CN1957523B

CN1957523B - 辅助总线系统

Info

Publication number: CN1957523B
Application number: CN2005800168266A
Authority: CN
Inventors: R·H·阿马德; E·皮蒂乌斯
Original assignee: Siemens AG; Siemens Industrial Automation Inc
Current assignee: Siemens Building Technologies AG; Siemens AG
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: CN1957523A; CN1957522A; CN100592616C

Abstract

某些示范性实施方案可包括一种系统，该系统包括用于机器的电驱动系统。所述系统可包括适于将来自交流发电机的AC功率转换成DC功率的整流器。所述系统可包括适于接收来自整流器的DC功率并向牵引电机和/或辅助装置提供功率的逆变器。某些示范性实施方案可包括一种用于耗散来自机器的过剩能量的系统和方法。

Description

辅助总线系统

相关申请的交叉参考

本申请要求2004年5月27日提交的序列号为60/574,958(代理人案卷编号2004P08956US)的未决的美国临时专利申请、2004年5月27日提交的序列号为60/574,959(代理人案卷编号2004P08957US)的未决的美国临时专利申请、以及2004年7月30日提交的序列号为60/592,547(代理人案卷编号2004P13018US)的未决的美国临时专利申请的优先权，并在此将这些申请全部引入作为参考。

背景技术

采矿设备、例如大型越野矿用卡车和挖掘机(例如挖土机、拉铲挖土机等)能够使用相对大的AC和/或DC电机来移动该设备和/或移动材料。这些电机可以包括推进电机、起重电机、回转电机和/或逼进(crowd)电机。这样的电机可以由常规的DC或AC电驱动系统来供电。这样的系统可包括例如变压器、滤波器、电抗器等等的可具有显著的尺寸和/或重量的磁性元件。

采矿设备可以主要从可与交流发电机机械耦合的内燃机得到能量。例如，所述交流发电机能够向辅助装置提供AC信号。所述交流发电机能够向可具有不同配置和原理的电气系统提供该AC信号。与所述交流发电机电耦合的辅助负载的工作频率可以为大约60Hz。

电气系统能影响机器的内燃机的空转速度。满足辅助装置的功率要求有时可能涉及保持最小发动机速度高于否则可能是合理的水平。例如，常规的驱动系统能够导致高于大约每分钟1000转(RPM)的空转速度来为大型矿用卡车中的辅助装置充分供电。提高空转速度的结果可能是燃料的过度使用和/或较高的柴油机维护费用，从而导致卡车的更高的运行成本。因此，会需要一种能有效地为辅助系统供电的系统和/或方法。

机器能够利用会产生大量热量的高功率牵引驱动系统。因此，会需要有效的冷却系统。空气冷却能被用于机器，其中利用鼓风机使大量空气移动以冷却诸如逆变器功率模决和牵引电机之类的部件。常规的空气冷却系统的限制可以包括有限的功率密度和/或相对大的空间占用(footprint)。因此，会需要一种与常规的空气冷却的牵引系统相比能够提供更大的功率密度和/或具有小得多的空间占用的冷却系统。

发明内容

某些示范性实施方案能够包括一种系统，该系统包括与交流发电机机械耦合的内燃机。该交流发电机能与整流器电耦合，该整流器适于从该交流发电机接收第一AC信号。该整流器能够与DC总线电耦合，并能向该DC总线提供DC信号。所述系统能够包括与该DC总线电耦合的逆变器。该逆变器能够适于向牵引电机和/或辅助装置提供第二AC信号。

附图说明

参考附图，通过下列详细描述将更容易理解多种可能的实施方案，其中：

图1为能量管理系统1000的示范性实施方案的框图；

图2为能量管理系统2000的示范性实施方案的框图；

图3为能量管理系统3000的示范性实施方案的框图；

图4为能量管理系统4000的示范性实施方案的框图；

图5为散热系统5000的示范性实施方案的框图；

图6为逆变器电路6000的示范性实施方案的框图；

图7为与逆变器电路相关的示范性向量集7000的图示；

图8为经由空间向量调制所产生的示范性相电压波形；

图9为水冷IGBT控制箱9000的示范性实施方案的框图；

图10为水冷IGBT控制箱10000的示范性实施方案的框图；

图11为牵引电机11000的示范性实施方案的框图；

图12为能量管理方法12000的示范性实施方案的框图；以及

图13为信息装置13000的示范性实施方案的框图。

具体实施方式

定义

当在本文中使用下列术语时，所附随的定义适用：

一个-至少一个。

有源-使用晶体管、集成电路和/或真空管来对电源执行操作的电路和/或装置。

有源前端-自换流的有源控制的线路转换器；自换流的馈电/再生反馈单元。

功效-功能的性能。

适于-适合和/或适应于特定用途和/或情况。

交流电(AC)-在电路中以有规律的间隔反转方向的电流。

交流发电机-适于将机械能转化成电能的装置。为了本申请，术语“交流发电机”还包括发电机。

设备-用于特殊目的的仪器和/或装置。

近似地-几乎相同。

自动-通过信息装置以基本上独立于用户的影响和/或控制的方式被执行。

辅助装置-与车辆相关的非传动系统(power train)装置、例如风扇、鼓风机、风挡刮水器、空调、加热器和/或泵等等。

辅助电源系统-多个电耦合的适于向辅助装置传递电功率的部件。

总线-在至少两个电路之间建立共同连接的电导体。

能够-在至少一些实施方案中能。

包括-包含但不限于。

恒定的-频繁发生；持续的；和/或不变的。

连续地-在时间、顺序、物质和/或程度上不间断。

控制-对...施加权威的和/或占优势的影响；引导；适应要求；和/或调节。

转换-变换。

冷却-将热能传递走。

冷却液-适于传递热能的液体。

校正-改变为更希望的值。

耦合-将两个东西接合、连接和/或连结在一起。

可耦合的-适于被连接。

逼近-紧紧地按压、填塞和/或强迫在一起。

DC(直流)斩波器-适于对未被调制的DC电压进行调制的装置。

定义-确定概要、形式和/或结构。

降低额定值-降低电气设备的额定电气性能。

直流电(DC)-非交流电。

双定子绕组-在每个极上都具有两个独立绕组的电机、发电机、涡轮机或其他工作发电机的静止部分。转子绕着所述定子转动。两个绕组中的每一个均适于从独立的逆变器接收功率。

拖-引起沿表面拖拉。

拉铲挖土机-在表面采矿中被用于移去覆盖层(岩石和土壤层)的大型挖掘机器。典型的拉铲挖土机将用金属绳索悬挂的铲斗抛出相当大的距离，通过在地上用第二条金属绳索(或链)将铲斗拉向它自己来收集所挖掘的材料，升高铲斗，并将材料倾倒在废土堆上、装料斗中和/或桩堆上等等。

驱动-传送功率的方法。

占空比-系统实际被用于执行其功能的时间百分率；DC电压基本上不为零的时间百分比。

电气-通过电力供电。

电耦合-连接或连结物体以便允许电子在它们之间流动。

激励-交流发电机中通过将电流施加到交流发电机定子上所产生的电磁场的强度等级。

无滤波器-缺少适于拒绝某些频率的信号而允许其他信号通过的装置的电气系统。

流体-液体、浆液、蒸气、雾、浮云状物、羽状物和/或泡沫状物。

流体-空气热交换器-适于将热量从流体传递到空气的装置。

频率-电压和/或电流在预定时间周期内振荡的次数。

发电-产生电功率。

谐波电流畸变-对于AC(交流)功率信号来说，高于和/或低于电流基频的所有谐波频率的功率之和与该电流基频的功率之比。

谐波滤波器-包括电容器组和感应线圈并被设计和/或调谐成预定的非线性负载以消除和/或充分衰减预定的谐波频率范围的装置。

散热器-适于将热能从所连接的物体传递走的装置。

升起-举起和/或升高。

Hz(赫兹)-Hertz的缩写，是等于每秒一个周期的频率单位。

输入-涉及进入装置的电力。

绝缘栅双极性晶体管(IGBT)-一种半导体装置，这种半导体装置具有与双极性晶体管相同的操作，但具有场效应类型的栅极，因此当施加栅极-发射极电压以使其导通时，无需注入电流。当栅极-发射极电压非常低时，该装置关断。

