CN103872969A - 电力传动系统以及包括此种传动系统的气体压缩设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电力传动系统以及包括此种传动系统的气体压缩设备，所述电力传动系统包括电机以及用于将电力供应到所述电机的电力供应系统，所述电机包括转子和定子。所述电机是异步电机，并且所述电力供应系统适用于将电压供应到所述电机的所述定子，所述电力供应系统构成电压源。

Description

电力传动系统以及包括此种传动系统的气体压缩设备
技术领域
本发明涉及装置的电力传动系统，所述装置例如为气体压缩装置，所述传动系统包括电机以及电机的电力供应系统，所述电机包括转子和定子。具体而言，本发明适用于气体压缩装置的电力传动系统，所述传动系统包括大功率电机，通常是超过60MW的电机。本发明还涉及包括此类电力传动系统的气体压缩设备。
背景技术
下述类型的电力传动系统是已知的。此种电力传动系统包括：同步电机，所述同步电机包括电驱动的定子和转子；以及连接到电机的定子上的负载换向式转换器(Load-commutated converter)类型的变频转换器。变频转换器包括设计成连接到输入式三相电网上的可控硅的桥式整流器以及连接到整流器的输出侧上的可控硅的桥式逆变器(inverter)。输入式电网是由上游电单元形成的，所述上游电单元由燃气涡轮机以及发电机的组合组成。逆变器的可控硅由逆变器的约束所引导，而桥式整流器的可控硅对电流进行调节。因此，变频转换器提供了能够为同步电机的定子供电的电流源。
然而，此种电力传动系统在输入式电网侧和同步电机侧上生成了频率等于奇数倍的初级电流频率的谐波电流，此奇数倍不是3的倍数。这些谐波电流引起了沿着气体压缩装置的下游驱动管线施加的耦合谐波，并且也施加在形成了输入电网的涡轮机的上游驱动管线上。这些耦合谐波很可能为此设备的共振频率供能，这可能会导致所述设备退化，甚至导致所述设备毁坏。
此外，此种传动系统类似地在输入电网侧和同步电机侧上生成了间谐波电流。这些间谐波电流引起了齿槽效应(cogging)，其很可能为上游驱动管线和下游驱动管线的非常模式的频率供能，从而因此损坏这些管线。
此外，此种传动系统需要针对电机的转子使用专用的电力供应，所述电力供应需要较大数目的单个部件。这些部件中的一些部件是，例如，安装在转子上的二极管。由于施加到这些“旋转”二极管上的显著的机械约束，因此这些二极管呈现出可靠性问题。这降低了传动系统单元的可靠性，并且产生高昂的制造和维修成本。
发明内容
本发明的目标在于提出一种电力传动系统，所述电力传动系统能够减少在电力传动系统中生成的谐波电流和间谐波电流的范围，同时改进可靠性并且减少制造和维修成本。
因此，本发明的目标是下述类型的电力传动系统，在所述电力传动系统中，电机是异步电机，且电力供应系统用于为电机的定子供电，所述电力供应系统是电压源。所述传动系统包括电机以及所述电机的电力供应系统，所述电机包括转子和定子，其中所述电机是异步电机并且所述电力供应系统适用于将电压供应到所述电机的所述定子，所述电力供应系统构成电压源。
根据本发明的其他有利方面，所述电力传动系统包括单独采用的或根据所有技术上可行的组合的以下特征中的一个或多者。
其中，电力供应系统适用于电连接到具有N个相的AC电网，N是大于或等于1的整数，且所述电力供应系统包括：用于连接到AC电网上的N个连接端子，所述或者每个连接端子对应于电网的一个相；用于连接到电机的定子上的P个连接端子，P是大于或等于1的整数；用于将具有N个相的AC电压转换为至少一个DC电压的第一转换装置，以及用于将至少一个DC电压转换为具有P个相的AC电压的第二转换装置，所述第二转换装置连接在第一转换装置与电机的定子之间。
其中，第一转换装置包括M1个第一转换模块，用于将AC输入电压转换为DC输出电压，M1是大于或等于2的整数，所述M1个第一转换模块是彼此并联连接的，每个第一转换模块具有至少N个第一中间输入端子，所述或者每个第一中间输入端子对应于输入的AC电压的一个相，每个第一转换模块适用于将具有N个相的AC输入电压转换为供应到多个第一中间输出端子的中间DC电压。
其中，第二转换装置包括M2个第二转换模块，用于将DC输入电压转换为AC输出电压，M2是大于或等于2的整数，所述M2个第二转换模块是彼此并联连接的，每个第二转换模块具有三个第二中间输入端子，每个第二转换模块能够将中间DC电压中的一个转换为具有P个相的AC输出电压，并且供应到P个第二中间输出端子，所述或者每个第二中间输出端子对应于AC输出电压的一个相，所述第二中间输出端子对应于连接到对应的连接端子上的相同相。
