CN105493370A - 用于减小谐波的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于例如当使用一个交流-交流转换器(52)来驱动一个负载(10)(如一个电动机驱动)时减小谐波的系统和方法。在一个第一实施例中,提供了多个负载驱动电路(52a-52c),每个负载驱动电路从一个三相交流电源(2)中汲取电流并且驱动一个交流负载,其中,每个所述负载驱动电路包括一个三相整流器,这些负载驱动电路的这些整流器被控制(54)成使得这些负载驱动电路对该交流电源的整流是交错的。在一个第二实施例中,一个负载驱动电路包括一个电子感应器,该电子感应器被配置成用于控制该直流链路,这样使得由该负载驱动电路从该交流电源(2)中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。可以将该第一和第二实施例结合起来。

Description

用于减小谐波的装置和方法
发明领域
本发明涉及减小电源系统中例如当驱动非线性负载时所引起的谐波。
发明背景
理想的交流电源本质上是正弦的。非线性负载(如整流器和电机驱动器)将不同的频率引入电源中。这些不同的频率被称作谐波。
图1示出了总体上由参考标号1指示的系统,其中一个负载(如一个电机)在一个逆变器的控制下被驱动。系统1包括一个三相交流电源2、一个三相整流器4、一个直流链路部分6、一个逆变器8和一个负载10。直流链路部分6包括一个直流链路电容器12。一个第一感应器14连接在整流器4的一个第一输出端与直流链路电容器12的一个第一端子之间。一个第二感应器15连接在整流器4的一个第二输出端与直流链路电容器12的一个第二端子之间。感应器14、15(其设置在整流器4的直流侧)有时被称为直流扼流圈。
如本领域内众所周知的,由交流电源2提供的交流电源电压被转换成出现于跨直流链路电容器12的直流电压。逆变器8将在该直流链路电容器的该直流信号转换成用于驱动负载10的一个可控交流信号(典型地,该交流信号的振幅、相位和频率是可控的)。从而,系统1提供了用于驱动负载10的一个可控交流-交流转换器。
整流器4和逆变器8都是非线性负载。因此,系统1能够引起待引入交流电源2的显著的谐波电流。提供感应器14和15以减小来自于待返回给交流电源2的较高的频率成分(即谐波)。
已经明确确认使用感应器来减小谐波。然而,尤其是当寻求过滤相对较低频率的谐波电流时,感应器会既庞大又昂贵。进一步地,感应器会在较高电流级上饱和。仍然需要一种系统,其中能够以其他方式减小谐波电流。
本发明设法解决以上概述的问题。本发明的原理可应用于电机驱动应用(如以下描述的应用)。然而,本发明的原理可以应用于许多其他的应用,包括但不限于感应加热和电弧炉系统。
发明概述
本发明提供了一种负载驱动电路(例如用于驱动电机),包括:一个整流器(如,一个三相整流器),该整流器具有耦合到一个交流电源(如,一个三相交流电源)上的一个输入端;一个直流链路级(具有耦合到该整流器的该输出端上的一个输入端并且典型地,包括维持一个直流链路电压的一个或多个直流链路电容器);一个逆变器,该逆变器具有耦合到该直流链路级的一个输出端上的一个输入端以及耦合到一个负载上的一个输出端,其中,该逆变器将该直流链路级的一个输出电压转换成用于驱动该负载的一个信号(典型地,在一个控制模块的控制下);以及一个电子感应器(设置在该整流器与该直流链路级之间),该电子感应器被配置成用于控制该直流链路级的该输出电压和/或输出电流,这样使得该负载驱动电路从该交流电源中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。在该系统的典型使用中,该(三相)整流器的该直流链路电流被(使用该电子感应器)控制,以便控制该整流器的该输入电流(即由该整流器从该交流电源中汲取的电流)。
本发明还提供了一种方法,包括控制设置在一个整流器与一个负载驱动电路的一个直流链路级之间的一个电子感应器,这样使得该直流链路级的该输出电压和/或输出电流被控制成使得由该负载驱动电路从一个三相交流电源中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。
在本发明的许多形式中,该阶梯状轮廓在数学上等效于分别具有第一、第二和第三相位偏移的一个第一、第二和第三脉冲的总和。更具体地,该阶梯状轮廓由给出,其中,30、α1和α2分别是所述第一、第二和第三偏移。应当注意,每个变量A、B、和C可以是正的或负的,这样使得能够由以上公式描述出各种各样形状的阶梯状轮廓。
在本发明的许多形式中,该阶梯状轮廓由给出,其中,Idc1、Idc2和-Idc2是该第一、第二和第三脉冲的振幅。在本发明的许多形式中,变量Idc1和Idc2都是正的,但这不是必需的;例如,这些变量中的任一个(或两者)可以是负的。因而,该阶梯状轮廓的生成可以是非常灵活的。
通过在数学上表达出谐波,选择以上概述的方程式中的变量是可能的,这样使得减小或甚至消除特定谐波。这能够被用于减小总谐波失真(THD),而不需要大的直流扼流圈。
该阶梯状轮廓可以被成形为使得在一个三相系统中,用于该三相中每一相的阶梯状轮廓是对称的。
该阶梯状轮廓可以具有一个第一部分和一个第二部分,该第一和第二部分是对称的,该第一部分包括一个第一凸起和一个第二凸起,其中,每个凸起具有一个持续时长θ,该第一凸起起始于脉冲开始之后的一个时间β,在该第一与第二凸起之间的时间是2β,并且从该第二凸起结束至该脉冲部分结束的时间由β给出。所述第二部分可以是该第一部分的逆(因此维持了该脉冲的对称性)。在本发明的一些形式中,该脉冲的该第一和第二部分各自具有一个120度的持续时长,这样使得2β+θ=60。
该电子感应器可被配置成使得从该交流电源中汲取的该电流的至少一个谐波分量(如第五和/或第七谐波)被消除(或最小化)。该电子感应器可被配置成用于最小化或消除多于一个谐波(尽管这在数学上并不简单)。
该负载驱动电路可进一步包括在该交流电源与该/每个整流器之间的一个LC滤波器。
本发明还提供了一种系统,该系统包括多个负载驱动电路,每个负载驱动电路从一个三相交流电源中汲取电流并且驱动一个交流负载,其中,每个所述负载驱动电路包括:一个整流器(如,一个三相整流器),该整流器具有耦合到该交流电源上的一个输入端;一个直流链路级,该直流链路级具有耦合到该整流器的该输出端上的一个输入端(并且典型地,包括维持一个直流链路电压的一个或多个直流链路电容器);以及一个逆变器,该逆变器具有耦合到该直流链路级的一个输出端上的一个输入端以及耦合到对应负载上的一个输出端,其中,该逆变器将一个直流链路电压转换成用于驱动对应交流负载的一个信号(典型地,在一个控制模块的控制下),其中:每个直流链路级包括一个电子感应器,该电子感应器被配置成用于控制该直流链路级的该(输出)电压和/或(输出)电流;并且这些负载驱动电路的这些整流器被安排成使得这些负载驱动器中的至少一些负载驱动器的整流是交错的(因此减小该交流电源的该谐波失真)。因此,该多个整流器的定时能够是交错的,如从该交流电源汲取的电流总和与由每个并联负载驱动电路汲取的电流相比具有较小的谐波含量。
本发明还提供了一种方法,该方法包括控制并联安排的多个负载驱动电路的整流器,这样使得这些负载驱动器中的至少一些负载驱动器的整流是交错的,其中,每个所述负载驱动电路包括:一个整流器,一个直流链路级,一个逆变器,以及一个电子感应器,该电子感应器被配置成用于控制该直流链路级的输出电压和/或输出电流。该方法可以进一步包括控制每个并联负载驱动电路的电子感应器,这样使得由该负载驱动电路从一个交流电源中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。确实,该方法可包括以上概述的方法的任何特征。
在本发明的一些形式中,该多个逆变器中的每个逆变器驱动一个不同的负载。
每个电子感应器可以被控制成使得对应负载驱动电路从该交流电源中汲取基本上方波电流脉冲。
在本发明的一些形式中,该多个负载驱动电路中的至少一些负载驱动电路的这些整流电路是基于晶闸管(或基于SCR)的整流器,其中,这些晶闸管(或这些SCR)被控制以便提供所述交错整流。
本发明可进一步包括用于控制这些电子感应器(尤其是用于控制整流器脉冲定时)的一个控制模块。该控制模块可以是用于所有电子感应器的一个中央控制模块。可替代地或此外,可以提供用于每个电子感应器的一个单独的控制模块。可替代地或此外,这些电子感应器中的至少一些电子感应器可以与其他电子感应器进行通信。
因此,用于这些电子感应器的各种各样的控制模块是可能的。在一个实施例中,提供了在不同电子感应器之间的一个固定相移。可替代地,这些相移可以是取决于操作条件可变的。这些相移可以是可调节的,以便减小总THD或控制一个或多个特定谐波的幅值。这些相移值可以基于存储在一个查找表中的负载条件和/或功率水平。
所述电子感应器可以被配置成用于控制该直流链路级的该输出电压和/或输出电流,这样使得该负载驱动电路从该交流电源中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。
附图简要说明
现在将参考以下示意图更详细地描述本发明,在附图中:
图1示出了一个现有技术系统,其中,一个负载在一个逆变器的控制下被驱动;
图2示出了根据本发明的一个方面的一个电路,其中,一个负载在一个逆变器的控制下被驱动;
图3是根据本发明的一个方面的一个系统的框图,其中,多个负载被驱动;
图4示出了图3的电路的模拟结果;
图5是根据本发明的一个方面的一个系统的框图,其中,多个负载被驱动;
图6示出了根据本发明的一个方面的一个脉冲的生成;
图7示出了图6的脉冲的另外细节;
图8示出了根据本发明的一个方面的一个系统的框图,其中,一个负载在一个逆变器的控制下被驱动;并且
图9是根据本发明的一个方面的一个系统的框图,其中,多个负载被驱动。
发明详细说明
图2示出了结合本发明的第一实施例的原理中的一些原理的总体上由参考标号20指示的一个电路。
电路20包括以上参考系统1描述的三相交流电源2、三相整流器4、直流链路电容器12、逆变器8和负载10。然而,略去了直流感应器14和15,并且在整流器4与直流链路电容器12之间提供了总体上由参考标号22指示的一个电子感应器。
电子感应器22(本身是已知的)包括一个感应器24、一个开关26和一个二极管28。开关26典型地是使用一个晶体管(如IGBT)来实现的。该电子感应器能够如所希望的那样被用于精确地控制直流链路电流和电压,其方式为使用一对直流感应器不可能的方式。具体地,该电子感应器能够被用于控制直流链路电流以便控制整流器4从该交流电源汲取的电流。此外,该电子感应器能够比这种直流感应器更小并且(在一些应用中)更便宜。
图3是总体上由参考标号30指示的一个系统的框图,其中,一个第一负载10a和一个第二负载10b被并联驱动。
第一负载10a由一个电路驱动,该电路包括交流电源2、三相整流器4a、电子感应器22a、直流链路电容器12a和逆变器8a。类似地,第二负载10b由一个电路驱动,该电路包括交流电源2、三相整流器4b、电子感应器22b、直流链路电容器12b和逆变器8b。因此,第一负载10a和第二负载10b都由类似于以上描述的电路20的一个电路驱动。
图4示出了总体上由参考标号40指示的图3的电路的一个示例性使用的模拟结果。
模拟40的第一条线示出了由整流器4a从该交流电源汲取的电流(由参考标号42指示)。如本领域内众所周知的,当一个三相二极管整流器与一个交流电源结合使用时,该整流器汲取360度周期的120度的一个正脉冲以及360度周期的120度的一个负脉冲。当方波电流脉冲没有从该交流电源汲取电流时,在每个正的和负的脉冲之间是一个60度的时间段。如图4中所示出的,电流42的一个沿被一个相α1从一个任意参考时间41移位。
电流42的脉冲形状由电子感应器22a确定。借由控制电子感应器22a的切换,这样使得从整流器4a中汲取恒定电流,图4中示出的方波脉冲42被汲取。
模拟40的第二条线示出了由整流器4b从该交流电源汲取的电流(由参考标号44指示)。与电流脉冲42一样,整流器4b汲取360度周期的120度的一个正脉冲以及360度周期的120度的一个负脉冲。如图4中所示出的,电流44的一个沿被一个相α2从一个任意参考时间41移位。整流器4b被控制成使得脉冲44相对于脉冲42移位。在本发明的一个实施例中,脉冲44相对于脉冲42移位30度(但是在本发明的替代性实施例中可以使用其他相移)。
电流脉冲42和44都是从交流电源2汲取的。模拟40的第三条线(由参考标号46指示)示出了从交流电源2汲取的电流42和44的总和。电流46可以如以下所表示(其中in是电流46):
i n = 4 I d c 1 cos ( n α 1 ) n π + 4 I d c 2 cos ( n α 2 ) n π
清楚的是电流46比电流42和44更加正弦。因此,电流46相比于分别由整流器4a和4b汲取的电流42和44包括较少的谐波失真。
