可调频率驱动器和系统技术方案

一种可调频率驱动器（２０），包括具有第一部分（４０）和第二部分（４２）的基座（３８）以及设置在基座上的主动前端转换器（２２）。转换器包括输入（４４）、输出（４６）和多个电气连接在输入和输出之间的第一电子开关（４８）。逆变器（２４）设置在基座上，并包括电气连接至主动前端转换器的输出的输入（５０）、输出（５２）、多个设置在基座的第一部分上并电气连接至逆变器的输入的电容器（５４）、多个设置在基座的第二部分上并电气连接在逆变器的输入和输出之间的第二电子开关（５６）、热导管组件（５８）。逆变器被构造为提供一个三相的输出结构。

【技术实现步骤摘要】

本文公开的概念一般涉及可调频率驱动(AFD)系统，特别涉及控制感应电机或者 其它旋转电气设备——例如交流电动机或者发电机——的速度、转矩、马力和/或方向的 AFD系统。本文公开的概念还涉及用于发电应用中的电力转换的AFD结构。
技术介绍
可调频率驱动(AFD)系统可广泛应用于商业应用，例如但并不限于HVAC、风扇、 泵、运输机、材料处理和加工设备以及其它的一般工业，例如但不限于林产品、矿业、金属和 印刷。如果感应电机的定子端子连接至三相AFD系统，则转子将在定子旋转磁场的方向 上旋转。这就是感应电机的电动回转运行模式。当向电动机轴施加负载转矩时，稳态速度 较同步速度要小。当感应电机的速度高于同步速度，并且感应电机在与定子旋转磁场相同的方向上 旋转时，感应电机处于发电运行模式。此时，产生了与定子旋转磁场相反的发电转矩。在已知的实践中，中压驱动器被远程地安装以与旋转的电气设备分离。这要求相 当大的地面空间，并有时要求相对较长的屏蔽电缆以及输出滤波器。美国专利US6，679，076公开了一种包括组件安装的全电压起动器和组件安装的 降压起动器的离心冷却器。全电压起动器的外壳被放置在这样的位置用户能够触及，靠近 电动机引线，且便于向冷却器馈送主电源线。全电压起动器为电磁的通/断开关，其运行决 定了电机是能够获得整个电源线电压(例如2300伏)还是零电压。降压起动器可以为主 电抗器、自耦变压器或者固态起动器。主电抗器包括与每个引入电动机的电力线串联的电 阻器。一组接触器作为跨在每个电阻器两端以有效地从各自的线路增加或者移除电阻器的 分流器。自耦变压器包括具有多条引线的变压器，一组接触器有选择地进行分接，以便将全 电压或者降低的电压施加到电动机引线。固态起动器包括至少一个固态电气“开关”装置 (例如，SCR、三端双向可控硅开关、两端交流开关、功率晶体管等)，其中断或者改变引入电 动机的电力的波形，以便在起动阶段向电动机传送较少的电力，而在之后传送全电力。美国专利US 7，353，662公开了起动盒可由被配置为用于中电压运行的可变速度 驱动器来替代，以便以可变的速度运行电动机，并公开了起动盒或可变速度驱动器优选地 安装在带有冷却器系统的其它元件的冷却器系统单元上。固态起动器装置优选为用来在电 动机的初始启动阶段“软起动”电动机，并接着在启动之后允许电动机以固定速度运行。固 态起动器装置可优选为包括半导体开关，例如可控硅整流器(SCR)、绝缘栅极双极型晶体管 (IGBT)、二极管或者门极可关断晶闸管(GT0)器件。图1A示出了传统的工业AFD 2 (例如，高92”)，包括输入部分4、变压器和转换器 部分6以及逆变器部分8。输入部分4包括隔离开关(未示出)、电力保险丝(未示出)和 接触器(未示出)。变压器和转换器部分6包括变压器(未示出)和转换器(未示出)。如 图1B所示，逆变器部分8包括靠下方的直流链路电容器10、在电容器10上方的中间电子开关(例如但不限于半导体开关，例如IGBT)子部分12、位于中间电子开关子部分12上方的 热导管组件14的冷凝器部分。已知的是提供例如直流链路电容器、电子开关、放电电阻器与整流器二极管以及 热导管组件的个体元件。在与起动器分立的外壳中安装用于AFD的输入部分也是已知的。感应电动机驱动器——也叫做交流(AC)驱动器——用来控制长期作为工业中的 重负荷机器的多相感应电动机的速度和转矩。今天的交流驱动器可被分为两类低压的和中压的。低压交流驱动器被广泛应用， 覆盖交流0V至交流600V的范围。中压交流驱动器覆盖交流660V以上以及高达交流15000V 的输入线电压。高压交流驱动器覆盖交流15000V以及更高的电压，但是相比于低压和中压 交流驱动器来说很不常见。直到近来，功率半导体开关的额定电压达到1700V的最大值，这允许低压三相交 流驱动器采用6开关逆变器桥。当前，目前技术发展水平的半导体开关的额定电压处于 2500V、3300V、4500V、6500V，并可用在具有达到交流2000V输入的2电平6开关逆变器桥 中。高于2000V交流电压，已知的逆变器桥使用大量的串联连接的功率半导体开关。用于 高达4000V的三相中压感应电动机的最常用的逆变器拓扑为3电平12开关逆变器桥。逆变器桥中的电平的数量定义了为了在逆变器桥的输出得到某个电压水平而由 逆变器桥使用的直流(DC)电压梯级(steps)的数量。由于功率半导体开关具有有限的电 压容量，逆变器桥的总直流母线电压被分成多个电压梯级，以使每个电压梯级能够由一个 功率开关来处理。在传统的2电平交流驱动器中，在通过视情况可选的输入线电抗器后，三相交流 电力(R，S，T)由整流器和电容器整流以形成2电平直流母线。取决于设计方法，直流母线 上的输入谐波可进一步由直流电抗器减少。2电平直流母线电压被施加在产生2电平PWM 电压输出的6开关逆变器桥上。这6个开关被分成每个具有2个开关的3个支路。控制器通过对应的开关的控制 端子来控制各个开关。三相电动机具有从支路的两个开关之间的中点取得的相连接，三个 支路产生共同驱动电动机的三相电压。直流母线的2电平构成了正极母线和负极母线。每个支路的上部开关被连接到正 极母线，下部开关被连接到负极母线。支路中的2个开关串联连接，因此不能同时导通以免 产生短路。为了防止短路的发生，控制器必须将开关延时时间考虑进去。在下部开关导通 之前，上部开关需要关断，反之亦然。每个开关管理正极母线和负极母线之间的全电压。三相逆变器桥具有三个支路和“L”个母线电压电平(L > 2)。每个支路提供三相 输出中的一相，来驱动感应性负载。例如，参见美国专利US7，110，272。主动前端(AFE)转换器和LCL(电感器/电容器/电感器)滤波器是已知的结构。在可调频率驱动器中存在改进的空间。在可调频率驱动器结构封装方面也存在改进的空间。在可调频率驱动器的系统中存在进一步改进的空间。
技术实现思路
本文所公开的概念的实施例满足了这些需求以及其它需求，其提供了一种可调频 率驱动器，例如但并不限于，该驱动器允许直接安装在独立的旋转电气设备上，或安装在能 够由可调频率驱动器驱动或者在发电机的情况下对可调频率驱动器进行驱动的任何其它 负载上。举例来说，这样将可调频率驱动器的安装所需的地面空间和互连电缆减少到最少。 另外，由于相对较小长度的互连电缆，示例性的直接安装实质上不需要任何类型的输出滤 波器，并减小了安装和启动成本。根据本文公开的概念的一个方面，一种可调频率驱动器包括包括第一部分和第 二部分的基座；设置在基座上的主动前端转换器，主动前端转换器包括输入，输出，多个 电气连接在输入和输出之间的第一电子开关；设置在基座上的逆变器，所述逆变器包括 电气连接至主动前端转换器的输出的输入，输出，多个设置在基座的第一部分上、并电气连 接至逆变器的输入的电容器，多个设置在基座的第二部分上、并电气连接在逆变器的输入 和输出之间的第二电子开关，热导管组件，其中，逆变器被构造为提供一个三相输出结构。所述多个电容器可被设置在所述多个第二电子开关的旁边，以减小可调频率驱动 器的高度。可调频率驱动器的高度可以小于大约55英寸。可调频率驱动器可提供薄型结构(lo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调频率驱动器（２０），包括：包括第一部分（４０）和第二部分（４２）的基座（３８）；设置在所述基座上的主动前端转换器（２２），所述主动前端转换器包括：输入（４４），输出（４６），以及多个电气连接在所述输入和所述输出之间的第一电子开关（４８）；以及设置在所述基座上的逆变器（２４），所述逆变器包括：电气连接至所述主动前端转换器的输出的输入（５０），输出（５２），多个设置在所述基座的第一部分上并电气连接至所述逆变器的输入的电容器（５４），多个设置在所述基座的第二部分上并电气连接在所述逆变器的输入和输出之间的第二电子开关（５６），以及热导管组件（５８），其中，所述逆变器被构造为提供一个三相的输出结构。

【技术特征摘要】
US 2009-6-30 12/494,629一种可调频率驱动器(20)，包括包括第一部分(40)和第二部分(42)的基座(38)；设置在所述基座上的主动前端转换器(22)，所述主动前端转换器包括输入(44)，输出(46)，以及多个电气连接在所述输入和所述输出之间的第一电子开关(48)；以及设置在所述基座上的逆变器(24)，所述逆变器包括电气连接至所述主动前端转换器的输出的输入(50)，输出(52)，多个设置在所述基座的第一部分上并电气连接至所述逆变器的输入的电容器(54)，多个设置在所述基座的第二部分上并电气连接在所述逆变器的输入和输出之间的第二电子开关(56)，以及热导管组件(58)，其中，所述逆变器被构造为提供一个三相的输出结构。2.如权利要求1所述的可调频率驱动器(20)，其中，所述多个电容器被设置在所述多 个第二电子开关的旁边，以减小所述可调频率驱动器的高度(68)。3.如权利要求2所述的可调频率驱动器(20)，其中，所述可调频率驱动器的高度小于 大约55英寸。4.如权利要求1所述的可调频率驱动器(20)，其中，输入部分(26)被电气连接至所述 主动前端转换器的输入并与所述主动前端转换器的输入远程地被安装。5.如权利要求4所述的可调频率驱动器(20)，其中，所述输入部分包括输入隔离开关 (32)、电力熔断器(34)和接触器(36)的串联组合。6.如权利要求4所述的可调频率驱动器(20)，其中，所述输入部分被安装在远离所述 可调频率驱动器的外壳(62)中。7.如权利要求1所述的可调频率驱动器(20)，其中，所述可调频率驱动器提供薄型结构。8.如权利要求1所述的可调频率驱动器(20)，其中，所述主动前端转换器的输入被构 造为接收中压(64)。9.如权利要求1所述的可调频率驱动器(20)，其中，滤波器(28)被电气连接至所述主 动前端转换器的输入并与所述主动前端转换器的输入远程地被安装。10.一种可调频率驱动器(80)，包括包括第一部分(96)和第二部分(98)的基座(94)； 设置在所述基座上的转换器(100)，所述转换器包括 输入(104)， 输出(106)，以及多个设置在所述输入和所述输出之间的整流器(108)；以及 设置在所述基座上的逆变器(102)，所述逆变器包括 电气连接至所述转换器的输出的输入(110)， 输出(112)，多个设置在所述基座的第一部分上并电气连接至所述逆变器的输入的电容器(114)， 多个设置在所述基座的第二部分上并电气连接在所述逆变器的输入和输出之间的电 子开关(116)，以及 热导管组件(118)，其中，所述逆变器被构造为提供一个三相的输出结构。11.如权利要求10所述的可调频率驱动器(80)，其中，所述多个电容器设置在所述多 个电子开关旁边，以减小所述可调频率驱动器的高度(120)。12.如权利要求11所述的可调频率驱动器(80)，其中，所述可调频率驱动器的高度小 于大约55英寸。13.如权利要求10所述的可调频率驱动器(80)，其中，变压器(84)与所述转换器的输 入相互电气连接并与所述转换器的输入远程地被安装。14.如权利要求13所述的可调频率驱动器(80)，其中，输入部分(82)电气连接至所述 变压器并与所述转换器的输入远程地被安装。15.如权利要求14所述的可调频率驱动器(80)，其中，所述输入部分包括输入隔离开 关(88)、电力熔断器(90)和接触器(92)的串联组合。16.如权利要求14所述的可调频率驱动器(80)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：H布鲁萨德，ML休斯，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]