其中，所述电力供应系统还包括M个电容器组，M是大于或等于2的整数，每个电容器组具有至少一个电容器，且整数M、M1和M2彼此相等，M个第一转换模块和M个第二转换模块各自连接到对应的电容器组。
其中，每个第二转换模块包括连接到三个第二中间输入端子上的具有P个相的电压逆变器，以及连接到电压逆变器的输出侧的磁性联轴器。
其中，电压逆变器包括P个切换路径，每个切换路径具有串联连接在连接点处的至少两个电子可控开关，每个连接点连接到所述磁性联轴器上，且所述电力供应系统还包括用于计算电子逆变器的电子开关的控制信号的装置，所述装置具有用于至少两个对应逆变器的载波信号的延时构件。
其中，每个第一转换模块包括N个第一中间输入端子、连接到所述N个第一中间输入端子的磁性联轴器，以及具有连接在磁性联轴器的输出侧上的N个相的电压整流器。
其中，电压整流器包括N个切换路径，每个切换路径具有串联连接在连接点处的至少两个电子可控开关，每个连接点连接到所述磁性联轴器。
其中，针对每个电压整流器以及每个电压逆变器的每个切换路径，所述电力供应系统还包括对该切换路径的电子开关的切换进行同步的构件。
其中，每个第一转换模块包括：NxQ个第一中间输入端子，Q大于或等于2；以及连接到所述第一中间输入端子上的具有N个相的电压整流器，具有N个相的电压整流器具有串联连接的Q个二极管电桥，每个二极管电桥具有N个电流单向循环路径，每个单向循环路径具有串联连接在连接点处的至少两个二极管，每个连接点连接到第一中间输入端子。
本发明的另一目的在于气体压缩设备，包括气体压缩装置以及所述压缩装置的电力传动系统，其中电力传动系统与上文所述的电力传动系统相同。
附图说明
当阅读以下说明书时，仅通过非限制性实例的方式并且参考附图，本发明的这些特征和优点将会呈现出来，在所述附图中：
图1是根据本发明的气体压缩设备的示意图，所述气体压缩设备包括气体压缩装置以及用于运行所述压缩装置的电力传动系统；
图2是根据第一实施例的图1中的电力传动系统的电路图，所述电力传动系统具有：包括并联连接的三个电压整流器的第一转换装置；以及包括并联连接的三个电压逆变器的第二转换装置；
图3是表示图2中的电压整流器中的一个以及电压逆变器中的一个的电路图；
图4是根据本发明的第二实施例的类似于图2的电路图的图；以及
图5是表示图4中的电压整流器中的一个以及电压逆变器中的一个的电路图。
具体实施方式
在图1中，气体压缩设备10连接到电网12上。电网12例如是具有N个相的AC多相电网，N是大于或等于一的整数。电网12具有高电压，通常约为将近132kV的值。
气体压缩设备10包括气体压缩装置14以及气体压缩装置14的电力传动系统16，所述电力传动系统16连接到气体压缩装置14上。气体压缩装置14具有大于50MW的较高额定功率值，例如，等于80MW。
电力传动系统16包括电机18和电机18的电力供应系统20，所述电力供应系统20连接到电网12上。
根据本发明，电机18是异步电机。所述电机18包括转子22和定子24。
转子22装配有轴杆25，所述轴杆25连接到压缩装置14上并且适用于使压缩装置14旋转。轴杆25是由已知类型的金属“鼠笼”型电枢与层压板之间的组件组成的。金属电枢具有用于短路循环的若干平行棒。层压板有利地压合在一起。这些层压板通过从它们的一端穿到另一端的纵向绳以及通过同样也穿过这些层压板的金属电枢的平行棒固持在一起。这样可以避免在转子22的表面上显现不期望的傅科电流(Foucault current，也称涡电流)，从而提高电机18的电输出和功率因数。此外，考虑到在所讨论的技术应用的背景下，电机18的旋转速度和非常大的尺寸，转子22的这种设置能够在运行时保留其结构完整性。转子22具有额定的转速值，例如等于250m.s-1。
定子24包括设计成由电力供应系统20供电的绕组。电机18例如是具有P个相的多相异步电机，P是大于或等于一的整数。电机18具有大于60MW的额定功率值，例如等于80MW。所述电机18具有额定电压值，例如大约等于11kV。
如图2所说明，电力供应系统20包括具有N个相的AC输入电压转换器28，用于转换成具有P个相的AC输出电压。转换器28电连接到电网12上，例如，借助于适用于改变电网12与转换器28之间的电压值的变压器30。转换器28还电连接到电机18的定子24上。
变压器30包括初级绕组32以及次级绕组34，并且适用于将电网12供应的高AC电压变换为低AC电压。确切地说，变压器30适用于从电网12的高压(例如等于132kV)供应具有低值电压(例如等于13kV)的电流。
根据本发明的电力供应系统20构成能够为电机18的定子24供电的电压源，如在下文中详细描述。
在图2的实施例的实例中，N等于3，电网12为三相电网。此外，P等于3，电机18为三相电动机。
转换器28包括M个电容器组36，M为大于或等于二的整数。转换器28还包括：连接在变压器30与电容器组36之间的第一电压转换装置38；以及连接在电容器组36与电机18的定子24之间的第二电压转换装置40。第一转换装置38适用于将AC输入电压转换为至少一个中间DC输出电压，如在下文中详细描述。第二转换装置40适用于将至少一个中间输入DC电压转换为AC输出电压，如在下文中详细描述。
在图2的实施例中，M等于3。三个电容器组36是彼此不同的，每个组36连接在第一转换装置38与第二转换装置40之间。每个电容器组36包括两个第一电容器42和两个第二电容器43。两个第一电容器42通过第一中性电容点44彼此连接，两个第二电容器43通过第二中性电容点45彼此连接。每个第一电容器42(未连接到第一中性点44上)的电极在连接点46处连接到第二电容器43(未连接到第二中性点45上)的电极上。电容器42和电容器43例如是相同的且具有相同的电容。
第一转换装置38包括彼此并联连接的M1个第一电压转换模块47，M1为大于或等于1的整数。在图2的实施例中，M1等于M，且第一转换装置38包括三个第一转换模块47。每个第一转换模块47连接在变压器30与各个电容器组36之间。
在进一步的描述中明确说明，按照惯例，连接到变压器30上的第一转换模块47的侧面与第一转换模块47的输入端对应，且连接到电容器组36上的第一转换模块47的侧面与第一转换模块47的输出端对应。
每个第一转换模块47包括三个输入端子48和三个输出端子50。每个第一转换模块47优选地包括连接到三个输入端子48上的第一磁性联轴器(First magnetic coupling)52。每个第一转换模块47还包括电压整流器54，所述电压整流器54具有连接到第一磁性联轴器52的输出侧上的N个相。
每个第一转换模块47适用于将AC输入电压转换为供应到其三个输入端子50上的中间DC电压。
第二转换装置40包括彼此并联连接的M2个第二电压转换模块56，M2为大于或等于1的整数。在图2的实施例中，M2等于M，且第二转换装置40包括三个第二转换模块56。每个第二转换模块56连接在各个电容器组36与电机18的定子24之间。
按照惯例，在进一步的描述中，连接到电容器组36上的第二转换模块56的侧面与第二转换模块56的输入端对应，且连接到定子24上的第二转换模块56的侧面与第二转换模块56的输出端对应。
每个第二转换模块56包括三个输入端子58、三个输出端子60、连接到三个输入端子58上的具有P个相的电压逆变器62，以及连接到电压逆变器62的输出侧上的第二磁性联轴器64。
每个第二转换模块56适用于将中间DC输入电压转换为供应到其三个输出端子60上的AC输出电压。
电力供应系统20包括连接到变压器30上的三个第一连接端子66U、66V和66W以及连接到定子24上的三个第二连接端子68U、68V和68W。每个第一连接端子66U、66V和66W连接到每个第一转换模块47的各个输入端子48上，所述第一转换模块47对应于AC输入电流的相同相。
每个第二连接端子68U、68V和68W连接到每个第二转换模块56的各个输出端子60上，所述第二转换模块56对应于AC输出电流的相同相。
电力供应系统20包括连接到变压器30上的三个第一连接端子66U、66V和66W以及连接到定子24上的三个第二连接端子68U、68V和68W。每个第一连接端子66U、66V和66W连接到每个第一转换模块47的各个输入端子48上，所述第一转换模块47对应于AC输入电流的相同相。
每个第二连接端子68U、68V和68W连接到每个第二转换模块56的各个输出端子60上，所述各个输出端子60对应于AC输出电流的相同相。
电力供应系统还包括装置70，用于对整流器54和逆变器62的电子开关产生的控制信号进行计算。
每个第一转换模块47的输出端子50中的一个连接到电容器组36的第一中性点44上，每个输出端子50连接到此组36的各个连接点46上。
每个第一磁性联轴器52包括N个第一电磁耦合线圈72、N个第二电磁耦合线圈74以及N个磁芯76，磁芯76通过连接磁棒78而彼此连接。每个第一线圈72和每个第二线圈74缠绕在各个磁芯76周围。
每个第一磁性联轴器52构成磁性耦合装置，例如在文档FR2940550中所描述的。因此将不再对耦合线圈72和74的连接进行详细描述，这是因为所属领域的技术人员实际上可以轻易地从文档FR2940550的第10页的第3行至第24行进行推断，方法是用整流器54来替换此文档中描述的逆变器。
如图3所示，每个电压整流器54包括N个输入端子80U、80V和80W、正输出端子82A，以及负输出端子82B。
每个输入端子80U、80V和80W对应于AC输入电压的各个相，并且连接到第一相关磁性联轴器52的第二对应耦合线圈74的一端上。
每个输出端子82A和82B构成连接到连接点46上的输出端子50中的一个。
在图2和图3的实施例中，对于与各个相U、V和W对应的每个输入端子80U、80V和80W，每个整流器54还包括：连接在两个输入端子82A与82B之间的切换路径84；以及将中性点连接到相关切换路径的中间点上的钳位路径86。因此，在此实施例中，每个整流器54是由中性点钳位的“主动”三相三电平整流器类型，也称作NPC整流器(来自英文中性点钳位(Neutral Point Clamped))。作为一个变体，每个整流器54是由中性点引导的“主动”三相三电平整流器类型，也称作NPP整流器(来自英文中性点引导(Neutral PointPiloted))。
每个切换路径84包括至少两个可控电子开关88，所述可控电子开关88在相同方向上串联连接，并且通过中间点彼此连接，每个中间点构成输入端子80U、80V和80W。在图3的实施例中，每个切换路径84包括串联连接的八个开关88。
众所周知，每个电子开关88是电流双向开关并且是电压单向开关。
每个电子开关88包括反向并联连接的晶体管90和二极管92，从而确保了流过晶体管90时电流的双向流动模式。每个电子开关88还包括连接到晶体管90的控制电极上的晶体管90的激励电路(Excitationcircuit)94。
所有晶体管90例如都是相同的。每个晶体管90例如是注入极增强栅型双极型晶体管，也称作IEGT晶体管(来自英文注入增强栅型双极型晶体管(Injection Enhanced Gate Bipolar Transistor))。
作为变体，IEGT晶体管90是由任何可控晶体管，例如，绝缘栅双极型晶体管，也称作IGBT晶体管(来自英文绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor))进行替换的。
每个激励电路94连接到装置70上用于计算控制信号，以接收对应的控制信号。
每个钳位路径86连接在输出端子50与输入端子80U、80V和80W之间，所述输出端子50连接到第一中性点44上。每个钳位路径86包括首尾相连并且串联的至少两个晶体管96。所述钳位路径86还包括至少两个二极管98，每个二极管98与各个晶体管96反向并联连接，从而确保了流过对应晶体管96时电流的双向循环流动。此外，每个钳位路径包括晶体管96的至少两个激励电路99，每个激励电路99连接到晶体管96的控制电极上。在图3的实施例中，每个钳位路径86包括串联连接的六个晶体管96以及与晶体管96有关的六个二极管98和六个激励电路99。三个第一晶体管96根据相同的第一方向进行连接。另外三个晶体管96根据与第一方向相反的第二方向进行连接。
所有晶体管96例如都是相同的。每个晶体管96例如都是IEGT晶体管。
作为变体，IEGT晶体管96是由任何可控晶体管进行替换的，例如绝缘栅双极型晶体管，也称作IGBT晶体管(来自英文绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor))。
每个晶体管90和96都具有“短路”类型的故障模式。换言之，在归因于晶体管90和96的故障状况发生的情况下，例如，在到达晶体管端子的电压高于其击穿电压的情况下，晶体管90和96随后会锁定在其导电状态而无论其控制的值如何。
每个激励电路99连接到装置70用于计算控制信号，以接收对应的控制信号。
优选地，每个激励电路94、99的尺寸经设定使得在“正常的”操作系统中，IEGT晶体管端子90和96的组合电压略小于其额定操作电压。
这允许设定IEGT晶体管90和96的冗余，并且当晶体管90和96中的一个发生故障且锁定在导电状态下时确保了转换器28的适当操作。换言之，对于每个整流器54的每个切换路径84、每个路径84的晶体管90中的一个，以及组合的二极管92和激励电路94是插入到路径中的“额外”部件，以使转换器28能够“容忍”此路径的晶体管90中的故障。在路径84的晶体管90中的一个发生故障的情况下，转换器28将与此晶体管发生故障之前所供应的电力相同的电力供应到电机18。类似地，对于每个整流器54的每个钳位路径86，此路径的晶体管96中的一个，以及组合的二极管98和激励电路99是插入到路径中的“额外”部件，以使转换器28能够“容忍”此路径的晶体管96中的一个的故障。
