用于将直流功率转换为三相交流电功率的系统、安装转换系统的方法及电机系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于将直流电功率转换为三相交流电功率的系统。该转换系统包括在印刷电路板(14)上的多个功率模块(7)、电能收集模块和线圈的组装件。本发明专利技术还涉及一种装配该转换系统的方法，以及包括该转换系统的电机系统。

【技术实现步骤摘要】
用于将直流功率转换为三相交流电功率的系统、安装转换系统的方法及电机系统
本专利技术涉及用于转换电能的转换器领域，尤其是用于高速和/或变速电机。
技术介绍
固态转换器是能够将一种电信号转换为具有不同特征的另一电信号的系统。例如，转换器可以使交流电压转换成具有不同频率和/或幅度的另一个交流电压变得可能，该转换器被称为交/交或AC/AC转换器。根据另一个实施例，转换器可以使交流电压转换成直流电压变得可能，该转换器被称为交/直或AC/DC转换器。对于反向的直/交转换，应用DC/AC转换器。根据最终的实施例，转换器可以将直流电压转换成具有不同电压的直流电压，其随之被称为DC/DC转换器。该转换器可以是可逆的或不可逆的。一般地，转换是通过受控开关来实现的。为了用一个(或多个)电能存储系统(例如，电池)来驱动电动机，尤其是具有永久磁铁的电动机，必须要将直流电能转换成三相交流电能。这种转换可以通过DC/AC转换器来完成。这样的转换器必须提供相对于彼此电气相移120°的三个正弦电压，其幅值直接取决于转矩需求(也取决于旋转速度)，并且其频率只取决于连接到转换器的电动机的旋转速度。通常，DC/AC转换器包括三个开关臂。各开关臂包括两个受控开关和与受控开关并联设置的两个二极管。根据负载电流需求，臂可以由多个并联的“子臂”构成。电动机的各相被连接到每个臂的中点。每个臂通过在斩波周期内打开和闭合开关来分别进行控制，从而形成三相信号。图1示出了这样一种传统的DC/AC转换器。来自电能储存装置的直流电压为指示的Udc。三相电机M由三个线圈示意性的表示，并且由电流Ia，Ib和Ic供电。转换器包括三个开关臂A，B，C，每个开关臂A，B，C被分别连接到电动机M的一个相。每个开关臂包括两个开关1和两个二极管2。开关臂A，B，C在电压转换器Udc的两个直流输入相之间并联设置。开关臂A，B，C的输出相被连接到开关臂的中点(两个开关之间)。图2示出了用于传统的DC/AC转换器(如上面参照图1所描述的)中的，具有恒定的50％占空比的用于开关的控制信号COM，开关端子处的电压Udc和电流Ic。对于控制信号COM，脉冲的低压部分对应于打开开关，并且该脉冲的高压部分对应于闭合所述开关。这种切换情况被称为硬或《开/关》切换。需要注意的是，对于这种设计的转换器，会发生过冲电压Udc和过冲电流Io。电流Io对应于Ic的永久值，并对应于发送到电动机的电流。因此，该传统转换器设计的主要缺点如下：·开关损耗：该设计表现出极大的开关损耗，这可能会使得它的使用与高开关频率不兼容，并因此使其与在极高速度下使用的电动机不相容，·电流/电压过冲：如图2中所示，这种策略在开关的瞬时切换时表现出电压和电流过冲。因此，这种类型的驱动需要在转换器(也被称为逆变器)的设计上对于各不同部件的电压和电流设计中有一定的余量。这涉及到所用部件的尺寸过大，(例如：对于300伏的DC总线电压，要采用具有600伏标称电压的IGBT开关)，以及·显著的电磁辐射(EMC)。从“硬开关”策略的弊端(损耗，与高速电机不兼容)入手，发展出了所谓的软开关(softswitching)设计。因此，为了限制开关上的电流和电压的过冲，线圈和电容器被添加到前面的电路中。线圈调制电流di/dt的变化(打开)，以及电容调制电压dv/dt的变化(关断)。此外，为了确保该电路的操作，并因此确保零能量平衡，在所使用的电源的电压和电容电路之间的电路中加入电阻器。此电阻能够确保该电路的操作，并将电容电路的端子处的电压降回来。在专利申请WO11016854中特别描述了这样的DC/AC转换器的设计。图3表示了一个具有用于软开关的电容器Cs、线圈Ls、电阻器R和电容器Cov的开关臂(具有两个开关1)的简化图。该电路被称为“缓冲电路(UndelandSnubber)”。电压Udc对应于直流电能储存装置的端子处的电压。线圈Ls被设置在直流输入相Udc和开关臂A之间。一个支路从线圈Ls和开关臂A之间的接点处开始，这个支路包括两个二极管D，并且到达电阻器R和电容器Cov之间的接点处。电阻器R的另一端连接到转换器的直流输入相。电容器Cs的另一端连接到开关臂A的交流输出相。电容器Cov的另一端连接到接地端。电容器Cs能够对开关端子处电压的变化进行调制。由于开关的软开关，该电容器存储能量的一部分。该能量的另一部分存储在较高值的电容器Cov中。接着，存储在该电容器中的能量通过电阻器返回到所使用的储存系统(电池)中。线圈Ls能够调制开关端子处的电流的改变。事实上，线圈Ls产生的能量不会完全存储在电容器Cs中，因而需要使用具有比Cs值更高的值的第二电容器Cov。电阻器保证了系统的操作，并能够将电压Vrec降低回来。通过与图2类似的方式，图4表示了在所谓的“软”开关情况下开关信号COM、电压Udc的变化和开关的电流Ic。对于控制信号COM，脉冲的低压部分对应于开关打开，并且该脉冲的高压部分对应于开关闭合。在该图中，应当被注意的是，与称作“硬”开关的策略相比，电压Udc和电流Ic的过冲已经被减少。软开关的优点是：·更低的开关损耗，转换器的这种设计与高开关频率兼容，因此，这种设计可用于驱动高速电动机，·极小的开关上的电压和电流过冲，因此不再需要过超尺寸的器件，并且·在切换时开关端子处的电压和电流的变化是由Ls和Cs的选择分别调制的。转换器的这种设计需要针对不同电子部件的特定布置，这使得它们的安装耗时长并且复杂。此外，转换器的这种设计呈现的主要缺点在于其需要在电阻器上耗散能量，其目的是使无源元件的能量平衡为零，因此，将电压Vrec降低回来，这意味着能量损失，并因此降低了转换器的效率。为了减轻这些缺点，本专利技术涉及一种系统，其用于将直流电功率转换成交流电功率。该转换系统包括在印刷电路板上的多个功率模块、电能收集模块和线圈的组装件。因此，在印刷电路板上的不同模块的组装件允许简单和快速的安装转换器系统。此外，根据本专利技术的电源模块通过线圈的存在适用于软切换，这使得它可以最小化开关损耗，并限制电压和电流过冲。此外，该电能收集模块使得其能够减少能量损失。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于将直流电功率转换成三相交流电功率的系统，包括三个开关臂。所述转换系统包括在印刷电路板上的每个开关臂至少一个的功率模块、电能收集模块以及用于软开关的线圈组装件。有利的是，所述组件被布置在壳体中。根据本专利技术的一个实施，所述电源模块包括两个开关，两个二极管和两个电容器。根据本专利技术的一种设计，所述电能收集模块包括连接在一个接点处的三个支路，具有：-第一支路，包括开关，-第二支路，包括二极管，-第三支路，包括电感，以及-电容器。根据一个变型实施例，每个开关臂包含多个相关联的功率模块，优选为在两个和四个模块之间。有利的是，所述功率模块，所述线圈和所述电能收集模块被安装在所述印刷电路板的一侧上，并且电容器被安装在所述印刷电路板的另一侧。根据本专利技术的一个实施例中，所述转换系统包括一个冷却系统，优选的液体冷却回路。优选地，所述冷却系统被置于所述印刷电路板和所述电力和电能收集模块之间。根据本专利技术的一个实施，所述转换系统包括用于测量电压和/或电流的电路。根据本专利技术的一个特征，所述线圈包括通过化学蚀刻获得并且通过绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将直流电功率转换为三相交流电功率的系统，包括三个开关臂(A,B,C)，其特征在于，所述转换系统包括在印刷电路板(14)上的组装件，该组装件具有每开关臂(A,B,C)至少一个的功率模块(7)、电能收集模块和用于软开关的线圈(Ls)。

【技术特征摘要】
2015.11.23 FR 15612131.一种用于将直流电功率转换为三相交流电功率的系统，包括三个开关臂(A,B,C)，其特征在于，所述转换系统包括在印刷电路板(14)上的组装件，该组装件具有每开关臂(A,B,C)至少一个的功率模块(7)、电能收集模块和用于软开关的线圈(Ls)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述组装件设置在壳体(17)内。3.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述功率模块(7)包括两个开关(1)、两个二极管(D)和两个电容器(Cs，Cov)。4.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述电能收集模块包括三个连接在一个接点(P)的支路，其中：-包括开关(6)的第一支路，-包括二极管(4)的第二支路，-包括电感器(Lrec)的第三支路，以及-电容器(3)。5.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，每个开关臂包括多个相关联的功率模块(7)，优选的为2-4个模块。6.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述功率模块(7)、所述线圈(Ls)以及所述电能收集模块安装在所述印刷电路板(14)的一侧上，并且电容(16)安装在所述印刷电路板(14)的另一侧上。7.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述转换系统包括冷却系统，优选的为液体冷却回路。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冷却系统置于所述印刷电路板(14)和所述功率(7)和电能收集模块之间。9.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述转换系统包括用于检测电压和/或电流的电路。10.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述线圈(Ls)包括多个铜层，其通过化学蚀刻获得并且通过绝缘涂覆的方式进行绝缘。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·迪布，D·基奥诺，D·贝托尼，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，马维尔有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR