CN103222182A

CN103222182A - 装备超级电容器模块的变速驱动器

Info

Publication number: CN103222182A
Application number: CN2011800548754A
Authority: CN
Inventors: A.P.巴劳纳
Original assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Current assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-07-24
Also published as: WO2012065806A1; ES2664498T3; BR112013009268A2; JP5717865B2; FR2967532B1; US9270192B2; FR2967532A1; JP2013544066A; EP2641323A1; EP2641323B1; US20130201732A1; BR112013009268B1

Abstract

本发明涉及变速驱动器（1），包括：装备有正线（10）和负线（11）的DC电力供应总线；在所述DC电力供应总线的正线（10）和负线（11）之间连接的总线电容器（Cb）；逆变器模块（13），由所述DC电力供应总线供电并且受控以向电负载（C）提供可变电压；第一开关柄（100），在总线的正线（10）和负线（11）之间连接并且包括至少一个第一电开关（T1）；以及包括制动电阻器的第一模块（M1），或包括用于存储和再生在所述电负载（C）的制动期间生成的电能量的装置的第二模块（M2），其中，所述第一模块和所述第二模块是可移除且可交换的。

Description

装备超级电容器模块的变速驱动器

技术领域

本发明涉及变速驱动器，包括用于存储和再生在电负载的制动期间生成的电能量的装置。这些存储和再生装置包括例如一个或多个超级电容器，也称为超电容器。

背景技术

已知的是，变速驱动器连接到电力供应网络并且意图控制电负载。它在输入处包括电压整流器模块，其从由网络供应的AC电压生成DC电压并且对装备有正线和负线的DC电力供应总线下游供电。通常称为总线电容器的滤波电容器被安装在DC总线的正线和负线之间。在输出处，变速驱动器包括由DC总线供电的逆变器模块，其使得可以通过使用由脉宽调制（PWM）控制的例如IGBT晶体管型的电开关从DC电压生成可变电压（可以是可变幅度和频率的）。

文件US6742630公开了在变速驱动器中安装的用于恢复电梯或升降梯类型的设备的制动能的装置。此类型的装置包括由超级电容器形成的能量存储单元和能够调整在DC总线的不同电压电平和存储单元的不同电压电平之间的能量流以及能够用剩余能量对存储单元进行充电的能量调节器。当负载的能量需求高时，超级电容器向DC总线放电。

此外，专利EP2131483公开了连接到电负载的变速驱动器，包括用于存储和再生在负载的制动期间生成的电能量的装置，这些存储装置包括一个或多个超级电容器。在此变速驱动器中，因此控制DC/DC转换器以生成超级电容器的充电和放电。DC/DC转换器连接到上游并且与总线电容器并联，并且还使得可以控制在总线上流通的电流并且因而限制在变速驱动器的输入处的THDi（总电流谐波失真）。

现有技术的这些变速驱动器在制造期间一劳永逸地配置并且必要地包括在DC电力供应总线上存储和再生电能量的功能。然而，完全可能的是，用户可以不期望此功能并且仅采用简单的制动电阻器，意图消耗在负载的制动期间生成的能量。

发明内容

本发明的目的在于提出变速驱动器，其中，用户可以选择他或她是否想要制动电阻器或者能量存储和再生功能，而不增加对产品的额外支出。

此目的通过包括如下的变速驱动器而实现：

-装备了正线和负线的DC电力供应总线，

-在DC电力供应总线的正线和负线之间连接的总线电容器，

-逆变器模块，由DC电力供应总线供电并且受控以向电负载（C）传递可变电压，

-第一开关柄，在总线的正线和负线之间连接并且包括至少一个第一电开关，

所述变速驱动器还包括：

-包括制动电阻器的第一模块，或包括用于存储和再生在电负载的制动期间生成的电能量的装置的第二模块，

-第一模块和第二模块是可移除并可交换的，

-第一模块和第二模块采用一端连接到DC电力供应总线而另一端连接到第一开关柄的暗盒的形式。

根据特定特征，第一开关柄包括与第一电开关串联安装并且在它们之间定义连接中点的二极管。

根据另一特定特征，第二模块包括第二开关柄以及一个或多个超级电容器。

根据另一特定特征，第二开关柄与第一开关柄并联。

根据另一特定特征，第二开关柄包括串联连接的、并且定义与第一开关柄的连接中点连接的连接中点的第二电开关和二极管，第二开关柄的所述二极管与第一电开关反并联连接，并且第一开关柄的二极管与第二电开关反并联连接。

根据另一特定特征，第二模块包括与超级电容器串联连接的电感器。

根据另一特定特征，第一模块的制动电阻器与第一开关柄的二极管并联。

根据另一特定特征，变速驱动器包括被布置以取决于是否连接第一模块或第二模块而不同地操作的控制装置。

附图说明

其他特征和优点将通过参考作为示例给出并由附图1所表示的实施例从以下详细描述而显现，图1示意性表示根据本发明的变速驱动器。

具体实施方式

参考图1，变速驱动器1在输入处包括整流器模块12，其意图整流例如起源于外部电力供应网络A（例如，380Vac三相电网）的3相AC电压。此整流器模块12有利地使用比可控硅整流器（thyristor）更经济且更可靠的二极管120。可以滤波此所整流的电压以获得DC电压Vdc（例如，200到800Vdc的级别或更高，取决于使用条件），施加于由正线10和负线11构成的DC电力供应总线。总线电容器Cb通常用于保持DC总线的电压Vdc恒定。此总线电容器Cb连接在总线的正线10和负线11之间，并且在标准变速驱动器中，通常是电解型的。

变速驱动器1在输出处包括逆变器模块13，使得可以从DC总线利用可变电压控制电负载C，该可变电压可以是可变幅度和频率的。对此，逆变器模块13使用脉宽调制（PWM）的控制来控制在每个相上安装的电动开关130。这些开关是由产生PWM的控制单元（未呈现）控制的功率晶体管，例如IGBT型。在图1中，逆变器模块13包括三个柄向电负载C传递以三相可变电压，每个柄装备有在供电总线的正端和负端之间串联的两个功率晶体管130，或总计六个功率晶体管。

作为一般规则，具有不可逆整流器的变速驱动器也包括由连接到DC电力供应总线的正线10或直接串联连接到总线电容器Cb的预充电电阻Rp和预充电中继器Rlp构成的预充电电路。

然而，变速驱动器1可以包括意图消耗在电负载的制动期间生成的能量的制动电阻器Rf或者用于存储并再生在电负载C的制动期间生成的电能量的装置。电能量存储和再生装置也可以包括一个或多个电容器，更具体地是超级电容器UC型（也称为超电容器）。超级电容器UC表现为电化学电池，在于其能够存储比标准电容器更大量的电能量，但是不像电化学电池，其表现像标准电容器，在于能够支持强烈的充电和放电电流。

制动电阻器Rf或电能量存储和再生装置的使用要求存在在DC电力供应总线的正线10和负线11之间连接的第一开关柄100，该第一开关柄100与总线电容器Cb及其下游并联。此第一开关柄100包括至少一个第一受控电开关T1（诸如例如IGBT型晶体管）和例如与电开关T1串联连接的二极管D1。

本发明的目的因而是能够使用构成此第一开关柄100的此公共部件并且提出与之连接的包括制动电阻器Rf的第一模块M1或用于存储并再生在电负载的制动期间生成的电能量的装置的第二模块M2。根据本发明，因为模块M1、M2是可移除的，所以用户可以选择采用制动电阻器Rf或用于存储并再生在电负载的制动期间生成的电能量的装置。

根据本发明，变速驱动器因此包括意图连接第一模块M1和第二模块M2到第一开关柄100的专用布局。此布局包括到DC电力供应总线的正线10的第一连接点P1、到DC电力供应总线的负线11的第二连接点P2以及到位于二极管D1和第一开关柄100的电开关T1之间的第三连接点P3。

根据本发明，第一模块M1包括含有意图消耗在电负载的制动期间生成的电能量的制动电阻器Rf的箱或暗盒。当它就位时，第一模块M1连接到第三连接点P3和第一连接点P1（与二极管D1并行）。

根据本发明，第二模块M2包括含有第二开关柄200和由至少一个超级电容器C构成的电能量存储装置构成的箱或暗盒，优先以与第一模块的暗盒一致的形式。第二开关柄200包括至少一个第二电开关T2（诸如例如IGBT型晶体管）和例如与第二电开关T2串联连接的二极管D2。第二模块M2也包括与超级电容器UC串联连接的电感器L，该组件由与第二开关柄200的二极管D2或与第二电开关T2并联连接的此电感器L和超级电容器UC构成。当第二模块M2连接到变速驱动器1时，位于第二开关柄200的第二电开关T2和二极管D2之间的连接中点P4连接到第三连接点P3并且第二开关柄200一端连接到第一连接点P1而另一端连接到第二连接点P2。以此方式，与第一电开关T1和二极管D1逆并行连接的二极管D2与第二电开关T2反并联连接。

根据本发明，每个模块例如采用意图连接到变速驱动器的相同可移除暗盒的形式。

根据本发明，变速驱动器包括控制装置，使得可以取决于是否连接第一模块M1或第二模块M2而控制所采用的每一个电开关T1、T2。

当连接第二模块时，控制装置可以是对于所采用的开关T1、T2两者共有的。在此情况下，它们将例如位于第二模块M2中。作为变型，控制装置对于每一个开关T1、T2可以包括不同的控制电路，专用于开关T1的控制装置位于变速驱动器中而专用于开关T2的另一个位于第二模块M2中，两个电路随后同步以控制变速驱动器的两种操作模式。

当第二模块连接到变速驱动器时，两种操作模式是能够通过采用第一开关柄的和第二开关柄的电开关T1、T2来控制。

在第一操作模式中，电开关T1在调制中例如由PWM控制（交替打开和关断），并且在打开时控制电开关T2以将超级电容器UC放电到DC电力供应总线。

在第二操作模式中，在打开时控制电开关T1并且在调制中控制电开关T2以向超级电容器UC传输在制动期间生成的过量能量。

为了使得两种上述操作模式就位，超级电容UC上的电流Iuc和/或电压Vuc值可以显然地测量或估计。

显而易见，可以设想其他变型实施例，原理仍然是能够使用同一个开关柄并且向其增加如下模块：装备有制动电阻器或用于存储和再生在制动期间生成的电能量的装置。

显而易见的是，将可以想到其他变型以及细节的细化并且甚至设想等效装置的使用，而不背离本发明的框架。

Claims

1.一种变速驱动器（1），包括：

-装备有正线（10）和负线（11）的DC电力供应总线，

-在所述DC电力供应总线的正线（10）和负线（11）之间连接的总线电容器（Cb），

-逆变器模块（13），由所述DC电力供应总线供电并且受控以向电负载（C）传递可变电压，

-第一开关柄（100），在总线的正线（10）和负线（11）之间连接并且包括至少一个第一电开关（T1），

所述变速驱动器的特征在于它还包括：

-包括制动电阻器的第一模块（M1），或包括用于存储和再生在所述电负载（C）的制动期间生成的电能量的装置的第二模块（M2），在于

-所述第一模块和所述第二模块是可移除且可交换的，并且在于

-所述第一模块和所述第二模块采用一端连接到所述DC电力供应总线而另一端连接到所述第一开关柄（100）的暗盒的形式。

2.如权利要求1所述的变速驱动器，其特征在于，所述第一开关柄（100）包括与第一电开关（T1）串联安装的二极管（D1）并且在第一电开关（T1）和二极管（D1）之间定义连接中点（P3）。

3.如权利要求2所述的变速驱动器，其特征在于，所述第二模块包括第二开关柄（200）以及一个或多个超级电容器（UC）。

4.如权利要求3所述的变速驱动器，其特征在于，所述第二开关柄（200）与所述第一开关柄（100）并联连接。

5.如权利要求4所述的变速驱动器，其特征在于，所述第二开关柄包括串联连接的、并且定义与第一开关柄（100）的连接中点（P3）连接的连接中点（P4）的第二电开关（T2）和二极管（D2），所述第二开关柄的所述二极管（D2）与所述第一电开关（T1）反并联连接，所述第一开关柄的二极管（D1）与所述第二电开关（T2）反并联连接。

6.如权利要求4所述的变速驱动器，其特征在于，所述第二模块包括与所述超级电容器（UC）串联连接的电感器（L）。

7.如权利要求2所述的变速驱动器，其特征在于，所述第一模块（M1）的制动电阻器（Rf）与所述第一开关柄（100）的二极管（D1）并联连接。

8.如权利要求1到7中一项所述的变速驱动器，其特征在于，它包括被布置以取决于是连接所述第一模块（M1）还是所述第二模块（M2）而不同地操作的控制装置。