CN115461977A - 能量转换器 - Google Patents
能量转换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115461977A CN115461977A CN202180031778.7A CN202180031778A CN115461977A CN 115461977 A CN115461977 A CN 115461977A CN 202180031778 A CN202180031778 A CN 202180031778A CN 115461977 A CN115461977 A CN 115461977A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power semiconductor
- energy
- network
- electrically connected
- converter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 121
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 17
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
- H02J13/00002—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by monitoring
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
- H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
- H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于实施将电能转换为热能的能量转换(32)的能量转换器(1)，其具有再生式整流器(4)、线圈(11)以及第一电容器和第二电容器(12，13)，再生式整流器(4)电连接至直流电压电路(5)并且能电连接至第一交流电压网络(6)，再生式整流器(4)具有带第一功率半导体模块和第二功率半导体模块(8，9)的第一桥支路(7)，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块(8，9)串联连接并且形成第一中点抽头(10)，第一功率半导体模块(8)与直流电压电路(3)的第一直流电压相(15)电连接并且第二功率半导体模块(9)与第二直流电压相(16)电连接，第一电容器和第二电容器(12，13)串联连接并且形成第二中点抽头(14)，第一电容器(12)与直流电压电路(5)的第一直流电压相(15)电连接并且第二电容器(13)与第二直流电压相(16)电连接，并且线圈(11)电连接在第一中点抽头(10)和第二中点抽头(14)之间。本发明还涉及具有能量转换器(1)的变换器(10)和能量转换器(1)的方法(33)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于实施电能到热能的能量转换的能量转换器，其具有再生式整流器、线圈以及第一电容器和第二电容器，其中，再生式整流器与直流电压电路电连接并且能与第一交流电压网络电连接。本发明还涉及具有该能量转换器的变换器器和该能量转换器的方法。
背景技术
电变换器通常用于电驱动技术中，其中，变换器通常具有整流器，该整流器将来自作为供电网络的交流电压网络的电能转换到直流电压电路中(例如在频率变换器的情况中也称为直流电压中间电路)。直流电压电路的特征是必要时更复杂地设计的直流电压网络。例如，(旋转)直流电机可以在直流电压电路上运行。
借助于通过逆变器(例如在变频器中)将直流电压电路的电能进一步转换到另外的交流电压网络中，可以在另外的交流电压网络上运行(旋转的)交流电机。
如果相应的电机设计用于较小功率并且交流电压网络例如是具有相L1相和N相的两相，则出于成本原因经常使用不受控的整流器。这种两相交流电压网络也称为单相交流电压网络(具有作为相的L1，在其上施加由相对于N的电压)。
这种不受控的整流器不能将直流电压电路的电能回收到交流电压网络中，例如在发电机运行期间或在相应电机的制动过程期间。
由于直流电压电路中可能存在不希望的大电能，其特征在于大电压和大电流并且会破坏直流电压电路中的电气元件，因此电能例如可以通过已知为制动电阻的欧姆电阻转化为热能。
由于制动电阻通常仅设计用于有限地将电能转换为热能，因此通常在其上游连接功率半导体开关。这种功率半导体开关(也称为功率半导体斩波器)允许限定的电流流动，以防止制动电阻的过度的也许破坏性的加热。
然而，这种由制动电阻(功率电阻)和必要时可控功率半导体斩波器组成的技术解决方案通常非常昂贵，并且对于所描述的使用条件，有时会非常费力地运行。
在有意识地高效和优化消耗的电能使用过程中，例如在制动期间产生的电能现在经常从直流电压电路回收到作为供电网络的交流电压网络中，甚至在功率较小的驱动系统中。原则上，这可以通过受控的再生式整流器实现。
然而，不能始终确保供电网络一直具有或原则上具有安全地吸收来自直流电压电路的电能的能力。例如，如果用于保护供电网络中的变换器或整流器的熔断器已跳闸，仅此原因就不再能将电能回收到供电网络。