内燃机-一种装置，在该装置中燃料被氧化以便将该燃料中的能量转化为例如转动轴的机械能。所述燃料可以是汽油、柴油、乙醇、甲醇和/或任何其他基于碳氢化合物的流体等等。

逆变器-将DC功率转换成AC功率或将AC功率转换成DC功率的装置。

极限-一个点，超过该点某事不能或不可能进行。

负载-许多与铲斗和/或卡车等有关的所开采的土制材料。

机器-适于执行至少一种任务的装置和/或车辆。

材料-任何能被挖掘和/或铲起的物质。

可以-在至少一些实施方案中被允许。

机械耦合-至少连接或连结第一对象和第二对象，以便允许该第一对象在物理上与该第二对象一致移动。

方法-用于完成某事的相关动作的过程、程序和/或集合。

矿山-一种场所，从该场所能够提取土制材料。

矿用挖掘机-用于从地中挖掘材料的机器。

矿用拖运卡车-适于拖运所挖掘出的材料的机动车辆。

调制的-就频率、幅度、相位或其他特征而言改变的。

越野牵引车辆-适于在泥土表面而不是铺砌表面上操作的车辆。例如，越野牵引车辆能够包括矿用卡车、电矿铲和/或电动矿用挖掘机等等。

操作-运行。

输出-产生和/或生成某物。

多个-多数和/或多于一个的状态。

功率-可用于作功的电能。

功率因数-实际功率与表观功率的比率。功率因数1.0表示电流与电压同相。

功率因数补偿装置-适于将AC电压和AC电流之间的相位关系改变为更满意的值的装置。

功率耗散器-适于通过通常将电能转换成热能或机械能来耗散电能。

预定的-事先确定的。

推动-促使向前和/或向后移动。

提供-供给。

脉冲波调制(PMW)-一种通过改变一串脉冲的宽度而非高度来调整开关电源的输出电压和频率的方法；和/或信号和/或电源的占空比的调制以便在通信信道上传送信息和/或控制发送到负载的功率量。

泵-适于提升、压缩和/或传输流体的机器。

接收-取得、得到、获得和/或得到赠予。

整流器-将AC功率转换成DC功率的装置。

制动-尝试减慢；阻碍运动。

集-相关的多个。

电铲-被供电的适于挖掘、容纳和/或移动矿石的装置。

信号-在任何给定的时间与特殊电流值和特殊电压值相关的电功率，并且在任何特定时间范围上由至少一个交流电流、直流电流和/或电压波表征该电功率。

正弦(sine)一定中心于笛卡尔坐标系原点的单位圆的圆弧的端点的坐标，该圆弧的长度为x，并且如果x为正，则从点(1，0)逆时针测量该圆弧，或如果x为负，则顺时针测量该圆弧。

正弦波一具有偏差的波，该偏差能够在图形上被表示为可通过等式y＝sin(x)确定的正弦曲线。

正弦波输出电流-在中心点附近振荡的电流，其中该振荡的图形表示类似于正弦波。

正弦波滤波器-电耦合的电抗器和电容器，适于生成频率驱动的输出电流的正弦波。

空间向量调制(SVM)-用于通过改变一串脉冲的宽度而非高度和/或脉冲之间的时间间隔来调整所表征的信号的输出电压和频率的脉冲宽度调制形式。空间向量调制信号与其他形式的脉冲宽度调制信号的区别在于确定脉冲何时开始和结束的方法。空间向量调制脉冲通过所计算的空间向量来定时。

速度-速率。

静态的-静止的和/或恒定的。

基本上-很大限度和/或程度上。

摆动-横向和/或以曲线移动。

开关电容器组-多个适于通常自动地被接入到电源传输电路中以校正功率因数的电容器。

系统-机制、装置、数据和/或指令的集合，该集合被设计用于执行一个或多个特定功能。

温度-物质样本中粒子的平均动能的量度，根据标准刻度上所指定的单位和/或度来表示。

温度传感器-适于提供与温度成比例的信号的装置。

牵引电机-机械耦合的用于提供移动机器的动力的电机。

未被调制的-基本上恒定的。例如，相对恒定的DC电压是未被调制的。

可变的-可能改变和/或变化，易于改变和/或可改变的。

电压-(也叫作“势差”和“电动势”(EMF))被表示为带符号的伏特数(V)并被量度为电路中两点之间的带符号的差值的量，当用那些点之间的以欧姆为单位的阻抗来除该量时，根据欧姆定律，产生在那些点之间流动的以安培为单位的电流。

波-引起电能在介质中从点到点逐步传播的扰动、变化和/或事件。

波形-电压和/或电流随着时间的变化的外形、图形和/或可视模型。

详述

图1为能量管理系统1000的示范性实施方案的框图。在某些示范性实施方案中，能量管理系统1000可以是诸如越野牵引车辆的机器的一部分。该机器可以是车辆、例如汽车、轻型卡车、双轴轮卡车、公共汽车、矿用挖掘机、机车和/或矿用拖运卡车等等。能量管理系统1000可以包括交流发电机1100。交流发电机1100能够与内燃机机械耦合。交流发电机1100能够产生AC信号，从而将来自的内燃机的机械能转换为电能。

能量管理系统1000可包括整流器1150。整流器1150可包括有源绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。整流器1150能够适于将AC信号转换成DC信号。整流器1150能够向DC总线1175提供DC信号。从DC整流器被提供给DC总线的信号可以具有大约120V、135.67V、159.1V、224.5V、455V、460.75V、885V、930.1V、1200V、1455.45V、1687.1V、2000V、2200.32V、2300.12V、3000.6V、5500V的电压和/或这些电压之间的任何其他值或范围。能够通过改变内燃机速度、整流器1150的开和关的占空比、和/或交流发电机1100的激励来改变DC总线1175上的电压。

能量管理系统1000可包括多个逆变器1500、1600、1700、1800，这些逆变器能够适于驱动多个牵引电机1900、1950。逆变器1500、1600、1700、1800可以是有源IGBT逆变器。逆变器1500、1600、1700、1800能够适于提供频率大约为29.9Hz、40Hz、48.75Hz、54.2Hz、60Hz、69.2Hz、77.32Hz、85.9Hz、99.65Hz、120Hz、144.2Hz、165.54Hz、190.3Hz、240Hz和/或这些值之间的任何值或子范围的AC信号。

牵引电机1900、1950中的每一个都可以包括双定子绕组。包含双定子绕组的电机能够适于操作和/或产生较高频率的信号。但是即使不升高频率，通过利用具有双定子绕组的电机，也能以相同的电机线路电流值达到直到大约两倍转矩。关于双定子电机技术的附加信息能够在美国专利号4,785,213(Satake)中找到，该文以其整体被引入作为参考。

能量管理系统1000可包括适于当机器在制动下运行时耗散经由牵引电机1900、1950所产生的能量的电路。该电路可包括斩波器电路，该斩波器电路可以是包含一个或多个有源IGBT晶体管1300、1350的有源IGBT斩波器电路。经过IGBT 1300、1350的能量能够通过电阻器1400被耗散。电阻器1400可以是一个电阻器、一个栅极电阻(或电阻器阵列)或多个栅极电阻器。

