逆变器、电气多相系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及电动机器，具有带第一和第二端子的绕组，存在至少一个节点，绕组中相应的一个绕组的两个端子中一者与节点电连接且绕组中相应的一个绕组对应的另一个端子与相位端子电连接，以及模块化多电平逆变器，具有串联连接成环的单独模块且至少一个提供相位端子的分接部相应安排在两个相邻单独模块之间，电动机器的绕组中的一个绕组的第一或第二端子与相位端子电连接，模块化多电平逆变器的分接部数目相等地对应于电动机器的绕组中的绕组数目且模块化多电平逆变器的单独模块分别具有能量存储器和开关元件，使得相邻单独模块的能量存储器能够连接，由此在两个相邻相位端子之间可提供可由控制单元对应于多相旋转磁场曲线进行调节的电压差。

【技术实现步骤摘要】
逆变器、电气多相系统和方法
本专利技术涉及一种模块化多电平逆变器、一种电气多相系统和一种用于运行电气多相系统的方法。
技术介绍
常规电池(其作用应不止于小型电子产品)经常构成为由多个单个部件构成的牢固接线的单元，例如电池单元。此类电池在一个输出端处几乎仅提供直流电压。相反，大多数耗电设备需要交流电压，该交流电压具有例如带有确定的频率、幅值和相位的谐波电压曲线。此外，充电状态之上的直流电压不是恒定的。为了在峰值电压和充电终止电压下能够运行所连接的耗电设备并且提取所需的功率，这些耗电设备必须使用高耗费的供应电路。当一个耗电设备所需要的电压远离该电池所提供的电压时，该功率电子电路(通过所谓的低调制指数)引起在该输出电压中的高损耗和高度失真。这尤其涉及电动车辆的驱动，这种驱动一般在低速度的情况下需要幅值明显低于最大幅值的交流电压。这些失真一般由于脉冲宽度调制出现，此外这些失真对电动机的绝缘造成负担并且由此对电动机的使用寿命产生影响。基于这些电池单个部件(例如这些电池单元)的物理和化学行为中的分散性，必须提供对该电池的高耗费的监测并且尤其提供局部的电荷交换(所谓的电池管理系统)，以便实现所有电池部件的均匀的充电状态。当一个电池仅有一部分有故障时，例如一个电池单元，则整个电池一般是不可使用的。在车辆的情况下，必须考虑到该车辆的完全故障。在适当时，甚至必须主动强制该车辆或该电池停止运转，由此在进一步负载时，(一个或多个)有故障的电池部件不会过热和起火。车辆的电气驱动器及还有电能供应经常使用两相或三相的交流电压系统。为了产生交流电压，使用变流器或逆变器，以便产生所期望的交流电压。这些系统(即源和负荷)一般相对于一个共用的对称的参考点(星形系统)或相对彼此差分地(三角系统)进行设计。在此，所出现的电压一般近似地是正弦形的。然而，这些相位的数目正好在电动机中确定能够多么精细地控制环绕的区域并且由此能够多么精细地控制该扭矩。例如通过该电机的一个定子或一个转子的铁齿所产生的失真仅能够有限地得到补偿。从该电动机的观点来看更多的相位数目可能具有更多的优点。能够用已知的变流器(这些变流器始终针对相同的参考点产生该电压)、然而只有在更高的耗费下才能产生更多数目的相位。现在通常使用三相的交流电动机，其中这三个绕组的电压曲线一般偏置120°。由此，这些绕组具有相对彼此的差值电压。通过相位数目的增加，能够减小这些电压差。US6,657,334描述了变流器和电气异步机器的一种组合，该组合相应地具有多于三个相位。在此，该异步机器具有多个绕组，其中，每个绕组具有两个端子。一个绕组的每个端子与该变流器的不同的相位端子单独地连接。在此，该变流器的每个端子与该异步机器的两个不同的绕组的两个端子连接。即每个绕组与该变流器的两个相位端子连接，其中，在这些相位端子之间存在相同的相位偏移。
技术实现思路
本专利技术的目的现在在于提供一种系统，用该系统能够以简单的方式产生多个用于电动机器的相位，其中，在每两个邻近的相位端子之间能够分别提供一个可调节的电压差。根据本专利技术，该目的通过根据下述1所述的一种模块化多电平逆变器、根据下述11所述的一种电气多相系统以及根据下述13所述的一种根据本专利技术的方法实现。从说明书和下述2-10、12和14-23中得出多个改进设计。1.模块化多电平逆变器，带有多个单独模块，每个单独模块具有多个开关元件和至少一个电能存储器，其中这些单独模块彼此前后地连接成一个闭合的环，其中该多个开关元件使得相邻的单独模块的能量存储器能够连接，由此在两个相邻的相位端子或两个相邻的绕组之间能够提供一个电压差，该电压差能够由一个控制单元对应于一个多相的旋转磁场的曲线进行调节。2.根据上述1所述的模块化多电平逆变器，其中在两个相邻的单独模块之间相应地安排至少一个分接部，该分接部提供一个相位端子，其中在两个相邻的分接部之间安排形成一个相位模块的至少两个单独模块。3.根据上述1或2所述的模块化多电平逆变器，其中所述单独模块具有第一侧和第二侧，其中该第一侧具有两个端子并且该第二侧具有两个端子。4.根据上述3所述的模块化多电平逆变器，其中所述单独模块相应地借由两个电导体彼此电连接。5.根据上述4所述的模块化多电平逆变器，其中该分接部安排在这两个电导体中的一者处以用于提供相位端子。6.根据上述4所述的模块化多电平逆变器，其中该分接部安排在这两个电导体二者处以用于提供相位端子。7.根据以上1至6之一所述的模块化多电平逆变器，其中该模块化多电平逆变器具有从环形安排分支出来的、包括至少两个单独模块的一个相位模块，该相位模块的一个末端连接到一个分接部处并且另一个末端与一个参考电位连接。8.根据以上1至6之一所述的模块化多电平逆变器其中至少一个分接部通过具有至少一个电阻和/或电感的电连接与参考电位连接。9.根据上述8所述的模块化多电平逆变器，其中多个分接部分别通过具有至少一个电阻和/或电感的电连接与参考电位连接，其中该多个分接部对称地划分所述单独模块的环。10.根据以上1至9之一所述的模块化多电平逆变器，其中该多个单独模块的所述开关元件是低电压半导体开关元件。11.电气多相系统，带有-一个电动机器，该电动机器具有多个绕组，这些绕组带有第一端子和第二端子，其中存在至少一个节点，该多个绕组中的相应的一个绕组的第一端子或第二端子与该节点电连接，并且该多个绕组中的相应的一个绕组的第一端子和第二端子中对应的另一个端子与一个相位端子电连接，以及-一个模块化多电平逆变器，该模块化多电平逆变器具有多个单独模块，这些单独模块串联连接成一个环，其中至少一个分接部相应地安排在两个相邻的单独模块之间，该分接部提供一个相位端子，该电动机器的该多个绕组中的一个绕组的第一端子或第二端子与该相位端子电连接，其中该模块化多电平逆变器的分接部的数目相等地对应于该电动机器的该多个绕组中的绕组的数目，并且其中该模块化多电平逆变器的每个单独模块具有一个能量存储器和多个开关元件，该多个开关元件使得相邻的单独模块的能量存储器能够连接，由此在两个相邻的相位端子或两个相邻的绕组之间能够提供一个电压差，该电压差能够由一个控制单元对应于一个多相的旋转磁场的曲线进行调节。12.根据上述11所述的电气多相系统，其中该电动机器作为发电机或电动机工作。13.用于运行电气多相系统的方法，其中使用一个电动机器和一个模块化多电平逆变器，其中该电动机器具有多个带有第一端子和第二端子的绕组并且该多个绕组中的相应的一个绕组的第一端子或第二端子与一个节点连接，该多个绕组中的每个绕组与该节点连接，并且该多个绕组中的相应的一个绕组的第一端子和第二端子中对应的另一个端子与一个相位端子连接，并且其中该模块化多电平逆变器具有多个单独模块，这些单独模块串联连接成一个环并且至少一个分接部相应地安排在两个相邻的单独模块之间，该分接部提供一个相位端子，该电动机器的该多个绕组中的一个绕组的第一端子或第二端子与该相位端子电连接，其中该模块化多电平逆变器的每个单独模块具有一个能量存储器和多个开关元件，该多个开关元件使得相邻的单独模块的能量存储器能够连接，由此在两个相邻的相位端子或两个相邻的绕组之间提供一个电压差，该电压差能够由一个控制单元对应于一个多相的旋转磁场的曲线进行调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
模块化多电平逆变器(10，10’)，带有多个单独模块(12，300)，每个单独模块具有多个开关元件(316‑1至316‑8)和至少一个电能存储器(312)，其中这些单独模块(12，300)彼此前后地连接成一个闭合的环，其中该多个开关元件(316‑1至316‑8)使得相邻的单独模块(12)的能量存储器(312)能够连接，由此在两个相邻的相位端子(14)或两个相邻的绕组之间能够提供一个电压差，该电压差能够由一个控制单元对应于一个多相的旋转磁场的曲线进行调节。

【技术特征摘要】
2015.12.07 DE 102015121226.91.模块化多电平逆变器(10，10’)，带有多个单独模块(12，300)，每个单独模块具有多个开关元件(316-1至316-8)和至少一个电能存储器(312)，其中这些单独模块(12，300)彼此前后地连接成一个闭合的环，其中该多个开关元件(316-1至316-8)使得相邻的单独模块(12)的能量存储器(312)能够连接，由此在两个相邻的相位端子(14)或两个相邻的绕组之间能够提供一个电压差，该电压差能够由一个控制单元对应于一个多相的旋转磁场的曲线进行调节。2.根据权利要求1所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中在两个相邻的单独模块(12)之间相应地安排至少一个分接部(14)，该分接部提供一个相位端子(14)，其中在两个相邻的分接部(14)之间安排形成一个相位模块(20)的至少两个单独模块(12)。3.根据权利要求1或2所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中所述单独模块(12)具有第一侧和第二侧，其中该第一侧具有两个端子(314a，314b)并且该第二侧具有两个端子(318a，318b)。4.根据权利要求3所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中所述单独模块(12)相应地借由两个电导体(16，18)彼此电连接。5.根据权利要求4所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中该分接部(14b)安排在这两个电导体(16，18)中的一者处以用于提供相位端子。6.根据权利要求4所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中该分接部(14a)安排在这两个电导体(16，18)二者处以用于提供相位端子。7.根据权利要求2所述的模块化多电平逆变器(10’)，其中该模块化多电平逆变器(10’)具有从环形安排分支出来的、包括至少两个单独模块(12)的一个相位模块(22)，该相位模块的一个末端连接到一个分接部(14)处并且另一个末端与一个参考电位(24)连接。8.根据权利要求2所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中至少一个分接部(14)通过具有至少一个电阻和/或电感的电连接与参考电位(24)连接。9.根据权利要求8所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中多个分接部(14)分别通过具有至少一个电阻和/或电感的电连接与参考电位(24)连接，其中该多个分接部(14)对称地划分所述单独模块(12)的环。10.根据权利要求1或2所述的模块化多电平逆变器(10，10’)，其中该多个单独模块(12)的所述开关元件(316-1至316-8)是低电压半导体开关元件。11.电气多相系统，带有-一个电动机器，该电动机器具有多个绕组，这些绕组带有第一端子和第二端子，其中存在至少一个节点，该多个绕组中的相应的一个绕组的第一端子或第二端子与该节点电连接，并且该多个绕组中的相应的一个绕组的第一端子和第二端子中对应的另一个端子与一个相位端子(14)电连接，以及-一个模块化多电平逆变器(10，10’)，该模块化多电平逆变器具有多个单独模块(12)，这些单独模块串联连接成一个环，其中至少一个分接部(14)相应地安排在两个相邻的单独模块(12)之间，该分接部提供一个相位端子(14)，该电动机器的该多个绕组中的一个绕组的第一端子或第二端子与该相位端子电连接，其中该模块化多电平逆变器(10，10’)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·戈茨，
申请(专利权)人：保时捷股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE