具有有源转换器的变速驱动器制造技术

一种用于具有有源转换器的VSD的系统或方法，所述VSD包括控制器、电感器、有源转换器、DC链路和逆变器。控制所述有源转换器以接收输入AC电压并将升高的DV电压输出至DC链路，其高达850VDC，所述有源转换器仅使用低电压半导体开关来提供所述850VDC的DC链路电压。所述控制器被配置成在预定系统负载以及在小于所述预定系统负载的系统负载下以等于0的无功输入电流幅值运行，从而引入导致转换器电压的幅值小于所述输入电压的无功输入电流，其中所述输入电压和电感器电压的矢量和等于所述转换器电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有有源转换器的变速驱动器本申请要求于2015年5月8日提交的题为“具有有源转换器的变速驱动器”的美国临时专利申请No.62/158749的优先权和权益，其通过引用并入本文。专利技术背景本申请总体涉及一种变速驱动器。本申请更具体地涉及一种具有有源转换器的变速驱动器，以及用于实现提高运行效率的控制方法。变速驱动器(VSD)通常用于控制同步和异步电动机的运行速度。VSD包括用于将AC线路输入电压转换成DC电压的转换器，具有DC母线和电容器存储器的DC链路总线以及用于向电动机负载提供可变AC输出电力的逆变器。转换器可以是无源或有源转换器。如果提供了有源转换器，则能够获得某些益处，诸如控制电动机和相关联的设备的运行功率因数并降低谐波噪声。有源转换器通常包括半导体开关，诸如IGBT，其切换电流以实现低谐波输入电流和DC母线电压。DC母线的额定电压是至VSD的源输入电压和VSD提供给电动机的输出电压的函数。在商业和工业设备中，需要更高的输入和输出电压，且通常需要额定为1700伏的IGBT模块或高电压IGBT以满足所需的输出电压从而驱动电动机。也可以使用其它开关，包括但不限于MOSFET、SiCMOSFET和GaN晶体管。额定为1700伏特的IGBT产生了增加的开关损耗，这导致了VSD的效率特性降低。相比之下，1200V的IGBT模块或低电压IGBT的特征在于较低的开关损耗和增加的效率，但其受限于较低的DC母线电压。目前，使用三种不同的方案来控制VSD。一些应用在VSD转换器中采用三级开关，当IGBT额定于较低的电压时，该VSD转换器需要两倍的IGBT数量。虽然在那种情况下可以使用低电压IGBT，但是这种方法增加了VSD的复杂性和成本。在另一种方案中，可以采用无源前端，然而，谐波电流将被反射回电力系统并且需要在电压源处额外的滤波器以满足谐波标准。最后，第三种方法采用高电压IGBT模块，其导致与VSD相关联的更高的损耗和额外的成本。本公开提供了一种用于降低VSD的DC母线电压以使低电压IGBT适应被用于VSD中，同时仍然实现足以从逆变器提供增加的AC电压输出的DC链路电压的方法和系统。所公开的系统和/或方法的预期优点满足了这些需求中的一个或多个或提供了其他有利的特征。根据本说明书，其他特性和优点将变得显而易见。所公开的教导扩展到落入权利要求的范围内的那些实施例，而不管其是否实现了上述需要中的一个或多个。
技术实现思路
一个实施例涉及一种具有有源转换器的VSD，其包括控制器、电感器、功率级、DC链路和逆变器。有源转换器被控制以接收输入AC电压并输出升高的DC电压。输入电压可以从240V变化至635Vrms以将DC链路调节至高达850VDC。逆变器将该电压转换成从0至575伏的AC。控制器通常被配置成以等于零的无功输入电流幅值运行。本公开所述的实施例的某些优点包括可以通过战略软件修改来实施以控制有源转换器将无功电流分量添加到VSD的输入电流的方案。本公开的另一个优点是电压源转换器的降低的DC母线运行电压允许在VSD的输入和输出端使用与无效率的高电压IGBT相比额定为较低的电压，例如，1200V的IGBT模块以及允许较低的损耗。另一个优点是VSD的增加的运行效率。替代的示例性实施例涉及其他特征和如可能通常在权利要求中所记载的特征的组合。附图简述图1示意性地示出本专利技术的大体的系统配置。图2示意性地示出本专利技术的变速驱动器的实施例。图3示意性地示出能够与本专利技术一起使用的制冷系统。图4示出有源转换器布置的示例性实施例。图5示出用于实施具有降压半导体开关的有源转换器的示例性PWM切换网络。图6为在满负载下的示例性VSD运行的矢量表示。图7为VSD在轻负载下的示例性运行的矢量表示。图8为在轻负载下具有被插入PWM调制算法中的无功电流的VSD运行的矢量表示。具体实施方式图1和2大体地示出本专利技术的系统配置。AC电源102向VSD104供给AC电力，VSD104转而向电动机106供给AC电力。电动机106优选地用于驱动制冷或冷却器系统的相应的压缩机。AC电源102从存在于现场的AC电网或配电系统将三相、固定电压和固定频率的AC电力提供至VSD104。AC电网能够直接由电力事业公司供给或能够由位于电力事业公司和AC电网之间的一个或多个变电站供给。AC电源102能够优选地根据相应的AC电网以50Hz或60Hz的线路频率将200V、230V、380V、460V或600V的三相AC电压或线路电压供给至VSD104。要理解的是，AC电源102能够根据AC电网的配置将任何合适的固定线路电压或固定线路频率提供至VSD104。此外，特定的场所能够具有多个AC电网，其能够满足不同的线路电压和线路频率要求。例如，一个场所可能具有230VAC电网以处理某些应用以及460VAC电网以处理其他应用。接下来参考图2，VSD104从AC电源102接收具有特定固定线路电压和固定线路频率的AC电力，并以所期望的电压和所期望的频率向电动机106提供AC电力，这两者都能够进行变化以满足特定要求。优选地，VSD104能够向具有比从AC电源102接收的固定电压和固定频率更高的电压和频率或更低的电压和频率的电动机106提供AC电力。图2示意性地示出在VSD104的实施例中的一些组件。VSD104能够具有三级：转换器202、DC链路204和逆变器206。转换器202将来自AC电源102的固定线路频率、固定线路电压的AC电力转换为DC电力。DC链路204过滤来自转换器202的DC电力并提供能量存储部件，诸如电容器208和/或电感器(未示出)。逆变器206将来自DC链路204的DC电力转换为用于电动机106的可变频率、可变电压的AC电力。电动机106可以是能够以可变速度驱动的感应电动机。感应电动机能够具有包括两电极、四电极或六电极的任何合适的电极布置。感应电动机用于驱动负载，优选地为如在图3中所示的制冷或冷却器系统的压缩机。图3大体地示出本专利技术的被连接至制冷系统的系统。如在图3中所示，HVAC、制冷或液体冷却器系统300包括压缩机302、冷凝器304、蒸发器306和控制面板308。控制面板308能够包括各种不同的组件，诸如模数(A/D)转换器、微处理器、非易失性存储器和接口板，以控制制冷系统300的运行。控制面板308还能够用于控制VSD104和电动机106的运行。压缩机302压缩制冷剂蒸气并通过排放线路将蒸气输送至冷凝器304。压缩机302优选地是离心式压缩机，但也能够是任何合适类型的压缩机，例如螺杆式压缩机、往复式压缩机等。由压缩机302输送到冷凝器304的制冷剂蒸气进入与流体(例如空气或水)的热交换关系，并由于与流体的热交换关系而经历成为制冷剂液体的相变。来自冷凝器304的冷凝的液体制冷剂流过膨胀装置(未示出)至蒸发器306。蒸发器306能够包括用于冷却负载的供应线路和返回线路的连接。二次液体，例如，水、乙烯、氯化钙盐水或氯化钠盐水经返回线路行进至蒸发器306中并经供应线路离开蒸发器306。蒸发器306中的液体制冷剂进入与二次液体的热交换关系以降低二次液体的温度。由于与二次液体的热交换关系，蒸发器306中的制冷剂液体经历成为制冷剂蒸气的相变。蒸发器306中的蒸气制冷剂通过吸入线路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变速驱动器，其包括：用于从电源接收输入交流电力的有源转换器，所述转换器被配置成将所述输入交流电力转换成升高的调节DC电压；被耦合至所述转换器的DC链路，所述DC链路被配置成接收和过滤所述DC电压并配置成存储来自所述转换器的能量；用于感测所述DC链路电压并用于向所述转换器提供控制信号以控制所述DC电压不超过预定的DC链路电压的控制器，所述控制器响应于在所述DC链路电压上的纹波来添加非零无功输入电流值，其中控制所述DC电压不超过预定的DC链路电压防止了超过所述转换器中的固态装置的额定电压；在所述电源和所述转换器之间耦合的电感器，所述输入电力通过所述电感器，相电流是通过所述控制器在所述电感器的转换器端进行感测的，且所述电感器上的电压降是通过所述控制器基于电感、所述相电流和所述输入电源的频率来确定的；以及被连接至所述DC链路的逆变器，所述逆变器被配置成将来自所述DC链路的DC电压转换成输出电力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.08 US 62/158,7491.一种变速驱动器，其包括：用于从电源接收输入交流电力的有源转换器，所述转换器被配置成将所述输入交流电力转换成升高的调节DC电压；被耦合至所述转换器的DC链路，所述DC链路被配置成接收和过滤所述DC电压并配置成存储来自所述转换器的能量；用于感测所述DC链路电压并用于向所述转换器提供控制信号以控制所述DC电压不超过预定的DC链路电压的控制器，所述控制器响应于在所述DC链路电压上的纹波来添加非零无功输入电流值，其中控制所述DC电压不超过预定的DC链路电压防止了超过所述转换器中的固态装置的额定电压；在所述电源和所述转换器之间耦合的电感器，所述输入电力通过所述电感器，相电流是通过所述控制器在所述电感器的转换器端进行感测的，且所述电感器上的电压降是通过所述控制器基于电感、所述相电流和所述输入电源的频率来确定的；以及被连接至所述DC链路的逆变器，所述逆变器被配置成将来自所述DC链路的DC电压转换成输出电力。2.如权利要求1中所述的变速驱动器，其中当在所述变速驱动器上的负载减小且在所述DC链路电压上的纹波超过预定阈值纹波时，所述控制系统增加被添加至所述DC链路的无功电流值以稳定所述DC链路电压。3.如权利要求1中所述的变速驱动器，其中当在所述变速驱动器上的负载增加且在所述DC链路电压上的纹波下降至第二预定阈值纹波以下时，所述控制系统减小被添加至所述DC链路的无功电流值以稳定所述DC链路电压。4.如权利要求1所述的变速驱动器，其中控制所述转换器以调节所述DC链路电压不超过850伏DC。5.如权利要求1所述的变速驱动器，其中所述转换器被实施为脉宽调制整流器。6.如权利要求5所述的变速驱动器，其中所述转换器在过调制模式下运行。7.如权利要求1所述的变速驱动器，其中所述输出电力的形式为交流电压。8.如权利要求1所述的变速驱动器，其中所述输出电力的形式为直流电压。9.一种变速驱动系统，其包括：连接在闭合制冷剂回路中的压缩机、冷凝器和蒸发器以及控制系统；被连接至所述压缩机以向所述压缩机供电的电动机；被连接至所述电动机的变速驱动器，所述变速驱动器包括用于从电源接收输入交流电力的有源转换器，所述转换器被配置成将所述输入交流电力转换成升高的受控DC电压；被耦合至所述转换器的DC链路，所述DC链路被配置成接收和过滤所述DC电压并存储来自所述转换器的能量；用于感测所述DC链路电压并用于向所述转换器提供控制信号以控制所述DC电压不超过预定的DC链路电压的控制器，所述控制器响应于在所述DC链路电压上的纹波来...

【专利技术属性】
技术研发人员：康斯坦丁·波利索夫，伊万·杰德瑞克，
申请(专利权)人：江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US