CN104638624A - 用于制造预充电电路模块的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种工业自动化设备、方法和电力系统。提供了用于将直流(DC)预充电电路耦接至电机驱动器的系统、方法和设备。在一个实施方式中，工业自动化设备可以包括封闭式模块，该封闭式模块可以包括预充电电路。预充电电路可以对直流(DC)总线进行预充电。此外，DC总线可以与逆变器耦接。封闭式模块还可以包括可以将预充电电路耦接至DC电源的电力输入和可以将预充电电路耦接至逆变器的电气输出结构。另外，预充电电路可以经由封闭式模块的滑动动作而可移除地耦接至逆变器和DC电源。

Description

用于制造预充电电路模块的系统和方法

技术领域

本公开内容总体上涉及电气驱动领域。更具体地，本公开内容涉及用于对电力电子设备例如电气驱动器中的直流(DC)总线进行预充电的预充电电路的模块化实施方式。

背景技术

在电力电子设备的领域中，各种各样的电路是已知的并且当前可用于转换电力、产生电力并且将电力施加至负载。根据该应用，电机驱动系统可以包括将传入的电力从一种形式转换为由负载所使用的另一种形式的电路。在典型的驱动系统中，例如，整流器将交流(AC)电力(例如来自市电网或发电机)转换成直流(DC)电力。逆变器电路然后可以将DC电力转换成具有特定频率的可控AC电力，从而以特定速度驱动电机。逆变器电路通常包括由驱动电路控制的若干高电力开关，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。电机驱动系统还常常包括可以将不期望的纹波电流从与电机驱动系统耦接的DC总线中移除的电力调节电路，该电力调节电路包括电容器和/或电感器。

在电机驱动系统的操作期间，并且特别是在启动期间，电机驱动系统中的电机驱动器可能接收到高电平的浪涌电流。该高电平的浪涌电流可能造成对电机驱动器的各种不利影响。为了在启动期间避免这些高电平的浪涌电流，典型的电机驱动系统可以包括预充电电路，该预充电电路在实际上经由DC总线将电源耦接至电机之前将初始电流施加至电机驱动系统的DC总线。同样，预充电电路可以在经由DC总线将来自电源的全源电压施加至逆变器之前对耦接至DC总线的若干电容器进行充电。可以将这样的技术称为预充电DC总线。

典型的预充电电路可以包括安装在平面阵列上的预充电电路的部件。然而，将该部件安装在平面阵列上可能没有高效地使用空间。而且，以此方式安装部件还可能使替换预充电设备的部件具有挑战性。同样，期望一种用于制造预充电电路的改进的系统和方法。

发明内容

以下概述了与最初要求保护的本发明在范围上相当的某些实施方式。这些实施方式仅意在提供对本发明的可能形式的简要概述。事实上，本发明可以包括可能与以下阐述的实施方式类似或不同的多种形式。

本公开内容总体上涉及用于制造对电机驱动系统的DC总线进行预充电的预充电电路的系统和方法。具体地，预充电电路可以是可以将预充电电路耦接至逆变器模块的模块化结构，使得可以将预充电电路模块和逆变器模块封闭在同一个电力柜内。而且，通过使用模块化结构来容置预充电电路，用户可以为了服务而更高效地访问预充电电路或者可以为了各种原因而快速地互换整个模块。

在一个实施方式中，一种工业自动化设备可以包括封闭式模块，该封闭式模块可以包括可以对直流(DC)总线进行预充电的预充电电路。DC总线可以与逆变器耦接。封闭式模块还可以包括电力输入和电气输出结构，其中，该电力输入具有可以将预充电电路耦接至DC电源的正极刺(stab)和负极刺，该电气输出结构可以将预充电电路耦接至逆变器。预充电电路可以经由封闭式模块的滑动动作而可移除地耦接至逆变器和DC电源。

在另一实施方式中，一种方法可以包括将模块化设备滑动到电力柜中以将模块化设备的正极刺和负极刺耦接至电源的电源接口。模块化设备可以包括预充电电路，该预充电电路可以对可以与电源和模块化设备耦接的DC总线进行预充电。此外，方法可以包括将逆变器模块滑动到电力柜中以将逆变器模块的输入耦接至模块化设备的输出。逆变器模块可以包括可以经由预充电电路进行充电的至少一个电容器，使得所述至少一个电容器可以跨接在DC总线上。

