專利名稱：管理電源的系統(tǒng)的制作方法
相關(guān)申請的交叉參考該申請要求于2004年9月14日提交的序列號為60/609,764(代理人檔案號為2004P15695US)的待決的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，并將該美國臨時專利申請整體引入作為參考。
背景技術(shù)：
當(dāng)在電路中切換電源裝置時，會出現(xiàn)諧波畸變。例如，諧波畸變出現(xiàn)在給被包含在機器中的電動機供電的電路中。
與機器相關(guān)聯(lián)的電氣系統(tǒng)可以包括電動機控制以及其它的大功率電氣系統(tǒng)(例如超出2MW)。特別地，機器可以包括主動前端(ActiveFront End)單元，這些主動前端單元還可被稱為自換向整流器。在某些電氣系統(tǒng)中，主動前端單元(AFE)可以將交流電(AC)變換成直流電(DC)。主動前端單元以預(yù)定的速率切換。這些電流的切換可能導(dǎo)致在給主動前端單元供電的交流電路中產(chǎn)生電流諧波。
常規(guī)的系統(tǒng)和方法能試圖通過對交流總線上的電流進行濾波來抵制和/或校正諧波畸變。這些常規(guī)系統(tǒng)和方法可以包括大靜態(tài)濾波器，這些靜態(tài)濾波器可能相對昂貴且無效。常規(guī)系統(tǒng)可能占用了電路中過多的空間。另外，可以針對外部負載確定濾波器的尺寸。而且，當(dāng)利用常規(guī)系統(tǒng)和方法時可能發(fā)生變壓器相移。因此，公開了一種用于管理電源和/或抵制諧波畸變的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
某些示例性實施例可以包括適于管理電源的系統(tǒng)，諸如包括通過在給交流電動機供電的同時抵制諧波畸變來管理電源的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括適于被電耦合到直流(DC)總線的多個主動前端單元。多個主動前端單元中的每一個適于被電耦合到一個或者多個變壓器中的一變壓器的預(yù)定的個別繞組。多個主動前端單元中的每一個適于將交流電(AC)變換成直流電。多個主動前端單元中的每一個適于將交流電壓整流成直流電壓并將該直流電壓供給直流總線。該直流總線適于被電耦合到適于給交流電動機供電的逆變器。


參考隨附的示例性附圖，通過下面對某些示例性實施例的詳細描述，多種可能的實施例將變得更容易理解，其中；圖1是機器1000的示例性實施例的側(cè)視圖；圖2是機器電氣系統(tǒng)2000的示例性實施例的方框圖；圖3是系統(tǒng)3000的示例性實施例的示意圖；圖4是方法4000的示例性實施例的流程圖；以及圖5是信息裝置5000的示例性實施例的方框圖。
定義當(dāng)在這里實質(zhì)上使用下列術(shù)語時，應(yīng)用隨附的定義一-至少一個。
主動前端單元-自換向的、主功控制的線路變換器；適于將交流電變換成直流電的自換向的進給/再生反饋單元。
動作-行動、行為、步驟和/或過程或其部分。
適于-使適合或者適配于特定的應(yīng)用或者情形。
交流電(AC)-以規(guī)律的間隔在電路中倒轉(zhuǎn)方向的電流。
設(shè)備-用于特定目的的器具或者裝置。
應(yīng)用-投入使用。
與…相關(guān)聯(lián)-涉及。
異步電動機-由電力供電的旋轉(zhuǎn)裝置，其中電源的三相之間的相位差在該裝置中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電磁場。該裝置包括轉(zhuǎn)子和定子。通過電磁感應(yīng)，旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組中感應(yīng)電流，該定子繞組反過來建立平衡磁場，該平衡磁場使得轉(zhuǎn)子在磁場旋轉(zhuǎn)的方向上轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子比由電源產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場更慢地旋轉(zhuǎn)。
自動地-以實質(zhì)不受用戶影響或者控制的方式通過信息裝置來執(zhí)行。
低于-小于。
總線-適于傳輸電能的導(dǎo)電體。
計算-通過數(shù)學(xué)和/或邏輯規(guī)則來確定。
能-至少在一些實施例中是能夠。
變化-使得出現(xiàn)差異。
最接近的-最近的。
通信-交換信息。
以通信方式耦合-以有助于通信的方式鏈接。
比較-為了表明至少兩項之間的相似性或者不同而檢查。
包括-包含但不局限于。
控制-指引、運用對其的影響。
變換-改變數(shù)據(jù)-個別的信息條，通常以特殊的或者預(yù)定的方式被格式化和/或被組織來表達概念。
定義-建立其輪廓、形式或者結(jié)構(gòu)。
檢測-感知或者察覺。
確定-決定。
進行確定-進行決定。
裝置-機器、制造和/或其集合。
直流電(DC)-不交變的電流。
直接地-沒有任何介入的。
個別的-與其它可區(qū)別。
拉鏟挖掘機-在表面采掘中用來去除覆蓋層(巖石和土壤層)的大型挖掘機。通常的拉鏟挖掘機將鋼索懸掛的鏟斗投擲相當(dāng)大的距離，通過在地面上用第二鋼索(或者鏈條)朝著自己拖動(拖曳)鏟斗來聚集所采掘的材料，舉起鏟斗并將材料傾倒在廢土堆上、送料斗中和/或土堆上。
驅(qū)動-傳輸電源的手段。
占空比-系統(tǒng)在執(zhí)行功能中實際使用的時間部分；直流電壓基本上非零的時間的百分比。
電動機-電力供電的給予運動的裝置。
電的-與電有關(guān)的。
電耦合-以適于傳輸電能的方式連接。
通電的-供給有電流的。
事件-發(fā)生的事情。
執(zhí)行-運行計算機程序或者指令。
場激勵器-適于啟動同步電動機的裝置。
找到-確定。
固定的-在時間周期上基本上不改變。
固定的速率-出現(xiàn)的頻率隨著時間基本上不改變。
諧波畸變-對于交流電源信號，高于和/或低于基波電流頻率的所有諧波頻率的電源的總和與基被電流頻率的電源的比率。
起重機-包括適于至少垂直地移動拉鏟挖掘機的鏟斗的電動機的系統(tǒng)。
識別-確定。
單獨地-個別的實體的或者涉及個別實體。
電感器-適于通過變化的磁通量在電路中感應(yīng)電流的裝置。
信息-已經(jīng)被組織來表達概念的數(shù)據(jù)。通常能使包括信息的管理、組織、轉(zhuǎn)換和/或呈現(xiàn)的某些任務(wù)自動化。
信息裝置-能夠處理信息的任何裝置，諸如任何通用和/或?qū)Ｓ糜嬎銠C，諸如個人計算機、工作站、服務(wù)器、微型計算機、大型機、超級計算機、計算機終端、膝上型電腦、可穿戴計算機、和/或個人數(shù)字助理(PDA)、移動終端、藍牙裝置、通信裝置、“智能”電話(諸如Treo狀裝置)、消息型業(yè)務(wù)(例如黑莓(Blackberry))接收器、尋呼機、傳真、蜂窩式電話、傳統(tǒng)電話、用電話傳送的裝置、已編程的微處理器或者微控制器和/或外圍集成電路元件、ASIC或者其它集成電路、諸如離散元件電路的硬件電子邏輯電路、和/或諸如PLD、PLA、FPGA或者PAL的可編程邏輯裝置，等等。通常，可以使用任何裝置作為信息裝置，在該裝置上存在能夠?qū)崿F(xiàn)這里所述的方法、結(jié)構(gòu)和/或圖形用戶接口的至少一部分的有限狀態(tài)機。信息裝置可以包括公知的部件，這些公知的部件諸如一個或者多個網(wǎng)絡(luò)接口、一個或者多個處理器、一個或者多個包含指令的存儲器、和/或一個或者多個輸入/輸出(I/O)裝置、一個或者多個被耦合到I/O裝置的用戶接口，等等。
輸入/輸出(I/O)裝置-任何面向感觀的輸入和/或輸出裝置，諸如面向聲音的裝置、面向視覺的裝置、面向觸覺的裝置、面向嗅覺的裝置和/或面向味覺的裝置，例如包括監(jiān)控器、顯示器、投影儀、頂置式顯示器、鍵盤、小鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤球、操縱桿、游戲鍵盤、輪子、觸感衰減器、觸摸面板、指示裝置、麥克風(fēng)、揚聲器、攝影機、照相機、掃描儀、打印機、觸覺裝置、振動器、觸覺模擬器和/或觸覺墊，可能包括I/O裝置可以附到或者連接到的端口。
指令-適于執(zhí)行特定操作或者功能的指導(dǎo)。
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)-功率半導(dǎo)體裝置，其具有和雙極晶體管相同的操作，但是具有場效應(yīng)型柵極，使得施加?xùn)艠O-發(fā)射極電壓以使得它導(dǎo)通，而不需要注入電流。當(dāng)柵極-發(fā)射極電壓非常低時，該裝置關(guān)斷。通信通常比與雙極晶體管通信更快，并通常比與MOSFET通信稍慢一些。
逆變器-將直流電源變換成交流電源或者將交流電源變換成直流電源的裝置。
機器可讀介質(zhì)-機器可以從其獲得數(shù)據(jù)和/或信息的物理結(jié)構(gòu)。例子包括存儲器、穿孔卡片等等。
進行管理-進行控制。
手動地-基本上沒有信息裝置的幫助。
可以-在至少一些實施例中被允許。
測量-通過以物理方式感測來表征。
測量結(jié)果-變量的值，該值通過手動和/或自動觀察來確定。
存儲裝置-能夠存儲模擬或者數(shù)字信息(諸如指令和/或數(shù)據(jù))的設(shè)備。例子包括非易失性存儲器、易失性存儲器、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、閃存、磁介質(zhì)、硬盤、軟盤、磁帶、光介質(zhì)、光盤、緊致磁盤(CD)、數(shù)字通用磁盤(DVD)和/或磁盤陣列等等。諸如根據(jù)這里公開的實施例，存儲裝置可被耦合到處理器和/或可以存儲適于由處理器執(zhí)行的指令。
方法-用于完成某事的過程、程序和/或相關(guān)動作的集合。
開采-在可以從中提取材料的土地中的挖掘。
網(wǎng)絡(luò)-可以通信方式耦合的多個節(jié)點。
網(wǎng)絡(luò)接口-能夠?qū)⑿畔⒀b置耦合到網(wǎng)絡(luò)的任何裝置、系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。例如，網(wǎng)絡(luò)接口可以是電話、蜂窩式電話、蜂窩式調(diào)制解調(diào)器、電話數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、傳真調(diào)制解調(diào)器、無線收發(fā)器、以太網(wǎng)卡、電纜調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字用戶線路接口、橋、集線器、路由器或者其它類似裝置。
獲得-取得、得到、接收、計算和/或確定。
運行的-在使用中。
操作者-能夠控制機器的實體。
進行優(yōu)化-進行改進。
參數(shù)-所讀出的、所測量的和/或所計算的值。
相位角-表達交流電流與交流電壓之間的相位關(guān)系的角度。
多個-多個的和/或不止一個的狀態(tài)。
功率-能量和/或工作的量度。
電源事件-影響電壓和/或電流變化的功率。
預(yù)定的-預(yù)先建立的。
預(yù)定的閾值-預(yù)先建立的標(biāo)準(zhǔn)。
預(yù)設(shè)的-預(yù)先建立的。