为了简化，逆变器1500、1600、1700、1800中的每一个都可被图解为独立的晶体管装置。如图4中所示，逆变器1500、1600、1700、1800中的每一个都可包括多个用于被提供给牵引电机1900、1950的每个电源相的晶体管。为定子绕组提供一相的逆变器电路可包括两个开关装置，用于向牵引电机1900、1950提供脉宽调制(PMW)或空间向量调制(SVM)信号。

信息装置1200可使用各种算法来控制能量管理系统1000中的转换。为了理解能量管理系统1000中的电路的操作，可分析一个较简单的电路。例如，提供给牵引电机的1900、1950的每组三相信号能包括六个开关装置(如图6中针对单个三相电源所示的)。逆变器1500、1600、1700、1800中的每一个都能够通过信息装置1200来进行控制。

图6为逆变器电路6000的示范性实施方案的框图。对于一个三相系统来说，第一相可以被表示为相“A”，第二相可以被表示为相“B”，并且第三相可以被表示为相“C”。利用相似术语，相关的开关装置可以被表示为SA+、SA-、SB+、SB-、SC+和SC-。每组六个开关装置可被连接到与DC总线6100的连接点之间的桥电路中。这些开关装置能够通过由信息装置6300所控制的PWM开关或SVM开关来操作。信息装置6300能够适于响应于所计算出的指令向量提供开关信号。

由于用于电源的每一相的两个开关之一能被接通，因此提供给牵引电机6200的每一相的开关状态均能用三个二进制数(SA，SB，SC)来表示。对于这种表示来说，“1”可以指示上面的或+开关装置接通，而“0”可以指示下面的或-开关装置可以接通。因此，(0，0，0)指示SA-、SB-和SC-接通且SA+、SB+和SC+关断；(1，0，0)指示SA+、SB-和SC-接通且SA-、SB+和SC+关断；等等。

所产生的八个坐标集中的每一个都能被建模为开关或电压向量V0-V7，如图7中所示，其中(0，0，0)或V 0以及(1，1，1)或V7为零向量。由六个非零电压向量V1-V6所覆盖的六边形能被划分为六个60°的区域1-6，且每个区域都能被两个非零电压向量覆盖。每个非零电压向量的大小或长度可以等于2V/3，其中V可以是DC总线上的电压的大小。

向量能够用它们在X和Y轴上的投影来表示，其中X和Y轴被叠加到向量V1-V6所覆盖的六边形上。例如，可将电压指令向量V_s*投影以定义V_x*和V_y*，如图7中所示。每个非零向量在X和Y轴上的投影能够根据下列等式来确定：

V_i，x＝2·V/3·[cos((i-1)60°)] (1)

V_i，y＝2·V/3·[sin((i-1)60°)] (2)

其中i可以是向量的索引(即：i＝1代表电压向量V1，i＝2代表电压向量V2，等等)；i还能被解释为区域1-6的索引。

多种已知的PWM或SVM控制装置能够被用于控制这些开关装置SA+、SA-、SB+、SB-、SC+、SC-以便根据固定的DC电压V产生三相平衡的AC电压集。对于SVM来说，在X-Y平面中旋转的电压指令向量能够表示平衡的三相电压指令。对于每个脉宽调制控制周期来说，三相电压指令能够用例如从图6的逆变器电路6000可得到的六个非零电压向量V1-V6所覆盖的X-Y平面中的电压指令向量来表示。每个电压指令向量都能通过适当地组合成比例的向量来近似或构建，所述成比例的向量可与相邻的两个非零向量以及所述零向量中适当的一个零向量V0或V7配准。

例如，如图7中所示，对于第一向量来说，电压指令向量V_s*能够用V₁*、V₂*和所述零向量之一V0或V7来近似。可以这样来选择零向量，使得为了从一个非零向量到该零向量到下一个非零向量的每个转变，所述开关装置SA+、SA-、SB+、SB-、SC+和SC-中只有一个需要改变其接通/关断状态。可以选择每个电压向量的大小或时间间隔以便平衡由指令向量所命令的伏特-秒和例如由图6的逆变器电路6000所施加的实际的伏特-秒。

在SVM的某些示范性实施方案中，可以指定比预期的基本输出的1/6周期小得多的采样间隔T_s。一旦确定了向量分量，在每个采样间隔中就能把该向量分量看作时间权重比。开关能够工作以便在T_s的特定部分内施加两个有源向量中的每一个。然后，可以添加零状态间隔以使总时间达到T_s。在以下意义上这能被看作PWM过程，即在多个T_s间隔的范围内平均特性跟踪所希望的输出向量并且时间权重能够被解释为占空比。实际上，在每个时间kT_s，所述向量分量能够被重新计算，其中k可以是整数。因此，这些时间能够用作相同的采样间隔，并且在每个间隔范围内的平均特性能够通过在时间kT_s的电压向量来确定。

图8示出时域中的SVM过程的一个实例，假设可以为预期的基本输出频率(调制频率)的15倍的切换频率和相对于正弦的95％调制。切换顺序可以如在图8的底部所示的那样。利用相位a的参考正弦信号的等效畸变调制可以如在图8的顶部所示的那样。在扇区I中，切换顺序可以是0-4-6-7-6-4-0，以便在某一时间只有一个开关改变状态。其他扇区的顺序能够从图3中得到。在一个给定的扇区中，所希望的输出电压的向量域形式可被表示为：

{\overset{&RightArrow;}{v}}_{out} = \frac{T_{i}}{T_{s}} {\hat{v}}_{i} + \frac{T_{j}}{T_{s}} {\hat{v}}_{j}

其中向量分量T_i/T_s以及T_j/T_s能够成为与每个相应区域相关的开关状态有关的时间权重。总时间T_s＝T_i+Y_j+T₀+T₇可以是所述采样间隔。只要零状态持续时间T₀和T₇的和产生正确的T_s，零状态持续时间T₀和T₇就可以是任意的，这说明可以有自由度。在SVM中，可以为相同的间隔施加每个零状态以产生T₀＝T₇。

在空间向量定义中可引入比例因数。空间向量域中的向量比例可以是3m/4，其中m可以是每个相电压(与完全正弦调制相关)的调制深度。可以首先通过注意按照下式确定m来得出因数3/4

m = \frac{V_{ph}}{\frac{V}{2}} - - - (4)

其中V_ph为峰值输出相电压。可以利用未标准化的Park变换经由因数3/2将(平衡的)时域相电压变换成坐标。因此，从相电压到所希望的输出向量的换算可以变为：

{\overset{&RightArrow;}{V}}_{out} = (\begin{matrix} 1 & - \frac{1}{2} & - \frac{1}{2} \\ 0 & - \frac{\sqrt{3}}{2} & \frac{\sqrt{3}}{2} \\ \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \end{matrix}) (\begin{matrix} V_{ph} \cos (ωt) \\ V_{ph} \cos (ωt - \frac{2 π}{3}) \\ V_{ph} \cos (ωt + \frac{2 π}{3}) \end{matrix})

= \frac{3}{4} mV (\begin{matrix} \cos (ωt) \\ \sin (ωt) \end{matrix}) - - - (5)