在又另一实施方式中，一种电力系统可以包括预充电模块。预充电模块可以包括：直流(DC)预充电电路，该直流预充电电路可以与DC总线耦接；正极电力刺和负极电力刺，该正极电力刺和该负极电力刺可以将预充电模块耦接至DC电源；至少两个滑出轨道支承部；以及电气输出。此外，电力系统可以包括逆变器模块。逆变器模块可以包括：电气输入，该电气输入可以与预充电模块的电气输出耦接；跨接在DC总线上的至少一个电容器，该至少一个电容器可以经由DC预充电电路进行充电；以及逆变器电路。电力系统还可以包括电力柜。电力柜可以包括：电源接口，该电源接口可以接纳正极电力刺和负极电力刺；至少两个滑出轨道，该至少两个滑出轨道可以接纳预充电模块的滑出轨道支承部；以及可以接纳预充电模块和逆变器模块的空间。

附图说明

在参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的所述以及其它的特征、方面和优点将变得更好理解，贯穿附图，附图中相同的附图标记表示相同的部分，其中：

图1是根据实施方式的配电网络的图示；

图2是根据实施方式的、在图1的配电网络中的预充电电路的图示；

图3是根据实施方式的、封闭图2的预充电电路的DC预充电模块的前透视图；

图4是根据实施方式的、封闭图2的预充电电路的DC预充电模块的前视图；

图5是根据实施方式的、封闭图2的预充电电路的DC预充电模块的后视图；

图6是根据实施方式的、图3的DC预充电模块的内部部件的前分解透视图；

图7是根据实施方式的、可存储于图3的DC预充电模块内的主电路断路器和共芯扼流圈的后分解透视图；

图8是根据实施方式的、具有预充电子组件、图3的DC预充电模块的分解后视图；

图9是根据实施方式的、能够接纳图3的DC预充电模块的电力柜的内部的前视图；

图10是根据实施方式的、可将两个DC预充电模块和两个逆变器模块封闭在其内的适当位置处的电力柜的前视图；以及

图11是根据实施方式的、可采用电力柜门的图10的电力柜的前视图。

具体实施方式

下面将对一个或多个具体实施方式进行描述。为了提供对这些实施方式的简洁的描述，在说明书中没有对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，在任何这类实际实现的开发中，如同在任何工程或者设计项目中一样，必须作出大量实现特定的判决来达到开发者的特定目标，例如遵从系统相关的并且商业相关的约束，这些约束可能对于每个实现都是不同的。而且，应当理解，这样的开发工作可能是复杂的和耗时的，但是对于受益于本公开内容的普通技术人员而言，这仍然只是设计、加工和制造的例行工作。

当介绍本发明的各种实施方式中的元素时，冠词“一个”、“一”以及“所述”旨在意味着存在一个或多个元素。术语“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除了所列举的元素以外，还可以存在附加的元素。

本公开内容的设备、系统和方法涉及对电机驱动系统中的电机驱动器上的DC总线进行预充电。在电机驱动系统的操作期间，并且特别是在启动期间，电机驱动电路(例如逆变器、电容器)可以在对与电机驱动器相关联的电力调节电容器进行充电时汲取高电平的浪涌电流。通常，电机驱动配置可以包括预充电电路，该预充电电路可以在使电机驱动器启动以前将初始电流施加至电机驱动器的DC总线。初始电流可以基本上小于浪涌电流，并且可以对可与DC总线耦接的DC电容器(即电力调节电容器)进行充电。以初始电流对电容器进行预充电可以保护电容器免于可能在启动期间由高电平的浪涌电流导致的可能损害。

考虑到前述内容，本公开内容的实施方式包括可以封闭预充电电路的模块，其中，在启动期间、在线电压在驱动操作期间下陷期间、以及在某些故障条件下将驱动器与公共DC总线隔离时，该预充电电路可以控制提供至电机驱动系统的DC电容器的电流。此外，在一些实施方式中，预充电电路可以在不使用电路断路器的情况下利用自动开关例如模制外壳式开关来隔离电机驱动器。这样的模块可以与电机驱动系统的逆变器模块充分紧凑地安装在单个电力柜中。

作为介绍，图1是根据本文所描述的系统和技术的实施方式的配电网络10的图示。配电网络10可以包括一个或更多个电机驱动器12，该一个或更多个电机驱动器12通过具有正极侧(+v)34和负极侧(-v)36的直流(DC)总线32与公共总线14耦接。如图1所示，DC总线14可以向若干电机驱动器12供电。然而，应当指出，在一些实施方式中，可以将DC总线14专用于单个电机驱动器12。DC总线14可以由本领域中已知的任意DC源例如电池、太阳能板或整流器源来供电。在一些实施方式中，整流器源可以是18脉冲、有源前端整流器。

电机驱动器12可以包括逆变器22，该逆变器22可以以期望频率生成三相输出波形以用于驱动连接至输出端子24、26和28的电机30。电机驱动器12还可以包括电容器38，该电容器38连接在DC总线32的正极侧34与DC总线32的负极侧36之间。在一些实施方式中，电容器38可以通过从公共DC总线14中移除交流(AC)纹波来过滤存在于DC电压波形中的噪声，使得DC总线可以载送非常接近真实DC电压的波形。

在一些实施方式中，电机驱动器12可以包括预充电电路40，其中该预充电电路40可以减小会在电源首先耦接至电机驱动器12时发生的浪涌电流。大浪涌电流可以部分地由电容器38促进，该电容器38可以在电压被施加至本地DC总线32之后并且在电容器38已经存储了充分的电荷之前暂时表现出像短路电路一样。一般而言，预充电电路40可以通过在初始充电阶段期间借由向电容器38提供电流来对电容器38进行充电直到电容器38充电至某一电压为止来减小浪涌电流。

在一些实施方式中，每个电机驱动器12可以在DC总线32的正极侧34和负极侧36中的每一侧上包括熔断器20。如将在以下更详细地描述的那样，熔断器20可以适合于针对预充电电路40中的部件提供负载切断能力。熔断器20可以是向预充电电路40中的部件提供电流保护(例如在短路期间)的电阻器或任何适合的牺牲设备。

图2是图1所示的电机驱动器12的、采用预充电电路40的部分的图示。电机驱动器12可以包括逆变器22，该逆变器22具有固态开关42的布置，例如电力金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)等。在一些实施方式中，可以将一对开关42串联地(例如集电极至发射极)耦接在内部DC总线32的正极侧34与负极侧36之间。此外，可以将DC总线32的正极侧34和负极侧36耦接至预充电电路40的电力输入55。在图2示出的实施方式中，将这些成对开关42中的三对并联地耦接至内部DC总线32，总计六个开关42。每个开关42相对于二极管44并联地并且沿相反的方向来布置。例如，开关42的集电极耦接至二极管44的阳极并且开关42的发射极耦接至二极管44的阴极。将输出端子24、26和28中的每一个耦接至其中一对开关42之间的开关输出中的一个。此外，驱动器电路46可以耦接至逆变器22以生成三相输出波形。在一些实施方式中，驱动器电路46可以连接至开关42中的每个以使开关42能够以特定的顺序迅速地切换以生成近似正弦的输出波形。

逆变器22可以在预充电电路40的输出82处连接至内部DC总线32，并且逆变器22可以包括可与预充电电路40并联地耦接的电容器38。预充电电路40可以包括手动开关50。手动开关50可以包括正极侧手动开关54，该正极侧手动开关54与预充电电阻器58串联地连接并且与DC总线32的正极侧34并联地耦接。手动开关50还可以包括负极侧手动开关52，该负极侧手动开关52与预充电电阻器56串联地连接并且与DC总线32的负极侧36并联地耦接。预充电电路40还可以包括自动开关60，其中该自动开关60包括在DC总线32的正极侧34上的正极侧自动开关62以及在DC总线32的负极侧36上的负极侧自动开关64。自动开关60可以由预充电电路40中的预充电控制电路66来控制。预充电控制电路66可以包括通信部件、处理器、存储器、存储装置和输入/输出(I/O)端口等。通信部件可以是可促进预充电控制电路66、手动开关50和自动开关60等之间的通信的无线或有线通信部件。处理器可以是能够执行计算机可执行代码的任意类型的计算机处理器或微处理器。存储器和存储装置可以是能够用作存储处理器可执行代码的介质的任意适合的物品。这些制造物品可以表示可存储由处理器用来执行当前公开的技术的处理器可执行代码的计算机可读介质(即任意适合的形式的存储器或存储装置)。

在一些实施方式中，自动开关60可以包括机动模制外壳式开关。预充电控制电路66可以通过将电力施加至自动开关60的线圈或电机来控制自动开关60的断开或接通。预充电控制电路66可以连接至预充电电阻器56和58的每一侧以感测跨预充电电阻器56和58的电压降。基于所感测的电压降，预充电控制电路66可以控制自动开关60的断开或接通。在一些实施方式中，预充电控制电路66还可以包括变压器68，该变压器68可以将电力提供至预充电电路40中的各个部件。例如，变压器68可以将电力提供至可用于接通或断开自动开关60的一个或更多个线圈或电机。

