具有能量采集模块的将直流电功率转为交流电功率的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有能量采集模块的用于将直流电功率转换为交流电功率的系统，例如DC/AC转换器，包括开关臂，电压和电流变化调制电路，以及电能采集模块。该能量采集模块连接到该开关臂以及该调制电路上。

【技术实现步骤摘要】
具有能量采集模块的将直流电功率转为交流电功率的系统本专利技术专利申请是申请日为2016年10月27日、申请号为201610953203.1、名称为“具有能量采集模块的用于将直流电功率转换为交流电功率的系统”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于将电能进行转换的转换器领域，其尤其适用于高速和/或变速电机。
技术介绍
固态转换器是一种使得将电信号转换成具有不同特性的另一种电信号成为可能的系统。例如，转换器可以使得将交流电压转换成具有不同频率和/或幅值的另一交流电压成为可能，那么这被称作交/交或者AC/AC转换器。根据另一种例子，转换器可使得将交流电压转换成直流电压成为可能，那么这被称作交/直或者AC/DC转换器。对于相反的直/交转换，应用术语DC/AC转换器。根据最后的例子，转换器可将直流电压转换成具有不同电压的直流电压，那么这称作DC/DC转换器。这些转换器可以是反向的，或者也可以是非反向的。总的来说，这些转换可通过受控开关来实现。为了从电能存储系统(例如，电池)驱动电机，特别的是，具有永磁体的电机，必须将直流电能转换成三相交流电能。这种转换可以通过DC/AC转换器的方式来进行。这种转换器必须提供彼此相对电气相移120度的三个正弦电压，其幅值直接取决于扭矩需求(但是也取决于转速)，并且其频率单独取决于与转换器连接的电机转速。常规上，DC/AC转换器包括三个开关臂。每个开关臂包括两个受控开关和两个二极管。根据负载电流需求，一个臂可以由几个“子臂”并联组成。电机各相连接到每个臂的中点。每个臂通过在斩波周期上驱动开关的打开和闭合而单独进行控制，从而形成三相信号。在一种非限定性的方式中，DC/AC转换器可包括两个电流探针，用于测量两个相的电流。此外，DC/AC转换器可包括两个绝缘的电压探针，用于测量三相之间的合成电压。图1示出了这种常规的DC/AC转换器。来自电能存储装置的直流电压表示为Udc。三相电动机M示意性地由三个线圈表示，分别由电流Ia，Ib和Ic来供电。该转换器包括三个开关臂A，B，C，每个开关臂A，B，C连接到电机M的一相上。每个开关臂包括两个开关1和两个二极管2。开关臂A，B，C并联设置在电压转换器两个直流输入相Udc之间。开关臂A，B，C的输出相连接到开关臂的中点(两个开关之间)上。图2代表了对于常规DC/AC转换器(如上参考图1所述)的用于开关的控制信号COM，开关端子上的电压Udc和电流Ic，其中控制信号COM具有50％的恒定占空比。对于控制信号COM，脉冲的低部对应于开关打开，脉冲的高部对应于开关闭合。这种开关情形称作硬开关或者《开/断》式开关。注意，对于转换器的这种设计，将出现电压Udc和电流Io的过冲(overshoot)。Io对应于Ic的永久值。Io对应于发送到电动机上的电流。因此，这种常规的转换器设计的主要缺陷如下：·开关损耗：这种设计显示出明显的开关损耗，其将导致其使用与高开关频率不兼容，因此对于非常高速度使用的电机将不兼容，·电流/电压过冲：如图2所示，这种策略在开关的瞬时切换时表现出电压和电流过冲。因此，这种类型的驱动要求在转换器(也称作逆变器)的设计中需要在不同组件上的电压和电流上采用裕量。这样将使得所使用的组件超尺寸，(例如，对于300伏特的DC母线电压，使用额定电压为600伏特的IGBT开关)，以及·明显的电磁辐射(EMC)。通过从“硬开关”策略的缺陷(损耗，与高速电动机的不兼容)入手，研究了一种所谓的软开关设计。因此，为了限制开关上电流和电压的过冲，将线圈和电容器添加到前述电路中。该线圈调制电流的变化di/dt(导通)，电容器调制电压的变化dv/dt(关断)。此外，为了确保电路的操作，并且因此确保零能量平衡，将电阻器添加到电路中的在所使用的电源电压和电容性电路之间。该电阻器使得确保该电路的操作，并降低回该电容性电路终端的电压成为可能。这种DC/AC转换器设计特别地在专利申请WO11016854中描述。图3表示了开关臂(具有两个开关1)的简化示意图，其具有用于软开关的电容器Cs，线圈Ls，电阻器R以及电容器Cov。该电路作为“Undeland缓冲器”已被公知。电压Udc对应于直流电能存储装置的端子处的电压。线圈Ls设置在直流输入相Udc和开关臂A之间。支路从线圈Ls和开关臂A之间的节点开始，该支路包括两个二极管D，到达电阻器R和电容器Cov之间的节点上。电阻器R的另一端连接到转换器的直流输入相上。电容器Cs的另一端连接到开关臂A的交流输出相上。电容器Cov的另一端连接到地。电容器Cs使得调制开关端子处的电压变化成为可能。因为开关的软开关，该电容器存储了能量的一部分。该能量的另一部分存储在较高值的电容器Cov中。接下来，存储在电路电容器中的能量通过电阻器返回到所使用的存储系统(电池)中。线圈Ls使得调制开关端子处的电流变化成为可能。事实上，由线圈Ls产生的能量并不完全存储在电容器Cs中，因此，需要比Cs值更高的第二电容器Cov。该电阻器确保了系统的操作，并使得降低回电压Vrec成为可能。以与图2类似的方式，图4展现了基于所谓的“软”开关的开关信号COM，开关的电压Udc和电流Ic的变化。对于控制信号COM，该脉冲的低部对应于开关打开，该脉冲的高部对应于开关闭合。在该附图中，应该注意到，电压Udc和电流Ic的过冲与所谓的“硬”开关相比减小了。软开关的优点在于：·降低开关损耗，该转换器的这种设计与高开关频率兼容，因此，该设计可用于驱动高速电机，·开关上电压和电流的过冲小，因此，不再需要超尺寸的组件，以及·在转换期间开关端子处的电压和电流变化分别通过Ls和Cs的选择进行调制。然而，该转换器的这种设计呈现出一个主要的缺点，其需要在电阻器中消耗能量，其目的是使得无源元件的能量平衡为零，因此降低回电压Vrec，这意味着能量损耗，因此降低了转换器效率。为了克服这些缺陷，本专利技术涉及一种DC/AC转换器，包括电压和电流变化调制电路(从而产生软开关)以及电能采集模块。该电压和电流变化调制电路使得降低损耗，并限制开关上的电压和电流过冲成为可能。电能采集模块使得替代调制电路的电阻器，从而减小了能量损耗成为可能。
技术实现思路
根据本专利技术的系统本专利技术涉及一种用于将直流电功率转换成三相交流电功率的系统，包括三个开关臂，电压和电流变化调制电路，该电压和电流变化调制电路包括用于所述转换系统的每个交流输出相的电容器和线圈。所述转换系统包括连接到所述开关臂和所述调制电路的电能采集模块。根据本专利技术，所述电能采集模块包括至少一个电感器，以及至少一个开关。有利的是，所述电能采集模块包括连接在节点上的三个支路，其中：-第一支路包括开关，-第二支路包括二极管，以及-第三支路包括电感器。优选的是，所述电能采集模块包括位于所述第一支路上的第一电容器。根据一个实施例，所述调制电路包括设置在所述转换系统的直流输入相和所述开关臂的节点之间的线圈。...

【技术保护点】
1.用于将直流电功率转换成三相交流电功率的系统，包括三个开关臂(A，B，C)、电压和电流变化调制电路，该电压和电流变化调制电路包括用于所述转换系统每个交流输出相的电容器(Cs)和线圈(Ls)，其特征在于：所述转换系统包括与所述开关臂(A，B，C)以及所述调制电路连接的电能采集模块，其中所述电能采集模块包括至少一个电感器(Lrec)以及至少一个开关(6)，并且其中所述电能采集模块包括在节点(P)连接的三个支路，其中：/n-第一支路包括开关(6)和第一电容器(3,Crec)，所述第一电容器(3)被设置在所述开关(6)与接地之间，/n-第二支路包括二极管(4)，以及/n-第三支路包括电感器(Lrec)，/n所述转换系统还包括连接在所述电能采集模块与接地之间的第二电容器(Cov)。/n

【技术特征摘要】
20151029 FR 15603511.用于将直流电功率转换成三相交流电功率的系统，包括三个开关臂(A，B，C)、电压和电流变化调制电路，该电压和电流变化调制电路包括用于所述转换系统每个交流输出相的电容器(Cs)和线圈(Ls)，其特征在于：所述转换系统包括与所述开关臂(A，B，C)以及所述调制电路连接的电能采集模块，其中所述电能采集模块包括至少一个电感器(Lrec)以及至少一个开关(6)，并且其中所述电能采集模块包括在节点(P)连接的三个支路，其中：
-第一支路包括开关(6)和第一电容器(3,Crec)，所述第一电容器(3)被设置在所述开关(6)与接地之间，
-第二支路包括二极管(4)，以及
-第三支路包括电感器(Lrec)，
所述转换系统还包括连接在所述电能采集模块与接地之间的第二电容器(Cov)。


2.根据权利要求1的系统，其中所述调制电路包括设置在所述转换系统的直流输入相和所述开关臂的节点之间的线圈。


3.根据权利要求2的系统，其中所述调制电路的每个电容器(Cs)连接到所述转换系统的交流输出相以及所述调制电路的所述线圈(Ls)和所述开关臂(A，B，C)之间的节点和所述第二电容器(Cov)上。


4.根据权利要求3的系统，其中所述电能采集模块设置在所述转换系统的直流输入相以及所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·迪布，D·贝托尼，D·基奥诺，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，马维尔有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR