EA041837B1

EA041837B1 - INVERTER SYSTEM

Info

Publication number: EA041837B1
Application number: EA202092205
Authority: EA
Inventors: Эмиль Н. Николов
Original assignee: ТРАНСПОРТЕЙШН АйПи ХОЛДИНГС; Ллс
Priority date: 2018-05-01
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2022-12-08

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related applications

По данной заявке испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патент США № 62/665,169, поданной 1 мая 2018 г., раскрытие которой включено в состав настоящего описания посредством ссылки.This application claims priority under U.S. Provisional Application No. 62/665,169, filed May 1, 2018, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Область техникиTechnical field

Объект раскрываемого в данном описании изобретения в целом относится к инверторам.The object disclosed in this description of the invention generally relates to inverters.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention

Инверторы преобразуют один электрический сигнал в другой, например сигнал постоянного тока (DC, Direct Current) в сигнал переменного тока (АС, Alternating Current). Стандартные инверторы содержат множество полупроводниковых ключей (например, биполярных транзисторов с изолированным затвором, мощных MOSFET-транзисторов и т.п.), которые для формирования выходного сигнала переменного тока попеременно открываются и закрываются управляющей цепью. Некоторые силовые системы содержат различные инверторы, которые питают различные нагрузки этих систем. Например, некоторые транспортные средства могут содержать инверторы, подающие питание на тяговые электродвигатели, приводящие в движение транспортные средства, а также могут содержать другие инверторы, питающие вспомогательные системы и/или компоненты.Inverters convert one electrical signal to another, such as a direct current signal (DC, Direct Current) into an alternating current signal (AC, Alternating Current). Standard inverters contain many semiconductor switches (eg, IGBTs, power MOSFETs, etc.) that are alternately turned on and off by a control circuit to produce an AC output signal. Some power systems contain various inverters that power the various loads of those systems. For example, some vehicles may contain inverters that supply power to the traction motors that propel the vehicles, and may also contain other inverters that power auxiliary systems and/or components.

Краткое описание осуществления изобретенияBrief description of the invention

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения инверторная система содержит множество ключей, выполненных с возможностью переключения между замкнутым и разомкнутым состояниями для пропускания или блокировки пропускания соответственно электрического тока через ключи. Система содержит множество контроллеров ключей, которые управляют переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями. В первом рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в общий однофазный сигнал переменного тока, образованный выходными сигналами каждого ключа с одинаковой фазой, для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе с использованием однофазного сигнала переменного тока. Во втором рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в множество сигналов переменного тока с разными фазами с целью питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе с использованием сигналов переменного тока с разными фазами. Каждый из ключей выводит сигнал, имеющий фазу, отличную от других фаз из множества фаз.According to an embodiment of the present invention, the inverter system comprises a plurality of switches configured to switch between closed and open states to pass or block the passage, respectively, of electrical current through the keys. The system includes a plurality of key controllers that control the transition of the keys between closed and open states. In the first operating mode, the switch controllers control the operation of the switches to convert DC into a common single-phase AC signal formed by the output signals of each switch with the same phase, to power a load with increased power consumption in the power system using a single-phase AC signal. In the second operating mode, the switch controllers control the operation of the switches to convert DC to a plurality of AC signals with different phases to power a lower power load in the power system using AC signals with different phases. Each of the switches outputs a signal having a phase different from the other phases of the plurality of phases.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения способ в первом рабочем режиме включает, с использованием множества контроллеров ключей, переключение множества ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями для преобразования постоянного тока, подаваемого на ключи, в общий однофазный сигнал переменного тока из выходных сигналов каждого из ключей с одинаковой фазой. Способ в другом, втором, рабочем режиме также включает переключение ключей, с использованием множества контроллеров ключей, между замкнутым и разомкнутым состояниями для преобразования постоянного тока в множество сигналов переменного тока с разными фазами. Каждый из ключей выводит сигнал, имеющий фазу, отличную от других фаз из множества фаз. Общий однофазный сигнал переменного тока, генерируемый в первом рабочем режиме, подается на силовую систему для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью, а множество сигналов переменного тока с разными фазами, генерируемых во втором рабочем режиме, подают на силовую систему для питания нагрузки с меньшим потреблением мощности.According to an embodiment of the present invention, the method in the first operating mode includes, using a plurality of switch controllers, switching the plurality of switches between closed and open states to convert the direct current supplied to the switches into a common single-phase AC signal from the output signals of each of the switches with the same phase . The method in another, second, operating mode also includes switching the keys, using a plurality of key controllers, between closed and open states to convert DC to a plurality of AC signals with different phases. Each of the switches outputs a signal having a phase different from the other phases of the plurality of phases. The common single-phase AC signal generated in the first operating mode is supplied to the power system to supply the load with increased power consumption, and the multiple AC signals with different phases generated in the second operating mode are supplied to the power system to supply the load with lower power consumption .

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения инверторная система транспортного средства содержит множество ключей, выполненных с возможностью переключения между замкнутым и разомкнутым состояниями для пропускания или блокировки пропускания соответственно электрического тока через ключи. Система содержит множество контроллеров ключей, которые управляют переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями. В первом рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в общий однофазный сигнал переменного тока, подаваемый с одинаковой фазой из каждого ключа, с целью питания нагрузки, генерирующей тяговое усилие, в системе транспортного средства с использованием однофазного сигнала переменного тока. Во втором рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в множество сигналов переменного тока с разными фазами с целью питания нагрузки, не генерирующей тяговое усилие, в системе транспортного средства с использованием множества сигналов переменного тока с разными фазами. Каждый из ключей выводит сигнал, имеющий фазу, отличную от других фаз из множества фаз.According to an embodiment of the present invention, the vehicle's inverter system comprises a plurality of keys configured to switch between closed and open states to pass or block the passage, respectively, of electrical current through the keys. The system includes a plurality of key controllers that control the transition of the keys between closed and open states. In the first operating mode, the key controllers control the operation of the keys to convert the DC into a common single-phase AC signal supplied with the same phase from each key to power the traction generating load in the vehicle system using the single-phase AC signal. In the second operating mode, the key controllers control the operation of the keys to convert DC to a plurality of AC signals with different phases to power a non-traction load in the vehicle system using a plurality of AC signals with different phases. Each of the switches outputs a signal having a phase different from the other phases of the plurality of phases.

Согласно варианту осуществления изобретения инверторная система содержит множество ключей, которыми управляют для перехода между замкнутым и разомкнутым состояниями для пропускания или блокировки пропускания соответственно электрического тока через ключи, и множество контроллеров ключей, которые управляют переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями. В первом рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования первого постоянного тока в общий однофазный первый выходной электрический сигнал, выводимый с одинаковой фазой из всех ключей, с целью питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовойAccording to an embodiment of the invention, the inverter system comprises a plurality of keys that are controlled to transition between closed and open states to pass or block the passage of electrical current through the keys, respectively, and a plurality of key controllers that control the transition of the keys between closed and open states. In the first operating mode, the key controllers control the operation of the keys to convert the first direct current into a common single-phase first electrical output signal output with the same phase from all keys, in order to power the load with increased power consumption in the power

- 1 041837 системе с использованием первого электрического сигнала. Во втором рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования первого постоянного тока в множество вторых выходных электрических сигналов с целью питания одной или более нагрузок с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе с использованием вторых выходных электрических сигналов. Каждый из ключей выводит отличный от других сигнал из вторых выходных электрических сигналов, и вторые выходные электрические сигналы характеризуются различными уровнями напряжения или различными формами сигнала.- 1 041837 system using the first electrical signal. In the second operating mode, the key controllers control the operation of the keys to convert the first DC current into a plurality of second electrical output signals to power one or more lower power loads in the power system using the second electrical output signals. Each of the switches outputs a different signal from the second electrical output signals, and the second electrical output signals have different voltage levels or different waveforms.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Чтобы лучше разобраться в сути настоящего изобретения, описание вариантов его осуществления, не ограниченное приведенными ниже примерами, следует рассматривать со ссылками на приложенные чертежи, на которых:To better understand the essence of the present invention, the description of embodiments of its implementation, not limited to the examples below, should be considered with reference to the attached drawings, in which:

на фиг. 1 показано схематическое представление инверторной системы, входящей в состав силовой системы, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;in fig. 1 is a schematic representation of an inverter system included in a power system according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 2 показана работа инверторной системы в первом режиме согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;in fig. 2 shows the operation of the inverter system in the first mode according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 3 показана работа инверторной системы во втором режиме согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;in fig. 3 shows the operation of the inverter system in the second mode according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 4 показано схематическое представление множества инверторных наборов, входящих в состав силовой системы, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;in fig. 4 is a schematic representation of a plurality of inverter sets comprising a power system according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 5 показана работа множества инверторных наборов, изображенных на фиг. 4, в первом режиме;in fig. 5 shows the operation of the plurality of inverter sets shown in FIG. 4, in the first mode;

на фиг. 6 показан алгоритм способа функционирования инверторной системы, входящей в состав силовой системы, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.in fig. 6 shows a flowchart of the operation method of an inverter system included in a power system according to one embodiment of the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

Предмет изобретения, описываемого ниже, заключается в реализации инверторной системы, которая может использоваться для питания одной или более нагрузок силовой системы. Инверторная система работает в различных режимах, с использованием одних и тех же аппаратных средств, для подачи питания на различные нагрузки силовой системы. Инверторная система содержит множество ключей и множество контроллеров ключей, которые управляют переходом ключей между разомкнутым и замкнутым состояниями. В первом рабочем режиме каждый ключ инверторной системы может преобразовывать постоянный ток источника питания в общий однофазный сигнал переменного тока с целью питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе. В альтернативном варианте, во втором рабочем режиме, каждый из тех же ключей той же инверторной системы может преобразовывать постоянный ток в множество сигналов переменного тока с разными фазами с целью питания нагрузки с меньшей мощностью в силовой системе.The subject of the invention, described below, is to implement an inverter system that can be used to power one or more power system loads. The inverter system operates in different modes, using the same hardware, to supply power to different power system loads. The inverter system includes a plurality of keys and a plurality of key controllers that control the transition of the keys between open and closed states. In the first operating mode, each switch of the inverter system can convert the DC power supply current into a common single-phase AC signal in order to power the load with increased power consumption in the power system. Alternatively, in a second operating mode, each of the same switches of the same inverter system can convert DC to multiple AC signals with different phases to power a lower power load in the power system.

При ссылках на чертежи подобные ссылочные номера обозначают идентичные или соответствующие элементы на различных изображениях. Однако включение подобных элементов в различные изображения не означает, что в данном варианте осуществления обязательно используются такие элементы, или что эти элементы используются во всех вариантах осуществления настоящего изобретения.When referring to the drawings, like reference numbers designate identical or corresponding elements in various representations. However, the inclusion of such elements in various images does not mean that such elements are necessarily used in this embodiment, or that these elements are used in all embodiments of the present invention.

На фиг. 1 показано схематическое представление одного из вариантов осуществления силовой системы 10. Силовая система 10 содержит инверторную систему 100 и шину 120 линии DC. Согласно одному из вариантов осуществления силовая система 10 может представлять собой транспортное средство или систему питания транспортного средства (такого как автомобиль, горное транспортное оборудование, железнодорожный состав, плавучее морское средство или другое самоходное транспортное средство), и инверторная система 100 может использоваться для подачи питания на такие нагрузки как тяговые двигатели, вспомогательные системы или компоненты, другие нагрузки и т.п. В альтернативном варианте силовая система 10 может представлять собой стационарную систему генерирования электроэнергии. Инверторная система 100 содержит множество ключей 102, 104, 106, которые электрически связаны друг с другом. Согласно одному из вариантов осуществления ключи 102, 104, 106 могут быть электрически связаны друг с другом посредством параллельного или последовательного соединения.In FIG. 1 shows a schematic representation of one embodiment of power system 10. Power system 10 includes an inverter system 100 and a DC bus 120. According to one embodiment, the power system 10 may be a vehicle or power system of a vehicle (such as a car, mining equipment, train, floating boat, or other self-propelled vehicle), and the inverter system 100 may be used to supply power to loads such as traction motors, auxiliary systems or components, other loads, etc. Alternatively, power system 10 may be a fixed power generation system. The inverter system 100 includes a plurality of switches 102, 104, 106 that are electrically connected to each other. According to one embodiment, the keys 102, 104, 106 may be electrically connected to each other via a parallel or series connection.

В показанном варианте осуществления инверторная система 100 является многофазным инвертором, содержащим несколько блоков фазных модулей. Например, инверторная система 100 может представлять собой трехфазный инвертор, содержащий три блока фазных модулей. Опционально, инверторная система 100 может содержать любое количество блоков фазных модулей. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления каждый ключ 102, 104, 106 может представлять собой биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT, Insulative Gate Bipolar Transistor) и встречно-параллельные диоды, интегрированные в корпус, или другой тип твердотельного полупроводникового устройства. Опционально, каждый ключ может представлять собой мощный полевой транзистор со структурой металлоксид-полупроводник (MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), тиристор и т.п. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления инверторная система может содержать множество одинаковых ключей (например, только IGBT-устройства), множество уникальных ключей или любую их комбинацию. В других вариантах осуществления полупроводниковые устройства (ключи) могутIn the illustrated embodiment, the inverter system 100 is a multi-phase inverter containing multiple blocks of phase modules. For example, inverter system 100 may be a three-phase inverter containing three blocks of phase modules. Optionally, the inverter system 100 may contain any number of phase module blocks. In one or more embodiments, each switch 102, 104, 106 may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and back-to-back diodes integrated into the package, or another type of solid state semiconductor device. Optionally, each switch can be a powerful metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), thyristor, etc. According to one or more embodiments, the inverter system may contain a plurality of identical keys (eg, only IGBT devices), a plurality of unique keys, or any combination thereof. In other embodiments, semiconductor devices (keys) may

- 2 041837 представлять собой карбидокремниевые (SiC, Silicon Carbide) устройства и/или нитрид-галлиевые (GaN,- 2 041837 are silicon carbide (SiC, Silicon Carbide) devices and/or gallium nitride (GaN,

Gallium Nitride) устройства.Gallium Nitride) devices.

Шина 120 линии DC в рабочем режиме связана с источником 118 питания (например, с батарей и т.п.), подающим питание в виде постоянного тока (DC) на шину 120 линии DC 120. Каждый из ключей 102, 104, 106 инверторной системы 100 в рабочем режиме связан с шиной 120 посредством проводящих пластин, проводников, шин и т.п. По шине 120 линии DC подается постоянный ток на каждый из ключей 102, 104, 106, преобразующих постоянный ток в однофазный сигнал переменного тока. Опционально, шина 120 линии DC может также обеспечивать электрические соединения между инверторной системой 100 и одной или более системами, компонентами, источниками и т.п., внешними по отношению к силовой системе 10.The DC line bus 120 is in operation connected to a power source 118 (eg, from batteries, etc.) supplying power in the form of direct current (DC) to the DC line bus 120 120. Each of the inverter system switches 102, 104, 106 100 is operationally connected to bus 120 via conductive plates, conductors, busbars, or the like. DC line bus 120 supplies direct current to each of the switches 102, 104, 106, which convert the direct current into a single-phase AC signal. Optionally, DC bus 120 may also provide electrical connections between inverter system 100 and one or more systems, components, sources, and the like external to power system 10.

Каждый из ключей 102, 104, 106 в рабочем режиме связан с контроллером 112, 114, 116 ключей. Каждый из контроллеров 112, 114, 116 ключей управляет работой каждого из соответствующих ключей 102, 104, 106. Опционально, контроллеры 112, 114, 116 ключей могут содержать драйверы затворов или могут называться здесь таким термином. Контроллеры 112, 114, 116 ключей управляют переходом ключей 102, 104, 106 между разомкнутым и замкнутым состояниями. Например, в разомкнутом состоянии ключ разомкнут и блокирует прохождение электрического тока через ключ, а в замкнутом состоянии ключ замкнут, и электрический ток протекает через ключ.Each of the keys 102, 104, 106 is in operation associated with the controller 112, 114, 116 keys. Each of the key controllers 112, 114, 116 controls the operation of each of the respective keys 102, 104, 106. Optionally, the key controllers 112, 114, 116 may contain gate drivers, or may be referred to as such herein. Switch controllers 112, 114, 116 control the transition of switches 102, 104, 106 between open and closed states. For example, in the open state, the key is open and blocks the passage of electric current through the key, and in the closed state, the key is closed, and electric current flows through the key.

Каждый из контроллеров 112, 114, 116 ключей в рабочем состоянии связан с главным контроллером 140. Главный контроллер 140 может содержать аппаратные средства, которые включают и/или соединены с одним или более процессорами (например, с одной или более программируемыми вентильными матрицами, одним или более микропроцессорами и/или одной или более микросхемами), которые выполняют операции, описываемые в отношении главного контроллера. Главный контроллер 140 управляет переходом каждого из контроллеров 112, 114, 116 ключей между разомкнутым или замкнутым состояниями. Например, главный контроллер 140 может передавать в один или более контроллеров 112, 114, 116 ключей управляющие сигналы, которые определяют, когда каждый ключ должен размыкаться или замыкаться. Главный контроллер 140 может управляться вручную оператором силовой системы 10 или может работать автономно с использованием одного или более процессоров, операционных систем и т.п. Опционально, инверторная система 100 может не содержать контроллеры 112, 114, 116 ключей, и главный контроллер 140 может управлять работой каждого из ключей 102, 104, 106. Опционально, инверторная система 100 может управляться одним или более дополнительными или альтернативными контроллерами.Each of the key controllers 112, 114, 116 is operatively associated with the main controller 140. The main controller 140 may include hardware that includes and/or is connected to one or more processors (e.g., one or more field-programmable gate arrays, one or more microprocessors and/or one or more microcircuits) that perform the operations described in relation to the main controller. The main controller 140 controls the transition of each of the key controllers 112, 114, 116 between open and closed states. For example, main controller 140 may send control signals to one or more key controllers 112, 114, 116 that determine when each key should open or close. The main controller 140 may be controlled manually by an operator of the power system 10, or may operate autonomously using one or more processors, operating systems, or the like. Optionally, inverter system 100 may not include key controllers 112, 114, 116, and master controller 140 may control the operation of each of keys 102, 104, 106. Optionally, inverter system 100 may be controlled by one or more additional or alternative controllers.

Контроллеры 112, 114, 116 ключей управляют работой ключей 102, 104, 106 для работы инверторной системы 100 в различных режимах. Например, ключи 102, 104, 106 могут формировать множество сигналов переменного тока с разными фазами, общий однофазный сигнал переменного тока, множество сигналов постоянного тока с разными фазами, сигнал постоянного тока с одной общей фазой или комбинацию этих сигналов, для того чтобы подавать питание на одну или более нагрузок силовой системы 10. Ниже более подробно описываются выходные сигналы переменного или постоянного тока, выводимые каждым из ключей 102, 104, 106, в зависимости от рабочего режима инверторной системы 100.The key controllers 112, 114, 116 control the operation of the keys 102, 104, 106 to operate the inverter system 100 in various modes. For example, switches 102, 104, 106 can generate multiple AC signals with different phases, a common single-phase AC signal, multiple DC signals with different phases, a DC signal with one common phase, or a combination of these signals in order to supply power to one or more loads of the power system 10. The AC or DC output signals output by each of the switches 102, 104, 106, depending on the operating mode of the inverter system 100, are described in more detail below.

Инверторная система 100 в рабочем режиме связана с главным ключом 110. Например, ключи 102, 104, 106 в рабочем режиме связаны с главным ключом 110 таким образом, что переменный или постоянный ток, производимый каждым ключом, протекает через главный ключ 110. Главный ключ 110 направляет переменный или постоянный ток, преобразованный каждым из ключей 102, 104, 106, в нагрузку 122 с повышенной потребляемой мощностью или в нагрузку 124 с меньшей потребляемой мощностью. Например, нагрузка 122 с повышенной потребляемой мощностью может требовать большую мощность для функционирования относительно нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью.The inverter system 100 is operatively connected to the main switch 110. For example, the switches 102, 104, 106 are operatively connected to the main switch 110 such that the AC or DC current produced by each switch flows through the main switch 110. The main switch 110 directs the AC or DC current converted by each of the switches 102, 104, 106 to either a higher power load 122 or a lower power load 124. For example, a higher power load 122 may require more power to operate relative to a lower power load 124.

В зависимости от того, следует ли подавать питание на нагрузку 122 с повышенной потребляемой мощностью или на нагрузку 124 с меньшей потребляемой мощностью, инверторная система 100 может работать в различных режимах. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения при работе в первом режиме контроллеры 112, 114, 116 ключей могут управлять одним или более ключами 102, 104, 106 для их размыкания и/или замыкания с целью формирования переменного тока одним или более ключом 102, 104, 106 для питания нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью силовой системы 10. В альтернативном варианте при работе в другом, втором, режиме контроллеры 112, 114, 116 ключей могут управлять одним или более ключами 102, 104, 106 для их размыкания и/или замыкания с целью формирования переменного тока одним или более ключом 102, 104, 106 для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью силовой системы 10. Главный ключ 110 может направлять переменный ток из инверторной системы 100 в нагрузку 122 с повышенной потребляемой мощностью или в нагрузку 124 с меньшей потребляемой мощностью в зависимости от того, в каком режиме работает инверторная система 100, в первом или во втором.Depending on whether the higher power load 122 or the lower power load 124 is to be energized, the inverter system 100 can operate in various modes. In one of the embodiments of the present invention, when operating in the first mode, the controllers 112, 114, 116 keys can control one or more switches 102, 104, 106 to open and/or close them in order to generate an alternating current with one or more switches 102, 104, 106 to power an increased power load 122 of the power system 10. Alternatively, when operating in another second mode, the key controllers 112, 114, 116 may control one or more keys 102, 104, 106 to open and/or close with for the purpose of generating AC from one or more switches 102, 104, 106 to power a lower power load 124 of the power system 10. power depending on whether the inverter system 100 operates in the first or second mode.

В альтернативном варианте в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения при работе в первом режиме контроллеры 112, 114, 116 ключей могут управлять одним или более ключами 102, 104, 106 для их размыкания и/или замыкания с целью формирования постоянного выходного тока с первым уровнем напряжения и первым уровнем мощности от одного или более ключей 102, 104, 106 дляAlternatively, in one of the embodiments of the present invention, when operating in the first mode, the controllers 112, 114, 116 of the keys can control one or more switches 102, 104, 106 to open and/or close them in order to generate a constant output current with a first voltage level and a first power level from one or more switches 102, 104, 106 for

- 3 041837 питания нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе 10. В альтернативном варианте при работе в другом, втором, режиме контроллеры 112, 114, 166 ключей могут управлять одним или более ключами 102, 104, 106 для их размыкания и/или замыкания с целью формирования множества различных выходных сигналов постоянного тока от одного или более ключей 102, 104, 106 для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью силовой системы 10. Уровни напряжения и/или мощности множества выходных сигналов постоянного тока могут быть ниже первого уровня напряжения и первого уровня мощности выходного сигнала тока ключей 102, 104, 106, работающих в первом режиме.- 3 041837 load power supply 122 with increased power consumption in the power system 10. Alternatively, when operating in another, second, mode, the controllers 112, 114, 166 keys can control one or more keys 102, 104, 106 to open them and / or circuit to generate a plurality of different DC output signals from one or more switches 102, 104, 106 to power a lower power load 124 of the power system 10. The voltage and/or power levels of the plurality of DC output signals may be below the first voltage level and the first power level of the current output signal of the switches 102, 104, 106 operating in the first mode.

Инверторная система 100 согласно варианту осуществления может быть сконфигурирована для работы в диапазоне напряжений от примерно 1,7 киловольт (кВ) до примерно 4,5 кВ и в диапазоне токов от примерно 300 ампер (А) до примерно 650 А. Опционально, в инверторной системе 100 могут использоваться другие уровни выходной мощности, например напряжение в диапазоне более 4,5 кВ и/или менее 1,7 кВ, и/или ток в диапазоне более 650 А и/или менее 300 А. Согласно одному или более вариантам осуществления множество инверторных систем могут быть связаны друг с другом для получения различных диапазонов мощности. Например, каждая из множества инверторных систем может быть сконфигурирована для получения напряжения примерно 1,7 кВ, и связанные инверторные системы способны получать выходной сигнал примерно на уровне 3,3 кВ и 1800 А. Согласно другому варианту осуществления инверторная система может быть сконфигурирована для генерации выходной мощности в диапазоне от около 500 кВт до около 1350 кВт при токе 300 А. В альтернативном варианте осуществления инверторная система может генерировать номинальную выходную мощность в диапазоне от около 1000 кВт до около 3000 кВт при токе 650 А. Опционально, одна или более инверторных систем могут вырабатывать другие выходные мощности и/или диапазоны выходной мощности.The inverter system 100 of an embodiment may be configured to operate in a voltage range of about 1.7 kilovolts (kV) to about 4.5 kV and a current range of about 300 amps (A) to about 650 A. Optionally, in an inverter system 100, other output power levels may be used, such as a voltage in the range of more than 4.5 kV and/or less than 1.7 kV, and/or a current in the range of more than 650 A and/or less than 300 A. According to one or more embodiments, a plurality of inverter systems can be connected to each other to obtain different power ranges. For example, each of a plurality of inverter systems may be configured to provide a voltage of approximately 1.7 kV, and the associated inverter systems may be capable of receiving an output of approximately 3.3 kV and 1800 A. In another embodiment, the inverter system may be configured to generate an output power in the range from about 500 kW to about 1350 kW at 300 A. In an alternative embodiment, the inverter system can generate a rated output power in the range from about 1000 kW to about 3000 kW at 650 A. Optionally, one or more inverter systems can generate other output powers and/or output power ranges.

На фиг. 2 показана работа инверторной системы 100 в первом режиме согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Инверторная система 100, работающая в первом режиме, вырабатывает один общий первый выходной электрический сигнал, подаваемой на нагрузку 122 с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе 10. Например, первый выходной электрический сигнал может представлять собой выходной сигнал постоянного тока или однофазный выходной сигнал переменного тока. В первом рабочем режиме контроллеры 112, 114, 116 ключей управляют работой ключей 102, 104, 106 для преобразования первого постоянного тока, протекающего по шине 120 линии DC, в общий однофазный первый выходной электрический сигнал с одинаковой фазой от каждого ключа 102, 104, 106 с целью питания нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью с использованием однофазного сигнала переменного тока. На графике А показан первый постоянный ток, подаваемый в инверторную систему 100. На графике В показан переменный ток, преобразованный первым ключом 102, на графике С показан переменный ток, преобразованный вторым ключом 104, и на графике D показан переменный ток, преобразованный третьим ключом 106. На каждом из графиков A-D по горизонтальной оси отложены значения времени, а по вертикальной оси - напряжения. Опционально, графики BD могут иллюстрировать выходные значения постоянного тока, преобразованные первым вторым и третьим ключами соответственно.In FIG. 2 shows the operation of the inverter system 100 in the first mode according to one embodiment of the present invention. Inverter system 100 operating in the first mode produces one common first electrical output applied to increased power load 122 in power system 10. For example, the first electrical output may be a DC output signal or a single-phase AC output signal. In the first operating mode, the switch controllers 112, 114, 116 control the operation of the switches 102, 104, 106 to convert the first direct current flowing through the DC line bus 120 into a common single-phase first output electrical signal with the same phase from each switch 102, 104, 106 in order to power the load 122 with increased power consumption using a single-phase AC signal. Plot A shows the first DC current supplied to the inverter system 100. Plot B shows the AC converted by the first switch 102, Plot C shows the AC converted by the second switch 104, and Plot D shows the AC converted by the third switch 106 In each of the graphs A-D, the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage. Optionally, the BD plots may illustrate the DC output values converted by the first, second, and third keys, respectively.

На графике А показана по существу не зависящая от времени прямая линия мощности 220 шины, подаваемой в инверторную систему 100 по шине 120 линии DC, показанной на фиг. 1. На графиках В, С и D показана форма сигнала переменного тока, выводимого каждым из ключей 102, 104, 106. Как показано на графиках В, С и D, соответственно первый ключ 102 преобразует постоянный ток в выходной сигнал 202 первого ключа, второй ключ 104 преобразует постоянный ток в выходной сигнал 204 второго ключа, и третий ключ 106 преобразует постоянный ток в выходной сигнал 206 третьего ключа. Фазы выходных сигналов 202, 204, 206 совпадают друг с другом. Например, фаза переменного тока, выводимого из каждого ключа 102, 104, 106, может представлять собой одну и ту же фазу. Кроме того, амплитуды напряжения и периоды выходных сигналов первого, второго и третьего ключей совпадают (например, формы сигналов в зависимости от времени совпадают).Plot A shows the substantially time-independent direct line of bus power 220 supplied to inverter system 100 via DC line bus 120 shown in FIG. 1. Graphs B, C, and D show the waveform of the AC signal output by each of the switches 102, 104, 106. As shown in graphs B, C, and D, respectively, the first switch 102 converts DC into the output signal 202 of the first switch, the second the switch 104 converts the direct current into the output signal 204 of the second switch, and the third switch 106 converts the direct current into the output signal 206 of the third switch. The phases of the output signals 202, 204, 206 coincide with each other. For example, the phase of the AC output from each switch 102, 104, 106 may be the same phase. In addition, the voltage amplitudes and periods of the output signals of the first, second, and third switches are the same (for example, waveforms versus time are the same).

На графике Е показано сложение выходных сигналов 202, 204, 206 первого, второго и третьего ключей в общий однофазный сигнал 208 переменного тока. Например, выходные сигналы 202, 204, 206 складываются друг с другом для получения общего однофазного сигнала 208 переменного тока. Амплитуда напряжения общего однофазного сигнала 208 может в три раза превышать выходное напряжение выходных сигналов 202, 204, 206 каждого из трех отдельных ключей. Кроме того, фаза общего однофазного сигнала 208 совпадает с фазой каждого из выходных сигналов 202, 204, 206 ключей. Период общего однофазного сигнала 208 совпадает с периодами каждого из выходных сигналов 202, 204, 206 ключей. При работе в первом режиме для питания нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе 10 главный контроллер 140 управляет каждым из ключей для последовательного или параллельного совместного функционирования таким образом, чтобы ключи 102, 104, 106 преобразовывали постоянный ток в общий однофазный сигнал 208 переменного тока. Например, при работе в первом режиме инверторная система 100 вырабатывает уровень мощности, который больше уровня мощности, производимой каждым из отдельных ключей 102, 104, 106. Отдельные ключи пакетируются или подают мощность согласованно для обеспечения увеличенного тока по сравнению с уровнем тока инверторной системы, не работающей в первом режиме. В проиллюстрированном варианте осуществления инвертор- 4 041837 ная система 100 содержит три ключа 102, 104, 106, которые преобразуют постоянный ток в общий однофазный сигнал 208 переменного тока для питания нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе 10. Опционально, инверторная система 100 может содержать любое количество ключей, которые могут преобразовывать постоянный ток в общий однофазный сигнал переменного тока с любой амплитудой напряжения.Graph E shows the addition of the output signals 202, 204, 206 of the first, second, and third switches into a common single-phase AC signal 208. For example, output signals 202, 204, 206 are added together to produce a common single-phase AC signal 208. The voltage amplitude of the common single-phase signal 208 can be three times the output voltage of the output signals 202, 204, 206 of each of the three individual switches. In addition, the phase of the common single-phase signal 208 matches the phase of each of the output signals 202, 204, 206 of the keys. The period of the common single-phase signal 208 coincides with the periods of each of the output signals 202, 204, 206 keys. When operating in the first mode to power a high power load 122 in the power system 10, the main controller 140 controls each of the switches for serial or parallel co-operation so that the switches 102, 104, 106 convert the direct current into a common single-phase AC signal 208 . For example, when operating in the first mode, the inverter system 100 generates a power level that is greater than the power level produced by each of the individual switches 102, 104, 106. operating in the first mode. In the illustrated embodiment, inverter system 100 includes three switches 102, 104, 106 that convert DC into a common single-phase AC signal 208 to power a high power load 122 in power system 10. Optionally, inverter system 100 can contain any number of switches that can convert direct current into a common single-phase AC signal with any voltage amplitude.

На фиг. 3 показана работа инверторной системы 100 во втором режиме согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Инверторная система 100, с использованием тех же аппаратных средств, при работе во втором режиме вырабатывает множество выходных электрических сигналов для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе 10. Например, выходные электрические сигналы могут быть различными фазами трехфазного переменного тока для питания одной или более нагрузок 124 с меньшей потребляемой мощностью, или выходные электрические сигналы могут формироваться в виде выходных сигналов постоянного тока с уровнями напряжения и/или мощности, меньшими уровней напряжения и/или мощности выходного постоянного тока инверторной системы 100, работающей в первом режиме.In FIG. 3 shows the operation of the inverter system 100 in the second mode according to one embodiment of the present invention. Inverter system 100, using the same hardware, when operating in the second mode, generates a plurality of output electrical signals to power a lower power load 124 in power system 10. For example, the electrical output signals may be different phases of three-phase AC to power one or more loads 124 with lower power consumption, or the electrical output signals may be generated as DC output signals with voltage and/or power levels less than the voltage and/or power levels of the DC output inverter system 100 operating in the first mode.

Во втором рабочем режиме контроллеры 112, 114, 116 ключей управляют работой ключей 102, 104, 106 для преобразования постоянного тока, поступающего по шине 120 линии DC, в множество сигналов переменного тока с разными фазами для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью с использованием множества сигналов переменного тока с разными фазами. На графике А показан постоянный ток, подаваемый в инверторную систему 100. На графике В показан переменный ток, преобразованный первым ключом 102, на графике С показан переменный ток, преобразованный вторым ключом 104, и на графике D показан переменный ток, преобразованный третьим ключом 106. На каждом из графиков A-D по горизонтальной оси отложены значения времени, а по вертикальной оси - напряжения. Опционально, графики B-D могут иллюстрировать выходные сигналы постоянного тока, преобразованные первым, вторым и третьим ключами соответственно.In the second operating mode, the switch controllers 112, 114, 116 control the operation of the switches 102, 104, 106 to convert the DC input on the DC line bus 120 into a plurality of AC signals with different phases to power a lower power load 124 using a plurality of AC signals with different phases. Graph A shows the direct current supplied to the inverter system 100. Graph B shows the alternating current converted by the first switch 102, graph C shows the alternating current converted by the second switch 104, and graph D shows the alternating current converted by the third switch 106. In each of the graphs A-D, the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage. Optionally, the B-D plots may illustrate the DC output signals converted by the first, second and third switches, respectively.

График А, показанный на фиг. 3, соответствует графику А, изображенному на фиг. 2. На графике А показана по существу не зависящая от времени прямая линия мощности 220 шины постоянного тока, подаваемой в инверторную систему 100 по шине 120 линии DC. На графиках В, С и D показана форма сигнала переменного тока, выводимого каждым из ключей 102, 104, 106. Как показано на графиках В, С и D, соответственно первый ключ 102 преобразует постоянный ток в выходной сигнал 302 первого ключа, второй ключ 104 преобразует постоянный ток в выходной сигнал 304 второго ключа, и третий ключ 106 преобразует постоянный ток в выходной сигнал 306 третьего ключа. Амплитуды напряжения и периоды выходных сигналов 302, 304, 306 первого, второго и третьего ключей по существу совпадают, но их фазы различны. В показанном примере фазы выходных сигналов 302, 304, 306 сдвинуты на шестьдесят градусов по отношению друг к другу. Например, начальная фаза выходного сигнала 302 первого ключа соответствует моменту времени t=0, начальная фаза выходного сигнала 304 второго ключа соответствует моменту времени t1, и начальная фаза выходного сигнала 306 третьего ключа соответствует моменту времени t2. Опционально, первый, второй и третий выходные сигналы 302, 304, 306 могут иметь другие формы с разными амплитудами напряжения и/или разными периодами по сравнению с каждым из других выходных сигналов 302, 304, 306.Plot A, shown in Fig. 3 corresponds to graph A shown in FIG. 2. Graph A shows a substantially time-independent direct line of DC bus power 220 supplied to inverter system 100 via DC bus 120. Graphs B, C, and D show the waveform of the AC signal output by each of the switches 102, 104, 106. As shown in graphs B, C, and D, respectively, the first switch 102 converts DC into the output signal 302 of the first switch, the second switch 104 converts the DC current into the output signal 304 of the second switch, and the third switch 106 converts the DC current into the output signal 306 of the third switch. The voltage amplitudes and periods of the output signals 302, 304, 306 of the first, second, and third switches are essentially the same, but their phases are different. In the example shown, the phases of the output signals 302, 304, 306 are shifted sixty degrees from each other. For example, the start phase of the first switch output 302 is at time t=0, the start phase of the second switch output 304 is at time t1, and the start phase of the third switch output 306 is at time t2. Optionally, the first, second, and third output signals 302, 304, 306 may have different waveforms with different voltage amplitudes and/or different periods compared to each of the other output signals 302, 304, 306.

На графике Е показана комбинация выходных сигналов 302, 304, 306 первого, второго и третьего ключей в виде множества сигналов 308 переменного тока с разными фазами, используемых для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе 10. При работе во втором режиме для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе 10 главный контроллер 140 управляет каждым из ключей 102, 104, 106 для работы в качестве независимых ключей таким образом, чтобы каждый из ключей 102, 104, 106 преобразовывал постоянный ток в множество сигналов 308 переменного тока с разными фазами. Например, при работе во втором режиме инверторная система 100 фактически генерирует такой же уровень мощности, что и уровень мощности, генерируемый каждым отдельным ключом 102, 104, 106. В показанном варианте осуществления настоящего изобретения инверторная система 100 содержит три ключа 102, 104, 106, которые преобразуют постоянный ток в трехфазный сигнал 308 переменного тока для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе 10. Опционально, инверторная система 100 может содержать любое количество ключей, которые могут преобразовывать постоянный ток в любое количество сигналов переменного тока с разными фазами.Graph E shows the combination of first, second, and third switch outputs 302, 304, 306 as a plurality of AC signals 308 with different phases used to power a lower power load 124 in power system 10. When operating in the second mode to power load 124 with lower power consumption in the power system 10, the main controller 140 controls each of the switches 102, 104, 106 to operate as independent switches so that each of the switches 102, 104, 106 converts direct current into a plurality of AC signals 308 with different phases. For example, when operating in the second mode, inverter system 100 actually generates the same power level as the power level generated by each individual switch 102, 104, 106. In the illustrated embodiment of the present invention, inverter system 100 includes three switches 102, 104, 106, which convert DC into a three-phase AC signal 308 to power a lower power load 124 in power system 10. Optionally, inverter system 100 may include any number of switches that can convert DC to any number of AC signals with different phases.

С помощью одних и тех же аппаратных средств инверторная система 100 может генерировать общий однофазный сигнал для питания нагрузок с повышенной потребляемой мощностью и множество сигналов с разными фазами для питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью. Например, инверторная система 100 может работать в первом или втором режимах с использованием одних и тех же аппаратных средств в обоих режимах. Главный контроллер 140 управляет работой каждого из контроллеров 112, 114, 116 ключей для перехода ключей между разомкнутым и замкнутым состояниями для работы инверторной системы 100 в первом режиме (например, для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе) или во втором режиме (например, для питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе), используя одни и те же аппаратные средства.Using the same hardware, inverter system 100 can generate a common single phase signal to power higher power loads and multiple different phase signals to power lower power loads. For example, inverter system 100 may operate in the first or second modes using the same hardware in both modes. The main controller 140 controls the operation of each of the key controllers 112, 114, 116 to switch the keys between open and closed states to operate the inverter system 100 in the first mode (for example, to power a load with increased power consumption in the power system) or in the second mode (for example , to power loads with lower power consumption in the power system) using the same hardware.

- 5 041837- 5 041837

Опционально, главный контроллер 140 может управлять контроллерами 112, 114, 116 ключей для работы инверторной системы 100 в любом количестве различных режимов.Optionally, the main controller 140 can control the key controllers 112, 114, 116 to operate the inverter system 100 in any number of different modes.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения нагрузка 122 с повышенной потребляемой мощностью может представлять собой нагрузку, генерирующую тяговое усилие в силовой системе 10, которая приводит в движение транспортное средство силовой системы 10. Например, первый режим работы в этом описании также может называться режимом тягового инвертора. При работе в режиме тягового инвертора инверторная система 100 может генерировать общий однофазный сигнал переменного тока для питания силовой системы 10, приводящей в движение транспортное средство силовой системы 10.According to one embodiment of the present invention, the increased power load 122 may be a load generating traction in the power system 10 that drives the vehicle of the power system 10. For example, the first mode of operation in this description may also be referred to as the traction inverter mode. . When operating in the traction inverter mode, the inverter system 100 may generate a common single-phase AC signal to power the power system 10 driving the vehicle of the power system 10.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения нагрузка 124 с меньшей потребляемой мощностью может представлять собой нагрузку, не генерирующую тяговое усилие в силовой системе 10. Например, второй режим работы в этом описании также может называться режимом вспомогательного инвертора. При работе в режиме вспомогательного инвертора инверторная система 100 может генерировать множество сигналов 308 переменного тока с разными фазами для подачи питания на силовую систему 10 для работы одной или более систем в силовой системе 10. Например, инверторная система 100 может в режиме вспомогательного инвертора генерировать мощность, уровень которой меньше уровня мощности, генерируемой в режиме тягового инвертора. Например, в рабочем режиме для нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью может потребоваться больший уровень мощности, генерируемой инверторной системой 100, чем уровень мощности, требуемый для работы нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью. Амплитуда выходного общего однофазного сигнала 208 инверторной системы 100, работающей в первом режиме (например, в режиме тягового инвертора) для питания нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью, больше амплитуды напряжения каждого из множества сигналов 308 с разными фазами инверторной системы 100, работающей во втором режиме (например, в режиме вспомогательного инвертора) для питания нагрузки 124 с меньшей потребляемой мощностью.According to one embodiment of the present invention, the lower power load 124 may be a load that does not generate traction in the power system 10. For example, the second mode of operation may also be referred to as the auxiliary inverter mode in this description. When operating in the auxiliary inverter mode, the inverter system 100 may generate a plurality of AC signals 308 with different phases to supply power to the power system 10 to operate one or more systems in the power system 10. For example, the inverter system 100 may, in the auxiliary inverter mode, generate power, the level of which is less than the power level generated in the traction inverter mode. For example, in operation, higher power load 122 may require more power generated by inverter system 100 than is required to operate lower power load 124. The amplitude of the output common single-phase signal 208 of the inverter system 100 operating in the first mode (for example, in the traction inverter mode) to power the load 122 with increased power consumption is greater than the voltage amplitude of each of the multiple signals 308 with different phases of the inverter system 100 operating in the second mode (eg, in auxiliary inverter mode) to power the lower power load 124.

В одном или более варианте осуществления настоящего изобретения главный контроллер 140 или контроллеры 112, 114, 116 ключей могут управлять ключами 102, 104, 106 для работы в режиме, отличном от первого рабочего режима или второго рабочего режима. Например, инверторной системой 100 можно управлять для работы в третьем режиме таким образом, чтобы вторые ключи 102, 104 преобразовывали постоянный ток в однофазный выходной сигнал, а третий ключ 106 преобразовывал постоянный ток в выходной сигнал, отличный от однофазного выходного сигнала первого и второго ключей 102, 104. Опционально, один или более ключей 102, 104, 106 могут преобразовывать постоянный ток в переменный с использованием сигнала, фаза, период и/или амплитуда напряжения которого могут быть общими и/или уникальными относительно переменного тока, вырабатываемого одним или более другими ключами.In one or more embodiments of the present invention, the main controller 140 or the key controllers 112, 114, 116 may control the keys 102, 104, 106 to operate in a mode other than the first operating mode or the second operating mode. For example, the inverter system 100 can be controlled to operate in a third mode such that the second switches 102, 104 convert DC into a single-phase output signal, and the third switch 106 converts DC into an output signal other than the single-phase output signal of the first and second switches 102 , 104. Optionally, one or more switches 102, 104, 106 may convert DC to AC using a signal whose phase, period, and/or voltage amplitude may be common and/or unique relative to the AC current generated by one or more other switches. .

Согласно одному или более вариантам осуществления инверторная система 100 может содержать один или более ключей, управляемых контроллером ключей, и силовая система 10 может содержать множество различных инверторных систем, которые могут быть связаны друг с другом в виде конструктивных блоков. Например, каждая инверторная система может содержать один ключ и один контроллер ключа, который управляет работой ключа и может располагаться, крепиться или входить в состав корпуса или шасси (например, с помощью радиаторов, внешних разъемов и т.п.). Инверторная система может соединяться с одной или более дополнительных инверторных систем, и каждая из инверторных систем может работать согласованно с другими системами. Множество различных инверторных систем могут крепиться на общем держателе или в общей стойке или могут располагаться отдельно друг от друга.According to one or more embodiments, inverter system 100 may include one or more keys controlled by a key controller, and power system 10 may comprise a plurality of different inverter systems that may be linked together in building blocks. For example, each inverter system may contain one key and one key controller that controls the operation of the key and may be located, attached to, or incorporated into an enclosure or chassis (eg, via heatsinks, external connectors, etc.). The inverter system may be connected to one or more additional inverter systems, and each of the inverter systems may operate in concert with the other systems. Many different inverter systems can be mounted on a common holder or in a common rack, or can be located separately from each other.