回到图2，每个第二转换模块56的输入端子58中的一个连接到电容器组36的第二中性点45上，每个其他输入端子58相对于此组36连接到连接点46上。
每个第二磁性联轴器64包括N个第一电磁耦合线圈100、N个第二电磁耦合线圈102以及N个磁芯104，磁芯104通过连接条形磁铁106而彼此连接。每个第一线圈100和每个第二线圈102缠绕在各个磁芯104周围。
每个第二磁性联轴器64构成磁性耦合装置，例如在文档FR2940550的第10页第3行至第24行中所描述的，因此将不会更加详细地描述耦合线圈100和102的连接。
磁性联轴器52和64能够在多个整流器54的相之间或者多个逆变器62的相之间获得较弱的常规模式感应，并且因此减少了线路生成的电压降，尤其是在第一连接端子66U、66V和66W中的电压降和第二连接端子68U、68V和68W之间的电压降。
如图3所示，每个电压逆变器62包括正输入端子108A、负输入端子108B和P个输出端子110U、110V和110W。每个输入端子108A和108B构成连接到连接点46上的输入端子58中的一个。每个输出端子110U、110V和110W对应于AC输出电压的各个相，并且连接到第二相关磁性联轴器64的第一对应耦合线圈100的一端上。
对于与各个相U、V和W对应的每个输出端子110U、110V和110W，每个逆变器62还包括连接在两个输入端子108A与108B之间的切换路径112以及在相关切换路径的中间点处连接中性点的钳位路径114。因此，在图3的实施例中，每个逆变器62是由中性点钳位的三相三电平逆变器，也称作NPC逆变器(来自英文中性点钳位(NeutralPoint Clamped))。作为一个变体，每个逆变器62是由中性点引导的三相三电平逆变器，也称作NPP整流器(来自英文中性点引导(Neutral Point Piloted))。
每个切换路径112包括至少两个可控电子开关116，所述电子开关116在相同方向上串联连接，并且通过中间点彼此连接，每个中间点构成输出端子110U、110V和110W。在图3的实施例中，每个切换路径112包括串联连接的八个开关116。
由于逆变器62的每个电子开关116的结构与整流器54的电子开关88的结构是类似的，因此将不会对后者进行更加详细的描述。
每个钳位路径114包括首尾相连并且串联的至少两个晶体管124。所述钳位路径114还包括至少两个二极管126，每个二极管126与各个晶体管124反向并联连接，从而确保了对应晶体管124导电时电流的双向流动模式。此外，每个钳位路径包括晶体管124的至少两个激励电路127，每个激励电路127连接到晶体管124的控制电极上。在图3的实施例中，每个钳位路径114包括串联连接的六个晶体管124以及与晶体管124有关的六个二极管126和六个激励电路127。
三个第一晶体管124根据相同的第一方向进行连接。另外三个晶体管124根据与第一方向相反的第二方向进行连接。由于逆变器62的晶体管124的结构与整流器54的晶体管96的结构是类似的，因此将不会对后者进行更加详细的描述。类似地，由于逆变器62的激励电路127的结构与整流器54的激励电路99的结构是类似的，因此将不会对后者进行更加详细的描述。
计算装置70布置在一个单元中，用于对整流器54和逆变器62(未图示)的开关和晶体管进行控制和引导。计算装置70包括数据处理单元，所述数据处理单元例如由存储器128与数据处理器130一起组成。取决于载波信号与调制信号之间的差异，存储器128能够为每个逆变器62储存以下项：用于计算调制信号的软件132、用于确定载波信号的软件134以及用于计算此逆变器的开关116的控制信号的软件136。
存储器128还能够为每个整流器54储存用于计算开关88以及所述整流器54的控制信号的软件138。存储器128还能够为至少两个对应逆变器62的载波信号的时延储存软件140。所述存储器还能够储存使对整流器54和逆变器62的开关88和116的控制同步的软件142。
作为一个变体，计算机构132、确定结构134、计算构件136和138、时延构件140以及同步构件142都以专用的可编程逻辑电路的形式进行连接。
在图2的实施例中，时延构件140是从一个逆变器62到另一个逆变器62的全部载波信号的时延构件。
例如，计算机构132、确定机构134、计算构件136以及时延构件140的结构和操作原理都描述于文档FR 2 949 920 A1中，且因此在下文中将不会对其进行更加详细的描述。
同步软件142适用于为每个整流器54和每个逆变器62计算相同切换路径84和112中的晶体管90或此整流器54或此逆变器62的控制信号的同步信号，以允许此路径的晶体管90的同步切换。
此外，同步软件142适用于在三个逆变器62之间对调制信号的取样进行同步。调制信号的取样例如是从三个计算机构132共有的时钟信号中完成的。
作为补充，对于每个整流器54和每个逆变器62，在相关电容器组36的两个连接点46之间的即时电压值(Immediate value of thevoltage)处，同步软件142适用于为此整流器或此逆变器的每个开关88和116的控制信号进行索引。这提供了以下优势：消除由于可能出现在电容器组36中的总线电压的波动而生成间谐波电压的不期望的现象。
数据处理器130适用于对发送到开关88和116以及发送到晶体管96和124的控制信号进行计算。这种计算是通过实施计算软件132和136、确定软件134、时延软件140以及同步软件142的处理器130来完成的，例如，根据通过具有控制信号之间的脉冲和移相交错的脉冲宽度的经典电压调制流程。这种调制流程具有改进AC输出电压的总体波形的优势。在本发明的上下文中，这会产生以下优势：降低在电机18侧上的谐波电流以及所得的耦合谐波的幅度。
因此，控制单元和引导单元适用于将每个计算出的控制信号施加到电子开关88和116的激励电路94上并且施加到晶体管96和124的激励电路99和127上。具体而言，控制和引导单元适用于，通过计算出的同步信号，对每个整流器54以及每个逆变器62的相同切换路径84和112中的晶体管90的激励电路94进行引导，以允许这些晶体管90的同步切换。
下面将说明根据本发明的电力传动系统16的运行。
电网12为变压器30供能，而所述变压器30本身为转换器28供能。控制和引导单元对转换器28的开关88和116以及晶体管96和124的控制信号进行计算，并且将这些控制信号施加到电子开关88和116的激励电路94上且施加到晶体管96和124的激励电路99和127上。转换器28随后为电机18的定子24供电，从而使得转子22转动。因此，转子22继而使得压缩装置14转动。
根据本发明的电力传动系统16能够令人惊讶地从电机18中获得较高的输出功率，通常为大于60MW的功率值，例如，等于80MW。在不损害传动系统16的总体输出且传动系统16的各个部件不发生机械和/或电子衰退的情况下可以达到此种功率。
另外，根据通过脉冲宽度的电压调制流程，每个逆变器62的晶体管90是受到电压控制的。因此，电力供应系统20构成适用于将电压供应到异步电机18的定子24上的电压源。因此，根据本发明的电力传动系统16能够通过其电力供应系统20的结构来减少由在电机18侧上循环的谐波电流生成的耦合谐波。
电力供应系统20还能够消除由在电网12侧上循环的间谐波电流生成的齿槽效应，以及由在电机18侧上循环的间谐波电流生成的齿槽效应。
此外，与现有技术的电力传动系统的转换器相反，电力供应系统20并未在电机18的实际电抗上强加特定的约束。这允许使用者能够自由地设定电机18的实际电抗值。通过为此电抗选择自发(voluntarily)较高的值，使用者因此可以降低电机18内的短路电流的幅度以及短路耦合操作的幅度。这样能够改进电机18以及压缩装置14的一般机械阻抗。
异步电机18的使用能够消除转子的电力供应的使用，而在现有技术的同步电机的情况下这种电力供应是必要的。
这尤其简化了传动系统16的机械结构：实际上，不再有必要使用用于向转子供应电力的二极管整流器。由于此类二极管通常受到极端的机械约束，因此可以降低制造和维修成本。
另外，由于消除了用于转子的电力供应，所以可以有利地减少支撑电机所需的平台数目，这也有助于降低制造成本并且简化转子的动态特性。另外，使用异步电机而非同步电机能够有利地减少对于冷却转子的约束。因此，我们可以看到根据本发明的动力传动系统16能够降低在动力传动系统16内生成的谐波电流的幅度以及间谐波电流的幅度，同时具有改进的可靠性以及降低的制造和维修成本。
此外，与根据下文描述的第二实施例的传动系统相比，根据第一实施例的传动系统16能够通过其第一转换装置38的结构为电网12生成无功能量(Reactive energy)或者从电网12中吸收无功能量。一方面，这使得传动系统16能够被用作电网电压的稳定器，例如，在电网12突然发生电压降的情况下。另一方面，在高功率气体压缩装置的传动系统的环境下，较长距离内的地下电缆的使用会产生总体寄生电容。此寄生电容很有可能生成大量过量的无功能量。这种过量随后可以有利地由根据本发明的第一实施例的传动系统16来吸收。
根据第一实施例的第一转换装置38也能够降低在电网12侧上循环的谐波电流的幅度。第一转换装置38还能够消除电网12侧上的谐波滤波器，充当无功功率来源的此类谐波滤波器很有可能使传动系统16的电气安装复杂化。
此实施例构成本发明的优选实施例。
图4和图5描绘了第二实施例，对于第二实施例，类似于上文所述的第一实施例的元件由相同的参考标号定位。
不同于第一实施例，每个第一连接端子66U、66V和66W直接连接到电网12上。
另外，电力供应系统20包括M个变压器30。在图4的实施例中，电力供应系统20包括三个变压器30。
每个变压器30连接在第一连接端子66U、66V和66W与第一转换装置38之间。每个变压器30包括初级绕组32以及Q个次级变压器146A、146B、146C和146D，Q是大约或等于2的整数。
在图4的实施例中，Q等于4。
此外，每个第一转换模块47包括NxQ个输入端子147A、147B、147C和147D以及两个输出端子50。在图5的实施例中，每个第一转换模块47包括十二个输入端子147A、147B、147C和147D。
此外，不同于第一实施例，每个第一转换模块47不再具有第一磁性联轴器52。每个电压整流器54连接在第一相关转换模块47的十二个输入端子147A、147B、147C和147D与两个输出端子50之间。
如图5所示，每个次级绕组146A、146B、146C和146D通过三个各自的导线链路连接到三个输入端子147A、147B、147C和147D上，每个导线链路对应于AC输入电压的一个相。
每个输出端子50连接到电容器组36的各个连接点46上。
每个电压整流器54包括NxQ个输入端子148A、148B、148C和148D、正输出端子82A和负输出端子82B。
每个整流器54还包括在输出端子82A与输出端子82B之间串联连接的Q个二极管电桥149A、149B、149C和149D。
在图5的实施例中，每个电压整流器54包括十二个输入端子148A、148B、148C和148D，以及四个二极管电桥149A、149B、149C和149D。
每个输入端子148A、148B、148C和148D构成第一相关转换模块47的输入端子147A、147B、147C和147D。
已知每个二极管电桥149A、149B、149C或149D包括电流的N个单向循环路径150。
每个路径150包括至少两个二极管152，所述二极管152在相同方向上串联连接并且通过中间点彼此连接，每个中间点构成输入端子148A、148B、148C或148D。
在图5的实施例中，每个路径150包括串联连接的两个二极管152。
此外，根据此第二实施例，计算装置70不再具有用于计算整流器54的控制信号的软件138。此外，同步软件142适用于仅对逆变器62的开关88和116的控制进行同步。
此第二实施例的操作类似于上文所述的第一实例的操作，且因此不再对其进行描述。
除了第一转换装置所带来的优势之外，电力传动系统16的此第二实施例的其他优势与第一实施例的那些优势相同，因此不再对其进行描述。第一实施例的描述是参考由中性点钳位的三相三电平整流器和逆变器给出的。
然而，应理解本发明类似地适用于多相整流器和逆变器，每个逆变器为至少两个电平的逆变器，每个整流器为具有至少两个电平的“有源”整流器，或者“无源”整流器，如同，例如通过图5中的实施例中的非限制性说明描述的。

Claims (12)

1.一种电力传动系统(16)，所述传动系统(16)包括电机(18)以及所述电机(18)的电力供应系统(20)，所述电机(18)包括转子(22)和定子(24)，其中所述电机(18)是异步电机并且所述电力供应系统(20)适用于将电压供应到所述电机(18)的所述定子(24)，所述电力供应系统(20)构成电压源。
2.根据权利要求1所述的传动系统(16)，其中所述电力供应系统(20)适用于电连接到包括N个相的AC电网(12)上，N为大于或等于1的整数，并且其中所述电力供应系统(20)包括：
用于连接到所述AC电网(12)上的N个连接端子(66U、66V和66W)，所述或每个连接端子(66U、66V和66W)对应于所述电网(12)的一个相；
用于连接到所述电机(18)的所述定子(24)上的P个连接端子(68U、68V和68W)，P是大于或等于1的整数；
用于将包括N个相的AC电压转换为至少一个DC电压的第一转换装置(38)；以及
用于将至少一个DC电压转换为包括P个相的AC电压的第二转换装置(40)，所述第二转换装置(40)连接在所述第一转换装置(38)与所述电机(18)的所述定子(24)之间。
3.根据权利要求2所述的传动系统(16)，其中所述第一转换装置(38)包括M1个第一转换模块(47)，用于将AC输入电压转换为DC输出电压，M1是大于或等于2的整数，所述M1个第一转换模块(47)彼此并联连接，每个第一转换模块(47)包括至少N个第一中间输入端子(48；147A、147B、147C和147D)，所述或每个第一中间输入端子(48；147A、147B、147C和147D)对应于所述AC输入电压的一个相，每个第一转换模块(47)适用于将具有N个相的所述AC输入电压转换为供应到多个第一中间输出端子(50)上的中间DC电压。
4.根据权利要求2或3所述的传动系统(16)，其中所述第二转换装置(40)包括M2个第二转换模块(56)，用于将DC输入电压转换为AC输出电压，M2是大于或等于2的整数，所述M2个第二转换模块(56)彼此并联连接，每个第二转换模块(56)包括三个第二中间输入端子(58)，每个第二转换模块(56)适用于将所述中间DC电压中的一个转换为包括P个相的AC输出电压，并且供应到P个第二中间输出端子(60)，所述或每个第二中间输出端子(60)对应于所述AC输出电压的一个相，所述第二中间输出端子(60)对应于连接到对应的连接端子(68U、68V和68W)的同一个相。
5.根据权利要求3或4的所述的传动系统(16)，其中所述电力供应系统(20)还包括M个电容器组(36)，M是大于或等于2的整数，每个电容器组(36)包括至少一个电容器(42和43)，且其中整数M、M1和M2彼此相等，所述M个第一转换模块(47)和所述M个第二转换模块(56)各自连接到对应的电容器组(36)上。
6.根据权利要求4或5所述的传动系统(16)，其中每个第二转换模块(56)包括连接到三个第二中间输入端子(58)上的、具有P个相的电压逆变器(62)，以及连接到所述电压逆变器(62)的输出侧上的磁性联轴器(64)。
7.根据权利要求6所述的传动系统(16)，其中所述电压逆变器(62)包括P个切换路径(112)，每个切换路径(112)包括串联连接在连接点(110U、110V或110W)处的至少两个可控电子开关(116)，每个连接点(110U、110V或110W)连接到所述磁性联轴器(64)上，并且其中所述电力供应系统(20)还包括用于计算所述逆变器(62)的所述电子开关(116)的控制信号的装置(70)，所述装置(70)包括用于至少两个对应逆变器(62)的载波信号的时延构件(132、134、136和140)。
8.根据权利要求3至7中的任一权利要求所述的传动系统(16)，其中每个第一转换模块(47)包括N个第一中间输入端子(48)、连接到N个第一中间输入端子(48)上的磁性联轴器(52)，以及具有连接到所述磁性联轴器(52)的所述输出侧上的N个相的电压整流器(54)。
9.根据权利要求8所述的传动系统(16)，其中所述电压整流器(54)包括N个切换路径(84)，每个切换路径(84)包括串联连接在连接点(80U、80V或80W)处的至少两个可控电子开关(88)，每个连接点(80U、80V或80W)连接到所述磁性联轴器(52)上。
10.根据权利要求7或9所述的传动系统(16)，其中针对每个电压整流器(54)和每个电压逆变器(62)的每个切换路径(84或112)，所述电力供应系统(20)还包括用于对所述切换路径(84或112)的所述电子开关(88和116)的切换进行同步的构件(142)。
11.根据权利要求3至7中的任一权利要求所述的传动系统(16)，其中所述第一转换模块(47)包括：NxQ个第一中间输入端子(147A、147B、147C和147D)，Q大于或等于2；以及连接到所述第一中间输入端子(147A、147B、147C和147D)上的具有N个相的电压整流器(54)，所述具有N个相的电压整流器(54)包括串联连接的Q个二极管电桥(149A、149B、149C和149D)，每个二极管电桥(149A、149B、149C和149D)包括电流的N个单向循环路径(150)，每个单向循环路径(150)包括串联连接在连接点(148A、148B、148C和148D)处的至少两个二极管(152)，每个连接点(148A、148B、148C和148D)连接到第一中间输入端子(147A、147B、147C或147D)上。
12.一种气体压缩设备(10)，所述气体压缩设备(10)包括气体压缩装置(14)以及所述压缩装置(14)的电力传动系统(16)，其中所述电力传动系统(16)与上述权利要求中的任何一项权利要求是一致的。
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