专利名称：管理电源的系统的制作方法
相关申请的交叉参考该申请要求于2004年9月14日提交的序列号为60/609,764(代理人档案号为2004P15695US)的待决的美国临时专利申请的优先权，并将该美国临时专利申请整体引入作为参考。
背景技术：
当在电路中切换电源装置时，会出现谐波畸变。例如，谐波畸变出现在给被包含在机器中的电动机供电的电路中。
与机器相关联的电气系统可以包括电动机控制以及其它的大功率电气系统(例如超出2MW)。特别地，机器可以包括主动前端(ActiveFront End)单元，这些主动前端单元还可被称为自换向整流器。在某些电气系统中，主动前端单元(AFE)可以将交流电(AC)变换成直流电(DC)。主动前端单元以预定的速率切换。这些电流的切换可能导致在给主动前端单元供电的交流电路中产生电流谐波。
常规的系统和方法能试图通过对交流总线上的电流进行滤波来抵制和/或校正谐波畸变。这些常规系统和方法可以包括大静态滤波器，这些静态滤波器可能相对昂贵且无效。常规系统可能占用了电路中过多的空间。另外，可以针对外部负载确定滤波器的尺寸。而且，当利用常规系统和方法时可能发生变压器相移。因此，公开了一种用于管理电源和/或抵制谐波畸变的系统和方法。
发明内容
某些示例性实施例可以包括适于管理电源的系统，诸如包括通过在给交流电动机供电的同时抵制谐波畸变来管理电源的系统。该系统可以包括适于被电耦合到直流(DC)总线的多个主动前端单元。多个主动前端单元中的每一个适于被电耦合到一个或者多个变压器中的一变压器的预定的个别绕组。多个主动前端单元中的每一个适于将交流电(AC)变换成直流电。多个主动前端单元中的每一个适于将交流电压整流成直流电压并将该直流电压供给直流总线。该直流总线适于被电耦合到适于给交流电动机供电的逆变器。
参考随附的示例性附图，通过下面对某些示例性实施例的详细描述，多种可能的实施例将变得更容易理解，其中；图1是机器1000的示例性实施例的侧视图；图2是机器电气系统2000的示例性实施例的方框图；图3是系统3000的示例性实施例的示意图；图4是方法4000的示例性实施例的流程图；以及图5是信息装置5000的示例性实施例的方框图。
定义当在这里实质上使用下列术语时，应用随附的定义一-至少一个。
主动前端单元-自换向的、主功控制的线路变换器；适于将交流电变换成直流电的自换向的进给/再生反馈单元。
动作-行动、行为、步骤和/或过程或其部分。
适于-使适合或者适配于特定的应用或者情形。
交流电(AC)-以规律的间隔在电路中倒转方向的电流。
设备-用于特定目的的器具或者装置。
应用-投入使用。
与…相关联-涉及。
异步电动机-由电力供电的旋转装置，其中电源的三相之间的相位差在该装置中产生旋转的电磁场。该装置包括转子和定子。通过电磁感应，旋转磁场在定子绕组中感应电流，该定子绕组反过来建立平衡磁场，该平衡磁场使得转子在磁场旋转的方向上转动。转子比由电源产生的旋转磁场更慢地旋转。
自动地-以实质不受用户影响或者控制的方式通过信息装置来执行。
低于-小于。
总线-适于传输电能的导电体。
计算-通过数学和/或逻辑规则来确定。
能-至少在一些实施例中是能够。
变化-使得出现差异。
最接近的-最近的。
通信-交换信息。
以通信方式耦合-以有助于通信的方式链接。
比较-为了表明至少两项之间的相似性或者不同而检查。
包括-包含但不局限于。
控制-指引、运用对其的影响。
变换-改变数据-个别的信息条，通常以特殊的或者预定的方式被格式化和/或被组织来表达概念。
定义-建立其轮廓、形式或者结构。
检测-感知或者察觉。
确定-决定。
进行确定-进行决定。
装置-机器、制造和/或其集合。
直流电(DC)-不交变的电流。
直接地-没有任何介入的。
个别的-与其它可区别。
拉铲挖掘机-在表面采掘中用来去除覆盖层(岩石和土壤层)的大型挖掘机。通常的拉铲挖掘机将钢索悬挂的铲斗投掷相当大的距离，通过在地面上用第二钢索(或者链条)朝着自己拖动(拖曳)铲斗来聚集所采掘的材料，举起铲斗并将材料倾倒在废土堆上、送料斗中和/或土堆上。
驱动-传输电源的手段。
占空比-系统在执行功能中实际使用的时间部分；直流电压基本上非零的时间的百分比。
电动机-电力供电的给予运动的装置。
电的-与电有关的。
电耦合-以适于传输电能的方式连接。
通电的-供给有电流的。
事件-发生的事情。
执行-运行计算机程序或者指令。
场激励器-适于启动同步电动机的装置。
找到-确定。
固定的-在时间周期上基本上不改变。
固定的速率-出现的频率随着时间基本上不改变。
谐波畸变-对于交流电源信号，高于和/或低于基波电流频率的所有谐波频率的电源的总和与基被电流频率的电源的比率。
起重机-包括适于至少垂直地移动拉铲挖掘机的铲斗的电动机的系统。
识别-确定。
单独地-个别的实体的或者涉及个别实体。
电感器-适于通过变化的磁通量在电路中感应电流的装置。
信息-已经被组织来表达概念的数据。通常能使包括信息的管理、组织、转换和/或呈现的某些任务自动化。
信息装置-能够处理信息的任何装置，诸如任何通用和/或专用计算机，诸如个人计算机、工作站、服务器、微型计算机、大型机、超级计算机、计算机终端、膝上型电脑、可穿戴计算机、和/或个人数字助理(PDA)、移动终端、蓝牙装置、通信装置、“智能”电话(诸如Treo状装置)、消息型业务(例如黑莓(Blackberry))接收器、寻呼机、传真、蜂窝式电话、传统电话、用电话传送的装置、已编程的微处理器或者微控制器和/或外围集成电路元件、ASIC或者其它集成电路、诸如离散元件电路的硬件电子逻辑电路、和/或诸如PLD、PLA、FPGA或者PAL的可编程逻辑装置，等等。通常，可以使用任何装置作为信息装置，在该装置上存在能够实现这里所述的方法、结构和/或图形用户接口的至少一部分的有限状态机。信息装置可以包括公知的部件，这些公知的部件诸如一个或者多个网络接口、一个或者多个处理器、一个或者多个包含指令的存储器、和/或一个或者多个输入/输出(I/O)装置、一个或者多个被耦合到I/O装置的用户接口，等等。
输入/输出(I/O)装置-任何面向感观的输入和/或输出装置，诸如面向声音的装置、面向视觉的装置、面向触觉的装置、面向嗅觉的装置和/或面向味觉的装置，例如包括监控器、显示器、投影仪、顶置式显示器、键盘、小键盘、鼠标、跟踪球、操纵杆、游戏键盘、轮子、触感衰减器、触摸面板、指示装置、麦克风、扬声器、摄影机、照相机、扫描仪、打印机、触觉装置、振动器、触觉模拟器和/或触觉垫，可能包括I/O装置可以附到或者连接到的端口。
指令-适于执行特定操作或者功能的指导。
绝缘栅双极晶体管(IGBT)-功率半导体装置，其具有和双极晶体管相同的操作，但是具有场效应型栅极，使得施加栅极-发射极电压以使得它导通，而不需要注入电流。当栅极-发射极电压非常低时，该装置关断。通信通常比与双极晶体管通信更快，并通常比与MOSFET通信稍慢一些。
逆变器-将直流电源变换成交流电源或者将交流电源变换成直流电源的装置。
机器可读介质-机器可以从其获得数据和/或信息的物理结构。例子包括存储器、穿孔卡片等等。
进行管理-进行控制。
手动地-基本上没有信息装置的帮助。
可以-在至少一些实施例中被允许。
测量-通过以物理方式感测来表征。
测量结果-变量的值，该值通过手动和/或自动观察来确定。
存储装置-能够存储模拟或者数字信息(诸如指令和/或数据)的设备。例子包括非易失性存储器、易失性存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、磁介质、硬盘、软盘、磁带、光介质、光盘、紧致磁盘(CD)、数字通用磁盘(DVD)和/或磁盘阵列等等。诸如根据这里公开的实施例，存储装置可被耦合到处理器和/或可以存储适于由处理器执行的指令。
方法-用于完成某事的过程、程序和/或相关动作的集合。
开采-在可以从中提取材料的土地中的挖掘。
网络-可以通信方式耦合的多个节点。
网络接口-能够将信息装置耦合到网络的任何装置、系统或者子系统。例如，网络接口可以是电话、蜂窝式电话、蜂窝式调制解调器、电话数据调制解调器、传真调制解调器、无线收发器、以太网卡、电缆调制解调器、数字用户线路接口、桥、集线器、路由器或者其它类似装置。
获得-取得、得到、接收、计算和/或确定。
运行的-在使用中。
操作者-能够控制机器的实体。
进行优化-进行改进。
参数-所读出的、所测量的和/或所计算的值。
相位角-表达交流电流与交流电压之间的相位关系的角度。
多个-多个的和/或不止一个的状态。
功率-能量和/或工作的量度。
电源事件-影响电压和/或电流变化的功率。
预定的-预先建立的。
预定的阈值-预先建立的标准。
预设的-预先建立的。
处理器-用于执行一项或者多项预定任务的装置和/或机器可读指令组。处理器可以包括硬件、固件和/或软件中的任何一个或者其组合。处理器可以利用机械的、气动的、水力的、电气的、磁性的、光学的、信息的、化学的和/或生物学原理、信号和/或输入来执行任务(多个任务)。在某些实施例中，处理器可以通过操纵、分析、修改、转换、传输供可执行程序和/或信息装置使用的信息、和/或将该信息发送给输出装置来对信息起作用。处理器可以起到中央处理单元、本地控制器、远程控制器、并行控制器和/或分布式控制器等的作用。除非另有说明，处理器可以是通用装置，诸如微控制器和/或微处理器(如由加利福尼亚州的圣克拉拉的Intel公司制造的奔腾IV系列的微处理器)。在某些实施例中，处理器可以是专用装置，诸如专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)，其已经被设计成在其硬件或者固件中实现这里所公开的至少一部分实施例。
提供-供给。
范围-变化的数量或者程度。
速率-出现的频率。
无功交流电源-不适于执行工作的交流电流的矢量部分和/或无功部分的量度。
有关的-与…相关联的。
剩余的-在当前循环中没被激活的。
被再现的-对于人来说可察觉的。例如，可以再现数据、命令、文本、图形、音频、视频、动画和/或超级链接等等。再现可以是通过任何视觉和/或音频装置，诸如经由显示器、监控器、电子纸、眼睛植入物、扬声器和/或耳蜗植入物等等。
抵制-抵抗和/或反抗动作、结果和/或力。
响应-对于影响和/或冲击的反应。
旋转-围绕中心或者轴转动的行为或者过程。
保存-将数据保留在存储装置中。
次级绕组-被包含在变压器中的金属线圈，适于接收由通过被包含在变压器中的初级绕组传导的交流电流所感应的所传输的能量。
独立的-个别的。
顺序的-按时间出现的。
服务器-通过网络为其它所连接的信息装置提供某些业务的信息装置和/或软件。
组-相关的多个。
交错角-用于接通主动前端单元的时期之间的相位角。
启动-开始。
进行启动-从固定位置开始旋转。
升高-变化一增量。
存储-通常在存储器中放置、保持和/或保留数据。
被存储的-被放置、被保持和/或被保留在存储器中。
随后的-按时间出现的。
子集-被包含在较大集合中的集合。
基本上-很大范围或者程度上。
子系统-被包含在较大系统中的系统。
供给-使得可以利用。
切换-导通和/或关断。
同步电动机-具有直接与运行它的交变电流电源的频率成比例的速度的电动机。
系统-机制、装置、数据和/或指令的集合，该集合被设计来执行一种或者多种特定功能。
变压器-适于将电能从一个电路转换到另一个电路的装置。变压器可以包括一对多匝绕组、感应耦合的金属线圈，这些金属线圈随着电压、电流、相位和/或其它电特性的变化实现这种转换。
用户-与信息装置连接的人。
用户接口-用于向用户再现信息和/或请求来自用户的信息的任何装置。用户接口包括文本元素、图形元素、音频元素、视频元素、动画元素和/或触觉元素中的至少一种。例如可以通过打印机、监控器、显示器、投影仪等等提供文本元素。例如可以通过监控器、显示器、投影仪和/或可见指示装置(诸如光、标记、信标(beacon))等等提供图形元素。例如可以通过扬声器、麦克风和/或其它生成声音和/或接收声音的装置提供音频元素。例如可以通过监控器、显示器、投影仪和/或其它可视装置提供视频元素或者动画元素。例如可以通过极低频的扬声器、振动器、触觉刺激器、触觉垫、模拟器、键盘、小键盘、鼠标、跟踪球、操纵杆、游戏键盘、轮子、触感衰减器、触摸面板、指示装置和/或其它触觉装置等等提供触觉元素。用户接口可以包括一个或者多个文本元素，诸如一个或者多个字母、数字、符号等等。用户接口可以包括一个或者多个图形元素，诸如图像、照片、图画、图标、窗口、标题栏、面板、表格、图表、绘图器(drawer)、原模(matrix)、制表、形式、日历、概视图、框架、对话框、静态文本、文本框、列表、挑选列表、弹出列表、下拉列表、菜单、工具栏、缩回(dock)、复选框、单选按钮、超级链接、浏览器、按钮、控制器、调色板、预览板、彩色转盘、转盘、滑块、滚动条、光标、状态栏、分档器和/或发展指标等等。可以使用文本元素和/或图形元素对外观、背景颜色、背景式样、边界式样、边界厚度、前景色、字体、字体式样、字体大小、对准、行间距、缩进、最大数据长度、确认、询问、光标类型、指针类型、自动尺寸监控、位置和/或尺寸等等进行选择、编程、调节、改变、详细说明等等。用户接口可以包括一个或者多个音频元素，诸如音量控制、音调控制、速度控制、声音选择器、和/或用于控制音频播放、速度、暂停、快进、快退等等的一个或多个元素。用户接口可以包括一个或者多个视频元素，诸如控制视频播放、速度、暂停、快进、快退、放大、缩小、旋转和/或倾斜等等的元素。用户接口可以包括一个或者多个动画元素，诸如控制动画播放、暂停、快进、快退、放大、缩小、旋转、倾斜、颜色、亮度、速度、频率、外观等等的元素。用户接口可以包括一个或者多个触觉元素，诸如利用触觉刺激、力、压力、振动、运动、位移、温度等等的元素。
值-所赋予的或者所计算的数字量。
可变的-可改变的。
电压-电势的幅度。
波-在介质中引起逐渐地从点到点的转换电能的扰动、变化和/或意外事件。
波形-电压和/或电流随着时间变化的轮廓、图形和/或可视模型。
绕组-金属丝的线圈。
在…之内-在里面。
具体实施例方式
某些示例性实施例可以包括包含适于被电耦合到直流(DC)总线的多个主动前端单元的系统。多个主动前端单元中的每一个可以适于被电耦合到多个变压器中的一变压器的独立绕组。多个主动前端单元中的每一个能适于将交流(AC)电压变换成直流电压。多个主动前端单元中的每一个能适于将该直流电压供给直流总线。该直流总线可以适于被电耦合到多个逆变器。
某些示例性实施例可以包括一种用于管理和/或抵制涉及给与机器相关联的交流电动机供电的谐波畸变的方法。该方法可以包括响应于电变量不在预定范围内的确定，自动切换被电耦合到直流总线的多个主动前端单元中的一主动前端单元，该主动前端单元适于在直流总线上施加直流电压，该主动前端单元以具有占空比的速率接通，该主动前端单元被电耦合到变压器绕组。
某些示例性实施例包括在诸如煤炭、铁、铜或者其它矿石或材料的提取的开采操作中所使用的挖掘机。挖掘机可以包括拉铲挖掘机、采掘电铲、斗轮式挖掘机、钻孔开采机和/或连续的开采机等等。挖掘机可以包括为旋转提供所支撑的平台的机器隔间(machinecompartment)。对于某些机器来说，机器隔间可以包括由电缆或者线路所支撑的吊杆(boom)，该吊杆可以通过从吊杆延伸到被安装在机器隔间顶部的台架(gantry)的挂钩(pendant)而以倾斜角被保持。某些机器可以包括铲斗，该铲斗可以通过被缠绕在机器隔间中的起重机卷筒上的起重机钢丝绳从吊杆悬挂。在某些示例性实施例中，可以通过起重机钢丝绳和拖拉钢丝绳的协调运动朝着拉铲挖掘机拖动铲斗。拖拉钢丝绳可被缠绕在包含在机器隔间中的卷筒上。机器隔间可以包括用于驱动起重机、拖动电动机、行进电动机和/或“摆动”电动机的驱动系统。这些电动机能适于控制挖掘、旋转机器隔间和/或移动特定的挖掘机。通过交变电流(AC)应用电源线可以获得运行挖掘机的电源。
图1是机器1000的示例性实施例的侧视图，该机器1000可以包括机器隔间1800。机器1000可以包括从机器隔间1800的下前方向上凸出的吊杆1600。可以借助于从吊杆1600延伸到台架1300的挂钩1550以倾斜角保持吊杆1600，该台架1300可被安装在机器隔间1800的顶部。铲斗1700可以通过起重机钢丝绳1500悬挂，该起重机钢丝绳1500可以越过滑轮1450并缠绕在起重机卷筒1100上。通过拖拉钢丝绳1650可以朝着拉铲挖掘机1000拖动铲斗1700，该拖拉钢丝绳1650可以越过吊杆底部销钉1400附近的引线孔1350并被缠绕在拖拉卷筒1200上。机器1000可被安装在行进鞋(walking shoe)或者行进机构1900上，该行进鞋或者行进机构1900能允许拉铲挖掘机从一处移动到另一处。
图2是机器电气系统2000的示例性实施例的方框图，该机器电气系统2000可以包括同步起重机电动机2100和/或同步拖动电动机2110。在某些示例性实施例中，起重机电动机2100和/或拖动电动机2110可以包括多个绕组段。带电的电路可以适于操作起重机电动机2100和拖动电动机2110中的每一个，以提供机器某些部分的运动。例如，起重机电动机2100适于为起重机提供原动力，诸如通过转动图1的起重机卷筒1100来提供原动力。拖动电动机2110可以适于诸如通过向图1的拖拉卷筒1200供电而为拖拉运动提供原动力。场激励器(诸如场激励器2360和场激励器2560)可以适于启动起重机电动机2100和起重机电动机2110中的每一个的旋转。
某些示例性实施例可以包括多个非操作(non-operating)异步三相电动机2120，其中的每一个可以包括单个绕组段。系统2000可以包括多个操作异步三相电动机2130、2140。电动机2120、2130、2140可以根据基于机器运动和挖掘周期的需要而循环地导通和关断。例如，多个异步电动机2120、2130、2140可以适于提供反向移动机器的原动力，诸如通过驱动图1的机器1000的行进机构1900来提供原动力。异步电动机2120、2130、2140可以适于向装置提供原动力，该装置适于向吊杆(诸如图1的机器1000的吊杆1600)提供摆动运动。
为了给电动机(诸如起重机电动机2100和/或拖动电动机2110)供电，多个电感器2380可以升高通过多个变压器2200、2240、2270的初级交流总线2150和多个次级交流总线2190所供给的交流电压。可以在多个电流互感器2390处测量与交流电压相关联的交流电，这些电流互感器2390适于测量总电流值、有功电流值和/或无功电流值。变压器2200、2240、2270中的每一个可以包括相应的初级绕组集合2210、2245、2275。变压器2200可以包括次级绕组2220、2230。变压器2240可以包括次级绕组2250、2260。变压器2270可以包括次级绕组2280、2290。次级绕组2220、2230、2250、2260、2280、2290中的每一个可被电耦合到多条直流总线2320、2420、2520、2620。通过变压器2200、2240、2270所提供的交流电压可以通过多个主动前端单元2300、2400、2500、2600来管理和/或调整，以向相应的直流总线2320、2420、2520、2620提供一个或者多个预定直流电压。
在某些示例性实施例中，对于诸如直流总线2320的特定直流总线，多个电耦合的主动前端单元2300中的每一个可以从被包含在多个变压器2200、2240、2270中的预定的个别次级绕组接收交流电压。当交流电压低于直流总线2320的直流电压循环时，从预定的个别次级绕组接收交流电压可能阻碍与直流总线2320相关联的直流电流流到变压器2200、2240、2270。
当确定与多个直流总线2320、2420、2520、2620中的任一个相关联的测量结果不在相应的预定范围之内时，一个或者多个相对应的主动前端单元2300、2400、2500、2600可以向至少一条直流总线2320、2420、2520、2620施加电压和/或可以从至少一条直流总线2320、2420、2520、2620去除电源。例如，当电动机2100、2110、2120、2130、2140运行以产生电源时，主动前端单元可以动作，以通过变压器2200、2240、2270将交流电源馈送到交流总线2150。
直流总线2320、2420、2520、2620可被电耦合到直流斩波器。例如直流斩波器2560可被电耦合到直流总线2500。直流斩波器2560响应于直流电压超过预定阈值的确定能适于降低与直流总线2500相关联的直流电压。
主动前端单元切换能以一速率进行，以调整与直流总线2320、2420、2520、2620相关联的直流电压值。多个主动前端单元2300、2400、2500、2600中的每一个能以预定的频率和/或可变的占空比接通和关断，接通和关断中的任一个都可以基于与交流总线2150和/或直流总线2320、2420、2520相关联的电压和/或电流值和/或波形。在某些示例性实施例中，预定频率和/或可变占空比可以基于线路VAR的已编程的需要。在某些示例性实施例中，预定频率和可变占空比可以基于多个主动前端单元和电包含在系统2000中和/或电耦合到系统2000的装置的负载。多个主动前端单元2300、2400、2500、2600可以适于提供对系统2000中的负载变化相对快速的响应。在某些示例性实施例中，多个主动前端单元2300、2400、2500、2600能以与交流总线2150相关联的线路频率的7.5倍的速率响应系统2000中的负载变化。例如，对于60Hz的线路频率，多个主动前端单元2300、2400、2500、2600能在一秒的第1/450响应系统2000中的负载变化。
多个主动前端单元2300、2400、2500、2600中的每一个可以适于以固定的电压电平将交流电压变换成直流电压。被传输到直流总线2320、2420、2520、2620的直流电压可以通过多个逆变器2340、2440、2540、2640被变换成可变交流频率。可变交流频率可以适于驱动交流电动机和改变交流电动机的速度和/或扭矩。
可以通过对于每条直流总线利用多个主动前端单元来管理和/或抵制与交流总线2150相关联的谐波畸变。电耦合到个别的预定变压器绕组(诸如次级绕组2220、2240、2270)的多个主动前端单元2300、2400、2500、2600可以将交流总线2150和与切换多个主动前端单元2300、2400、2500、2600相关联的反馈隔离开。某些示例性实施例可以包括主动前端单元的“最小因数”。例如，在系统2000中，十八个主动前端单元可以与起重机电动机2100和拖动电动机2110相关联。
管理和/或抵制谐波畸变可以导致从变压器2200、2240、2270所散发的热量更少、变压器2200、2240、2270的K因数更大和/或某些采掘机的变压器2200、2240、2270更少。在某些示例性实施例中，如与只包括被电耦合到每条直流总线的单个主动前端单元的系统相比，可以增加变压器的尺寸。
在某些示例性实施例中，多个逆变器2340、2440、2540、2640可被电耦合到相应的直流总线2320、2420、2520、2620。多个逆变器2340、2440、2540、2640中的每一个都能接收直流电压并将直流电压变换成具有预定和/或能选择地可变的频率的交流电压。
同步电动机(诸如起重机电动机2100和拖动电动机2110)可以是三相电动机并且可以包括每绕组三段。异步电动机(诸如多个异步电动机2120、2130、2140)可以是三相电动机并且可以包括每绕组一段。异步电动机2120、2130、2140可以适于接收包括可变频率和可变电压的交流电。
在本发明的示例性实施例中，用于管理和/或抵制谐波畸变的方法可以包括通过交错角交错多个主动前端单元2300、2400、2500、2600中的至少一个主动前端单元的定时，该交错角可以通过用操作和/或电耦合到直流总线2320、2420、2520、2620的主动前端单元的数量除360度周期来确定。
通过用包含在系统2000中的操作主动前端单元的总数量除360度可以确定叠加的交错角。例如，如果起重机电动机2100正在运行，但是多个异步电动机2120、2130、2140中没有一个正在运行，则给起重机电动机2100供电的被耦合到总线2320、2420、2520的主动前端单元可以相对于至少一个其它耦合的主动前端单元基于20度的交错角(＝360度÷18个AFE)来切换。如果起重机电动机2100和拖动电动机2110中没有一个正在运行，则针对被耦合到多个异步电动机2120、2130、2140的多个主动前端单元2600中的至少一个的交错角相对于多个主动前端单元2600中的至少另一个可以是60度(＝360度÷6个AFE)。如果起重机电动机2100和拖动电动机2110中的至少一个正在运行，并且多个异步电动机2120、2130、2140中的至少一个正在运行，则可以将多个主动前端单元2300、2400、2500、2600中的至少一个多个主动前端单元的交错角以15度(＝360度÷24个操作AFE)的叠加的交错角切换。
图3是系统3000的示例性实施例的示意图，该系统3000可以包括交流电3100的电源。电压传感器3650可以适于测量交流电3100的交流电压，诸如在交流总线上、在电压互感器的初级侧上和/或在电压互感器的次级侧上进行测量。通过电流互感器3200可以测量从交流电3100的电源流出的交流电，该电流互感器3200可位于电压互感器的初级侧上和/或电压互感器的次级侧上。系统3000可以包括电感器3300，该电感器3300能适于升高被馈送给晶体管3400、3500的交流电压，这些晶体管3400、3500可以是诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT(集成门极换向晶体管)和/或IEGT(注入增强栅晶体管)工艺等等的电源切换装置。
晶体管3400、3500可以适于整流交流电压，以向直流总线3600提供直流电压。传感器3675可以适于测量变量的值，诸如测量与直流总线3600相关联的电压或者电流的值。电流互感器3200、电压传感器3650和/或传感器3675可以通信方式被耦合到信息装置3700。信息装置3700可以适于响应于来自电流互感器3200、电压传感器3650和/或传感器3675的信号而切换晶体管3400、3500。例如，响应于由传感器3675检测到的电压值低于预定阈值，可以接通晶体管3400、3500。信息装置3700可以响应于所提供的、所获得的、所计算的和/或所确定的总电流值、有功电流值和/或无功电流值、电压值(诸如由电压传感器3650所测量的电压)、和/或电气值(诸如由传感器3675所测量的电压和/或电流)来改变晶体管3400、3500的占空比。
信息装置3700可以通过网络1900以通信方式被耦合到多个信息装置。网络1900可以是以下网络，该网络是公用网、专用网、电路交换网络、分组交换网络、无连接网络、虚拟网、无线电网、电话网、POTS网、非POTS网、PSTN网、非PSTN网、蜂窝式网络、电缆网、DSL网、人造卫星网、微波网、双绞线网、IEEE 802.03网、以太网、令牌环网、局域网、广域网、IP网、互联网、内部网、无线网、超宽频带(UWB)网、Wi-Fi网、蓝牙网、机场网、IEEE 802.11网、IEEE 802.11a网、IEEE 802.11b网、IEEE 802.11g网、X-10网和/或电源网络等等和/或其任何等效物。可以给信息装置3700提供指令，以通过以通信方式被耦合到网络3900的信息装置切换晶体管3400、3500。
图4是方法4000的示例性实施例的流程图。在动作4100，可以接收关于在以通信方式被耦合到与机器相关联的直流总线的多个主动前端单元的下游所测量和/或所确定的电信息的信息。例如，可以从一个或者多个测量装置接收关于直流总线电压、直流总线电流、逆变器、交流总线电压、交流总线有功电流、交流电动机和/或交流总电流、交流有功电流和/或交流无功电流的信息。
在动作4200，可以做出关于下游电信息的至少一个值并不在预定范围内的确定。例如可以做出直流总线电压不在预定范围内的确定。
在动作4300，可以接收关于上游电路的信息。例如，可以在馈给至少一个变压器初级绕组的交流总线处进行电压和/或电流测量，和/或直接涉及被电耦合到变压器次级绕组的多条交流总线中的一条或者多条的电压或者电流测量。
在动作4400，可以确定与主动前端单元相关联的固定速率。在某些示例性实施例中，可以基于交错角确定固定速率。通过用在机器上运行和/或与机器相关联的主动前端单元的数目除360度周期能确定交错角。可以预设交错角，以管理期望和/或被测试通过直流总线上的预定电源事件所引起的预先计算的交流谐波畸变。
在动作4500，可以确定与主动前端相关联的可变占空比。在某些示例性实施例中，可以确定与多个主动前端单元相关联的多个可变占空比。例如，可以基于直流总线电压值确定多个可变占空比中的每个可变占空比。多个可变占空比中的每个可变占空比可以与预定的主动前端单元相关联。在某些示例性实施例中，多个可变占空比中的每个可变占空比在特定的时间间隔对于多个主动前端单元中的每一个都是相同的。在某些示例性实施例中，多个可变占空比中的每一个可变占空比在特定的时间间隔对于多个主动前端单元中的一个或多个可以是个别的。在某些示例性实施例中，可以改变多个可变占空比中的一个或者多个，以管理与交流电压和电流相关联的相位角。
在某些示例性实施例中，响应于与机器相关联的同步电动机和/或异步电动机正在启动或者正在停车的确定能确定多个可变占空比中的一个或者多个。例如，响应于与同步电动机相关联的场激励器正被通电的确定可以改变多个占空比中的至少一个。
在动作4600，可以将交流电压整流成直流电压。可以整流直流电压并通过多个主动前端单元中的一主动前端单元将该直流电压施加到直流总线。多个主动前端单元中的每一个可被电耦合到直流总线。该主动前端单元能以具有可变的占空比的固定速率被接通。该主动前端单元能被电耦合到变压器绕组，诸如被电耦合到预定的个别变压器绕组。将来自多个主动前端单元中的每一个的直流电压顺序地施加到直流总线，由此在预定时间周期期间切换多个主动前端单元中的每一个。对于自动确定的可变占空比来说，能以预定的固定速率切换多个主动前端单元中的每一个。
图5是信息装置5000的示例性实施例的方框图，该信息装置5000在某些可操作实施例中可以例如包括图3的信息装置3700。信息装置5000可以包括多个部件中的任何一个，诸如包括一个或者多个网络接口5100、一个或者多个处理器5200、包含指令5400的一个或者多个存储器5300、一个或者多个输入/输出(I/O)装置5500和/或被耦合到I/O装置5500的一个或者多个用户接口5600等等。
在某些示例性实施例中，通过一个或者多个用户接口5600(诸如图形用户接口)，用户可以观察涉及切换被电耦合到直流总线的多个主动前端单元的信息的再现。
通过阅读某些示例性实施例的上述详细描述和附图，其它的实施例对于本领域技术人员将变得更加显而易见。应当理解的是，多种变化、修改和附加实施例是可能的，并且因此所有这样的变化、修改和实施例都被认为是在本申请的精神和范围内。例如，不管本申请的任何部分的内容(例如标题、领域、背景技术、发明内容、摘要、附图等)，除非清楚地相反说明，诸如通过清楚的限定，没有必要将任何特别描述的或者说明的特性、功能、动作或者元素、任何特别动作序列或者元素的任何特定相互关系包含在这里的任何权利要求(或者要求其优先权的任何申请的任何权利要求)中。而且，可以重复任何动作、可以通过多个实体执行任何动作和/或可以复制任何元素。另外，可以排除任何动作或者元素、动作的顺序可以变化和/或元素的相互关系可以变化。因此，实际上，本说明和附图将被认为是说明性的而不是限制性的。而且，当在这里描述任何数量或者范围时，除非以其它方式清楚地陈述了，否则，这些数量和范围是近似的。当在这里描述任何范围时，除非以其它方式清楚地陈述了，否则那个范围包括其中的所有值和其中的所有子范围。在这种信息和这里所述的其它叙述与附图之间不存在冲突的程度上，已经在这里被并入作为参考的任何材料(例如美国专利、美国专利申请、书、论文等等)中的任何信息在这里仅仅只是引作参考。如果发生这种冲突，包括将使得这里的任何权利要求无效或者寻求对其的优先权的冲突，那么这样被引作参考的材料中的任何这种冲突信息尤其是在此不被引作参考。
权利要求
1.一种用于拉铲挖掘机中的电力传输系统，所述系统包括适于被电耦合到第一直流(DC)总线的多个第一主动前端单元，所述多个第一主动前端单元中的每一个适于被电耦合到变压器的多个绕组中的预定的个别绕组，所述多个第一主动前端单元中的每一个适于将交流电(AC)变换成直流电，所述多个第一主动前端单元中的每一个适于将直流电供给所述第一直流总线，所述第一直流总线适于被电耦合到多个第一逆变器，所述多个第一逆变器适于被电耦合到同步交流电动机；以及适于被电耦合到第二直流(DC)总线的多个第二主动前端单元，所述多个第二主动前端单元中的每一个适于被电耦合到变压器的多个绕组中的预定的个别绕组，所述多个第二主动前端单元中的每一个适于将交流电(AC)变换成直流电，所述多个第二主动前端单元中的每一个适于将直流电供给所述第二直流总线，所述第二直流总线适于被电耦合到多个第二逆变器，所述多个第二逆变器适于被电耦合到同步交流电动机。
2.如权利要求1所述的系统，还包括所述第一直流总线。
3.如权利要求1所述的系统，还包括所述第二直流总线。
4.如权利要求1所述的系统，还包括所述同步电动机。
5.如权利要求1所述的系统，还包括所述多个变压器。
6.如权利要求1所述的系统，还包括所述多个第一逆变器。
7.如权利要求1所述的系统，还包括所述多个第二逆变器。
8.如权利要求1所述的系统，还包括适于被电耦合到所述多个变压器中的至少一个的交流总线。
9.如权利要求1所述的系统，还包括适于被电耦合到所述同步电动机的多个第三逆变器，所述多个第三逆变器适于被电耦合到第三直流总线。
10.如权利要求1所述的系统，还包括适于被电耦合到所述同步电动机的多个第三逆变器，所述多个第三逆变器适于被电耦合到第三直流总线；以及适于被电耦合到第三直流(DC)总线的多个第三主动前端单元，所述多个第三主动前端单元中的每一个适于被电耦合到变压器的多个绕组中的预定的个别绕组，所述多个第三主动前端单元中的每一个适于将交流电(AC)变换成直流电，所述多个第三主动前端单元中的每一个适于将直流电供给所述第三直流总线，所述第三直流总线适于被电耦合到多个第三逆变器，所述多个第三逆变器适于被电耦合到同步交流电动机。
11.如权利要求1所述的系统，还包括适于驱动与拉铲挖掘机相关联的第二装置的异步电动机。
12.如权利要求1所述的系统，还包括适于驱动与拉铲挖掘机相关联的第二装置的异步电动机；以及被电耦合到所述异步电动机的多个第三逆变器，所述多个第三逆变器被电耦合到第三直流总线。
13.如权利要求1所述的系统，还包括多个电感器，所述多个电感器中的每一个被电耦合到所述多个第一主动前端单元中的独立的主动前端单元。
14.如权利要求1所述的系统，还包括多个电感器，所述多个电感器中的每一个被电耦合到所述多个第一主动前端单元中的独立的主动前端单元，每个电感器适于将第一交流电压升高到第二交流电压。
15.如权利要求1所述的系统，还包括适于被电耦合到所述第一直流总线的场激励器，所述场激励器适于启动所述同步电动机的旋转。
16.如权利要求1所述的系统，还包括适于检测所述第一直流总线上的直流电压的检测子系统。
17.如权利要求1所述的系统，还包括适于控制所述多个第一主动前端单元的切换的控制子系统。
18.如权利要求1所述的系统，还包括适于通过网络从信息装置接收关于所述多个第一主动前端单元的切换的指令的控制子系统。
19.用于抵制拉铲挖掘机中的谐波畸变的方法，所述方法包括将多个第一主动前端单元电耦合到第一直流(DC)总线，所述多个第一主动前端单元中的每一个适于被电耦合到变压器的多个绕组中的预定的个别绕组，所述多个第一主动前端单元中的每一个适于将交流电(AC)变换成直流电，所述多个第一主动前端单元中的每一个适于将直流电供给所述第一直流总线，所述第一直流总线适于被电耦合到多个第一逆变器，所述多个第一逆变器适于被电耦合到同步交流电动机；以及将多个第二主动前端单元电耦合到第二直流总线，所述多个第二主动前端单元中的每一个适于被电耦合到变压器的多个绕组中的预定的个别绕组，所述多个第二主动前端单元中的每一个适于将交流电(AC)变换成直流电，所述多个第二主动前端单元中的每一个适于将直流电供给所述第二直流总线，所述第二直流总线适于被电耦合到多个第二逆变器，所述多个第二逆变器适于被电耦合到同步交流电动机。
20.一种用于拉铲挖掘机中的电力传输系统，所述系统包括适于被电耦合到直流(DC)总线的多个主动前端单元，所述多个主动前端单元中的每一个适于被电耦合到变压器的多个绕组中的预定的个别绕组，所述多个主动前端单元中的每一个适于将交流电(AC)变换成直流电，所述多个主动前端单元中的每一个适于响应于第一直流总线上的电压值低于预定阈值的确定来自动地将直流电供给所述直流总线，所述多个主动前端单元中的每一个适于以具有单独地和自动预定的可变占空比的预定固定速率接通，第一主动前端单元被电耦合到第一变压器绕组，所述直流总线适于被电耦合到多个逆变器，所述多个逆变器适于被电耦合到异步交流电动机。
全文摘要
某些示例性实施例包括含有适于被电耦合到直流(DC)总线的多个主动前端单元。多个主动前端单元中的每一个能适于被电耦合到多个变压器中的一变压器的独立绕组。多个主动前端单元中的每一个能适于将交流(AC)电压变换成直流电压。多个主动前端单元中的每一个能适于将该直流电压供给直流总线。该直流总线能适于被电耦合到多个逆变器。
文档编号H02M7/48GK101057388SQ200580038797
公开日2007年10月17日 申请日期2005年9月14日 优先权日2004年9月14日
发明者K·福雷姆 申请人:西门子能量及自动化公司