双三相电机和具有可忽略共模噪声的驱动的制作方法

本文公开的主题总体上涉及电梯领域，并且更具体来说涉及电梯电力系统。
背景技术：
：如曳引电梯系统、液压电梯系统和自推进电梯系统的电梯系统基于应用(例如高层建筑)可使用电力系统来在电梯井(shaft)内推进轿厢。目前，电力系统可使用电力电子逆变器(例如像可变速度交流驱动(AC)电动机驱动)来改善电力系统的性能。然而，电力系统中电力电子装置的切换包括固有电磁干扰(EMI)问题。一般来说，EMI噪声可被分成两个主要群组：差模(DM)噪声和共模(CM)噪声。DM噪声在相位间传导。CM噪声与所有相位一起传导通过寄生电容器至地面。CM噪声对于电动机驱动来说具有严重问题，因为CM噪声增加了在电动机驱动中的EMI并破坏电动机轴承和绕组绝缘。遗憾的是，在某些应用中，如添加CM滤波器来衰减CM噪声的解决方案由于每一CM滤波器的显著重量代价而不可行。技术实现要素：根据一个实施方案，提供一种电力电子系统。电力电子系统可包括：电力电子转换器，其被配置为动力驱动并被配置来提供脉宽调制；和双三相电机，其包括六相绕组，所述六相绕组被分成第一绕组群和第二绕组群，所述绕组群被配置来引起跨至少两个绕组群的零共模脉宽调制。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群中的每一绕组可对应于第二绕组群的绕组。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群中的每一绕组可与第二绕组群的绕组同相。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群和第二绕组群可形成三相120°相移机。在以上实施方案中或在替代方案中，电力电子系统还可包括：第一中性连接，其连接第一绕组群；以及第二中性连接，其连接第二绕组群，其中第一中性连接与第二中性连接分离。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群和第二绕组群可物理地分布在电力电子系统的定子的两个分段中。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群和第二绕组群可具有用于每一绕组对的相同反电磁力。在以上实施方案中或在替代方案中，电力电子系统还可包括共模电容器，所述共模电容器介于共用中性连接与地面之间。在以上实施方案中或在替代方案中，电力电子转换器可以是并联逆变器，所述并联逆变器包括连接至第一绕组群的第一逆变器和连接至第二绕组群的第二逆变器。在以上实施方案中或在替代方案中，电力电子系统可包括在无缆绳电梯系统中。根据一个实施方案，提供一种用于控制双三相电动机驱动的方法。所述方法包括：通过双三相电动机的速度控制器产生参考电流；通过双三相电动机的电流控制器基于参考电流产生参考电压；通过双三相电动机的零共模脉宽调制模块产生两组脉宽调制信号；将两组脉 宽调制信号提供至双三相电动机的并联逆变器；以及通过两组脉宽调制信号由并联逆变器驱动双三相电动机的第一绕组群和第二绕组群。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群中的每一绕组可对应于第二绕组群的绕组。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群中的每一绕组可与第二绕组群的绕组同相。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群和第二绕组群可形成三相120°相移机。在以上实施方案中或在替代方案中，所述方法还可包括：通过第一中性连接而连接第一绕组群中的每一绕组；以及通过第二中性连接而连接第二绕组群中的每一绕组，其中第一中性连接与第二中性连接分离。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群和第二绕组群可物理地分布在双三相电动机的定子的两个分段中。在以上实施方案中或在替代方案中，第一绕组群和第二绕组群可具有用于每一绕组对的相同反电磁力。在以上实施方案中或在替代方案中，并联逆变器可包括连接至第一绕组群的第一逆变器和连接至第二绕组群的第二逆变器。在以上实施方案中或在替代方案中，双三相电动机可包括在无缆绳电梯系统中。通过本公开的技术实现另外的特征和优点。在本文中详细描述本公开的其他实施方案和方面。为了更好地理解本公开和其优点与特征，参考描述和附图。附图说明前述和其他特征以及优点从结合附图进行的以下详细描述中显而易见，在附图中：图1描绘根据实施方案的多轿厢电梯系统；图2示出根据实施方案的具有双绕组机的三相并联逆变器；图3示出根据实施方案的用于双三相电机的绕组构造；图4示出根据实施方案的双三相电机中的绕组位移；图5示出根据实施方案的具有逆变器的双三相电机；图6示出根据实施方案的关于单独反电磁力(EMF)和共用反EMF的逆变器驱动双三相电机的等效电路；图7示出根据实施方案的双三相电动机驱动的控制器结构；图8示出根据实施方案的用于零共模并联逆变器的电压矢量；并且图9示出根据实施方案的在扇区中(以扇区1来作为实例)的电压矢量组合。具体实施方式一般说来，本文中的实施方案涉及一种关于电力电子逆变器(例如并联逆变器)的双三相电机，用于在电动机中减少或消除共码(CM)。此外，通过将双三相电机直接耦合至并联逆变器，消除了对耦合电感器的任何需求。这种双三相电机可用于电梯系统(例如曳引电梯系统、液压电梯系统和自推进电梯系统)。在一个实施方案中，双三相电机用于无缆绳电梯系统的电力系统，所述无缆绳电梯系统也称为自推进电梯系统。例如，无缆绳电梯系统的线性电动机系统可使用电力电子逆变器(例如像可变速度交流 驱动(AC)电动机驱动)来改善线性电动机系统的性能。图1描绘示例性实施方案中的多轿厢无缆绳电梯系统10。电梯系统10包括井道11，所述井道具有多个通道13、15和17。虽然在图1中示出三个通道，但应理解，实施方案可与具有任何数量通道的多轿厢无缆绳电梯系统一起使用。在每一通道13、15、17中，轿厢14在一个方向上行进，即，在向上或向下方向上行进，或在多个方向上行进。例如，在图1中，通道13和15中的轿厢14向上行进，而通道17中的轿厢14向下行进。一个或多个轿厢14可在单通道13、15和17中行进。在顶部楼层上方的是上部传送站30以将水平运动赋予电梯轿厢14以便在通道13、15与17之间移动电梯轿厢14。应理解，上部传送站30可位于顶部楼层处，而不是顶部楼层的上方。在第一楼层下方的是下部传送站32以将水平运动赋予电梯轿厢14以便在通道13、15与17之间移动电梯轿厢14。应理解，下部传送站32可位于第一楼层处，而不是位于第一楼层下方。尽管未在图1中示出，可在第一楼层与顶部楼层之间使用一个或多个中间传送站。中间传送站类似于上部传送站30和下部传送站32。使用具有主固定部分16和次移动部分18的电动机和驱动系统(例如线性电动机系统)来推进轿厢14。主部分16包括绕组或线圈，所述绕组或线圈被安装在通道13、15和17的一侧或两侧处。次部分18包括永磁体，所述永磁体安装至轿厢14的一侧或两侧。主部分16供应有驱动信号以控制轿厢14在它们的相应通道中的移动。在另一实施方案中，在曳引电梯系统的电动机系统中使用双三相电机。曳引电梯系统还包括具有多个通道或井的井道。在每一井中，电梯轿厢在一个方向上行进，即，在向上或向下方向上行进。电动机系统使用电力电子逆变器(例如像可变速度交流驱动(AC)电动机驱动)以改善通过缆线操纵电梯轿厢的性能。转向图2，示出了三相并联逆变器体系结构200，其具有耦合电感器201以限制循环电流。体系结构200包括两个三相转换器202、204，所述三相转换器中的每一个包括三对开关。通过连接至直流电(DC)总线(例如Vdc/2和–Vdc/2)的同一侧以及通过端子A1、B1、C1和A2、B2、C2连接至耦合电感器201使得两个三相转换器202、204为并联的。在三相并联逆变器体系结构200中，通过布置两个三相转换器202、204的开关的12个脉宽调制(PWM)信号，输出CM电压可保持为零，并且EMI噪声可显著减小以用于负载。然而，对于这个三相电机来说，需要外部耦合电感器201以用于逆变器并联。耦合电感器201可利用其互感来限制两个逆变器之间的循环电流，但增加系统体积和系统重量并使系统更为复杂。此外，在没有并联逆变器的情况下，三相电动机驱动因奇数个相位而无法利用零CM电压来控制。在偶数个相位的情况下，常规电压源逆变器(VSI)可用作电动机驱动以在理论上实现零CM电压。以这种方式，可通过两个三相逆变器来驱动双三相电机。因此，实施方案基于具有两个三相逆变器的双三相电机来实现可忽略CM噪声。与用于三相电机的并联三相逆变器相比，不需要额外的耦合电感器来用于循环电流控制。这部分通过结合现有电动机绕组中的耦合电感器功能并消除先前UTAS专利中的耦合电感器而说明了本发明的新颖性图3示出根据实施方案的双三相电机绕组300。在双三相电机绕组300中，两组三相绕组在空间中以120°差距分布。第一组三相绕组是a1-b1-c1。第二组三相绕组是a2-b2-c2。两组绕组形成两个三相120°相移机。两组中的每一对绕组(a1-a2、b1-b2、c1-c2)彼此同相。用于两组绕组的两个中性点N1和N2可以是单独的或连接的。两组绕组物理地分布在定子的两个分段中，从而在每一对(a1-a2、b1-b2、c1-c2)中的两个绕组之间引起少量互感。每一对中的两个绕组可具有相同反电磁力(反EMF)以便所述两个绕组可具有相同参考电压。图4 示出这个种类的绕组布置。图4示出根据实施方案的在双三相电机中的绕组布置。具体来说，图4示出定子的具有两个分段(例如分段1和分段2)的图解405和在这两个分段中具有两组三相绕组(例如a1-b1-c1和a2-b2-c2)的图解410。在利用具有永磁体的转子的旋转的情况下，每一对绕组中的反EMF将为相同的。此外，有利地，每一对绕组之间的互感与每一绕组中的自感相比可以是可忽略的。图5示出根据实施方案的具有并联逆变器505的双三相电机500的电路图。并联逆变器505的第一逆变器连接至绕组a1、b1、c1，并且并联逆变器505的第二逆变器连接至绕组a2、b2、c2。一般来说，在利用双三相电机500的这种体系结构的情况下，互感很小，并且每一对绕组的主电感可充当循环限流器。此外，具有并联逆变器505的双三相电机500包括共用中性连接N3。共模电容器Cg介于共用中性连接N3与地面510之间。应注意，相对于用于两组三相绕组的共用中性点或用于两组三相绕组的单独中性点来说，接地电容器/寄生电容器是复杂的问题。在这两种情况中，双三相电机500起作用来使CM电压和CM噪声减小。以这种方式，可通过在绕组a1、b1、c1与绕组a2、b2、c2之间进行切换将逆变器端子电压建模为DC中点的脉冲电压。方程式(1)示出由并联逆变器505驱动的双三相电机500的共模电压Vcm。Vcm=VA1+VA2+VB1+VB2+VC1+VC26---(1)]]>共模电压Vcm将产生通过寄生电容器Cg至地面510的CM电流。逆变器端子电压VA1、VA2、VB1、VB2、VC1、VC2在Vdc/2(正DC总线)与–Vdc/2(负DC总线)之间进行切换。因此，查看模型，逆变器的贡献包括控制机器500的措施以取消共模。即，通过适当地布置这六个电压的组合，可实现零CM电压，并且CM噪声电流可显著减小。鉴于以上所述，对于由并联逆变器505驱动的双三相电机500来说的问题是每一对绕组中的循环电流。即，因为每一对绕组中的PWM电压不同，所以产生循环电流，并且绕组电感用来控制所述循环电流。为描述这一问题，例如在图6中示出根据实施方案的图5的等效电路。图6描述使用电动机绕组来充当耦合电感器的原理并强调在少量互感的情况下，性能将更好。一般来说，如果在绕组群中的两个之间存在耦合，那么循环电流将在所述组内流动(例如从绕组a1与绕组a2之间流动)。继而，因为绕组a1和绕组a2为耦合的，所以所产生的电感极小并且循环电流极大。在图6中，示出了关于单独反EMF的图解605和关于共用反EMF的图解610。图解605示出逆变器驱动双三相电机的等效电路，其中将反EMF建模为电压源。因为每一对绕组中的反EMF相同，所以反EMF可进行组合，并且可将图解605建模为图解610。例如，因为绕组a1和绕组a2具有相同反EMFVa和Va，因为绕组b1和绕组b2具有相同反EMFVb和Vb，并且因为绕组c1和绕组c2具有相同反EMFVc和Vc，所以每一对绕组可被组合来具有三相电压Va、Vb和Vc。因此，在图解605中，每一对绕组中的串联漏电感(例如La1+La2、Lb1+Lb2、Lc1+Lc2)将充当循环限流器，并且并联电感(例如La1//La2、Lb1//Lb2、Lc1//Lc2)将充当电动机的输出电感。因此，在利用如上所述的双三相电机500的体系结构的情况下，互感很小，并且每一对绕组的主电感可充当循环限流器。现在转向图7，示出了双三相电动机驱动的控制器结构700。参考电流由速度控制器705产生并发送至电流控制器410。双三相电动机的反馈电流传送至d-q轴并与参考电流相比较。参考电压从电流控制器产生并发送至零CMPWM模块715。在零CMPWM模块715中计算用于两个逆变器720、725的PWM1和2信号，并发送PWM1和2信号以驱动两组绕组。现在转向第8和9图，图8示出零CMPWM模块715的原理，并且图9示出在示例性扇区(例如，图8的扇区1)中的电压矢量组合。在图8中，逆变器中的每两个相邻电压矢量(例如100-110、110-010、010-011、011-001、001-101、101-100)进行组合以产生六个新电压矢量(例如210、120、021、012、102、201)。在每一新电压矢量的情况下，输出共模电压将保持为零。参考电压V*由两个相邻的新电压矢量组合，像正常空间矢量调制(SVM)一样。SVM是用于控制PWM(即SVPWM)的算法，所述PWM用于产生交流电(AC)波形；通常用来使用多个放大器从DC源在变化速度下驱动三相AC供电电动机。然后，用于每一新矢量的活动时间被分布至两个逆变器中的原始电压矢量。以这种方式，并联逆变器505的共模电压可得以消除，并且共模EMI噪声显著减小。此外，由于两个逆变器的输出电压的取消，差模EMI噪声和电流纹波也可得以减小。应注意，新电压矢量所具有的长度是原始电压矢量的0.866倍，从而将调制指数从1.15修改至1。图9示出在示例性扇区(例如扇区1)中的电压矢量组合。用于两个新矢量的活动时间是t1和t2。参考电压Vref具有角度θ的位置和切换周期Ts。使用三角形关系(2)可导出t1和t2。零矢量活动时间t0＝Ts-t1-t2。然后，可将活动时间布置至两个逆变器，并且保持零共模电压。VrefTssin(2π/3)=Vdct1sinθ=Vdct2sin(π/3-θ)---(2)]]>表1示出扇区1中的用于双三相电动机驱动的零CMPWM的活动时间布置。在t1周期的第一半中，新电压矢量在图8中具有2,1,0，逆变器1具有1,1,0，并且逆变器2具有1,0,0。在t1周期的第二半中，逆变器1具有1,0,0，并且逆变器2具有1,1,0。其他电压矢量可得到布置。这种布置在每一切换循环中维持两个逆变器的电压平衡，如所示。表.1两个逆变器的用于零CMPWM的活动时间布置逆变器1逆变器2t0/41,1,10,0,0t1/21,1,01,0,0t2/21,0,01,0,1t0/20,0,01,1,1t1/21,0,01,1,0t2/21,0,11,0,0t0/41,1,10,0,0鉴于以上所述，执行模拟以在双三相电动机驱动(例如机器500)中的正常SVPWM与零CMPWM之间产生CM电压的结果，使用这些结果来验证以上实施方案。在正常SVPWM的情况下，利用Vdc/2的幅值来切换CM电压。在零CMPWM的情况下，CM电压可忽略。另外，执行模拟以在用于双三相电动机驱动的正常SVPWM与零CMPWM之间进行比较。这些模拟证实，在零CMPWM的情况下存在较小转矩纹波的减少。鉴于以上所述，具有可忽略共模的六相电机的实施方案的技术效果和益处(例如用于关于电力电子逆变器的双三相电机的驱动和电动机系统和/或方法)包括：消除用于双三相电动机驱动的共模电压；显著减小CMEMI噪声和CM电流；以及减小对电动机绝缘和轴承的CM电流破坏。此外，与用于三相电动机驱动的并联逆变器相比，技术效果和益处包括消除耦合电感器。此外，绕组自感用来控制循环电流，功率密度可通过消除CM滤波器和耦合电感器而显著增大，并且DM噪声和转矩纹波可减小以用于电动机。此外，基于多分段的电动机定子结构显著减小绕组之间的交叉耦合，同时容错(fault-tolerant)能力也得到改善。本文使用的术语只用于描述具体实施方案的目的，而不是意图成为限制。除非上下文明确地指出，否则本文所用的单数形式“一个”、 “一种”和“所述”意图同样包括复数形式。应当进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时规定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。随附权利要求书中的所有装置或步骤的相应结构、材料、操作以及同等物加上功能要素意图包括用于执行所述功能的任何结构、材料或操作以及具体要求保护的其他要求保护的要素。已出于说明和描述的目的呈现本公开，但本公开不意图是详尽的或限于在所公开的形式。在不背离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择并且描述实施方案以便最好地解释实施方案的原理和实际应用，并且使得其他本领域普通技术人员了解各种实施方案以及各种修改适合于所涵盖的具体用途。当前第1页1 2 3