具有用于集成磁性元件的选项的多功能电力转换器制造技术

本发明专利技术一般涉及具有用于集成磁性元件的选项的多功能电力转换器，并公开了电力转换器模块(2)和并行转换系统(70、80)，其中，该电力转换器模块(2)被设置在可滚动的外壳(4)中，该可滚动的外壳(4)具有AC电连接部(16)和DC电连接部(18)，并且内部包括：开关电路(20)，开关电路(20)具有分别连接在相应的AC节点与相应的DC节点之间的开关装置(S1-S6)，以被用作整流器或逆变器二者之一操作；内部滤波电路，该内部滤波电路具有电感器(30L)，电感器分别连接在开关电路的相应的AC节点与相应的AC电连接部(16)之间，在工作期间，内置的风机或者风扇(14)冷却所述滤波电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力转换设备和电力转换系统。
技术介绍
电力转换系统将输入电电力从一种形式转换成另一种形式，以驱动负载。马达驱动型的电力转换器被用于多种应用，以提供驱动马达负载的电电力。例如，可需要马达驱动为低电压马达以及高电压马达提供动力，并且可以将多个马达驱动并联，以适应更高的负载需求。通常情况下，首先由有源整流器电路或者无源整流器电路将AC输入电力进行转换，以提供DC母线电压，以用于由一个或多个输出逆变器来创建频率可变、幅值可变的AC输出电力，以驱动感应马达负载。对于AC输入电力的初始整流，可以使用包括被有源控制的开关装置的有源前端整流器(AFE)来创建并且保持稳压的DC母线电压，并且可以实现各种另外的功能，如电力因数校正(PFC)。在其他情况下，可以使用无源整流器或者基频前端(FFE)整流器，并且输入滤波器通常被连接在AC电源与无源整流器输入之间。关于(多个)输出逆变器，内部逆变器开关装置选择性地将DC输入电力线连接到特定AC马达线，以创建将马达驱动到期望的速度、位置、扭矩等所必要的输出波形，并且可以将输出滤波器电路连接在逆变器输出与被驱动的马达之间，以用于马达保护。另外，并行的逆变器配置可以包括连接在两个或更多个并联的逆变器的输出之间的并行的电感器。通常，对给定的马达驱动应用需求的可变性通常要求系统部件的定制设计和配置，并且这些系统部件的相互连接包括必要的电力转换器和滤波器部件，然后将r>该电力转换器和滤波器部件连接在一起，以形成电力转换系统。因此，为了适应多种电力转换系统规格并使系统成本最小化，期望提供可以用于构建两种或更多种不同类型和形式的系统的模块化的部件。
技术实现思路
现在，为了便于对本公开内容的基本理解，对本公开内容的一个或更多个方面进行概述，其中，本概述不是对本公开内容的详细综述，并且既不意在标识本公开内容的具体元件，也不意在描述本公开内容的范围。与此相反，本概述的主要目的是在下文中将更详细的描述进行呈现之前，以简化的形式呈现本公开内容的各种理念。本公开内容提供了电力转换系统和设备，其中电力转换器模块包括开关电路和集成磁性元件或者滤波电路，以便于构建各种特定应用的电力转换系统，并且使用通用部件以便于制造并且控制成本。而且，示出的电力转换模块设备可以包括集成的冷却风扇或风机，以便于将滤波电感器冷却，以进一步减少成本、复杂度以及最终电力转换系统的空间。根据本公开内容的一个或更多个方面，提供了一种电力转换设备，该电力转换设备包括具有AC电连接部和DC电连接部的外壳，其中该外壳设置有内部，开关电路和滤波电路位于外壳的内部中，滤波电路处于比开关电路更低的水平面。在某些实现中，滤波电路包括连接在开关电路与相应的AC连接部之间的多个电感器，由此，如果将该电力转换设备用作开关逆变器，则便于将滤波电路作为输出滤波器来使用，或者作为用于有源或者无源整流器用途的输入滤波电感器。这样，该设备可以根据需要容易地适于被用作有源前端整流器或者无源前端整流器，或者作为具有机载滤波电路的输出逆变器，容易地配置成包括马达保护、逆变器并行、基本前端(FFE)和/或有源前端(AFE)操作的各种应用和功能。另外，示例性实施方式可以可选地提供紧凑的模块化设计，该设计具有整体滚轮或者轮，可以容易地滚到控制面板或者用于与其他系统部件相互连接的其他装置的位置处，以提供马达驱动或者其他形式的电力转换系统。在特定实施方式中，滤波电路可以容纳用于与滤波电感器中的一个相应的滤波电感器并联的滤波电阻器，由此便于提供L-R输出滤波器以保护用于逆变器应用的马达。该设备还可以包括外壳内部之内的滤波电路下方的风机组件，该风机组件用于在工作期间冷却滤波电路或者可能冷却其他部件，由此进一步利于紧凑系统设计而无需外部滤波电感器和相关冷却风扇。其他实施方式还可以包括设置了用于稳定的DC母线电压工作的一组电容器部件的整体DC母线电容器电路，无论该设备被配置成用作整流器还是用作逆变器。某些实现还适于包括也可以被用于逆变器或者整流器配置的用于跨AC母线连接的两个或更多个平衡电阻器。而且，开关电路可以包括开关，如IGBT和/或二极管，由此便于用作有源前端(AFE)或者基本前端(FFE)整流器。根据本公开内容的另一方面提供了一种电力转换系统，该电力转换系统包括两个或更多个电力转换器模块，该两个或更多个电力转换器模块各自被配置成有源前端开关整流器并且包括外壳、AC连接部和DC连接部、开关电路、连接在开关电路与AC连接部之间的整体滤波电路以及控制板，所有上述部件位于外壳的内部之内，其中转换器模块的AC输出用于并联工作而被连接在一起，以驱动单个负载，如马达。根据本公开内容的另一方面，提供了一种电力转换系统，该电力转换系统包括被配置成无源整流器的第一电力转换器模块和第二电力转换器模块，每个电力转换器模块包括外壳并且具有AC输入、DC输出、整流器电路以及滤波电路，多个电感器被连接在整流器电路与AC输入之间，其中电力转换器模块的AC输入和DC输出被相互串联。附图说明以下描述和附图详细阐述了本公开内容的某个示例性实现，这些描述和附图指示了其中可以实施本公开内容的各种原理的若干种示例性方法。然而，示出的示例不是对本公开内容的许多可能的实施方式的穷举。将考虑在以下详细描述中结合附图对本公开内容的其他目的、优点以及新颖性特征进行阐述，在附图中：图1至图3是示出了根据本公开内容的一个或更多个方面的示例性电力转换器模块的立体图、前视图以及侧视图，该示例性电力转换器模块具有集成磁性元件和开关电路，被用作整流器或者逆变器操作；图4是示出了图1至图3的示例性电力转换器模块的进一步的详情的局部示意图；图5是示出了使用第一电力转换器模块和第二电力转换器模块来实现的电压源转换器马达驱动系统的示意图，该第一电力转换器模块被配置成有源前端(AFE)整流器，该第二电力转换器模块被操作为具有集成的输出滤波电路的逆变器；图6是示出了包括第一电力转换器模块和第二电力转换器模块的另一电压源转换器马达驱动系统的示意图，其中第一电力转换器模块被配置成具有包括集成的电感器的AC输入滤波器的基本前端(FFE)整流器，第二电力转换器模块被配置成具有集成的输出滤波电路的逆变器；图7是示出了另一电力转换系统的示意图，该电力转换系统使用具有如图1至图4所示的可选的L-R滤波电路的电力转换器模块，该电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力转换设备(2)，包括：外壳(4)，所述外壳(4)限定外壳内部(5)并且具有底部；多个AC电连接部(16)，所述多个AC电连接部(16)用于将外部AC电力线连接至所述电力转换设备(2)；第一DC电连接部和第二DC电连接部(18)，所述第一DC电连接部和第二DC电连接部(18)用于将外部DC电力线连接至所述电力转换设备(2)；开关电路(20)，所述开关电路(20)位于所述外壳内部(5)中并且包括：第一DC节点和第二DC节点，所述第一DC节点和第二DC节点分别电连接至所述第一DC电连接部和第二DC电连接部(18)中相应的一个DC电连接部，多个AC节点，所述多个AC节点分别与所述AC电连接部(16)中相应的一个AC电连接部电耦接，以及多个开关装置(S1‑S6)，所述多个开关装置(S1‑S6)分别操作为根据相应的开关控制信号(23)选择性地将所述多个AC节点中相应的一个AC节点与所述第一DC节点和第二DC节点中相应的一个DC节点耦接；以及滤波电路(30)，所述滤波电路(30)位于所述外壳内部(5)中的所述开关电路(20)下方并且包括多个电感器(30L)，所述多个电感器(30L)分别电连接在所述开关电路(20)的所述多个AC节点中相应的一个AC节点与所述多个AC电连接部(16)中相应的一个AC电连接部之间。...

【技术特征摘要】
2013.10.09 US 14/049,2661.一种电力转换设备(2)，包括：
外壳(4)，所述外壳(4)限定外壳内部(5)并且具有底部；
多个AC电连接部(16)，所述多个AC电连接部(16)用于将外部
AC电力线连接至所述电力转换设备(2)；
第一DC电连接部和第二DC电连接部(18)，所述第一DC电连接
部和第二DC电连接部(18)用于将外部DC电力线连接至所述电力转换
设备(2)；
开关电路(20)，所述开关电路(20)位于所述外壳内部(5)中并且
包括：
第一DC节点和第二DC节点，所述第一DC节点和第二DC节
点分别电连接至所述第一DC电连接部和第二DC电连接部(18)中
相应的一个DC电连接部，
多个AC节点，所述多个AC节点分别与所述AC电连接部(16)
中相应的一个AC电连接部电耦接，以及
多个开关装置(S1-S6)，所述多个开关装置(S1-S6)分别操作
为根据相应的开关控制信号(23)选择性地将所述多个AC节点中相
应的一个AC节点与所述第一DC节点和第二DC节点中相应的一个
DC节点耦接；以及
滤波电路(30)，所述滤波电路(30)位于所述外壳内部(5)中的所
述开关电路(20)下方并且包括多个电感器(30L)，所述多个电感器(30L)
分别电连接在所述开关电路(20)的所述多个AC节点中相应的一个AC
节点与所述多个AC电连接部(16)中相应的一个AC电连接部之间。
2.根据权利要求1所述的设备(2)，其中，所述滤波电路(30)包
括多个滤波电阻器(30R)，所述多个滤波电阻器(30R)分别与所述多个
电感器(30L)中相应的一个电感器并联连接。
3.根据权利要求2所述的设备(2)，包括风机组件(14)，所述风机
组件(14)位于所述外壳内部(5)中并且操作为在所述电力转换设备(2)
的工作期间冷却所述滤波电路(30)。
4.根据权利要求3所述的设备(2)，包括DC母线电容电路(28)，

\t所述DC母线电容电路(28)位于所述外壳内部(5)中并且包括连接在
所述第一DC电连接部与第二DC电连接部(18)之间的至少一个电容器。
5.根据权利要求4所述的设备(2)，包括DC母线平衡电路(38)，
所述DC母线平衡电路(38)位于所述外壳内部(5)中并且包括在所述
第一DC电连接部和第二DC电连接部(18)之间彼此串联连接的第一平
衡电阻器和第二平衡电阻器。
6.根据权利要求2所述的设备(2)，包括至少一个控制板(22、24、
26)，所述至少一个控制板(22、24、26)位于所述外壳内部(5)中并且
操作为提供所述开关控制信号(23)，以将所述开关电路(20)作为(i)
和(ii)二者之一来进行操作：(i)作为将来自连接至所述AC电连接部
(16)的AC源的电力进行转换的有源整流器，以在所述第一DC电连接
部和第二DC电连接部(18)提供DC输出电力，其中所述滤波电路(30)
提供R-L输入滤波；或者(ii)作为将来自连接至所述DC电连接部(18)
的DC源的电力进行转换的逆变器，以在所述多个AC电连接部(16)提
供AC输出电力，其中所述滤波电路(30)提供R-L输出滤波。
7.根据权利要求6所述的设备(2)，包括风机组件(14)，所述风机
组件(14)位于所述外壳内部(5)中并且操作为在所述电力转换设备(2)
的操作期间冷却所述滤波电路(30)。
8.根据权利要求6所述的设备(2)，包括DC母线电容电路(28)，
所述DC母线电容电路(28)位于所述外壳内部(5)中并且包括连接在
所述第一DC电连接部与第二DC电连接部(18)之间的至少一个电容器。
9.根据权利要求1所述的设备(2)，包括至少一个控制板(22、24、
26)，所述至少一个控制板(22、24、26)位于所述外壳内部(5)中并且
操作为提供所述开关控制信号(23)，以将所述开关电路(20)作为(i)
和(ii)二者之一来进行操作：(i)作为将来自连接至所述AC电连接部
(16)的AC源的电力进行转换的有源整流器，以在所述第一DC电连接
部和第二DC电连接部(18)提供DC输出电力，其中所述滤波电路(30)
提供输入滤波；或者(ii)作为将来自连接至所述DC电连接部(18)的
DC源的电力进行转换的逆变器，以在所述多个AC电连接部(16)提供
AC输出电力，其中所述滤波电路(30)提供输出滤波。
10.根据权利要求9所述的设备(2)，包括风机组件(14)，所述风
机组件(14)位于所述外壳内部(5)中并且操作为在所述电力转换设备

\t(2)的操作期间冷却所述滤波电路(30)。
11.根据权利要求9所述的设备(2)，包括DC母线电容电路(28)，
所述DC母线电容电路(28)位于所述外壳内部(5)中并且包括连接在
所述第一DC电连接部与第二DC电连接部(18)之间的至少一个电容器。
12.根据权利要求11所述的设备(2)，包括DC母线平衡电路(38)，
所述DC母线平衡电路(38)位于所述外壳内部(5)中并且包括在所述
第一DC电连接部和第二DC电连接部(18)之间彼此串联连接的第一平
衡电阻器和第二平衡电阻器。
13.根据权利要求1所述的设备(2)，包括风机组件(14)，所述风
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦立祥，罗伯特·M·米哈尔斯基，约格什·帕特尔，布鲁斯·W·韦斯，布赖恩·P·布朗，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US