用于基于电流源转换器的驱动器的动态制动的制作方法

专利名称：用于基于电流源转换器的驱动器的动态制动的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电功率转换，尤其涉及用于基于电流源转换器的驱动系统的 动态制动。
背景技术：
马达驱动器是将来自线路侧源的输入功率转换成不同形式以将受控驱动电流提 供给电马达绕组的电功率转换系统。电流源转换器(CSC)型驱动器典型地包括开关整 流器，该开关整流器将交流输入功率选择性地开关以产生供给到输出逆变器的直流链电 流，该输出逆变器产生用于以受控速度和扭矩来驱动马达负载的单相或多相交流输出电 流。在某些马达控制情形下，期望改变驱动电流以辅助减慢或停止(或者甚至倒转)马 达的旋转并且再生返回到源的功率，该技术一般被称作再生制动。对于CSC驱动器，固 有的再生制动能力引起在线路侧或输入源中的再生电流流动，这在某些情形下可能是不 期望或不可接受的，诸如发电机源等。因此，需要改进的制动技术，诸如用于CSC型马 达驱动器的动态制动。在本公开中，动态制动是指以热的形式驱散进入电阻器中的大部 分或全部再生能量的技术。

发明内容
现在概述本发明的各个方面以有助于对本发明的基本理解，其中此内容不是本 发明的宽泛综述，并且既不旨在识别本发明的特定元件，又不旨在描绘其范围。但是， 此内容的主要目的是在下文中提出的更详细的说明之前以简化的形式提出本发明的一些 概念。本公开提出电流源转换器(CSC)马达驱动器和操作技术，其中在动态制动操作期 间通过制动电阻器连接信号的脉宽调制将直流链电流调节到由输出逆变器设置的水平， 以维持马达扭矩和速度的控制，同时减轻或防止线路侧再生电流。根据本公开的一方面，提供了 CSC马达驱动器，其包括有源整流器、带有直流 链扼流器的中间电路、驱动马达负载的逆变器、以及与整流器输出和中间电路耦合的动 态制动电路。开关控制系统以针对正常马达驱动操作的第一模式以及针对动态制动操作 的第二模式提供开关控制信号。在正常操作中，整流器根据由逆变器需要而设置的期望 值来控制提供给直流链的电流量。在第二模式中，通过选择性地控制一个或更多个制动 电阻器到直流链电路中的开关耦合而接合动态制动电路，例如，使用脉宽调制，以根据 逆变器要求调节直流链电流，同时使整流器去激活以将中间电路与输入源去耦合。通 过这种构架，制动扭矩的期望量能够由逆变器来维持，同时消耗制动电阻器中的制动功率，这样，即减轻发电机或其它线路侧源上的和直流链扼流器上的冲击/压力，同时在 动态制动期间防止或减缓返回到该线路的功率流。动态制动电路包括一个或更多个电阻 器以及操作以在动态制动期间以受控制方式将电阻器选择性连接到形成有中间直流电路 的电路中的一个或更多个开关器件。在某些实施例中，制动电阻器被耦合在跨接中间电路输入的分流电路支路中， 并且使分流支路被脉宽调制开关器件选择性地短路以控制直流链电流，同时使调节器失 活。在其它实施例中，在整流器输出与中间电路之间的一个或两个电路路径中耦合开关 器件和制动电阻器的并联组合，并且开关在动态制动期间被脉宽调制，以根据逆变器所 要求的电流量来调节直流链电流。一些实施例包括基于整流器、直流电路和/或逆变器 的感测状况提供至少一个反馈信号或值的反馈电路，并且模式控制部件根据反馈将开关 控制系统设置为第一模式或第二模式，例如以在马达速度和期望马达扭矩具有相反极性 时启动动态制动。在某些实施例中，此外，整流器继续在第二模式中操作以根据逆变器 要求来调节直流电流，并且动态制动控制在第一模式中旁路动态制动电阻器并且在第二 模式中将动态制动电阻器连接到直流电路中。根据本公开的其它方面，提供了一种用于操作电流源转换器马达驱动器的方 法。该方法包括驱动器的两种操作模式，其中第一模式包括对有源整流器提供整流器开 关控制信号以转换交流电输入功率，以对具有直流链电感器的中间直流电路提供直流电 流，还根据逆变器所要求的期望直流电流值来调节提供给中间直流电路的直流电流，并 且根据一个或更多个设定点对逆变器提供逆变器开关控制信号以转换来自中间直流电路 的直流电流，以对交流输出提供交流电功率。在第二操作模式中，该方法包括提供整 流器开关控制信号以使交流输入与直流电路断开以防止再生电流流到交流输入；将中间 直流电路和逆变器连接到串联电路中；根据至少一个设定点对逆变器提供逆变器开关控 制信号以转换来自中间直流电路的直流电流，以对交流输出提供交流电功率；以及根据 表示逆变器要求的期望直流电流值来调节提供给逆变器的直流电流。在某些实施例中，在第二模式中的直流电流调节包括对要选择性地使至少一个 电阻器耦合到串联电路中的串联电路的开关器件提供脉宽调制动态制动开关控制信号， 以根据期望直流电流值调节提供给逆变器的直流电流。此外，一些实施例包括感测整流 器、中间直流电路和逆变器中的至少一个的状况，并且根据所感测的状况设置马达驱动 模式，例如通过当检测的或感测的马达速度和期望马达扭矩具有相反极性时将马达驱动 器的操作模式设置成第二模式。


