专利名称：用于控制电动机速度的整流器和系统的制作方法
技术领域：
本发明特别地涉及用于控制电动机，如牵引电动机或起升电动机速度的系统。
背景技术：
用于控制三相同步或异步电动机速度的系统已经为大家所熟知，该电动机包括整流器，该整流器连接网络和直流总线。该整流器包括滤波级并且向功率级供电，功率级由控制元件控制。滤波级包括多个电容器，这些电容器的总电容相当高，例如，22KW功率时达到2200μF的数量级。该系统还可以包括给滤波级电容器预充电的装置，斩波器和电阻器，该电阻器用于耗散电动机制动时电动机所恢复的能量。
滤波级可以减小电动机的不稳定性风险，在能量从电动机返回控制系统时吸收过电压。
与其它元件相比，滤波级中所用的电容器有寿命相对短的缺陷，尤其是在高温时，而且它们也是相对昂贵和体积大的元件。
发明内容
根据其一个方面，本发明的目的是克服与滤波级中相对高电容和电感的这些电容器的使用相关的缺陷，特别是为了增加控制系统的可靠性，降低成本和减小控制系统的单位面积的元件数(footprint)。
根据其另一个方面，本发明还涉及一种与多相网络，尤其是三相网络，和与直流总线相连接的可逆电流整流器。
例如，该整流器可用于变速传动装置中，其中直流总线给逆变器供电，该逆变器与牵引、起升或传送系统的电动机相连接。
美国专利4447868和4272807描述了可逆整流器，其包括整流元件，该整流元件包括反并联连接的二极管和晶体管。
在这些专利中，晶体管控制基于网络各相上的电压测量，这就使得整流器相对复杂，并易于受到网络上的干扰。
所以，由这些专利可知，需要一种工作可靠构造简单的可逆整流器。
国际专利WO 03/067745描述了一种固态电能转换器。
公开文献的自动开关转换器自然可逆整流器设计的应用，EPE2003图卢兹，该内容并入本申请中做为参考文献，它描述了一种全波可逆整流器，如图6所示。
这种整流器可连接三相交流网络1和直流总线，该网络1包括三相U、V和W，该直流总线包括分别是正极和负极的两条线2、3。
该整流器包括六个整流元件，即，三个元件2u，2v和2w，它们分别与U、V和W各相的每个相和直流总线的正极线2连接，和三个其它整流元件3u，3v和3w，它们分别与U相、V相和W相及直流总线的负极线3连接。
每个整流元件包括二极管4，该二极管4与IGBT5反并联连接，IGBT5由控制装置6开断，控制装置6设置为对元件端部的电压反应，当二极管4开始导通是闭合IGBT，当穿过二极管4的电流超过一预定极限时打开IGBT。如果处理得当，闭合IGBT时可以把电流返回到网络上。
在这种整流器中，当与直流总线一极连接的一个整流元件的二极管开始导通时，与同一直流总线极相连的另一个整流元件的电子开关仍然导通，这就使得网络的每个周期中都会产生一个短路回路，如图6中的虚线所示。该短路电路在网络上产生电流脉冲，该电流脉冲的谐波构成了电磁干扰源。
这样就需要昂贵的电磁兼容滤波器。
本发明的另一个目的是克服这种可逆整流器的缺陷。
控制系统根据本发明的一个方面，本发明的主题是一种用于控制电动机速度的系统，其包括转换器，其连接多相电网和直流总线；用于直流总线的滤波级，其包括至少一个电容器；功率级，其连接电动机；用于功率级的控制元件，该转换器为可逆转换器，设置为把电动机在工作中有可能被恢复的能量中至少一部分能量送回到网络，滤波级优选地具有不充足的电容以稳定电动机工作，特别是用来吸收所有这些能量。
与已知控制系统的滤波级中遇到的电容值相比，滤波级可以只包括一个或几个电容相对较低的电容器。
滤波级可以特别地减少至一个或者几个高频滤波电容器，该电容器或每个电容器可设置在整流器中和/或功率级中。
不使用具有高电容的电容器的滤波级可减少控制系统的成本以及单位面积的元件数，并增加其可靠性。
尽管电容器的法拉值很低，但是，本发明并不会因此限制给电动机提供动力的电流输出频率，如达到的值高于300Hz，以给具有相对大量极的电动机，如具有10、12或32个极的电动机提供动力。
本发明还可以改进电动机的控制动态范围，例如，以使电动机能够更快地减速。
滤波级电容器的总电容例如，小于或等于5μF/kw，如当功率大于160kw时小于或等于300μF，总电容值取决于功率。如功率大于等于20kw，甚至100kw。
在本发明的一个实施例中，控制系统没有斩波器和制动电阻器。这可以进一步降低控制系统的成本，减小单位面积的元件数。在制动时，能量可以被恢复到网络，而不是被耗散到电阻器中。
该控制系统还可以不包括电路，以辅助滤波级的电容器充电。在电动机功率很高时，本发明可以限制涌入电流。
