带有DC分量而无任何更高的谐波。

在通过引用结合的由Agirman，Blasko和Czerwinski提出的PCT申请WO 2006/022725中，描述了使用单相AC输入功率的三相功率变换器的操作。在单相应用中，能够从下式来计算到变换器的输入功率：

P_1ph＝V_phI PF (2)

其中

V_Ph是线路到地或相电压(一般为220V)。

对于由(例如，V_ph＝220V而不是V_II＝380V的)单相AC源供电的三相再生驱动器，功率容量按照以下因数降低

\frac{P_{1 ph}}{P_{3 ph}} = \frac{V_{ph} IPF}{\sqrt{3} V_{II} IPF} = \frac{220}{\sqrt{3} 380} = \frac{1}{3}

这意味着在使用单相AC源来操作时，再生驱动器20只能输送它原来为其设计的功率的1/3。另外，来自采用正弦电压和电流及整功率因数的单相AC源的功率的瞬时值是

P_{1 ph} = \sqrt{2} V_{ph} \sin (ωt) = V_{ph} I (1 - \cos (2 ωt)) - - - (3)

从等式(3)，能够看到输送到DC总线24的功率具有等于等式(2)的DC值，其与第二谐波分量叠加。由于来自DC总线24的输出功率是持续的(DC)，因此，第二电流谐波在平滑电容器26上形成了电压纹波。结果是提升电动机34上可能增大的转矩纹波和平滑电容器26的另外加载。

从以上所述，可明白在由单相AC输入功率供电时，三相再生驱动器具有两重缺点：DC总线平滑电容器上增大的电压纹波和减少的功率输送。

为抵消这些缺陷，如图1所示，DC源14连接到再生驱动器20的变换器22的负极端子和输入端子T。输入端子T在单相AC源12连接到输入端子R和S时变得可用。在此情况下，DC源14提供另外的功率，并且通过用于控制变换器22的电流基准的适当整形，它减少或消除了DC总线24上的电压纹波。

图3示出使用带有功率分担的混合AC和DC源12和14的变换器控制46的功能框图。在此示例中，电池将被描述为DC源14的典型示例。图3所示的是电压调整器78、相加器80、基准划分器82、AC电流控制84A、DC电流控制84D、PWM-AC脉冲生成器86A、PWM-DC脉冲生成器86D。

电流基准

以图2中所示三相AC功率情况相同的方式来形成，并且划分成两倍分：(a)单相AC变换器电流基准和(b)电池控制器电流基准

因数

确定DC功率源14和单相AC源12对期望的电流基准

的相对贡献(上标g代表再生，下标m代表电动机驱动，以及下标b代表电池)。因数k_b能采用0与1之间的值。对于

仅仅晶体管60R、60S、62R和62S形成的单相AC变换器将控制DC总线24；将不存在来自DC源14和晶体管60T与62T的贡献。对于

电流基准将在单相AC源12与DC源14之间平等划分。对于

DC功率源14和晶体管60T与62T将控制DC总线24上的电压V_dc。在电动机驱动期间和在再生期间不同值能够被选择用于负载分担因数并且另外它能够根据电池中的电荷级别而变化。

AC电流控制82生成由PWM-AC脉冲生成器86用于产生到晶体管60R、60S、62R和62S的门控脉冲的控制信号。所述控制信号是

和

的函数。如图3所示，

DC电流控制生成由PWM-DC脉冲生成器用于产生到晶体管60T和62T的门控脉冲的控制信号。所述控制信号是

的函数。

来自DC源的另外功率的平均值P_{b_dc}是：

P_{b_dc}＝V_bI_b (4)

从DC源14操作的变换器22的分支(即，晶体管60T和62T形成的电路)的加载是DC源电压与DC总线电压的比率、IGBT模块设计、自由轮转电流(free wheeling current)额定值、IGBT装置额定值、电流方向等的复杂函数。总变换器功率Pc是来自AC源12和DC源14的功率之和：

P_c＝P_{b_dc}+P_1ph＝I_bV_b+IV_ph (5)

为了减少DC总线24上的电压纹波，来自单相AC源12(P_1Ph)和DC源14(P_{b_dc})的瞬时功率应是恒定的：

P_1ph+P_{b_ac}＝V_phI(1-cos(2ωt))+P_{b_ac}＝V_phI (6)

其中，V_ph和I是相电压和电流的RMS值。从等式(6)得出来自DC源的AC功率分量应是：

P_b acV_phIcos(2ωt))＝V_bI_{b_ac} (7)

或者来自DC源的电流的AC分量应是：

I_{b_ac} = \frac{V_{ph}}{V_{b}} I \cos (2 ωt) - - - (8)

此AC分量能够由DC源14的适当控制来提供。

添加DC功率源14和单相AC功率源12与DC功率源14之间的功率分担一起在DC总线24上产生了减少的电压纹波。图4示出类似于图3的功能框图，但添加了前馈组件块90纹波调整器92。图4中还示出DC电流调整器94和相加器(或加法器)96与98(其形成DC源电流控制84)、相加器(或加法器)100(其产生输入到电压调整器78和纹波调整器92的误差信号

)及相加器102。

在图4中，DC总线电压纹波由DC源电流来控制。该纹波由前馈信号

来控制/消除，该前馈信号在相加器102添加到DC源电流基准以在DC电流控制84D的输入产生修改的电流基准

元件相加器96比较修改的电流基准

和反馈信号I_bf。差

作为输入提供到电流调整器94。

借助于电流调整器94的足够高的带宽和可忽略的处理延迟，电流

的前馈值应补充AC功率中的“深处(deep)”，并且应从DC总线24去除纹波。在求和点102前馈项

(其与I_{b_ac}成比例)和DC源电流基准

相加。前馈项

在I_{b_ac}经过闭环传递函数的近似值的逆

之后，从I_{b_ac}生成，以用于DC源电流控制。

DC总线电压纹波也由图4中的DC总线电压纹波调整器92来控制。纹波调整器92的输出由加法器/相加器98相加到电流调整器94的输出以产生输入到PWM-DC脉冲生成器86D的控制信号。

纹波调整器92通过控制DC总线电压误差信号ε_dc中的AC分量，帮助从DC总线电压去除AC分量。所述误差信号馈入以下类型的纹波调整器92：

G (s) = K_{p} + \frac{K_{i} ω_{0}}{s^{2} + ω_{0}^{2}} - - - (9)

(对于小的阻尼因数ζ)(10)

其中，K_p和K_i是调整器增益，ω₀＝2π(2f_util)是DC总线电压的纹波分量的角频率(等于公用频率的2倍)。DC总线电压纹波调整器92的输出在等式(10)中示出，并且如图4所示由加法器/相加器98从电流调整器94的输出中减去。

DC源14是电池或超电容器时，再生驱动器20的操作也可在控制器44内包括控制逻辑以将电池或超电容器上的电荷级别保持在期望的电荷状态设置点或目标。

图5是变换器控制46的功能框图，其一般类似于图3所示的图形，但添加了功率比较器110、乘法器112、逆变器114、乘法器116、电荷状态监视器118及电荷均衡控制120(其包括电流积分器122、相加器/加法器124及充当比例调整器的时间常数除法器126)。这些另外的组件将电荷级别保持在改变状态目标上。

在负载所要求的绝对值功率高于预设最小值时，功率比较器110在其输出端提供逻辑“1”，否则，它在输出端提供“0”。在此情况下，保持DC总线电压的(高)功率需求将在单相AC源12与DC源14之间分担。如果要求的功率小于预设最小值，则比较器的输出

因此

并且DC总线电压将仅由来自单相AC源12的能量来控制。此操作模式在负载需求小时将用于为电池充电/放电。在比较器110中能够使用其它指标而不是功率(例如，速度)。

另外，用于DC源电流的新基准被生成以监视DC源14中的电荷级别以便将它保持在基准级别ΔQ^*左右。为此目的，在积分器122对DC源电流I_b求积分以产生ΔQ，ΔQ由相加器124带(-)号相加到基准ΔQ^*。监视器118基于感应的电池电压V_b电池温度θ和期望的电荷状态而产生基准ΔQ^*。

在再生驱动器的闲置期期间(即，对负载上的功率的小需求，或功率比较器110的输出等于0)，电荷均衡控制电路126设置用于DC源电流的基准并在DC源14上进行充电/放电、均衡电荷工作。闲置期取决于应用；例如，对于电梯，它发生在楼层之间装载乘客期间或者在运输(traffic)缓慢并且无运动需求时间期间。时间常数T_eq和电荷级别失衡将设置充电/放电电流基准