以下说明和附图详细地阐明本公开的某些说明性实现方式，其表明可以实施本 公开的各种原理的若干示例性方式。然而，所说明的示例并未穷举本公开的许多可能的 实施例。当结合附图考虑时，将在以下详细说明中阐明本公开的其它目的、优点和新颖 的特征，在附图中图1是根据本公开的一个或更多个方面示出示例性的基于电流源转换器(CSC) 的功率马达驱动器的示意图；图2是示出马达驱动器的实施例的示意图，其中动态制动电路包括在跨接中间电路输入的第一分流电路支路中的开关器件、在第二分流电路支路中的第二开关器件以 及制动电阻器，其中对第一开关进行脉宽调制以在动态制动模式中调节直流链电流；图3是示出马达驱动器的另一个实施例的示意图，其中第一开关器件并联跨接 在跨接中间电路输入的分流电路支路中的制动电阻器；图4是示出又一个马达驱动器的实施例的示意图，其中动态制动电路的上部和 下部电路路径单独包括并联连接的电阻器和开关器件电路；图5是示出具有在动态制动电路的上部电路路径中耦合的电阻器和开关器件的 实施例的示意图；以及图6是根据本公开的其它方面示出用于操作CSC马达驱动器的示例性方法的流 程图。
具体实施例方式现在参照附图，在下文中结合附图来描述若干实施例或实现方式，其中在所有 附图中用相同的附图标记表示相同的元件，其中不必按比例绘制各种特征。图1中示出 了系统100，其包括对马达驱动器110提供输入功率的示例性三相交流电压源111，马达 驱动器110转换输入功率以驱动耦合到转换器输出114的马达负载120。驱动器110是电 流源转换器(CSC)型，其输入112连接到交流电源111。虽然图示为具有三相输入112， 但是其它实施例可以提供单相交流输入或可以包括适于接收三个或更多个输入相的多相 输入。CSC驱动器110在输出端子114处提供可变频率、可变振幅单相或多相交流输出 功率，以驱动交流马达负载120，交流马达负载120在图示的示例中具有三相绕组。在 其它实施例中的输出114可以提供单相交流输出或可以具有任何数目的相。马达驱动器 110包括动态制动电路IlOc和具有直流链扼流器的中间直流电路150，该直流链扼流器具 有在输入整流器IlOa与输出逆变器IlOb之间耦合的上、下绕组WA和WB。在某些实施 例中，直流链可以是简单的直流链电感器或如在图示的示例中的共模扼流器。此外，图 示的驱动器110提供输入滤波，包括每个输入相中的电感器Li和在输入线A、B、C之间 耦合的输入滤波电容器Ci、以及输入中性节点。整流器IlOa是通过中间直流电路150而 与电流源逆变器(CSI) IlOb耦合的电流源整流器(CSR)，并且一个或更多个隔离部件(例 如变压器，未示出)可以可选地包括在驱动器110中。输出114经由线路U、V和W对 马达负载120提供输出电功率，并且输出114包括在负载120与输出中性节点之间耦合的 输出电容器Cm。有源整流器IlOa包括在输入112与直流电路150之间耦合的开关器件S1-S6，并 且根据由开关控制系统140的整流器控制部件144a提供的多个整流器开关控制信号142a 而操作。在正常操作模式中，交流输入功率被整流器开关S1-S6开关以在中间电路150 中产生中间直流总线电流Idc。逆变器IlOb包括与直流电路150和输出114耦合的开关 器件S7-S12，并且开关器件S7-S12根据来自开关控制系统140的逆变器控制部件144b的 相应的开关控制信号142b进行操作，以选择性地转换来自直流电路150的直流功率来提 供交流输出功率以驱动马达负载120。直流链扼流器或电感器连接CSR IlOa与CSI IlOb 的开关，并且在其间提供前向电流路径。链扼流器的前向或正向直流路径中的第一绕组 WA具有连接到上部CSR开关S1-S3的第一端Al以及与上部CSI开关S7-S9耦合的第二端A2，并且在负向或回流直流路径中的第二绕组WB具有耦合到下部CSR开关S4-S6 的第一端Bl以及耦合到下部CSI开关S10-S12的第二端B2。开关器件S1-S6和S7-S12 可以是以开环或闭环方式、根据任何适合的类型或形式的一个或多个开关方案而控制的 任何适合的可控电气开关类型(例如，IGCT、GTO、晶闸管、IGBT等)，这些开关方案 诸如相控制、脉宽调制等。在某些实施例中，逆变器IlOb的开关器件S7-S12是强迫换 向器件，其包括但并不限于SGCT、IGBT或GTO，并且整流器IlOa的开关器件S1-S6可 以是诸如上面所提到的强迫换向器件以及诸如晶闸管的线换向器件。在这一方面，通过 将额外的电路添加到其器件触发电路，晶闸管器件可以以强迫换向器件的形式用于逆变 器开关器件S7-S12。