电路30的数学建模已经示出了当负载10a和10b从交流电源2汲取相同的功率并且这些整流器被控制以除了相移之外(如30度相移)具有完全相同的电流波形,系统30(其不包括在这些整流器输入侧的交流扼流圈)的总谐波失真(THD)占广泛的负载变化的约17%。在每个整流器是输入侧包括1mH的交流扼流圈将THD减小到6%。虽然很难概括,以上描述的现有技术电路1可能具有45%的THDi或者甚至更高(虽然这个值极大地取决于感应器大小和负载功率等的变量)。从而,系统30能够被用于显著地减小谐波失真。
以上描述的整流电路4将典型地使用一个二极管电桥电路来实现。通过用硅控制整流器(SCR)或晶闸管替换该二极管电桥电路中的二极管,能够生产整流电路,其中相能够被控制。因此,能够使用基于晶闸管的整流器来提供以上所描述的三相整流器4a和4b的相移功能。
以上描述的系统30包括两个并联操作的负载,这两个负载被控制以减小谐波失真。清楚地,本发明的原理可以被应用到任何数量的负载上。举例来说,图5是总体上由参考标号50指示的一个系统的框图,其中,该交流电源被用于驱动三个负载(以上描述的负载10a和10b以及一个第三负载10c)。系统50包括驱动第一负载10a的一个第一交流-交流转换器52a(包含以上描述的整流器4a、电子感应器22a、直流链路电容器12a和逆变器8a)和驱动第二负载10b的一个第二交流-交流转换器52b(包含以上描述的整流器4b、电子感应器22b、直流链路电容器12b和逆变器8b)。第三交流-交流转换器52c被提供用于驱动第三负载10c。
系统50另外包括一个控制模块54,该控制模块被用于控制交流-交流转换器52a、52b和52c的相对相位。
系统50可被配置成用于提供在这些交流-交流转换器之间的固定相移(例如,第二交流-交流转换器52b可相对于第一交流-交流转换器52a具有15度的相移并且第三交流-交流转换器52c可相对于该第一交流-交流转换器具有30度的相移)。然而,借由提供控制模块54,取决于系统50的操作条件,可能的是定义不同的相移或甚至使相移是可变的。
例如,在负载10a、10b和10c汲取显著不同的电流的情况下,为了最大化THD减小的在交流-交流转换器之间的最佳相移可以不是15度。系统50足够灵活以能够将相移调节到最大化THD减小或者控制任何选择的谐波的幅值。
系统50包括一个中央控制模块54的设置。这不是对于本发明的所有形式必不可少的。在不需要动态调节相移的情况下,可以预设相移,这样使得可以不需要一个控制模块。进一步地,控制的一个替代性形式包括互相通信(而不是经由中央控制模块54通信)的交流-交流转换器模块。技术人员将意识到能够提供许多控制安排。例如,使用用于多独立驱动系统的随机相移值或使用基于使用一个查找表中的负载条件和/或功率水平确定的相移值。
以上描述的本发明的实施例依赖于多个并联单元的设置以减小引入到电源中的谐波失真。借由将交错的矩形脉冲加总来实现这个效果以减小该加总的脉冲的总谐波分量。
发明人已经意识到了甚至在某些情况下当使用单个逆变器和负载对汲取自一个三相交流电源的脉冲进行成形时,能够减小谐波分量。
图6示出了根据本发明的第二实施例的可以从该三相交流电源汲取的总体上由参考标号62指示的一个脉冲。脉冲62能够被建模为同样在图7中示出的第一脉冲64、第二脉冲66和第三脉冲68的总和。
第一电流脉冲64(in_1)能够被定义为:
第二电流脉冲66(in_2)能够被定义为:
第三电流脉冲68(in_3)能够被定义为:
总脉冲62(in)简单地是脉冲64、66和68的总和并且能够被表示为如下:
i n = 4 I d c 1 cos ( n 30 ) n π + 4 I d c 2 cos ( n α 1 ) n π - 4 I d c 2 cos ( n α 2 ) n π
脉冲62是灵活的并且能够借由控制变量Idc1、Idc2、α1和α2来调节。
基础输入电流幅值及其谐波能够从方程式in中计算得出。
通过在数学上表达出特定谐波,选择方程式中的变量(即Idc1、Idc2、α1和α2)是可能的,这样使得能够减小(或甚至消除)这些谐波。例如,如以下进一步所讨论的,能够将第五和第七谐波中的一个或多个谐波减小到零。借由操纵从该交流电源汲取的这些电流脉冲以减小谐波,能够减小引入到该电源中的谐波失真,而不需要较大的直流感应器。
应注意到,在以上描述的示例中,Idc1和Idc2都是正的。这不是必需的。例如,Idc2可能是负的。这给出了更大量的可能性用于生成电流波形。
