[发明专利]降低有多个逆变器的公共 DC 母线的无功电流的系统和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题总体上涉及具有由多个逆变器共享的直流(DC)母线的系统，以及更加具体地涉及用于降低由于多个逆变器而在DC母线上存在的无功电流的幅度的系统。

背景技术

如本领域技术人员已知的，电机驱动器接收输入电压并将该输入电压转换成合适的输出电压，以用于控制电机的操作。在交流(AC)电机驱动器中，三相AC电压通常在例如230V或460V处可用作输入电压。电机驱动器包括将AC输入电压整流为直流(DC)电压的转换器部分。跨电机驱动器中的DC母线的第一轨和第二轨存在DC电压。逆变器部分包括开关，例如晶体管、晶闸管或可控硅整流器，以将DC母线上的DC电压转换为以期望幅度和频率输出的AC电压来控制电机的操作。还已知的是，可以将转换器、DC母线和逆变器部分封入单个壳体中作为被配置成安装在控制柜中的集中式电机驱动器。可替代地，电机驱动器的一部分例如逆变器部分可以包括在独立的壳体中或集成到电机壳体中，并且可以位于待控制的电机旁边。转换器部分可以包括在被配置成安装在控制柜中的壳体中。包括DC母线线缆以及电感性或电容性元件的DC链路将转换器部分连接至一个或更多个分布式逆变器部分。

电机驱动器通常利用脉宽调制(PWM)例程来控制逆变器部分中的开关。开关将DC母线的第一轨或第二轨与AC输出交替地连接和断开。因此，结果的输出为零伏或者完全处于在DC母线上存在的电压电平。为了改变输出电压的幅度，PWM例程以预定间隔重复执行，该预定间隔有时还被称为载波周期，其中载波周期的倒数为载波频率。PWM例程接收与期望的输出电压幅度对应的参考信号，并控制开关使得DC母线在载波周期的一部分内连接至输出。因此，在每个载波周期期间，输出在载波周期的一定百分比内接通并且在载波周期的剩余百分比内断开，并且产生针对每个载波周期的平均电压幅度。通过改变每个开关接通或断开的载波周期的百分比，平均电压幅度进行改变使得其与输入至PWM例程的参考信号对应。如果期望的AC电压的基频显著小于载波频率，则结果的输出电压波形接近期望的AC电压。

然而，高频开关生成可能例如在DC母线上存在的、处于载波频率的不期望无功电流和其谐波或倍频波。在分布式电机驱动器中特别关注在DC母线上存在的无功电流。逆变器部分可以与转换器部分存在显著的距离，并且DC母线线缆和其他无功DC链路部件如电感器和电容器存在对高频无功电流的显著阻抗。由于这些阻抗，无功电流在DC链路部件中作为功率损耗至少部分地耗散。此外，如果将多个逆变器部分连接至单个转换器，每个逆变器部分生成被传送至DC母线的无功电流，从而增加了无功电流的最大潜在幅度。

在历史上，已知的是增加用于转换器部分与逆变器部分之间的DC母线的DC链路部件的尺寸来容纳增加的电流。然而，在一些应用中，逆变器部分安装在其控制的机器上并且分布在受控机器或处理周围。因此，可能需要几十或几百英尺的线缆布线以将每个逆变器部分连接至转换器部分。线规或其他DC链路部件的增加导致受控系统的成本显著增加和潜在不期望的重量。

因此，期望控制在共享DC母线上的每个逆变器的开关以降低在DC母线上存在的总无功电流。

发明内容

本文公开的主题描述了一种被配置成降低在由多个逆变器共享的DC母线上存在的无功电流的幅度的系统。所述系统可以包括被配置成控制多个逆变器的一个处理器，或者包括各自被配置成控制相应逆变器的多个处理器。由所述处理器中之一生成同步信号以协调用于每个逆变器的调制例程的每个开关周期的启动。针对逆变器中的每一个确定载波相位角，所述载波相位角限定了在由每个逆变器的调制例程使用的载波信号内与开关周期的启动对应的点。每个逆变器的调制例程在共享DC母线上生成无功电流，所述无功电流的一个分量被称为波纹电流。通过控制用于每个逆变器的载波相位角，第一逆变器的无功电流可以被生成为处于与由第二逆变器生成的无功电流的相位角偏移的相位角。因此，来自第一逆变器的无功电流抵消了来自第二逆变器的无功电流的至少一部分，降低了在DC母线上存在的总无功电流。

根据本发明的一个实施方式，公开了一种用于降低在DC母线上存在的无功电流的系统。DC母线具有第一电压轨和第二电压轨，并且被配置成具有存在于第一电压轨和第二电压轨之间的DC电压电位。所述系统包括多个逆变器，每个逆变器包括：输入，所述输入被配置成连接至DC母线的第一电压轨和第二电压轨；输出，所述输出被配置成连接至交流(AC)负载；以及多个开关器件。每个开关器件由开关信号控制以使所述输入与所述输出交替地连接和断开。