专利名称：较小电容的多电平变速驱动器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种多电平变速驱动器及其控制方法，更具体地说，涉及一种利用较小电容(C-Iess)驱动器应用的“飞跨电容”的多电平变速驱动器及其控制方法。
背景技术：
由于变速驱动器的开关特性构成了一个非线性负载，所带来的谐波干扰越来越不容忽视，尤其是在大功率的调速系统中。变速驱动器干扰主要有变速驱动器中普遍采用的诸如整流二极管的非线性整流器件，将会对电源产生谐波干扰，引起电源电流畸变(总电流畸变率用THDi表示)，影响供电质量；其次，变速驱动器输出部分的高频开关器件在换向时将在输出端产生较强高频电磁辐射干扰。谐波会使挂在同一电源的电机、变压器和电容等用电设备损耗增大，严重时会过热或烧毁设备。在
图1中示出了现有技术的变速驱动器的标准驱动器电路图。它包括由整流器构成的输入级、包含大型扼流线圈(Big choke)L和滤波电容器C的直流链路部分、以及由逆变器构成的输出级。其中大型扼流线圈(Big choke) L保护驱动器的输入桥，用于减少驱动器的输入电流的谐波，以降低THDi，使之大约为45%。但无附加输出滤波器的2-电平逆变器不适用于长距离应用。图2示出了现有技术的C-Iess驱动器电路图，其具有2_电平逆变器。这种方案可以减少输入电流的THDi。图2的变速驱动器包括由整流器构成的输入级、包含直流链路电容器C的直流链路部分、以及由逆变器构成的输出级。其中，直流链路电容器值比图1所示的标准AC驱动电容器值小2%-3%。在直流链路部分中，线路电感器(Line inductor)和小直流链路电容器形成具有高截止频率的低通滤波器。由于逆变器的开关频率导致的直流电流被电容器 C过滤，但是低输入电流谐波未被过滤。因此，输入电流波形为方波并且THDi大约为30%。无附加输出滤波器的2-电平逆变器不适用于长距离应用。图2中的直流链路电容器C的电容值受到逆变器停止时的直流链路过压以及谐波生成量的限制。通常，直流链路电容器的电容值C通过如下公式1得到
权利要求
1.一种具有较小电容的多电平变速驱动器，包括二极管整流器O)；具有第一电容器(Cbl)、第二电容器(( 和第三电容器(Cb;3)的飞跨电容逆变器⑷；具有第四电容器(Ca)的直流链路(3)，其与二极管整流器(2)的输出以及飞跨电容逆变器⑷的输入相连；以及调制器(7)，用于输出控制信号到飞跨电容逆变器(4)的多个功率单元(5)，以控制多个功率单元(5)的导通和截止，其中，当所述驱动器停止时，调制器(7)输出第一控制信号以将第一至第三电容器 (Cbl、Cb2、Cb3)与第四电容器(Ca)解耦。
2.如权利要求1所述的多电平变速驱动器，还包括电源(1)，用于向所述多电平变速驱动器供电。
3.如权利要求2所述的多电平变速驱动器，还包括电机(6)，用于驱动与多电平变速驱动器相连的各种设备。
4.如权利要求2所述的多电平变速驱动器，其中，飞跨电容逆变器(4)包括并联连接的第一部件、第二部件和第三部件；第一部件、第二部件和第三部件的每个都包含四个串联的第一功率单元至第四功率单元，和跨接在第一功率单元和第二功率单元的交点以及第三功率单元和第四功率单元的交点之间的电容器(031、032、或033)。
5.如权利要求4所述的多电平变速驱动器，其中当调制器(7)输出第一控制信号时，第一部件中的第四功率单元、第二部件中的第四功率单元以及第三部件中的第四功率单元导通，其他所有功率单元截止，使得来自电源(1)的能量被充入第四电容器(Ca)中并且来自电机(6)的能量被充入第一电容器(Cbl)中。
6.如权利要求5所述的多电平变速驱动器，其中当调制器(7)输出第二控制信号时，第一部件中的第一功率单元、第二部件中的第一功率单元以及第三部件中的第一功率单元导通，其他所有功率单元截止，使得停止对第一电容器(Cbl)充电，而来自电机(6)的能量被充入第二电容器(( 和第三电容器(Cb!3)中。
7.如权利要求1-6中任何一个所述的多电平变速驱动器，其中第一功率单元至第四功率单元都是由晶体管和二极管并联组成。
8.如权利要求7所述的多电平变速驱动器，其中所述晶体管可以是绝缘门极双极型晶体管IGBT、关断晶闸管GT0、金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或门极换流晶闸IGCT 等半导体开关。
9.一种具有较小电容的多电平变速驱动器的控制方法，该多电平变速驱动器包括二极管整流器O)；具有第一电容器(Cbl)、第二电容器(( 和第三电容器(Cb!3)的飞跨电容逆变器⑷；具有第四电容器(Ca)的直流链路(3)，其与二极管整流器⑵的输出以及飞跨电容逆变器的输入相连；电源(1)，用于向所述多电平变速驱动器供电；电机(6)，用于推动与多电平变速驱动器相连的各种设备；以及调制器(7)，用于输出控制信号到飞跨电容逆变器的多个功率单元(5)，以控制多个功率单元(5)的导通和截止，该控制方法包括当所述驱动器停止时，调制器(7)输出第一控制信号以将第一至第三电容器(Cbl、Cb2、Cb3)与第四电容器(Ca)解耦。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中当调制器输出第一控制信号时，飞跨电容逆变器的底部功率单元( 截止，来自电源(1)的能量被充入第四电容器(Ca)中，并且来自电机(6)的能量被充入第一电容器(Cbl)中。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中当调制器输出第二控制信号时，飞跨电容逆变器(4)的顶部功率单元( 截止，停止对第一电容器(Cbl)充电，而来自电机(6)的能量被充入第二电容器(( 和第三电容器(Cb!3)中。
全文摘要
本发明的目标是采用将“飞跨电容”用于C-less驱动器应用的多电平变速驱动器拓扑。利用特定控制，当停止驱动器时，确保直流C-less电容器与逆变器的飞跨电容器解耦。通过这种方式，减小多电平变速驱动器的输入电流谐波，最优C-less多电平变速驱动器的大小，进而最优产品成本。提供一种具有较小电容的多电平变速驱动器，包括二极管整流器(2)；具有第一电容器(Cb1)、第二电容器(Cb2)和第三电容器(Cb3)的飞跨电容逆变器(4)；具有第四电容器(Ca)的直流链路(3)；以及调制器(7)，用于输出控制信号到飞跨电容逆变器(4)的多个功率单元(5)，以控制多个功率单元(5)的导通和截止，其中，当所述驱动器停止时，调制器(7)输出第一控制信号以将第一至第三电容器(Cb1、Cb2、Cb3)与第四电容器(Ca)解耦。
文档编号H02M1/44GK102195558SQ20101012476
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者菲利普·鲍德逊 申请人:施耐德东芝换流器欧洲公司