以下的方程式示出我们可以能够去除第五和第七谐波并且生成期望的负载电流。但是该非线性方程式应该被求解以发现用于该直流电流的参考电流。第一阶段是从以上方程式中发现基础电流值。
i 1 = 4 I d c 1 cos ( 30 ) π + 4 I d c 2 cos ( α 1 ) π - 4 I d c 2 cos ( α 2 ) π
其他的方程式能够基于低阶谐波消除被定义:
i 5 = 0 = 4 I d c 1 cos ( 150 ) 5 π + 4 I d c 2 cos ( 5 α 1 ) 5 π - 4 I d c 2 cos ( 5 α 2 ) 5 π
i 7 = 0 = 4 I d c 1 cos ( 210 ) 7 π + 4 I d c 2 cos ( 7 α 1 ) 7 π - 4 I d c 2 cos ( 7 α 2 ) 7 π
求解第一方程式(i5)的结果将是第五谐波是零。求解第二方程式(i7)的结果将是第七谐波是零。同时求解两个方程式(如果这在数学上是可能的)的结果将是第五和第七谐波都是零。
图7示出了根据本发明的一个实施例的脉冲62的另外的细节。图7中所示出的脉冲62被成形以确保在三相系统(其中提供三个脉冲间隔开120度)中的脉冲是对称的。图7中所示出的脉冲62提供了一些数学上的限制因素,这可以被用于求解以上概述的谐波方程式。
总的正脉冲62是一个120度的脉冲。这是整流过程的一个要求,其中该脉冲将被使用(如以上所讨论的)。在图7中,脉冲62具有阶梯状形状,具有标记为72和73的两个对称的凸起。如图7所示,从该脉冲的开始到该第一凸起的开始的时间由β给出,每个凸起持续一个时间θ,在两个凸起之间的时间由2β给出,并且从该第二凸起结束到该脉冲结束的时间由β给出。
由于整个脉冲具有120度的持续时长,可以表述为:
120=β+θ+β+β+θ+β=4β+2θ
这可以被缩减到以下的对以上设定的谐波消除方程式的简单限制:2β+θ=60。
图8是根据本发明的一个方面的总体上由参考标号80指示的系统的框图。系统80包括以上参考系统20描述的交流电源2、三相整流器4、电子感应器22、直流链路电容器12、逆变器8和负载10。控制模块23耦合到电子感应器22上并且用于控制直流链路电压和电流,这样使得由整流器4从交流电源2中汲取期望的脉冲波形(如以上参考图6和图7所描述的)。借由选择变量Idc1、Idc2、α1和α2,最小化或消除一个或多个选定的谐波(例如如以上所描述的第五和第七谐波)是可能的。
在输入整流器4的交流侧提供了一个可任选的LC过滤器82以过滤掉选定的谐波频率。例如,随着该LC过滤器被选择以减小第十一谐波,脉冲形状能够被选择以减小第五和第七谐波。
图9是总体上由参考标号90指示的系统的框图。系统90将系统50(其中,交流-交流转换器相位是交错的)和系统80(其中,由一个交流转换器提供的脉冲被成形)的原理结合起来。
系统90包括以上参考图5描述的三相交流电源2、第一负载10a、第二负载10b和第三负载10c。系统50包括驱动第一负载10a的一个第一交流-交流转换器52a(包含以上参考图8描述的整流器4、电子感应器22、控制模块23、直流链路电容器12和逆变器8的一个示例)、驱动第二负载10b的一个第二交流-交流转换器52b(也包含以上描述的整流器4、电子感应器22、控制模块23、直流链路电容器12和逆变器8的一个示例)以及驱动第三负载10c的一个第三交流-交流转换器52c(也包含以上描述的整流器4、电子感应器22、控制模块23、直流链路电容器12和逆变器8的一个示例)。
系统90另外包括一个控制模块94,该控制模块被用于控制交流-交流转换器52a、52b和52c的相对相位并且因此与以上描述的控制模块54类似。当然,可以略去控制模块94并且能够以任何适当的方式(例如,使用预设功能或者借由使各种交流-交流转换器能够互相通信)提供该控制功能。此外,虽然图9中示出了三个负载,但是本发明的原理能够应用到具有任何数量负载的系统上。
本发明的原理能够应用到许多情况中并且是灵活的。例如,考虑到具有许多(也许上百个)集装箱的集装箱船包括由电机驱动控制的冷却模块。各种集装箱的这些整流器可以被安排成用于在不同相操作以减小引入到电源中的谐波噪声。此外,这些集装箱中的一些或所有集装箱可被配置成用于对从电源汲取的电流脉冲进行成形以进一步减小谐波噪声。此外,可以提供一个或多个滤波安排以便进一步减小谐波噪声。
仅通过示例的方式提供以上描述的本发明实施例。本领域的技术人员将会知道在不偏离本发明的范围的情况下可以进行的许多修改、更改以及替换。例如,虽然以上参考图5和图9描述的系统具有三个负载,但是本发明的原理适用于包含任何数量负载的系统。本发明的权利要求书旨在涵盖如落在本发明的精神和范围内的所有此类修改、变化和替换。

Claims (19)

1.一种负载驱动电路,包括:
一个三相整流器,该三相整流器具有耦合到一个三相交流电源上的一个输入端;
一个直流链路级;
一个逆变器,该逆变器具有耦合到该直流链路级的一个输出端上的一个输入端以及耦合到一个负载上的一个输出端,其中,该逆变器将该直流链路级的一个输出电压转换成用于驱动该负载的一个信号;以及
一个电子感应器,该电子感应器被配置成用于控制该直流链路级的该输出电压和/或输出电流,这样使得该负载驱动电路从该交流电源中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。
2.如权利要求1所述的负载驱动电路,其中,所述阶梯状轮廓在数学上等效于分别具有第一、第二和第三相位偏移的一个第一、第二和第三脉冲的总和。
3.如权利要求2所述的负载驱动电路,其中,所述阶梯状轮廓由给出,其中,30、α1和α2分别是所述第一、第二和第三偏移。
4.如权利要求2或权利要求3所述的负载驱动电路,其中,所述阶梯状轮廓由给出,其中,Idc1、Idc2和-Idc2是该第一、第二和第三脉冲的振幅。
5.如任一前述权利要求所述的负载驱动电路,其中,所述阶梯状轮廓被成形为使得在一个三相系统中,用于该三相中每一相的阶梯状轮廓是对称的。
6.如任一前述权利要求所述的负载驱动电路,其中,该阶梯状轮廓具有一个第一部分和一个第二部分,该第一和第二部分是对称的,该第一部分包括一个第一凸起和一个第二凸起,其中,每个凸起具有一个持续时长θ,该第一凸起起始于脉冲开始之后的一个时间β,在该第一与第二凸起之间的时间是2β,并且从该第二凸起结束至该脉冲部分结束的时间由β给出。
7.如权利要求6所述的负载驱动电路,其中,该脉冲的该第一和第二部分各自具有一个120度的持续时长,这样使得2β+θ=60。
8.如任一前述权利要求所述的负载驱动电路,其中,该电子感应器被配置成用于使得从该交流电源中汲取的该电流的至少一个谐波被消除。
9.一种系统,包括多个负载驱动电路,每个负载驱动电路从一个三相交流电源中汲取电流并且驱动一个交流负载,其中,每个所述负载驱动电路包括:
一个三相整流器,该三相整流器具有耦合到该交流电源上的一个输入端;
一个直流链路级,该直流链路级具有耦合到该整流器的输出端上的一个输入端;以及
一个逆变器,该逆变器具有耦合到该直流链路级的一个输出端上的一个输入端以及耦合到对应负载上的一个输出端,其中,该逆变器将一个直流链路电压转换成用于驱动对应交流负载的一个信号;
其中:
每个直流链路级包括一个电子感应器,该电子感应器被配置成用于控制该直流链路级的输出电压和/或输出电流;并且
这些负载驱动电路的这些整流器被安排成使得这些负载驱动器中的至少一些负载驱动器的整流是交错的。
10.如权利要求9所述的系统,其中,该多个逆变器中的每个逆变器驱动一个不同的负载。
11.如权利要求9或权利要求10所述的系统,其中,每个电子感应器被控制成使得对应负载驱动电路从该交流电源中汲取基本上方波电流脉冲。
12.如权利要求9至11中任一项所述的系统,其中,该多个负载驱动电路中的至少一些负载驱动电路的这些整流器是基于晶闸管的整流器,其中,这些晶闸管被控制以便提供所述交错整流。
13.如权利要求9至12中任一项所述的系统,进一步包括一个用于控制这些电子感应器的控制模块。
14.如权利要求9至13中任一项所述的系统,其中,这些电子感应器中的至少一些电子感应器与其他电子感应器进行通信。
15.如权利要求9至14中任一项所述的系统,其中,所述负载驱动电路中的每一个负载驱动电路是如权利要求1至8中任一项所述的负载驱动电路。
16.一种方法,包括控制设置在一个三相整流器与一个负载驱动电路的一个直流链路级之间的一个电子感应器,这样使得该直流链路级的输出电压和/或输出电流被控制成使得由该负载驱动电路从一个三相交流电源中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。
17.一种方法,包括控制并联安排的多个负载驱动电路的整流器,这样使得这些负载驱动器中的至少一些负载驱动器的整流是交错的,其中,每个所述负载驱动电路包括:一个三相整流器,一个直流链路级,一个逆变器,以及一个电子感应器,该电子感应器被配置成用于控制该直流链路级的输出电压和/或输出电流。
18.如权利要求17所述的方法,进一步包括控制每个并联负载驱动电路的电子感应器,这样使得对应负载驱动电路从该交流电源中汲取基本上方波电流脉冲。
19.如权利要求17所述的方法,进一步包括控制每个并联负载驱动电路的电子感应器,这样使得由该负载驱动电路从一个三相交流电源中汲取的电流具有一个阶梯状轮廓。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110768560A (zh) * 2019-10-30 2020-02-07 渤海大学 半周期三脉冲波低品质因数串联谐振型中频感应加热逆变控制方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11418130B2 (en) * 2019-06-14 2022-08-16 Deere & Company System and method for variable DC bus voltage coupled to inverters
US11794917B2 (en) 2020-05-15 2023-10-24 Pratt & Whitney Canada Corp. Parallel control loops for hybrid electric aircraft
US11958622B2 (en) 2020-05-15 2024-04-16 Pratt & Whitney Canada Corp. Protection functions
US11827372B2 (en) 2020-05-15 2023-11-28 Pratt & Whitney Canada Corp. Engine characteristics matching

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625543A (en) * 1994-10-04 1997-04-29 Delco Electronics Corp. Power converter with harmonic neutralization
CN101068099A (zh) * 2007-06-12 2007-11-07 山东山大奥太电气有限公司 一种低谐波输入电流电容滤波的三相整流电路
US20090206902A1 (en) * 2007-01-03 2009-08-20 Yong Li Method for providing power factor correction including synchronized current sensing and pwm generation
CN102916440A (zh) * 2012-09-20 2013-02-06 中国电力科学研究院 一种基于电池储能系统的功率转换系统及其控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5923550A (en) 1996-05-01 1999-07-13 General Electric Company Interference reduction by harmonic phase shift in multiple PWM rectifier operation
US6137700A (en) * 1997-10-08 2000-10-24 Daikin Industries, Ltd. Converter with a high power factor using a DC center point voltage
EP1120897A3 (en) 2000-01-06 2004-01-21 Axel Akerman A/S Independent load sharing between parallel inverter units in an AC power system