一般而言，当电容器38在预充电操作期间进行充电时，手动开关50可以是接通的而自动开关60可以是断开的，并且预充电控制电路40可以通过接通的手动开关50来输送电力。因为自动开关60可以是断开的，所以预充电电流可以流过接通的手动开关50以及预充电电阻器56和58，并且可以在电容器38进行充电时将在DC总线32上汲取的电流调节成本领域中已知的可接受值。在经过了适合的时间段之后或者在DC总线32达到阈值电压(即，如跨预充电电阻器56和58而测量的电压)之后，预充电控制电路66可以接通自动开关60以旁路预充电电阻器56和58，由此自动将预充电电阻器56和58从电机驱动器12断开连接。因为电容器38将会被充电至约等于DC总线电压的电压(即阈值电压)，所以逆变器22可以避免接收过度的浪涌电流。

在一些实施方式中，熔断器20可以在DC总线32的正极侧34和负极侧36中的每一侧上耦接在手动开关50与自动开关60之间。例如，第一熔断器20可以被定位在正极侧自动开关62与正极侧手动开关54之间而第二熔断器20可以位于负极侧自动开关64与负极侧手动开关52之间。熔断器20可以是适于针对自动开关60提供负载切断能力的任意适合的元件(例如电阻器、牺牲配线)。在一些情况下，例如在短路期间，熔断器20可以将自动开关62和64从电源断开连接以保护自动开关62和64免于短路。此外，在一些实施方式中，熔断器20还可以与手动开关50串联地耦接以保护手动开关50免于电流涌入。

如上所述，预充电电路40可以在保护电机驱动系统的各个部件中是有用的。然而，如同利用任意种类的电气部件一样，可以在预充电电路40的寿命期间对预充电电路40的许多部件进行替换或维修。为了向用户提供用于替换和维护预充电电路的部件或预充电电路40本身的更高效的方式，将预充电电路40构造成为模块化结构会是有益的。在图3至图14中论述了用于以模块化结构来实现预充电电路40的各种实施方式的更详细的说明。特别地，图3至图5示出了可以在预充电模块化结构中采用的外部部件的示例。图6至图8示出了可以定位和组装预充电模块化结构的内部部件的示例性方式。而且，图9至图14示出了如何将预充电模块化结构定位在电力柜内的示例。

首先从图3开始，示出了DC预充电模块70(即预充电模块化结构)的一个实施方式的前透视图。如图3所示，DC预充电模块70可以包括前盖72，该前盖72可以包括标识特定DC预充电模块70的标记。DC预充电模块70还可以包括布置在DC预充电模块70顶部上每侧的滑出轨道支承部74。滑出轨道支承部74可以提供用于DC预充电模块70经由用户的滑动动作来滑动到电力柜(未示出)中以及从该电力柜中滑出的机构。在一个实施方式中，通过抓住布置在前盖72上的把手76并且将滑出轨道支承部74与可以布置在电力柜的顶板上的对应的一组滑出轨道(未示出)进行对准，用户能够将DC预充电模块70放置于电力柜内。一旦滑出轨道支承部74与电力柜的对应的一组滑出轨道对准，用户就可以朝向电力柜的后端推模块70。可以以类似的方式完成移除。也就是说，用户可以抓握把手76并且沿朝向电力柜前面的方向拉DC预充电模块70。

如可以从所说明的实施方式所理解的，DC预充电模块70可以被设计成使得电力柜可以具有高电力密度。电子设备的电力密度可以通过将设备的马力除以设备的体积来测量。高电力密度可以指示设备的紧凑度级别，该紧凑度级别在处理空间约束时会是有用的。由于容纳DC预充电模块70的空间可能是有限的，因此最小化DC预充电模块70的大小可以使电力柜能够具有高电力密度。在所说明的实施方式中，DC预充电模块70的电力密度可以为约19,000 HP/m^3。因此，DC预充电模块70的大小可以使电力柜能够有充分高的电力密度来在电机驱动系统的空间约束内高效工作。

另外，DC预充电模块70可以包括在前盖72的上部上的耦接点78。耦接点78可以使用户能够将DC预充电模块70紧固至电力柜的结构或框架。如后面将更详细论述的，将DC预充电模块70耦接至电力柜可以提供DC预充电模块70的输入与电源接口之间的恒定且适当的接触。

在一些实施方式中，DC预充电模块70还可以包括上锁挂牌点80。上锁挂牌点80可以使用户能够确定是否可以将DC预充电模块70耦接至任意形式的电力(例如来自DC预充电模块70的输入或输出)。同样，正确使用上锁挂牌点80可以使用户能够通过移除所有潜在能源与DC预充电模块70的电气耦接来在电气上隔离DC预充电模块70。例如，用户可以断开在电源与DC预充电模块70之间耦接的电路断路器，并且可以在上锁挂牌点80之一处放置锁以确保另一个用户不接通相应的断路器。在一个实施方式中，上锁挂牌点80可以被构造成满足关于危险能量控制的最小职业安全与健康管理(OSHA)标准。在所说明的实施方式中，上锁挂牌点80位于DC预充电模块70的断路器处以及电力系统断开点处。

现在转向图4，DC预充电模块70可以包括DC预充电模块70的输出82。输出82可以提供DC预充电模块70与逆变器模块(未示出)之间的连接，其中，在至少一个实施方式中，逆变器模块可以位于电力柜(未示出)中的DC预充电模块70以下。输出82可以将预充电电路40耦接至图3的DC总线32的正极侧34和负极侧36。此外，DC预充电模块70的输出82可以将DC电流提供至图2中所描绘的、位于如上所述的逆变器模块内的电容器38。

另外地，当逆变器模块滑动至电力柜中时，逆变器模块的输入可以耦接到DC预充电模块70的输出82上。一旦输入耦接到输出82上，耦接设备就可以将输入紧固至输出82。耦接设备可以是螺旋系统、螺栓螺母系统等。将输入进一步紧固至输出82可以使DC预充电模块70和逆变器模块在电机驱动系统的正常工作条件期间保持耦接。另外，耦接设备可以使用户能够容易地移除和替换存储在电力柜内的各个部件。也就是说，耦接设备可以被松开以使逆变器模块和DC预充电模块70能够彼此分开并且从电力柜中被移除以用于现场维护或替换。因而，DC预充电模块70的模块化配置可以使得能够获得服务电机驱动系统的效率。

图5示出DC预充电模块70的一个实施方式的后视图。如图5所示，滑出轨道支承部74可以存在于DC预充电模块70的顶部的两侧上。在一个实施方式中，每个滑出轨道支承部74可以是DC预充电模块70的框架的侧板的延伸部。可以使该延伸部成形为半圆形以提供可使DC预充电模块70挂于布置在电力柜(未示出)上的滑出轨道的边缘。滑出轨道支承部74可以使用户能够将DC预充电模块70滑动到电力柜中或从电力柜中滑出。滑出轨道支承部74还可以帮助在电力柜内适当地对准DC预充电模块70。在电力柜内的适当对准可以使DC预充电模块70能够被置于适合于将DC预充电模块70的电力输入55耦接至电源的位置。另外，后盖84可以针对DC预充电模块70的内部部件以及另一个表面提供保护以针对各种其它内部部件提供支承。

图5中描绘的后视图还示出了DC预充电模块70的电力输入55的至少一个实施方式。电力输入55可以包括电力刺引导装置86、负极刺88和正极刺90。刺88和90可以是从DC预充电模块70的后部伸出的突出部。此外，刺88和90可以被整形为使得每个刺88和90可以具有宽底并且通常产生具有钝端的楔形。楔形配置可以使刺88和90随着电力刺88和90被进一步推靠电力插头而能够提供与电源的电力插头的增大的接触。电力输入55可以被电力刺引导装置86引导到电源中。电力刺引导装置86可以由塑料或任何其它的非导电材料构成。在至少一个实施方式中，电源可以通过电源的电力插头与电力输入55对接。电力刺引导装置86可以安装在电力插头中的两个电力刺引导装置收受器之间。同样，电力刺引导装置86可以填充电力刺引导装置收受器之间的空隙或空闲空间。由于电力刺引导装置86被安装在该空隙内，因此负极电力刺88和正极电力刺90可以被引导到电力插头的一对刺收受器中。

另外，当负极刺88和正极刺90被耦接至电源时，它们可以从DC总线32的负极侧36和正极侧34分别接收电力。在一个实施方式中，可以通过将负极刺88和正极刺90推到电力插头的刺收受器中，来将DC预充电模块70耦接至电源。也就是说，当经由滑出轨道70将DC预充电模块70推到电力柜中时，负极刺88和正极刺90可以被推到可被布置在电力柜中的电力插头的刺收受器中。通过使用该滑动动作来将DC预充电模块70与电源和逆变器模块进行连接和断开，可以使多个DC预充电模块70可用于替换电机驱动系统中的现有DC预充电模块70，从而使得能够以最小系统停机时间来完成DC预充电模块70的替换。

图6示出DC预充电模块70的一个实施方式的若干内部部件的前透视图。电阻器56和58可以例如耦接在后盖84的内侧上。电阻器56和58可以对应于图2所示的预充电电阻器56和58。如上所论述的，电阻器56和58可以使预充电控制电路66能够确定DC预充电模块70如何可以在任意给定时间运行。也就是说，预充电控制电路66可以监视在电机驱动系统处于预充电模式下时跨电阻器56和58的电压降，并且可以确定DC总线32已被充分充电的点。在一些实施方式中，DC总线32已被充分充电的点可以在一堆电力调节电容器(例如电容器38)被充电至由DC电源提供的全源电压的约90％时。在至少一个实施方式中，通过将这堆电容器(例如电容器38)充电至全源电压电荷的约90％，预充电电路可以充分地保护逆变器模块的部件免于可能从电源接收到的浪涌电流。

另外，图6中还示出了DC预充电模块70的电力输入55。如上所述，电力输入55可以包括电力刺引导装置86、负极刺88和正极刺90。在该图示中，电力输入55延伸穿过后盖84。负极刺88和正极刺90的下部可以包括凹进区域91。凹进区域91可以提供用于电力输入55与DC总线32的各个部件耦接的位置。通过将电力输入55耦接至DC总线32，DC预充电模块70的预充电电路40可以从电源接收电力。

图6中还示出了预充电控制电路66。预充电控制电路66可以被定位成沿DC预充电模块70的一侧。在一个实施方式中，预充电控制电路66可以被定位成在DC预充电模块70的这一侧提供最大空间量。因此，DC预充电模块70内的更多区域可以用于可包含于DC预充电模块70中的各个部件。

另外，图6示出了一组熔断器20和保护设备59例如继电器。如图1和图3所示，可以与自动开关60和/或手动开关50串联地来定位熔断器20。在一个实施方式中，保护设备59可以包括欠电压继电器，其中该欠电压继电器可以在电机驱动系统的电压降至预定阈值以下时通过触发预充电电路40而运行。当预充电控制电路66经由保护设备59检测到这样的情形时，预充电控制电路66可以使预充电电路40恢复至预充电模式，直到电源提供恰当的电压并且电容器38被充电至恰当的值为止。

图7是DC预充电模块70的内部部件的一个实施方式的后透视图。该图示示出了DC预充电模块70的若干不同部件如何能够相对于彼此而定向。在本实施方式中，可以将DC预充电模块70的输出82沿DC预充电模块70的底部被定向，以使其可以与逆变器模块(未示出)的输入耦接。如上所论述并且如下所进一步论述的，逆变器模块可以被定位在电力柜中的DC预充电模块70之下。在一个实施方式中，共模芯92可以耦接至DC预充电模块70的输出82。共模芯92可以用作用于可由预充电电路40输出的共模电流的扼流圈。因此，共模芯92对于限制由预充电电路40从电源接收的共模电流或高频干扰可能是有用的。

图7还示出了可与预充电电路40一起被采用的主电路断路器94。主电路断路器94可以与DC预充电模块70的若干部件例如电力输入55和输出82通信。主电路断路器94可以用作保护DC预充电模块70中的部件免于意外条件例如短路、过载电路和接地故障等的机构。连同主电路断路器94一起，总线工件96可以将共模芯92耦接至主电路断路器94。总线工件96还可以将经由DC预充电模块70的输入55的电源耦接至经由DC预充电模块70的输出82的逆变器模块。

图8是DC预充电模块70在没有后盖84和电力输入55的情况下的实施方式的后视图。如图8所示，DC预充电模块70可以包括熔断器子组件98，其中该熔断器子组件98可以从DC预充电模块70移除，以允许对位于熔断器子组件98中的一个或更多个熔断器20的高效访问。可以将熔断器子组件98耦接至DC预充电模块70的DC总线工件96，并且还可以从该DC预充电模块70的DC总线工件96移除该熔断器子组件98。同样，可以在不必打开DC预充电模块70的任何封闭部分的情况下从DC预充电模块70移除熔断器子组件98。一旦移除熔断器子组件98，就可以替换熔断器子组件内的熔断器。熔断器子组件98内的熔断器20可以为预充电电路40中的元件提供负载切断。例如，熔断器可以被配置有取决于所采用的电机驱动系统的480 V或690 V的额定电压。在容易地移除熔断器子组件98的情况下，用户能够通过用新的、基本类似的或替换的熔断器子组件98来简单地替换熔断器子组件98，来更换DC预充电模块70中的熔断器20。同样，熔断器子组件98可以减小电机驱动系统在熔断器被替换时可能经历的停机时间量。一旦从DC预充电模块70移除了熔断器子组件98，维护就可以包括：替换熔断器20以及将子组件98返回至DC预充电模块。此外，熔断器子组件98可以向用户提供在熔断器子组件98之间切换的更容易的方式。同样，熔断器子组件98可以允许在需求该类更换的情形期间的熔断器类型之间的快速转变。

现在转向图9至图11，将对DC预充电模块相对于构成电机驱动系统的其它部件的定位进行讨论。在图9中，示出了在电力柜内的DC预充电模块接纳器100的一个实施方式的视图。接纳器100可以包括可用作用于电力刺88和90的电源接口的电力叉形插头102。在其它实施方式中，接纳器100可以包括能够与电力刺88和90对接的任意类型的电源接口。电力叉形插头102可以包括两个电力叉形元件。可以其中一个元件耦接至DC总线32的正极侧34而将另一个元件耦接至DC总线32的负极侧36。同样，两个元件可以分别接纳正极刺90和负极刺88。

在一个实施方式中，电力刺引导装置86可以占据两个电力叉形元件之间的空间103。电力刺引导装置86可以帮助将电力刺88和90引至它们在电力叉形插头102内的相应位置中。而且，当电力刺88和90被推到电力叉形插头102中时，电力刺88和90可以电气耦接至电力叉形插头102的电力叉形元件，由此将电源电气耦接至DC预充电模块70。

电力叉形插头102可以耦接至图1和图2所示的DC总线32的正极侧34以及DC总线32的负极侧36。正极侧34和负极侧36可以将电力提供到电力柜中并且随后提供到DC预充电模块70中。如图9所示，电力柜可以接纳可耦接至三个逆变器模块的三个DC预充电模块70。然而，应当指出，电力柜可以被配置成封闭任意数量的DC预充电模块70。

另外，图9示出了可作为电力柜的一部分的多个滑出轨道108。滑出轨道108可以位于电力柜的顶板上。滑出轨道108可以被配置成接纳在图3、图5和图8中所示的DC预充电模块70的滑出轨道支承部74。滑出轨道108与滑出轨道支承部74之间的交互可以使DC预充电模块70能够经由用户的滑动动作而滑动到DC预充电接纳器100中和从DC预充电接纳器100中滑出。滑出轨道108在与滑出轨道支承部74交互时还可以在电力柜的顶部处将DC预充电模块70悬挂于该滑出轨道108。为了进一步将DC预充电模块70紧固在电力柜内，可以使耦接点110位于电力柜上以使固定件能够将DC预充电模块70耦接至电力柜。耦接点110可以与图3至图5中所示的DC预充电模块70的耦接点78对准。当DC预充电模块70位于DC预充电接纳器100内的适当位置中时，可以通过耦接点78和110插入紧固件，从而保持DC预充电模块70紧固地固定在电力柜内。固定件可以包括螺旋系统、螺栓螺母系统等。

图10示出在电力柜116内具有两个DC预充电模块70和两个逆变器模块114的实施方式。如上所述，在一些实施方式中，电力柜116可以容置超过两个的DC预充电模块70和逆变器模块114，或者电力柜116可以容置仅一个DC预充电模块70和一个逆变器模块114。另外，在一些实施方式中，多个电力柜116可以彼此并行地使用，从而为恰当数量的电机驱动系统提供充分的电力量。

图11示出了电力柜116的实施方式的前盖120。前盖120为电力柜116内的两对DC预充电模块和逆变器模块中的每一对提供额外的上锁挂牌点122。此外，前盖120可以防止在工作期间对电力柜116内的带电部分的任何用户干扰。最小化用户干扰由此提供了对DC预充电模块70和逆变器模块114的工作的增加的安全性。

尽管本文已经示出并且描述了本发明的仅仅某些特征，然而本领域的技术人员将会设想到许多修改和变化。因此，要理解的是，所附权利要求意在涵盖落于本发明真实精神内的所有这样的修改和变化。

