用于适于感应电机的自激励的逆变器的系统和方法技术方案

电容器连接在直流电压端子之间。第一开关和第二开关的切换端子在直流电压端子之间串联连接。电机或发电机具有一个或多个绕组和与切换端子相关联的第一相输出端子。第一组阻流二极管串联连接并且第二组阻流二极管串联连接。第一电压源提供可切换到第一控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，其中第一输出电平与第二输出电平不同。第二电压源提供可切换到第二控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平。

Systems and methods for self excited inverters suitable for induction motors

The capacitor is connected between the DC voltage terminals. The first switch and the switching terminal of the second switch are connected in series between the DC voltage terminals. The motor or generator has one or more windings and a first phase output terminal associated with the switching terminal. The first group of current blocker diodes is connected in series and second groups of current blocker diodes are connected in series. The first voltage source provides the first output voltage level and the second output level that can be switched to the first control terminal, where the first output level is different from the second output level. The second voltage source provides the first output voltage level and the second output level that can be switched to the second control terminals.

【技术实现步骤摘要】
用于适于感应电机的自激励的逆变器的系统和方法相关申请本文(包括附图)要求基于根据35U.S.C.119(e)于2016年6月6日提交的美国临时申请序号62/346,114的优先权，通过引用而将该专利申请结合到本文中。
本专利技术涉及用于感应电机的自激励的系统和方法，并且更具体地，涉及用于感应发电机(例如，三相鼠笼式感应电机)的自激励的系统和方法。
技术介绍
在某些现有技术中，感应发电机的绕组可以通过各种方案被激励。在第一方案下，电池连接在逆变器的直流总线两端以激励感应发电机的一个或多个绕组。在第二方案下，一组电容器连接到感应发电机的相的一个或多个绕组以激励该感应发电机的一个或多个绕组。然而，第一方案和第二方案都需要除了用于逆变器开关的驱动器电路之外的额外构件。进一步地，一组电容器会增加逆变器和感应发电机的体积、尺寸和/或重量。逆变器和感应发电机的重量的任何不必要的增加易于减少包含逆变器的车辆的燃料效率。由于上述原因，需要用于适于感应电机的自激励的逆变器的改进的系统和方法。
技术实现思路
根据一个实施例，逆变器系统包括极性相反的一对直流电压端子。电容器连接在直流电压端子之间。第一开关具有第一切换端子和第一控制端子。第二开关具有第二切换端子和第二控制端子。第一开关和第二开关的切换端子在直流电压端子之间串联连接。电机或发电机具有一个或多个绕组和在第一开关和第二开关之间与切换端子相关联的第一相输出端子。第一组阻流二极管串联连接并且第二组阻流二极管串联连接。第一电压源提供可切换到第一控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，其中第一输出电平与第二输出电平不同。第二电压源提供可切换到第二控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平。在启动模式中，电源经由第一组阻流二极管和第二组阻流二极管向电容器提供第一输出电平或电能，以对电容器充电(例如，涓流充电)，从而能够激活在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中的交流通量的自激励。充电后的电容器提供初始电能以克服感应电机、逆变器和导体(例如，电缆)的损耗，使得(例如，在过渡激励模式中)当感应电机的转子被转动能量源转动时，在过渡激励模式中，感应电机可以在感应电机的一个或多个定子绕组中自激励或感应持续的交流电流；其中逆变器可以将交流电流转换成直流电压端子上的适当的直流电压(例如，高电压)。附图说明图1是用于感应电机的自激励的逆变器的第一相和相关联的驱动器的示意图的一个实施例。作为图2A和图2B的统称的图2是具有连接到感应电机或发电机的三个相的逆变器系统的示意图的一个实施例，其中逆变器系统被布置成自激励感应电机。图3A是逆变器系统、有源负载和无源负载的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达，无源负载包括切换式电阻负载。图3B是逆变器系统、有源负载和电池的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达，电池在放电后可以用作无源负载。图4是逆变器系统、有源负载的示意图的还一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达。图5A是图示与驱动器相关联或与用于驱动器的控制器相关联的模块(例如，软件)的一个可能的实施例的方框图。图5B是图示与用于控制逆变器的操作模式的模块(例如，软件)或逻辑电路的一个可能的实施例的方框图。图6A是说明性曲线图，表示其中在启动模式、过渡激励模式和在操作模式中接近或实现目标激励满电压的过程中，电容器的激励电压的增加相对于时间的一个可能波形。图6B是说明性曲线图，表示其中在启动模式、过渡激励模式和在操作模式中接近或实现目标激励满电压的过程中，电容器的激励电压的增加相对于时间的另一可能波形。图7是方框图，图示了驱动器控制器、驱动器、逆变器、感应电机和诸如内燃机之类的原动机的一个可能构造。图8是用于感应电机的自激励的方法的流程图的一个实施例。图9是用于感应电机的自激励的方法的流程图的另一实施例。具体实施方式图1是逆变器系统11的单个相或第一相和相关联的第一相驱动器18的示意图的一个实施例。根据一个实施例，逆变器系统11包括极性相反的一对直流电压端子(28、30)(例如，直流电压总线)。电容器26(CDC)连接在直流电压端子(28、30)之间。逆变器的每个相都包括一对开关，如第一开关12(A1)和第二开关14(A2)。第一开关12(A1)具有第一切换端子54和第一控制端子50。第二开关14(A2)具有第二切换端子56和第二控制端子52。第一开关12和第二开关14的切换端子(54、56)在第一相输出端子处53串联连接在直流电压端子(28、30)(例如，在图1中的直流正端子和直流负端子)之间。本文中，直流电压端子(28、30)的含义将与直流总线相同。在一个实施例中，如果第一开关12包括晶体管，如双极结型晶体管或绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)，则第一切换端子54包括发射极和集电极。第一开关12的第一控制端子50可以包括第一开关12的栅极或基极。在一个实施例中，如果第一开关12包括场效晶体管，则第一切换端子54包括源极和漏极。第一开关12的第一控制端子50可以包括栅极或基极。类似地，在一个实施例中，如果第二开关14包括晶体管，如双极结型晶体管或绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)，则第二切换端子56包括发射极和集电极。第二开关14的第二控制端子52可以包括第二开关14的栅极或基极。在一个实施例中，如果第二开关14包括场效晶体管，则第二切换端子56包括源极和漏极。第二开关14的第二控制端子52可以包括第二开关14的栅极或基极。保护二极管或续流二极管(13、15)可以连接在每个开关的切换端子(54、56)之间以保护开关免于在第一开关12和第二开关14的切换过渡过程中产生的瞬态电流。例如，当第一开关12被切断并且感应马达绕组、马达或感应电机55引起能量尖峰时，第一保护二极管13可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。类似地，当第二开关14被切断并且感应马达绕组或马达引起能量尖峰时，第二保护二极管15可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。电机55(在图2中)或发电机具有一个或多个绕组(57、157、257在图2中)。关于图1，第一相输出端子53在第一开关12和第二开关14之间与切换端子(54、56)相关联，并且第一相输出端子53可以连接或连接到电机55的绕组(例如，相绕组)。第一相驱动器18(例如，第一驱动器)包括第一电源22和第二电源24，第一电源22和第二电源24被(例如，使用控制开关(S1、S2、S3和S4)的驱动器控制器或电子数据处理系统100控制、调节或切换。在一个实施例中，第一电源22包括第一电压源38和次级电压源40。在另一个实施例中，第二电源24包括第一电压源38和次级电压源40。在某些实施例中，第一电源22和第二电源24都不能够提供足够的电流以在感应电机55中直接地建立必要的电磁通量或足够的激励，使得在启动模式中，涓流充电技术用于在感应电机55中建立电磁通量或足够的激励以用于进入过渡激励模式中。涓流充电表示用比阈值电流强度低的较低电流强度，在直流电容器26或直流总线的一段时间内缓慢或逐渐的充电，该阈值电流强度例如为用于在感应电机55中立刻地和直接地建立(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变器系统，包括：极性相反的一对直流电压端子；电容器，所述电容器连接在该对直流电压端子之间；第一开关，所述第一开关具有第一切换端子和第一控制端子；第二开关，所述第二开关具有第二切换端子和第二控制端子，第一开关和第二开关的切换端子在该对直流电压端子之间串联连接；电机或发电机，所述电机或发电机具有一个或多个绕组和在第一开关和第二开关之间与切换端子相关联的第一相输出端子；串联的第一组阻流二极管；串联的第二组阻流二极管；第一电压源，所述第一电压源提供能够切换至第一控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，第一输出电平与第二输出电平不同，第一输出电平经由第一组阻流二极管向所述电容器提供电能以在启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到初级电压电平；第二电压源，所述第二电压源提供能够切换至第二控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平，所述第一输出电平经由第二组阻流二极管向所述电容器提供电能以在所述启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到所述初级电压电平；并且在过渡激励模式中，所述电机能够在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中感应交流通量以将所述直流电压端子的电压电平从所述初级电压电平升高到次级电压电平，其中次级电压电平与逆变器系统的操作模式相关联。...

【技术特征摘要】
2016.06.06 US 62/346,114;2017.01.13 US 15/406,6311.一种逆变器系统，包括：极性相反的一对直流电压端子；电容器，所述电容器连接在该对直流电压端子之间；第一开关，所述第一开关具有第一切换端子和第一控制端子；第二开关，所述第二开关具有第二切换端子和第二控制端子，第一开关和第二开关的切换端子在该对直流电压端子之间串联连接；电机或发电机，所述电机或发电机具有一个或多个绕组和在第一开关和第二开关之间与切换端子相关联的第一相输出端子；串联的第一组阻流二极管；串联的第二组阻流二极管；第一电压源，所述第一电压源提供能够切换至第一控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，第一输出电平与第二输出电平不同，第一输出电平经由第一组阻流二极管向所述电容器提供电能以在启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到初级电压电平；第二电压源，所述第二电压源提供能够切换至第二控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平，所述第一输出电平经由第二组阻流二极管向所述电容器提供电能以在所述启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到所述初级电压电平；并且在过渡激励模式中，所述电机能够在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中感应交流通量以将所述直流电压端子的电压电平从所述初级电压电平升高到次级电压电平，其中次级电压电平与逆变器系统的操作模式相关联。2.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：所述初级电压电平足以能在与所述一个或多个绕组中的交流通量的感应或激励一致的情况下操作第一开关和第二开关。3.根据权利要求1所述的逆变器系统，进一步包括：数据处理器，在与过渡激励模式相关联的时间周期期间，该数据处理器用于通过所述电机的交轴命令电流和直轴命令电流的第一组合，控制直流总线电压的第一斜率，其中直流总线电压以第一斜率的速率在所述初级电压电平和所述次级电压电平之间增加。4.根据权利要求3所述的逆变器系统，其中：在与过渡激励模式相关联的时间周期期间，直流总线电压以第一斜率的速率和第二斜率的速率在中间电压电平和所述次级电压电平之间增加，第二斜率大于第一斜率，其中数据处理器适于通过电机的直轴命令电流和交轴命令电流的第一组合来控制所述第一斜率，并且数据处理器适于通过交轴电流和基于一数学关系调节的升高的直轴命令电流的第二组合来控制所述第二斜率。5.根据权利要求4所述的逆变器系统，其中：所述数学关系是直轴剩余电压、观测的直流总线电压和交轴命令电压之间的关系，其中剩余电压与测量的、观测的直流总线电压和交轴命令电压的数学函数成比例。6.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：第一电压源与在第一控制端子和第一输出电压电平之间的第一控制开关相关联，并且与在第一控制端子和第二输出电平之间的第二控制开关相关联。7.根据权利要求6所述的逆变器系统，其中：第一控制开关在所述启动模式期间关断或失效，并且其中，在操作模式期间，第一控制开关根据在过渡激励模式之后或在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中的交流通量的自激励完成之后的调制命令在关断和开启之间交替。8.根据权利要求6所述的逆变器系统，其中：第二控制开关在所述启动模式期间开启或无效，并且其中，第二控制开关在操作模式期间在开启和关断之间交替。9.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：所述第一输出电压电平大于所述第二输出电平，并且其中在所述初级电压电平下，电容器被充电到是所述第一电压电平的两倍，小于与所述第一组二极管和与所述第一组二极管串联的第一电阻器相关联的第一电压降，并且小于与所述第二组二极管和与所述第二组二极管串联的第二电阻器相关联的第二电压降。10.根据权利要求1所述的逆变器系统，进一步包括：在操作模式期间和在启动模式之后连接在所述直流端子之间的直流负载或电池。11.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：直流负载或电池经由负载开关连接至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏米特·杜塔，拉夫·赛亚加拉詹，吴隆，肯特·D·沃特，
申请(专利权)人：迪尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US