在本发明的一个实施例中，功率级的控制元件和该功率级设置为给同步或异步电动机，尤其是三相电动机提供动力。
由于高功率电动机的更大不稳定性，本发明还有利地应用于控制系统，其中功率级设置为驱动具有大于或等于一千瓦，甚至几千瓦(比如7.5kw和以上)功率的电动机。
在本发明的一个实施例中，转换器包括自切换的开关元件。
这种开关元件的使用特别有利，因为它有利于具有相对较短的反应时间且工作独立的转换器的生产。此外，通过用转换器来代替传统整流器，用带有更小滤波电容的滤波级代替传统滤波级，可以改造现有的带有传统滤波级和整流器的控制系统。
可逆整流器独立地或与上述组合，根据本发明的另外一个方面，本发明的另外一个目的是一种可逆电流整流器，它连接多相网络和直流总线，其包括多个整流元件，每个整流元件包括整流装置和单向电子开关，该电子开关反并联连接整流装置，优选地各整流元件的整流装置设置为构成一个全波整流器。
每个整流元件包括控制该元件的电子开关的装置，该装置设置为在检测到元件的整流装置的导通后闭合该电子开关，以使电流返回网络上；整流器中控制装置设置为从另外整流元件接收元件外的信号，控制电子开关的打开。
该整流装置有利地可以是自切换整流装置，如二极管和IGBT电子开关。
当另一个整流元件的电子开关闭合时，整流元件的电子开关打开，这样通过把它粗略地调整至传统二极管桥的这种短路电流水平，可以减少上述的短路电流。因此，该整流器的电磁兼容性性能特征得到提高，不需要再配置昂贵的电磁兼容滤波器。
此外，本发明可以生产一种相对可靠，且对网络干扰不敏感的整流器。
在本发明的一个实施例中，各整流元件设置为在该元件的电子开关闭合时，产生至少一个信号，该信号控制与相同直流总线极连接的另一个整流元件的电子开关打开。
优选地，每个整流元件从连接在同一直流总线极的其它整流元件接收控制其电子开关打开的信号。这使得该整流器可以连接三相网络而不用预先标明相。
每个整流元件有利地可以包括独立的供电电源，例如设置为输送第一电压和第二电压的电源，该第一电压相对于用于控制电子开关的参考电压是负值，该第二电压相对于该参考电压是正值。根据待要被控制的电子开关的特征，还可以产生其它电压。因此，对于特定的元件，例如，负电压就不需要了。当电子开关打开时，负电压可以用于提供电子开关的可靠阻断，电子开关是IGBT时尤其是这样。
上述控制装置可以是模拟的，这可以增加整流器的可靠性并减小其成本。
如果电子开关中发生过电流，即流过电子开关的电流超过预定断开电流时，控制装置可以设置为触发电子开关打开。因此，它提供了另外的保护。通过测量电子开关端部的电压可以检测流过电子开关的过电流。
整流元件可以大致相同。
同一臂上的，也就是说，连接在网络的同一相上但连接在相反直流总线极上的其它元件的电子开关打开时产生的整流装置端部上的突然电压波动后，优选地，控制装置设置为抑制电子开关的闭合。为了达到这个目的，控制装置可以包括抑制装置，如具有信号差分饱和的滤波器。另外一种方式，控制装置可以包括角度相位检测装置，该装置设置为在一定的角度相值范围内抑制电子开关的闭合，在该范围内，出现同一臂上其它整流元件的电子开关打开。
根据本发明的另外一个方面，本发明的另外一个目的是一种整流元件，其包括——整流装置；——反并联与整流装置连接的单向电子开关；——控制装置，其设置为●在整流装置导通时，控制电子开关的闭合，●当电子开关闭合时，向至少一个其它元件输送控制该元件的电子开关打开的信号，●从至少一个其它元件接收控制电子开关打开的信号，在收到该信号后打开电子开关。
在适当情况下，可以向用户提供这种整流元件，它是有接头的单个元件形式，或者是与其它整流元件组装在可逆整流器或更复杂的系统中的形式。
当整流元件是以单个元件或者模块的形式出现时，譬如是后者，该模块包括输入和输出，该输入与网络的相连接，该输出与直流总线的极相连接，至少一个输入用来从另一个元件接收打开控制信号的，和至少一个输出向另一个元件发送打开控制信号。
该元件优选地包括独立的供电电源。
该元件还可以包括带有信号差分饱和的滤波器，它可以避免由其它整流元件诱导的电压波动时不希望发生的电子开关控制。
该元件可以包括至少一个运算放大器，在元件的整个工作周期中，该运算放大器的一个输入被调整为不同的电势，尤其是被调整为三个不同的电势，分别对应着电子开关的阻断、过电流保护和整流装置的导通检测。
本发明的另外一个目的是一种用于控制电动机速度的系统，其包括上面所定义的可逆整流器。
本发明的另外一个目的是一种用于控制发电机的系统，例如风力发电机，其包括上面所定义的可逆整流器。
本发明的另外一个目的是一种能量恢复系统，其包括如上定义的可逆整流器和准电流源，尤其是太阳能电池板。
整流器可以用于提供整流网络电压。
装有这种可逆整流器的控制系统本发明的另外一个目的是一种用于控制电动机速度的系统，其包括
——可逆整流器，其连接多相电网和直流总线，该整流器包括多个整流元件，每个整流元件包括整流装置和单向电子开关，单向电子开关反并联连接整流装置，设置各元件的整流装置以构成整流器，每个整流元件包括控制该元件电子开关的装置，控制装置设置为在检测到该元件整流装置的导通后闭合电子开关，这样就使得电流返回到网络上，控制装置设置为从另外一个整流元件接收该元件外的信号，控制该电子开关的打开，——功率级，其连接直流总线和电动机。
该控制系统可以包括用于直流总线的滤波级，该滤波级包括至少一个电容器，该滤波级的每个电容器的电容小于或等于5μF/所提供的每kw功率。
连接在网络的同一相上，和连接在相反直流总线极上的元件电子开关打开时产生的整流装置端部上的突然电压波动后，优选地，控制装置设置为抑制电子开关的闭合。
对于给定的整流元件而言，控制装置有利地设置为在预定的角度范围内抑制电子开关的闭合，一方面该角度范围在60°+Δφ1和300°-Δφ2之间，必需的在另一方面该范围在120°-Δφ3和240°+Δφ4之间，其中Δφ1＞0，φ2＞0，φ3＞0，φ4＞te，其中te为侵蚀时间，角度参考值取在相关联整流元件的整流装置导通时弧度顶点处。
通过下面详述的非限制性实施例和附图，可以对本发明有更好的理解。
图1所示为现有技术；图2是依照本发明实施的控制系统；图3是独立转换器的实例；图4和图5是转换器的实施细节；图6是前面所述的可逆整流器的现有技术；图7与图6类似，是依照本发明的实施例；图8与图7类似，是依照本发明的另外一个实施例；图9所示为给整流元件的控制装置供电的独立供电电源；图10为整流元件控制装置实施的实施例；图11和图12为电子开关的控制装置的其它实施方式；
图13与图7和图8类似，是本发明的另外一种实施例；图14是用于抑制元件的电子开关控制的角度范围；图15为控制发电机的系统。
具体实施例方式
控制系统在图1中所表示的是依照现有技术制造的控制系统10。
该控制系统10包括带有二极管桥的不可逆整流器11，它连接三相电网12，比如，是400volt 50Hz的三相网，还连接直流总线13。
直流总线13通过滤波级向例如带有IGBT的功率级15供电，三相电动机16连接在功率级上，功率级15由控制元件18控制。
如图所示，提供电磁兼容性的滤波器19在整流器11的上游连接网络12。
滤波级14连接直流总线。该滤波级14包括串连至直流总线中一条线上的电感21，还包括多个电容器22，这些电容器相当于一个单独的电容器。
直流总线13的+和一电极之间所见的总电容值取决于电动机16的电功率，如，通常地，功率为2.2kw时电容为390μF，功率为11kw时电容为1100μF，功率为22kw时电容为2200μF，功率为60kw时电容为4400μF，功率为160kw时电容为13200μF。
例如，控制单元18设置为根据不同的已知控制法则来控制电动机16的速度所述法则是U/f法则，一种用于开环模式(无返回)或闭环模式(有返回)的控制，U代表电动机16端部的相之间的电压，f代表其中一相的电流频率。
图2所示为依照本发明制造的控制系统30的一个实施例。
控制系统30可包括功率级15，功率级15具有IGBT或其它适合控制电动机的功率电子元件，功率级15由适当的控制元件18控制，象图1中所示已知的控制系统一样。
控制系统30与前面所述的控制系统10的不同之处在于带有二极管桥的整流器11由连接到网络的不需要多相电感中间体的转换器31代替，滤波级14由不包括电感21且总滤波电容显著降低的滤波级32代替。转换器31也可以称作“可逆整流器”，例如，包括下述的整流器。
参照图3，可以看到整流器31包括三个臂40、41、42，分别与网络12的三相u、v、w对应。
每个臂40、41或42可以安装切换装置50，其包括两个端部51和52，分别连接直流总线13的+极和-极，还包括输入53，连接至相关联的u、v、w相。
每个切换装置50可以包括两个开关元件61和62，这两个开关元件可以使用于元件61的端部51和53间，元件62的端部52和53间导通电流和中断电流。
有利地，每个切换装置50独立工作，控制开关元件61和62以获得后面的工作，参照图4。
当Vs大于V1方向上的电压流过零(负电流I1)时，开关元件61会自燃。开关元件61立即阻断，电流为正并且大于给定阈值电流强度，对应于断开电流。
当V2大于Vs方向上的电压流过零(负电流I2)时，开关元件62会自燃。开关元件62立刻阻断，电流为正并且大于给定阈值电流强度，对应于断开电流。
例如，每个开关元件61，62可以包括二极管64，这样能量从网络12到滤波级32的传送由二极管桥处理。在另外一个方向，即从滤波级到网络，能量的传送可由功率晶体管65处理，每个晶体管65与二极管64并联，比如是一个或几个IGBT，通过适当的电子电路66控制着开关方式，这样就可得到上述的工作法则。
当可逆整流器不是按下面所述实施时，切换装置50可以例如，按照国际专利申请WO 03/067745公开的内容实施。参考文献“Self-Switching ConvertersApplication to the Design of a Naturally Reversible Rectifier”(自切换转换器自可逆整流器设计的应用)也是很有用的，该文章公开在EPE2003-Toulouse，ISB90-75815-07-7。
尽管滤波级32的电容器的低电容，但是刚才所述的控制系统可以避免电动机的控制不稳定性。
适当情况下，从电动机16返回到网络12的能量也可以排除斩波器和正常地用于耗散能量的电阻器。
也可以使用该控制系统的优点以只增加向电动机16的电流输出频率，保持远远比现有技术中的滤波电容小的滤波电容，如前所述。
可逆整流器图7所示为依照本发明实施的一种可逆整流器100，其包括整流元件200u，200v，200w，一方面它们分别与三相网络1的各相U，V，W相连接，另一方面与直流总线的正极线2相连，还包括整流元件300u，300v，300w，一方面分别与相U，V，W相连接，另一方面与直流总线的负极线3相连。
每个整流元件包括整流装置，从构成上讲，该整流装置由功率二极管4组成，与包括IGBT的单向电子开关5反并联连接。
各电子开关5由控制装置600驱动。
设置这些控制装置600以检测二极管4的导通，然后控制相关联电子开关5的闭合。
根据本发明，控制装置600也被设置为向另一个连接相同直流总线极的整流元件发送打开控制信号601，当这两个元件的电子开关同时导通时，可能会发生短路。整流元件的控制装置600接收的该控制信号601使得这个元件的电子开关打开。
在图2的实施例中，元件200u向元件200w发送控制信号601，后者向元件200v发送控制信号601，而元件200v则向元件200u发送控制信号601，图2所示的装置按相U、V、W的预定顺序工作。
图8中本发明的变化实施例可以以任意输入相顺序工作。
在该变化的实例中，图7的控制装置600由控制装置600′代替，控制装置600′设置为向连接在同一直流总线极的其它两个整流元件发送控制信号601。
在这两种情况中，控制装置600或600′设置为接收控制信号61或接收各控制信号61，控制信号61或各控制信号61来自于连接在同一直流总线极上的元件或其它各个元件。
在所述的实施例中，控制信号601由整流元件与关闭该元件的电子开关5的指令同时发射，作为对该元件的二极管4导通的回应。
这就可以减小回路内短路电流脉冲的幅度，该回路在两个整流元件的两个相应的相之间形成，该整流元件连接于同一直流总线极上并与所述相连接。
图7或图8所示实例中的每个整流元件包括图9中所示的独立供电电源700，供电电源700连接在二极管4的正极和负极，并且相对于与二极管4的正极电势相应的0V电压输送-5V和+15V的参考电压。该供电电源包括电容器701和702，该电容器足以产生一个网络周期内所需电压，还包括相关联电路，可以供应所需电压。
图10所示为依照本发明的典型实施例的整流元件的控制装置600′。
控制装置600′包括两个级620，用于接收来自于其它元件的控制信号601，每个信号601通过两条线加载，一条线是线Ref_in，线Ref_in在产生该信号的元件的0V电势，一条线是线Cde_in，当控制信号601产生时，线Cde_in相对于线Ref_in调至为正电势(约为+15V)。
每个级620包括光耦合器630，其发光二极管630a由线Cde_in通过与电容器650串联连接的电阻器640供电。
二极管660与二极管630a反并联连接。
光耦合器的光电晶体管630b的发射极连接在前述独立供电电源700的-5V，其集电极通过电阻器670连接至+15V并连接在输出二极管680的负极。
控制装置600与控制装置600′的不同之处在于控制装置600具有一个级620，而不是两个。
控制装置600或控制装置600′包括控制电子开关5的功率级800。
所考虑的实施例中，功率级800包括两个串联的npn型晶体管810和820，晶体管810的发射极给晶体管820的基极供电，后者的发射极通过电阻830器连接至电子开关5的触发极上。
用于整流元件或每个整流元件的控制信号601由晶体管820的发射极上的线Cde_out采样，该线Cde_out使图5所示的整流元件连接在同一直流总线极所连接的至少一个另外整流元件的线Cde_in上。
0V是通过连接这个或这些整流元件的线Ref_in的线Ref_out，在二极管4正极获得的。
在所考虑的实施例中，当正电压出现在运算放大器870的输出860时，电子开关5闭合，运算放大器870作为比较器位于功率级800的输入端。
一pnp型晶体管880的集电极连接在-5V，使它可以在运算放大器870输出端860的电压为负时阻断电子开关5。
运算放大器870的非反相输入端连接在抑制级(inhibitor stage)900的输出端。
后者具有输入端910，输入端910接受二极管4的阴极的电压。
抑制级包括作为比较器的运算放大器930，其输出920连接到运算放大器870的非反相输入端和分压器，该分压器包括连接到0V的电阻器940，与电阻器960和二极管970串联的可变电阻器950，二极管970的正极连接到晶体管820的发射极。
运算放大器870的反相输入端，一方面，通过电阻器990连接在+15V，通过电容器1000连接在0V，另一方面，通过电阻器1010和二极管1020连接到二极管4的负极，二极管1020的负极连接到二极管4。
电阻器1010的值非常低，这样运算放大器870的反相输入在二极管4导通时就调整至负电势。
二极管680的正极连接在运算放大器930的输出920。因此，控制信号601出现时，运算放大器870的非反相输入端调整至负电势，输出860切换到低水平，这就使晶体管880导通，电子开关5闭合。
抑制级900包括一第二运算放大器1050，该运算放大器的反相输入端一方面通过数个串联的电阻器1060连接在抑制级900的输入端910，另一方面通过两个电阻器1080和1090连接到运算放大器1050的输出1070。
这两个电阻器在它们的联结点通过电容器1100连接至-5V，通过电阻器1110连接至运算放大器930的非反相输入端。运算放大器1050的非反相输入端通过电阻器1130连接至+15V，通过二极管1140及与二极管1140串联的电阻器1150连接至-5V。
二极管1140和电阻器1150在其联结点通过电阻器1160连接至运算放大器930的反相输入端和电容器1170的一端，电容器1170的另一端连接在+15V。
选定抑制级900中与运算放大器1050相连的各元件的值，这样在由于同一臂上的其它整流元件的电子开关的打开，使二极管4的导通非常短暂的情况下，该导通不会引发电子开关5闭合。
抑制级900的工作有点象带差分信号饱和的滤波器。
当二极管4端部的电压改变信号且没有显著延迟时，电子开关5的闭合控制以网络频率发生。
假设二极管4的端部上预先存在很高的电压时导通没有发生，如上面叙述的那样，在工作中，当二极管4导通时，在抑制级900的输入端910出现负电压，它会使得运算放大器930的输出端920上和运算放大器870的输出端860上出现+15V，这会导致电子开关5闭合。
从另外一个整流元件接收的控制信号610没有出现时，光耦合器630的光电晶体管630b被阻断。
当收到信号610时，二极管680的正极变为负电势，这会致使运算放大器870的输出端860切换到-5V电压，致使晶体管880导通，促使电子开关5打开。
当电子开关5中有过电流时，运算放大器870的反相输入端的电势切换到高于非反相输入端电势，促使电子开关5断开。
下面是参照图11对本发明另外一种控制装置1600′的说明。
控制装置1600′包括RS型触发器1610，该触发器的输出Q一方面连接在电子开关5的触发端上，另一方面通过电阻器1620连接到线Cde_out，控制其它元件的电子开关的打开，在所考虑的实例中，线Cde_out连接在这些其它元件的光耦合器的二极管1630和1640。
触发器1610的输入端S(置位)连接至与门1650，该与门的一个输入连接至运算放大器1660的输出，另外一个反相输入连接至或门1670的输出和触发器1660的输入端R(复位)。运算放大器1660的反相输入端连接至二极管1680的正极，二极管1680的负极连接至二极管4的负极，运算放大器1660的反相输入端还连接到与Vcc连接的电阻器1690，Vcc由独立供电电源700提供。该同一个运算放大器1660的非反相输入端连接至0V，即是连接到二极管4的正极。
包括二极管1680和电阻器1690的装置可以非常灵敏地恢复二极管4端部上的+15V和-5V范围的电压。
或门1670具有输入1700，输入1700连接在运算放大器1710的输出，运算放大器1710的非反相输入连接在二极管1680的正极，反相输入连接至电压源Scc，电压源Scc的值根据电子开关5阻断的最大强度来确定，以确保其保护。
或门16670具有两个输入1710和1720，这两个输入1710和1720连接至检测信号Cde_out的下降沿的装置1730和1740，信号Cde_out通过光耦合器1760和1770耦合，由其它元件发出。
或门1670具有第四输入1780，输入1780连接至检测控制抑制的装置1790，比如，其包括带有差分饱和的滤波器1800，滤波器1800过滤电压1810，电压1810是从电子开关5的端部上测得。当闭合电子开关的控制需要被抑制时，控制抑制检测装置1790切换至高态，在该元件的电子开关5的正常工作范围之外。
在图11所示的装置中，当二极管4的端部上的电压变为负，或门1670的输出处于低态时，电子开关5闭合。
只要或门的输出保持低态，电子开关5就导通，当或门1670的输出切换到高态，也就是说，当运算放大器1710的输出切换到高态，接着电子开关5通过超强度的电流，或者通过Cde_in线从其它元件之一接收到打开信号时，电子开关5阻断。
在控制需要被抑制的整个角度范围内，门1670的输入1780的高信号使触发器1610的输出Q保持低态，阻断了电子开关5。
图12所示的实施例中的控制装置1600”与图6中所示的控制装置的不同之处在于，门1670由或门1870代替，或门1870的输入不多于三个，即图6中实例所示的输入1710，1720和1780，它们的不同还在于触发器1610，门1650，运算放大器1660和1710由运算放大器1900代替，运算放大器1900的反相输入端连接至二极管4的负极，非反相输入端连接至三个电子开关1910，1920和1930，这三个电子开关分别把非反相输入的电势调至Vdd，Scc和0V。
当或门1870的输出处于高态时，电子开关1910闭合，抑制控制并阻断电子开关5。
电子开关1920由与门1940控制，与门1940的一个输入连接至运算放大器1900的输出，与门1940的反相输入连接在或门1870的输出。
电子开关1930由一个与门1960控制，与门1960的两个反相输入分别连接至或门1870的输出和运算放大器1900的输出。
因为或门1870的输出处于低态，电子开关5被阻断，电子开关1930闭合，运算放大器1900的非反相输入的电势调至0V。
当二极管4导通时，运算放大器1900的反相输入调至负电势，运算放大器1900的输出切换至高态，这触发了电子开关1930的打开和电子开关1920的闭合。电子开关1910保持打开。
电子开关1920的闭合可以把运算放大器1900的非反相输入电势调整为电压Scc，这样，当通过电子开关5的电流超过预定义的强度时，运算放大器1900的输出改变状态，开关5阻断。
输入1710，1720和1780中有一个出现高信号时，电子开关1910闭合，而电子开关1920，1930保持打开状态。运算放大器1900的非反相输入电势调整为电压Vdd，这使得电子开关5阻断。
本质上，可逆整流器不限于上面所说的实例。
尤其是，在图13中，所有的元件都可包括控制装置600”，控制装置600”不是独立的，而是连接在几个元件共用的控制装置1000上，这几个元件此时为考虑的实例中的所有元件，在整流装置4导通检测的基础上，控制装置600”控制着电子开关5的打开和闭合循环。
在本发明这样的实施例中，每个整流元件的控制装置600”仅限于驱动相关联电子开关5。
抑制级900也可以不同地产生，例如，抑制级900可以在比较器和积分器后带有微分器，或者具有角度相位检测，这样可以在一定角度相位范围内抑制控制，在该角度相位范围内同一臂上的其它元件的电子开关被打开。
作为说明，图14图示了元件2u的电子开关控制的最小和最大抑制角度范围。
该图所示Δφ1和Δφ2非零，Δφ1＞0，Δφ2＞0，因为抑制必须不能干扰控制。Δφ3和Δφ4是安全的间隔。