马达驱动器110还包括动态制动电路110c，动态制动电路IlOc可操作地耦合在 整流器Iioa的直流输出节点与直流电路150的第一和第二直流电流路径之间。动态制动 电路IlOc包括一个或更多个动态制动电阻器RDB以及一个或更多个动态制动开关器件 DBS,所述动态制动开关器件DBS根据来自控制器140的部件144c的相应动态制动开关 控制信号142c操作，以便将电阻器RDB选择性地连接到形成有直流电路150的电路中。 下面结合图2至图5图示并说明动态制动电路IlOc的若干不同的示例性实施例。电路 IlOc的动态制动开关器件DBS可以是由控制部件144c根据任何合适的类型或形式的一个 或多个开关方案进行控制的、任何适合的可控电气开关类型(例如，IGCT、GTO、晶闸 管、IGBT等)，这些开关方案诸如相控制、脉宽调制等。在某些实施例中，DBSl是强 迫换向器件并且DBS2可以是强迫换向的和/或是晶闸管。整流器110a、动态制动电路IlOc以及逆变器IlOb在开关控制系统140的控制 下操作，开关控制系统140包括一个或更多个处理器和相关联的存储器以及I/O电路，I/ O电路包括用于生成开关控制信号142以选择性地致动开关器件的驱动器电路，尽管也可 以采用分离的开关控制系统，例如，通过互连和信息共享来帮助整流器110a、动态制动 电路IlOc和逆变器IlOb的协调操作。驱动器110还包括反馈系统118，其可操作地与输 入112、整流器110a、直流电路150、逆变器IlOb以及输出114耦合。反馈系统118包 括操作来提供一个或更多个反馈信号和/或值118a的一个或更多个感测元件，反馈信号 和/或值118a表明输入112处、整流器110a、中间直流电路150、逆变器IlOb和/或输 出114处的电气状况。可以对开关控制系统140提供一个或更多个设定点或期望值141以 及来自反馈系统118的一个或更多个反馈信号或值118a,通过反馈系统118在正常操作中 并且在动态制动操作中实现一个或更多个闭环马达驱动控制目标。开关控制系统140及 其部件144可以是任何适合的硬件、处理器执行的软件、固件、逻辑或其组合，对它们 进行调整、配置、编程或操作以实现在此图示和描述的功能。 用于控制功能的反馈信号或值可以基于来自反馈系统118的信号和/或值118a、 测量的输入值(例如，线电压、电流等)以及其它信息、数据等，它们可以处于任何适合 的形式，诸如电信号、数字数据等，并且它们可以从任何适合的源接收，这些源诸如外 部网络、开关、与系统100相关联的用户接口，或其它适合的源。在图示的实施例中， 反馈电路118基于整流器110a、直流电路150以及逆变器IlOb中的至少一个的感测状况 (包括通过适当的转速表或其它传感器的测量的马达速度值)和/或感测的值对控制器 140提供一个或更多个反馈信号或值118a，控制器140可以根据该感测状况和感测的值确定马达速度、扭矩、电流和/或电压等。在这一方面，甚至针对不具有直接马达速度测 量传感器的系统，也可以由控制器140通过适合的马达模型、基于反馈信号或值118a而 内部地生成无传感器的马达速度反馈值。在图示的示例中，开关控制系统140包括模式控制部件144m，其操作以将开关 控制系统140设置成用于马达驱动器110的正常操作的第一模式或用于动态制动情形的 第二模式，其中示例性模式控制部件144m根据来自反馈电路118的至少一个反馈信号或 值118a来设置马达驱动器模式。特别地，在检测的或感测的马达速度和期望马达扭矩具 有相反极性，或有必要或期望使用电气控制技术经由逆变器IlOb减慢、停止或倒转马达 120的任何其它情形下时，图示的模式控制部件144m将开关控制系统140设置成第二模 式。这些实施例中的开关控制系统140包括逆变器控制部件144b，其根据一个或更多个 设定点141 (诸如期望马达速度、扭矩等)从而以在第一和第二模式提供逆变器开关控制 信号142b，以使逆变器IlOb选择性地转换来自直流电路150的直流电流，以对交流输出 114提供交流电功率。在正常操作(第一模式)中，控制器140的整流器控制部件144a提供整流器开 关控制信号142a以转换交流电输入功率，以根据表示逆变器IlOb要求的期望直流电流值 Idc *对直流电路150提供调节的直流电流Idc。在这样做时，整流器控制器144a可以 采用一个或更多个反馈信号或值118a，诸如表示实际直流电流Idc的来自整流器IlOa的 测量的直流电流值。在第一模式中，动态制动控制部件144c提供动态制动开关控制信号 142c以防止电流在电阻RDB中流动，因此，由整流器IlOa产生并调节的直流电流Idc经 由电路IlOc无阻碍流动到直流电路150，并且从直流电路150流动到逆变器110b。由整 流器IlOa提供的直流链电流因此提供用于逆变器IlOb进行转换的输入电流，其中，示例 性逆变器控制144b对整流器控制器144a提供作为设定点的期望直流链电流信号或值Idc *。以这种方式，整流器IlOa在第一模式中操作，以提供逆变器IlOb所要求的直流电 流，并且整流器控制器144a还可以实现其它控制功能，诸如功率因子校准，而逆变器控 制器144b执行驱动器110的必要的马达控制操作。在第二(动态制动)模式中，整流器控制部件144a提供整流器开关控制信号 142a以使交流输入112与直流输出断开，以防止再生电流流到交流输入112。在一个示 例中，整流器控制器144a设置信号142a，使得所有整流器开关S1_S6断开，由此将交流 输入源111与由于马达120处的动态制动情形而引起的任何再生电流流隔离。在另一个 示例中，可以接通一对或更多对整流器开关(例如，S1/S4、S2/S5和/或S3/S6)以提供 用于再生电流流动的电路路径，同时保持交流输入112与整流器IlOa的直流输出断开。 在动态制动模式中，此外，动态制动控制部件144c提供动态制动开关控制信号142c以将 动态制动电阻器RDB选择性地连接到形成有直流电路150的电路中，以根据表示逆变器 IlOb要求的期望直流电流值Idc*来调节提供给逆变器IlOb的直流电流Idc。这样，第二 模式保护发电机或其它交流输入源111免于再生电流的不利影响，同时允许逆变器IlOb 在动态制动期间控制马达120。图2中示出了一个实施例，其中动态制动电路IlOc包括将第一和第二整流器直 流输出节点耦合到中间直流电路150的第一和第二直流电流路径的第一和第二(例如，上 部和下部)串联电路路径161和162。第一分流电路支路171在第一与第二串联电路路径161和162之间延伸并且包括第一动态制动开关器件DBSl。第二分流电路支路172包 括在串联电路路径161和162之间彼此串联耦合的第二开关器件DBS2和动态制动电阻器 RDB。在第一(正常)模式中，动态制动控制部件144c提供动态制动开关控制信号142c 以断开第一和第二开关器件DBSl和DBS2，由此允许针对由逆变器IlOb使用整流器IlOa 所提供的调节电流进行控制的正常马达驱动操作的直流链电流Idc的自由流动。在第二模式中，整流器控制器144a停止整流器IlOa的有源整流以防止线路侧 再生，且动态制动控制器144c提供动态制动开关控制信号142c以接通第二开关器件 DBS2，以建立再生电流经由制动电路IlOc中的动态制动电阻器RDB、直流电路150和逆 变器IlOb流动的电路。为了调节该串联电路中的直流链电流流Idc的水平，动态制动控 制器144c提供脉宽调制(PWM)的动态制动开关控制信号142c，以根据由逆变器控制部 件144b所要求的期望直流电流值Idc *来交替接通和断开第一开关器件DBSl。在这一 方面，在一个实施例中的逆变器控制器144b既向整流器控制器144a(用于第一模式中的 调节)又向动态制动控制器144c(用于第二模式中的调节)提供期望链电流设定点信号或 值Idc *。可以使用任何适合的PWM技术来在控制器144c中将链电流Idc调节到期望值 Idc *。因为开关器件DBSl和DBS2在第一模式中断开，所以图2的实施例在正常操作 期间有利地避免动态制动电路IlOc中的功率损耗。在另一个可能的替代实施例中，通过 整流器控制器144a在第二模式中接通整流器开关S1/S4、S2/S5和/或S3/S6中的一对或 更多对，以提供用于再生电流流动的电路路径，同时阻止再生电流流到交流输入源111， 能够省略第一动态制动器件DBSl。图3中示出了另一个实施例，其中，第一动态制动开关器件并联跨接在跨接中 间电路输入的分流电路支路中的制动电阻器。如在图2的示例中，图3中的动态制动电 路IlOc包括将整流器直流输出节点耦合到中间电路150的直流电流路径的第一和第二串 联电路路径161和162。分流电路支路172在第一与第二串联电路路径161和162之间延 伸，并且包括与电阻器RDB并联耦合的第一开关器件DBSl以及与第一开关器件DBSl和 电阻器RDB的并联组合串联耦合的第二开关器件DBS2。在第一模式中，开关器件DBSl 和DBS2被保持为断开(非导电)，如在以上图2的实施例中。在第二模式中，制动控制 器144c提供信号142c以接通第二开关器件DBS2，并且提供PWM信号142c以交替接通 和断开第一开关器件DBS1，以根据表示逆变器144b要求的期望直流电流值Idc *来控制 直流电流Idc。在该实施例中，类似于以上图2的实施例，线路侧再生被完全阻止。图4示出马达驱动器110的另一个实施例，其中动态制动电路IlOc的上部和下部 电路路径161和162单独包括并联连接的电阻器和开关器件电路。