[发明专利]在可变速度驱动器中的能量恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变速度驱动器，其包括并入了用于存储恢复能量的模块的能量恢复设备。此类速度驱动器特别用于控制在频繁加速和减速的应用中的电动机，诸如起重应用或位置调整应用。

背景技术

能量恢复设备一般能够在电动机处于制动模式(或恢复模式)时存储能量，然后在电动机处于驱动模式(或电动机模式)时恢复存储的能量，并且如果有必要的话在驱动器的主电源消失时提供后备能量。

诸如US2001017234、EP1641110、US6742630、US6938733、WO2006/016002或EP1586527A1的现有技术文献已经提出与可变速度驱动器关联的能量恢复解决方案。现有拓扑常常基于附加的功率转换器和能量存储模块，其中功率转换器并联连接到可变速度驱动器的直流功率总线。能量存储模块常包括一个或多个“超级电容器”或“超级电容器”和电池的组合。

“超级电容器”或“超电容器”术语指定一公知元件，其能够存储比传统电容器多的大量的电能，例如接近于电化学电池，而且和传统电容器一样能够接受大量的充电和放电电流，而不同于电化学电池。

现有解决方案不能将直流总线的电压放大(或提升)到比在整流器的输出端由驱动器的主电源提供的电压大的值。类似地，直流总线电压无法被调整以减少直流总线的振荡从而减少驱动电流的失真率并由此减少在施加于逆变器的输出端的电压是最大时的扭矩纹波。另外，由整流器吸收的电流无法具有30％以下的电流的总谐波失真(THDI)率。另外，在能量恢复设备中使用的开关的负荷因素未被最优化。

发明内容

本发明的目的因此是提出一种包括能量恢复设备的可变速度驱动器以便节约能量，提高驱动器的性能且不具有以上的缺点。具体地，能量恢复设备必须显著地使得可以：

-当可变速度驱动器工作于制动模式时恢复和存储电能。

-将在制动模式中存储的电能复原到驱动器。

-减少到在驱动器输入端的主电源的相位的电流的总谐波失真率的接近30％。

-即使在驱动器不具有总线电容器的情况下(C-less拓扑)，移除在主频率(接近50Hz)的直流总线电压的变化(无纹波功能)，而不管外部主电源的可能干扰。直流总线的电压调节使得能够特别更好地控制扭矩和电动机的磁通量。

-如果有必要的话，增加由驱动器的整流器模块提供的直流总线电压(升压功能)，这使得可以具有能量保留。

为此，本发明描述一种可变速度驱动器，包括配备有正极线和负极线的直流电源总线，由直流总线供电的逆变器器模块，以便向电负荷提供可变电压。该驱动器包括能量恢复设备，其包括：包括输入级和输出级的第一直流/直流转换器，第一转换器的输出级串联连接于直流总线的正极线；包括输入级和输出级的第二直流/直流转换器，第二转换器的输入级连接在直流总线的正极线和负极线之间；以及电能存储模块，其与第一转换器的输入级并联连接以及与第二转换器的输出级并联连接。

根据一个特征，电能存储模块包括一个或多个超级电容器。

根据另一个特征，第一直流/直流转换器是不隔离(insulated)的单向转换器，其包括有源开关和无源开关。

在本文件中，“有源开关”指代其开关动作被控制来断开和/或闭合的开关，诸如晶体管、闸流晶体管或三端双向可控硅开关元件。相反地，“无源开关”指代具有自发的开关动作的开关，诸如二极管。

根据另一个特征，无源开关是二极管，其串联连接到直流总线的正极线，第一转换器的输出级被连接到二极管的端子，第一转换器的输入级连接到由串联连接的有源开关和无源开关形成的组件的端子。有源开关是功率晶体管，其受控于由可变速度驱动器产生的第一控制信号。

根据另一个特征，第二直流/直流转换器是不隔离的双向转换器，其包括与第二有源开关串联连接的第一有源开关。第二转换器的输出级连接到第二有源开关的端子，而第二转换器的输入级连接到由第一有源开关和第二有源开关形成的组件的端子。

根据另一个特征，第二直流/直流转换器是隔离的双向转换器，其包括高频变压器。

附图说明

参考作为示例给出的并由附图表示的实施例，其他特征和优点将在以下详细说明中显现，其中：

-图1示出根据本发明的驱动器的架构的简化的示例。

-图2给出第一直流/直流转换器的优选实施例的详情。

-图3表示直流总线电压和整流电压的图。

-图4a到4d说明驱动器的各种工作模式。

-图5和6给出第二直流/直流转换器的几个实施例的详情。

具体实施方式