为了使这与时域联系起来，可以使标准化的电压分量分别与时间函数M_d(t)＝mcos(ωt)和M_q(t)＝mcos(ωt)相关联。

因此，标准化的输出电压向量能够被写为

在SVM中，图7中具有所述轴的基能够被变换为(具有基向量B_ij的)用于找到T_i和T_j的i-j坐标系中和(3)中的基。在扇区I中，基向量是

和

通过下式与x-y坐标系相关联：

(\begin{matrix} {\hat{v}}_{4} \\ {\hat{v}}_{6} \end{matrix}) = P (\begin{matrix} {\hat{v}}_{x} \\ {\hat{v}}_{y} \end{matrix})

其中P可以是2×2的变换矩阵，该变换矩阵可以依赖于扇区。

变换矩阵可以如在表I中针对所有扇区所示的那样。

表I

扇区1能够被用作应用于每个相应扇区的讨论的基础。矩阵P可以涉及基向量。对于这种线性变换来说，分量可以这样相关联，使得列形式的i-j向量分量是x-y分量的(P^-1)^T倍。因此分量T₄/T_s和T₆/T_s能够被计算为：

(\begin{matrix} \frac{T_{4}}{T_{s}} \\ \frac{T_{6}}{T_{s}} \end{matrix}) = {(P^{- 1})}^{T} (\begin{matrix} \frac{3}{4} M_{d} (t) \\ \frac{3}{4} M_{q} (t) \end{matrix}) = (\begin{matrix} 1 & - \frac{1}{\sqrt{3}} \\ 0 & \frac{2}{\sqrt{3}} \end{matrix}) (\begin{matrix} \frac{3}{4} M_{d} (t) \\ \frac{3}{4} M_{q} (t) \end{matrix}) - - - (7)

(7)中的时间变元能够利用采样来支持持续时间计算。在采样时间上，(7)能够被表示为：

\frac{T_{4}}{T_{s}} = \frac{3}{4} M_{d} (k T_{s}) - \frac{\sqrt{3}}{4} M_{q} (k T_{s})

\frac{T_{6}}{T_{s}} = \frac{\sqrt{3}}{2} M_{q} (k T_{s}) - - - (8)

通常，独立的信息装置跟踪能使转变次数最小化的切换顺序。

关于空间向量调制的附加信息能够在美国专利5,552,977、美国专利6,023,417、美国专利6,316,895、美国专利6,819,078和美国专利6,839,249中找到，这些专利以其整体被引入作为参考，并且所述附加信息能够从Alexis Kwasinski、Philip T.Krein以及Patrick L.Chapman的Time Domain Comparison of Pulse-WidthModulation Schemes(IEEE Power Electronics Letters，第3期，卷1(2003年9月))中找到。

某些示范性实施方案采用直接反向的SVM技术来控制逆变器1500、1600、1700、1800中的I GBT，这种技术能够减少IGBT中的开关损耗，和/或当与其他PWM方法相比时能够提供对DC总线1175的电压的扩展的利用。

图2为能量管理系统2000的示范性实施方案的框图。在某些示范性实施方案中，能量管理系统2000可以包括内燃机2100。内燃机2100能够与第一交流发电机2200和第二交流发电机2300机械耦合。第一交流发电机2200和第二交流发电机2300能够由调整电路控制。该调整电路可包括场调整器2600、第三交流发电机2400以及整流器和线圈组2500。该调整电路能够适于改变到第一交流发电机2200和第二交流发电机2300的激励电流，从而改变由第一交流发电机2200和第二交流发电机2300所产生的电压。

第一交流发电机2200能够适于向整流器2700提供信号。整流器2700可以是有源IGBT整流器，该有源IGBT整流器能够从第一交流发电机2200接收AC信号并向DC总线提供DC信号。所述DC总线能够适于向第一逆变器2900和第二逆变器2925提供信号。第一逆变器2900和第二逆变器2925可以是有源IGBT逆变器，该有源IGBT逆变器能够在正常状态下工作，从所述DC总线接收DC信号，并向第一牵引电机2950和第二牵引电机2975提供AC信号。当与能量管理系统2000相关的机器处于制动时，牵引电机2950和牵引电机2975能够产生电信号。当牵引电机2950和牵引电机2975用作发电机时，例如当该机器处于制动时，第一逆变器2900和第二逆变器2925能够适于从牵引电机2950和牵引电机2975接收AC信号并向所述DC总线提供DC信号。

第二交流发电机2300能够适于向辅助系统2875提供信号。第二交流发电机2300能够与开关组2800电耦合。开关组2800能够用于将电源从第二交流发电机2300和当所述机器处于制动时适于向辅助系统2875供电的电路传递到辅助系统2875。

开关组2800能够与辅助变压器2850电耦合。辅助系统2850能够适于改变提供给辅助系统2875的信号的电压。例如，辅助变压器2850能够将第二交流发电机输出的电压降低至用于辅助系统2875的更低的电压。

图3为能量管理系统3000的示范性实施方案的框图。能量管理系统3000可以包括内燃机3100。能量管理系统3000可以包括第一交流发电机3300和第二交流发电机3400。能量管理系统3000可以包括适于改变第一交流发电机3300的输出电压的场调整电路。该场调整电路可包括与场调整器3500磁耦合的第二交流发电机3400。第二交流发电机3400能够与整流器和线圈组3200电耦合。场调整器3500能够适于改变从第二交流发电机3400输出的电压和/或电流。整流器和线圈组3200能够适于转换来自第二交流发电机3400的电流以便向第一交流发电机3300提供可随时间变化的激励。第一交流发电机3300能够适于产生三相AC信号。

第一交流发电机3300能够与整流器3600电耦合，该整流器能够与DC总线3700电耦合。整流器3600可以是有源IGBT整流器，该有源IGBT整流器可以包括输入电抗器、多个IGBT晶体管和按6脉冲桥路配置的反并联二极管、低电感总线连接、用于接通/关断IGBT的点火电路、电流和电压传感器、和/或数字控制电路等等。

整流器3600能够适于向DC总线3700提供DC信号。不管负载和/或电源状态如何，整流器3600都能引出正弦电流。在某些机器中，整流器3600可以是三相全波自由单元(即二极管)。在某些示范性实施方案中，整流器3600可以是无滤波器的。整流器3600能够适于将谐波电流畸变限制于大约5％、4.02％、2.998％、2％、1.1％和/或0.5％等等的值或它们之间的任何值或子范围。整流器3600能够适于提供校正为大约0.95、0.96、0.97、0.98、0.99和/或1.00等等或它们之间的任何值或子范围的有源输入功率因数校正。在某些示范性实施方案中，整流器3600能够适于用于矿用电铲和/或拉铲挖土机。

DC总线3700能够与逆变器3725、3750电耦合。逆变器3725、3750可以是有源IGBT逆变器。逆变器3725、3750能够产生空间向量调制(SVM)AC信号。不管负载和/或电源状态如何，逆变器3725、3750都能够适于提供具有小于总谐波畸变的大约7％、6.01％、5％、3.997％、3％、2.1％和/或1％和/或它们之间的任何值或子范围的正弦输出电流。

逆变器3725、3750能够适于产生空间向量调制的正弦AC电压，该电压具有能够连续地被改变以影响输出到诸如牵引电机3925和3950的时间平均电压的占空比。逆变器3725、3750的输出电压能够在其频率、相移和/或幅度或均方根值等方面被改变。逆变器3725、3750能够适于从DC总线3700接收DC信号并且当与能量管理系统3000相关的机器处于推进状态时向牵引电机3925、3950递送AC信号、例如三相AC信号。牵引电机3925、3950能够与适于推进机器的轴和轮机械耦合。当所述机器处于制动时，牵引电机3925、3950能够适于产生AC信号。当牵引电机3925、3950产生AC信号时，逆变器3725、3750能够适于为DC总线3700提供DC信号。

