带有冗余功率结构的用于紧凑马达控制的系统和方法技术方案

本公开提供了一种用于选择性地控制从电源到负载的功率的紧凑马达控制系统，包括马达切换组件，该马达切换组件具有带有多个固态开关的固态接触器。马达切换组件还包括：至少一个直流(DC)链路，该至少一个DC链路耦接到固态接触器；以及冗余的第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器耦接到至少一个DC链路。马达切换组件还包括：第一继电器，该第一继电器耦接在固态接触器与逆变器的输入之间；和第二继电器，该第二继电器耦接在固态接触器与第二逆变器的输入之间。此外，马达控制系统包括控制系统，控制系统被编程为控制马达切换组件以选择性地从电源向负载供应功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有冗余功率结构的用于紧凑马达控制的系统和方法
技术介绍
本专利技术整体涉及马达控制系统，并且更具体地涉及用于使用冗余功率结构/转换器的紧凑且可靠的马达控制的系统和方法。工业中常使用的执行功率转换的一种类型的系统是可调速驱动器(也称为变频驱动器(VFD))。VFD是一种工业控制设备，其为驱动系统诸如AC感应电动机提供可变频率、可变电压操作。在使用中，通常将VFD提供作为整个控制和保护组件的一部分，该组件包括VFD、以及输入/输出熔断器、断开器、断路器、接触器或其他保护设备、控制器、滤波器和传感器的布置。在一般规则下，将VFD、以及相关联的保护和控制设备提供作为具有其自己的外壳的分立部件，其中部件的布置被容纳在壳体内。部件的布置固定到壳体内的支撑件(诸如例如DIN导轨)，其中在部件之间提供布线以在它们之间提供电连接和/或通信。因此，当作为一个单元组装时，整个部件集合和容纳它们所需的壳体变得相当大而笨重。此外，在部件之间所需的布线的量通常过量，这可能会妨碍部件的可接取性并因大量的导线和导线连接而增加安装时间、成本、功率损耗和潜在故障。取决于由VFD驱动的负载的重要性，VFD在不同应用中以不同方式实现。为了确保在关键应用中的不间断的操作，可以使用双VFD系统来驱动负载。双VFD系统包括两个VFD，每个VFD彼此并联地连接到负载，使得每个VFD都可以被操作来驱动负载。一次将有一个VFD驱动负载，并且如果驱动负载的VFD发生故障，则对负载的控制自动地转移到另一个VFD。然而，在系统中包括多个VFD是昂贵的，并且会向具有需要布线的大量部件的已经复杂的系统添加附加部件，如上所述。可在不太关键的应用中使用的更具成本效益的选择是单VFD旁路系统。在单VFD旁路系统中，VFD与旁路组件并联地耦接到负载，该旁路组件包括旁路接触器和软起动器中的一个或多个，该旁路接触器和软起动器提供用于控制从动系统的另选控制路径或机构。已知使用传统的旁路组件作为解决方案在VFD故障的情况下或在其他情景下提供系统冗余，诸如例如直接地从公共设施执行VFD维护并全速运行马达以实现更高的系统效率。如在上文所指出和现有技术图1中所示出，现有旁路组件1作为一个或多个附加的分立部件被添加到VFD装置中，其中通常提供单独的输入接触器2、旁路接触器4、基于可控硅整流器(SCR)的软起动器6和输出/过载继电器8。然而，所得到的组合装置是昂贵、复杂、笨重的，并且在许多应用和/或安装位点中常常是不实际的。此外，现有技术旁路接触器仅提供在电源与负载之间的直接连接而没有VFD的功能性。当旁路接触器闭合以绕过VFD时，系统控制器无法控制由马达接收的电压和电流。换句话说，不同于VFD，所提供的旁路不能控制马达的速度。因此，旁路限制或约束了马达的操作，并且不提供操作灵活性。因此，将期望的是提供马达控制系统，其占有面积被最小化并在其部件之间需要更少布线或不需要布线，以便减小马达控制系统的大小、成本和复杂性。还将期望这样的马达控制系统包括冗余功率结构，该冗余功率结构提供比传统的系统更多的功能性、灵活性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的实施方案提供了带有冗余功率结构的用于紧凑马达控制的系统和方法，其提供了提高的可靠性和功能性。根据本专利技术的一个方面，用于选择性地控制从电源到负载的功率的马达控制系统包括马达切换组件，该马达切换组件具有带有多个固态开关的固态接触器。该马达切换组件还包括：至少一个直流(DC)链路，该至少一个DC链路耦接到固态接触器；以及第一逆变器和第二逆变器，该第一逆变器和该第二逆变器耦接到至少一个DC链路。该马达切换组件还包括：第一继电器，该第一继电器耦接在固态接触器与第一逆变器的输入之间；和第二继电器，该第二继电器耦接在固态接触器与第二逆变器的输入之间。此外，马达控制系统包括控制系统，该控制系统被编程为控制马达切换组件以选择性地从电源向负载供应功率。