На фиг. 4 показано схематическое представление множества инверторных наборов 400А, 400В, 400С, входящих в состав силовой системы 10, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Каждый из инверторных наборов 400А, 400В, 400С содержит множество ключей и множество контроллеров ключей. Например, первый инверторный набор 400А содержит ключи 102, 104, 106 и контроллеры 112, 114, 116 ключей, которые управляют каждым из ключей 102, 104, 106. Второй инверторный набор 400В содержит ключи 402, 404, 406 и контроллеры 412, 414, 416 ключей, которые управляют каждым из ключей 402, 404, 406. Третий инверторный набор 400С содержит ключи 502, 504, 506 и контроллеры 512, 514, 516 ключей, которые управляют каждым из ключей 502, 504, 506. В показанном варианте осуществления силовая система 10 также содержит главный контроллер 440, управляющий работой каждого контроллера ключа каждого инверторного набора 400А, 400В, 400С. Опционально, один или более инверторных наборов 400А, 400В, 400С могут управляться с использованием альтернативного контроллера, способа или системы. Главный контроллер 440 может управляться вручную оператором силовой системы 10 и/или управляться автономно с использованием аппаратного или программного обеспечения главного контроллера 440 посредством одного или более процессоров главного контроллера 440 и т.п.In FIG. 4 is a schematic representation of a plurality of inverter sets 400A, 400B, 400C included in power system 10, in accordance with one embodiment of the present invention. Each of the inverter sets 400A, 400B, 400C contains a plurality of keys and a plurality of key controllers. For example, the first inverter set 400A contains switches 102, 104, 106 and key controllers 112, 114, 116 that control each of the switches 102, 104, 106. The second inverter set 400B contains switches 402, 404, 406 and controllers 412, 414, 416 keys that control each of the switches 402, 404, 406. The third inverter set 400C includes switches 502, 504, 506 and key controllers 512, 514, 516 that control each of the switches 502, 504, 506. In the illustrated embodiment, the power system 10 also includes a main controller 440 controlling the operation of each key controller of each inverter set 400A, 400V, 400C. Optionally, one or more inverter sets 400A, 400V, 400C may be controlled using an alternative controller, method or system. The main controller 440 may be manually controlled by an operator of the power system 10 and/or controlled autonomously using the main controller 440 hardware or software via one or more of the main controller 440 processors and the like.

При работе в первом режиме каждый из наборов 400А, 400В, 400С инверторов преобразует первый постоянный ток, поступающий из шины 120 линии DC, в общий однофазный сигнал переменного тока, который отличается по фазе от общего однофазного сигнала переменного тока, преобразованного каж- 6 041837 дым из других инверторных наборов 400А, 400В, 400С. Опционально, каждый инверторный набор 400А, 400В, 400С может преобразовывать первый постоянный ток в выходной сигнал постоянного тока. На фиг. 5 показана работа в первом рабочем режиме каждого из множества инверторных наборов, изображенных на фиг. 4. Первый инверторный набор 400А преобразует постоянный ток в первый общий однофазный сигнал 502А переменного тока из сигналов каждого из ключей 102, 104, 106 первого инверторного набора 400А. Например, фаза переменного тока, выводимого из каждого ключа первого инверторного набора 400А, может представлять собой одну и ту же фазу. Выходные сигналы ключей 102, 104, 106 суммируются с получением первого общего однофазного сигнала 502А переменного тока. Кроме того, второй инверторный набор 400В преобразует первый постоянный ток во второй, другой, общий однофазный сигнал 502В переменного тока, полученный из сигналов каждого из ключей 402, 404, 406 второго инверторного набора 400В. Например, фаза переменного тока, выводимого из каждого ключа второго инверторного набора 400В, может представлять собой одну и ту же фазу. Выходные сигналы ключей 402, 404, 406 суммируются с получением второго общего однофазного сигнала 502В переменного тока.When operating in the first mode, each of the inverter sets 400A, 400V, 400C converts the first DC input from the DC line bus 120 into a common single-phase AC signal that is different in phase from the common single-phase AC signal converted by each from other inverter sets 400A, 400V, 400C. Optionally, each inverter set 400A, 400V, 400C can convert the first DC into DC output signal. In FIG. 5 shows the operation in the first operating mode of each of the plurality of inverter sets shown in FIG. 4. The first inverter set 400A converts the DC current into the first common single-phase AC signal 502A from the signals of each of the switches 102, 104, 106 of the first inverter set 400A. For example, the phase of the AC output from each switch of the first inverter set 400A may be the same phase. The outputs of the switches 102, 104, 106 are summed to form a first common single-phase AC signal 502A. In addition, the second inverter set 400V converts the first DC current into a second, different common single-phase AC signal 502V obtained from the signals of each of the switches 402, 404, 406 of the second inverter set 400V. For example, the phase of the AC output from each switch of the second 400V inverter set may be the same phase. The outputs of the switches 402, 404, 406 are summed to form a second common single-phase AC signal 502V.

Третий инверторный набор 400С преобразует первый постоянный ток в третий общий однофазный сигнал 502С переменного тока, полученный из сигналов каждого из ключей 502, 504, 506 третьего инверторного набора 400С. Третий общий однофазный сигнал 502С отличается по фазе от первого сигнала 502А и второго сигнала 502В. Выходные сигналы ключей 502, 504, 506 суммируются с получением третьего общего однофазного сигнала 502С. Например, фаза переменного тока, выводимого из каждого ключа третьего инверторного набора 400С, может представлять собой одну и ту же фазу. Каждый из общих однофазных сигналов 502А, 502В, 502С может использоваться для питания нагрузки 122 с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе 10 с использованием различных однофазных сигналов 502А, 502В, 502С переменного тока.The third inverter set 400C converts the first DC current into a third common single-phase AC signal 502C obtained from the signals of each of the switches 502, 504, 506 of the third inverter set 400C. The third common single phase signal 502C is out of phase with the first signal 502A and the second signal 502B. The outputs of the switches 502, 504, 506 are summed to form a third common single-phase signal 502C. For example, the phase of the AC output from each switch of the third inverter set 400C may be the same phase. Each of the common single-phase signals 502A, 502B, 502C can be used to power the increased power load 122 in the power system 10 using different single-phase AC signals 502A, 502B, 502C.

В показанном варианте осуществления настоящего изобретения каждый из инверторных наборов 400А, 400В, 400С содержит три ключа, которые преобразуют постоянный ток в общие однофазные сигналы 502А, 502В, 502С соответственно, амплитуда напряжения которых по существу одинакова. Например, напряжение каждого из однофазных общих сигналов 502А, 502В, 502С может в три раза превышать выходное напряжение каждого ключа каждого из инверторных наборов. Опционально, один или более инверторных наборов 400А, 400В, 400С может содержать менее или более трех ключей. Например, инверторный набор, который содержит два ключа, может преобразовывать постоянный ток в общий сигнал переменного тока, напряжение которого в два раза больше напряжения переменного тока каждого из ключей. Опционально, инверторный набор, который содержит четыре ключа, может преобразовывать постоянный ток в общий сигнал переменного тока, напряжение которого в четыре раза больше напряжения переменного тока каждого из ключей.In the illustrated embodiment of the present invention, each of the inverter sets 400A, 400V, 400C contains three switches that convert DC current into common single-phase signals 502A, 502B, 502C, respectively, whose voltage amplitude is essentially the same. For example, the voltage of each of the single-phase common signals 502A, 502B, 502C can be three times the output voltage of each switch of each of the inverter sets. Optionally, one or more inverter sets 400A, 400V, 400C may contain less than or more than three keys. For example, an inverter set that contains two switches can convert DC into a common AC signal whose voltage is twice the AC voltage of each of the switches. Optionally, the inverter set, which contains four switches, can convert DC into a common AC signal whose voltage is four times the AC voltage of each of the switches.

Кроме того, каждый инверторный набор 400А, 400В, 400С преобразует постоянный ток в переменный ток, имеющий фазу, отличную от других. В показанном варианте осуществления настоящего изобретения фазы выходных сигналов 502А, 502В, 502С сдвинуты на шестьдесят градусов по отношению друг к другу. Например, начальная фаза общего однофазного сигнала 502А первого инверторного набора 400А соответствует моменту времени t=0, второй инверторный набор 400В вырабатывает второй общий однофазный сигнал 502В с начальной фазой в момент времени t1, и третий инверторный набор 400С вырабатывает третий общий однофазный сигнал 502С с начальной фазой в момент времени t₂. В показанном варианте осуществления амплитуды напряжения и периоды выходных сигналов каждого из инверторных наборов 400А, 400В, 400С по существу одинаковы, но их фазы различны. Опционально, первый, второй и третий инверторные наборы 400А, 400В, 400С могут содержать любое количество ключей в любой конфигурации, так что инверторные наборы могут выводить сигналы с общими или уникальными амплитудами напряжения, периодами и/или фазами по отношению друг к другу.In addition, each inverter set 400A, 400V, 400C converts direct current into alternating current having a different phase from the others. In the illustrated embodiment of the present invention, the phases of the output signals 502A, 502B, 502C are shifted sixty degrees from each other. For example, the initial phase of the common single-phase signal 502A of the first inverter set 400A corresponds to the time t=0, the second inverter set 400V produces the second common single-phase signal 502B with the initial phase at time t1, and the third inverter set 400C produces the third common single-phase signal 502C with the initial phase phase at time t ₂ . In the embodiment shown, the voltage amplitudes and periods of the output signals of each of the inverter sets 400A, 400V, 400C are essentially the same, but their phases are different. Optionally, the first, second, and third inverter sets 400A, 400B, 400C may contain any number of switches in any configuration so that the inverter sets can output signals with common or unique voltage amplitudes, periods, and/or phases with respect to each other.

Каждый из инверторных наборов 400А, 400В, 400С в рабочем режиме также связан с главным ключом 450. Например, каждый из инверторных наборов 400А, 400В, 400С в рабочем режиме связан с главным ключом 450 таким образом, что переменный ток, вырабатываемый каждым ключом, направляется через главный ключ 450. Главный ключ 450 направляет различные однофазные сигналы АС, преобразованные каждым из инверторных наборов 400А, 400В, 400С, в одну или более различных нагрузок с повышенной потребляемой мощностью (не показаны) силовой системы 10.Each of the inverter sets 400A, 400V, 400C is also in operation connected to the main switch 450. For example, each of the inverter sets 400A, 400V, 400C is in operation connected to the main switch 450 such that the alternating current generated by each switch is directed through the main switch 450. The main switch 450 routes the various single-phase AC signals converted by each of the inverter sets 400A, 400V, 400C to one or more different power-consuming loads (not shown) of the power system 10.

Каждый из инверторных наборов 400А, 400В, 400С может работать с использованием одних и тех же аппаратных средств для генерации общего однофазного выходного электрического сигнала с целью подачи питания на нагрузки с повышенной потребляемой мощностью или для генерации множества электрических сигналов с разными фазами с целью подачи питания на нагрузки с меньшей потребляемой мощностью. Например, инверторные наборы 400А, 400В, 400С могут работать в первом или втором режимах с использованием одних и тех же аппаратных средств в обоих рабочих режимах. Главный контроллер может управлять работой каждого из контроллеров ключей каждого инверторного набора для перехода ключей между разомкнутым и замкнутым состояниями для работы каждого инверторного набора в первом режиме (например, для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе) и/или во втором режиме (например, для питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе), в то же время используя одни и те же аппаратные средства.Each of the 400A, 400V, 400C inverter sets can operate using the same hardware to generate a common single-phase output electrical signal to supply power to high power loads, or to generate multiple electrical signals with different phases to supply power to loads with lower power consumption. For example, inverter sets 400A, 400B, 400C can operate in the first or second modes using the same hardware in both operating modes. The main controller may control the operation of each of the key controllers of each inverter set to switch the keys between open and closed states to operate each inverter set in the first mode (for example, to power a load with increased power consumption in the power system) and/or in the second mode (for example , to power loads with less power consumption in the power system), while still using the same hardware.