能量管理系统3000可包括辅助系统逆变器3775。辅助系统逆变器3775能够适于输出可变的三相AC信号。逆变器3775能够产生频率大约为60、90、120和/或更大的周期/秒(赫兹)且幅度为大约100V-大约1800V(包括其间所有值和子范围、例如大约460、600和720V等)的AC波形。辅助系统逆变器3775可以是有源IGBT逆变器。辅助系统逆变器3775能够适于产生正弦波脉冲波调制的DC电压。

逆变器3775能够利用AC电压传感器来控制，该AC电压传感器能够被连接在三相变压器3790的滤波后的输出处，用于通过控制逆变器3775的调制指数来调整输出AC电压。这组调制指数能够基于主DC链路电压值来计算或从表中查找。在某些示范性实施方案中，在调制指数斜升之后，利用AC电压传感器能够将三相总线电压调谐至所希望的均方根值。当负载在AC侧发生变化时，能够连续使用该AC电压传感器来在+/-5％的容差范围内调整电压值。在逆变器3775的滤波部分侧的负载可以是恒定的且是100％负荷，这能够降低在负载轻时由于正弦滤波器而具有过压的可能性。该正弦滤波器能够与辅助系统逆变器3775电耦合。

辅助系统逆变器3775能够适于向包括与所述机器相关的辅助装置的辅助系统3900供电。辅助系统逆变器3775能够适于从DC总线3700接收DC信号并向辅助系统3900提供AC信号。辅助系统逆变器3775能够与变压器3790和/或正弦滤波器电耦合。变压器3790能够适于从辅助系统逆变器3775接收处于第一电压的AC信号并向辅助系统3900提供具有第二电压的AC信号。辅助系统逆变器3775能够产生正弦波脉冲波调制(SPWM)的DC电压，该电压具有能够连续地被改变以影响被输出到例如电机的时间平均电压的占空比(“接通时间”)。代替SPWM，辅助系统逆变器3775和/或逆变器3725和3750能够使用空间向量脉冲波调制(SVPWM)技术。根据负载要求和/或实施细节，辅助逆变器3775能够利用SPWM或SVM方法。

辅助系统逆变器3775可以包括诸如400KVA的中等额定功率，该中等额定功率能够被用作辅助系统3900的辅助电源。例如，辅助系统逆变器3775可以是西门子ST1500 WL模块或西门子ST1500 FL模块(其中1500 WL模块是水冷的，ST1500 FL模块是强制气冷的)。辅助系统逆变器3775能够作为由DC总线3700馈电的PWM电压源逆变器运行。变压器3790可以是三相变压器和/或能够提供隔离和/或能够降低提供给辅助系统3900的电压。变压器3790可缺少用于滤波目的的较高的泄漏阻抗。该变压器的未经滤波的输出能够给运行主鼓风机和/或制动电阻鼓风机(braking resistorblower)的AC电机馈电。鼓风机电机可以利用接触器和/或位于该变压器的次级的50％抽头绕组启动器来启动。三相串联滤波器、空心电抗器和/或三相三角(delta)连接电容器组能够对室内冷却器的水泵和/或鼓风机馈电。

辅助系统3900可以包括未经滤波的三相AC总线，该三相AC总线能够给例如适于冷却牵引电机、交流发电机、热交换器和/或制动单元等等的鼓风机馈电。运行这种鼓风机的AC电机能够经由次级绕组抽头启动器来连接。辅助系统3900中的经过滤波的三相总线能够给由AC电机驱动的水泵和/或用于由AC电机驱动的室内冷却器的鼓风机馈电。为了使辅助系统3900中的磁性元件的尺寸和重量最小，可将基频选择为大约120Hz。辅助系统3900中的AC电机可偏离于440V/120Hz电源运行。作为一般的近似，对于10,000英尺以下的矿山海拔来说，电机能367V/100Hz运行，而对于更高的海拔来说，电机能以全部的440V/120Hz运行。

在针对额定输出电压以120Hz(相比于60Hz)且针对其他工作点保持近似恒定的电压/频率(V/f)斜率的实施方案中，变压器3790的尺寸能够被减小大约一半，由此以相似的比率减小变压器的尺寸、空间占用和/或重量。根据额定的车辆有效载荷，通过增加的有效载荷能力和/或每天每辆卡车更高的容量(该容量可根据拖运周期而变化)，这种重量节省能转换为更高的卡车利用率。

在某些示范性实施方案中，与在空转时以更高的速度适当地给卡车辅助系统供电可能所需的传统机器相比，能够降低内燃机3100的速度。辅助系统3900能够从三相辅助电源接收AC信号，该三相辅助电源能够由DC总线3700来馈电。在某些示范性实施方案中，DC总线3700能够通过经由牵引电机3925、3950所产生的DC信号来充电，所述牵引电机在电制动期间用作发电机并因此提供电能。由此提供给辅助系统逆变器3775的能量可使辅助系统能够独立于内燃机3100，从而允许内燃机3100进入真正的空转(该空转可基于柴油机制造商的说明书，且能低于大约1000、900.05、799.9和/或750.3rpm等等)。利用经由牵引电机3925、3950所产生的能量能够降低机器的燃料消耗和/或提高设备寿命。在正常驱动条件(例如推进模式)下，用于辅助系统3900的功率可以来自于内燃机3100。

某些示范性实施方案可用作“真正的制动器”，即它们能够允许在机器制动时关闭内燃机3100。即使在失去来自内燃机3100的功率的情况下，真正的制动器也能安全地停止正在移动的机器。在这种情况下，由于能够由牵引电机3925、3950产生功率，所以电制动器(被包含在DC斩波器和/或制动电阻单元中)能够独立于内燃机3100运行，即由于能量能够来自于牵引电机3925、3950，因此不需要从内燃机3300通过交流发电机3400来馈送能量。

辅助系统3900能够被设计用于比标准50或60Hz更高的频率。在某些示范性实施方案中，辅助系统能够被设计用于以大约100Hz-大约120Hz的频率、高达大约460V的额定电压运行，因此只要有足够的转矩可用于负载，仍允许使用可额定大约60Hz和/或460V的标准NEMA电机。并且，更高的频率能够允许显著减小变压器3790的尺寸以及其重量、成本和/或空间占用。这能节省机器的重量和/或允许更好的利用率和/或更有效的拖运周期。

在某些示范性实施方案中，辅助系统3900中的电机负载可以是除运行制动电阻鼓风机的AC电机以外的连续的负荷，该负荷可通过AC电机启动器来在线连接并斜升至全速。该鼓风机的额定功率可以大约是辅助系统3900的全部的负载功率的50％。

给辅助系统逆变器3775馈电的主DC链路电压可在大约1200V和2000V之间是可变的。所述机器的机架能够通过具有大约1∶3的电阻率的浮动地接地(例如框架可以在正的主DC链路之下大约667V和在负的主DC链路之上大约1334V)。在次级侧使用的AC电机可以是适于以大约440V/60Hz运行的传统的NEMA B AC电机。

当机器被启动时，辅助系统逆变器3775的输出能斜升至对应于基于V/f曲线的工作频率的电压值。所述工作频率可基于地形轮廓和/或海拔(例如大约90Hz＜f＜大约120Hz)。在启动辅助系统3900(例如泵、牵引电机冷却器鼓风机和/或交流发电机冷却器鼓风机)中所连接的AC电机时从零开始的电压斜升不会引起任何浪涌电流。另外，这种启动可以在合理的时间之内(例如大约15秒-大约20秒)。

可以将AC电压传感器连接在变压器3790的滤波后的输出处，用于通过控制辅助系统逆变器3775的调制指数来调整输出AC电压。所述调制指数能够根据DC总线3700的电压值来计算(或在表中查找)。在使所述调制指数斜升之后，能够利用所述AC电压传感器将三相总线电压调谐至所需的均方根值。当负载在AC侧变化时，所述AC电压传感器能够连续地被用于在大约+/-5％容差范围内调整电压值。在滤波部分侧的负载可以是恒定的且是大约100％负荷，这能够降低在负载轻时由于正弦滤波器而具有过压的可能性。

作为在辅助系统3900中使用大约120Hz的基频的结果，某些示范性实施方案能够减小辅助系统3900的空间占用；减小辅助系统3900中所使用的磁性元件的重量；改进机器(由于能够降低该机器所拖运的“静”载)；提高牵引电机3925、3950的制动能量的利用率；减少可能作为耗散来自牵引电机3925、3950的制动能量的电阻元件中的热量而浪费的能量；减少维护；降低运行成本；增加内燃机3100的寿命；和/或降低AC电机启动器的成本，该AC电机启动器能利用变压器3790的次级绕组上的50％抽头来启动在辅助系统3900等中能以部分占空比运行的电机。辅助系统3900的示范性实施方案能具有表II中所列出的特征。

表II

最大海拔高度高中低

	Hp Kw	Hp Kw	hp Kw	hp Kw
	Hp Kw	Hp Kw	hp Kw	hp Kw	泵交流发电机牵引格箱	5 3.755 41.090 67.190 67.1	5 3.748 35.880 59.785 63.4	5 3.740 29.875 5685 63.4	5 3.732 23.970 52.052 38.8
峰值连续功率滤波器后的负载ST模块后的负载DC链路上的负载输出trafo电流海拔高度[ft][m]所估计的频率[Hz]总KVA，连续峰值	240 179253 188263 196271 20226316,000 4877120200	218 163229 171239 178246 18423912,000 3658110182	205 152213 159221 165228 1702218,000 2438100169	159 118173 129180 134185 1381801090137	泵交流发电机牵引格箱	5 3.755 41.090 67.190 67.1	5 3.748 35.880 59.785 63.4	5 3.740 29.875 5685 63.4	5 3.732 23.970 52.052 38.8

	Hp Kw	Hp Kw	hp Kw	hp Kw
	Hp Kw	Hp Kw	hp Kw	hp Kw	连续功率滤波器后的负载ST模块后的负载DC链路上的负载输出trafo电流海拔高度[ft][m]所估计的频率[Hz]总KVA，连续峰值	150 112158 118164 123170 12616416,000 4877120125	133 99140 104146 109150 11214612,000 3658110111	117 87123 92128 96132 991288,000 243810098	112 84118 88123 92127 9412309094

使用辅助系统逆变器3775能够允许内燃机以例如低于大约1001、900.3、799.75和/或750rpm等等或其间的任何值或子范围的速度空转。

能量管理系统3000可包括信息装置3950，该信息装置能够与诸如场调整器3500、整流器和线圈组3200、整流器3600、逆变器3725、逆变器3750和/或逆变器3775等装置通信耦合。例如，信息装置3950能够提供适于从逆变器3725、逆变器3750和/或逆变器3775产生SVM信号的信息。

在某些示范性实施方案中，能量管理系统3000可以缺少开关电容器组、功率因数补偿装置和/或谐波滤波器等等。

图4为能量管理系统4000的示范性实施方案的框图。能量管理系统4000可包括与机器和/或车辆相关的内燃机4100。能量管理系统4000可包括能与内燃机4100机械耦合的交流发电机4200。能量管理系统4000可包括激励电路4150。激励电路4150能够适于改变交流发电机4200的激励，因此改变交流发电机4200所产生的电压。交流发电机4200可包括用于监控多个条件的仪器。例如，传感器能够监控轴承振动、轴承温度、定子温度、激励电流、所产生的电流和/或所产生的电压等等。仪器能够提供在运行和/或维护机器和/或车辆时有用的信息。

交流发电机4200能够与整流器4300电耦合。整流器4300可包括有源IGBT元件。整流器4300能够适于从交流发电机4200接收AC信号并将该AC信号转换成DC信号。整流器4300能够适于向DC总线的第一部分4400和该DC总线的第二部分4450提供DC信号。

该DC总线的第一部分4400和该DC总线的第二部分4450能够从整流器4300接收信号并能够分别与第一多个逆变器4600和第二多个逆变器4650电耦合。当与能量管理系统4000相关的机器处于推进状态时，第一多个逆变器4600和第二多个逆变器4650能够适于从该DC总线的第一部分4400和该DC总线的第二部分4450接收DC信号。第一多个逆变器4600和第二多个逆变器4650能够将DC信号转换成AC信号并将AC信号分别提供给第一牵引电机4700和第二牵引电机4750。第一牵引电机4700和第二牵引电机4750中的每一个均可包括适于分别从第一多个逆变器4600和第二多个逆变器4650接收六相电信号的双定子绕组。第一多个逆变器4600和第二多个逆变器4650各自可包括有源IGBT元件并且可以是PWM或SVM逆变器。由于所述系统能够是再生的，所以可以在第一多个逆变器4600和/或第二多个逆变器4650中提供四象限逆变器。

牵引电机4700和/或牵引电机4750可以配备有适于向用户提供信息的传感器和/或关于牵引电机4700和/或牵引电机4750的信息装置。传感器能够适于测量例如温度、轴承振动、电机速度、电压、电压相位信息、电流安培和/或电流相位信息等等。

能量管理系统4000可包括第一DC斩波器电路4500和第二DC斩波器电路4550。第一DC斩波器4500和第二DC斩波器4550均可包括一个或多个IGBT晶体管、低电感总线连接、用于接通/断开IGBT的点火电路、电流和电压传感器以及数字控制电路。第一DC斩波器4500和第二DC斩波器4550能够从DC总线的第一部分4400和/或DC总线的第二部分4450获得相对恒定的电压信号作为输入并利用IGBT将这个恒定的电压输入接到输出端。利用脉宽调制，该恒定的输入电压能够被转换成可变的电压输出。

第一DC斩波器电路4500能够与所述DC总线的第一部分4400电耦合。第一DC斩波器电路4500能够适于向包括诸如第一电阻器组4575的散热器的能量耗散装置供电。第二DC斩波器电路4550能够与所述DC总线的第二部分4450电耦合。第二DC斩波器电路4550能够适于向包括诸如第二电阻器组4590的散热器的能量耗散装置供电。

DC斩波器4500、4550能够产生脉冲波调制(PWM)DC电压，该电压具有能够被连续改变以影响从DC斩波器4500、4550输出到诸如电阻器组4575、4590的功率耗散器的时间平均电压的占空比(“接通时间”)。电阻器组4575、4590例如可包括能够将电能转换成热能的栅极电阻器。当DC总线部分4400、4450上存在过剩能量时，DC斩波器4500、4550能够被使用，并能够适于将过剩能量转换成电阻器组4575、4590中的热能。否则，可能在DC总线部分4400、4450上出现过电压。

如果需要牵引电机制动(如：使设备的运动减速，诸如降低一个等级时)，则任何不需要的AC电源可被整流和/或被提供给DC总线部分4400、4450，其中不需要的电能可经由DC斩波器4500、4550被提供给电阻器组4575、4590。

第一DC斩波器电路4500和第二DC斩波器电路4550中的每一个均可包括有源IGBT元件，这些有源IGBT元件能够适于调制未被调制的恒定的DC电压并向电阻器组4575和电阻器组4590提供调制DC电压。

