用于控制电动机速度的整流器和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可逆电流整流器，其连接多相网络和直流总线（２，３），其包括：多个整流元件（２００↓［ｕ］，２００↓［ｖ］，２００↓［ｗ］，３００↓［ｕ］，３００↓［ｖ］，３００↓［ｗ］），每个整流元件包括整流装置（４）和单向电子开关（５），该电子开关（５）反并联连接在整流装置（４）上，各整流元件的整流装置被设置为形成一个整流器，每个整流元件包括控制该元件的电子开关（５）的装置（６００，６００′，６００″），该装置设置为在检测到元件的整流装置（４）的导通后闭合该电子开关，这样可使电流返回到网络，控制装置被设置为从另外一个整流元件接收元件以外的信号（６０１），控制着电子开关（５）的打开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术特别地涉及用于控制电动机，如牵引电动机或起升电动机速度的系统。
技术介绍
用于控制三相同步或异步电动机速度的系统已经为大家所熟知，该电动机包括整流器，该整流器连接网络和直流总线。该整流器包括滤波级并且向功率级供电，功率级由控制元件控制。滤波级包括多个电容器，这些电容器的总电容相当高，例如，22KW功率时达到2200μF的数量级。该系统还可以包括给滤波级电容器预充电的装置，斩波器和电阻器，该电阻器用于耗散电动机制动时电动机所恢复的能量。滤波级可以减小电动机的不稳定性风险，在能量从电动机返回控制系统时吸收过电压。与其它元件相比，滤波级中所用的电容器有寿命相对短的缺陷，尤其是在高温时，而且它们也是相对昂贵和体积大的元件。
技术实现思路
根据其一个方面，本专利技术的目的是克服与滤波级中相对高电容和电感的这些电容器的使用相关的缺陷，特别是为了增加控制系统的可靠性，降低成本和减小控制系统的单位面积的元件数(footprint)。根据其另一个方面，本专利技术还涉及一种与多相网络，尤其是三相网络，和与直流总线相连接的可逆电流整流器。例如，该整流器可用于变速传动装置中，其中直流总线给逆变器供电，该逆变器与牵引、起升或传送系统的电动机相连接。美国专利4447868和4272807描述了可逆整流器，其包括整流元件，该整流元件包括反并联连接的二极管和晶体管。在这些专利中，晶体管控制基于网络各相上的电压测量，这就使得整流器相对复杂，并易于受到网络上的干扰。所以，由这些专利可知，需要一种工作可靠构造简单的可逆整流器。国际专利WO 03/067745描述了一种固态电能转换器。公开文献的自动开关转换器自然可逆整流器设计的应用，EPE2003图卢兹，该内容并入本申请中做为参考文献，它描述了一种全波可逆整流器，如图6所示。这种整流器可连接三相交流网络1和直流总线，该网络1包括三相U、V和W，该直流总线包括分别是正极和负极的两条线2、3。该整流器包括六个整流元件，即，三个元件2u，2v和2w，它们分别与U、V和W各相的每个相和直流总线的正极线2连接，和三个其它整流元件3u，3v和3w，它们分别与U相、V相和W相及直流总线的负极线3连接。每个整流元件包括二极管4，该二极管4与IGBT5反并联连接，IGBT5由控制装置6开断，控制装置6设置为对元件端部的电压反应，当二极管4开始导通是闭合IGBT，当穿过二极管4的电流超过一预定极限时打开IGBT。如果处理得当，闭合IGBT时可以把电流返回到网络上。在这种整流器中，当与直流总线一极连接的一个整流元件的二极管开始导通时，与同一直流总线极相连的另一个整流元件的电子开关仍然导通，这就使得网络的每个周期中都会产生一个短路回路，如图6中的虚线所示。该短路电路在网络上产生电流脉冲，该电流脉冲的谐波构成了电磁干扰源。这样就需要昂贵的电磁兼容滤波器。本专利技术的另一个目的是克服这种可逆整流器的缺陷。控制系统根据本专利技术的一个方面，本专利技术的主题是一种用于控制电动机速度的系统，其包括转换器，其连接多相电网和直流总线；用于直流总线的滤波级，其包括至少一个电容器；功率级，其连接电动机；用于功率级的控制元件，该转换器为可逆转换器，设置为把电动机在工作中有可能被恢复的能量中至少一部分能量送回到网络，滤波级优选地具有不充足的电容以稳定电动机工作，特别是用来吸收所有这些能量。与已知控制系统的滤波级中遇到的电容值相比，滤波级可以只包括一个或几个电容相对较低的电容器。滤波级可以特别地减少至一个或者几个高频滤波电容器，该电容器或每个电容器可设置在整流器中和/或功率级中。不使用具有高电容的电容器的滤波级可减少控制系统的成本以及单位面积的元件数，并增加其可靠性。尽管电容器的法拉值很低，但是，本专利技术并不会因此限制给电动机提供动力的电流输出频率，如达到的值高于300Hz，以给具有相对大量极的电动机，如具有10、12或32个极的电动机提供动力。本专利技术还可以改进电动机的控制动态范围，例如，以使电动机能够更快地减速。滤波级电容器的总电容例如，小于或等于5μF/kw，如当功率大于160kw时小于或等于300μF，总电容值取决于功率。如功率大于等于20kw，甚至100kw。在本专利技术的一个实施例中，控制系统没有斩波器和制动电阻器。这可以进一步降低控制系统的成本，减小单位面积的元件数。在制动时，能量可以被恢复到网络，而不是被耗散到电阻器中。该控制系统还可以不包括电路，以辅助滤波级的电容器充电。在电动机功率很高时，本专利技术可以限制涌入电流。在本专利技术的一个实施例中，功率级的控制元件和该功率级设置为给同步或异步电动机，尤其是三相电动机提供动力。由于高功率电动机的更大不稳定性，本专利技术还有利地应用于控制系统，其中功率级设置为驱动具有大于或等于一千瓦，甚至几千瓦(比如7.5kw和以上)功率的电动机。在本专利技术的一个实施例中，转换器包括自切换的开关元件。这种开关元件的使用特别有利，因为它有利于具有相对较短的反应时间且工作独立的转换器的生产。此外，通过用转换器来代替传统整流器，用带有更小滤波电容的滤波级代替传统滤波级，可以改造现有的带有传统滤波级和整流器的控制系统。可逆整流器独立地或与上述组合，根据本专利技术的另外一个方面，本专利技术的另外一个目的是一种可逆电流整流器，它连接多相网络和直流总线，其包括多个整流元件，每个整流元件包括整流装置和单向电子开关，该电子开关反并联连接整流装置，优选地各整流元件的整流装置设置为构成一个全波整流器。每个整流元件包括控制该元件的电子开关的装置，该装置设置为在检测到元件的整流装置的导通后闭合该电子开关，以使电流返回网络上；整流器中控制装置设置为从另外整流元件接收元件外的信号，控制电子开关的打开。该整流装置有利地可以是自切换整流装置，如二极管和IGBT电子开关。当另一个整流元件的电子开关闭合时，整流元件的电子开关打开，这样通过把它粗略地调整至传统二极管桥的这种短路电流水平，可以减少上述的短路电流。因此，该整流器的电磁兼容性性能特征得到提高，不需要再配置昂贵的电磁兼容滤波器。此外，本专利技术可以生产一种相对可靠，且对网络干扰不敏感的整流器。在本专利技术的一个实施例中，各整流元件设置为在该元件的电子开关闭合时，产生至少一个信号，该信号控制与相同直流总线极连接的另一个整流元件的电子开关打开。优选地，每个整流元件从连接在同一直流总线极的其它整流元件接收控制其电子开关打开的信号。这使得该整流器可以连接三相网络而不用预先标明相。每个整流元件有利地可以包括独立的供电电源，例如设置为输送第一电压和第二电压的电源，该第一电压相对于用于控制电子开关的参考电压是负值，该第二电压相对于该参考电压是正值。根据待要被控制的电子开关的特征，还可以产生其它电压。因此，对于特定的元件，例如，负电压就不需要了。当电子开关打开时，负电压可以用于提供电子开关的可靠阻断，电子开关是IGBT时尤其是这样。上述控制装置可以是模拟的，这可以增加整流器的可靠性并减小其成本。如果电子开关中发生过电流，即流过电子开关的电流超过预定断开电流时，控制装置可以设置为触发电子开关打开。因此，它提供了另外的保护。通过测量电子开关端部的电压可以检测流过电子开关的过电流。整流元件可以大致相同。同一臂上的，也就是说，连接在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制电动机（１６）速度的系统（３０），其包括：　　　　－转换器（３１），其连接多相电网和直流总线（１３）；　　　　－用于直流总线的滤波级（３２），其包括至少一个电容器；　　　　－功率级（１５）；　　　　－功率级的控制元件（１８），　　　　该转换器（３１）为可逆转换器，设置为把电动机在工作中有可能恢复的能量的至少一部分送回到网络（１２）。

【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：让玛利亚安德里雅克，克里斯蒂安安德里克斯，马修斯迪恩彻亚姆德，亚历山大莱格德，
申请(专利权)人：勒鲁瓦索梅尔发动机公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]