本发明专利技术涉及提高三相供电的EC电机的电源端功率因数的系统和方法，该电机具有直流电压中间电路(2)，该直流电压中间电路包含用于生成中间电路正电位(DC+)和中间电路负电位(DC-)的中间电路中间段(DCM)并且包括三个有源的电桥支路(Ia、IIa、IIIa)，这些电桥支路分别与一个从属的两点式电流调节器(ZPR1、ZPR2、ZPR3)连接并且分别通过该从属的两点式电流调节器与叠加的中间电路电压调节器(3)连接，该中间电路电压调节通过对从属的两点式电流调节器(ZPR1、ZPR2、ZPR3)的设置值进行规定来调节中间电路正电位(DC+)和中间电路负电位(DC-)之间的电位差。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种根据技术方案1的特征所述用于提高三相供电的EC电机的电源 端功率因数λ的控制系统，以及一种根据技术方案12的特征所述通过使用这种控制系统 的方法。
技术介绍
EC电机（EC =电子换向）充分已知并且用于广泛的应用。已知EC电机是指永磁 体激励的、无滑环的同步电机，该同步电机通常设有转子位置传感器并且通过换向电子元 件（控制和功率电子元件）在直流电压下运行。直流电压例如能够作为中间电路-直流电 压通过电源交流电压的整流而获得。换向电子元件由该直流电压依据转子位置生成用于在 定子绕组中形成旋转场的、特别是三相的交流电压。 通过纯电子、无滑环的换向既不会出现刷噪音也不会产生磨损。因此该电机无需 维修。由于电子控制因而能够顺利地实现附加功能，例如无级的转速调节、旋转方向转向、 软启动（Sanftanlauf)和/或防阻塞保护。为了转速调节，通常利用具有能够调整或能够 调控的操作程度（占空比）的PWM定时（PWM-Taktung)。 已知用于EC电机的直流电压例如作为中间电路-直流电压由电源交流电压借助 变换器而获得，该逆变器通常由电容性的中间电路来供电。对于尽可能恒定的直流电压来 说，需要在中间电路中设置相对高的、由一个或多个电容器形成的电容。通常通过整流器进 行电容的充电。但是这也导致高的谐波成分和差的功率因数。 为了对此进行修正通常使用所谓的PFC电路（PFC = Power Factor Correction， 功率因数校正）。这种PFC电路划分为两个组。第一组形成以扼流圈或其它无源构件形式 的无源PFC电路，第二组形成有源PFC电路，该有源PFC电路通常也构造成升压器、也称为 升压转换器（St印-Up-Converter)的形式，对此例如参见公开文献EP 2 267 882 A1。 该PFC设计的缺陷在于需要整流器以及结合额外的PFC扼流圈。整流器由于二极 管的正向电压而造成不期望的损耗。PFC扼流圈比较昂贵并且需要大的结构空间。 关于中间电路结构设计的另一方面是电源端功率因数λ的问题。在供电设备中 为了避免传输损耗而力求尽可能高的功率因数。将电子技术中有效功率Ρ的值与视在功率 S的比值称为功率因数。在理想情况下的功率因数为1，但是实际中在电感性负载的情况下 仅为约0. 95 (感应的）。此外，当无功功率完全地或者近乎完全地得到补偿时，在非同步电 机中会产生自励的危险。另一方面，电容性的功率因数导致对电线的隔离的超电压和电损 耗。 在现有技术中已知的对三相供电的EC电机（该EC电机具有用于由三相交流电源 对直流电压中间回路供电的无源的Β6桥式整流器电路）的设计中，当电流失真系数为大约 30%时能够实现约0. 95的功率因数。已知根据数学关系，功率因数与失真系数THD (Total Harmonic Distortion，总谐波失真）以及主波的相位差Φ相关，其中失真系数THD的升高 导致功率因数的降低。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服前述的缺陷并且提供一种用于提高具有直流电压中 间电路的三相供电的EC电机的电源端功率因数λ的系统，该系统能够成本有利且节省空 间地实现，并且通过该系统能够将接收到的有效功率与视在功率的比值提高到接近其理想 值1。 该目的通过具有技术方案1特征的电路结构以及通过具有技术方案12特征的方 法来实现。 本专利技术的第一方面是通过有源的电桥支路替换现有技术中已知的电桥支路以及 桥式整流器电路（Β6)的大体积纵向扼流圈。在现有技术中，桥式整流器电路由总共六个缓 慢的整流器二极管和一个纵向扼流圈组成，其中分别有两个二极管用在一个电桥支路中， 在该电桥支路中，由两个整流器二极管组成的经整流的串联电路所构成的三个半桥支路分 别在阴极端与中间电路正电位相连、在阳极端与中间电路负电位相连、以及在中间段与电 源相连接。 根据本专利技术的有源的电桥支路由六个二极管和一个有源开关、例如M0SFET或 IGBT(具有隔离的栅极的双极晶体管）组成。另外，在每个电桥支路中为了电流测量还额外 接入分流电阻Rs。通过根据本专利技术的结构能够完全舍弃为了整流器半桥和中间电路之间的 无源的功率因数校正而接入线路中的大体积的纵向扼流圈。另外，中间段（DCM)的接触点 连接由两个电容器的串联电路形成的中间电路电容。由于所选择的三点式结构使用有源的 结构元件，该结构元件在直至530V的电源输入电压和直至800V的中间电路电压情况下具 有600V的耐压强度，这能够实现选择与具有1200V半导体的两点式结构相比具有更低穿透 损耗和开关损耗的结构元件。 每个有源的半桥支路具有四个节点并且分别由两个极其快速的空载二极管DF+ 和DF-以及两个中等快速的中心点二极管DM+和DM-和两个缓慢的功率二极管DN+和 DN-构成。缓慢的功率二极管DN+和中心点二极管DM-的阴极以及快速的空载二极管DF+ 的阳极和开关S的漏极端子或集电极端子连接在第一个节点上。功率二极管DN-和中心点 二极管DM+的阳极以及空载二极管DF-的阴极和分流电阻的第一端子连接在第二个节点 上。分流电阻的第二端子又和开关S的源极或发射极连接。 在第三个节点上，功率二极管DN-的阴极以及功率二极管DN+的阳极接通并且形 成与相应电源相的连接。中间电路中间段在第四个节点上与中心点二极管DM+的阴极和中 心点二极管DM-的阳极连接。 分流电阻的端子以及开关的栅极用于连接至处于半桥的各个开关电位的电流调 节器。中间电路正电位DC+与空载二极管DF+的阴极相连，中间电路负电位DC-与空载二 极管DF-的阳极相连。 本专利技术的另一个方面涉及消除输入端值中的开关频率份额。为此，将前述的具有 有源电桥支路的有源桥接电路连入电源端的滤波器结构中。以有利的方式，电源端的滤波 器结构由一个一级或两级的LC滤波器以及一个以特定方式设置的中间电路中间段DCM所 用的滤波器电容星形接点的电容反馈构成。在一个具有两级滤波器的实施方式中，从接近 桥接电路的各个滤波器电容的星形接点进行反馈。此外，在与中间电路中间段DCM连接的 反馈线路中接入一个电容（电容器）。由于该电路结构以及滤波器电容的星形点与中间电 路中间段DCM通过电容器的电容连接，因而实现了共模电流有针对性地流至中间电路并且 显著降低了通过电源相的共模干扰传输。 本专利技术的另一方面涉及系统、即电路结构的调节。在一个优选的实施方式中，为了 调节而设有串级调节。该串级调节由三个电流调节器组成，其中这些电流调节器处于半桥 支路的相应开关电位上。优选通过具有三个电隔离的输出电压的适当开关电源元件对这三 个处于相应开关电位上的电流调节器进行供电。开关电位是分流电阻负端子的电位。 为了串级调节而设有叠加的中间电路电压调节器，其通过对从属（unterlagert) 电流调节器的设置值进行规定来调节在电位DC+和DC-之间的电压以及中间电路中间段 DCM的电位位置。由此，通过对从属电流调节器如下规定电流设置值，即，通过设置值的电流 形式和相位获得期望的功率因数、而通过设置值的振幅获得期望的中间电路电压，可以调 节期望的功率因数。 另外设置成如下，实现在中间电路电容器上的电位平衡并且因此相应地调整在 中间电路中间段本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于提高具有直流电压中间电路(2)的三相供电的电子换向电机的电源端功率因数λ的控制系统(1)，所述直流电压中间电路包含用于生成中间电路正电位(DC+)和中间电路负电位(DC‑)的中间电路中间段(DCM)并且包含三个有源的电桥支路(Ia、IIa、IIIa)，所述电桥支路分别与从属的两点式电流调节器(ZPR1、ZPR2、ZPR3)连接并且分别通过所述从属的两点式电流调节器与叠加的中间电路电压调节器(3)连接，所述中间电路电压调节器通过对所述从属的两点式电流调节器(ZPR1、ZPR2、ZPR3)的设置值进行规定来调节所述中间电路正电位(DC+)和中间电路负电位(DC‑)之间的电位差，其中所述有源的电桥支路(Ia、IIa、IIIa)分别包含六个二极管DN+、DN‑、DF+、DF‑、DM+、DM‑和一个有源开关(S)以及与所述有源开关(S)的开关线路(D‑S)串联连接的分流电阻(Rs)，并且其中的两个二极管DF+、DF‑形成为快速接通的空载二极管，两个二极管DM+、DM‑形成为中等快速的中心点二极管，并且两个二极管DN+、DN‑形成为缓慢的功率二极管。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F·施耐德，
申请(专利权)人：依必安派特穆尔芬根有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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