所述DC总线的第一部分4400和/或所述DC总线的第二部分4450能够与辅助系统逆变器4800电耦合。辅助系统逆变器4800可包括IGBT元件并能够提供PWM AC信号或SVM AC信号。辅助系统逆变器4800能够适于从所述DC总线的第一部分4400和/或所述DC总线的第二部分4450接收DC信号并向辅助系统变压器4850提供AC信号。例如，辅助变压器4850能够接收大约1200V和大约2000V之间的AC电压并将AC信号转换成大约440V的电压。变压器4850能够与多个辅助系统装置4900和4950电耦合。在某些示范性实施方案中，一个或多个辅助系统装置4900和4950能够通过诸如启动器4920的启动器来驱动。

能量管理系统4000能够被用于新机器或被用作现有机器的改进。某些示范性实施方案能够产生下列操作改进：1)降低谐波电流畸变；2)完全再生的操作；3)AC电压波动的高容差；4)改善的动态特性，和/或作为结果，5)机器的更高的可用性和生产率。这些可以是使用诸如矿用电铲和拉铲挖土机之类的机器上的有源前端的益处。

图5为散热系统5000的框图。某些示范性实施方案可包括水冷系统，该水冷系统能够被应用于冷却机器的牵引逆变器系统。在某些示范性实施方案中，散热系统5000能够被应用于大型机器、例如基于IGBT的AC矿用卡车。在某些示范性实施方案中，散热系统5000能够被应用于在驱动系统中使用绝缘栅双极性晶体管(IGBT)相位模块的机器。诸如图4的逆变器4600和4650和/或电阻器组4575和4590的热发生器和/或其他热源(例如热交换器)可被包含在散热系统5000中。散热系统5000能够适于例如在包括散热系统5000的机器处于制动并且诸如图4的牵引电机4700和4750之类的牵引电机随所述机器处于制动而产生功率时消除能量。

散热系统5000可包括流体-空气热交换器5100，该流体-空气热交换器可包括鼓风机5150。鼓风机5150能够通过推动空气越过流体-空气热交换器5100的散热片来提高流体-空气热交换器5100中的传热效率，由此从那里消除热量。流体-空气热交换器5100中的流体可以是水、乙二醇和/或任何其他热交换流体或热交换流体的混合物。

散热系统5000可包括泵5200，用于使流体循环通过多个热源5800以及通过流体-空气热交换器5100。热源5800可包括转换器相位模块、电阻器、栅极电阻、基于IGBT的整流器、基于IGBT的逆变器和/或安装在散热器上的IGBT装置/功率二极管。例如，牵引驱动系统的相位模块会因在电压高电流下接通和断开而产生损耗等。热量能够从IGBT被传递到安装在热源5800上的水冷散热器，该热源可以用螺栓固定到IGBT的下侧，该下侧可以是绝缘侧。一旦热量位于安装在热源5800上的散热器中，泵5200就能激励热交换流体循环通过内部管道到达安装在热源5800上的散热器。这些热量能够以类似的方式从安装在热源5800上的散热器被传递到并联连接的相位模块的IGBT中的热交换流体。散热系统5000可包括压力传感器5300和/或温度传感器5400。压力传感器5300和/或温度传感器5400能够被用于分析散热系统5000的性能。

散热系统5000可包括信息装置5900，该信息装置能够与压力传感器5300和/或温度传感器5400通信耦合。当正确运行时，散热系统5000能够防止对诸如热源5800的电气元件的热损害。如果温度超过确定的阀值，信息装置5900则能够启动保护措施。响应于超出预定阀值的温度，提供给热源5800的信号可以经由信息装置5900降低额定值和/或减小。响应于超出预定阀值的温度，标志信号能够经由信息装置5900被发送，该标志信号指示需要维护。压力传感器5300能够确定压力是否在可接受的范围内，例如在大约0.5巴和大约20.99巴之间和/或其间的任何值或子范围。散热系统5000可包括内部的流体-空气热交换器5700，该流体-空气热交换器可包括鼓风机5600。

散热系统5800的某些示范性实施方案能够在大约-50.1℃-大约65.5℃以及其间的所有值和/或子范围的环境气温下工作。在某些示范性实施方案中，反向过程能并行发生，该反向过程能够利用作为散热系统5000的一部分的牵引机壳(traction cabinet)内部的流体-空气热交换器5700和鼓风机5600来冷却封闭机壳的内部环境空气。因此，这能够有助于冷却机壳中的模块。

在某些示范性实施方案中，利用散热系统5000的机器能够以比否则可能的额定功率更高的额定功率运行牵引转换器相位模块。因此，在某些示范性实施方案中，与传统的气冷系统形成对比，利用流体冷却，针对相同的额定功率能够使用更少的模块。由于能够使用更少的模块，因此能够降低成本。与气冷系统相比，流体冷却系统能够提供更有效的冷却。改善的冷却能够导致更高的系统可靠性。被冷却的元件失效之间的平均时间能够被减小，因为元件温度偏差和/或摆动能够被减小。在某些示范性实施方案中，与气冷系统相比，流体冷却系统能够在给定的工作空间内产生更大的冷却能力和/或利用更小的封装。某些示范性实施方案可使用防冻剂/水混和物。

图9为一种水冷IGBT控制箱9000的框图。

图10为一种水冷IGBT控制箱10000的框图。

图11为牵引电机11000的示图。

图12为能量管理方法12000的示范性实施方案的流程图，该能量管理方法在动作12100中能够包括例如经由与内燃机机械耦合的交流发电机产生电能。该内燃机和交流发电机能够与诸如越野牵引车辆的机器相关联。机械能可以从该内燃机被传输到该交流发电机。该交流发电机能够产生电压大约为120、135.67、159.1、224.5、455、460.75、885、930.1、1200、1455.45、1687.1、2000、2200.32、2300.12、3000.6、5500V和/或其间的任何其他值或电压范围的信号。可以通过改变内燃机的速度和/或改变交流发电机的激励来改变电压。由所述交流发电机产生的电压可以具有任何频率、例如大约29.98Hz、40Hz、48.75Hz、54.2Hz、60Hz、69.2Hz、77.32Hz、85.9Hz、99.65Hz、120Hz、144.2Hz、165.54Hz、190.3Hz、240Hz和/或其间的任何值或值的子范围。

在动作12200中，能量管理方法12000可包括将作为交流电提供给整流器的电能整流和/或转换成基本上未被调制的直流电。整流器可以是有源绝缘栅双极性晶体管整流器或包括晶体管的紧压包装二极管整流器。关于紧压包装二极管的附加信息能够例如在美国专利号6,281,569(Sugiyama)中找到，该文以其整体被引入作为参考。所述整流器能够与DC总线的两个部分电耦合。

在动作12300中，能量管理方法12000可包括对电能进行逆变。来自DC总线的基本上未被调制的直流电可被逆变为交流电。逆变器能够向辅助装置和/或适于驱动机器的牵引电机提供作为交流电的电能。逆变器可以是有源绝缘栅双极性晶体管逆变器。

在动作12400中，能量管理方法12000可包括在牵引电机处产生电能。当所述机器能够移动并处于制动时，牵引电机能够用作向逆变器提供作为交流电的信号的发电机。在牵引电机包括双定子绕组的情况下，所产生的信号可以处于例如大约120Hz的频率。由牵引电机产生的电压可以是具有任何频率、例如40Hz、48.75Hz、54.2Hz、60Hz、69.2Hz、77.32Hz、85.9Hz、99.65Hz、120Hz、144.2Hz、165.54Hz、190.3Hz、240Hz和/或其间的任何值或值的子范围。所产生的信号能够通过与所述牵引电机相关的逆变器被整流为基本上未被调制的DC电流。这个基本上未被调制的DC电流能够被提供给所述DC总线。