该基准由相加器102加到以产生用于电流控制84D的电流基准

这意味着充电/放电电流在为DC源14更多充电/放电时增大。电荷均衡的速度取决于时间常数T_eq。对于更长时间常数，将要更多时间充电以均衡，然而，充电电流将更小。

在另一个实施例中，图4的减少DC总线电压纹波的组件与图5的将DC源14保持在电荷状态目标的组件组合。结果是变换器控制46控制变换器22以通过AC源12和DC源14的功率分担来增大功率容量，减少DC总线电压纹波，并保持DC源14的电荷状态。

与单独由单相AC源来供电的再生驱动器相比时，从单相AC源和DC源的组合为三相再生驱动器供电扩展了驱动器的能力。驱动器的功率额定值通过使用AC和DC源而增大，并且在能量源之一丢失或不可用的情况下提供冗余。例如，视负载的功率需求而定，单相AC功率的丢失仍可允许再生驱动器以完全或降低的性能级别来操作。处理三相AC功率丢失或不可用或仅单相功率可用的其它方案涉及更昂贵的系统。例如，从公用电力网缺少三相AC功率的一个可能解决方案涉及添加诸如柴油电动机/发电机组等现场三相发电机作为对于公用电力网的三相功率的备选源。其它方案涉及将高压DC源直接连接到再生驱动器，或者将更低电压DC源与单独的DC/DC变换器连接以提供用于再生驱动器的所有功率。这些解决方案也牵涉到另外的成本。在另一个方案中，再生驱动器的输入功率变换器能够重新设计以能够处理来自单相源的所需的更高得多的电流，以便提供足够高的功率来操作再生驱动器。这也要求为单相馈线(feeder)提供足够高的功率以满足再生驱动器的功率需求。同样地，这表示一种比在功率系统10中使用混合单相AC和DC功率源更昂贵的方案。

如图3-5中所示，变换器控制46将来自DC总线电压调整器的电流基准划分成两个部分。一个部分用于控制来往于单相AC源12的电流。另一部分用于控制来往于DC源14的电流。通过使用贡献或分担因数k_b，定义来自DC源14的功率和总功率需求的比率。因数k_b能够按照AC源12或DC源14的容量及相关联功率电子装置、操作模式(例如，发电、闲置或电动机驱动)、DC功率源的电荷级别或电荷状态、运输简档、季节或小时性公用费率(utility rate)等等的函数来选择。因数K_b的选择例如可由监管控制50来进行并提供到变换器控制46。

使用来自DC源14的功率连同来自单相AC源12的功率，提供了减少DC总线24上电压纹波的机会。纹波的减少由几个不同方面来实现。首先，提供来自DC源14的另外功率往往将减少电压纹波。其次，控制来自DC源14的电流的电流基准能够整形为增大来自单相AC源12的功率流中的流逝(lapse)。第三，使用包含DC总线电压纹波的信号并将它提供到纹波调整器允许调整DC源电流中的AC分量以减少或消除来自DC总线电压的纹波。第四，对往来于DC源14的电流的控制也能够将DC源14的电荷状态目标考虑在内。

虽然本发明已参照优选实施例描述，但本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明精神和范围的情况下可在形式和细节上进行更改。

Claims

1. 一种三相再生驱动器，包括：

三相变换器，具有用于连接到单相AC源和DC源的输入；

三相逆变器，用于连接到电动机；

DC总线，连接在所述三相变换器与所述三相逆变器之间；以及

控制器，用于当驱动电动机时提供控制信号到所述三相变换器以控制所述单相AC源和所述DC源对电流需求的相应贡献。

2. 如权利要求1所述的三相再生驱动器，其中所述三相变换器包括：

第一电路，包括用于控制所述单相AC源与所述DC总线之间电流的功率晶体管的第一集合；以及

第二电路，包括用于控制所述DC源与所述DC总线之间电流的功率晶体管的第二集合。

3. 如权利要求2所述的三相再生驱动器，其中所述控制信号包括控制功率晶体管的所述第一集合的脉冲宽度调制(PWM)信号的第一集合和控制功率晶体管的所述第二集合的脉冲宽度调制(PWM)信号的第二集合。