控制装置设置为对于特定整流元件在一预定角度范围内抑制电子开关的闭合，所述角度范围在60°+Δφ1和300°-Δφ2之间，另一方面该范围必须包括范围120°-Δφ3和240°+Δφ4之间，其中φ3＞0，φ4＞te，te为侵蚀时间，角度参考值取在相关联整流元件的整流装置导通时弧度顶点处。
电子开关5不限于IGBT，也可以使用其它元件，如MOS或双极晶体管，或者其它功率元件，不管是当下的还是以后的。
各不同元件之间的连接不一定要通过光耦合器，比如，还可以通过变压器或其它装置。
依照本发明生产的可逆整流器具有多种应用，尤其可用于前面参照图2所述的控制系统。这种系统与变速驱动一起使用的优点是相对于特定已知系统，减小了直流总线的电容。该系统因此更方便，更可靠，成本更低廉。
在一些应用中，本发明可减少甚至去掉线路电感。
该整流器可以从任何可逆系统或发发电机，比如，太阳能电池板恢复能量。
图15所示为基于所谓双反馈原理的用于发电机，比如风力发电机的控制系统120，其中转子以变化的频率通过转换器121驱动。
除非特别说明，“包含(包括)一个(一种)”应该理解为“包含(包括)至少一个(一种)”。
权利要求
1.一种用于控制电动机(16)速度的系统(30)，其包括-转换器(31)，其连接多相电网和直流总线(13)；-用于直流总线的滤波级(32)，其包括至少一个电容器；-功率级(15)；-功率级的控制元件(18)，该转换器(31)为可逆转换器，设置为把电动机在工作中有可能恢复的能量的至少一部分送回到网络(12)。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于滤波级(32)具有不充足的电容以稳定电动机工作。
3.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于它不包括斩波器和制动电阻器。
4.如任何一个前面权利要求所述的控制系统，其特征在于功率级(15)的控制元件(18)和功率级(15)被设置为驱动同步或异步电动机(16)。
5.如任何一个前面权利要求所述的控制系统，其特征在于功率级(15)的控制元件(18)和功率级(15)被设置为驱动三相电动机(16)。
6.如任何一个前面权利要求所述的控制系统，其特征在于功率级(15)被设置为驱动功率大于或等于1kw，甚至7.5kw的电动机。
7.如任何一个前面权利要求所述的控制系统，其特征在于转换器(31)包括自切换开关元件(61，62)。
8.如任何一个前面权利要求所述的控制系统，其特征在于滤波级(32)的电容器(33)的电容小于或等于5μF/每提供kw的功率。
9.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于电动机由频率大于300Hz的电流驱动。
10.一种可逆电流整流器，其连接多相网络(1)和直流总线(2，3)，其包括-多个整流元件(200u，200v，200w，300u，300v，300w)，每个整流元件包括整流装置(4)和单向电子开关(5)，该电子开关(5)反并联连接在整流装置(4)上，各整流元件的整流装置被设置为形成一个整流器，每个整流元件包括控制该元件的电子开关(5)的装置(600，600′，600″)，该装置(设置为在检测到元件的整流装置(4)的导通后闭合该电子开关，这样可使电流返回到网络，整流器中控制装置被设置为从另外一个整流元件接收元件以外的信号(601)，控制着电子开关(5)的打开。
11.如权利要求10所述的整流器，其特征在于整流器为全波整流器。
12.如权利要求10或11所述的整流器，其特征在于各整流元件设置为在该元件的电子开关(5)闭合时，产生至少一个信号(601)，控制同一直流总线极上相关联的另一个整流元件的电子开关的打开。
13.如权利要求10到12中任何一项权利要求所述的整流器，其特征在于整流装置(4)为二极管。
14.如权利要求10到13中任何一项权利要求所述的整流器，其特征在于电子开关(5)是IGBT。
15.如权利要求10到14中任何一项权利要求所述的整流器，其特征在于各整流元件从同一直流总线极上相关联的其它整流元件接收信号(61)，信号(61)控制电子开关的打开。
16.如权利要求10到15中任何一项权利要求所述的整流器，其特征在于所述网络为三相。
17.如权利要求10所述的整流器，其特征在于每个整流元件包括独立供电电源。
18.如权利要求17所述的整流器，其特征在于供电电源被设置为输送一第一电压和第二电压，第一电压相对于用于控制电子开关的参考电压为负，第二电压相对于该参考电压为正。
19.如权利要求10所述的整流器，其特征在于控制装置是模拟的。
20.如权利要求10所述的整流器，其特征在于当电子开关过电流时，控制装置被设置为触发电子开关打开。
21.如权利要求10所述的整流器，其特征在于各整流元件基本相同。
22.如权利要求10所述的整流器，其特征在于控制装置被设置为在连接在网络的同一相和相反直流总线极的元件的电子开关打开时产生的整流装置端部上的电压突然波动后，抑制电子开关的闭合。
23.如权利要求22所述的整流器，其特征在于对于特定的整流元件而言，控制装置设置为在一预定的角度范围内抑制电子开关的闭合，一方面角度范围在60°+Δφ1和300°-Δφ2之间，另一方面必须包括范围120°-Δφ3和240°+Δφ4之间，其中Δφ1＞0，φ2＞0，φ3＞0，φ4＞te，其中te为侵蚀时间，角度参考值取在相关联整流元件的整流装置导通时弧度顶点处。
24.如权利要求21所述的整流器，其特征在于控制装置包括带有差分信号饱和的滤波级(900)。
25.一种整流元件，其包括-整流装置；-反并联与整流装置连接的单向电子开关；-控制装置，其被设置为-当整流装置导通时，控制电子开关的闭合，-当电子开关闭合时，向至少一个其它元件发送控制该元件的电子开关打开的信号，-从至少一个其它元件接收控制电子开关打开的信号，在收到该信号后打开电子开关。
26.如权利要求25所述的元件，其特征在于其包括独立供电电源。
27.如权利要求25所述的元件，其特征在于其包括带有差分信号饱和的滤波级。
28.如权利要求25所述的元件，采用单个元件或模块的形式，该模块包括输入和输出，该输入与网络的相连接，该输出与直流总线的极相连接，至少一个输入从另一个元件接收打开控制信号，至少一个输出向另一个元件发送打开控制信号。
29.一种用于控制电动机速度的系统，其包括权利要求10所述的可逆整流器。
30.一种用于控制发电机的系统，其包括权利要求10所述的可逆整流器。
31.如权利要求30所述的系统，其特征在于所述发电机为风力发电机。
32.一种能量恢复系统，其包括权利要求10所述的可逆整流器和准电流源。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于准电流源包括太阳能电池板。
34.一种用于控制电动机(16)速度的系统(30)，其包括-可逆整流器(31)，其连接多相电网和直流总线(13)，该整流器包括多个整流元件(200u，200v，200w，300u，300v，300w)，每个整流元件包括整流装置(4)和单向电子开关(5)，该电子开关(5)反并联连接在整流装置(4)上，各整流元件的整流装置被设置为形成整流器，每个整流元件包括控制该元件的电子开关(5)的装置(600，600′，600″)，该装置设置为在检测到元件的整流装置(4)的导通后闭合该电子开关，这样可使电流返回到网络，控制装置被设置为从另外一个整流元件接收元件以外的信号(601)，控制着电子开关(5)的打开。-功率级(15)，其连接直流总线和电动机。
35.如权利要求34所述的系统，其特征在于包括用于直流总线的滤波级(32)，该滤波级(32)包括至少一个电容器，滤波级(32)的电容器(33)的电容小于或等于5μF/每供应的kw功率。
36.如权利要求34或35所述的系统，其特征在于控制装置被设置为在连接在网络的同一相和相反直流总线极的元件的电子开关打开时产生的整流装置端部上的电压突然波动后，抑制电子开关的闭合。
37.如权利要求34到36任何一项权利要求所述的系统，其特征在于对于特定的整流元件而言，控制装置设置为在一预定的角度范围内抑制电子开关的闭合，一方面角度范围在60°+Δφ1和300°-Δφ2之间，另一方面必须包括范围120°-Δφ3和240°+Δφ4之间，其中Δφ1＞0，φ2＞0，φ3＞0，φ4＞te，其中te为侵蚀时间，角度参考值取在相关联整流元件的整流装置导通时弧度顶点处。
全文摘要
本发明公开了一种可逆电流整流器，其连接多相网络和直流总线(2，3)，其包括多个整流元件(200
文档编号H02M7/797GK101015116SQ200580026281
公开日2007年8月8日 申请日期2005年7月5日 优先权日2004年7月5日
发明者让-玛利亚·安德里雅克, 克里斯蒂安·安德里克斯, 马修斯·迪恩彻-亚姆德, 亚历山大·莱格德 申请人:勒鲁瓦-索梅尔发动机公司