对连接在dc极之间的电容进行充电的方法以及转换器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对连接在三相有源整流器/逆变器的DC极之间的电容进行充电的方法以及转换器装置。
【背景技术】
[0002]诸如整流器和/或逆变器的转换器可以具有连接在转换器的直流(DC)极之间的电容。图1示出了是三相有源整流器/逆变器10的转换器的示例。有源整流器/逆变器可以用作有源整流器和逆变器，即其能够将交流电整流成直流电以及将直流电转换成交流电。有时候有源整流器/逆变器被称为主逆变器。有源整流器/逆变器10包括借助诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)或FET(场效应晶体管)的晶体管或者根据使用的调制方案控制的其他可控半导体开关实现的半导体桥。
[0003]连接在有源整流器/逆变器10的DC极之间的电容CDe可能需要在有源整流器/逆变器连接到交流(AC)网络之前被充电，以避免连接时的浪涌电流(current surge) 0这样的浪涌电流可以例如触发系统的保护或干扰馈送交流网络。连接在有源整流器/逆变器的DC极之间的电容可以被充电到或接近电容的正常工作值。例如，电容的这样的正常工作值可以与交流网络的全波整流电压相对应。
[0004]连接在有源整流器/逆变器10的DC极之间的电容CDe的这样的充电可以通过使用交流网络的一个或更多个相、借助充电电阻器来实现。图1的示例示出了可以通过使用开关K2、经由输入滤波器20连接在馈送交流网络和有源整流器/逆变器10之间的两个充电电阻器Ru，Rl2。因此，连接在有源整流器/逆变器10的DC极之间的电容Cdc可以在闭合主开关Kl (开关接通)之前经由充电电阻器Ru，Ru来充电。
[0005]与这样的充电电阻器的使用有关的问题是它们需要在逐个情况的基础上定尺寸。特别地，需要考虑需要频繁充电的循环使用。此外，这样的充电电阻器可以引起充电期间的相当大的损失。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种方法以及一种用于实施该方法的装置以解决或至少减轻上面的问题。本发明的目的以独立权利要求中陈述的内容为特征的方法和转换器装置来实现。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施方式。
[0007]本发明基于以下构思:以变压器的整流的次级电压通过经由降压变压器馈电的有源整流器/逆变器对连接在有源整流器/逆变器的DC极之间的电容进行充电，直到电容的电压达到第一预定阈值电压，然后用变压器的升压整流次级电压对电容进行充电、直到电容的电压达到比第一预定阈值电压更高的第二预定阈值电压。
[0008]本发明的解决方案提供以下优点:连接在有源整流器/逆变器的DC极之间的电容可以以更小的损失进行充电。此外，可以更好地控制充电过程，从而使组件的定尺寸更容易O
【附图说明】
[0009]现在将参照附图结合优选实施方式、更详细地说明本发明，其中:
[0010]图1示出了根据实施方式的转换器系统的电路图；
[0011]图2示出了根据实施方式的转换器系统的电路图；
[0012]图3示出了根据实施方式的转换器系统的电路图；以及
[0013]图4示出了根据实施方式的转换器系统的电路图。
【具体实施方式】
[0014]本发明的应用不限于任何特定系统，而是可以应用于各种转换器系统。此外，本发明的使用不限于利用特定基频的任何系统或任何特定电压水平。
[0015]图2示出了根据示例实施方式的转换器系统的主电路的电路图。应当注意，该图仅示出了理解本发明所必需的组件。各种组件的数量可以不同于图中所示。示例转换器是三相有源整流器/逆变器10。三相有源整流器/逆变器10的示例是借助6个可控半导体开关实现的半导体桥。如所示的，6个可控半导体开关的每个可以具有跨接在开关上的反向并联二极管。可控半导体开关可以是诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)或FET(场效应晶体管)的晶体管或其他可控半导体开关。有源整流器/逆变器10具有正DC极和负DC极，在正DC极和负DC极之间连接有电容CDe。电容DDe可以包括一个或更多个电容器。
[0016]在有源整流器/逆变器10的正常工作期间，根据电功率被传送的方向，可以适当地控制可控半导体开关以将交流整流成直流或者将直流转换成交流。图2还示出了有源整流器/逆变器10的控制布置11，例如，其可以控制可控半导体开关，从而控制有源整流器/逆变器10的工作。为了清楚起见，未示出控制布置11和可控半导体开关之间的控制连接。控制布置11还可以控制有源整流器/逆变器10的其他操作。控制布置11可以执行测量或接收关于各种量的输入信号，以执行有源整流器/逆变器10的控制。为了清楚起见，图中未示出针对这样的量的可能的测量布置。