在动作12500中，能量管理方法12000可包括在DC斩波器处对电能进行斩波。该DC斩波器可以是有源绝缘栅双极性晶体管DC斩波器。该DC斩波器能够适于调制所述基本上未被调制的DC电流。调制所述基本上未被调制的DC电流能够允许经由利用霍尔效应的装置耗散掉过剩的电能。

在动作12600中，能量管理方法12000可包括在散热器处将电能转换成热能。在某些示范性实施方案中，所述散热器能够被机械固定到诸如电阻器和/或逆变器的产热的电气装置上。在某些示范性实施方案中，可以利用诸如栅极电阻器的电阻器将电能转换成热能。在某些示范性实施方案中，可以利用线圈将电能转换成热能以便将电能传递至与所述机器相关的适于耗散热量的机壳。电阻器和/或机壳能够例如通过至围绕车辆的空气的对流传热和/或至与机壳相接触的物质的传导传热来将热能耗散到周围环境中。对流传热能够通过利用鼓风机使热的电阻器和/或机壳周围的空气移动来改善。

图13为信息装置13000的示范性实施方案的框图，在某些操作实施方案中，该信息装置可包括例如图1的信息装置1200。信息装置15000可包括多种已知元件、例如一个或多个网络接口13100、一个或多个处理器13200、一个或多个包含指令13400的存储器13300、一个或多个输入/输出(I/O)装置13500和/或一个或多个与I/O装置13500耦合的用户接口13600等等中的任何一种。

在某些示范性实施方案中，通过一个或多个用户接口、例如图形用户接口，用户能够查看与机器相关的信息的再现。

通过阅读上述详细描述以及某些示范性实施方案的附图，对于本领域的技术人员来说其他实施方案也将容易变得显而易见。应当理解，可以实现多种变化、修改和附加的实施方案，并且因此所有这样的变化、修改和实施方案都应被认为是在本申请的精神和范围内。例如，不管本申请的任一部分的内容(例如题目、领域、背景、概要、摘要、附图等等)，除非明确说明有相反意思，例如通过明确的定义，在这里在任一权利要求(或要求其优先权的任何申请的任一权利要求)中都不需要包含任何特殊的所说明或所示的特征、功能、动作或元件、任何特殊的动作顺序、或元件的任何特殊的相互关系。而且，任何动作能够被重复，任何动作都能由多个实体执行，和/或任何元件都能被加倍。另外，能排除任何动作或元件，能够改变动作的顺序，和/或能够改变元件的相互关系。因此，这些描述和附图应被认为实际上是说明性的，而非限制性的。而且，当在本文中描述任何数量或范围时，除非另外明确说明，该数量或范围均是近似的。当在本文中描述任何范围时，除非另外明确说明，这个范围包括其中的所有值和所有子范围。在本文中被引入作为参考的任何材料(例如美国专利、美国专利申请、书、论文等)中的任何信息仅仅是在这样的信息和其他陈述和附图之间不存在冲突的程度上被引入作为参考。在存在冲突(包括将使本文中或要求本文优先权的任何权利要求无效的冲突)的情况下，则在本文中明确地不将这样的被引入作为参考的材料中的任何这样的冲突信息引入作为参考。

Claims

1.一种系统，包括：

用于越野牵引车辆的辅助电源系统，该辅助电源系统包括：

包括绝缘栅双极性晶体管的有源整流器，所述有源整流器包括自换流的馈电/再生反馈单元，所述有源整流器适于从交流发电机接收第一AC信号并向DC总线提供第一DC信号；以及

有源绝缘栅双极性晶体管逆变器，适于从所述DC总线接收所述第一DC信号并向辅助装置提供第二AC信号；

其中所述第二AC信号是经空间向量调制的AC信号，所述经空间向量调制的AC信号基于小于目标基本输出的周期的大约1/6的采样间隔，所述有源绝缘栅双极性晶体管逆变器的绝缘栅双极性晶体管适于经由在所述采样间隔的预定子间隔内两个有源向量中的每一个的施加而被切换。

2.如权利要求1所述的系统，此外还包括：

有源绝缘栅双极性晶体管DC斩波器，适于从与牵引电机耦合的第二有源绝缘栅双极性晶体管逆变器接收所述第一DC信号，所述有源绝缘栅双极性晶体管DC斩波器适于向散热器提供第二DC信号。

3.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器向所述DC总线提供大约1800V的电压。

4.如权利要求1所述的系统，此外还包括：

与所述交流发电机机械耦合的内燃机。

5.如权利要求1所述的系统，此外还包括：

与所述有源绝缘双极性晶体管逆变器电耦合的变压器。

6.如权利要求1所述的系统，此外还包括：

与所述有源绝缘双极性晶体管逆变器电耦合的正弦滤波器。

7.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器是无滤波器的，并适于将谐波电流畸变限制于大约5％。

8.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器是无滤波器的，并适于将谐波电流畸变限制于大约3％。

9.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器是无滤波器的，并适于将谐波电流畸变限制于大约2％。

10.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器提供校正为大约0.98的有源输入功率因数校正。

11.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器提供校正为大约0.99的有源输入功率因数校正。

12.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器提供校正为大约1.0的有源输入功率因数校正。

13.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第二AC信号是经正弦波脉冲波调制的DC电压。

14.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第二AC信号是给辅助装置的具有小于大约5％的总谐波畸变的正弦波输出电流。

15.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第二AC信号具有大约60Hz的频率。

16.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第二AC信号具有大约90Hz的频率。

17.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第二AC信号具有大约120Hz的频率。

18.如权利要求1所述的系统，其中：

所述有源整流器缺少滤波器。

19.如权利要求1所述的系统，其中：

所述系统缺少开关电容器组。

20.如权利要求1所述的系统，其中：

所述系统缺少功率因数补偿设备。

21.如权利要求1所述的系统，其中：

所述系统缺少谐波滤波器。

22.一种系统，包括：

用于矿用拖运卡车的辅助电源系统，该辅助电源系统包括：

包括绝缘栅双极性晶体管的有源整流器，所述有源整流器包括自换流的馈电/再生反馈单元，所述整流器适于从交流发电机接收第一AC信号并向DC总线提供第一DC信号；以及

23.一种系统，包括：

用于越野牵引车辆的辅助电源系统，该辅助电源系统包括：

有源绝缘栅双极性晶体管逆变器，适于从DC总线接收第一DC信号并向辅助装置提供AC信号；以及

有源绝缘栅双极性晶体管DC斩波器，适于从所述DC总线接收所述第一DC信号，所述有源绝缘栅双极性晶体管DC斩波器适于向散热器提供经调制的第二DC信号，

其中所述AC信号是经空间向量调制的AC信号，所述经空间向量调制的AC信号基于小于目标基本输出的周期的大约1/6的采样间隔，所述有源绝缘栅双极性晶体管逆变器的绝缘栅双极性晶体管适于经由在所述采样间隔的预定子间隔内两个有源向量中的每一个的施加而被切换。

24.一种系统，包括：

适用于车辆的辅助电源系统，该辅助电源系统包括：

有源绝缘栅双极性晶体管逆变器，适于从DC总线接收第一DC信号并向辅助装置提供AC信号，所述AC信号包括经空间向量调制的信号，所述经空间向量调制的信号具有空间向量域中的向量比例，该向量比例是每个相电压的调制深度的3/4；以及

有源绝缘栅双极性晶体管DC斩波器，适于从所述DC总线接收所述第一DC信号，所述有源绝缘栅双极性晶体管DC斩波器适于向散热器提供经调制的第二DC信号。