根据本专利技术的另一个方面，操作马达控制系统的控制器实现的方法包括以导电模式控制固态接触器，该马达控制系统具有固态接触器、耦接到固态接触器的至少一个DC链路、耦接到至少一个DC链路的第一电源转换器和第二电源转换器、以及耦接在固态接触器与相应的第一电源转换器和第二电源转换器之间的第一继电器和第二继电器。该方法还包括：闭合第一继电器以向第一电源转换器供应功率；以及操作第一电源转换器以驱动马达。此外，该方法包括通过以下操作从操作第一电源转换器转变到操作第二电源转换器：禁用第一电源转换器；断开第一继电器；闭合第二继电器；以及操作第二电源转换器以驱动马达。根据本专利技术的又一个方面，马达切换组件包括：第一电源转换器；第二电源转换器，该第二电源转换器与第一电源转换器并联地耦接；和固态接触器，该固态接触器定位在第一电源转换器和第二电源转换器上游。该马达切换组件还包括：第一继电器，该第一继电器定位在固态接触器与第一电源转换器之间；和第二继电器，该第二继电器定位在固态接触器与第二电源转换器之间。根据以下具体实施方式和附图，本专利技术的各种其他特征和优点将变得显而易见。附图说明附图示出了目前预期用于执行本专利技术的优选的实施方案。在附图中：图1是如现有技术中已知的具有被包括在其中的旁路组件的马达控制系统的框图。图2是根据本专利技术的实施方案的功率系统的框图，该功率系统包括马达控制系统，该马达控制系统具有带有集成的固态接触器和冗余VFD的马达切换组件。图3是根据本专利技术的实施方案的可在图2的马达控制系统中实现的马达切换组件的示意图。图4是根据本专利技术的实施方案的功率系统的框图，该功率系统包括马达控制系统，该马达控制系统具有带有耦接到共用DC链路的集成的固态接触器/整流器和冗余逆变器的马达切换组件。图5是根据本专利技术的实施方案的可在图4的马达控制系统中实现的马达切换组件的示意图。图6是根据本专利技术的实施方案的示出用于使马达控制系统通电并在马达控制系统(诸如例如图2和图4的马达控制系统)的驱动部件之间交替的技术的流程图。图7是根据本专利技术的实施方案的示出用于在已经通电的马达控制系统(诸如例如图2和图4的马达控制系统)的驱动部件之间交替的技术的流程图。图8是根据本专利技术的实施方案的包括耦接到印刷电路板(PCB)的马达控制系统(诸如例如图2和图4的马达控制系统)的马达控制和保护组件的前视图。图9是根据本专利技术的实施方案的图8的马达控制和保护组件的后视图。图10是根据本专利技术的实施方案的图8的马达控制和保护组件的顶视图。具体实施方式本专利技术的实施方案涉及具有马达切换组件或模块的马达控制系统以及操作该马达切换组件的方法。马达切换组件包括固态输入接触器，该固态输入接触器从电源(诸如例如公用设施)接收输入功率。固态接触器替代了通常在马达控制系统中出现的多个分立保护和控制部件并在马达控制系统中提供了更高级的控制，包括功率流控制和保护。固态接触器由控制系统或控制器控制，以经由相应的继电器向与固态接触器分离且彼此分离的至少两个不同马达驱动器供应功率。控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于选择性地控制从电源到负载的功率的电动机控制系统，所述电动机控制系统包括：/n马达切换组件，所述马达切换组件包括：/n固态接触器，所述固态接触器包括多个固态开关；/n至少一个直流(DC)链路，所述至少一个DC链路耦接到所述固态接触器；/n第一逆变器，所述第一逆变器耦接到所述至少一个DC链路；/n第一继电器，所述第一继电器耦接在所述固态接触器与所述第一逆变器的输入之间；/n第二逆变器，所述第二逆变器耦接到所述至少一个DC链路；和/n第二继电器，所述第二继电器耦接在所述固态接触器与所述第二逆变器的输入之间；和/n控制系统，所述控制系统被编程为控制所述马达切换组件以选择性地从所述电源向所述负载供应功率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171226 US 15/8541291.一种用于选择性地控制从电源到负载的功率的电动机控制系统，所述电动机控制系统包括：
马达切换组件，所述马达切换组件包括：
固态接触器，所述固态接触器包括多个固态开关；
至少一个直流(DC)链路，所述至少一个DC链路耦接到所述固态接触器；
第一逆变器，所述第一逆变器耦接到所述至少一个DC链路；
第一继电器，所述第一继电器耦接在所述固态接触器与所述第一逆变器的输入之间；
第二逆变器，所述第二逆变器耦接到所述至少一个DC链路；和
第二继电器，所述第二继电器耦接在所述固态接触器与所述第二逆变器的输入之间；和
控制系统，所述控制系统被编程为控制所述马达切换组件以选择性地从所述电源向所述负载供应功率。