處理器-用于執(zhí)行一項或者多項預(yù)定任務(wù)的裝置和/或機器可讀指令組。處理器可以包括硬件、固件和/或軟件中的任何一個或者其組合。處理器可以利用機械的、氣動的、水力的、電氣的、磁性的、光學(xué)的、信息的、化學(xué)的和/或生物學(xué)原理、信號和/或輸入來執(zhí)行任務(wù)(多個任務(wù))。在某些實施例中，處理器可以通過操縱、分析、修改、轉(zhuǎn)換、傳輸供可執(zhí)行程序和/或信息裝置使用的信息、和/或?qū)⒃撔畔l(fā)送給輸出裝置來對信息起作用。處理器可以起到中央處理單元、本地控制器、遠程控制器、并行控制器和/或分布式控制器等的作用。除非另有說明，處理器可以是通用裝置，諸如微控制器和/或微處理器(如由加利福尼亞州的圣克拉拉的Intel公司制造的奔騰IV系列的微處理器)。在某些實施例中，處理器可以是專用裝置，諸如專用集成電路(ASIC)或者現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，其已經(jīng)被設(shè)計成在其硬件或者固件中實現(xiàn)這里所公開的至少一部分實施例。
提供-供給。
范圍-變化的數(shù)量或者程度。
速率-出現(xiàn)的頻率。
無功交流電源-不適于執(zhí)行工作的交流電流的矢量部分和/或無功部分的量度。
有關(guān)的-與…相關(guān)聯(lián)的。
剩余的-在當(dāng)前循環(huán)中沒被激活的。
被再現(xiàn)的-對于人來說可察覺的。例如，可以再現(xiàn)數(shù)據(jù)、命令、文本、圖形、音頻、視頻、動畫和/或超級鏈接等等。再現(xiàn)可以是通過任何視覺和/或音頻裝置，諸如經(jīng)由顯示器、監(jiān)控器、電子紙、眼睛植入物、揚聲器和/或耳蝸植入物等等。
抵制-抵抗和/或反抗動作、結(jié)果和/或力。
響應(yīng)-對于影響和/或沖擊的反應(yīng)。
旋轉(zhuǎn)-圍繞中心或者軸轉(zhuǎn)動的行為或者過程。
保存-將數(shù)據(jù)保留在存儲裝置中。
次級繞組-被包含在變壓器中的金屬線圈，適于接收由通過被包含在變壓器中的初級繞組傳導(dǎo)的交流電流所感應(yīng)的所傳輸?shù)哪芰俊?br> 獨立的-個別的。
順序的-按時間出現(xiàn)的。
服務(wù)器-通過網(wǎng)絡(luò)為其它所連接的信息裝置提供某些業(yè)務(wù)的信息裝置和/或軟件。
組-相關(guān)的多個。
交錯角-用于接通主動前端單元的時期之間的相位角。
啟動-開始。
進行啟動-從固定位置開始旋轉(zhuǎn)。
升高-變化一增量。
存儲-通常在存儲器中放置、保持和/或保留數(shù)據(jù)。
被存儲的-被放置、被保持和/或被保留在存儲器中。
隨后的-按時間出現(xiàn)的。
子集-被包含在較大集合中的集合。
基本上-很大范圍或者程度上。
子系統(tǒng)-被包含在較大系統(tǒng)中的系統(tǒng)。
供給-使得可以利用。
切換-導(dǎo)通和/或關(guān)斷。
同步電動機-具有直接與運行它的交變電流電源的頻率成比例的速度的電動機。
系統(tǒng)-機制、裝置、數(shù)據(jù)和/或指令的集合，該集合被設(shè)計來執(zhí)行一種或者多種特定功能。
變壓器-適于將電能從一個電路轉(zhuǎn)換到另一個電路的裝置。變壓器可以包括一對多匝繞組、感應(yīng)耦合的金屬線圈，這些金屬線圈隨著電壓、電流、相位和/或其它電特性的變化實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。
用戶-與信息裝置連接的人。
用戶接口-用于向用戶再現(xiàn)信息和/或請求來自用戶的信息的任何裝置。用戶接口包括文本元素、圖形元素、音頻元素、視頻元素、動畫元素和/或觸覺元素中的至少一種。例如可以通過打印機、監(jiān)控器、顯示器、投影儀等等提供文本元素。例如可以通過監(jiān)控器、顯示器、投影儀和/或可見指示裝置(諸如光、標(biāo)記、信標(biāo)(beacon))等等提供圖形元素。例如可以通過揚聲器、麥克風(fēng)和/或其它生成聲音和/或接收聲音的裝置提供音頻元素。例如可以通過監(jiān)控器、顯示器、投影儀和/或其它可視裝置提供視頻元素或者動畫元素。例如可以通過極低頻的揚聲器、振動器、觸覺刺激器、觸覺墊、模擬器、鍵盤、小鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤球、操縱桿、游戲鍵盤、輪子、觸感衰減器、觸摸面板、指示裝置和/或其它觸覺裝置等等提供觸覺元素。用戶接口可以包括一個或者多個文本元素，諸如一個或者多個字母、數(shù)字、符號等等。用戶接口可以包括一個或者多個圖形元素，諸如圖像、照片、圖畫、圖標(biāo)、窗口、標(biāo)題欄、面板、表格、圖表、繪圖器(drawer)、原模(matrix)、制表、形式、日歷、概視圖、框架、對話框、靜態(tài)文本、文本框、列表、挑選列表、彈出列表、下拉列表、菜單、工具欄、縮回(dock)、復(fù)選框、單選按鈕、超級鏈接、瀏覽器、按鈕、控制器、調(diào)色板、預(yù)覽板、彩色轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤、滑塊、滾動條、光標(biāo)、狀態(tài)欄、分檔器和/或發(fā)展指標(biāo)等等?？梢允褂梦谋驹睾?或圖形元素對外觀、背景顏色、背景式樣、邊界式樣、邊界厚度、前景色、字體、字體式樣、字體大小、對準(zhǔn)、行間距、縮進、最大數(shù)據(jù)長度、確認、詢問、光標(biāo)類型、指針類型、自動尺寸監(jiān)控、位置和/或尺寸等等進行選擇、編程、調(diào)節(jié)、改變、詳細說明等等。用戶接口可以包括一個或者多個音頻元素，諸如音量控制、音調(diào)控制、速度控制、聲音選擇器、和/或用于控制音頻播放、速度、暫停、快進、快退等等的一個或多個元素。用戶接口可以包括一個或者多個視頻元素，諸如控制視頻播放、速度、暫停、快進、快退、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)和/或傾斜等等的元素。用戶接口可以包括一個或者多個動畫元素，諸如控制動畫播放、暫停、快進、快退、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、傾斜、顏色、亮度、速度、頻率、外觀等等的元素。用戶接口可以包括一個或者多個觸覺元素，諸如利用觸覺刺激、力、壓力、振動、運動、位移、溫度等等的元素。
值-所賦予的或者所計算的數(shù)字量。
可變的-可改變的。
電壓-電勢的幅度。
波-在介質(zhì)中引起逐漸地從點到點的轉(zhuǎn)換電能的擾動、變化和/或意外事件。
波形-電壓和/或電流隨著時間變化的輪廓、圖形和/或可視模型。
繞組-金屬絲的線圈。
在…之內(nèi)-在里面。
具體實施例方式
某些示例性實施例可以包括包含適于被電耦合到直流(DC)總線的多個主動前端單元的系統(tǒng)。多個主動前端單元中的每一個可以適于被電耦合到多個變壓器中的一變壓器的獨立繞組。多個主動前端單元中的每一個能適于將交流(AC)電壓變換成直流電壓。多個主動前端單元中的每一個能適于將該直流電壓供給直流總線。該直流總線可以適于被電耦合到多個逆變器。
某些示例性實施例可以包括一種用于管理和/或抵制涉及給與機器相關(guān)聯(lián)的交流電動機供電的諧波畸變的方法。該方法可以包括響應(yīng)于電變量不在預(yù)定范圍內(nèi)的確定，自動切換被電耦合到直流總線的多個主動前端單元中的一主動前端單元，該主動前端單元適于在直流總線上施加直流電壓，該主動前端單元以具有占空比的速率接通，該主動前端單元被電耦合到變壓器繞組。
某些示例性實施例包括在諸如煤炭、鐵、銅或者其它礦石或材料的提取的開采操作中所使用的挖掘機。挖掘機可以包括拉鏟挖掘機、采掘電鏟、斗輪式挖掘機、鉆孔開采機和/或連續(xù)的開采機等等。挖掘機可以包括為旋轉(zhuǎn)提供所支撐的平臺的機器隔間(machinecompartment)。對于某些機器來說，機器隔間可以包括由電纜或者線路所支撐的吊桿(boom)，該吊桿可以通過從吊桿延伸到被安裝在機器隔間頂部的臺架(gantry)的掛鉤(pendant)而以傾斜角被保持。某些機器可以包括鏟斗，該鏟斗可以通過被纏繞在機器隔間中的起重機卷筒上的起重機鋼絲繩從吊桿懸掛。在某些示例性實施例中，可以通過起重機鋼絲繩和拖拉鋼絲繩的協(xié)調(diào)運動朝著拉鏟挖掘機拖動鏟斗。拖拉鋼絲繩可被纏繞在包含在機器隔間中的卷筒上。機器隔間可以包括用于驅(qū)動起重機、拖動電動機、行進電動機和/或“擺動”電動機的驅(qū)動系統(tǒng)。這些電動機能適于控制挖掘、旋轉(zhuǎn)機器隔間和/或移動特定的挖掘機。通過交變電流(AC)應(yīng)用電源線可以獲得運行挖掘機的電源。
圖1是機器1000的示例性實施例的側(cè)視圖，該機器1000可以包括機器隔間1800。機器1000可以包括從機器隔間1800的下前方向上凸出的吊桿1600?？梢越柚趶牡鯒U1600延伸到臺架1300的掛鉤1550以傾斜角保持吊桿1600，該臺架1300可被安裝在機器隔間1800的頂部。鏟斗1700可以通過起重機鋼絲繩1500懸掛，該起重機鋼絲繩1500可以越過滑輪1450并纏繞在起重機卷筒1100上。通過拖拉鋼絲繩1650可以朝著拉鏟挖掘機1000拖動鏟斗1700，該拖拉鋼絲繩1650可以越過吊桿底部銷釘1400附近的引線孔1350并被纏繞在拖拉卷筒1200上。機器1000可被安裝在行進鞋(walking shoe)或者行進機構(gòu)1900上，該行進鞋或者行進機構(gòu)1900能允許拉鏟挖掘機從一處移動到另一處。
圖2是機器電氣系統(tǒng)2000的示例性實施例的方框圖，該機器電氣系統(tǒng)2000可以包括同步起重機電動機2100和/或同步拖動電動機2110。在某些示例性實施例中，起重機電動機2100和/或拖動電動機2110可以包括多個繞組段。帶電的電路可以適于操作起重機電動機2100和拖動電動機2110中的每一個，以提供機器某些部分的運動。例如，起重機電動機2100適于為起重機提供原動力，諸如通過轉(zhuǎn)動圖1的起重機卷筒1100來提供原動力。拖動電動機2110可以適于諸如通過向圖1的拖拉卷筒1200供電而為拖拉運動提供原動力。場激勵器(諸如場激勵器2360和場激勵器2560)可以適于啟動起重機電動機2100和起重機電動機2110中的每一個的旋轉(zhuǎn)。
某些示例性實施例可以包括多個非操作(non-operating)異步三相電動機2120，其中的每一個可以包括單個繞組段。系統(tǒng)2000可以包括多個操作異步三相電動機2130、2140。電動機2120、2130、2140可以根據(jù)基于機器運動和挖掘周期的需要而循環(huán)地導(dǎo)通和關(guān)斷。例如，多個異步電動機2120、2130、2140可以適于提供反向移動機器的原動力，諸如通過驅(qū)動圖1的機器1000的行進機構(gòu)1900來提供原動力。異步電動機2120、2130、2140可以適于向裝置提供原動力，該裝置適于向吊桿(諸如圖1的機器1000的吊桿1600)提供擺動運動。
為了給電動機(諸如起重機電動機2100和/或拖動電動機2110)供電，多個電感器2380可以升高通過多個變壓器2200、2240、2270的初級交流總線2150和多個次級交流總線2190所供給的交流電壓。可以在多個電流互感器2390處測量與交流電壓相關(guān)聯(lián)的交流電，這些電流互感器2390適于測量總電流值、有功電流值和/或無功電流值。變壓器2200、2240、2270中的每一個可以包括相應(yīng)的初級繞組集合2210、2245、2275。變壓器2200可以包括次級繞組2220、2230。變壓器2240可以包括次級繞組2250、2260。變壓器2270可以包括次級繞組2280、2290。次級繞組2220、2230、2250、2260、2280、2290中的每一個可被電耦合到多條直流總線2320、2420、2520、2620。通過變壓器2200、2240、2270所提供的交流電壓可以通過多個主動前端單元2300、2400、2500、2600來管理和/或調(diào)整，以向相應(yīng)的直流總線2320、2420、2520、2620提供一個或者多個預(yù)定直流電壓。