4. 如权利要求3所述的三相再生驱动器，其中所述控制器包括：

电压调整器，用于按照DC总线电压和基准电压的函数来产生电流基准；

基准划分器，用于将所述电流基准划分成与所述单相AC源相关联的第一基准和与所述DC源相关联的第二基准；

AC电流控制，用于基于所述第一基准来生成AC电流控制信号；

第一PWM生成器，用于按照所述AC电流控制信号的函数来生成PWM信号的所述第一集合；

DC电流控制，用于基于所述第二基准来生成DC电流控制信号；以及

第二PWM生成器，用于按照所述DC电流控制信号的函数来生成PWM信号的所述第二集合。

5. 如权利要求4所述的三相再生驱动器，并且还包括：

电流传感器，用于按照所述DC源与所述DC总线之间感应的电流的函数来产生反馈信号；以及

其中所述DC电流控制基于所述第二基准和所述反馈信号来生成所述DC电流控制信号。

6. 如权利要求5所述的三相再生驱动器，其中所述控制器还包括：

纹波调整器，用于按照DC总线电压纹波的函数来产生纹波校正信号；以及

其中所述DC电流控制基于所述第二基准、所述反馈信号和所述纹波校正信号来生成所述DC电流控制信号。

7. 如权利要求4所述的三相再生驱动器，并且还包括：

用于按照来自所述DC源的电流的AC分量的函数来产生前馈信号的电路；以及

用于基于所述前馈信号来修改所述第二基准的信号组合器。

8. 如权利要求4所述的三相再生驱动器，并且还包括：

电荷状态控制，用于基于所述DC源的电荷状态以及所述DC源与所述DC总线之间的电流来提供电荷控制信号；以及

信号组合器，用于基于所述电荷控制信号来修改所述第二基准。

9. 如权利要求4所述的三相再生驱动器，其中所述基准划分器基于贡献因数来划分所述电流基准。

10. 如权利要求9所述的三相再生驱动器，其中所述贡献因数可按照所述三相再生驱动器的操作模式的函数来选择。

11. 如权利要求9所述的三相再生驱动器，其中所述贡献因数可按照以下至少之一的函数来选择：所述单相AC源的容量、所述DC源的容量、所述三相逆变器和所述三相变换器的组件的容量、所述DC源的电荷状态、电梯运输简档以及公用费率。

12. 一种操作再生驱动器的方法，所述再生驱动器包括变换器、逆变器和连接在所述变换器与所述逆变器之间的DC总线，所述方法包括：

将单相AC源和DC源连接到所述变换器；

按照DC总线电压的函数来创建电流基准；

将所述电流基准划分成第一基准和第二基准；

按照所述第一基准的函数来控制所述单相AC源与所述DC总线之间的所述变换器中的电流以及按照所述第二基准的函数来控制所述DC源与所述DC总线之间的所述变换器中的电流以控制所述单相AC源和所述DC源的相应电流贡献。

13. 如权利要求12所述的方法，其中基于贡献因数来划分所述电流基准。

14. 如权利要求13所述的方法，其中所述贡献因数是所述再生驱动器是在电动机驱动模式、闲置模式还是再生模式中的函数。

15. 如权利要求13所述的方法，其中所述贡献因数可基于以下至少之一来选择：所述单相AC源的容量、所述DC源的容量、所述逆变器和变换器的组件的容量、所述DC源的电荷状态以及公用费率。

16. 如权利要求 12 所述的方法，并且还包括：

按照DC总线电压纹波的函数来产生纹波校正信号；以及

基于所述纹波校正信号来修改所述DC源与所述DC总线之间的电流。

17. 如权利要求 12 所述的方法，并且还包括：

按照来自所述DC源的电流的AC分量的函数来产生前馈信号；以及

基于所述前馈信号来修改所述第二基准。

18. 如权利要求 12 所述的方法，并且还包括：

按照所述DC源的电荷状态的函数来产生电荷控制信号；以及

基于所述电荷控制信号来修改所述第二基准。

19. 如权利要求 12 所述的方法，并且还包括：

确定所述再生驱动器上的功率需求；以及

划分所述电流基准，以便在所述功率需求小于阈值时所述第一基准等于所述电流基准，并且所述第二基准是零。

20. 如权利要求12所述的方法，其中所述逆变器连接到电梯提升电动机。