电动机的多逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种非高速公路车辆，包括引擎、由引擎驱动并经由直流总线（４２、４４）提供直流电力的直流电源（Ｖｄｃ）、牵引电动机（４６）、用于连接到直流总线（４２、４４）以便向牵引电动机（４６）供电的电路、和控制器。所述电路包括至少两个逆变器（４０ｘ、４０ｙ），它们共享提供给牵引电动机（４６）的电力。第一逆变器（４０ｘ）连接在直流总线（４２、４４）和牵引电动机（４６）之间，并且第二逆变器（４０ｙ）也连接在直流总线（４２、４４）和牵引电动机（４６）之间。第二逆变器（４０ｙ）与第一逆变器（４０ｘ）并行连接。控制器（图２、５）协调第一和第二逆变器的工作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为电动机供电的逆变器，特别涉及用于为AC牵引电动机，特别是非高速公路车辆(non-highway vehicle)的牵引电动机供电的两个或更多个平衡(balanced)或匹配的逆变器。
技术介绍
使用电力牵引的重型不在高速公路上的车辆(off highway vehicle)通常装配有例如柴油机的直流电源，用于为交流发电机供电。对交流发电机的输出进行整流以形成直流环节(DC link)，直流环节为可变频、可变压逆变器供电。逆变器驱动连接到车辆后轮的三相感应电动机。随着对这种车辆的运输能力的要求不断提高，需要相应地增加驱动这种车辆所必需的电力。这就提高了对于提供可变频、可变压逆变器的开关(switching)的半导体的额定功率的要求。图1A示出了典型的现有技术的三相单逆变器，该逆变器包括直流总线和六个电子开关，这六个电子开关有选择地关断和接通，从而将电力输送到三相AC电动机。电子开关S1-S6一般由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)或GTO(Gate Turn-Off Thyristor)开关以及与它们相关的二极管和缓冲器(snubber)部件组成。图1B示出了用于对图1A中所示的六个开关S1-S6进行六步操作的各个命令(command)的现有技术的时序图。这个时序图被称为“理想”时序图，因为所示时序假定了开关的瞬时开关，从而使得开关瞬时地从接通转换到关断或从关断转换到接通。如下面将针对本专利技术而解释的，实际上这种开关具有时序延迟，如果不对其进行控制和/或补偿，这种时序延迟就会带来问题。在图1B所示的方波或六步操作中，六个电子开关S1-S6被以适当次序每60°接通，以产生三相平衡波形。例如，当开关S1被命令接通(ON)时，其IGBT的栅极被接通，并且电流将流过IGBT或其反向并联(anti-parallel)二极管。如果电流是正向的(positive)(进入AC牵引电动机)，则S1的IGBT将被导通。如果电流是负向的(negative)(来自电动机)，则连接到S1的IGBT的负向并联二极管将被导通。无论在哪种情况下，所命令的开关S1都会导通。图1C示出了用于图1A的逆变器的脉宽调制(PWM)操作的现有技术的相位命令(phase command)。PWM被用来改变提供到AC电动机的电力。在PWM操作期间，以比图1B所示的接通和关断操作的基频(fundamentalfrequency)高得多的开关频率接通和关断六个电子开关S1-S6。在图1C中，示出了可以施加到一个开关的示范命令。除需要的最小通断时间和缓冲器复位时间之外，提供给与其对应的相位相同的开关的命令与图1C所示的命令相反。例如，当顶部(top)开关S1、S3、S5接通时，其对应的底部(bottom)开关S4、S6、S2被分别关断，反之亦然。图1C示出了给定相位的起始(firing)脉冲。其它相位被延迟120度和240度。图2示出了现有技术中用于单逆变器的控制逻辑的框图。图2所示的牵引电动机控制逻辑产生对应于相位A的起始命令f4和f5。对频率和时序进行控制，以使得AC电动机产生期望的转矩量。因此，控制逻辑改变机器的通量(flux)、频率、电压、电流等。控制逻辑还起到保护牵引电动机和牵引逆变器部件的作用。该逻辑的输出为三相命令，每一相对应于相位A、B和C中的一个。当起始命令信号为高时，其对应的顶部(正向)开关被接通，而当该信号为低时，则底部(负向)开关被接通。信号f1为相位A命令信号，图2示出了相位A的细节。类似地形成相位B和C。相位A起始命令被分为顶部开关命令信号f2和底部开关命令信号f3。栅极驱动器(gate driver)/开关接收信号f2和f3，并且状态反馈被发送回控制逻辑。信号f4和f5是来自顶部和底部开关的状态反馈。相位B和C的操作是类似的。图3是现有技术的逻辑命令的时序图。这张附图示出了在图2中描述的相位A的各种信号的时序图。在t0时刻，相位A命令信号f1从0转换为1，指示相位A的顶部开关应该被接通，而底部开关应该被关断。由于之前底部开关是接通的，因此第一个事件(event)发生在t1，此时开关命令信号f3(即施加到底部开关的命令)变低，命令底部开关关断。在t2时刻，底部开关关断，状态反馈信号f5转换为低值以指示该关断。相位A起始命令逻辑检测到这个f5转换，并随后按照通过开关命令信号变高而给出的指示，命令顶部开关在t3时刻接通。这在一段较短时期之后发生，以允许任何缓冲器稳定时间(settling time)或余量(margin)。结果，状态反馈信号f4在t4时刻转换为高值，指示顶部开关接通。这完成了相位A命令信号f1从0到1的转换。类似的从1到0转换的时序在图3中示出。具体地说，在t5时刻，相位A命令信号f1转换为0，在t6时刻，顶部开关命令信号f2转换为关断，在t7时刻，顶部开关状态反馈信号f4转换为关断，在t8时刻，底部开关命令信号f3转换为接通，并且在t9时刻，底部开关状态反馈信号f5转换为接通。从t10时刻开始，再次重复这一完整的周期。因此如图1A所示，其中单逆变器向AC电动机提供全部电力，很显然，向AC牵引电动机的供电量与能够通过单逆变器每个相位的单个开关提供的电量有关并受其控制。结果，可以提供给AC牵引电动机的总电力受限于每个开关能够处理的额定功率或最大功率。为了提高不在高速公路上的车辆，例如，非高速公路车辆、货运机车或客运机车的承载能力，必须增加提供给它的AC牵引电动机和电力，以便提供更多的转矩以用于处理额外的负载。这反过来就要求增加每个开关所处理的功率。不幸的是，IGBT或GTO具有有限的功率处理能力，并且设计和制造更高功率开关的成本是高得惊人的。因此，就需要用于向AC牵引电动机供电的逆变器能够处理额外的功率需求并具有合理的制造和替换成本。还需要在这种逆变器中采用与目前在现有非公路车辆中使用的部件类似的部件，以便减少为这种车辆提供备件所需的部件清单(inventory)。还存在对于用于向牵引电动机供电的多逆变器配置的需要，在这种多逆变器配置中，逆变器是平衡的或匹配的，以便逆变器能够对不均衡进行处理，这种不均衡例如一个逆变器传送的电流远远多于其它逆变器，这会导致额外开销(overheading)或烧毁(burnout)。
技术实现思路
在一种形式下，本专利技术包括一个连接到直流总线的电路，用于向非高速公路车辆的牵引电动机提供电力。第一逆变器连接在直流总线和牵引电动机之间。第二逆变器也连接在直流总线和牵引电动机之间。第二逆变器与第一逆变器并行连接。在另一种形式下，本专利技术包括一个非高速公路车辆。一个由引擎驱动的直流电源经由直流总线提供直流电源。一个电路连接在牵引电动机和直流总线之间，用于向牵引电动机提供电力。该电路包括至少两个逆变器，第一逆变器连接在直流总线和牵引电动机之间，并且第二逆变器也连接在直流总线和牵引电动机之间。第二逆变器与第一逆变器并行连接。一个控制器，协调第一和第二逆变器的工作。本专利技术的各种其它实施例和独立的方面将在下面描述，和/或被本领域技术人员马上理解。附图说明在所附权利要求书中阐述了本专利技术具有新颖性的特征。然而本专利技术及其进一步的目的和优点可以通过参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连接到直流总线（４２、４４）的电路，用于为非高速公路车辆的牵引电动机（４６）供电，所述电路包含：　　　　第一逆变器（４０ｘ），用于连接在直流总线（４２、４４）和牵引电动机（４６）之间；和　　　　第二逆变器（４０ｙ），用于连接在直流总线（４２、４４）和牵引电动机（４６）之间，由此第二逆变器（４０ｙ）与第一逆变器（４０ｘ）并行连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃吉斯K库马，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]