在该示例中，第一开关 器件DBSl在串联电路路径161中与第一电阻器RDBl并联耦合，而第二开关器件DBS2 在第二串联电路路径162中与第二电阻器RDB2并联耦合。在正常操作中，动态制动控 制器144c提供开关控制信号142c以接通第一和第二开关器件DBSl和DBS2。在动态制 动模式中，控制器144c提供闭环PWM信号142c以接通和断开开关DBSl和DBS2，以 根据逆变器控制部件144b所要求的期望直流电流值Idc *来控制直流电流Idc。在一个 实现方式中，第三动态制动开关器件DBS3跨接在分流电路支路171中的整流器输出上， 并且该开关DBS3在第一模式中断开，并在第二模式中接通以在整流器IlOa被断开的同 时提供再生电流路径。在另一可能的实现方式中，省略DBS3并且整流器控制器144a在第二模式中接通整流器开关对S1/S4、S2/S5和/或S3/S6中的一对或更多对。然而， 图4的方法要求开关DBSl和DBS2在正常马达驱动器操作期间保持接通，并且因此这些 部件必须被确定尺寸为适应最大直流电流流水平。如图5所示，另一个实施例仅使用耦合在动态制动电路的上部电路路径161或下 部路径162中的一套动态制动电阻器和开关器件。在该示例中，在第一和第二串联电路 路径161或162之一中第一电阻器RDBl和第一开关器件DBSl并联耦合，并且动态制动 控制部件144c在第一模式中接通开关器件DBS1。在第二模式中，开关器件DBSl被控制 器144c脉宽调制，以根据由逆变器控制部件144b提供的期望直流电流值Idc *来调节直 流链电流Idc。在一个可能的实施例中，第三开关器件DBS3被耦合在串联电路路径161 与162之间(在第一模式期间断开、在动态制动模式期间接通)，并且可替代地，整流器 开关对S1/S4、S2/S5和/或S3/S6中的一对或更多对能够在第二模式中由整流器控制器 144a接通，以建立用于再生电流的路径，同时防止该电流流入源111。继续参照图4和图5，能够实现另一个控制选择，其中DBSl和DBS2(如果可 行)断开，并且其中不要求DBS3，整流器/逆变器IlOa操作管理在电阻器RDB与线路侧 之间的再生功率流。如果允许到线路侧的一些再生功率流，则这种操作模式是有用的。 在该实施例中，与正常操作模式类似，整流器IlOa控制直流链电流Idc，但是由于DBSl 和DBS2在动态制动期间仍为断开，直流链电流流经RDB以消耗功率。此外，依据平均 整流器侧直流链电压的极性和大小以及直流链电流Idc的大小，同样能够控制线路侧功率 流。图6是根据本公开的其它方面示出用于操作CSC马达驱动器的示例性方法200的 流程图。虽然下面以一系列动作或事件的形式图示和描述了方法200，但是将理解本公 开的各种方法并不受此动作或事件的说明性排序的限制，并且除了如下文特别提供的之 外，一些动作或事件能够以不同的顺序和/或与除这里图示和描述的动作或事件之外的 其它动作或事件同时发生。此外，可以不要求所有图示的步骤来根据本公开实现过程或 方法，并且可以组合一个或更多个这种动作。图示的方法可以在硬件、处理器执行的软 件、可编程逻辑、等等、或其组合中实现，以便提供在此描述的马达驱动器控制和动态 制动功能，并且还可以应用在任何基于电流源转换器的马达驱动器中，如在上面示出和 描述的示例性驱动器110的开关控制系统140中，其中本公开并不局限于具体图示的和描 述的应用和实施例。过程200在202开始，反馈系统118和控制器140感测和/或确定整流器110a、 中间直流电路150和逆变器IlOb中的一个或更多个的状况。在204做出关于感测的马达 状况是否指示动态制动状况的确定，例如，当检测的或感测的马达速度和期望马达扭矩 具有相反极性时。如果这样(在204为是)，则该过程进行到如下所述的210-216。如 果马达状况未指示动态制动情形(在204为否)，则控制器140在第一(正常)模式中进 行，整流器控制器144a在206对有源整流器IlOa提供整流器开关控制信号142a以转换 交流电输入功率，以对中间提供直流电流Idc并且根据表示逆变器IlOb要求的期望直流 电流值Idc *来调节电流Idc。在208，逆变器控制部件144b根据至少一个设定点141对 逆变器IlOb提供逆变器开关控制信号142b以转换调节的直流电流，以对交流输出114提 供交流电功率，其后该过程返回到202、204以继续监视用于检测动态制动状况的马达状况。一旦动态制动状况被确定(在204为是)，则该过程继续到在210的第二操作模 式(动态制动模式)，动态制动控制器144c在210提供信号142c，以将中间直流电路150 和逆变器IlOb连接到串联电路中。