驱动系统的上述考虑基本上也适用于能量供应或能量传输系统。在这里，通常也需要将直流电压电路中存在的多余电能转换成热能或将多余的电能回收到供电网络中，从而在驱动系统中产生所描述的后果或问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提出与现有技术相比改进的能量转换器以及变换器和能量转换器的方法，通过该能量转换器能够将电能有效且安全地转化为热能。
该目的通过具有权利要求1的特征的能量转换器、具有根据权利要求9的特征的具有该能量转换器的变换器以及根据权利要求12的特征的能量转换器的方法来实现。
为解决该问题，提出一种用于实施电能到热能的能量转换的能量转换器，其具有再生式整流器、线圈以及第一电容器和第二电容器，其中，再生式整流器与直流电压电路电连接并且能够与第一交流电压网络电连接，其中，再生式整流器具有带第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的第一桥支路，其中，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块串联连接并且形成第一中点抽头，其中，第一功率半导体模块与直流电压电路的第一直流电压相电连接并且第二功率半导体模块与直流电压电路的第二直流电压相电连接，其中，第一电容器和第二电容器串联连接并且形成第二中点抽头，其中，第一电容器与直流电压电路的第一直流电压相电连接并且第二电容器与直流电压电路的第二直流电压相电连接，其中，线圈电连接在第一中点抽头和第二中点抽头之间。
与之前的例如需要成本高且相对复杂的制动电阻与上游功率半导体斩波器一起操作的解决方案相反，通过这两个功率半导体模块，电能能够以有利的方式高效地并且通过线圈和两个电容器成本低廉运行地被从直流电压电路卸载。
为此，两个电容器由于其设计的电容量而不再能吸收的、直流电压电路中存在的多余电能可以通过线圈转换成热能。
与例如具有再生式整流器的变频器相比，该变频器能够与直流电压中间电路电容器一起运行，这里与第一电容器和第二电容器相当，在直流电压中间电路上，这里在直流电压电路上相当，线圈作为有损电感附加地布置在第一中点抽头和第二中点抽头之间。
在这种情况下，有损电感意味着线圈用于在能量转换期间造成大电损耗，即当电流穿过线圈向第一或第二电容器流动时，通过将电能转换为热能来减少直流电压电路中的多余电能。
再生式整流器基本上旨在通过与第一交流电压网络的连接将电能馈送到直流电压电路中，从而通过直流电压电路相应地运行用电器，并且能够将可由相应的电能产生器(例如通过太阳能电池板、蓄电池、发电机或可在制动时作为发电机运行的电机)产生的电能从直流电压电路馈送回第一交流电压网络。
能量转换器的有利实施方式在从属权利要求中说明。
在能量转换器的第一有利实施方式中，在线圈上设置有金属装置并且电能可以被感应到金属装置中并且转换成热能。
在从电能到热能的能量转换过程中由于线圈而产生的技术效果被有利地加强，因为电能从线圈感应到金属装置中并且在那里或基本上在那里也通过涡流原理产生损失热。
为此目的，金属装置可以有利地由铁磁材料构成，该铁磁材料具有在0.1-1Ω*mm2/m的范围内的特定电阻ρ(Roh)并且具有铁和不锈钢的特征。
通过两个可以交替运行的功率半导体模块，可以产生流过线圈的电流方向的变化，这可以在金属装置中引起随时间变化的磁场，进而可以产生涡流，从而将电能转化为热能。
金属装置也可以设计为例如用于整流器或变换器的外壳，在其中可以感应电能。
此外，金属装置可以具有散热器，其吸收能量转换过程中产生的热量并将其散发到环境中。
在能量转换器的另一有利实施方式中，再生式整流器具有带串联连接的第三功率半导体模块和第四功率半导体模块的第二桥支路，其中，第三功率半导体模块和第四功率半导体模块形成第三中点抽头，其中，第一中点抽头能够与第一交流电压网络的第一交流电压相连接，并且第三中点抽头能够与第一交流电压网络的第二交流电压相连接，并且第三功率半导体模块与直流电压电路的第一直流电压相电连接，并且第四功率半导体模块与直流电压电路的第二直流电压相电连接。
在能量转换器的另一有利实施方式中，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块以及可用情况下的第三功率半导体模块和第四功率半导体模块分别构造为具有或不具有反并联连接的续流二极管的功率半导体开关，并且每个功率半导体开关可以由来自控制装置的驱控信号控制。
功率半导体开关可以有利地采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的形式。
与功率半导体模块的相应功率半导体开关反并联连接的续流二极管有利于在第一功率半导体模块和第二功率半导体模块之间以及第三功率半导体模块和第四功率半导体模块之间的电流传输期间支持换向。
在能量转换器的另一有利实施方式中，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关能够以超过40kHz的时钟频率运行以用于能量转换。
第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关可以具有SiC或GaN，其中，这些功率半导体开关特别有利地适用于40kHz以上的高时钟频率。
以超过40kHz的时钟频率对第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关进行同步运行具有有利的效果，即在这些功率半导体开关中，直流电压电路中存在的至少一部分电能可以在能量转换过程中通过切换损耗转化为损失热。
40kHz以上的高时钟频率还有助于通过线圈进一步加强从电能到热能的能量转换，在可用情况下能够与金属装置结合使用。