在某些示例性實施例中，對于諸如直流總線2320的特定直流總線，多個電耦合的主動前端單元2300中的每一個可以從被包含在多個變壓器2200、2240、2270中的預(yù)定的個別次級繞組接收交流電壓。當(dāng)交流電壓低于直流總線2320的直流電壓循環(huán)時，從預(yù)定的個別次級繞組接收交流電壓可能阻礙與直流總線2320相關(guān)聯(lián)的直流電流流到變壓器2200、2240、2270。
當(dāng)確定與多個直流總線2320、2420、2520、2620中的任一個相關(guān)聯(lián)的測量結(jié)果不在相應(yīng)的預(yù)定范圍之內(nèi)時，一個或者多個相對應(yīng)的主動前端單元2300、2400、2500、2600可以向至少一條直流總線2320、2420、2520、2620施加電壓和/或可以從至少一條直流總線2320、2420、2520、2620去除電源。例如，當(dāng)電動機2100、2110、2120、2130、2140運行以產(chǎn)生電源時，主動前端單元可以動作，以通過變壓器2200、2240、2270將交流電源饋送到交流總線2150。
直流總線2320、2420、2520、2620可被電耦合到直流斬波器。例如直流斬波器2560可被電耦合到直流總線2500。直流斬波器2560響應(yīng)于直流電壓超過預(yù)定閾值的確定能適于降低與直流總線2500相關(guān)聯(lián)的直流電壓。
主動前端單元切換能以一速率進行，以調(diào)整與直流總線2320、2420、2520、2620相關(guān)聯(lián)的直流電壓值。多個主動前端單元2300、2400、2500、2600中的每一個能以預(yù)定的頻率和/或可變的占空比接通和關(guān)斷，接通和關(guān)斷中的任一個都可以基于與交流總線2150和/或直流總線2320、2420、2520相關(guān)聯(lián)的電壓和/或電流值和/或波形。在某些示例性實施例中，預(yù)定頻率和/或可變占空比可以基于線路VAR的已編程的需要。在某些示例性實施例中，預(yù)定頻率和可變占空比可以基于多個主動前端單元和電包含在系統(tǒng)2000中和/或電耦合到系統(tǒng)2000的裝置的負載。多個主動前端單元2300、2400、2500、2600可以適于提供對系統(tǒng)2000中的負載變化相對快速的響應(yīng)。在某些示例性實施例中，多個主動前端單元2300、2400、2500、2600能以與交流總線2150相關(guān)聯(lián)的線路頻率的7.5倍的速率響應(yīng)系統(tǒng)2000中的負載變化。例如，對于60Hz的線路頻率，多個主動前端單元2300、2400、2500、2600能在一秒的第1/450響應(yīng)系統(tǒng)2000中的負載變化。
多個主動前端單元2300、2400、2500、2600中的每一個可以適于以固定的電壓電平將交流電壓變換成直流電壓。被傳輸?shù)街绷骺偩€2320、2420、2520、2620的直流電壓可以通過多個逆變器2340、2440、2540、2640被變換成可變交流頻率?？勺兘涣黝l率可以適于驅(qū)動交流電動機和改變交流電動機的速度和/或扭矩。
可以通過對于每條直流總線利用多個主動前端單元來管理和/或抵制與交流總線2150相關(guān)聯(lián)的諧波畸變。電耦合到個別的預(yù)定變壓器繞組(諸如次級繞組2220、2240、2270)的多個主動前端單元2300、2400、2500、2600可以將交流總線2150和與切換多個主動前端單元2300、2400、2500、2600相關(guān)聯(lián)的反饋隔離開。某些示例性實施例可以包括主動前端單元的“最小因數(shù)”。例如，在系統(tǒng)2000中，十八個主動前端單元可以與起重機電動機2100和拖動電動機2110相關(guān)聯(lián)。
管理和/或抵制諧波畸變可以導(dǎo)致從變壓器2200、2240、2270所散發(fā)的熱量更少、變壓器2200、2240、2270的K因數(shù)更大和/或某些采掘機的變壓器2200、2240、2270更少。在某些示例性實施例中，如與只包括被電耦合到每條直流總線的單個主動前端單元的系統(tǒng)相比，可以增加變壓器的尺寸。
在某些示例性實施例中，多個逆變器2340、2440、2540、2640可被電耦合到相應(yīng)的直流總線2320、2420、2520、2620。多個逆變器2340、2440、2540、2640中的每一個都能接收直流電壓并將直流電壓變換成具有預(yù)定和/或能選擇地可變的頻率的交流電壓。
同步電動機(諸如起重機電動機2100和拖動電動機2110)可以是三相電動機并且可以包括每繞組三段。異步電動機(諸如多個異步電動機2120、2130、2140)可以是三相電動機并且可以包括每繞組一段。異步電動機2120、2130、2140可以適于接收包括可變頻率和可變電壓的交流電。
在本發(fā)明的示例性實施例中，用于管理和/或抵制諧波畸變的方法可以包括通過交錯角交錯多個主動前端單元2300、2400、2500、2600中的至少一個主動前端單元的定時，該交錯角可以通過用操作和/或電耦合到直流總線2320、2420、2520、2620的主動前端單元的數(shù)量除360度周期來確定。
通過用包含在系統(tǒng)2000中的操作主動前端單元的總數(shù)量除360度可以確定疊加的交錯角。例如，如果起重機電動機2100正在運行，但是多個異步電動機2120、2130、2140中沒有一個正在運行，則給起重機電動機2100供電的被耦合到總線2320、2420、2520的主動前端單元可以相對于至少一個其它耦合的主動前端單元基于20度的交錯角(＝360度÷18個AFE)來切換。如果起重機電動機2100和拖動電動機2110中沒有一個正在運行，則針對被耦合到多個異步電動機2120、2130、2140的多個主動前端單元2600中的至少一個的交錯角相對于多個主動前端單元2600中的至少另一個可以是60度(＝360度÷6個AFE)。如果起重機電動機2100和拖動電動機2110中的至少一個正在運行，并且多個異步電動機2120、2130、2140中的至少一個正在運行，則可以將多個主動前端單元2300、2400、2500、2600中的至少一個多個主動前端單元的交錯角以15度(＝360度÷24個操作AFE)的疊加的交錯角切換。
圖3是系統(tǒng)3000的示例性實施例的示意圖，該系統(tǒng)3000可以包括交流電3100的電源。電壓傳感器3650可以適于測量交流電3100的交流電壓，諸如在交流總線上、在電壓互感器的初級側(cè)上和/或在電壓互感器的次級側(cè)上進行測量。通過電流互感器3200可以測量從交流電3100的電源流出的交流電，該電流互感器3200可位于電壓互感器的初級側(cè)上和/或電壓互感器的次級側(cè)上。系統(tǒng)3000可以包括電感器3300，該電感器3300能適于升高被饋送給晶體管3400、3500的交流電壓，這些晶體管3400、3500可以是諸如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、IGCT(集成門極換向晶體管)和/或IEGT(注入增強柵晶體管)工藝等等的電源切換裝置。
晶體管3400、3500可以適于整流交流電壓，以向直流總線3600提供直流電壓。傳感器3675可以適于測量變量的值，諸如測量與直流總線3600相關(guān)聯(lián)的電壓或者電流的值。電流互感器3200、電壓傳感器3650和/或傳感器3675可以通信方式被耦合到信息裝置3700。信息裝置3700可以適于響應(yīng)于來自電流互感器3200、電壓傳感器3650和/或傳感器3675的信號而切換晶體管3400、3500。例如，響應(yīng)于由傳感器3675檢測到的電壓值低于預(yù)定閾值，可以接通晶體管3400、3500。信息裝置3700可以響應(yīng)于所提供的、所獲得的、所計算的和/或所確定的總電流值、有功電流值和/或無功電流值、電壓值(諸如由電壓傳感器3650所測量的電壓)、和/或電氣值(諸如由傳感器3675所測量的電壓和/或電流)來改變晶體管3400、3500的占空比。
信息裝置3700可以通過網(wǎng)絡(luò)1900以通信方式被耦合到多個信息裝置。網(wǎng)絡(luò)1900可以是以下網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是公用網(wǎng)、專用網(wǎng)、電路交換網(wǎng)絡(luò)、分組交換網(wǎng)絡(luò)、無連接網(wǎng)絡(luò)、虛擬網(wǎng)、無線電網(wǎng)、電話網(wǎng)、POTS網(wǎng)、非POTS網(wǎng)、PSTN網(wǎng)、非PSTN網(wǎng)、蜂窩式網(wǎng)絡(luò)、電纜網(wǎng)、DSL網(wǎng)、人造衛(wèi)星網(wǎng)、微波網(wǎng)、雙絞線網(wǎng)、IEEE 802.03網(wǎng)、以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、IP網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)部網(wǎng)、無線網(wǎng)、超寬頻帶(UWB)網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)、藍牙網(wǎng)、機場網(wǎng)、IEEE 802.11網(wǎng)、IEEE 802.11a網(wǎng)、IEEE 802.11b網(wǎng)、IEEE 802.11g網(wǎng)、X-10網(wǎng)和/或電源網(wǎng)絡(luò)等等和/或其任何等效物?？梢越o信息裝置3700提供指令，以通過以通信方式被耦合到網(wǎng)絡(luò)3900的信息裝置切換晶體管3400、3500。
圖4是方法4000的示例性實施例的流程圖。在動作4100，可以接收關(guān)于在以通信方式被耦合到與機器相關(guān)聯(lián)的直流總線的多個主動前端單元的下游所測量和/或所確定的電信息的信息。例如，可以從一個或者多個測量裝置接收關(guān)于直流總線電壓、直流總線電流、逆變器、交流總線電壓、交流總線有功電流、交流電動機和/或交流總電流、交流有功電流和/或交流無功電流的信息。
在動作4200，可以做出關(guān)于下游電信息的至少一個值并不在預(yù)定范圍內(nèi)的確定。例如可以做出直流總線電壓不在預(yù)定范圍內(nèi)的確定。
在動作4300，可以接收關(guān)于上游電路的信息。例如，可以在饋給至少一個變壓器初級繞組的交流總線處進行電壓和/或電流測量，和/或直接涉及被電耦合到變壓器次級繞組的多條交流總線中的一條或者多條的電壓或者電流測量。
在動作4400，可以確定與主動前端單元相關(guān)聯(lián)的固定速率。在某些示例性實施例中，可以基于交錯角確定固定速率。通過用在機器上運行和/或與機器相關(guān)聯(lián)的主動前端單元的數(shù)目除360度周期能確定交錯角?？梢灶A(yù)設(shè)交錯角，以管理期望和/或被測試通過直流總線上的預(yù)定電源事件所引起的預(yù)先計算的交流諧波畸變。
在動作4500，可以確定與主動前端相關(guān)聯(lián)的可變占空比。在某些示例性實施例中，可以確定與多個主動前端單元相關(guān)聯(lián)的多個可變占空比。例如，可以基于直流總線電壓值確定多個可變占空比中的每個可變占空比。多個可變占空比中的每個可變占空比可以與預(yù)定的主動前端單元相關(guān)聯(lián)。在某些示例性實施例中，多個可變占空比中的每個可變占空比在特定的時間間隔對于多個主動前端單元中的每一個都是相同的。在某些示例性實施例中，多個可變占空比中的每一個可變占空比在特定的時間間隔對于多個主動前端單元中的一個或多個可以是個別的。在某些示例性實施例中，可以改變多個可變占空比中的一個或者多個，以管理與交流電壓和電流相關(guān)聯(lián)的相位角。
在某些示例性實施例中，響應(yīng)于與機器相關(guān)聯(lián)的同步電動機和/或異步電動機正在啟動或者正在停車的確定能確定多個可變占空比中的一個或者多個。例如，響應(yīng)于與同步電動機相關(guān)聯(lián)的場激勵器正被通電的確定可以改變多個占空比中的至少一個。
在動作4600，可以將交流電壓整流成直流電壓?？梢哉髦绷麟妷翰⑼ㄟ^多個主動前端單元中的一主動前端單元將該直流電壓施加到直流總線。多個主動前端單元中的每一個可被電耦合到直流總線。該主動前端單元能以具有可變的占空比的固定速率被接通。該主動前端單元能被電耦合到變壓器繞組，諸如被電耦合到預(yù)定的個別變壓器繞組。將來自多個主動前端單元中的每一個的直流電壓順序地施加到直流總線，由此在預(yù)定時間周期期間切換多個主動前端單元中的每一個。對于自動確定的可變占空比來說，能以預(yù)定的固定速率切換多個主動前端單元中的每一個。
圖5是信息裝置5000的示例性實施例的方框圖，該信息裝置5000在某些可操作實施例中可以例如包括圖3的信息裝置3700。信息裝置5000可以包括多個部件中的任何一個，諸如包括一個或者多個網(wǎng)絡(luò)接口5100、一個或者多個處理器5200、包含指令5400的一個或者多個存儲器5300、一個或者多個輸入/輸出(I/O)裝置5500和/或被耦合到I/O裝置5500的一個或者多個用戶接口5600等等。
在某些示例性實施例中，通過一個或者多個用戶接口5600(諸如圖形用戶接口)，用戶可以觀察涉及切換被電耦合到直流總線的多個主動前端單元的信息的再現(xiàn)。
通過閱讀某些示例性實施例的上述詳細描述和附圖，其它的實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得更加顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解的是，多種變化、修改和附加實施例是可能的，并且因此所有這樣的變化、修改和實施例都被認為是在本申請的精神和范圍內(nèi)。例如，不管本申請的任何部分的內(nèi)容(例如標(biāo)題、領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容、摘要、附圖等)，除非清楚地相反說明，諸如通過清楚的限定，沒有必要將任何特別描述的或者說明的特性、功能、動作或者元素、任何特別動作序列或者元素的任何特定相互關(guān)系包含在這里的任何權(quán)利要求(或者要求其優(yōu)先權(quán)的任何申請的任何權(quán)利要求)中。而且，可以重復(fù)任何動作、可以通過多個實體執(zhí)行任何動作和/或可以復(fù)制任何元素。另外，可以排除任何動作或者元素、動作的順序可以變化和/或元素的相互關(guān)系可以變化。因此，實際上，本說明和附圖將被認為是說明性的而不是限制性的。而且，當(dāng)在這里描述任何數(shù)量或者范圍時，除非以其它方式清楚地陳述了，否則，這些數(shù)量和范圍是近似的。當(dāng)在這里描述任何范圍時，除非以其它方式清楚地陳述了，否則那個范圍包括其中的所有值和其中的所有子范圍。在這種信息和這里所述的其它敘述與附圖之間不存在沖突的程度上，已經(jīng)在這里被并入作為參考的任何材料(例如美國專利、美國專利申請、書、論文等等)中的任何信息在這里僅僅只是引作參考。如果發(fā)生這種沖突，包括將使得這里的任何權(quán)利要求無效或者尋求對其的優(yōu)先權(quán)的沖突，那么這樣被引作參考的材料中的任何這種沖突信息尤其是在此不被引作參考。
權(quán)利要求
1.一種用于拉鏟挖掘機中的電力傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括適于被電耦合到第一直流(DC)總線的多個第一主動前端單元，所述多個第一主動前端單元中的每一個適于被電耦合到變壓器的多個繞組中的預(yù)定的個別繞組，所述多個第一主動前端單元中的每一個適于將交流電(AC)變換成直流電，所述多個第一主動前端單元中的每一個適于將直流電供給所述第一直流總線，所述第一直流總線適于被電耦合到多個第一逆變器，所述多個第一逆變器適于被電耦合到同步交流電動機；以及適于被電耦合到第二直流(DC)總線的多個第二主動前端單元，所述多個第二主動前端單元中的每一個適于被電耦合到變壓器的多個繞組中的預(yù)定的個別繞組，所述多個第二主動前端單元中的每一個適于將交流電(AC)變換成直流電，所述多個第二主動前端單元中的每一個適于將直流電供給所述第二直流總線，所述第二直流總線適于被電耦合到多個第二逆變器，所述多個第二逆變器適于被電耦合到同步交流電動機。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述第一直流總線。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述第二直流總線。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述同步電動機。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述多個變壓器。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述多個第一逆變器。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述多個第二逆變器。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于被電耦合到所述多個變壓器中的至少一個的交流總線。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于被電耦合到所述同步電動機的多個第三逆變器，所述多個第三逆變器適于被電耦合到第三直流總線。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于被電耦合到所述同步電動機的多個第三逆變器，所述多個第三逆變器適于被電耦合到第三直流總線；以及適于被電耦合到第三直流(DC)總線的多個第三主動前端單元，所述多個第三主動前端單元中的每一個適于被電耦合到變壓器的多個繞組中的預(yù)定的個別繞組，所述多個第三主動前端單元中的每一個適于將交流電(AC)變換成直流電，所述多個第三主動前端單元中的每一個適于將直流電供給所述第三直流總線，所述第三直流總線適于被電耦合到多個第三逆變器，所述多個第三逆變器適于被電耦合到同步交流電動機。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于驅(qū)動與拉鏟挖掘機相關(guān)聯(lián)的第二裝置的異步電動機。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于驅(qū)動與拉鏟挖掘機相關(guān)聯(lián)的第二裝置的異步電動機；以及被電耦合到所述異步電動機的多個第三逆變器，所述多個第三逆變器被電耦合到第三直流總線。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括多個電感器，所述多個電感器中的每一個被電耦合到所述多個第一主動前端單元中的獨立的主動前端單元。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括多個電感器，所述多個電感器中的每一個被電耦合到所述多個第一主動前端單元中的獨立的主動前端單元，每個電感器適于將第一交流電壓升高到第二交流電壓。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于被電耦合到所述第一直流總線的場激勵器，所述場激勵器適于啟動所述同步電動機的旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于檢測所述第一直流總線上的直流電壓的檢測子系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于控制所述多個第一主動前端單元的切換的控制子系統(tǒng)。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括適于通過網(wǎng)絡(luò)從信息裝置接收關(guān)于所述多個第一主動前端單元的切換的指令的控制子系統(tǒng)。
19.用于抵制拉鏟挖掘機中的諧波畸變的方法，所述方法包括將多個第一主動前端單元電耦合到第一直流(DC)總線，所述多個第一主動前端單元中的每一個適于被電耦合到變壓器的多個繞組中的預(yù)定的個別繞組，所述多個第一主動前端單元中的每一個適于將交流電(AC)變換成直流電，所述多個第一主動前端單元中的每一個適于將直流電供給所述第一直流總線，所述第一直流總線適于被電耦合到多個第一逆變器，所述多個第一逆變器適于被電耦合到同步交流電動機；以及將多個第二主動前端單元電耦合到第二直流總線，所述多個第二主動前端單元中的每一個適于被電耦合到變壓器的多個繞組中的預(yù)定的個別繞組，所述多個第二主動前端單元中的每一個適于將交流電(AC)變換成直流電，所述多個第二主動前端單元中的每一個適于將直流電供給所述第二直流總線，所述第二直流總線適于被電耦合到多個第二逆變器，所述多個第二逆變器適于被電耦合到同步交流電動機。
20.一種用于拉鏟挖掘機中的電力傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括適于被電耦合到直流(DC)總線的多個主動前端單元，所述多個主動前端單元中的每一個適于被電耦合到變壓器的多個繞組中的預(yù)定的個別繞組，所述多個主動前端單元中的每一個適于將交流電(AC)變換成直流電，所述多個主動前端單元中的每一個適于響應(yīng)于第一直流總線上的電壓值低于預(yù)定閾值的確定來自動地將直流電供給所述直流總線，所述多個主動前端單元中的每一個適于以具有單獨地和自動預(yù)定的可變占空比的預(yù)定固定速率接通，第一主動前端單元被電耦合到第一變壓器繞組，所述直流總線適于被電耦合到多個逆變器，所述多個逆變器適于被電耦合到異步交流電動機。
全文摘要
某些示例性實施例包括含有適于被電耦合到直流(DC)總線的多個主動前端單元。多個主動前端單元中的每一個能適于被電耦合到多個變壓器中的一變壓器的獨立繞組。多個主動前端單元中的每一個能適于將交流(AC)電壓變換成直流電壓。多個主動前端單元中的每一個能適于將該直流電壓供給直流總線。該直流總線能適于被電耦合到多個逆變器。
文檔編號H02M7/48GK101057388SQ200580038797
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者K·福雷姆 申請人:西門子能量及自動化公司