在212，整流器控制器144a提供整流器开关控制信号 142a,以便使交流输入112与直流电路断开以防止再生电流流到交流输入112，并且逆变 器控制器144b在214继续，以提供逆变器开关控制信号142b以转换来自串联电路150的 直流电流，以根据设置点141对交流输出114提供交流电功率。在216，动态制动控制器 144c提供信号142c以选择性地连接串联电路中的一个或更多个RDB，以根据表示逆变器 要求的期望直流电流值Idc *来调节提供给逆变器IlOb的直流电流Idc。过程200然后 返回到202、204以再次存取用于检测动态制动状况的马达状况。以上示例仅说明了本发明的各方面的若干可能实施例，其中本领域的技术人员 通过阅读和理解本说明书和附图将会想到等效修改和/或改进。特别是关于由上述部件 (组件、器件、系统、电路等)执行的各种功能，除非另外指明，用于描述这些部件的术 语(包括提到的“装置”)旨在对应于执行所述部件的具体功能的任何部件(即，功能 上等效的)，诸如硬件、处理器执行的软件、或其组合，即使在结构上不等效于执行本发 明的图示的实现方式中的功能的所公开的结构。此外，虽然可能已关于几个实现方式中 的仅一个实现方式公开了本发明的具体特征，但是该特性可以与其它实现方式中的一个 或更多个其它特征而组合，这对于任何给定的或具体的应用可以是希望的和有利的。此 外，在术语“包含”、“含有”、“具有”、“有”、“带有”或其变型在详细说明书 中和/或在权利要求书中使用的范围内，该术语旨在以类似于术语“包括”的方式是包 括性的。
权利要求
1.一种电流源转换器马达驱动器(110)，包括有源整流器(110a)，其包括具有多个交流输入节点以接收交流电输入功率的交流输 入(112)、具有第一和第二直流输出节点的直流输出，以及包括在所述交流输入节点之一 与所述第一和第二直流输出节点之一之间单独耦合的多个整流器开关器件(S1-S6)的整 流器开关网络，所述整流器开关器件(S1-S6)能单独地操作以根据相应的整流器开关控 制信号(142a)选择性地将所述交流输入节点与所述相应的直流输出节点耦合；直流电路(150)，其包括具有耦合在相应的第一和第二直流电流路径中的第一和第二 绕组的直流链电感器(150)；动态制动电路(110c)，其在操作上耦合在所述直流输出节点与所述第一和第二直流 电流路径之间，所述动态制动电路(IlOc)包括至少一个电阻器(RDB)和至少一个开关器 件(DBS1、DBS2),所述至少一个开关器件能操作以根据相应的动态制动开关控制信号 (142c)选择性地将所述电阻器(RDB)连接到形成有所述直流电路(150)的电路中；逆变器(110b)，其包括具有用于对马达负载(120)供给交流电功率的多个交流输出 节点的交流输出、以及包括在所述直流电流路径之一与所述交流输出节点之一之间单独 耦合的多个逆变器开关器件(S7-S12)的逆变器开关网络，所述逆变器开关器件(S7-S12) 能单独操作以根据相应的逆变器开关控制信号(142b)选择性地将所述相应的直流电流路 径与所述相应的交流输出节点电气耦合；以及开关控制系统(140)，其能选择性地以针对正常马达驱动操作的第一模式和针对动态 制动操作的第二模式操作，所述开关控制系统(140)包括逆变器控制部件(144b)，其根据至少一个设定点(141)进行操作从而以所述第一和 第二模式提供所述逆变器开关控制信号(142b)，以使所述逆变器(IlOb)选择性地转换来 自所述直流电路(150)的直流电流，从而对所述交流输出(114)提供交流电功率，整流器控制部件(144a)，其进行操作从而以所述第一模式提供所述整流器开关控制 信号(142a)，以转换交流电输入功率，从而根据表示所述逆变器(IlOb的要求的期望直 流电流值(Idc * )对所述直流电路(150)提供调节的直接电流(Idc)，并且所述整流器控 制部件(144a)进行操作从而以所述第二模式提供所述整流器开关控制信号(142a)，以使 所述交流输入(112)与所述直流输出断开，以防止再生电流流动到所述交流输入(112)； 以及动态制动控制部件(144c)，其能进行操作从而以所述第一模式提供至少一个动态制 动开关控制信号(142c)，以防止电流在所述至少一个电阻器(RDB)中流动，且所述动态 制动控制部件(144c)能进行操作从而以所述第二模式提供至少一个动态制动开关控制信 号(142c)，以将所述至少一个电阻器(RDB)选择性地连接到形成有所述直流电路(150) 的电路中，从而根据所述期望的直流电流值(Idc * )调节提供给所述逆变器(IlOb)的所 述直流电流(Idc)。
2.根据权利要求1所述的马达驱动器(110)，还包括反馈电路(118)，所述反馈电路 (118)基于所述整流器(110a)、所述直流电路(150)以及所述逆变器(IlOb)中至少一个 的感测的状况提供至少一个反馈信号或值(118a)，其中，所述开关控制系统(140)还包 括模式控制部件(144m)，所述模式控制部件(144m)根据来自所述反馈电路(118)的至 少一个反馈信号或值(118a)进行操作以将所述开关控制系统(140)设置成所述第一模式或者所述第二模式。
3.根据权利要求2所述的马达驱动器(110)，其中，当检测的或感测的马达速度和期 望的马达扭矩具有相反极性时，所述模式控制部件(144m)进行操作以将所述开关控制系 统(140)设置成所述第二模式。
4.根据权利要求2所述的马达驱动器(110)，其中，所述动态制动电路(IlOc)包括 第一串联电路路径(161)，其将所述第一整流器直流输出节点耦合到所述直流电路(150) 的所述第一直流电流路径；第二串联电路路径(162)，其将所述第二整流器直流输出节 点耦合到所述直流电路(150)的所述第二直流电流路径；第一分流电路支路(171)，其包 括在所述第一与第二串联电路路径(161和162)之间耦合的第一开关器件(DBSl)；以及 第二分流电路支路(172)，其包括在所述第一与第二串联电路路径(161和162)之间彼此 串联耦合的第二开关器件(DBS2)以及所述电阻器(RDB)；并且其中，所述动态制动控制部件(144c)能以所述第一模式操作，从而提供动态制动开 关控制信号(142c)以将所述第一和第二开关器件(DBS1、DBS2)断开，并且所述动态制 动控制部件(144c)能以所述第二模式操作，从而提供动态制动开关控制信号(142c)以将 所述第二开关器件(DBS2)接通，并且提供脉宽调制动态制动开关控制信号(142c)来交 替接通和断开所述第一开关(DBSl)器件，以根据由所述逆变器控制部件(IlOb)要求的 所述期望直流电流值(Idc * )来控制提供给所述逆变器(IlOb)的所述直流电流(Idc)。
5.根据权利要求1所述的马达驱动器(110)，其中，所述动态制动电路(IlOc)包括 第一串联电路路径(161)，其将所述第一整流器直流输出节点耦合到所述直流电路(150) 的所述第一直流电流路径；第二串联电路路径(162)，其将所述第二整流器直流输出节 点耦合到所述直流电路(150)的所述第二直流电流路径；包括耦合在所述第一与第二串 联电路路径(161、162)之间的第一开关器件(DBSl)的第一分流电路支路(171)；以及 包括彼此串联地耦合在所述第一和第二串联电路路径(161、162)之间的第二开关器件 (DBS2)和所述电阻器(RDB)的第二分流电路支路(172)；并且其中，所述动态制动控制部件(144c)能以所述第一模式操作，从而提供动态制动开 关控制信号(142c)，以将所述第一和第二开关器件(DBS1、DBS2)断开，并且所述动态 制动控制部件(144c)能以所述第二模式操作，从而提供动态制动开关控制信号(142c)以 将所述第二开关器件(DBS2)接通，并且提供脉宽调制动态制动开关控制信号(142c)， 从而交替接通和断开所述第一开关器件(DBSl)，以根据表示所述逆变器(IlOb)要求的 所述期望直流电流值(Idc * )来控制提供给所述逆变器(IlOb)的所述直流电流(Idc)。
6.根据权利要求1所述的马达驱动器(110)，其中，所述动态制动电路(IlOc)包 括第一串联电路路径(161)，其将所述第一整流器直流输出节点耦合到所述直流电路 (150)的所述第一直流电流路径；第二串联电路路径(162)，其将所述第二整流器直流输 出节点耦合到所述直流电路(150)的所述第二直流电流路径；所述第一和第二串联电路 路径(161、162)之间的分流电路支路(172)，所述分流电路支路(172)包括与所述电阻器 (RDB)并联耦合的第一开关器件(DBSl)以及与所述第一开关器件(DBSl)和所述电阻器 (RDB)的并联组合串联耦合的第二开关器件(DBS2)；以及其中，所述动态制动控制部件(144c)能以所述第一模式操作，从而提供动态制动开 关控制信号(142c)，以将所述第一和第二开关器件(DBS1、DBS2)断开，并且所述动态制动控制部件(144c)能以所述第二模式操作，从而提供动态制动开关控制信号(142c)来 接通所述第二开关器件(DBS2)，并且提供脉宽调制的动态制动开关控制信号(142c)，从 而交替接通和断开所述第一开关器件(DBSl)，以根据表示所述逆变器(IlOb)要求的所 述期望直流电流值(Idc * )来控制提供给所述逆变器(IlOb)的所述直流电流(Idc)。
7.根据权利要求1所述的马达驱动器(110)，其中，所述动态制动电路(IlOc)包括 第一串联电路路径(161)，其将所述第一整流器直流输出节点耦合到所述直流电路(150) 的所述第一直流电流路径；第二串联电路路径(162)，其将所述第二整流器直流输出节 点耦合到所述直流电路(150)的所述第二直流电流路径；第一电阻器(RDBl)和第二电阻 器(RDB2)；以及第一和第二开关器件(DBS1、DBS2)，所述第一开关器件(DBSl)在所 述第一串联电路路径(161)中与所述第一电阻器(RDBl)并联耦合，且所述第二开关器件 (DBS2)在第二串联电路路径(162)中与所述第二电阻器(RDB2)并联耦合；以及其中，所述动态制动控制部件(144c)能以所述第一模式操作，从而提供动态制动开 关控制信号(142c)以将所述第一和第二开关器件(DBSl)接通，且所述动态制动控制部 件(144c)能以所述第二模式操作，从而提供脉宽调制动态制动开关控制信号(142c)，以 交替接通和断开所述第一和第二开关器件(DBSl)，以根据表示所述逆变器(IlOb)要求 的所述期望直流电流值(Idc * )来控制提供给所述逆变器(IlOb)的所述直流电流(Idc)。
8.根据权利要求1所述的马达驱动器(110)，其中，所述动态制动电路(IlOc)还包括 具有在所述第一与第二串联电路路径(161、162)之间耦合的第三开关器件(DBS3)的分 流电路支路(171)；并且其中，所述动态制动控制部件(144c能以所述第一模式操作，从 而提供动态制动开关控制信号(142c，以将所述第三开关器件(DBS3)断开，并且所述动 态制动控制部件能以所述第二模式操作，从而提供动态制动开关控制信号(142c)，以将 所述第三开关器件(DBS3)接通。
9.根据权利要求1所述的马达驱动器(110)，其中，所述动态制动电路(IlOc)包括 第一串联电路路径(161)，其将所述第一整流器直流输出节点耦合到所述直流电路(150) 的所述第一直流电流路径；第二串联电路路径(162)，其将所述第二整流器直流输出节 点耦合到所述直流电路(150)的所述第二直流电流路径；第一电阻器(RDB)和第一开关 器件(DBS1)，其与所述第一和第二串联电路路径(161、162)之一中的所述电阻器并联 耦合；以及其中，所述动态制动控制部件(144c)能以所述第一模式操作，从而提供动态制动开 关控制信号(142c)，以将所述第一开关器件(DBSl)接通，并且所述动态制动控制部件 (144c)能以所述第二模式操作，从而提供脉宽调制的动态制动开关控制信号(142c)，以 交替接通和断开所述第一开关器件(DBSl)，从而根据表示所述逆变器(IlOb)要求的所 述期望直流电流值(Idc * )来控制提供给所述逆变器(IlOb)的所述直流电流(Idc)。
10.—种用于操作电流源转换器马达驱动器(110)的方法，所述方法包括在所述马达驱动器的第一操作模式中对有源整流器(IlOa)提供整流器开关控制信号(142a)以转换交流电输入功率，从而 对具有直流链电感器(150)的中间直流电路(150)提供直流电流(Idc)；根据表示所述逆变器(IlOb)的要求的期望直流电流值(Idc * )来调节提供给所述中 间直流电路(150)的所述直流电流；以及根据至少一个设定点(141)对所述逆变器(IlOb)提供逆变器开关控制信号(142b)以 转换来自所述中间直流电路(150)的直流电流，从而对所述交流输出(114)提供交流电功 率；在所述马达驱动器的第二操作模式中将所述中间直流电路和所述逆变器连接到串联电路中；提供整流器开关控制信号(142a)以使所述交流输入(112)与所述直流电路断开，以 防止再生电流流动到所述交流输入(112)；根据所述至少一个设定点(141)对所述逆变器(IlOb)提供所述逆变器开关控制信号 (142b)以转换来自所述中间直流电路(150)的直流电流，从而对所述交流输出(114)提供 交流电功率；提供动态制动开关控制信号(142c)以选择性地连接所述串联电路中的至少一个电阻 器(RDB)，从而根据表示所述逆变器(IlOb)要求的所述期望直流电流值(Idc * )来调节 提供给所述逆变器(IlOb)的所述直流电流(Idc)。
全文摘要
本发明涉及用于基于电流源转换器的驱动器的动态制动。提出了基于电流源转换器(CSC)的马达驱动器以及控制技术，其中在动态制动操作期间通过制动电阻器连接信号的脉宽调制将直流链电流调节到由输出逆变器设置的水平，以维持对马达扭矩和速度的控制，同时减轻或阻止线路侧再生电流。
文档编号H02M5/44GK102013872SQ20101027756
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月3日 优先权日2009年9月4日
发明者南相宇, 古德拉图拉·埃斯玛埃利·里内, 程仲元, 马尼什·潘德 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司