功率转换系统与过电压保护和反向电动机速度控制的方法
【专利摘要】提出针对电动机驱动功率损失事件用于减轻过电压和限制反向电动机速度的装置和方法，其中，当电动机驱动功率损失时，在电动机驱动输出处启用第一功耗电路以限制被驱动的电动机负载的反向旋转，并且在电动机驱动功率恢复之后，直流总线电路中的第二功耗电路被用于减轻过电压。
【专利说明】功率转换系统与过电压保护和反向电动机速度控制的方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及功率控制技术,具体地涉及针对电动机驱动功率损失事件减轻电动机驱动过电压和限制电动机负载的反向旋转的方法以及功率转换系统。
【背景技术】
[0002]电动机驱动是用于通过转换接收的输入功率以将功率提供到被驱动的电动机的功率转换系统。而电动机负载可以被用于各种不同的应用。在井用潜水泵中，被驱动的泵电机被用于驱动通常从井中提取流体的螺杆泵或离心泵。在正常工作中，泵电机正向转动以将流体从井管中向上抽。如果相关联的电动机驱动损失功率，则泵电机将停止转动，并且先前抽取的流体将开始向下流回到井中，从而导致泵电机的转子反向旋转。如果电动机是用永磁体构造的，则泵电机的反向旋转产生反电势，该反电势可以导致能够损坏电动机和/或使电动机驱动中的组件(包括驱动逆变器的输入处的直流总线电容器)恶化的明显电压。螺杆型泵尤其可以在反向上加速到反电势产生大于电动机额定电压的明显电压这一点。此外，泵电机的反向旋转允许流体向下流回到井中，从而当稍后恢复功率时，对于损失功率之前所做的抽取工作必须重做。类似的情形发生在电动机驱动起重机中，其中，在功率损失事件期间，起重机电动机上的负载往往能够使电动机反向旋转。因此，需要一种用于保护电动机驱动和被驱动的电动机免于由过多反电势引起的损坏的、以及针对功率损失情形防止电动机达到高的反向速度的技术和装置。
【发明内容】
[0003]现在概括本公开的各个方面以便于基本理解本公开，其中，本概括不是本公开的广泛概述，并且不用于确定本公开的某些元素，也不用于界定本公开的范围。更确切地，本概括的主要目的是在下文给出更详细的描述之前以简化形式给出本公开的各种概念。公开了用于功率转换的技术、系统和装置，其中，通过在系统输入功率损失之后启用输出耗散电路来控制或限制反向电动机负载旋转，并且通过在恢复系统输入功率之后激活第二耗散电路来减轻直流总线过电压。本公开的概念可以被有利地用于泵电机的功率转换系统、电动机驱动的起重机系统、以及希望控制无动力的电动机反向旋转和减轻相关反电势的影响以保护功率转换系统和/或被驱动的电动机的其他应用。
[0004]根据本公开的一个或更多个方面，提供包括直流总线电路、逆变器和控制器的功率转换系统以及第一和第二功耗电路。该第一功耗电路与系统的交流输出I禹合，并且选择性地耦合两个或更多个交流输出端之间的一个或更多个电阻性负载，以耗散从被驱动的负载提供到系统的再生功率。该第二功耗电路可操作以选择性地耗散直流总线电路中的功率。在某些实施方式中，控制器响应系统输入功率的损失，以提供控制信号来激活第一功耗电路，从而耗散从负载提供到交流输出的功率。以这种方式，可以限制电动机反向旋转的速度，从而减少潜水泵和/或起重机应用中先前做的抽取工作或起重工作的量。控制器还可以响应于系统功率的损失选择性地禁止输出逆变器的操作。
[0005]在恢复输入功率之后，某些实施方式中的控制器使第一功耗电路不工作，重新开始逆变器的转换操作，并且激活第二功耗电路以选择性地耗散直流总线电路中的功率。通过该操作，可以避免或减轻直流总线过电压的潜在的不利影响，以保护直流总线电容及其他功率转换系统组件。系统的某些实施方式可以包括连接在逆变器和系统交流输出之间的输出滤波器，其中在滤波器之后第一功耗电路连接到两个或更多个交流输出端。在某些实施中，第一功耗电路包括整流器以及开关和电阻器，并且在某些实施方式中可以通过来自转换系统控制器的控制信号来激活开关，以选择性地跨过整流器的输出连接电阻器，从而耗散再生功率。在其他可能的实施中，可以使用接触器或其他类型的开关以跨过两个或更多个输出连接一个或更多个电阻器，从而耗散再生功率。此外，第一功耗电路可以是电动机驱动类型的功率转换器内部集成的，或者可以被分离地连接在功率转换系统中的电动机驱动交流输出和被驱动的负载之间。
[0006]根据本公开的另外方面，提供方法和具有计算机可执行指令的计算机可读介质，以针对电动机驱动功率损失事件减轻电动机驱动的过电压和限制电动机负载的反向旋转。所述方法涉及响应于电动机驱动系统输入功率的损失禁止电动机驱动输出逆变器的操作，并且选择性地将第一电阻性负载电路耦合到逆变器和电动机负载之间的两个或更多个交流节点，从而通过耗散从电动机负载提供到电动机驱动的功率来限制电动机负载的反向旋转。所述方法还包括选择性地禁止第一电阻性负载电路、以及选择性地启用逆变器操作以驱动电动机负载从而在电动机驱动系统的输入功率恢复之后重新开始正向旋转，以及选择性地连接第二电阻性负载以耗散电动机驱动直流总线电路中的功率。在某些实施中，第二电阻性负载此后被断开连接以重新开始正常的电动机驱动操作。在某些实施方式中，第一和第二电阻性负载的选择性操作涉及提供来自电动机驱动控制器的相关控制信号。此外，在某些实施中，在第一电阻性负载电路的连接之前，禁止电动机驱动输出逆变器的操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]以下描述和附图详细阐述了本公开的某些说明性实施，这些实施表示可以实现本公开的各种原理的若干个示例性方式。然而，说明的示例并不是穷举本公开的许多可能的实施方式。在结合附图考虑的情况下，下面的详细描述中将阐述本公开的其他目的、优点和新颖特征，其中:
[0008]图1是示出了用于驱动电动机负载的示例性功率转换系统的示意图，根据本公开的一个或更多个方面，包括根据来自电动机驱动控制器的控制信号来运转的第一和第二功耗电路；
[0009]图2是示出了连接在输出滤波器和升压变压器之间的示例性电动机缓冲器功耗电路的示意图，包括三相整流器、内部直流电容器、冷却风扇、由来自驱动控制器的信号控制的开关、以及用于图1的系统的某些实施方式中的再生功率的选择性耗散的负载电阻器；
[0010]图3是示出了第一功耗电路的另一实施方式的示意图，包括用于根据来自电动机驱动控制器的信号来选择性地将负载电阻器连接到系统的交流输出线的三相接触器；
[0011]图4是示出了针对图1的功率转换系统中的功率损失事件用于限制电动机负载反向旋转和减轻电动机驱动过电压的示例性处理的流程图；以及
[0012]图5是示出了图1的功率转换系统中的电动机驱动输入功率、直流总线电压、电动机速度以及各种控制信号和状态的图的波形图。
【具体实施方式】
[0013]现在参照附图，结合附图在下文中描述若干个实施方式或实施例，其中，在所有附图中，相同的附图标记用于表示相同的元素，其中，各种特征不一定按比例绘制。
[0014]图1示出了示例性功率系统2，功率系统2包括交流输入源4和具有交流输出11的电动机驱动10，交流输出11通过可选变压器8提供功率以驱动电动机负载6。电动机驱动10包括整流器12，整流器12可以是有源(例如，开关)整流器和/或可以是具有一个或更多个开关和/或二极管的无源整流器，其从源4接收三相交流输入功率，并且将直流总线电压提供到直流总线电路14以被输出逆变器20使用。直流总线电路14包括直流电容C，直流电容C可以是以任何适当的串联、并联和/或串/并联配置方式连接的多个电容器或单个电容器组件，以在上和下直流电路分支14A和14B之间分别提供电容。此外，正如下面进一步讨论的，直流总线缓冲器电路包括在总线电路14中，其具有在总线电路14的上和下直流电路分支14A和14B之间与负载电阻18串联连接的开关装置16。直流总线电路14在第一和第二直流输入端21处提供直流电压作为逆变器20的输入，通过使用根据来自电动机驱动控制器30的脉宽调制的开关控制信号29工作的逆变器开关装置22、23、24、25、26和27，逆变器选择性地将直流输入端21与交流输出28的三个交流输出端相连接。
[0015]可以使用任何合适的硬件、处理器执行的软件或固件、或它们的组合来实施控制器30,其中，控制器30的不例性实施方式包括一个或更多个处理兀件,如微处理器、微控制器、FPGA、DSP、可编程逻辑等，以及电子存储器、程序存储器和信号调节驱动器电路，处理元件被编程为或配置成产生适于操作逆变器20的开关装置的逆变器的开关控制信号29，以及执行其他电动机驱动操作任务以驱动负载。此外，计算机可读介质预期具有用于实施所述功率转换器的开关控制处理和技术的计算机可执行指令，计算机可执行指令可以作为程序指令存储在电子存储器中，电子存储器形成控制器30的一部分或有效地与控制器30相关联。控制器30还提供开关控制信号34以选择性地激活直流总线缓冲器开关16，并且接收包括表示直流总线电路14中电压的直流总线电压反馈信号36的一个或更多个反馈信号。
[0016]逆变器输出28被连接以直接地或通过一个或更多个中间电路最终驱动电动机负载6。在所不实施方式中，例如,输出滤波器38连接在逆变器输出28和电动机驱动交流输出11的交流输出端之间，并且外部升压变压器8连接在电动机驱动输出11和电动机负载6之间。在某些实施方式中，输出滤波器38可以是LC滤波器、LCL滤波器或任何其他适当形式的滤波器电路配置，并且输出滤波器38可以物理地与驱动10分开或可以集成在驱动10中。变压器8可以是所示的外部装置，或者在某些实施方式中可以集成在电动机驱动10中，并且变压器8可以具有任何适当的匝数比，如一个实施中的升压变压器。升压变压器在潜水泵应用中可以是有用的，在潜水泵应用中，希望将高电压信号提供到电动机负载6，以减轻沿变压器8和电动机负载6之间长电缆线路的I2R损失。升压变压器8还可以被用于匹配介质的输出或具有更高额定电压的电动机负载6的低电压电动机驱动10，或者在考虑跨长电缆线路的潜在高电压降的情况下匹配具有电动机6的驱动10。在其他实施方式中，可以省略变压器和/或输出滤波器38。
[0017]如图1所示，此外，系统包括输出或电动机缓冲器电路40，在本文中称为第一功耗电路或电动机缓冲器。在某些实施方式中，通过来自电动机驱动控制器30的控制信号32来激活或启用功耗电路40，然而独立于控制器30的操作来激活第一功耗电路40的其他实施也是可能的。同样，例如根据值36或直流总线电压反馈信号的水平，所示的控制器30提供控制信号34以激活直流总线缓冲器电路开关16以跨直流总线连接耗散电阻器18，然而独立于控制器30来激活直流总线缓冲器电路16、18的其他实施是可能的。此外，单个控制器30可以被用于提供控制信号32和34之一或两者，以及逆变器开关控制信号29，或者单独的控制器或电路可以被用于任何或所有信号29、32、34。
[0018]虽然图1的系统2从源4接收多相交流输入，并且提供多相交流输出以驱动电动机负载6，但是本公开的各种概念并不限于输入或输出上的三相实施，通过单相的逆变器输出驱动单相的电动机负载6或其他类型负载的其他实施方式是可能的，和/或具有多于三相的其他输出配置也是可能的。此外，虽然所示的电动机驱动10包括从源4接收交流输入功率的机载整流器12，但是功率转换系统接收直流功率作为输入的其他实施方式是可能的，其中可以省略机载整流器12。
[0019]第一功耗电路(电动机缓冲器)40可以是任何合适的电路，通过第一功耗电路40，一个或更多个电阻性负载组件可以被选择性地直接地或间接地连接到在逆变器输出28和电动机负载6之间传送功率的至少两个交流输出节点。在图1的实施中，例如，电动机缓冲器40连接到滤波器38和变压器8之间的三个输出线。在其他可能的实施中，缓冲器40可以连接在逆变器输出28和滤波器38之间，或者可以改为连接到变压器8的第二侧。如上所述，此外，在某些实施方式中，可以省略一个或更多个滤波器38和变压器8，而缓冲器40直接地或间接地连接到电动机驱动输出11。
[0020]图2中示出了电动机缓冲器40的一个可能实施，包括连接到三个交流输出线的三相无源整流器41，三相无源整流器41对输出功率进行整流以跨电容器42提供直流电压。晶体管或其他类型的开关装置44与负载电阻器45串联连接，与电容器42并联，并且二极管43的阳极与连结开关44和电阻器45的节点连接，阴极连接到有源直流节点。在该实施方式中，此外，可以包括风扇46例如以冷却滤波器38的电感器(图1)，虽然在某些实施方式中可以省略风扇46。此外，通过控制器30将控制信号32提供到晶体管44的基极，该实施方式提供电动机缓冲器40的外部激活或启用。不同类型的开关和控制被用于激活缓冲器40的其他实施方式是可能的，并且作为替选，电路40可以是自启用的，例如，使用名为“System and Method for Protecting a Motor Drive Unit from Motor Back EMF UnderFault Condit1ns”的Kasunich的美国专利号7，479, 756中所示的急剧短路电路,该专利转让给本公开的受让人，其全部内容通过引用结合到本文。
[0021]图3示出了电动机缓冲器40的另一可能的实施方式。在这种情况下，接触器47被用于选择性地将电阻器48直接连接到交流线，而控制器30提供控制信号32以激活接触器47。在该实施方式中，此外，接触器47优选地是通常关闭的(NC)，使得控制器30的功率损失将导致接触器47是关闭的，从而将电阻器48连接到功率转换器的输出线。因此，在正常工作中，控制器30可以发出给接触器线圈(未示出)供能的第一状态中的信号32，从而打开接触器47，然后在控制器30的有源操作下或由于控制器30损失功率，改变控制信号32的状态以关闭接触器47。在该实施中，此外，接触器47的关闭有效地将电阻器元件48连接在输出线之间，从而提供电阻性负载以耗散由连接的电动机负载6回向逆变器20(图1)再生的能量。
[0022]还参照图4和图5，图4示出了处理50，通过该处理50，可以减轻或避免电动机驱动过电压状态，并且可以限制或控制电动机负载6的反向旋转。如上所述，电动机缓冲器40的激活或启用进行工作，以选择性地将电阻性负载连接在被驱动的电动机6和逆变器20的输出之间。这在电动机驱动10损失输入功率(例如，交流供应4变为断开或不工作)的情况下尤其有利。在这样的情况下，其中，被驱动的电动机6被用于潜水泵送应用以从井中提取流体，例如，功率的损失可以导致电动机停止工作，然后由于流回井中的先前抽取的流体的压力而引起电动机反向旋转。本发明人已经认识到，提供使用电动机缓冲器40的负载对抑制电动机6的反向加速度起作用。因此，通过有效地减慢泵电机6，可以保持一定量的由泵电机6事先执行的工作。因此，一旦系统2恢复功率，许多情况下只需完成更少的重做。此外，电动机缓冲器40的连接还可以减轻反电势的量以及电动机6处和电动机驱动10中的相应的电压水平，从而保护这些组件免于潜在的过电压下降。
[0023]图4中的处理50示出了一个示例性方案，其中，控制器30和功耗电路16、18、40进行操作以控制电动机反向旋转速度且减轻电动机6处和电动机驱动10中的过电压状态。也参考图5的曲线图60、70、80和90中所示的各种信号和波形图。下面以一系列动作或事件的形式描述和示出处理50，然而本公开的各种方法不受限于所示的这样的动作或事件的顺序。在这方面，除了下文具体提供的，除了根据本公开在此描述和示出的，一些动作或事件可以以不同的顺序出现和/或与其他动作或事件同时发生。此外，不是需要所有所示的步骤来实施根据本公开的处理或方法，可以组合一个或更多个这样的动作。本公开的所示的方法50和其他方法可以被实施于硬件、处理器执行的软件或它们的组合，如在示例性控制器30中，且可以以存储在有形的非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行指令的形式来具体实施，计算机可读介质在一个示例中如与控制器130可操作地相关联的电子存储器。
[0024]在图4的51中，系统2的交流输入功率损失。功率的损失可以归因于任何原因，如以上图1中交流输入源4的故障或断开。图5示出了显示交流输入电压曲线62的曲线图60，其中，在所示的示例中，在时间Tl时损失功率，并且在时间T2之前到达零。在图4的52中，例如通过停止提供图1中的开关控制信号29，控制器30禁止逆变器20的开关操作。这在图5的曲线图90中由“启用IGBT”信号92中的低跃迁示出。如图5的曲线图70进一步所示，交流输入功率的损失开始总线电路14的直流电压的下降，其中，图5提供了显示直流总线电压波形72的曲线图70，直流总线电压波形72在时间Tl时开始下降，同时逆变器开关装置22-27继续工作。此后，在时间T2时，伴随着禁止IGBT开关(曲线图90中控制信号92是低的)，直流总线电压以缓慢速度下降。图5还提供了显示电动机速度曲线(RPM)82的曲线图80，电动机速度(在正向上)最初在稳定状态值，在Tl时中断功率之后下降。
[0025]控制器30在时间T2A时(图5)激活信号32以启用电动机缓冲器40 (图4中的53)，由此，电路40被置于第一模式以选择性地耦合两个或更多个交流输出端之间的至少一个电阻性负载，以开始耗散从负载60向电动机驱动10再生的功率。在上面图2的示例中，通过控制器30激活控制信号32接通了晶体管44，从而跨整流器41的直流输出连接电阻器45，以耗散由电动机6的减慢和反转提供的再生功率。在图3的基于接触器的电动机缓冲器40的情况下，提供控制信号32允许在控制器30的操作下以受控制的方式关闭接触器47。作为替选，如果控制器30停止工作，在没有控制器30进一步动作的情况下，接触器47中通常关闭的接触的使用将导致接触关闭以将负载电阻器48连接到交流输出节点。还值得注意的是，某些实施方式可以使用自启用的电动机缓冲器电路40，在这种情况下，不需要由控制器30提供控制信号32来响应于系统输入功率的损失启用电动机缓冲器40。
[0026]在控制器30提供控制信号32以启用电动机缓冲器40的实施方式中，此外，控制器可以禁止逆变器开关(图5中的信号92)，并且同时启用电动机缓冲器(通过信号32)，或者可以替选地在启用电动机缓冲器40之后禁止IGBT。然而，所示的示例(图5)在T2A启用电动机缓冲器40之前有利地在T2时禁止逆变器开关22-27的操作，并且在某些实施方式中，控制器30可以根据预定时间实施这些信号跃迁的定时。在其他可能的实施中，此外，根据一个或更多个系统工作状态，如测量的或估计的电动机速度(图5中的82)，测量的直流总线电压(通过上面图1中反馈信号36确定的图5中的总线电压72)等，控制器30可以门控制(gate)信号92、32的跃迁。正如图5的曲线图80中所看到的，此外，电动机速度从时间T2A开始持续减慢(在正向上)直到时间T2B，在T2B时电动机停止，并且最终反向(图中RPM〈0)。正如曲线图80中所看到的，此外，在T2A时激活电动机缓冲器40有利地减少了电动机速度82的反向加速度的大小，而在没有使用功耗电路40的情况下，反向上的曲线82的斜率将在较陡的比率下持续。因此，通过缓冲器40的操作来减弱反向电动机速度，从而有利地保存深井应用中先前抽取的流体的量，并且还减轻由电动机负载6的反向旋转产生的反电势的量。在这个方面，值得注意的是，系统2的非常长的功率中断确实可以导致损失给定井中先前抽取的所有流体，但是电动机负载6的反向旋转的调节或限制减轻了由电动机6再生的反电势水平，从而保护了电动机6和/或电动机驱动10及其组件。
[0027]在图4的54中，例如由于输入功率损失，控制器30 (MCB或主控制板)可以在图5的T3时停止正常工作(由主控制板运行信号94示出)。值得注意的是，输入功率停止的时间长度可以指示控制器30是否停止运行。
[0028]在图5的T4中，恢复交流输入功率(图4中的55)，正如曲线图60中看到的，交流电压62增加，直流总线电压72相应增加(曲线图70)。由于在这个点逆变器20保持不工作，并且电动机缓冲器40保持激活，反向电动机速度(图5中的82)如之前一样继续。在某一点(图5中的T4A)，主控制板(控制器30)开始运行(如图5中的信号94中的上升沿所示)，并且控制器30在T4B时通过信号32禁止电动机缓冲器(图4中的56)。此外，在图4的57中，控制器重新开始逆变器20的开关操作(图5中的T5)，并且通过控制信号34启用直流总线缓冲器电路16、18 (图4中的58)。正如图5中看到的，在与通过信号34激活直流总线缓冲器电路大致相同的时间，可以启用IGBT22-27，然而这不是本公开的概念的所有可能实施的严格要求。此外，虽然所示示例规定了在T5激活直流总线缓冲器16、18和逆变器20之前在T4B时禁止电动机缓冲器40，在各种实施中，可以同时采取这些动作或可以使用不同的时序。
[0029]在所示示例中，禁止电动机缓冲器40最初引起电动机反向旋转62增加(图5的RPM曲线82中加速度向下)，并且当在T5时重新开始逆变器20的开关操作时反转该趋势。此后，反转的电动机减慢并最终停止，并且随后开始正向旋转。正如图5中还看到的，此外，T5时重新开始IGBT操作增加了直流总线电压72，并且直流缓冲器16、18进行操作以减轻直流总线过电压的量，从而防止或减轻电动机驱动10的其他组件和直流总线电容C的下降。在图5中的T6，此外，禁止直流总线缓冲器电路16、18(图4中的59)，并且此后系统2重新开始正常工作。如上所述，在某些实施方式中，至少部分基于表示直流总线电压水平的值36或反馈信号，控制器30可以使用直流总线缓冲器16、18。例如，在一个实施中，基于第一阈值之上的直流总线电压的增加(图5中的72)，可以激活电路16、18。在某些实施方式中，此外，一旦直流总线电压72此后减小到相同或第二阈值之下，控制器30可以释放或去激活缓冲器电路16、18。在一个可能的实施中，此外，控制器30可以提供脉宽调制的控制信号34以关闭直流总线缓冲器开关16，例如，根据超过阈值的直流总线过电压的量来控制控制信号34的脉宽。在其他可能的实施中，直流总线电压缓冲器电路16、18的激活和禁止可以通过独立电路来实施，或可以在不使用来自控制器30的任何控制信号34的情况下自激活。
[0030]根据以上描述可知本公开涵盖了但是不限于如下技术方案:
[0031]1.一种功率转换系统(10)，包括:
[0032]交流输出(11)，其包括多个交流输出端；
[0033]直流总线电路(14)，其包括第一和第二直流总线节点(14A，14B)以及连接在所述第一和第二直流总线节点(14A，14B)之间的至少一个直流总线电容(C)；
[0034]逆变器(20)，其包括具有连接到所述第一和第二直流总线节点(14A，14B)的第一和第二直流输入节点的直流输入(21)、具有多个逆变器输出节点的逆变器输出(28)，以及独立耦合在所述直流输入节点之一和所述逆变器输出节点之一之间的多个逆变器开关装置(22-27)，所述逆变器开关装置(22-27)独立工作以根据相应的逆变器开关控制信号
(29)来选择性地将相应直流输入节点与相应逆变器输出节点电耦合；
[0035]至少一个控制器(30)，其进行操作以提供所述逆变器开关控制信号(29)，从而使所述逆变器(20)选择性地转换来自所述直流总线电路(14)的直流功率以将交流电功率提供到所述逆变器输出(28)；
[0036]第一功耗电路(40)，其与所述交流输出(11)耦合，并且所述第一功耗电路(40)以第一模式进行操作以选择性地耦合至少两个所述交流输出端之间的至少一个电阻性负载，以耗散从负载(6)提供到所述系统(10)的功率；以及
[0037]第二功耗电路(16，18)，其以第一模式进行操作以选择性地耗散所述直流总线电路(14)中的功率。
[0038]2.如方案I所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的损失进行操作以提供(53)第一控制信号(32)，从而将所述第一功耗电路
(40)置于所述第一模式，来耗散从所述负载(6)提供到所述交流输出(11)的功率。
[0039]3.如方案2所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的损失进行操作，以在将所述第一功耗电路(40)置于(53)所述第一模式中之前通过停止提供所述逆变器开关控制信号(29)来禁止(52)所述逆变器(20)的操作。
[0040]4.如方案3所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的恢复进行操作，从而:
[0041]使所述第一功耗电路(40)从所述第一模式退出(56)，以停止耗散从所述负载(6)提供到所述交流输出(11)的功率；以及
[0042]提供(58)第二控制信号(34)以将所述第二功耗电路(16，18)置于所述第一模式中，以选择性地耗散所述直流总线电路(14)中的功率。5.如方案4所述的功率转换系统
(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的恢复进行操作，以在使所述第一功耗电路(40)从所述第一模式退出(56)之后通过重新开始提供所述逆变器开关控制信号(29)来启用(57)所述逆变器(20)的操作。
[0043]6.如方案5所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)进行操作以禁止(59)所述第二功耗电路(16，18)，从而在启用(57)所述逆变器(20)的操作之后停止耗散所述直流总线电路(14)中的功率。7.如方案I所述的功率转换系统，还包括连接在逆变器输出和交流输出之间的输出滤波器，其中，所述第一功耗电路连接到交流输出的至少两个交流输出端。
[0044]8.如方案I所述的功率转换系统(10)，其中，所述第一功耗电路(40)包括:
[0045]整流器(41)，其耦合到所述交流输出(11)的至少两个交流输出端，并且进行操作以提供直流输出电压；
[0046]开关(44)；以及
[0047]至少一个电阻器(45)，其与所述开关(44)跨所述整流器(41)的直流输出电压以串联电路连接，从而在所述开关(44)接通时耗散从所述负载(6)提供到所述系统(10)的功率。
[0048]9.如方案8所述的功率转换系统，其中，所述第一功耗电路的开关由至少一个控制器控制。
[0049]10.如方案I所述的功率转换系统(10)，其中，所述第一功耗电路(40)包括:
[0050]至少一个开关(47)，其具有第二端和连接到所述交流输出(11)的交流输出端之一的第一端；以及
[0051]至少一个电阻器(48)，其具有连接到所述至少一个开关的第二端的第一端和耦合到所述交流输出端的另一端的第二端，以在所述至少一个开关(47)接通时耗散从所述负载(6)提供到所述系统(10)的功率。
[0052]11.如方案10所述的功率转换系统，其中，所述第一功耗电路的至少一个开关由至少一个控制器控制。
[0053]12.一种针对电动机驱动功率损失事件用于减轻电动机驱动过电压和限制电动机负载(6)的反向旋转的方法，所述方法(50)包括:
[0054]响应于电动机驱动系统输入功率的损失(51)，选择性地禁止(52)电动机驱动输出逆变器(20)的操作；
[0055]响应于所述电动机驱动系统输入功率的损失(51),选择性地将第一电阻性负载电路(40)耦合(53)到所述电动机驱动输出逆变器(20)和所述电动机负载(6)之间的至少两个交流节点(11)，以通过耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率来限制所述电动机负载(6)的反向旋转；
[0056]选择性地禁止(56)所述第一电阻性负载电路(40)，以在电动机驱动系统输入功率恢复(55)之后停止耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率；
[0057]在恢复(55)电动机驱动系统输入功率以驱动所述电动机负载(6)之后选择性地启用(57)所述电动机驱动输出逆变器(20)的操作，以重新开始正向旋转；
[0058]选择性地连接(58)第二电阻性负载(18)，以在恢复(55)电动机驱动系统输入功率之后耗散所述电动机驱动的直流总线电路(14)中的功率；以及
[0059]此后断开(59)所述第二电阻性负载(18)，以停止耗散所述直流总线电路(14)中的功率，以重新开始正常的电动机驱动操作。
[0060]13.如方案12所述的方法:
[0061]其中，响应于所述电动机驱动系统输入功率的损失，选择性地将所述第一电阻性负载电路耦合到所述至少两个交流节点包括将来自电动机驱动控制器的第一状态中的第一控制信号提供到所述第一电阻性负载电路的至少一个开关；以及
[0062]其中，选择性地禁止所述第一电阻性负载电路包括在电动机驱动系统输入功率恢复之后将来自电动机驱动控制器的第二状态中的第一控制信号提供到所述第一电阻性负载电路的至少一个开关。
[0063]14.如方案13所述的方法:
[0064]其中，选择性地连接第二电阻性负载以耗散所述电动机驱动的所述直流总线电路中的功率包括:在恢复电动机驱动系统输入功率之后将来自电动机驱动控制器的第一状态中的第二控制信号提供到所述直流总线电路中的开关；以及
[0065]其中，断开所述第二电阻性负载包括将来自电动机驱动控制器的第二状态中的第二控制信号提供到所述直流总线电路中的开关。
[0066]15.如方案14所述的方法，其中，在选择性地将所述第一电阻性负载电路连接到所述至少两个交流节点之前，禁止电动机驱动输出逆变器的操作。
[0067]16.如方案13所述的方法，其中，在选择性地将所述第一电阻性负载电路连接到所述至少两个交流节点之前，禁止所述电动机驱动输出逆变器的操作。
[0068]17.如方案12所述的方法:
[0069]其中，选择性地连接所述第二电阻性负载以耗散所述电动机驱动的所述直流总线电路中的功率包括:在恢复电动机驱动系统输入功率之后将来自电动机驱动控制器的第一状态中的第二控制信号提供到所述直流总线电路中的开关；以及
[0070]其中，断开所述第二电阻性负载包括将来自所述电动机驱动控制器的第二状态中的第二控制信号提供到所述直流总线电路中的开关。
[0071]18.如方案17所述的方法，其中，在选择性地将所述第一电阻性负载电路连接到所述至少两个交流节点之前，禁止所述电动机驱动输出逆变器的操作。
[0072]19.如方案12所述的方法，其中，在选择性地将所述第一电阻性负载电路连接到所述至少两个交流节点之前，禁止所述电动机驱动输出逆变器的操作。
[0073]20.一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令针对电动机驱动功率损失事件用于减轻电动机驱动过电压和限制电动机负载(6)反向旋转，所述计算机可读介质具有用于如下的计算机可执行指令:
[0074]响应于电动机驱动系统输入功率的损失(51)，选择性地禁止(52)电动机驱动输出逆变器(20)的操作；
[0075]响应于所述电动机驱动系统输入功率的损失(51),选择性地将第一电阻性负载电路(40)耦合(53)到所述电动机驱动输出逆变器(20)和所述电动机负载(6)之间的至少两个交流节点(11)，以通过耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率来限制所述电动机负载(6)的反向旋转；
[0076]选择性地禁止(56)所述第一电阻性负载电路(40)，以在恢复(55)电动机驱动系统输入功率之后停止耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率；
[0077]在恢复(55)电动机驱动系统输入功率以驱动所述电动机负载(6)之后选择性地启用(57)所述电动机驱动输出逆变器(20)的操作，以重新开始正向旋转；
[0078]选择性地连接(58)第二电阻性负载(18),以在恢复(55)电动机驱动系统输入功率之后耗散所述电动机驱动的直流总线电路(14)中的功率；以及
[0079]此后断开(59)所述第二电阻性负载(18)，以停止耗散所述直流总线电路(14)中的功率，以重新开始正常的电动机驱动操作。
[0080]上面的示例仅仅示出了本公开的各个方面的若干个可能的实施方式，其中，在阅读和理解本说明书和附图之后，本领域的其他技术人员将想到等价改变和/或修改。特别在由上述组件(部件、装置、系统、电路等)执行的各种功能方面，用于描述这些组件的术语(包括提到“装置”)用于对应于(除非另有所指)执行所述组件的特定功能(即功能上等价)的任何组件，如硬件、处理器执行的软件或它们的组合，尽管结构上不等价于执行本公开所示实施中功能的公开的结构。此外，虽然本公开的特定特征可能仅关于若干个实施的一个被公开，但是这样的特征可以与可能针对任何给定或特定应用是希望且有利的其他实施的一个或更多个其他特征相结合。此外，在术语“包括(including) ”、“包括(includes) ”、“具有(having) ”、“具有(has)”、“具有(with) ”或它们的变型用于【具体实施方式】和/或权利要求中这方面，这样的术语用于以类似于术语“包括(comprising) ”的方式是包括性的。
【权利要求】
1.一种功率转换系统(10)，包括: 交流输出(11)，其包括多个交流输出端； 直流总线电路(14)，其包括第一和第二直流总线节点(14A，14B)以及连接在所述第一和第二直流总线节点(14A，14B)之间的至少一个直流总线电容(C)； 逆变器(20)，其包括具有连接到所述第一和第二直流总线节点(14A，14B)的第一和第二直流输入节点的直流输入(21)、具有多个逆变器输出节点的逆变器输出(28)，以及独立耦合在所述直流输入节点之一和所述逆变器输出节点之一之间的多个逆变器开关装置(22-27)，所述逆变器开关装置(22-27)独立工作以根据相应的逆变器开关控制信号(29)来选择性地将相应直流输入节点与相应逆变器输出节点电耦合； 至少一个控制器(30)，其进行操作以提供所述逆变器开关控制信号(29)，从而使所述逆变器(20)选择性地转换来自所述直流总线电路(14)的直流功率以将交流电功率提供到所述逆变器输出(28)； 第一功耗电路(40),其与所述交流输出(11) I禹合,并且所述第一功耗电路(40)以第一模式进行操作以选择性地耦合至少两个所述交流输出端之间的至少一个电阻性负载，以耗散从负载(6)提供到所述系统(10)的功率；以及 第二功耗电路(16，18)，其以第一模式进行操作以选择性地耗散所述直流总线电路(14)中的功率。
2.如权利要求1所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的损失进行操作以提供(53)第一控制信号(32)，从而将所述第一功耗电路(40)置于所述第一模式，来耗散从所述负载(6)提供到所述交流输出(11)的功率。
3.如权利要求2所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的损失进行操作，以在将所述第一功耗电路(40)置于(53)所述第一模式中之前通过停止提供所述逆变器开关控制信号(29)来禁止(52)所述逆变器(20)的操作。
4.如权利要求3所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的恢复进行操作，从而: 使所述第一功耗电路(40)从所述第一模式退出(56),以停止耗散从所述负载(6)提供到所述交流输出(11)的功率；以及 提供(58)第二控制信号(34)以将所述第二功耗电路(16，18)置于所述第一模式中，以选择性地耗散所述直流总线电路(14)中的功率。
5.如权利要求4所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)响应于系统输入功率的恢复进行操作，以在使所述第一功耗电路(40)从所述第一模式退出(56)之后通过重新开始提供所述逆变器开关控制信号(29)来启用(57)所述逆变器(20)的操作。
6.如权利要求5所述的功率转换系统(10)，其中，所述至少一个控制器(30)进行操作以禁止(59)所述第二功耗电路(16，18)，从而在启用(57)所述逆变器(20)的操作之后停止耗散所述直流总线电路(14)中的功率。
7.如权利要求1所述的功率转换系统(10)，其中，所述第一功耗电路(40)包括: 整流器(41)，其耦合到所述交流输出(11)的至少两个交流输出端，并且进行操作以提供直流输出电压； 开关(44);以及 至少一个电阻器(45)，其与所述开关(44)跨所述整流器(41)的直流输出电压以串联电路连接，从而在所述开关(44)接通时耗散从所述负载(6)提供到所述系统(10)的功率。
8.如权利要求1所述的功率转换系统(10)，其中，所述第一功耗电路(40)包括: 至少一个开关(47)，其具有第二端和连接到所述交流输出(11)的交流输出端之一的第一端；以及 至少一个电阻器(48)，其具有连接到所述至少一个开关的第二端的第一端和耦合到所述交流输出端的另一端的第二端，以在所述至少一个开关(47)接通时耗散从所述负载(6)提供到所述系统(10)的功率。
9.一种针对电动机驱动功率损失事件用于减轻电动机驱动过电压和限制电动机负载(6)的反向旋转的方法，所述方法(50)包括: 响应于电动机驱动系统输入功率的损失(51)，选择性地禁止(52)电动机驱动输出逆变器(20)的操作； 响应于所述电动机驱动系统输入功率的损失(51),选择性地将第一电阻性负载电路(40)耦合(53)到所述电动机驱动输出逆变器(20)和所述电动机负载(6)之间的至少两个交流节点(11)，以通过耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率来限制所述电动机负载(6)的反向旋转； 选择性地禁止(56)所述第一电阻性负载电路(40)，以在电动机驱动系统输入功率恢复(55)之后停止耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率； 在恢复(55)电动机驱动系统输入功率以驱动所述电动机负载(6)之后选择性地启用(57)所述电动机驱动输出逆变器(20)的操作，以重新开始正向旋转； 选择性地连接(58)第二电阻性负载(18)，以在恢复(55)电动机驱动系统输入功率之后耗散所述电动机驱动的直流总线电路(14)中的功率；以及 此后断开(59)所述第二电阻性负载(18)，以停止耗散所述直流总线电路(14)中的功率，以重新开始正常的电动机驱动操作。
10.一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令针对电动机驱动功率损失事件用于减轻电动机驱动过电压和限制电动机负载(6)反向旋转，所述计算机可读介质具有用于如下的计算机可执行指令: 响应于电动机驱动系统输入功率的损失(51)，选择性地禁止(52)电动机驱动输出逆变器(20)的操作； 响应于所述电动机驱动系统输入功率的损失(51),选择性地将第一电阻性负载电路(40)耦合(53)到所述电动机驱动输出逆变器(20)和所述电动机负载(6)之间的至少两个交流节点(11)，以通过耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率来限制所述电动机负载(6)的反向旋转； 选择性地禁止(56)所述第一电阻性负载电路(40),以在恢复(55)电动机驱动系统输入功率之后停止耗散从所述电动机负载(6)提供到所述电动机驱动的功率； 在恢复(55)电动机驱动系统输入功率以驱动所述电动机负载(6)之后选择性地启用(57)所述电动机驱动输出逆变器(20)的操作，以重新开始正向旋转； 选择性地连接(58)第二电阻性负载(18)，以在恢复(55)电动机驱动系统输入功率之后耗散所述电动机驱动的直流总线电路(14)中的功率；以及 此后断开(59)所述第二电阻性负载(18)，以停止耗散所述直流总线电路(14)中的功率，以重新开始正常的电动机驱动操作。
【文档编号】H02H7/09GK104242785SQ201410260736
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2013年6月12日
【发明者】罗伯特·J·布雷茨曼, 谢苗·罗亚克, 约翰·M·卡苏尼希 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司