[0017]图2的转换器系统还包括变压器T，变压器T优选地是降压变压器，即其匝数比α (a =NP/NS，其中，Np是初级绕组中的匝数，NS是次级绕组中的匝数)高于1(>1)。因此，变压器T的次级电压低于变压器的初级电压。变压器T的匝数比α取决于转换器系统，但其可以例如在2和10之间。优选地，变压器的匝数比α约是5，从而变压器T的所产生的次级电压约是变压器T的初级电压的20%。根据实施方式，变压器T是可饱和变压器。变压器T因此优选地可以具有高杂散电抗。变压器T可以如在图2的示例中那样是电隔离(galvanically isolating)的。在图2的示例中，变压器的初级的端子经由三极开关K3连接到三相AC网络和三极主开关Kl之间的连接点。此外，变压器T的次级的端子经由三极开关Κ4连接到三极主开关Kl和三相滤波器20之间的连接点。所述连接可如图所示包括熔断器(fuse)。例如，开关K1、K3、K4可由有源整流器/逆变器10或者更具体地可由有源整流器/逆变器10的控制布置11控制。包括在转换器系统中的滤波器20优选地包括每相中的电感。因此，滤波器可以例如是L、LC或LCL型的滤波器。图2的示例示出了包括第一相专用电感L1、第二相专用电感L2和星形连接的相专用电容C的LCL型滤波器。
[0018]根据实施方式，连接在三相有源整流器/逆变器10的DC极之间的电容CDe的充电包括经由三相降压变压器T和三相滤波器20首先将有源整流器/逆变器10的AC极连接到三相AC网络，使得AC网络连接到变压器T的初级，变压器T的次级连接到滤波器20的第一侧，滤波器的第二侧连接到有源整流器/逆变器10的AC极。在图2的示例中，这可以通过闭合(接通)开关K3和K4以及打开(断开)主开关Kl来完成。接下来，连接在有源整流器/逆变器的DC极之间的电容CDe通过有源整流器/逆变器10以变压器T的整流次级电压进行充电，直到电容CDe的电压达到第一预定阈值电压。根据实施方式，变压器T的整流次级电压是变压器T的全波整流次级电压。在图2的示例中，这可以通过将有源整流器/逆变器10的半导体开关控制在断开状态(非传导)来实现。因此，有源整流器/逆变器10的反向并联二极管对变压器T的次级电压进行全波整流。随后，响应于电容Cdc的电压达到第一预定阈值电压，连接在有源整流器/逆变器的DC极之间的电容CDe通过有源整流器/逆变器10以变压器T的升压整流次级电压进行充电，直到电容CDe的电压达到比第一预定阈值电压更高的第二预定阈值电压。在图2的示例中，这可以通过适当地控制有源整流器/逆变器10的半导体开关、例如通过利用半导体开关的三相脉冲宽度调制(PffM)来实现，使得有源整流器/逆变器10作为对变压器T的次级电压进行整流和升压的升压(boost) AC-DC转换器(升压(st印-up) AC-DC转换器)而工作。通过升压，产生的提供给电容Cdc的整流电压高于以反向并联二极管进行的被动整流的整流电压。因为连接在有源整流器/逆变器10和变压器T之间的滤波器20的电感LI，L2，升压是可能的。
[0019]根据实施方式，第一预定阈值电压与变压器T的全波整流次级电压相对应。此外，根据实施方式，第二预定阈值电压与AC网络的全波整流电压相对应。因此，根据这些实施方式，连接在有源整流器/逆变器的DC极之间的电容CDe以变压器T的整流次级电压进行充电，直到电容CDe的电压达到变压器T的全波整流次级电压，随后，电容C %以变压器T的升压整流次级电压进行充电，直到电容CDe的电压达到AC网络的全波整流电压。以这种方式，电容CDe可以逐渐地被充电到其正常工作状态值。此外，如果变压器T是可饱和的，其限制了通过变压器的次级的电流，这在充电开始时是特别合乎期望的。第一预定阈值电压还可以小于变压器T的全波整流次级电压，即可以在电容Cdc的电压达到变压器T的全波整流次级电压之前已经开始进行升压充电。类似地，例如在电容CDe的电压的正常工作状态值不同于AC网络的全波整流电压的情况下，第二预定阈值电压可以不同于AC网络的全波整流电压。在这样的情况下，第二预定阈值电压优选地与电容CDe的电压的正常工作状态值相对应。
[0020]根据实施方式，当以变压器T的升压整流次级电压对电容CDe进行充电时，变压器T的整流次级电压的升压水平可以逐渐增加。因此，能够通过改变升压水平来逐渐提高充电电压，从而使充电更受控制。根据实施方式，变压器T的整流次级电压被升压至少达到AC网络的全波整流电压。这样，电容CDe的电压可以最终到达至少AC网络的全波整流电压的水平。
[0021]根据实施方式，响应于电容CDe的电压达到第二预定阈值电压，AC网络连接到滤波器20的第一侧。在图2的示例中，这可以通过闭合(开关)主开关Kl来实现。此外，根据实施方式，响应于电容的电压达到第二预定阈值电压，断开变压器的初级和/或变压器的次级。在图2的示例中，这可以通过打开(断开)开关K3和K4的至少一个来实现。优选地，打开开关K3和K4两者。其中闭合主开关Kl以及打开开关Κ3和Κ4的至少一个的顺序可以变化。因为经由滤波器20、通过给有源整流器/逆变器10馈电已经执行了充电，滤波器20的电容器C已经调到馈电AC网络的频率。因此，当在充电结束后闭合主开关Kl时，滤波器20不引起浪涌电流，这是额外的优点。
[0022]作为图2的示例中所示电隔离变压器的替选，可以改为使用自耦变压器。图3示出了根据示例性实施方式的转换器系统的主电路的电路图。图3的转换器系统对应于图2的转换器系统，但是，图3的变压器T是自耦变压器。根据实施方式，在图3的示例中，电容Cdc的充电可以通过闭合(接通)开关Κ3和Κ5以及打开(断开)主开关Kl来实现。接下来，连接在有源整流器/