在故障模式下具有高輸出的驅(qū)動(dòng)器制造技術(shù)

在每個(gè)支路中具有多個(gè)單元的電源中保持一個(gè)高輸出電平。旁路任何支路中出故障的單元，提供通過(guò)各個(gè)支路的電流通路。在保持各相間幅值相等和線(xiàn)間輸出電壓的平衡相位關(guān)系的同時(shí)使用所有的無(wú)故障單元。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)可以和用來(lái)降低峰值電壓的電路和一個(gè)旁路開(kāi)關(guān)協(xié)同工作。（*該技術(shù)在2019年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種驅(qū)動(dòng)器，特別涉及一種驅(qū)動(dòng)器和用來(lái)操作諸如變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種可變驅(qū)動(dòng)器的方法。可變輸出的驅(qū)動(dòng)器在傳統(tǒng)的工業(yè)中被用來(lái)為AC電動(dòng)機(jī)提供可變的電功率。同樣的驅(qū)動(dòng)器也可以用于不具體涉及到電動(dòng)機(jī)但是需要可變的輸出電壓或是頻率的其他用途。典型的驅(qū)動(dòng)器具有一個(gè)AC輸入電源和通常采用固體器件的某種類(lèi)型的轉(zhuǎn)換裝置，用來(lái)將固定的AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成可變電壓和/或可變頻率的輸出。在本文引入作為參考的美國(guó)專(zhuān)利US5625545號(hào)中公開(kāi)了一種此類(lèi)的驅(qū)動(dòng)器。該項(xiàng)專(zhuān)利提出了一種被用作驅(qū)動(dòng)器的電源，它可以利用多個(gè)功率單元產(chǎn)生一個(gè)三相的AC輸出。與僅僅使用一個(gè)功率單元的情況相比，串聯(lián)的多個(gè)這種功率單元可以提供較高的電壓輸出。然而，串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的某些功率單元在工作中有可能發(fā)生故障，使電流通路形成開(kāi)路，影響到整個(gè)驅(qū)動(dòng)器不能工作。在許多情況下，特別是采用變速驅(qū)動(dòng)器的工業(yè)應(yīng)用中，都要求能夠在單個(gè)功率單元出故障時(shí)在降壓模式下連續(xù)工作。實(shí)現(xiàn)降壓工作的一種方法是將損壞或是故障的功率單元短路。這樣會(huì)造成不平衡的輸出，因?yàn)榫哂卸搪饭β蕟卧闹繁仨氃谛∮谌妷旱臈l件下工作。這種工作方式會(huì)產(chǎn)生不平衡線(xiàn)路狀態(tài)并且對(duì)負(fù)載元件有害。因此，當(dāng)串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的功率單元發(fā)生故障時(shí)，通常需要通過(guò)在每個(gè)其他支路中短路同等數(shù)量的功率單元，以便能夠在降壓或是降低速度的狀態(tài)下工作。盡管來(lái)自各個(gè)支路中具有短路功率單元的這種驅(qū)動(dòng)器的輸出被降低了，但是仍然允許驅(qū)動(dòng)器在降壓或是陣低速度的條件下工作。這種降壓工作方式往往是非常必要的，以便能在驅(qū)動(dòng)器的控制下連續(xù)地工作，一直持續(xù)到關(guān)機(jī)維修。另外，為了維持產(chǎn)生所需的最小電平，有可能希望使驅(qū)動(dòng)器在降壓的狀態(tài)下工作。通常，如果具有串聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生了故障，就按照一個(gè)給定支路中沒(méi)有故障的功率單元數(shù)量與這一支路中功率單元的總數(shù)之比成比例地降低其有效輸出電壓和功率。以上述專(zhuān)利為例，如果有一個(gè)功率單元例如功率單元A1發(fā)生了故障，通常就需要通過(guò)適當(dāng)?shù)呐月冯娐穼⒐β蕟卧狝1，B1和C1短路。在US5625545號(hào)專(zhuān)利的圖9中表示了這種電路。如果在這種旁路狀態(tài)下工作，用22，25和24表示的三相驅(qū)動(dòng)器的輸出就被成比例地降低三分之一。在這種工作狀態(tài)下，提供給電動(dòng)機(jī)的輸出電壓僅有全電壓的66％。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)僅僅能夠達(dá)到其額定速度的大約三分之二。按照多數(shù)情況下的要求，在功率單元故障模式下至少應(yīng)該能夠達(dá)到額定速度的66％。然而，輸出速度和來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的有效功率還是會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。如果使用了多個(gè)串聯(lián)的功率單元或是轉(zhuǎn)換器，提供給負(fù)載的總功率在正常情況下是由所有的功率單元均等地提供的。例如在上述的例子中，當(dāng)九個(gè)功率單元中有一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，仍然能夠提供額定功率的89％。如果將此例中的兩個(gè)可以工作的功率單元B1和C1短路或是旁路，這些功率單元就不能繼續(xù)為負(fù)載提供有效的輸出功率。因而就非常需要在功率單元故障狀態(tài)下對(duì)提供給負(fù)載的輸出電壓和功率進(jìn)行優(yōu)化。本專(zhuān)利技術(shù)所提供的裝置和方法可以在故障模式下利用可以工作的所有功率單元或是轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出功率。本專(zhuān)利技術(shù)涉及到操作一種多相電源的方法，電源的多個(gè)支路中各自具有串聯(lián)連接的多個(gè)功率單元或是轉(zhuǎn)換器。按照這種連接方式，每個(gè)支路的支路電壓等于這一支路中連接的功率單元的總和。另外，該電源在每一對(duì)支路端部的端子之間還具有一個(gè)線(xiàn)電壓輸出。本專(zhuān)利技術(shù)適用于沒(méi)有連接到公共支路節(jié)點(diǎn)而是僅僅連接到支路端點(diǎn)上的負(fù)載，因此，出現(xiàn)在負(fù)載上的僅僅是線(xiàn)電壓輸出。在任意支路中的一個(gè)或多個(gè)功率單元出現(xiàn)故障的故障狀態(tài)下，線(xiàn)電壓輸出達(dá)到最大。這可通過(guò)檢測(cè)任何支路中出故障的功率單元，并且通過(guò)電路旁路繞著出故障的功率單元形成一條電流通路而實(shí)現(xiàn)。因此，在原先連接的支路內(nèi)部不包括來(lái)自故障功率單元的電壓分量。對(duì)無(wú)故障功率單元的輸出加以控制，使電源輸出中的線(xiàn)電壓達(dá)到最大，讓線(xiàn)電壓的幅值大體上相等。通過(guò)對(duì)輸出進(jìn)行這樣的調(diào)整，可以使電源輸出的線(xiàn)間的相電壓達(dá)到平衡。在一個(gè)沒(méi)有故障功率單元的三相輸出電源中，平衡的電壓被維持在各支路輸出電壓之間具有120°的相位關(guān)系。在檢測(cè)到出故障的功率單元時(shí)，通過(guò)在各個(gè)支路之間調(diào)整支路間的相位關(guān)系，就可以恢復(fù)線(xiàn)間的相位平衡。用一種電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這種方法，降低支路之間要求的峰值電壓。可以通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)電壓指令信號(hào)來(lái)降低峰值電壓，并且可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行修改，以便補(bǔ)償檢測(cè)到的出故障的功率單元。可以使用增益按照增益控制來(lái)進(jìn)行修改，該增益與支路中的功率單元總數(shù)(包括出故障的功率單元)除以支路中(沒(méi)有被旁路的)的有效功率單元數(shù)量的比例成正比。本專(zhuān)利技術(shù)特別適合每個(gè)支路中的脈寬調(diào)制的串聯(lián)轉(zhuǎn)換器。其作用可以使電源的線(xiàn)電壓輸出達(dá)到平衡，并且在系統(tǒng)中充分利用每一個(gè)無(wú)故障的功率單元。附圖說(shuō)明圖1a是一個(gè)實(shí)施例的電源電路圖，它是一個(gè)三相驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)支路中具有五個(gè)功率單元；圖1b是一個(gè)示意圖，表示諸如圖1a所示的一個(gè)功率單元的轉(zhuǎn)換電路的實(shí)施例；圖1c是控制信號(hào)方案的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，可以用來(lái)控制如圖1a所示的每個(gè)支路中有五個(gè)功率單元的驅(qū)動(dòng)器；圖1d表示功率單元旁路的四種不同實(shí)施例；圖2是在三相輸出的每個(gè)支路中串聯(lián)連接的一種五個(gè)功率單元的典型結(jié)構(gòu)的電壓示意圖；圖3是在一個(gè)類(lèi)似于圖2所示的結(jié)構(gòu)中的電壓示意圖，但是支路A中有兩個(gè)出故障的功率單元；圖4(現(xiàn)有技術(shù))是一個(gè)電壓圖形，表示在支路A中有兩個(gè)故障功率單元并且分別從支路B和C中去掉兩個(gè)功率單元的現(xiàn)有技術(shù)的操作方法；圖5a是用來(lái)操作沒(méi)有支路A中的兩個(gè)故障功率單元但是利用了支路B和C中所有五個(gè)功率單元的一種結(jié)構(gòu)的電壓圖形；圖5b是用來(lái)操作損失了B相的一個(gè)功率單元和C相的兩個(gè)功率單元之后的一種結(jié)構(gòu)的電壓圖形；圖5c是用來(lái)操作損失了B相的兩個(gè)功率單元和C相的三個(gè)功率單元之后的一種結(jié)構(gòu)的電壓圖形；圖6是用來(lái)降低三相電源峰值電壓指令的一種現(xiàn)有技術(shù)控制功能的示意圖；圖7表示一個(gè)用來(lái)降低峰值電壓，并且在操作出故障的轉(zhuǎn)換器功率單元時(shí)優(yōu)化輸出電壓的控制功能方框圖；圖8a，b，c和d是用來(lái)表示各種操作狀態(tài)下的控制信號(hào)波形的示意圖；圖9a，b，c和d是一些實(shí)施例的信號(hào)波形圖；圖10a，b，c和d是一些實(shí)施例的控制波形圖；圖11是圖7所示實(shí)施例的電路示意圖；圖12表示用來(lái)降低峰值電壓，并且在操作出故障的轉(zhuǎn)換器功率單元時(shí)優(yōu)化輸出電壓的第二種改進(jìn)的控制功能方框圖；圖13是一個(gè)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的示意圖；圖14是使用彈簧負(fù)荷觸點(diǎn)的一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的示意圖15是采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的一種三功率單元結(jié)構(gòu)的示意圖。圖1a表示一個(gè)AC驅(qū)動(dòng)器的電源電路圖。在這種典型的結(jié)構(gòu)中可以采用本專(zhuān)利技術(shù)，然而，其他的驅(qū)動(dòng)器和電源也可以采用本專(zhuān)利技術(shù)的裝置和方法。三相輸入線(xiàn)路1饋送到一個(gè)功率變壓器2。如圖所示，功率變壓器2可以采用任意的結(jié)構(gòu)，在某些實(shí)施例中采用了諸如US5625545中所示的多繞組三相隔離變壓器。這種變壓器的原邊繞組是星形或是網(wǎng)形連接的，受到來(lái)自三相輸入線(xiàn)路1的激勵(lì)。變壓器可以激勵(lì)許多單相或是多相的副邊繞組。在本文的實(shí)施例中有許多副邊繞組，每個(gè)繞組對(duì)應(yīng)著驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)轉(zhuǎn)換器或是功率單元。按照上述專(zhuān)利中的提示，可以為這些繞組預(yù)先選定某一電氣相位角。在采用其他變壓器結(jié)構(gòu)的某些應(yīng)用中則完全不需要使用輸入隔離變壓器。如圖1a所示，輸入變壓器或是其他AC電源向獨(dú)立的功率轉(zhuǎn)換器供本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種操作多相電源的方法，電源的多個(gè)支路中各自具有串聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，每個(gè)上述支路被連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)和各自的線(xiàn)路之間，在這一電源的成對(duì)的上述支路之間具有線(xiàn)間的電壓輸出，其特征是包括： （ａ）檢測(cè)任何上述支路中的故障單元； （ｂ）在每個(gè)上述故障單元周?chē)峁┡月罚谌魏尉哂兄辽僖粋€(gè)故障單元的上述支路中形成一個(gè)電流通路；以及 （ｃ）控制上述電源的支路中的單元，使上述線(xiàn)間電壓輸出變成最大，并且保持所有線(xiàn)間電壓輸出的幅值大體上相等。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：皮特W哈蒙德，馬克R艾耶羅，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：西門(mén)子能源和自動(dòng)化公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]