在再生式整流器的一般能量传输的运行中，即基本上没有能量转换的情况下，通常选择较低的时钟频率，这实现减少特别不希望的切换损耗。
在能量转换器的另一有利实施方式中，控制装置被设计用于，在能量转换期间通过控制装置的用于中断运行的相应驱控信号，尤其基于第一交流电压网络的网络监控，中断第三功率半导体模块和第四功率半导体模块的相应功率半导体开关。
例如，在第一交流电压网络的电源故障或第一交流电压网络的其中一个交流电压相中的保险丝熔断的情况下，第三功率半导体模块和第四功率半导体模块的功率半导体开关被中断，使得没有电流可以流过这些功率半导体开关。
网络监控识别第一交流电压网络的状态，其例如是网络故障、安全状况、以及第一交流电压网络是否能够在电气方面吸收直流电压电路可以提供的电能以用于馈入第一交流电压网络。
在能量转换器的另一有利实施方式中，控制装置被设计用于，通过控制装置的相应驱控信号来切换第一、第二、第三和第四功率半导体模块的相应功率半导体开关，使得针对组合运行，尤其基于第一交流电压网络的网络监控，同时执行能量转换和电能从直流电压电路到第一交流电压网络中的能量回收。
这种组合运行以有利的方式将从直流电压电路到第一交流电压网络中的能量回收，同时进行能量转换。这样，能够将待回收的电能例如进行定量回收，即能量回收的程度可以同时通过能量转换加以限制。
因此，同时意味着在组合运行中能量转换能够与能量回收并行进行。
网络监控检测第一交流电压网络的状态，即第一交流电压网络是否能够在电气方面以必要的程度在确定的时间范围中吸收直流电压电路提供的用于馈入到第一交流电压网络中的电能。
如果不是这种情况，则可以为了能量回收有利地通过控制装置基于网络监控同时激活能量转换，并且例如可以提高第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关的时钟频率，特别是提高到40kHz以上的时钟频率。
在能量转换器的另一有利实施方式中，网络监控设计用于，通过检测装置为网络监控检测第一交流电压网络的电特性值、特别是电压和/或电流和/或电功率和/或频率。
因此，由检测装置检测到的第一交流电压网络的电特性值描述了第一交流电压网络的电气状态，即例如电压是否下降到不允许的值，不再有电流流动或频率占据了不允许的值。该电气信息包括在通过网络监视对第一交流电压网络的状态的评估中，在此基础上启动中断运行或组合运行。
通过检测装置对第一交流电压网络的电特性值的检测，可以在技术上尽可能地以测量、计算或测量与计算相结合的方式确定。这可以仅由检测装置完成，也可以由检测装置结合控制装置完成。
为了实现该目的还提出一种具有根据本发明的能量转换器的变换器。
变换器能够以有利的方式与能量转换器一起运行并且能够用于电驱动技术领域以及电能产生和能量分配。
在变换器的第一有利实施方式中，变换器具有逆变器，逆变器通过直流电压电路的第一和第二直流电压相电连接到再生式整流器。
在逆变器的变换器的另一有利实施方式中，逆变器可以通过第二交流电压网络与电机电连接。
为了实现该目的，还提出了根据本发明的能量转换器的方法，借助于通过控制装置的驱控信号驱控的第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关，线圈和第一电容器和第二电容器在能量转换时将电能转化为热能。
在该方法的第一有利实施方式中，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关在能量转换期间以超过40kHz的时钟频率运行。
在该方法的另一有利实施方式中，控制装置在中断运行中通过控制装置的相应驱控信号尤其基于第一交流电压网络的网络监控对第三功率半导体模块和第四功率半导体模块的相应的功率半导体开关进行中断。
在该方法的另一有利实施方式中，再生式整流器与第一交流电压网络电连接，并且控制装置通过相应的驱控信号控制第一、第二、第三和第四功率半导体模块的相应功率半导体开关，使得在组合运行中，尤其基于第一交流电压网络的网络监控，同时执行能量转换和电能从直流电压电路到第一交流电压网络中的能量回收。
附图说明
结合以下实施例的描述，结合附图更详细地解释这些示实施例，上述本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚和更容易理解。附图示出：
图1示出了根据本发明的能量转换器和具有能量转换器的变换器的第一示意图，
图2示出了根据图1的能量转换器的方法的第一结构图，
图3示出了根据图1的能量转换器的根据图2的方法的实施例的第二结构图，并且
图4示出了根据图1的能量转换器的根据图2的方法的另一实施例的第三结构图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于将电能转换为热能的能量转换器1和具有能量转换器1的变换器2的第一示意图。
能量转换器1具有再生式整流器4、线圈11以及第一电容器12和第二电容器13。
再生式整流器4与直流电压电路5和第一交流电压网络6电连接，并且再生式整流器包括具有串联连接的第一功率半导体模块8和第二功率半导体模块9的第一桥支路7以及具有串联连接的第三功率半导体模块18和第四功率半导体模块19的第二桥支路17。
第一功率半导体模块8和第二功率半导体模块9形成第一中点抽头10，其中，第一功率半导体模块8与直流电压电路的第一直流电压相15电连接并且第二功率半导体模块9与直流电压电路3的第二直流电压相16电连接。
第三功率半导体模块和第四功率半导体模块形成第三中点抽头20，其中，第三功率半导体模块18与直流电压电路的第一直流电压相15电连接并且第四功率半导体模块19与直流电压电路3的第二直流电压相16电连接。
第一电容器12和第二电容器13串联连接并且形成第二中点抽头14，其中，第一电容器12与第一直流电压相15电连接并且第二电容器13与直流电流电路5的第二直流电压相16电连接。
线圈11电连接于第一中点抽头10与第二中点抽头14之间。
第一中点抽头10与第一交流电压网络的第一交流电压相21连接并且第三中点抽头20与第一交流电压网络6的第二交流电压相36连接。
金属装置37设置在线圈11上，使得在通过线圈11进行能量转换的过程中，电能可以在金属装置37中被感应并转化为热能。
第一功率半导体模块8和第二功率半导体模块9以及第三功率半导体模块18和第四功率半导体模块19各自具有功率半导体开关22，功率半导体开关具有反并联连接的续流二极管2，其中，功率半导体模块8，9，18，19由控制装置29的驱控信号28控制。
能量转换器1的控制装置29包括网络监控34。第一交流电压网络6的电特性值、例如电压和/或电流和/或电功率和/或频率可以通过检测装置25来检测并通过信号线27传送到网络监控34。
为了能量转换，第一功率半导体模块8和第二功率半导体模块9的功率半导体开关22能够以超过40kHz的时钟频率运行。
在图1中，除了能量转换器1之外，变换器2还包括逆变器30，逆变器30通过直流电压电路5的第一直流电压相15和第二直流电压相16电连接到再生式整流器4。
逆变器30通过第二交流电压网络31电连接到电机3。电机3因此可以通过变换器2和第二交流电压网络31在第一交流电压网络6上运行。
在图1的应用实例中，逆变器被设计为具有功率半导体开关和与功率半导体开关反并联连接的续流二极管的B6桥式电路，其可由控制装置29通过另一控制线来控制。
图2示出了根据图1的能量转换器1的方法33的第一结构图。
在能量转换32时，来自直流电压电路的电能借助于通过控制装置的相应的驱控信号驱控的第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关、线圈以及第一电容器和第二电容器转换成热能32。
为了能量转换32，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关能够以超过40kHz的时钟频率运行。
图3在第二结构图中示出了根据图1的能量转换器1的根据图2的方法33的实施例。
为了执行该实施例，再生式整流器能够与第一交流电压网络电连接。
在中断运行34中，在能量转换32时，控制装置29尤其基于第一交流电压网络的网络监控24借助与控制装置29的相应的驱控信号来中断第三功率半导体模块和第四功率半导体模块的相应功率半导体开关。
这例如在第一交流电压网络发生故障时发生，使得没有电流流过这些功率半导体开关并且整流器处于比第一交流电压网络更安全的电气状态以执行能量转换32的方法33。
为了中断运行34，网络监控24识别第一交流电压网络中的示例性选定网络故障的状态，并且控制装置29使用该信息来中断第三功率半导体模块和第四功率半导体模块的功率半导体开关。
图4以第三结构图示出了根据图1的能量转换器1的根据图2的方法33的另一实施例。
为了执行另一实施例，再生式整流器与第一交流电压网络电连接。
控制装置29通过相应的驱控信号，尤其基于第一交流电压电网的网络监控24驱控第一、第二、第三和第四功率半导体模块的相应功率半导体开关，使得在组合运行35中，同时执行能量转换32和来自直流电压电路的电能到第一交流电压网络中的能量回收26。
为此，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块的功率半导体开关可以在能量转换32期间以超过40kHz的时钟频率运行。
在组合运行35中，在能量转换32的同时执行从直流电压电路到第一交流电压网络的能量回收26。可以调节待回收的电能，因此回收的能量26的水平可以通过同时进行的能量转换32来限制。
因此，同时意味着在组合运行35中能量转换32能够与能量回收26并行地进行。
针对组合运行35，网络监控24检测第一交流电压网络的状态，即第一交流电压网络是否能够在电气方面以必要的程度在确定的时间范围中吸收直流电压电路提供的用于馈入到第一交流电压网络中的电能。
Claims (15)
1.一种用于实施电能到热能的能量转换(32)的能量转换器(1)，所述能量转换器具有：
-再生式整流器(4)，
-线圈(11)，以及
-第一电容器和第二电容器(12，13)，
其中，
-所述再生式整流器(4)与直流电压电路(5)电连接并且所述再生式整流器能够与第一交流电压网络(6)电连接，
-所述再生式整流器(4)具有第一桥支路(7)，所述第一桥支路具有第一功率半导体模块和第二功率半导体模块(8，9)，
-所述第一功率半导体模块和所述第二功率半导体模块(8，9)串联连接并且形成第一中点抽头(10)，
-所述第一功率半导体模块(8)与所述直流电压电路(5)的第一直流电压相(15)电连接，并且所述第二功率半导体模块(9)与所述直流电压电路的第二直流电压相(16)电连接，
-所述第一电容器和所述第二电容器(12，13)串联连接并且形成第二中点抽头(14)，
-所述第一电容器(12)与所述直流电压电路(5)的所述第一直流电压相(15)电连接，并且所述第二电容器(13)与所述直流电压电路的所述第二直流电压相(16)电连接，并且
-所述线圈(11)电连接在所述第一中点抽头(10)与所述第二中点抽头(14)之间。