Claims (20)

1.一种工业自动化设备，包括：

封闭式模块，包括：

预充电电路，其被配置成对直流总线进行预充电，其中该直流总线被配置成与逆变器耦接；

电力输入，其具有被配置成将所述预充电电路耦接至直流电源的正极刺和负极刺；以及

电气输出结构，其被配置成将所述预充电电路耦接至逆变器，其中所述预充电电路被配置成经由滑动动作可移除地耦接至所述逆变器和所述直流电源。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括布置在所述正极刺与所述负极刺之间的电力刺引导装置，其中所述电力刺引导装置被配置成引导所述正极刺和所述负极刺的位置以与所述直流电源对接。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述封闭式模块包括至少两个滑出轨道支承部，所述至少两个滑出轨道支承部被配置成接纳布置在电力柜内的至少两个滑出轨道。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述电力柜包括电源接口，所述电源接口被配置成经由滑动动作将所述正极电力刺和所述负极电力刺耦接至所述直流电源。

5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少两个滑出轨道支承部中的每个滑出轨道支承部都包括半圆形边缘。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电气输出结构被配置成向跨所述直流总线而耦接的一个或更多个电容器输出电流。

7.根据权利要求1所述的设备，还包括预充电子组件，所述预充电子组件包括一个或更多个熔断器，所述一个或更多个熔断器被配置成针对所述预充电电路的一个或更多个部件提供负载切断。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述预充电子组件被配置成使其从所述封闭式模块中移除并且被基本上类似的预充电子组件替换。

9.根据权利要求1所述的设备，还包括被配置成减小高频共模电流的共模芯，其中所述共模芯被配置成与所述电气输出结构电耦接。

10.一种方法，包括：

将模块化设备滑动到电力柜中，由此将所述模块化设备的正极刺和负极刺耦接至电源的电源接口，其中，所述模块化设备包括预充电电路，所述预充电电路被配置成对直流总线进行预充电，其中所述直流总线被配置成与所述电源和所述模块化设备耦接；以及

将逆变器模块滑动到所述电力柜中，由此将所述逆变器模块的输入耦接至所述模块化设备的输出，其中，所述逆变器模块包括被配置成经由所述预充电电路被充电的至少一个电容器，以及其中，所述至少一个电容器跨所述直流总线而耦接。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，将模块化设备滑动到所述电力柜中包括：在布置在所述电力柜内的至少两个滑出轨道上滑动所述模块化设备。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述模块化设备包括至少两个滑出轨道支承部，所述至少两个滑出轨道支承部被配置成接纳布置在所述电力柜内的所述至少两个滑出轨道。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，利用布置在所述正极刺与所述负极刺之间的电力刺引导装置，将所述正极刺和所述负极刺引导到所述电源接口中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电力刺引导装置包含非传导材料。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述模块化设备包括布置在所述模块化设备的表面上的一个或更多个上锁挂牌位置。

16.一种电力系统，包括：

预充电模块，包括：

直流预充电电路，其被配置成与直流总线耦接；

正极电力刺和负极电力刺，其被配置成将所述预充电模块耦接至直流电源；

至少两个滑出轨道支承部；以及

电气输出；

逆变器模块，包括：

电气输入，其被配置成耦接至所述直流预充电模块的所述电气输出；

至少一个电容器，其被配置成跨所述直流总线而耦接，其中所述直流总线被配置成经由所述直流预充电电路而被充电；以及

逆变器电路；和

电力柜，包括：

电源接口，其被配置成接纳所述正极电力刺和所述负极电力刺；

至少两个滑出轨道，其被配置成接纳所述预充电模块的所述滑出轨道支承部；以及

被配置成接纳所述直流预充电模块和所述逆变器模块的空间。

17.根据权利要求16所述的电力系统，其中，所述滑出轨道被配置成使所述预充电模块悬挂于所述电力柜的上部。

18.根据权利要求16所述的电力系统，其中，所述电力柜被配置成接纳两个或更多个预充电模块，所述两个或更多个预充电模块被配置成与两个或更多个逆变器模块耦接。

19.根据权利要求18所述的电力系统，其中，与所述两个或更多个逆变器模块耦接的所述两个或更多个预充电模块被配置成在所述电力柜内彼此并行地对准。

20.根据权利要求16所述的电力系统，其中，所述预充电模块被配置成提供至少约19,000HP/m^3的电力密度。