专利名称：功率电路的制作方法
技术领域：
本实用新型通常涉及诸如用于功率转换或向电动机及类似负载施加电力的功率电子设备领域。本实用新型尤其涉及用于并联使用多个18脉冲整流电路以提高电动机传动装置的总体额定值且同时减少输入电流谐波的系统和方法。
背景技术：
功率电子设备和模块可用于广泛的应用中。例如，采用电动机控制器、整流器、逆变器，且更一般地说功率转换器来调节输入功率并向如驱动电动机等设备供应电力。然而， 在电子设备中传输的电力和信号常常含有可能需要额外的设备对信号进行缩减或滤波的不良特征。例如，在交流(AC)电动机控制器中，可使用整流器将AC功率转换成稳定的直流 (DC)功率，并且可使用逆变电路将稳定的DC功率转换回向电动机供应的AC功率。然而，在其它因素中，整流器可能易于受到AC输入电流谐波和DC总线纹波等的影响。
实用新型内容本实用新型的实施例提供用于并联使用多个18脉冲整流电路的新颖技术。具体地，每个整流电路可包括具有15个串联耦接的电感器的自耦变压器，所述电感器通过15个插在电感器对之间的节点联接。电感器可呈现为六边形，其中所述六边形的交替边分别具有两个和三个电感器。每个整流电路也可包括耦接到六边形表示的交替顶点的用于三相AC 电源的三个输入端以及耦接在每个不为六边形表示的顶点的节点与相应二极管电桥之间的用于AC电源的九个输出端。用于整流电路的二极管电桥的输出端可耦接到DC总线。此外，还提供一种用于减小并联整流电路之间的循环电流以及促进并联整流电路之间的负载共享的装置。例如，在某些实施例中，可使用耦接到各个整流器的输入端的AC 线路电抗器。在其它实施例中，可使用耦接在整流电路的二极管电桥的各个输出端与DC总线之间的扼流电感器。此外，在其它实施例中，可使用耦接到DC总线的扼流电感器。本实用新型的实施例提供一种功率电路，包括彼此并联耦接的第一整流电路和第二整流电路，每个整流电路包括具有15个串联耦接电感器的变压器，其中15个串联耦接电感器通过15个插在电感器对之间的节点联接并且呈现为六边形，六边形具有对应的第一、第二、第三、第四、第五和第六顶点以及分别包括两个和三个电感器的交替边；用于三相AC电源的三个输入端，其耦接到六边形的交替顶点；以及用于九相AC电源的九个输出端，其耦接在每个不为六边形的顶点的节点与相应的二极管电桥之间，其中，第一整流电路的输入端耦接到相应六边形的第一、第三和第五顶点，且第二整流电路的输入端耦接到相应六边形的第二、第四和第六顶点；DC总线，其耦接到第一整流电路和第二整流电路的二极管电桥的输出端。本实用新型的实施例还提供一种功率电路，包括彼此并联耦接的第一整流电路和第二整流电路，每个整流电路包括具有15个串联耦接电感器的变压器，其中15个串联耦接电感器通过15个插在电感器对之间的节点联接并且呈现为六边形，六边形具有对应的第一、第二、第三、第四、第五和第六顶点以及分别包括两个和三个电感器的交替边；用于三相AC电源的三个输入端，其耦接到六边形的交替顶点；以及用于九相AC电源的九个输出端，其耦接在每个不为六边形的顶点的节点与相应的二极管电桥之间；其中，第一整流电路的输入端耦接到相应六边形的第一、第三和第五顶点，且第二整流电路的输入端耦接到相应六边形的第二、第四和第六顶点；以及DC总线，其耦接到第一整流电路和第二整流电路的二极管电桥的输出端；以及逆变电路，其耦接到DC总线并且被配置成将来自DC总线的 DC功率转换成可控频率输出功率。本实用新型的实施例还提供一种功率电路，包括彼此并联耦接的第一整流电路和第二整流电路，每个整流电路包括具有15个串联耦接电感器的变压器，其中15个串联耦接电感器通过15个插在电感器对之间的节点联接并且呈现为六边形，六边形具有对应的第一、第二、第三、第四、第五和第六顶点以及分别包括两个和三个电感器的交替边，其中所有的电感器通常是相同的；用于三相AC电源的三个输入端，其耦接到六边形的交替顶点；以及用于九相AC电源的九个输出端，其耦接在每个不为六边形的顶点的节点与相应的二极管电桥之间；其中，第一整流电路的输入端耦接到相应六边形的第一、第三和第五顶点，且第二整流电路的输入端耦接到相应六边形的第二、第四和第六顶点；以及DC总线，其耦接到第一整流电路和第二整流电路的二极管电桥的输出端；用于减小第一整流电路和第二整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置；以及逆变电路，其耦接到DC总线并且被配置成将来自DC总线的DC功率转换成可控频率输出功率。
在参照附图阅读下列详细描述时，本实用新型的以上和其它特点、方面和优点将得以更好地理解，在整个附图中，类似的符号表示类似的部件，其中图1为18脉冲正构造块的例示性实施例的示意图，其包括九相18脉冲自耦变压器和相关联的九相整流器；图2为18脉冲负构造块的例示性实施例的示意图，其包括九相18脉冲自耦变压器和相关联的九相整流器；图3为与图2的18脉冲负构造块并联的图1的18脉冲正构造块的例示性实施例的示意图；图4为与图2的18脉冲负构造块并联的图1的18脉冲正构造块的例示性实施例的示意图，其具有耦接到位于并联构造块上游的各个输入线的AC线路电抗器；图5为彼此并联的图1的18脉冲正构造块的两个例示性实施例的示意图，其具有耦接到位于并联构造块上游的各个输入线的AC线路电抗器；图6为与图2的18脉冲负构造块并联的图1的18脉冲正构造块的例示性实施例的示意图，其具有耦接在位于并联构造块下游的各个输出端与DC总线之间的扼流电感器；图7为彼此并联的图1的18脉冲正构造块的两个例示性实施例的示意图，其具有耦接在位于并联构造块下游的各个输出端与DC总线之间的扼流电感器；图8为并联的36脉冲正/负构造块的多个例示性实施例的示意图，其中每个36 脉冲正/负构造块包括彼此并联的18脉冲正构造块和18脉冲负构造块；[0017]图9为彼此并联的36脉冲正/负构造块的多个例示性实施例的示意图，其具有自 DC总线下游连接的多个DC/AC逆变电路；以及图10为彼此并联的36脉冲正/负构造块的多个例示性实施例的示意图，其具有自DC总线下游连接的多个DC/AC逆变电路并且每个DC/AC逆变电路与各个36脉冲正/负构造块相关联。
具体实施方式
整流器通常用于调整AC电压并在DC总线上生成DC电压。典型的整流器包括基于开关的电桥，其包括两个用于各个AC电压相的开关，其中所述AC电压相各自链接到DC 总线。所述开关以定时方式交替地断开和闭合，从而，顾名思义，导致对AC电压的整流。在设计整流器配置时，存在三个主要考虑事项，包括成本、AC输入电流谐波和DC总线纹波。关于AC输入电流谐波，当将AC相链接到整流器并接通整流器开关时，已知该开关作用将导致 AC线上的谐波。由一个整流器导致的AC线谐波可使提供给其它共同链接的负载的电压失真，因此，通常应对其进行限制。整流器开关通常还会在DC总线上生成纹波。对于大多数硬件密集型配置，可通过使用少量的系统组件和在可能时使用相对便宜的组件来使得成本最小化。可通过增加由整流器调整的AC相的数量来改善AC输入电流谐波和DC纹波。更具体地说，这些AC相可彼此发生相移。例如，通过对九相AC电流而非三相AC电流进行整流，大体上可减小谐波和纹波。在整流器系统具有AC谐波限制的情况下，可通过采用使用九相AC电源的18脉冲整流器来满足这些限制。由于AC电源分配的全球标准为三相，18脉冲整流器可在公用设施电源线与整流器开关之间使用三至九相功率转换器。现在转向附图，且首先参照图1，其说明了 18脉冲正构造块10的例示性实施例。 18脉冲正构造块10包括九相18脉冲自耦变压器12和相关联的九相整流器14。18脉冲正构造块10通过三个输入线18、20、22连接到三相AC电源16，并且可通过两个DC输出线沈、观连接到负载对。如下文将详细描述，通常，在18脉冲正构造块10中，三个输入线18、 20,22连接到自耦变压器12，而两个输出线沈、观连接到整流器14。来自三相AC电源16 的三个输入线18、20、22可分别对应于三个相，其通常可被称为相A、B和C。此外，通向负载M的两个输出线沈、观可包括正DC输出线沈和负DC输出线28。自耦变压器12可包括三个线圈30、32、34，其中每个线圈包括多个电感器。具体地，第一线圈30包括电感器36、38、40、42、44，第二线圈32包括电感器46、48、50、5254，且第三线圈34包括电感器56、58、60、62、64。为简单起见，电感器36、38、40、42、44、46、48、 50、52、54、56、58、60、62、64可统称为电感器66。电感器66串联连接，且通常可呈现为六边形。更具体地说，如图示，所述多个电感器66可位于六边形的六个边68、70、72、74、76、78 上。六边形的六个边68、70、72、74、76、78交替地具有两个和三个电感器66。通常，用于特定线圈的电感器66可位于六边形的对边上。例如，第一线圈30的电感器36和38可位于六边形与第一线圈30的电感器40、42和44的对边(例如，边68和70)上，第二线圈32的电感器46、48和50可位于六边形与第二线圈32的电感器52和M的对边(例如，边72和 74)上，而第三线圈34的电感器56和58可位于六边形与第三线圈34电感器60、62和64 的对边(例如，边76和78)上。[0023]如图示，在相邻电感器66之间的点处形成十五个节点。这些节点可包括节点80、 82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106和 108，并且可被统称为节点 110。十五个节点110中的六个为输入节点。具体地，输入节点可包括节点80、86、90、96、100和106，并且可被统称为输入节点112。更具体地说，输入节点112位于作为自耦变压器12的六边形表示顶点的节点处。可将六个输入节点112中的三个连接到三相AC电源16。具体地，可将非连续输入节点112连接到三相AC电源16。与18脉冲正构造块10 —起使用的自耦变压器12具有一组特定的输入节点112。 具体地，在18脉冲正构造块10中，输入节点112为节点106、96和86，其中每个节点以120 度的相移隔开。更具体地说，可将输入节点106、96和86分别通过输入线18、20和22，如由相A、B和C表示，连接到三相AC电源16。相反地，如图2所示，与18脉冲负构造块114 一起使用的自耦变压器12具有一组不同的输入节点112。具体地，在18脉冲负构造块114 中，输入节点112为节点90、80和100，其中每个节点以120度的相移隔开。更具体地说， 可将输入节点90、80和100分别通过输入线18、20和22，如由相An、Bn* Cn表示，连接到三相AC电源16。换句话说，将输入线18、20、22耦接到图1中的18脉冲正构造块10以及图 2中的18脉冲负构造块114两者的六边形表示的交替顶点。图1中的18脉冲正构造块10 和图2中的18脉冲负构造块114两者均可被称为整流电路。此外，十五个节点110中的九个为输出节点。具体地，输出节点可包括节点82、84、 88、92、94、98、102、104和108，并且可被统称为输出节点116。更具体地说，输出节点116位于不为自耦变压器12的六边形表示的顶点的节点处。可将九个输出节点116连接到整流器 14，而整流器14可被连接到负载24 (例如，通过至少一个DC总线和至少一个逆变电路)。可将自耦变压器12的六边形表示想象成电压平面，其中各个节点110与原点118 之间的距离表示对应节点Iio处的电压量值。例如，形成于原点118与节点80之间的向量 120表示节点80处的电压量值。形成于原点118与节点108之间的稍短的向量122表示节点108处的电压量值。因此，节点80处的电压量值大于节点108处的电压量值。两个向量 (例如，向量120和12 之间的角度表示两个节点电压之间的相移角。每两个相邻输出节点电压之间的相移角基本上为40度。例如，如图示，节点108与82之间的相移角为40度。 类似地，各个输出节点116处的电压量值向量均相同。例如，如图示，分别与输出节点108 和104相关的向量122和IM是相同的。对于18脉冲正构造块10或18脉冲负构造块114任一者，输入节点112的电压量值向量比输出节点116的电压量值向量长。因此，所得电压输出使用图1和2中所示的自耦变压器12逐步降低。此外，类似于输出节点116，对于各个输入节点112，电压量值向量是相同的。初级(即，输入)与次级(即，输出)电压之间的自耦变压器12的逐步降低电压量值与输入和输出节点112与116的电压量值向量的长度比成比例。例如，逐步降低电压量值将与向量122的长度(S卩，输出向量的长度)与向量120的长度(即，输入向量的长度)的比成比例。下列方程式表示这两个量值之间的三角关系。
权利要求1.一种功率电路，其特征在于，包括彼此并联耦接的第一整流电路和第二整流电路，每个整流电路包括具有15个串联耦接电感器的变压器，其中所述15个串联耦接电感器通过15个插在电感器对之间的节点联接并且呈现为六边形，所述六边形具有对应的第一、第二、第三、第四、 第五和第六顶点以及分别包括两个和三个电感器的交替边；用于三相AC电源的三个输入端，其耦接到所述六边形的交替顶点；以及用于九相AC电源的九个输出端，其耦接在每个不为所述六边形的顶点的节点与相应的二极管电桥之间，其中，所述第一整流电路的输入端耦接到相应六边形的第一、第三和第五顶点，且所述第二整流电路的输入端耦接到相应六边形的第二、第四和第六顶点；DC总线，其耦接到第一整流电路和第二整流电路的二极管电桥的输出端。
2.根据权利要求1所述的功率电路，进一步包括用于减小第一整流电路和第二整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置。
3.根据权利要求2所述的功率电路，其中所述用于减小第一整流电路和第二整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置包括耦接到各个整流电路的各个输入端的AC线路电抗器。
4.根据权利要求3所述的功率电路，其中所述AC线路电抗器的累积阻抗值介于所述功率电路的总阻抗的1. 5%与15%之间。
5.根据权利要求2所述的功率电路，其中所述用于减小整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置包括耦接在每个整流电路的二极管电桥的每个输出端与所述DC总线之间的电感器。
6.根据权利要求2所述的功率电路，其中所述用于减小整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置包括耦接到所述DC总线的电感器。
7.根据权利要求1所述的功率电路，其中第一整流电路和第二整流电路的所有电感器通常是相同的。
8.根据权利要求1所述的功率电路，包括第三整流电路和第四整流电路，其分别与第一整流电路和第二整流电路实质上相同且与第一整流电路和第二整流电路并联耦接。
9.根据权利要求1所述的功率电路，进一步包括逆变电路，其耦接到所述DC总线并且被配置成将来自所述DC总线的DC功率转换成可控频率输出功率。
10.根据权利要求9所述的功率电路，包括多个逆变电路，其耦接到所述DC总线并且被配置成将来自所述DC总线的DC功率转换成可控频率输出功率，其中所述逆变电路的三相输出导线彼此耦接以使所述逆变电路电并联。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述三相输出导线包括自所述逆变电路延伸出的线缆，所述导线在所述线缆的接近负载的一端彼此耦接。
12.—种功率电路，其特征在于，包括彼此并联耦接的第一整流电路和第二整流电路，每个整流电路包括具有15个串联耦接电感器的变压器，其中所述15个串联耦接电感器通过15个插在电感器对之间的节点联接并且呈现为六边形，所述六边形具有对应的第一、第二、第三、第四、第五和第六顶点以及分别包括两个和三个电感器的交替边；用于三相AC电源的三个输入端，其耦接到所述六边形的交替顶点；以及用于九相AC电源的九个输出端，其耦接在每个不为所述六边形的顶点的节点与相应的二极管电桥之间；其中，所述第一整流电路的输入端耦接到相应六边形的第一、第三和第五顶点，且所述第二整流电路的输入端耦接到相应六边形的第二、第四和第六顶点；以及DC总线，其耦接到第一整流电路和第二整流电路的二极管电桥的输出端；以及逆变电路，其耦接到所述DC总线并且被配置成将来自所述DC总线的DC功率转换成可控频率输出功率。
13.根据权利要求12所述的功率电路，包括用于减小第一整流电路和第二整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置。
14.根据权利要求13所述的功率电路，其中所述用于减小第一整流电路和第二整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置包括耦接到各个整流电路的各个输入端的AC线路电抗器；耦接到每个整流电路的二极管电桥的每个输出端的电感器；或两者的组合。
15.根据权利要求12所述的功率电路，包括多个逆变电路，其耦接到所述DC总线并且被配置成将来自所述DC总线的DC功率转换成可控频率输出功率，其中所述逆变电路的三相输出导线彼此耦接以使所述逆变电路电并联。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述三相输出导线包括自所述逆变电路延伸出的线缆，所述导线在所述线缆的接近负载的一端彼此耦接。
17.根据权利要求15所述的功率电路，其中所述三相输出导线包括自所述逆变电路延伸出的线缆，所述导线在所述线缆的接近负载的一端彼此耦接。
18.根据权利要求12所述的功率电路，其中第一整流电路和第二整流电路的所有电感器通常是相同的。
19.根据权利要求12所述的功率电路，包括第三整流电路和第四整流电路，其分别与第一整流电路和第二整流电路实质上相同且与第一整流电路和第二整流电路并联耦接。
20.一种功率电路，其特征在于，包括彼此并联耦接的第一整流电路和第二整流电路，每个整流电路包括 具有15个串联耦接电感器的变压器，其中所述15个串联耦接电感器通过15个插在电感器对之间的节点联接并且呈现为六边形，所述六边形具有对应的第一、第二、第三、第四、 第五和第六顶点以及分别包括两个和三个电感器的交替边，其中所有的电感器通常是相同的；用于三相AC电源的三个输入端，其耦接到所述六边形的交替顶点；以及用于九相AC电源的九个输出端，其耦接在每个不为所述六边形的顶点的节点与相应的二极管电桥之间；其中，所述第一整流电路的输入端耦接到相应六边形的第一、第三和第五顶点，且所述第二整流电路的输入端耦接到相应六边形的第二、第四和第六顶点；以及 DC总线，其耦接到第一整流电路和第二整流电路的二极管电桥的输出端； 用于减小第一整流电路和第二整流电路之间的循环电流以及用于促进第一整流电路和第二整流电路之间的负载共享的装置；以及逆变电路，其耦接到所述DC总线并且被配置成将来自所述DC总线的DC功率转换成可控频率输出功率。
专利摘要公开了一种功率电路。本实用新型的实施例提供用于并联使用多个18脉冲整流电路的新技术。尤其是，每个整流电路可包括具有通过15个插在电感器对之间的节点联接的、15个串连耦接的电感器的自耦变压器。电感器可呈现为六边形，其中六边形的交替边分别具有两个和三个电感器。每个整流电路也可包括耦接到六边形表示的交替顶点的三相AC电源的三个输入端以及耦接在每个不为六边形表示的顶点的节点与各个二极管电桥之间的AC电源的九个输出端。用于整流电路的二极管电桥的输出端可耦接到DC总线。此外，还提供一种用于减小并联整流电路之间的循环电流以及促进并联整流电路之间的负载共享的装置。
文档编号H02M5/44GK202009334SQ201020601338
公开日2011年10月12日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者加里·L·斯基宾斯基, 韦立祥 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司