2.根据权利要求1所述的能量转换器(1)，其中，在所述线圈(11)处设有金属装置(37)，并且其中，能够经由所述线圈(11)将电能感应到所述金属装置(37)中并且转化为热能。
3.根据权利要求1或2所述的能量转换器(1)，其中，
-所述再生式整流器(4)具有第二桥支路(17)，所述第二桥支路具有串联连接的第三功率半导体模块和第四功率半导体模块(18，19)，其中，
-所述第三功率半导体模块和所述第四功率半导体模块(18，19)形成第三中点抽头(20)，
-所述第一中点抽头(10)能够与所述第一交流电压网络(6)的第一交流电压相(21)连接，并且所述第三中点抽头(20)能够与所述第一交流电压网络的第二交流电压相(36)连接，并且
-所述第三功率半导体模块(18)与所述直流电压电路(5)的所述第一直流电压相(15)电连接，并且所述第四功率半导体模块(19)与所述直流电压电路的所述第二直流电压相(16)电连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的能量转换器(1)，其中，所述第一功率半导体模块和所述第二功率半导体模块(8，9)以及可用情况下的所述第三功率半导体模块和所述第四功率半导体模块(18，19)各自构造为功率半导体开关(22)，所述功率半导体开关具有或者不具有反并联连接的续流二极管(23)，并且其中，功率半导体模块(8，9，18，19)能够各自由控制装置(29)的驱控信号(28)驱控。
5.根据权利要求4所述的能量转换器(1)，其中，所述第一功率半导体模块和所述第二功率半导体模块(8，9)的用于所述能量转换(32)的功率半导体开关(22)能够以超过40kHz的时钟频率运行。
6.根据权利要求4或5所述的能量转换器(1)，其中，所述控制装置(29)设计用于，在所述能量转换(32)期间，借助于所述控制装置(29)的用于中断运行(34)的相应的所述驱控信号(28)，尤其基于所述第一交流电压网络(6)的网络监控(24)，中断第三功率半导体模块和第四功率半导体模块(18，19)的相应的功率半导体开关(22)。
7.根据权利要求4或5所述的能量转换器(1)，其中，所述控制装置(29)设计用于，借助于所述控制装置(29)的相应的所述驱控信号(28)来开关所述第一功率半导体模块、所述第二功率半导体模块、第三功率半导体模块和第四功率半导体模块(8，9，18，19)的相应的功率半导体开关(22)，从而针对组合运行(35)，尤其基于所述第一交流电压网络(6)的网络监控(24)，同时实施所述能量转换(32)和电能从所述直流电压电路(5)到所述第一交流电压网络(6)中的能量回收(26)。
8.根据权利要求6或7所述的能量转换器(1)，其中，网络监控(34)设计用于，借助于检测装置(25)为所述网络监控(24)检测所述第一交流电压网络(6)的电特性值、特别是电压和/或电流和/或电功率和/或频率。
9.一种变换器(2)，具有根据权利要求1至8中任一项所述的能量转换器(1)。
10.根据权利要求9所述的变换器(2)，具有逆变器(30)，其中，所述逆变器(30)借助于所述直流电压中间电路(5)的所述第一直流电压相和所述第二直流电压相(15，16)与所述再生式整流器(4)电连接。
11.根据权利要求10所述的变换器(2)，其中，所述逆变器(30)能够借助于第二交流电压网络(31)与电机(3)电连接。
12.一种用于根据权利要求1至8中任一项所述的能量转换器(1)的方法(33)，其中，借助于经由控制装置(29)的相应的驱控信号(28)驱控的所述第一功率半导体模块和所述第二功率半导体模块(8，9)的功率半导体开关(22)、所述线圈(11)以及所述第一电容器和所述第二电容器(12，13)，在所述能量转换(32)期间将电能转化为热能。
13.根据权利要求12所述的方法(33)，其中，在所述能量转换(32)期间，所述第一功率半导体模块和所述第二功率半导体模块(8，9)的功率半导体开关(22)以超过40kHz的时钟频率运行。
14.根据权利要求12或13所述的方法(33)，其中，在所述能量转换(32)期间，借助于所述控制装置(29)的相应的驱控信号(28)，尤其基于所述第一交流电压网络(6)的网络监控(24)，所述控制装置(29)在中断运行(34)时中断第三功率半导体模块和第四功率半导体模块(18，19)的相应的功率半导体开关(22)。
15.根据权利要求12或13所述的方法(33)，其中，
-所述再生式整流器(4)与所述第一交流电压网络(6)电连接，并且
-所述控制装置(29)借助于相应的驱控信号(28)驱控第一功率半导体模块、第二功率半导体模块、第三功率半导体模块和第四功率半导体模块(8，9，18，19)的相应的功率半导体开关(22)，从而在组合运行(35)中，尤其基于所述第一交流电压网络(6)的网络监控(24)，同时实施所述能量转换(32)和电能从所述直流电压电路(3)到所述第一交流电压网络(6)中的能量回收(26)。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20172358.2A EP3905503A1 (de) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Energiewandler |
| EP20172358.2 | 2020-04-30 | ||
| PCT/EP2021/059019 WO2021219334A1 (de) | 2020-04-30 | 2021-04-07 | Energiewandler |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115461977A true CN115461977A (zh) | 2022-12-09 |
Family
ID=70482353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180031778.7A Pending CN115461977A (zh) | 2020-04-30 | 2021-04-07 | 能量转换器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230179114A1 (zh) |
| EP (2) | EP3905503A1 (zh) |
| CN (1) | CN115461977A (zh) |
| WO (1) | WO2021219334A1 (zh) |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3822065B2 (ja) * | 2001-06-14 | 2006-09-13 | シャープ株式会社 | インバータ洗濯機 |
| KR100541724B1 (ko) * | 2002-11-08 | 2006-01-11 | 삼성전자주식회사 | 모터전원공급장치 및 모터전원공급방법 |
| JP5304192B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2013-10-02 | ダイキン工業株式会社 | 電力変換装置 |
| EP2476192A2 (en) * | 2009-09-07 | 2012-07-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Electrical energy conversion circuit device |
| NO331329B1 (no) * | 2010-02-18 | 2011-11-28 | Energreen As | Fluidkjolt lastmotstand for bruk ved energiproduksjon og anvendelse av denne |
| WO2013057653A2 (en) * | 2011-10-18 | 2013-04-25 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Electrical energy supply system |
| JP2013143878A (ja) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Panasonic Corp | インバータ制御装置 |
| JP5670398B2 (ja) * | 2012-09-10 | 2015-02-18 | ファナック株式会社 | 少なくとも２つの抵抗放電手段を有するモータ制御装置 |
| US9246411B2 (en) * | 2012-10-16 | 2016-01-26 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Regenerative voltage doubler rectifier, voltage sag/swell correction apparatus and operating methods |
| EP2996237A1 (en) * | 2014-09-15 | 2016-03-16 | Alstom Technology Ltd | Resonant bidirectional DC/DC converter |
| CN205407614U (zh) * | 2016-03-30 | 2016-07-27 | 三峡大学 | 一种基于有功功率解耦的高能量密度单相pwm整流器 |
| CN107645203A (zh) * | 2016-07-21 | 2018-01-30 | 阿里巴巴集团控股有限公司 | 储能变频器系统 |
| EP3407477A1 (de) * | 2017-05-26 | 2018-11-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zum entladen von einem gleichspannungszwischenkreiskondensator |
| CN107317499A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-11-03 | 何晓东 | 一种单相三电平逆变器 |
| US10749449B2 (en) * | 2018-01-29 | 2020-08-18 | Phillip R. Martineau | Electroactive polymer expansion power cycle |
| JP7213166B2 (ja) * | 2019-11-06 | 2023-01-26 | 株式会社日立産機システム | 電力変換装置およびプレス装置 |
| CN112271948A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-01-26 | 华东交通大学 | 一种交流侧分裂对称解耦单相逆变器 |
| CN113746362B (zh) * | 2021-08-30 | 2023-05-16 | 特变电工西安电气科技有限公司 | 一种单位功率因数整流器的控制策略、装置和计算机设备 |
-
2020
- 2020-04-30 EP EP20172358.2A patent/EP3905503A1/de not_active Withdrawn
-
2021
- 2021-04-07 CN CN202180031778.7A patent/CN115461977A/zh active Pending
- 2021-04-07 WO PCT/EP2021/059019 patent/WO2021219334A1/de active Search and Examination
- 2021-04-07 EP EP21721837.9A patent/EP4091243A1/de active Pending
- 2021-04-07 US US17/922,270 patent/US20230179114A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4091243A1 (de) | 2022-11-23 |
| WO2021219334A1 (de) | 2021-11-04 |
| EP3905503A1 (de) | 2021-11-03 |
| US20230179114A1 (en) | 2023-06-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Park et al. | Simple fault diagnosis based on operating characteristic of brushless direct-current motor drives | |
| CN107017763B (zh) | 用来保护功率转换器布置的方法和具有保护装置的功率转换器 | |
| Errabelli et al. | Fault-tolerant voltage source inverter for permanent magnet drives | |
| CA2711504C (en) | Power conversion device | |
| US9646795B2 (en) | Low-frequency circuit breaker | |
| TWI383575B (zh) | Winding switch of AC motor and its winding switching system | |
| JP2019071772A (ja) | 電気自動車のためのインバータ | |
| EP2615733A1 (en) | Power semiconductor module, power conversion apparatus, and railroad vehicle | |
| JP5721787B2 (ja) | 電力変換装置およびその制御方法 | |
| Shu et al. | Fault diagnosis and fault-tolerant control scheme for open-circuit faults in three-stepped bridge converters | |
| WO2019030966A1 (ja) | 電力変換装置及び電力変換方法 | |
| JP5396920B2 (ja) | 三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置 | |
| US20140103886A1 (en) | Method for producing reactive current with a converter and converter arrangement and energy supply plant | |
| US20150023074A1 (en) | Ac/dc electrical conversion device permitting energy recovery and management of dc-side short-circuits | |
| CN109074980B (zh) | 双向换向促进器 | |
| CN107005041B (zh) | 用于监控轨道车辆中电网的方法和装置以及轨道车辆 | |
| JP2010239686A (ja) | 補助電源装置 | |
| CN115461977A (zh) | 能量转换器 | |
| US10027240B1 (en) | Ground fault isolation for power converters with silicon carbide MOSFETs | |
| JP2012090380A (ja) | 車両用駆動制御装置 | |
| JP3999226B2 (ja) | 電動機制御装置 | |
| TWI505625B (zh) | Power conversion system and its control method | |
| JP2009219225A (ja) | 車両駆動システム | |
| CN113169664A (zh) | 用于中性导体的具有电网频率换向的电桥支路的单相功率因数校正电路 | |
| CN105917566A (zh) | 电力转换装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |