变换器和控制变换器的方法，所述变换器具有多个功率半导体开关、与
所述功率半导体开关相连的滤波器(1)和控制电路(4)，所述控制电路与
所述功率半导体开关相连，以进行调制，其中，通过所述调制在所述滤波器
(1)的通带(P)内产生具有基波频率(fGS)的基波，在第一频带(FB1)内、
第二频带(FB2)内以及所述第一频带(FB1)与所述第二频带(FB2)之间
的中频带(ZFB)内产生调制积，相对于所述第一频带(FB1)内的调制积
和所述第二频带(FB2)内的调制积减小所述中频带(ZFB)内的调制积，
在所述滤波器(1)的通带(P)和阻带(D)之间的所述滤波器(1)的谐振
频率(fres)的谐振带(R)内产生所述中频带(ZFB)。借此可获得一种变换
器，其输出端的滤波器尺寸有所减小。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种变换器和一种控制变换器的方法。
技术介绍
高速同步电机即便在采用两极设计方式的情况下仍需要1000Hz及以上的电源频率。其中，例如将具有加压功能的两相或三相脉冲控制逆变器用作供电单元，这种脉冲控制逆变器根据例如次谐波法(Unterschwingungsverfahren )进行工作。进行空间矢量调制或借助三角载波信号进行调制(次谐波法)时，除预期的基波外，所提供的电压还含有频率为/。=/^歸±/2^的谐波。其中，fGS是基波的频率，fsehalt是脉冲频率，p、 T！是正整数序数。输出电压中基于调制而产生的作为基波补充的这部分频率为f;的分量被称为调制积。通过电压中脉冲频率及脉冲频率以上范围内的较高频率分量，导体电流中也会产生较高频率的分量。这些由较高频率分量引起的畸变电流会在电机中产生额外的电能热损失和铁损。例如EP 1035642 Al中公开过大量可在变速驱动装置内减少谐波电流或避免低频分量的方法。在这些调制方法中，例如在基波的某些角度范围对逆变器中的个别开关停止通断操作(平顶调制)，此时所产生的平均开关损耗就低于每个开关均以脉冲频率工作时所产生的开关损耗。另一种方法对脉冲波形进行优化。这种方法是通过消除某些谐波电压或最小化二次谐波电流均方根值来直接影响谐波特性。其实现方式是，在考虑脉冲数和调制级数的情况下，根据逆变器输出电压的傅里叶系数用迭代法为四分之一振荡对称的脉冲波形确定开关角，这些开关角使得预期谐波被消4除。另一种保持小畸变电流的方法是在三级逆变器的中间电路电压Uz相同的情况下实现的。不同于两级逆变器的是，通过三级逆变器可以进行三级调制，因而在基频的半周期内，输出电压可具有三个不同的电压值(Uz，Uz/2, 0;-Uz，-Uz/2，0)，而非仅只两个(Uz,O;-Uz，O)。转速恒定(即基波频率恒定和脉冲频率恒定)的高速驱动装置使用滤波器(例如吸收电路)来减小调制积。DE 103 23 218 Al中公开过一种高压变换器，其输出端与一中频变压器相连。DE 103 23 218 Al所提供的连接在中频变压器之后的变换器由输入变流器、直流电压中间电路和脉冲控制逆变器构成。DE 103 23 218A1中还公开了一种控制高压变换器的方法。带滤波器的脉冲控制逆变器具有广泛用途。其涉及的特别是例如用三相电网为直流电压中间电路供电的反馈装置或用于为感应电机(例如异步电动机、他励同步电动机或永磁同步电动机)供电的装置。正弦滤波器的用途例如在于保持较小的电动机绕组负荷或EMV影响(EMV: dektromagnetischeVertraglichkeit，电磁兼容性)。滤波器在谐振频率下会发生明显的谐振。低于谐振频率的频率可以通过滤波器。高于谐振频率时，电压分量视与谐振频率之间的差距而定受到或多或少的削弱。谐振范围内会发生强烈的放大((Jberh6himg)。这种放大与滤波器的衰减相关。 一般情况下，滤波器仅受到较弱的衰减作用，因为滤波器中的损耗随衰减作用而上升。但衰减越弱，谐振放大(Resonanztiberh池ung)就越大。因此，必须将谐振放大范围内的任何一种激励都最小化。通过对滤波器谐振频率进行选择来设计滤波器，使得基波处于滤波器的通带(即低于谐振频率)内。逆变器电压中的调制积只处于谐振频率以上的范围内，因而可以被滤除。因此，谐振频率高于基波，低于调制过程中所产生的调制积。对于这种谐振5频率，相应需要使用大型线圈和电容器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变换器和一种控制这种变换器的方法，其中，应尽可能縮小所述变换器的正弦滤波器的尺寸。这个目的通过一种具有权利要求7所述特征的方法和一种具有权利要求1所述特征的变换器而达成。从属权利要求涉及有利的改进方案。据此设置一变换器。举例而言，变换器可实施为两级、三级或多级逆变器。变换器可以是用于为轨道车辆供电的高压变换器。此外，所述变换器还可用高压电网为固定设备供电。例如，所述变换器可以是HGt)系统(Hochspannung-Gleichstrom-t)bertragung:高压直流输电)的组成部分。本专利技术的变换器优选具有一定数量的可断开功率半导体开关。这种可断开功率半导体例如是GTO (GateTum-OffThyristor:门极可关断晶闸管)、IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor:集成门极换向晶闸管)、IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)或HV-MOSFET(Hochvoltfeldeffekttransistor:高压场效应晶体管)。此外，所述变换器还具有控制电路，所述控制电路与功率半导体开关相连，以便进行调制。所述控制电路可实施为模拟式和/或数字式。所述控制电路用于实现变换器的功能，可由单个电子组件构成或整合在一定数量的半导体芯片中。举例而言，通过改变调制可对电动机进行可变控制。为此，对功率半导体开关进行控制来实现调制。为此，通过调制产生带有基波的有用信号，这个有用信号对于三相感应电机例如可以是正弦形的。此外，所述调制特别还通过功率半导体开关的通断工作方式产生带有特征频谱的调制积。所述调制积在第一频带内、第二频带内以及第一频带与第二频带之间的中频带内产生。其中，通过对调制进行相应设计，中频带内的调制积相对于第一频带内的调制积和第二频带内的调制积而言有所减小。其中，这种减小优选为因数10或以上。功率半导体开关后面连接有滤波器，例如正弦滤波器。所述滤波器例如连接在逆变器的功率半导体开关与电动机之间，以便滤除信号分量，使其无法到达电动机。所述滤波器也可连接在逆变器与用于供电的三相电网之间。所述滤波器具有一个位于所述滤波器的谐振频率周围的谐振带、 一个用于控制电路所产生的基波的通带和一个阻带。谐振带特定而言具有谐振放大率，这个谐振放大率只在具有较小衰减的滤波器的情况下产生。所述滤波器例如是二阶LC低通滤波器。谐振带处于中频带范围内。举例而言，第一频带(涉及的是低于中频带的频率)内的调制积在通带内通过滤波器。而第二频带内的调制积则在阻带内被滤波器滤除。根据一种有利设计方案，控制电路设计为用于实施空间矢量调制或具有优化脉冲波形的脉冲波形调制。控制电路优选设计为既可用于实施空间矢量调制，又可使用脉冲波形调制的优化脉冲波形，且可在这两种调制方式之间进行转换。控制电路优选根据控制因数和/或基波频率在空间矢量调制和脉冲波形调制之间进行转换。举例而言，当控制因数达到0.45 (相对全区间而言)时，控制电路即从空间矢量调制转换到脉冲波形调制。所述滤波器有利地具有低通特性。这个低通滤波器优选不用附加衰减电阻，并有利地设计为二阶LC低通滤波器。其中，这个LC低通滤波器的电感还具有一个电阻性的阻抗分量。根据一种有利设计方案，所述变换器具有整流器、与整流器相连的中间电路和与中间电路及滤波器相连的逆变器。逆变器又具有功率半导体开关，这些功率半导体开关通过滤波器及其接点与电机驱动装置相连。另一种有利设计方案是，滤波器连接在逆变器与用于供电的三相电网之间。为达成方法目的，本专利技术提供一种控制变换器的方法。所述变换器设计用于对电动机电流和/或电动机电压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变换器，包括 两个以上的功率半导体开关， 一个控制电路（４），所述控制电路与所述功率半导体开关相连，以进行调制，通过所述调制在第一频带（ＦＢ↓［１］）内、第二频带（ＦＢ↓［２］）内以及所述第一频带（ＦＢ↓［１］）与所述第二频 带（ＦＢ↓［２］）之间的中频带（ＺＦＢ）内产生调制积，其中，所述中频带（ＺＦＢ）内的调制积相对于所述第一频带（ＦＢ↓［１］）内的调制积和所述第二频带（ＦＢ↓［２］）内的调制积而言有所减小，以及 一个滤波器（１），所述滤波器与所述功率半 导体开关相连，具有一个谐振带（Ｒ）、一个用于所述控制电路（４）所产生的基波的通带（Ｐ）和一个阻带（Ｄ），其中，所述谐振带（Ｒ）处于所述中频带（ＺＦＢ）范围内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.8 DE 102006042384.41. 一种变换器，包括两个以上的功率半导体开关，一个控制电路(4)，所述控制电路与所述功率半导体开关相连，以进行调制，通过所述调制在第一频带(FB1)内、第二频带(FB2)内以及所述第一频带(FB1)与所述第二频带(FB2)之间的中频带(ZFB)内产生调制积，其中，所述中频带(ZFB)内的调制积相对于所述第一频带(FB1)内的调制积和所述第二频带(FB2)内的调制积而言有所减小，以及一个滤波器(1)，所述滤波器与所述功率半导体开关相连，具有一个谐振带(R)、一个用于所述控制电路(4)所产生的基波的通带(P)和一个阻带(D)，其中，所述谐振带(R)处于所述中频带(ZFB)范围内。2. 根据权利要求1所述的变换器，其中，所述控制电路(4)用于产生 空间矢量调制和/或脉冲波形调制。3. 根据权利要求2所述的变换器，其中，所述控制电路(4)根据控制 因数(a)和/或基波频率(fcs)在空间矢量调制和脉冲波形调制之间进行转 换。4. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的变换器，其中，所述滤 波器(1)具有低通滤波器，特定而言具有二阶LC低通滤波器。5. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的变换器，且其 包括一个整流器(3)，包括一个与所述整流器(3)相连的中间电路，包括一个与所述中间电路和所述滤波器(1)相连的逆变器(2)，所述 逆变器具有所述功率半导体开关，其中，所述滤波器(1)具有两个以上的用于连接一个电机驱动装置(5)的接点。6. 根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗茨·鲍尔，克里斯托夫·布鲁诺特，克莱门斯·卡伦，汉斯·蒂施曼彻，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE
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