US6295216B1 (en) 2000-04-06 2001-09-25 Powerware Corporation Power supply apparatus with selective rectifier harmonic input current suppression and methods of operation thereof
AU2002252564A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-15 Youtility Inc Enhanced conduction angle power factor correction topology
DE10358274A1 (de) 2003-12-11 2005-07-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Verfahren zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung einer Mehrzahl von Lastelementen
US7208911B1 (en) 2006-05-31 2007-04-24 General Electric Company Method for controlling a cycle-skipping control system including computer readable code and controller for performing such method
DE102008002971A1 (de) 2008-07-25 2009-01-15 Robust Electronics Gmbh Verfahren zur Minimierung der Grundschwingungsamplitude des Quellenstroms bei Mehrkonvertersystemen
EP2211454A1 (en) 2009-01-27 2010-07-28 Abb Oy Load balancing of parallel connected inverter modules

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625543A (en) * 1994-10-04 1997-04-29 Delco Electronics Corp. Power converter with harmonic neutralization
US20090206902A1 (en) * 2007-01-03 2009-08-20 Yong Li Method for providing power factor correction including synchronized current sensing and pwm generation
CN101068099A (zh) * 2007-06-12 2007-11-07 山东山大奥太电气有限公司 一种低谐波输入电流电容滤波的三相整流电路
CN102916440A (zh) * 2012-09-20 2013-02-06 中国电力科学研究院 一种基于电池储能系统的功率转换系统及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RICARDO LUIZ ALVES ETC: "Novel Unidirectional Hybrid Three-Phase Rectifier System Employing Boost Topology", 《POWER ELECTRONICS SPECIALISTS CONFERENCE》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110768560A (zh) * 2019-10-30 2020-02-07 渤海大学 半周期三脉冲波低品质因数串联谐振型中频感应加热逆变控制方法

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Publication number Publication date
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