CN102379080A

CN102379080A - 用于控制由dc电源供电的电负荷的系统

Info

Publication number: CN102379080A
Application number: CN2010800144760A
Authority: CN
Inventors: P.洛伊泽利特
Original assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Current assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2012-03-14
Also published as: ZA201105927B; FR2944397B1; WO2010115725A1; EP2417698A1; BRPI1015961A2; BRPI1015961A8; EP2417698B1; FR2944397A1; ES2593826T3; BRPI1015961B1

Abstract

本发明涉及一种用于控制交流电负荷的系统，其包括可变速驱动器(10)，该可变速驱动器包括整流器模块(11)，该整流器模块配备有多个供电端子(L1、L2、L3)并且在功率总线的正极线(14)与负极线(15)之间提供DC电压，并且该可变速驱动器包括由功率总线供电、并且向电负荷(M)提供可变电压的逆变器模块(12)。该控制系统包括多个DC电源(21、22、23)，每个电源(21、22、23)的正极端子连接到整流器模块(11)的单独的供电端子(L1、L2、L3)，并且电源(21、22、23)的负极端子连接到功率总线的负极线(15)。

Description

用于控制由DC电源供电的电负荷的系统

技术领域

本发明涉及用于控制诸如三相电动机的AC电负载的系统，该控制系统包括可变速驱动器并且由诸如光伏单元的若干DC电源供电。

背景技术

频率转换器类型的可变速驱动器设计用于控制AC电动机。其通常包括逆变器模块，该逆变器模块由使用功率总线(powerbus)递送的DC电压供电，并且递送可变频率AC电压到电动机的定子的绕组。逆变器模块包括受控用于执行电压脉冲宽度调制(PWM)的功率开关。功率总线的DC电压通常由整流器模块递送，该整流器模块由来自外部电源的AC电源电压供电，并且递送形成功率总线的整流电压作为输出。整流器模块包括二极管或可控硅电桥用于整流AC电源电压。

在某些应用中，对可变速驱动器供电的外部电源可以不递送AC电压而是递送DC电压。特别当能量源为光伏或电化学时情况如此。该情况下，如果期望使用传统可变速驱动器，则有必要添加转换器模块，使得可以将来自电源的DC电压转换为对可变速驱动器供电的AC电压。该情形显然极大地使解决方案变得复杂。

另一解决方案包括：直接使用DC电源电压作为对可变速驱动器的逆变器模块供电的功率总线。然而，该较简单的方案的缺点在于，该情况下使用的可变速驱动器不是标准驱动器，其成本对小型设施而言过于高昂。这样的方案例如在文献US 7 126 294中提出，其示出一种光伏单元，其输出端子连接到对可变速驱动器的逆变器模块供电的功率总线。此外，该方案也不易于允许这样的情况，其中外部电源包括若干并联的DC电源。

确实，由于诸如光伏单元的某些能量源因为它们依赖于单元接收的阳光而并不恒定地工作，因此将期望提供若干并联的电源以增加设施的正常运行时间。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供简单和经济的方案，其使得可以利用若干DC电源对标准可变速驱动器供电，而不用增加额外的组件并且不需修改目标在于控制电动机的可变速驱动器。

为此，本发明提供一种用于控制AC电负载的系统，其包括可变速驱动器，该可变速驱动器包括整流器模块，该整流器模块配备有多个供电端子并且在功率总线的正极线与负极线之间递送DC电压，并且该可变速驱动器包括由功率总线供电、并且向电负载递送可变电压的逆变器模块。

根据变体A，控制系统包括几个DC电源，各自包括正极端子和负极端子，每个DC电源的正极端子连接到整流器模块的单独的供电端子，并且DC电源的负极端子连接到功率总线的负极线。等价变体B中，控制系统包括几个DC电源，各自包括正极端子和负极端子，每个DC电源的负极端子连接到整流器模块的单独的供电端子，并且DC电源的正极端子连接到功率总线的正极线。

根据一个特征，整流器模块包括连接在功率总线的正极线与负极线之间的多个并联的臂，每个臂包括串联的两个二极管，可变速驱动器的每个供电端子分别连接到整流器模块的二极管之间的中间点。

附图说明

通过下面的具体描述以及参考示例给出并在附图中示出的实施例，其他优点和特征将变得更清楚，附图中：

图1说明根据本发明的变体A的控制系统的简化架构；

图2说明根据本发明的变体B的控制系统的简化架构；以及

图3说明图1所示的实施例的变体。

具体实施方式

参考图1，控制系统设计用于控制电负载，该情况下，为三相电动机M。控制系统包括频率转换器类型的可变速驱动器10，其经由包括三个臂(leg)的逆变器模块12递送可变频率AC电压到电动机，其中每个臂配备有串联的两个功率开关28，29。这些功率开关例如是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、功率场效应晶体管(FET)等，并且由可变速驱动器10的控制单元(未示出)控制。逆变器模块12的臂由在正极线14与负极线15之间提供DC电压的功率总线供电。

在逆变器模块12的上游，可变速驱动器10还包括整流器模块11，其在功率总线的正极线14与负极线15之间递送DC电压。总线电容器13通常置于整流器模块11与逆变器模块12之间，并且连接在正极线14与负极线15之间。

通常，可变速驱动器10的整流器模块11由外部电源供电，依赖于于应用，该外部电源通常递送单相或三相AC电压。整流器模块11包括若干并联的臂，每个臂由串联的两个二极管26、27组成，并且连接在功率总线的正极线14与负极线15之间。整流器模块11的每个臂的二极管26与27之间的中间点记作M1、M2、M3。上方二极管26的阴极连接到正极线14，而它们的阳极连接到中间点。下方二极管27的阴极连接到负极线15，而它们的阳极连接到中间点。二极管26、27可以由其他开关元件替换，具体地诸如可控硅。整流器模块11的臂的数量依赖于外部电源AC供电电压的相的数量。

在可变速驱动器10设计为由三相AC电压供电的情况下，整流器模块11包括三个并联的臂，并且包括三个AC供电端子L1、L2、L3，每个AC供电端子设计为连接到三相供电电压的三个相之一。三个供电端子L1、L2、L3分别连接到整流器模块11的每个臂的二极管26与27之间的中间点M1、M2、M3，如图1所示。

在可变速驱动器10′设计为由单相AC电压供电的情况下，整流器模块11′仅包括两个并联的臂，并且包括两个AC供电端子L1、L2，每个AC供电端子设计为连接到供电电压的两个相(或相-中性点)之一。两个供电端子L1、L2分别连接到整流器模块11′的每个臂的二极管26与27之间的中间点M1、M2，如图3所示。

本发明的目的在于为其中标准可变速驱动器不是由单相或三相AC电源电压供电、而是通过由例如若干光伏单元或太阳能面板组成的多个DC电源供电的应用提供简单和经济的解决方案。

图1和2中所示的控制系统因而包括设计为对可变速驱动器10供电的三个DC电源21、22、23或21′、22′、23′。每个DC电源包括正极端子和负极端子，并且由串联连接在一起的一个或多个光伏单元组成，其目的是向可变速驱动器10的功率总线递送足够的电压电平。图1和2中的示例中，每个电源由串联连接的四个单元组成。

缺点在于，如果电源的光伏单元被遮光或故障，则整个电源丧失其功率，因为遮光或故障的单元将仅提供有限量的电流。因此，看起来并联布置几个电源是很重要的。但是每个电源必须是独立的，因为如果第一电源无法递送足够的电流，则存在电流从第二电源流入第一电源因而浪费(如短路)的风险。因此有必要在各个电源之间提供止逆设备。

这就是为什么图1所示的根据第一变体A的本发明将每个DC电源21、22、23的正极端子分别连接到整流器模块11的对应的供电端子L1、L2、L3。电源21、22、23的负极端子全部连接到直接连接到功率总线的负极线15的公共端子，也叫做PC端子。该PC端子是标准可变速驱动器中可用且因而非常容易使用的端子。

因此三个供电端子L1、L2、L3没有如可变速驱动器10的正常使用的情况那样连接到AC电源的各个相，而是直接连接到三个DC电源的每个的正极端子，并未对可变速驱动器10进行任何修改，DC电源的负极端子全部连接到功率总线的负极线15。

由于电源21、22、23的正极端子分别连接到整流器模块11的臂的中间点M1、M2、M3，所以它们经由整流器模块11的每个臂的上方二极管26连接到功率总线的正极线14。因此，如果电源21、22、23的任何一个故障，则整流器模块11的每个臂的上方二极管26阻止故障电源的回送和短路(止逆功能)。

在图2所示的第二变体B中，其操作等同于变体A，控制系统包括分别类似于图1的电源21、22、23的三个DC电源21′、22′、23′，但是不同地连接。具体地，现在是每个DC电源21′、22′、23′的负极端子分别连接到整流器模块11的对应的供电端子L1、L2、L3。电源21′、22′、23′的正极端子全部连接到直接连接到功率总线的正极线14的公共端子，也叫做PA端子。该PA端子是标准可变速驱动器中可用的现有端子。

因此，三个供电端子L1、L2、L3没有如可变速驱动器10的正常使用的情况那样连接到AC电源的各个相，而是直接连接到三个DC电源的每个的负极端子，并未对可变速驱动器10进行任何修改，DC电源的正极端子全部连接到功率总线的正极线14。

由于电源21′、22′、23′的负极端子分别连接到整流器模块11的臂的中间点M1、M2、M3，所以它们经由整流器模块11的每个臂的下方二极管27连接到功率总线的负极线15。因此，如果电源21′、22′、23′的任何一个故障，则整流器模块11的每个臂的下方二极管27阻止故障电源的回送和短路。

两个变体A和B可以由一个相同的可变速驱动器10使用，因为端子PA和PC均在标准可变速驱动器中可用。两个变体A和B因而利用了整流器模块11的标准结构，尤其是上方二极管26(变体A)和下方二极管27(变体B)的存在，以阻止在电源故障的情况下的错误。该简单的解决方案使得可以通过多个DC电源对标准可变速驱动器供电，而没有提及的缺点且不要求额外的元件来隔离各个DC电源。这两个变体属于相同的发明，因为它们使用相同的技术手段解决相同的技术问题，唯一区别是从电源到可变速驱动器10的连接。

图1和2中所示的情况下，可变速驱动器10是三相驱动器，其包括三个供电端子L1、L2、L3，分别连接到整流器模块11的三个臂的中间点M1、M2、M3，而控制系统包括分别连接到三个电源端子的三个DC电源21、22、23或21′、22′、23′。

图3中所示的情况下，可变速驱动器10′是单相驱动器，因此其仅包括两个供电端子L1、L2，分别连接到整流器模块11′的两个臂的中间点M1、M2，而控制系统包括两个DC电源21、22，其正极端子分别连接到两个电源端子。图3等价于图1所示的变体A，即，它具有到功率总线的负极线15的公共连接，但是显然图3所示的情况可以等同地转换为图2所示的变体B，即，具有到功率总线的正极线14的公共连接。

在另一实施例(未示出)中，也可以仅通过两个DC电源21、22对三相可变速驱动器供电。该情况下，将DC电源21、22连接到三个供电端子L1、L2、L3的任何两个就够了，例如L1、L2，而不连接与整流器模块11的第三臂对应的供电端子L3。

Claims

1.一种用于控制AC电负载的系统，其包括可变速驱动器(10)，该可变速驱动器包括整流器模块(11)，该整流器模块配备有多个供电端子(L1、L2、L3)并且在功率总线的正极线(14)与负极线(15)之间递送DC电压，并且该可变速驱动器包括由功率总线供电、并且向电负载(M)递送可变电压的逆变器模块(12)，其特征在于：

该控制系统包括几个DC电源(21、22、23)，各自包括正极端子和负极端子，每个DC电源(21、22、23)的正极端子连接到整流器模块(11)的单独的供电端子(L1、L2、L3)，并且DC电源(21、22、23)的负极端子连接到功率总线的负极线(15)。

2.一种用于控制AC电负载的系统，其包括可变速驱动器(10)，该可变速驱动器包括整流器模块(11)，该整流器模块配备有多个供电端子(L1、L2、L3)并且在功率总线的正极线(14)与负极线(15)之间递送DC电压，并且该可变速驱动器包括由功率总线供电、并且向电负载(M)递送可变电压的逆变器模块(12)，其特征在于：

该控制系统包括几个DC电源(21′、22′、23′)，各自包括正极端子和负极端子，每个DC电源(21′、22′、23′)的负极端子连接到整流器模块(11)的单独的供电端子(L1、L2、L3)，并且DC电源(21′、22′、23′)的正极端子连接到功率总线的正极线(14)。

3.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：

整流器模块(11)包括连接在功率总线的正极线(14)与负极线(15)之间的多个并联的臂，每个臂包括串联的两个二极管(26、27)，可变速驱动器(10)的每个供电端子(L1、L2、L3)分别连接到整流器模块(11)的二极管(26、27)之间的中间点(M1、M2、M3)。

4.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：

每个DC电源包括串联连接的一个或多个光伏单元。

5.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：

可变速驱动器(10)是三相驱动器，其包括三个供电端子(L1、L2、L3)，并且该系统包括分别连接到三个供电端子的三个DC电源。

6.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：

可变速驱动器(10′)是单相驱动器，其包括两个供电端子(L1、L2)，并且该系统包括分别连接到两个供电端子的两个DC电源(21，22)。

7.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：

可变速驱动器(10)是三相驱动器，其包括三个供电端子(L1、L2、L3)，并且该系统包括分别连接到三个供电端子中的两个供电端子的两个DC电源(21，22)，不连接第三个供电端子。