- 7 041837- 7 041837

Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения одна или более инверторных систем 100 в рабочем режиме может быть связана с двумя или более различными силовыми системами (не показаны). Например, первая инверторная система в рабочем режиме может быть связана с первым транспортным средством состава транспортных средств, а вторая инверторная система в рабочем режиме может быть связана со вторым транспортным средством состава транспортных средств. Первая инверторная система может работать в первом режиме, чтобы преобразовывать постоянный ток в общий однофазный выходной электрический сигнал (например, в переменный или постоянный ток) для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью (например, нагрузки, генерирующей тяговое усилие, которое может использоваться для приведение в движение транспортного средства) первого транспортного средства. Вторая инверторная система может работать во втором режиме, чтобы преобразовывать постоянный ток в множество выходных электрических сигналов разных фаз (например, в выходные сигналы переменного или постоянного тока) для питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью (например, нагрузки, не генерирующей тяговое усилие, для питания вспомогательной системы транспортного средства) второго транспортного средства. Опционально, как первый, так и второй инверторные наборы могут функционировать в одинаковых рабочих режимах (первом или втором). Опционально, работа первого и второго инверторных наборов может управляться общим главным контроллером, или каждый инверторный набор может управляться различными главными контроллерами.According to one or more embodiments of the present invention, one or more inverter systems 100 may be in operation connected to two or more different power systems (not shown). For example, the first inverter system in operation may be in communication with the first vehicle of the vehicle combination, and the second inverter system in operation may be in communication with the second vehicle of the vehicle combination. The first inverter system may operate in the first mode to convert the DC current into a common single-phase electrical output signal (e.g., AC or DC) to power a higher power demand load (e.g., a traction generating load that can be used to drive vehicle movement) of the first vehicle. The second inverter system may operate in a second mode to convert DC into multiple phase electrical outputs (e.g., AC or DC outputs) to power a lower power demand load (e.g., a non-traction load to power auxiliary system of the vehicle) of the second vehicle. Optionally, both the first and second inverter sets can operate in the same operating modes (first or second). Optionally, the operation of the first and second inverter sets can be controlled by a common main controller, or each inverter set can be controlled by different main controllers.

Кроме того, каждая инверторная система 100 может иметь одинаковую конфигурацию в отношении каждого инверторного набора. Например, каждая система может содержать корпус (не показан) одинаковой формы, размеров, выполненный из одного материала и т.п. Кроме того, каждая система может содержать одинаковое количество радиаторов одинакового типа, модели, с одинаковыми номинальными значениями, расположенных в одинаковых позициях и имеющих одинаковые размеры, форму и т.п. Например, инверторные системы могут быть взаимозаменяемыми для питания различных нагрузок силовой системы в зависимости от различных нагрузок, на которые требуется подавать питание.In addition, each inverter system 100 may have the same configuration with respect to each inverter set. For example, each system may comprise a housing (not shown) of the same shape, dimensions, same material, and the like. In addition, each system may contain the same number of radiators of the same type, model, with the same ratings, located in the same positions and having the same dimensions, shape, etc. For example, inverter systems can be interchangeable to power different power system loads depending on the different loads that need to be powered.

На фиг. 6 показан алгоритм 600 способа функционирования инверторной системы, входящей в состав силовой системы, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. На шаге 602 определяется, требуется ли подавать питание на нагрузку с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе. Нагрузка с повышенной потребляемой мощностью может представлять собой нагрузку, генерирующую тяговое усилие, которое может использоваться для приведения в движение транспортного средства силовой системы. Опционально, нагрузка с повышенной потребляемой мощностью может представлять собой другую нагрузку, которая может использоваться для работы одной или более систем транспортного средства или системы транспортных средств. Опционально, нагрузка с повышенной потребляемой мощностью может представлять собой иную нагрузку любой силовой системы. Если питание требуется подавать на нагрузку с повышенной потребляемой мощностью, то осуществляется переход к шагу 604. В альтернативном варианте, если питание на нагрузку с повышенной потребляемой мощностью подавать не требуется, осуществляется переход к шагу 608.In FIG. 6 shows a flow 600 of a method for operating an inverter system included in a power system according to one embodiment of the present invention. In step 602, it is determined whether the power needs to be energized for the increased power demand load in the power system. The high power load may be a traction generating load that may be used to propel the power system vehicle. Optionally, the high power load may be another load that may be used to operate one or more vehicle systems or vehicle systems. Optionally, the load with increased power consumption can be a different load of any power system. If it is desired to power the high power load, then proceed to step 604. Alternatively, if the high power load does not need to be powered, proceed to step 608.

На шаге 604 множество ключей инверторной системы управляются множеством контроллеров ключей для работы инверторной системы в первом рабочем режиме. Опционально, первый рабочий режим может называться режимом тягового инвертора, в котором подается питание на нагрузку, генерирующую тяговое усилие силовой системы. Контроллеры ключей и/или главный контроллер управляют переходом каждого из ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями для преобразования первого постоянного тока в общий однофазный первый выходной электрический сигнал, выводимый из всех ключей с целью питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью с использованием этого первого выходного электрического сигнала. Первый выходной электрический сигнал может представлять собой однофазный переменный ток или выходной сигнал постоянного тока с первым уровнем мощности и первым уровнем напряжения. Например, при работе в первом режиме каждый из ключей выводит электрический сигнал, фаза которого совпадает с фазой выходного электрического сигнала каждого из других ключей. На шаге 606 все выходные сигналы ключей суммируют для получения общего однофазного сигнала инверторной системы с целью питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе посредством общего однофазного выходного электрического сигнала.At step 604, the plurality of keys of the inverter system are controlled by the plurality of key controllers to operate the inverter system in the first operating mode. Optionally, the first operating mode may be referred to as a traction inverter mode in which power is supplied to the load generating the traction force of the power system. The switch controllers and/or the main controller controls the transition of each of the switches between closed and open states to convert the first DC current into a common single-phase first electrical output signal output from all switches in order to power the increased power load using this first electrical output signal. The first electrical output may be a single-phase AC or DC output with a first power level and a first voltage level. For example, when operating in the first mode, each of the switches outputs an electrical signal whose phase matches the phase of the output electrical signal of each of the other switches. In step 606, all switch outputs are summed to obtain a common single-phase signal of the inverter system in order to supply the load with increased power consumption in the power system through a common single-phase electrical output signal.

На шаге 608 определяется, требуется ли подавать питание на нагрузку с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе. Нагрузка с меньшей потребляемой мощностью может представлять собой нагрузку, не генерирующую тяговое усилие силовой системы. Кроме того, нагрузка с меньшей потребляемой мощностью может представлять собой нагрузку силовой системы, для питания которой требуется меньший уровень мощности по сравнению с уровнем мощности, требуемым для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью. Если питание требуется подавать на нагрузку с меньшей потребляемой мощностью, то осуществляется переход к шагу 610. В противном случае, если питание на нагрузку с меньшей потребляемой мощностью подавать не требуется, осуществляется переход к шагу 612, и далее никакие операции не выполняются, и инверторная система не используется для питания нагрузки силовой системы.In step 608, it is determined whether a load with lower power consumption in the power system needs to be powered. A lower power load may be a load that does not generate propulsion for the power system. In addition, a lower power load may be a power system load that requires a lower power level than that required to power a higher power load. If the load with less power is to be powered, then proceed to step 610. Otherwise, if the load with less power is not required to be powered, proceed to step 612 and no further operation is performed and the inverter system not used to power the load of the power system.

На шаге 610 множество ключей инверторной системы управляются множеством контроллеров ключей для перевода инверторной системы во второй рабочий режим. Опционально, второй рабочийAt step 610, the plurality of keys of the inverter system are controlled by the plurality of key controllers to place the inverter system into the second operating mode. Optional, second worker

- 8 041837 режим может называться режимом вспомогательного инвертора, в котором подается питание на нагрузку, не генерирующую тяговое усилие в силовой системе. Контроллеры ключей и/или главный контроллер управляют переходом каждого из ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями для преобразования постоянного тока в множество вторых выходных электрических сигналов. Вторые выходные электрические сигналы могут быть различными фазами трехфазного переменного тока или соответствующими выходными постоянными токами с уровнями напряжения и/или мощности, которые меньше уровней первого напряжения и первой мощности выходного постоянного тока первого выходного электрического сигнала. Например, при работе во втором рабочем режиме каждый из ключей выводит электрический сигнал, отличный по фазе от выходного сигнала каждого другого ключа. На шаге 612 множество различных выходных электрических сигналов (например, выходные сигналы переменного или постоянного тока) из каждого ключа используются для питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе посредством множества сигналов переменного тока с разными фазами.- 8 041837 the mode may be referred to as the auxiliary inverter mode, in which power is supplied to the load that does not generate traction in the power system. The switch controllers and/or the main controller control the transition of each of the switches between closed and open states to convert the DC current into a plurality of second electrical output signals. The second output electrical signals may be different phases of three-phase AC or corresponding output DC currents with voltage and/or power levels that are less than the levels of the first voltage and first power output DC of the first output electrical signal. For example, when operating in the second operating mode, each of the switches outputs an electrical signal that is out of phase with the output of each other switch. In step 612, a plurality of different electrical outputs (eg, AC or DC outputs) from each switch are used to power a lower power load in the power system via a plurality of AC signals with different phases.

Опционально, множество ключей и множество контроллеров ключей могут входить в состав одного инверторного набора, а силовая система может содержать множество различных инверторных наборов. Каждый из различных инверторных наборов может содержать множество ключей и множество контроллеров ключей. Кроме того, каждый из различных инверторных наборов может преобразовывать постоянный ток в однофазные сигналы переменного тока или в выходной сигнал постоянного тока. Например, первый набор может преобразовывать постоянный ток в первый общий однофазный сигнал переменного тока, а второй набор может преобразовывать постоянный ток в другой, второй, общий однофазный сигнал переменного тока с фазой, которая отличается от фазы сигнала первого набора.Optionally, a plurality of keys and a plurality of key controllers may be part of one inverter set, and the power system may comprise a plurality of different inverter sets. Each of the various inverter sets may contain a plurality of keys and a plurality of key controllers. In addition, each of the various inverter sets can convert DC into single-phase AC signals or into DC output signal. For example, the first set may convert DC to a first common single-phase AC signal, and the second set may convert DC to another second common single-phase AC signal with a phase that is different from that of the first set's signal.

Согласно варианту осуществления изобретения инверторная система содержит множество ключей, выполненных с возможностью переключения между замкнутым и разомкнутым состояниями для соответственно пропускания или блокировки пропускания электрического тока через ключи. Система содержит множество контроллеров ключей, которые управляют переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями. В первом рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в общий однофазный сигнал переменного тока на основе выходных сигналов одинаковой фазы, подаваемых из каждого ключа, с целью питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе с использованием однофазного сигнала переменного тока. Во втором рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в множество сигналов переменного тока с разными фазами с целью питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе с использованием множества сигналов переменного тока с различными фазами. Каждый из ключей выводит сигнал, имеющий фазу, отличную от других фаз из множества фаз.According to an embodiment of the invention, the inverter system comprises a plurality of switches configured to switch between closed and open states to respectively pass or block the flow of electric current through the keys. The system contains a plurality of key controllers that control the transition of keys between closed and open states. In the first operating mode, the switch controllers control the operation of the switches to convert DC to a common single-phase AC signal based on the same-phase output signals from each switch in order to power a high power load in the power system using a single-phase AC signal. In the second operating mode, the switch controllers control the operation of the switches to convert DC to a plurality of AC signals with different phases in order to power a lower power load in the power system using a plurality of AC signals with different phases. Each of the switches outputs a signal having a phase different from the other phases of the plurality of phases.

Опционально, множество ключей и множество контроллеров ключей включены в состав одного из множества инверторных наборов силовой системы. Каждый из инверторных наборов преобразует постоянный ток в однофазный сигнал переменного тока, отличный от сигнала каждого другого инверторного набора, для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе с использованием различных однофазных сигналов переменного тока.Optionally, a plurality of keys and a plurality of key controllers are included in one of the plurality of power system inverter sets. Each of the inverter sets converts the DC current into a single-phase AC signal different from each other inverter set's signal to power higher power loads in the power system using different single-phase AC signals.

Опционально, первый инверторный набор из множества инверторных наборов преобразует постоянный ток в первый общий однофазный сигнал переменного тока от каждого ключа первого инверторного набора, а второй инверторный набор из множества инверторных наборов преобразует постоянный ток во второй общий однофазный сигнал переменного тока с другой фазой от каждого ключа второго инверторного набора.Optionally, the first inverter set of the plurality of inverter sets converts DC into a first common single-phase AC signal from each switch of the first inverter set, and the second inverter set of the plurality of inverter sets converts DC into a second common single-phase AC signal with a different phase from each switch second inverter set.

Опционально, множество ключей электрически связаны друг с другом посредством параллельного или последовательного электрического соединения.Optionally, a plurality of keys are electrically connected to each other via a parallel or series electrical connection.

Опционально, нагрузка с повышенной потребляемой мощностью представляет собой нагрузку, приводящую в движение транспортное средство силовой системы, а нагрузка с меньшей потребляемой мощностью представляет собой нагрузку, не генерирующую тяговое усилие.Optionally, the high power load is the load driving the power system vehicle, and the lower power load is the load that does not generate traction.

Опционально, инверторная система работает в режиме тягового инвертора, если ключи преобразуют постоянный ток в общий однофазный сигнал переменного тока из выходных сигналов с одинаковой фазой от каждого из ключей.Optionally, the inverter system operates as a traction inverter if the switches convert the DC current into a common single-phase AC signal from the same-phase output signals from each of the switches.

Опционально, инверторная система работает в режиме вспомогательного инвертора, если ключи преобразуют постоянный ток в множество сигналов переменного тока с разными фазами.Optionally, the inverter system operates in auxiliary inverter mode if the switches convert the DC current into multiple AC signals with different phases.

Опционально, инверторная система также содержит главный контроллер для управления работой множества контроллеров ключей. Главный контроллер управляет множеством контроллеров ключей для управления переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями.Optionally, the inverter system also includes a master controller to control the operation of a plurality of key controllers. The main controller controls a plurality of key controllers to control the transition of the keys between closed and open states.

Опционально, однофазные выходные сигналы каждого из ключей суммируются друг с другом для получения общего однофазного сигнала для нагрузки с повышенной потребляемой мощностью.Optionally, the single-phase output signals of each of the switches are summed with each other to obtain a common single-phase signal for a load with increased power consumption.

Согласно варианту осуществления изобретения способ в первом рабочем режиме включает переключение множества ключей, с использованием множества контроллеров ключей, между замкнутым и разомкнутым состояниями для преобразования постоянного тока, подаваемого на ключи, в общий однофазный сигнал переменного тока, образованный из выходных сигналов с одинаковой фазой от каждогоAccording to an embodiment of the invention, the method in a first operating mode includes switching a plurality of switches, using a plurality of switch controllers, between closed and open states to convert a direct current supplied to the switches into a common single-phase AC signal formed from output signals with the same phase from each

- 9 041837 ключа. Способ в другом, втором рабочем режиме, включает, с использованием множества контроллеров ключей, переключение ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями для преобразования постоянного тока в множество сигналов переменного тока с разными фазами. Каждый из ключей выводит сигнал, имеющий фазу, отличную от других фаз из множества фаз. Общий однофазный сигнал переменного тока, генерируемый в первом рабочем режиме, подается в силовую систему для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью, а множество сигналов переменного тока с разными фазами, генерируемых во втором рабочем режиме, подают в силовую систему для питания нагрузки с меньшей потребляемой мощностью.- 9 041837 keys. The method in another, second operating mode, includes, using a plurality of key controllers, switching the keys between closed and open states to convert direct current into a plurality of alternating current signals with different phases. Each of the switches outputs a signal having a phase different from the other phases of the plurality of phases. The common single-phase AC signal generated in the first operating mode is supplied to the power system to power the load with increased power consumption, and the multiple AC signals with different phases generated in the second operating mode are supplied to the power system to supply the load with lower power consumption .

Опционально, множество ключей и множество контроллеров ключей включены в состав одного инверторного набора из множества инверторных наборов силовой системы. Каждый из инверторных наборов преобразует постоянный ток в однофазные сигналы переменного тока, отличные по фазе от каждого другого инверторного набора, для питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе с использованием однофазных сигналов переменного тока с различными фазами.Optionally, a plurality of keys and a plurality of key controllers are included in one inverter set of the plurality of power system inverter sets. Each of the inverter sets converts DC into single-phase AC signals that are different in phase from each other inverter set to power higher power loads in the power system using single-phase AC signals with different phases.

Опционально, способ также включает работу в режиме тягового инвертора, когда ключи преобразуют постоянный ток в общий однофазный сигнал переменного тока, образованный из выходных однофазных сигналов каждого из ключей.Optionally, the method also includes operation in a traction inverter mode, when the switches convert the direct current into a common single-phase AC signal formed from the output single-phase signals of each of the switches.

Опционально, способ также включает работу в режиме вспомогательного инвертора, если ключи преобразуют постоянный ток в множество сигналов переменного тока с разными фазами.Optionally, the method also includes operation in auxiliary inverter mode if the switches convert the direct current into a plurality of alternating current signals with different phases.

Опционально, способ также включает управление работой контроллеров ключей с помощью главного контроллера. Главный контроллер управляет множеством контроллеров ключей для управления переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями.Optionally, the method also includes controlling the operation of the key controllers using the main controller. The main controller controls a plurality of key controllers to control the transition of the keys between closed and open states.

Опционально, однофазные выходные сигналы каждого из ключей суммируют друг с другом для получения общего однофазного сигнала для нагрузки с повышенной потребляемой мощностью.Optionally, the single-phase output signals of each of the switches are summed with each other to obtain a common single-phase signal for a load with increased power consumption.

Согласно варианту осуществления изобретения инверторная система транспортного средства содержит множество ключей, выполненных с возможностью переключения между замкнутым и разомкнутым состояниями для соответственно пропускания или блокировки пропускания электрического тока через ключи. Система содержит множество контроллеров ключей, которые управляют переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями. В первом рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в общий однофазный сигнал переменного тока, образованный из однофазных выходных сигналов каждого из ключей, с целью питания нагрузки, генерирующей тяговое усилие в системе транспортного средства, с использованием общего однофазного сигнала переменного тока. Во втором рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования постоянного тока в множество сигналов переменного тока с разными фазами с целью питания нагрузки, не генерирующей тягового усилия в системе транспортного средства, с использованием множества сигналов переменного тока с разными фазами. Каждый из ключей выводит сигнал, имеющий фазу, отличную от других фаз из множества фаз.According to an embodiment of the invention, the vehicle inverter system comprises a plurality of keys configured to switch between closed and open states to respectively pass or block the passage of electric current through the keys. The system contains a plurality of key controllers that control the transition of keys between closed and open states. In the first operating mode, the key controllers control the operation of the keys to convert the DC into a common single-phase AC signal formed from the single-phase output signals of each of the keys to power the load generating traction force in the vehicle system using the common single-phase AC signal. In the second operating mode, the key controllers control the operation of the keys to convert DC into a plurality of AC signals with different phases to power a non-traction load in the vehicle system using a plurality of AC signals with different phases. Each of the switches outputs a signal having a phase different from the other phases of the plurality of phases.

Опционально, инверторная система транспортного средства также содержит главный контроллер для управления работой множества контроллеров ключей. Главный контроллер управляет множеством контроллеров ключей для управления переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями.Optionally, the vehicle's inverter system also includes a master controller for controlling the operation of a plurality of key controllers. The main controller controls a plurality of key controllers to control the transition of the keys between closed and open states.

Согласно варианту осуществления изобретения инверторная система содержит множество ключей, которыми управляют для перехода между замкнутым и разомкнутым состояниями соответственно для пропускания или блокировки пропускания электрического тока через ключи, и множество контроллеров ключей, которые управляют переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями. В первом рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования первого постоянного тока в общий однофазный первый выходной электрический сигнал, выводимый из всех ключей, с целью питания нагрузки с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе с использованием первого электрического сигнала. Во втором рабочем режиме контроллеры ключей управляют работой ключей для преобразования первого постоянного тока в множество вторых выходных электрических сигналов с целью питания одной или более нагрузок с меньшей потребляемой мощностью в силовой системе с использованием вторых выходных электрических сигналов. Каждый из ключей выводитAccording to an embodiment of the invention, the inverter system comprises a plurality of switches that are controlled to transition between closed and open states, respectively, to pass or block the passage of electric current through the switches, and a plurality of key controllers that control the transition of the switches between closed and open states. In the first operating mode, the switch controllers control the operation of the switches to convert the first DC current into a common single-phase first electrical output output from all switches to power a high power load in the power system using the first electrical signal. In the second operating mode, the key controllers control the operation of the keys to convert the first DC current into a plurality of second electrical output signals to power one or more lower power loads in the power system using the second electrical output signals. Each of the keys outputs

- 10 041837 отличный от других второй выходной электрический сигнал, и эти сигналы характеризуются различными уровнями напряжения или различными формами сигнала.- 10 041837 different second electrical output signal, and these signals are characterized by different voltage levels or different waveforms.

Опционально, первый выходной электрический сигнал представляет собой однофазный переменный ток, а вторые выходные электрические сигналы представляют собой сигналы с различными фазами трехфазного переменного тока для питания одной из одной или более нагрузок с меньшей потребляемой мощностью, или первый выходной электрический сигнал является выходным сигналом постоянного тока с первым уровнем напряжения и мощности, а вторые выходные электрические сигналы являются соответственно выходными сигналами постоянного тока с уровнями напряжения и мощности, меньшими первого уровня напряжения и первого уровня мощности выходного постоянного тока первого выходного электрического сигнала.Optionally, the first electrical output is single-phase AC and the second electrical outputs are three-phase alternating current signals to power one of one or more lower power loads, or the first electrical output is a DC output with the first voltage and power level, and the second output electrical signals are, respectively, DC output signals with voltage and power levels less than the first voltage level and the first power level of the DC output of the first electrical output signal.

Опционально, один общий первый выходной электрический сигнал от всех ключей суммируется для подачи питания на нагрузку с повышенной потребляемой мощностью.Optionally, one common first electrical output from all switches is summed to supply power to a load with increased power consumption.

Опционально, электрический ток, поступающий из всех ключей, суммируется для формирования одного общего первого выходного электрического сигнала для подачи питания на нагрузку с повышенной потребляемой мощностью в силовой системе посредством первого электрического сигнала.Optionally, the electrical current from all the switches is summed to form one common first electrical output to supply power to a high power load in the power system via the first electrical signal.

Опционально, главный контроллер конфигурируется для управления работой множества контроллеров ключей. Главный контроллер управляет множеством контроллеров ключей для управления переходом ключей между замкнутым и разомкнутым состояниями.Optionally, a master controller is configured to control the operation of a plurality of key controllers. The main controller controls a plurality of key controllers to control the transition of the keys between closed and open states.

Опционально, нагрузка с повышенной потребляемой мощностью представляет собой нагрузку, приводящую в движение силовую систему, а нагрузка с меньшей потребляемой мощностью представляет собой нагрузку, не генерирующую тяговое усилие.Optionally, the high power load is the load driving the propulsion system, and the lower power load is the load that does not generate tractive force.

Согласно варианту осуществления, силовая система, показанная на фиг. 1, представляет собой или содержит плавучее морское средство, которое включает инверторную систему 100 и шину 120 линии DC. Инверторная система 100 сконфигурирована для преобразования электроэнергии, подаваемой в или из шины 120 линии DC. Плавучее морское средство содержит одну или более нагрузок, сконфигурированных для приема электроэнергии (например, преобразованной электроэнергии) из шины и/или инверторной системы. Такие нагрузки могут включать вспомогательные двигатели. Такие нагрузки могут также включать один или более тяговых двигателей, под которыми понимаются (в контексте плавучего морского средства) двигатель или двигатели с достаточно высокой выходной мощностью, выполненные/соединенные, по отдельности или согласованно, с возможностью перемещения плавучего морского средства в заданном направлении. Например, один или более тяговых двигателей могут соединяться в рабочем режиме с системой привода винтов таким образом, чтобы после подачи на двигатель(и) требуемой электроэнергии (в терминах амплитуды и формы сигнала) винт начинал вращаться (например, непосредственно или с помощью системы вала/привода/передачи) для обеспечения движения плавучего морского средства. Другие нагрузки могут включать насосы, гидроусилители и т.д.According to an embodiment, the power system shown in FIG. 1 is or includes a marine craft that includes an inverter system 100 and a DC bus 120. Inverter system 100 is configured to convert electrical power supplied to or from DC line bus 120. The floating marine vehicle comprises one or more loads configured to receive electrical power (eg, converted electrical power) from a bus and/or inverter system. Such loads may include auxiliary motors. Such loads may also include one or more propulsion motors, which means (in the context of a marine craft) an engine or motors with a sufficiently high power output, made/connected, separately or in concert, with the ability to move the craft in a given direction. For example, one or more traction motors may be operatively coupled to the propeller drive system such that when the required electrical power (in terms of amplitude and waveform) is applied to the motor(s), the propeller will start to rotate (eg, directly or via a shaft/ drive/transmission) to ensure the movement of a floating marine facility. Other loads may include pumps, hydraulic boosters, etc.

Согласно варианту осуществления, силовая система, показанная на фиг. 1, представляет собой или содержит железнодорожное транспортное средство (например, локомотив), которое включает инверторную систему 100 и шину 120 линии DC. Инверторная система 100 сконфигурирована для преобразования электроэнергии, подаваемой в или из шины 120 линии DC. Железнодорожное транспортное средство содержит одну или более электрических нагрузок, сконфигурированных для приема электроэнергии (например, преобразованной электроэнергии) из шины и/или инверторной системы. Такие нагрузки могут включать вспомогательные двигатели. Такие нагрузки могут также включать один или более тяговых двигателей с достаточно высокой выходной мощностью, выполненные/соединенные, по отдельности или согласованно, с возможностью перемещения железнодорожного транспортного средства по заданному маршруту. Например, один или более тяговых двигателей могут соединяться в рабочем режиме с соответствующими колесными парами (например, через зубчатую передачу) таким образом, чтобы после подачи на двигатель(и) требуемой электроэнергии (в терминах амплитуды и формы сигнала) ось и колеса колесной пары начинали вращаться для движения транспортного средства по рельсам. Другие нагрузки могут включать насосы, гидроусилители, компрессоры и т.д.According to an embodiment, the power system shown in FIG. 1 is or includes a rail vehicle (eg, a locomotive) that includes an inverter system 100 and a DC line bus 120. The inverter system 100 is configured to convert electricity supplied to or from the DC line bus 120. The rail vehicle comprises one or more electrical loads configured to receive electrical power (eg, converted electrical power) from a bus and/or inverter system. Such loads may include auxiliary motors. Such loads may also include one or more traction motors with a sufficiently high power output, made/connected, separately or in concert, with the ability to move a railway vehicle along a given route. For example, one or more traction motors may be operationally coupled to respective wheelsets (eg, via a gear train) such that, after the required electrical power (in terms of amplitude and waveform) has been applied to the motor(s), the axle and wheels of the wheelset will start rotate to move the vehicle on the rails. Other loads may include pumps, hydraulic boosters, compressors, etc.

Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено для пояснения возможностей реализации настоящего изобретения и не ограничивает его объем. Например, вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения (и/или его аспекты) могут использоваться в комбинации друг с другом. Кроме того, для адаптации к конкретной ситуации или имеющимся средствам может быть сделано множество изменений в вариантах осуществления настоящего изобретения в рамках его объема. Размеры и типы используемых средств, приведенные в этом описании, предназначены для определения параметров предмета изобретения, и они не являются ограничениями, а служат в качестве примеров осуществления настоящего изобретения. На основании приведенного выше описания специалисту в этой области техники должны быть очевидны и другие варианты осуществления этого изобретения. Таким образом, объем изобретения должен определяться со ссылкой на прилагаемые пункты формулы изобретения совместно с полным объемом эквивалентов, на которые дают право эти пункты формулы изобретения. В прилагаемых пунктах формулы изобретения термины включающий и в котором используются как эквиваленты терминов содержащий и где соответственно. Кроме того, в приведенных нижеIt should be understood that the above description is intended to explain the possibilities of implementing the present invention and does not limit its scope. For example, the above described embodiments of the present invention (and/or aspects thereof) can be used in combination with each other. In addition, many changes can be made to the embodiments of the present invention to adapt to a particular situation or available means within its scope. The dimensions and types of means used in this description are intended to define the parameters of the subject matter of the invention, and they are not limitations, but serve as exemplary embodiments of the present invention. Based on the above description, the person skilled in the art should be obvious and other embodiments of this invention. Thus, the scope of the invention is to be determined with reference to the appended claims together with the full scope of the equivalents to which those claims are entitled. In the appended claims, the terms including and in which are used as equivalents to the terms containing and where, respectively. In addition, in the following

--

Claims

in the claims, the terms first, second, third, etc. are used only as designators and do not imply any numerical requirements for the designated objects. In addition, the limitations in the following claims do not assume the format of means + function and are not to be interpreted under 35 U.S.C. §112(f) unless such claims are expressly expressed using the phrase means for followed by a statement of function without additional structure descriptions.

This description uses examples to disclose several embodiments of the present invention, including the best mode of implementation, which also allow a person skilled in the art to practice the embodiments of the present invention, including the manufacture and use of any devices or systems and the implementation of any inline methods. The scope of the present invention is defined by the claims and may include other examples obvious to a person skilled in the art. Such other examples are included in the scope of the claims if they describe structural elements that do not contradict the literal content of the claims, or if they contain a description of equivalent structural elements with minor differences from the literal content of the claims.

In this description, an element or step given in the singular and accompanied by the definition of one or a separate, should not exclude the possibility of its use in the plural, unless such an exception is explicitly indicated. In addition, references to one embodiment of the present invention should not be interpreted as excluding the possibility of additional embodiments of the invention that also implement the described functions. In addition, unless expressly stated otherwise, embodiments of the present invention containing, including or having an element or a plurality of elements with certain features, may further include similar elements that do not have the specified feature.

CLAIM

1. An inverter system containing keys configured to switch between closed and open states to pass or block the passage, respectively, of electric current through the keys; and key controllers configured to control the transition of the keys between closed and open states, wherein in the first operating mode, the key controllers are configured to control the operation of the keys to convert DC into a common single-phase AC signal formed by output signals with the same phase supplied from each switch , to power loads with increased power consumption in the power system using a single-phase AC signal, and in the second operating mode, the switch controllers are also configured to control the operation of the switches to convert DC to multiple AC signals with different phases to power loads with lower power consumption in a power system using a plurality of AC signals with different phases, wherein each of the switches outputs a signal having a phase different from other phases of the plurality of phases.

2. The inverter system of claim 1, wherein said keys and said key controllers are included in one inverter set of a plurality of power system inverter sets, wherein each of the inverter sets is configured to convert DC into a single-phase AC signal with phase , different from the phase of every other inverter set, to supply the load with increased power consumption in the power system using the mentioned single-phase AC signals with different phases.

3. The inverter system according to claim 2, characterized in that the first inverter set of the plurality of inverter sets is configured to convert DC into the first common single-phase AC signal from each switch of the first inverter set, and the second inverter set of the plurality of inverter sets is configured to convert DC into the second common single-phase AC signal with a different phase from each switch of the second inverter set.

4. Inverter system according to claim 1, characterized in that said switches are electrically connected to each other by means of a parallel or series electrical connection.

5. The inverter system of claim 1, wherein the higher power input load is a traction force generating load driving the power system vehicle, and the lower power input load is a non-traction force generating load.

6. The inverter system of claim 1 further comprising a main controller configured to control the operation of the key controllers, wherein the main controller is configured to control the key controllers to control the transition of the keys between closed and open states.

- 12 041837

7. The inverter system according to claim 1, characterized in that the single-phase output signals of each switch are summed with each other to obtain a common single-phase signal for a load with increased power consumption.

8. A method for controlling an inverter system, including, in a first operating mode, switching keys using key controllers between closed and open states to convert the direct current supplied to the keys into a common single-phase AC signal formed by output signals with the same phase from each of the keys; and in another, second operating mode, switching the switches using the switch controllers between closed and open states to convert DC into a plurality of AC signals with different phases, each of the switches outputting a signal having a phase different from other phases of the plurality of phases;

moreover, a common single-phase AC signal generated in the first operating mode is supplied to a power system to power a load with increased power consumption and a plurality of AC signals with different phases generated in the second operating mode are fed to a power system to power a load with lower power consumption .

9. The method according to claim 8, characterized in that the keys and key controllers are included in one inverter set of a plurality of power system inverter sets, each of the inverter sets is configured to convert direct current into a single-phase AC signal with a phase different from phase of each other inverter set, to supply the load with increased power consumption in the power system using the mentioned single-phase AC signals with different phases.

10. The method according to claim 9, characterized in that the first inverter set of the plurality of inverter sets is configured to convert DC into the first common single-phase AC signal from each switch of the first inverter set, and the second inverter set of the plurality of inverter sets is configured to convert DC current into the second common single-phase AC signal with a different phase from each key of the second inverter set.

11. The method of claim 8, wherein the keys are configured to electrically communicate with each other via a parallel or series electrical connection.

12. The method of claim 8, wherein the higher power load is a traction force generating load driving the power system vehicle, and the lower power load is a non-traction force generating load.

13. The method of claim 8, further comprising controlling by the host controller the operation of the key controllers, wherein the host controller is configured to control the key controllers such that they control the transition of the keys between closed and open states.

14. The method according to claim 8, characterized in that the single-phase output signals from each switch are summed with each other to obtain a common single-phase signal for a load with increased power consumption.

15. Inverter system containing keys, configured to switch between closed and open states to pass or block the transmission, respectively, of electric current through the keys; and key controllers configured to control the transition of the keys between closed and open states, while in the first operating mode, the key controllers are configured to control the operation of the keys to convert the first direct current into a common single-phase first electrical output signal output from all keys to power the load with increased power consumption in the power system using the first electrical signal; and in the second operating mode, the key controllers are also configured to control the operation of the keys to convert the first direct current into a plurality of second electrical output signals to power one or more lower power loads in the power system using the second electrical output signals, with each of the keys outputting a different second electrical output signal, and the second electrical output signals differ in voltage levels and/or waveforms from each other second electrical output signal.

16. The inverter system according to claim 15, characterized in that the first electrical output signal is a single-phase alternating current, and the second electrical output signals are signals of various phases of a three-phase alternating current to power one of one or more loads with lower power consumption; or the first electrical output signal is a DC output signal with a first voltage level and a first power level, and the second electrical output signals are

-