2.根据权利要求1所述的马达控制系统，还包括：
第一整流器，所述第一整流器耦接在所述第一继电器与所述第一逆变器之间；和
第二整流器，所述第二整流器耦接在所述第二继电器与所述第二逆变器之间；
其中所述至少一条DC链路包括：
第一DC链路，所述第一DC链路耦接在所述第一整流器与所述第一逆变器的所述输入之间，使得所述第一整流器、所述第一DC链路和所述第一逆变器形成第一变频驱动器(VFD)；和
第二DC链路，所述第二DC链路耦接在所述第二继电器与所述第二逆变器的所述输入之间，使得所述第二整流器、所述第二DC链路和所述第二逆变器形成第二VFD。


3.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中所述固态接触器包括三对反并联开关。


4.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中所述至少一个DC链路包括耦接在所述固态接触器与所述第一继电器之间和所述固态接触器与所述第二继电器之间的单个DC链路。


5.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中所述固态接触器包括半控整流器，所述半控整流器包括与二极管串联的三组并联硅控整流器(SCR)。


6.根据权利要求1所述的马达控制系统，还包括：
第三继电器，所述第三继电器耦接到所述第一逆变器的输出；和
第四继电器，所述第四继电器耦接到所述第二逆变器的输出。


7.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中所述马达切换组件包括板级组件，其中所述固态接触器、所述第一继电器和所述第二继电器、以及所述第一逆变器和所述第二逆变器安装到印刷电路板(PCB)或形成在其上。


8.根据权利要求1所述的马达控制系统，还包括共同散热器，所述共同散热器耦接到所述第一逆变器和所述第二逆变器，其中所述共同散热器的大小被热设定成管理由在全负载下操作的所述第一逆变器和所述第二逆变器中的一个产生的热量。


9.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中所述第一逆变器和所述第二逆变器耦接到共同DC链路电容器组；并且
其中所述共同DC链路电容器组是操作所述第一逆变器和所述第二逆变器中的一个以独立地驱动所述负载所需的大小的一半。


10.一种操作马达控制系统的控制器实现的方法，所述马达控制系统具有固态接触器、耦接到所述固态接触器的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华强，J·P·厄普豪斯，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE