專利名稱：用于基于電流源轉換器的驅動器的動態(tài)制動的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及電功率轉換，尤其涉及用于基于電流源轉換器的驅動系統(tǒng)的 動態(tài)制動。
背景技術：
馬達驅動器是將來自線路側源的輸入功率轉換成不同形式以將受控驅動電流提 供給電馬達繞組的電功率轉換系統(tǒng)。電流源轉換器(CSC)型驅動器典型地包括開關整 流器，該開關整流器將交流輸入功率選擇性地開關以產(chǎn)生供給到輸出逆變器的直流鏈電 流，該輸出逆變器產(chǎn)生用于以受控速度和扭矩來驅動馬達負載的單相或多相交流輸出電 流。在某些馬達控制情形下，期望改變驅動電流以輔助減慢或停止(或者甚至倒轉)馬 達的旋轉并且再生返回到源的功率，該技術一般被稱作再生制動。對于CSC驅動器，固 有的再生制動能力引起在線路側或輸入源中的再生電流流動，這在某些情形下可能是不 期望或不可接受的，諸如發(fā)電機源等。因此，需要改進的制動技術，諸如用于CSC型馬 達驅動器的動態(tài)制動。在本公開中，動態(tài)制動是指以熱的形式驅散進入電阻器中的大部 分或全部再生能量的技術。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在概述本發(fā)明的各個方面以有助于對本發(fā)明的基本理解，其中此內(nèi)容不是本 發(fā)明的寬泛綜述，并且既不旨在識別本發(fā)明的特定元件，又不旨在描繪其范圍。但是， 此內(nèi)容的主要目的是在下文中提出的更詳細的說明之前以簡化的形式提出本發(fā)明的一些 概念。本公開提出電流源轉換器(CSC)馬達驅動器和操作技術，其中在動態(tài)制動操作期 間通過制動電阻器連接信號的脈寬調(diào)制將直流鏈電流調(diào)節(jié)到由輸出逆變器設置的水平， 以維持馬達扭矩和速度的控制，同時減輕或防止線路側再生電流。根據(jù)本公開的一方面，提供了 CSC馬達驅動器，其包括有源整流器、帶有直流 鏈扼流器的中間電路、驅動馬達負載的逆變器、以及與整流器輸出和中間電路耦合的動 態(tài)制動電路。開關控制系統(tǒng)以針對正常馬達驅動操作的第一模式以及針對動態(tài)制動操作 的第二模式提供開關控制信號。在正常操作中，整流器根據(jù)由逆變器需要而設置的期望 值來控制提供給直流鏈的電流量。在第二模式中，通過選擇性地控制一個或更多個制動 電阻器到直流鏈電路中的開關耦合而接合動態(tài)制動電路，例如，使用脈寬調(diào)制，以根據(jù) 逆變器要求調(diào)節(jié)直流鏈電流，同時使整流器去激活以將中間電路與輸入源去耦合。通 過這種構架，制動扭矩的期望量能夠由逆變器來維持，同時消耗制動電阻器中的制動功率，這樣，即減輕發(fā)電機或其它線路側源上的和直流鏈扼流器上的沖擊/壓力，同時在 動態(tài)制動期間防止或減緩返回到該線路的功率流。動態(tài)制動電路包括一個或更多個電阻 器以及操作以在動態(tài)制動期間以受控制方式將電阻器選擇性連接到形成有中間直流電路 的電路中的一個或更多個開關器件。在某些實施例中，制動電阻器被耦合在跨接中間電路輸入的分流電路支路中， 并且使分流支路被脈寬調(diào)制開關器件選擇性地短路以控制直流鏈電流，同時使調(diào)節(jié)器失 活。在其它實施例中，在整流器輸出與中間電路之間的一個或兩個電路路徑中耦合開關 器件和制動電阻器的并聯(lián)組合，并且開關在動態(tài)制動期間被脈寬調(diào)制，以根據(jù)逆變器所 要求的電流量來調(diào)節(jié)直流鏈電流。一些實施例包括基于整流器、直流電路和/或逆變器 的感測狀況提供至少一個反饋信號或值的反饋電路，并且模式控制部件根據(jù)反饋將開關 控制系統(tǒng)設置為第一模式或第二模式，例如以在馬達速度和期望馬達扭矩具有相反極性 時啟動動態(tài)制動。在某些實施例中，此外，整流器繼續(xù)在第二模式中操作以根據(jù)逆變器 要求來調(diào)節(jié)直流電流，并且動態(tài)制動控制在第一模式中旁路動態(tài)制動電阻器并且在第二 模式中將動態(tài)制動電阻器連接到直流電路中。根據(jù)本公開的其它方面，提供了一種用于操作電流源轉換器馬達驅動器的方 法。該方法包括驅動器的兩種操作模式，其中第一模式包括對有源整流器提供整流器開 關控制信號以轉換交流電輸入功率，以對具有直流鏈電感器的中間直流電路提供直流電 流，還根據(jù)逆變器所要求的期望直流電流值來調(diào)節(jié)提供給中間直流電路的直流電流，并 且根據(jù)一個或更多個設定點對逆變器提供逆變器開關控制信號以轉換來自中間直流電路 的直流電流，以對交流輸出提供交流電功率。在第二操作模式中，該方法包括提供整 流器開關控制信號以使交流輸入與直流電路斷開以防止再生電流流到交流輸入；將中間 直流電路和逆變器連接到串聯(lián)電路中；根據(jù)至少一個設定點對逆變器提供逆變器開關控 制信號以轉換來自中間直流電路的直流電流，以對交流輸出提供交流電功率；以及根據(jù) 表示逆變器要求的期望直流電流值來調(diào)節(jié)提供給逆變器的直流電流。在某些實施例中，在第二模式中的直流電流調(diào)節(jié)包括對要選擇性地使至少一個 電阻器耦合到串聯(lián)電路中的串聯(lián)電路的開關器件提供脈寬調(diào)制動態(tài)制動開關控制信號， 以根據(jù)期望直流電流值調(diào)節(jié)提供給逆變器的直流電流。此外，一些實施例包括感測整流 器、中間直流電路和逆變器中的至少一個的狀況，并且根據(jù)所感測的狀況設置馬達驅動 模式，例如通過當檢測的或感測的馬達速度和期望馬達扭矩具有相反極性時將馬達驅動 器的操作模式設置成第二模式。


以下說明和附圖詳細地闡明本公開的某些說明性實現(xiàn)方式，其表明可以實施本 公開的各種原理的若干示例性方式。然而，所說明的示例并未窮舉本公開的許多可能的 實施例。當結合附圖考慮時，將在以下詳細說明中闡明本公開的其它目的、優(yōu)點和新穎 的特征，在附圖中圖1是根據(jù)本公開的一個或更多個方面示出示例性的基于電流源轉換器(CSC) 的功率馬達驅動器的示意圖；圖2是示出馬達驅動器的實施例的示意圖，其中動態(tài)制動電路包括在跨接中間電路輸入的第一分流電路支路中的開關器件、在第二分流電路支路中的第二開關器件以 及制動電阻器，其中對第一開關進行脈寬調(diào)制以在動態(tài)制動模式中調(diào)節(jié)直流鏈電流；圖3是示出馬達驅動器的另一個實施例的示意圖，其中第一開關器件并聯(lián)跨接 在跨接中間電路輸入的分流電路支路中的制動電阻器；圖4是示出又一個馬達驅動器的實施例的示意圖，其中動態(tài)制動電路的上部和 下部電路路徑單獨包括并聯(lián)連接的電阻器和開關器件電路；圖5是示出具有在動態(tài)制動電路的上部電路路徑中耦合的電阻器和開關器件的 實施例的示意圖；以及圖6是根據(jù)本公開的其它方面示出用于操作CSC馬達驅動器的示例性方法的流 程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖，在下文中結合附圖來描述若干實施例或實現(xiàn)方式，其中在所有 附圖中用相同的附圖標記表示相同的元件，其中不必按比例繪制各種特征。圖1中示出 了系統(tǒng)100，其包括對馬達驅動器110提供輸入功率的示例性三相交流電壓源111，馬達 驅動器110轉換輸入功率以驅動耦合到轉換器輸出114的馬達負載120。驅動器110是電 流源轉換器(CSC)型，其輸入112連接到交流電源111。雖然圖示為具有三相輸入112， 但是其它實施例可以提供單相交流輸入或可以包括適于接收三個或更多個輸入相的多相 輸入。CSC驅動器110在輸出端子114處提供可變頻率、可變振幅單相或多相交流輸出 功率，以驅動交流馬達負載120，交流馬達負載120在圖示的示例中具有三相繞組。在 其它實施例中的輸出114可以提供單相交流輸出或可以具有任何數(shù)目的相。馬達驅動器 110包括動態(tài)制動電路IlOc和具有直流鏈扼流器的中間直流電路150，該直流鏈扼流器具 有在輸入整流器IlOa與輸出逆變器IlOb之間耦合的上、下繞組WA和WB。在某些實施 例中，直流鏈可以是簡單的直流鏈電感器或如在圖示的示例中的共模扼流器。此外，圖 示的驅動器110提供輸入濾波，包括每個輸入相中的電感器Li和在輸入線A、B、C之間 耦合的輸入濾波電容器Ci、以及輸入中性節(jié)點。整流器IlOa是通過中間直流電路150而 與電流源逆變器(CSI) IlOb耦合的電流源整流器(CSR)，并且一個或更多個隔離部件(例 如變壓器，未示出)可以可選地包括在驅動器110中。輸出114經(jīng)由線路U、V和W對 馬達負載120提供輸出電功率，并且輸出114包括在負載120與輸出中性節(jié)點之間耦合的 輸出電容器Cm。有源整流器IlOa包括在輸入112與直流電路150之間耦合的開關器件S1-S6，并 且根據(jù)由開關控制系統(tǒng)140的整流器控制部件144a提供的多個整流器開關控制信號142a 而操作。在正常操作模式中，交流輸入功率被整流器開關S1-S6開關以在中間電路150 中產(chǎn)生中間直流總線電流Idc。逆變器IlOb包括與直流電路150和輸出114耦合的開關 器件S7-S12，并且開關器件S7-S12根據(jù)來自開關控制系統(tǒng)140的逆變器控制部件144b的 相應的開關控制信號142b進行操作，以選擇性地轉換來自直流電路150的直流功率來提 供交流輸出功率以驅動馬達負載120。直流鏈扼流器或電感器連接CSR IlOa與CSI IlOb 的開關，并且在其間提供前向電流路徑。鏈扼流器的前向或正向直流路徑中的第一繞組 WA具有連接到上部CSR開關S1-S3的第一端Al以及與上部CSI開關S7-S9耦合的第二端A2，并且在負向或回流直流路徑中的第二繞組WB具有耦合到下部CSR開關S4-S6 的第一端Bl以及耦合到下部CSI開關S10-S12的第二端B2。開關器件S1-S6和S7-S12 可以是以開環(huán)或閉環(huán)方式、根據(jù)任何適合的類型或形式的一個或多個開關方案而控制的 任何適合的可控電氣開關類型(例如，IGCT、GTO、晶閘管、IGBT等)，這些開關方案 諸如相控制、脈寬調(diào)制等。在某些實施例中，逆變器IlOb的開關器件S7-S12是強迫換 向器件，其包括但并不限于SGCT、IGBT或GTO，并且整流器IlOa的開關器件S1-S6可 以是諸如上面所提到的強迫換向器件以及諸如晶閘管的線換向器件。在這一方面，通過 將額外的電路添加到其器件觸發(fā)電路，晶閘管器件可以以強迫換向器件的形式用于逆變 器開關器件S7-S12。馬達驅動器110還包括動態(tài)制動電路110c，動態(tài)制動電路IlOc可操作地耦合在 整流器Iioa的直流輸出節(jié)點與直流電路150的第一和第二直流電流路徑之間。動態(tài)制動 電路IlOc包括一個或更多個動態(tài)制動電阻器RDB以及一個或更多個動態(tài)制動開關器件 DBS,所述動態(tài)制動開關器件DBS根據(jù)來自控制器140的部件144c的相應動態(tài)制動開關 控制信號142c操作，以便將電阻器RDB選擇性地連接到形成有直流電路150的電路中。 下面結合圖2至圖5圖示并說明動態(tài)制動電路IlOc的若干不同的示例性實施例。電路 IlOc的動態(tài)制動開關器件DBS可以是由控制部件144c根據(jù)任何合適的類型或形式的一個 或多個開關方案進行控制的、任何適合的可控電氣開關類型(例如，IGCT、GTO、晶閘 管、IGBT等)，這些開關方案諸如相控制、脈寬調(diào)制等。在某些實施例中，DBSl是強 迫換向器件并且DBS2可以是強迫換向的和/或是晶閘管。整流器110a、動態(tài)制動電路IlOc以及逆變器IlOb在開關控制系統(tǒng)140的控制 下操作，開關控制系統(tǒng)140包括一個或更多個處理器和相關聯(lián)的存儲器以及I/O電路，I/ O電路包括用于生成開關控制信號142以選擇性地致動開關器件的驅動器電路，盡管也可 以采用分離的開關控制系統(tǒng)，例如，通過互連和信息共享來幫助整流器110a、動態(tài)制動 電路IlOc和逆變器IlOb的協(xié)調(diào)操作。驅動器110還包括反饋系統(tǒng)118，其可操作地與輸 入112、整流器110a、直流電路150、逆變器IlOb以及輸出114耦合。反饋系統(tǒng)118包 括操作來提供一個或更多個反饋信號和/或值118a的一個或更多個感測元件，反饋信號 和/或值118a表明輸入112處、整流器110a、中間直流電路150、逆變器IlOb和/或輸 出114處的電氣狀況?？梢詫﹂_關控制系統(tǒng)140提供一個或更多個設定點或期望值141以 及來自反饋系統(tǒng)118的一個或更多個反饋信號或值118a,通過反饋系統(tǒng)118在正常操作中 并且在動態(tài)制動操作中實現(xiàn)一個或更多個閉環(huán)馬達驅動控制目標。開關控制系統(tǒng)140及 其部件144可以是任何適合的硬件、處理器執(zhí)行的軟件、固件、邏輯或其組合，對它們 進行調(diào)整、配置、編程或操作以實現(xiàn)在此圖示和描述的功能。 用于控制功能的反饋信號或值可以基于來自反饋系統(tǒng)118的信號和/或值118a、 測量的輸入值(例如，線電壓、電流等)以及其它信息、數(shù)據(jù)等，它們可以處于任何適合 的形式，諸如電信號、數(shù)字數(shù)據(jù)等，并且它們可以從任何適合的源接收，這些源諸如外 部網(wǎng)絡、開關、與系統(tǒng)100相關聯(lián)的用戶接口，或其它適合的源。在圖示的實施例中， 反饋電路118基于整流器110a、直流電路150以及逆變器IlOb中的至少一個的感測狀況 (包括通過適當?shù)霓D速表或其它傳感器的測量的馬達速度值)和/或感測的值對控制器 140提供一個或更多個反饋信號或值118a，控制器140可以根據(jù)該感測狀況和感測的值確定馬達速度、扭矩、電流和/或電壓等。在這一方面，甚至針對不具有直接馬達速度測 量傳感器的系統(tǒng)，也可以由控制器140通過適合的馬達模型、基于反饋信號或值118a而 內(nèi)部地生成無傳感器的馬達速度反饋值。在圖示的示例中，開關控制系統(tǒng)140包括模式控制部件144m，其操作以將開關 控制系統(tǒng)140設置成用于馬達驅動器110的正常操作的第一模式或用于動態(tài)制動情形的 第二模式，其中示例性模式控制部件144m根據(jù)來自反饋電路118的至少一個反饋信號或 值118a來設置馬達驅動器模式。特別地，在檢測的或感測的馬達速度和期望馬達扭矩具 有相反極性，或有必要或期望使用電氣控制技術經(jīng)由逆變器IlOb減慢、停止或倒轉馬達 120的任何其它情形下時，圖示的模式控制部件144m將開關控制系統(tǒng)140設置成第二模 式。這些實施例中的開關控制系統(tǒng)140包括逆變器控制部件144b，其根據(jù)一個或更多個 設定點141 (諸如期望馬達速度、扭矩等)從而以在第一和第二模式提供逆變器開關控制 信號142b，以使逆變器IlOb選擇性地轉換來自直流電路150的直流電流，以對交流輸出 114提供交流電功率。在正常操作(第一模式)中，控制器140的整流器控制部件144a提供整流器開 關控制信號142a以轉換交流電輸入功率，以根據(jù)表示逆變器IlOb要求的期望直流電流值 Idc *對直流電路150提供調(diào)節(jié)的直流電流Idc。在這樣做時，整流器控制器144a可以 采用一個或更多個反饋信號或值118a，諸如表示實際直流電流Idc的來自整流器IlOa的 測量的直流電流值。在第一模式中，動態(tài)制動控制部件144c提供動態(tài)制動開關控制信號 142c以防止電流在電阻RDB中流動，因此，由整流器IlOa產(chǎn)生并調(diào)節(jié)的直流電流Idc經(jīng) 由電路IlOc無阻礙流動到直流電路150，并且從直流電路150流動到逆變器110b。由整 流器IlOa提供的直流鏈電流因此提供用于逆變器IlOb進行轉換的輸入電流，其中，示例 性逆變器控制144b對整流器控制器144a提供作為設定點的期望直流鏈電流信號或值Idc *。以這種方式，整流器IlOa在第一模式中操作，以提供逆變器IlOb所要求的直流電 流，并且整流器控制器144a還可以實現(xiàn)其它控制功能，諸如功率因子校準，而逆變器控 制器144b執(zhí)行驅動器110的必要的馬達控制操作。在第二(動態(tài)制動)模式中，整流器控制部件144a提供整流器開關控制信號 142a以使交流輸入112與直流輸出斷開，以防止再生電流流到交流輸入112。在一個示 例中，整流器控制器144a設置信號142a，使得所有整流器開關S1_S6斷開，由此將交流 輸入源111與由于馬達120處的動態(tài)制動情形而引起的任何再生電流流隔離。在另一個 示例中，可以接通一對或更多對整流器開關(例如，S1/S4、S2/S5和/或S3/S6)以提供 用于再生電流流動的電路路徑，同時保持交流輸入112與整流器IlOa的直流輸出斷開。 在動態(tài)制動模式中，此外，動態(tài)制動控制部件144c提供動態(tài)制動開關控制信號142c以將 動態(tài)制動電阻器RDB選擇性地連接到形成有直流電路150的電路中，以根據(jù)表示逆變器 IlOb要求的期望直流電流值Idc*來調(diào)節(jié)提供給逆變器IlOb的直流電流Idc。這樣，第二 模式保護發(fā)電機或其它交流輸入源111免于再生電流的不利影響，同時允許逆變器IlOb 在動態(tài)制動期間控制馬達120。圖2中示出了一個實施例，其中動態(tài)制動電路IlOc包括將第一和第二整流器直 流輸出節(jié)點耦合到中間直流電路150的第一和第二直流電流路徑的第一和第二(例如，上 部和下部)串聯(lián)電路路徑161和162。第一分流電路支路171在第一與第二串聯(lián)電路路徑161和162之間延伸并且包括第一動態(tài)制動開關器件DBSl。第二分流電路支路172包 括在串聯(lián)電路路徑161和162之間彼此串聯(lián)耦合的第二開關器件DBS2和動態(tài)制動電阻器 RDB。在第一(正常)模式中，動態(tài)制動控制部件144c提供動態(tài)制動開關控制信號142c 以斷開第一和第二開關器件DBSl和DBS2，由此允許針對由逆變器IlOb使用整流器IlOa 所提供的調(diào)節(jié)電流進行控制的正常馬達驅動操作的直流鏈電流Idc的自由流動。在第二模式中，整流器控制器144a停止整流器IlOa的有源整流以防止線路側 再生，且動態(tài)制動控制器144c提供動態(tài)制動開關控制信號142c以接通第二開關器件 DBS2，以建立再生電流經(jīng)由制動電路IlOc中的動態(tài)制動電阻器RDB、直流電路150和逆 變器IlOb流動的電路。為了調(diào)節(jié)該串聯(lián)電路中的直流鏈電流流Idc的水平，動態(tài)制動控 制器144c提供脈寬調(diào)制(PWM)的動態(tài)制動開關控制信號142c，以根據(jù)由逆變器控制部 件144b所要求的期望直流電流值Idc *來交替接通和斷開第一開關器件DBSl。在這一 方面，在一個實施例中的逆變器控制器144b既向整流器控制器144a(用于第一模式中的 調(diào)節(jié))又向動態(tài)制動控制器144c(用于第二模式中的調(diào)節(jié))提供期望鏈電流設定點信號或 值Idc *?？梢允褂萌魏芜m合的PWM技術來在控制器144c中將鏈電流Idc調(diào)節(jié)到期望值 Idc *。因為開關器件DBSl和DBS2在第一模式中斷開，所以圖2的實施例在正常操作 期間有利地避免動態(tài)制動電路IlOc中的功率損耗。在另一個可能的替代實施例中，通過 整流器控制器144a在第二模式中接通整流器開關S1/S4、S2/S5和/或S3/S6中的一對或 更多對，以提供用于再生電流流動的電路路徑，同時阻止再生電流流到交流輸入源111， 能夠省略第一動態(tài)制動器件DBSl。圖3中示出了另一個實施例，其中，第一動態(tài)制動開關器件并聯(lián)跨接在跨接中 間電路輸入的分流電路支路中的制動電阻器。如在圖2的示例中，圖3中的動態(tài)制動電 路IlOc包括將整流器直流輸出節(jié)點耦合到中間電路150的直流電流路徑的第一和第二串 聯(lián)電路路徑161和162。分流電路支路172在第一與第二串聯(lián)電路路徑161和162之間延 伸，并且包括與電阻器RDB并聯(lián)耦合的第一開關器件DBSl以及與第一開關器件DBSl和 電阻器RDB的并聯(lián)組合串聯(lián)耦合的第二開關器件DBS2。在第一模式中，開關器件DBSl 和DBS2被保持為斷開(非導電)，如在以上圖2的實施例中。在第二模式中，制動控制 器144c提供信號142c以接通第二開關器件DBS2，并且提供PWM信號142c以交替接通 和斷開第一開關器件DBS1，以根據(jù)表示逆變器144b要求的期望直流電流值Idc *來控制 直流電流Idc。在該實施例中，類似于以上圖2的實施例，線路側再生被完全阻止。圖4示出馬達驅動器110的另一個實施例，其中動態(tài)制動電路IlOc的上部和下部 電路路徑161和162單獨包括并聯(lián)連接的電阻器和開關器件電路。在該示例中，第一開關 器件DBSl在串聯(lián)電路路徑161中與第一電阻器RDBl并聯(lián)耦合，而第二開關器件DBS2 在第二串聯(lián)電路路徑162中與第二電阻器RDB2并聯(lián)耦合。在正常操作中，動態(tài)制動控 制器144c提供開關控制信號142c以接通第一和第二開關器件DBSl和DBS2。在動態(tài)制 動模式中，控制器144c提供閉環(huán)PWM信號142c以接通和斷開開關DBSl和DBS2，以 根據(jù)逆變器控制部件144b所要求的期望直流電流值Idc *來控制直流電流Idc。在一個 實現(xiàn)方式中，第三動態(tài)制動開關器件DBS3跨接在分流電路支路171中的整流器輸出上， 并且該開關DBS3在第一模式中斷開，并在第二模式中接通以在整流器IlOa被斷開的同 時提供再生電流路徑。在另一可能的實現(xiàn)方式中，省略DBS3并且整流器控制器144a在第二模式中接通整流器開關對S1/S4、S2/S5和/或S3/S6中的一對或更多對。然而， 圖4的方法要求開關DBSl和DBS2在正常馬達驅動器操作期間保持接通，并且因此這些 部件必須被確定尺寸為適應最大直流電流流水平。如圖5所示，另一個實施例僅使用耦合在動態(tài)制動電路的上部電路路徑161或下 部路徑162中的一套動態(tài)制動電阻器和開關器件。在該示例中，在第一和第二串聯(lián)電路 路徑161或162之一中第一電阻器RDBl和第一開關器件DBSl并聯(lián)耦合，并且動態(tài)制動 控制部件144c在第一模式中接通開關器件DBS1。在第二模式中，開關器件DBSl被控制 器144c脈寬調(diào)制，以根據(jù)由逆變器控制部件144b提供的期望直流電流值Idc *來調(diào)節(jié)直 流鏈電流Idc。在一個可能的實施例中，第三開關器件DBS3被耦合在串聯(lián)電路路徑161 與162之間(在第一模式期間斷開、在動態(tài)制動模式期間接通)，并且可替代地，整流器 開關對S1/S4、S2/S5和/或S3/S6中的一對或更多對能夠在第二模式中由整流器控制器 144a接通，以建立用于再生電流的路徑，同時防止該電流流入源111。繼續(xù)參照圖4和圖5，能夠實現(xiàn)另一個控制選擇，其中DBSl和DBS2(如果可 行)斷開，并且其中不要求DBS3，整流器/逆變器IlOa操作管理在電阻器RDB與線路側 之間的再生功率流。如果允許到線路側的一些再生功率流，則這種操作模式是有用的。 在該實施例中，與正常操作模式類似，整流器IlOa控制直流鏈電流Idc，但是由于DBSl 和DBS2在動態(tài)制動期間仍為斷開，直流鏈電流流經(jīng)RDB以消耗功率。此外，依據(jù)平均 整流器側直流鏈電壓的極性和大小以及直流鏈電流Idc的大小，同樣能夠控制線路側功率 流。圖6是根據(jù)本公開的其它方面示出用于操作CSC馬達驅動器的示例性方法200的 流程圖。雖然下面以一系列動作或事件的形式圖示和描述了方法200，但是將理解本公 開的各種方法并不受此動作或事件的說明性排序的限制，并且除了如下文特別提供的之 外，一些動作或事件能夠以不同的順序和/或與除這里圖示和描述的動作或事件之外的 其它動作或事件同時發(fā)生。此外，可以不要求所有圖示的步驟來根據(jù)本公開實現(xiàn)過程或 方法，并且可以組合一個或更多個這種動作。圖示的方法可以在硬件、處理器執(zhí)行的軟 件、可編程邏輯、等等、或其組合中實現(xiàn)，以便提供在此描述的馬達驅動器控制和動態(tài) 制動功能，并且還可以應用在任何基于電流源轉換器的馬達驅動器中，如在上面示出和 描述的示例性驅動器110的開關控制系統(tǒng)140中，其中本公開并不局限于具體圖示的和描 述的應用和實施例。過程200在202開始，反饋系統(tǒng)118和控制器140感測和/或確定整流器110a、 中間直流電路150和逆變器IlOb中的一個或更多個的狀況。在204做出關于感測的馬達 狀況是否指示動態(tài)制動狀況的確定，例如，當檢測的或感測的馬達速度和期望馬達扭矩 具有相反極性時。如果這樣(在204為是)，則該過程進行到如下所述的210-216。如 果馬達狀況未指示動態(tài)制動情形(在204為否)，則控制器140在第一(正常)模式中進 行，整流器控制器144a在206對有源整流器IlOa提供整流器開關控制信號142a以轉換 交流電輸入功率，以對中間提供直流電流Idc并且根據(jù)表示逆變器IlOb要求的期望直流 電流值Idc *來調(diào)節(jié)電流Idc。在208，逆變器控制部件144b根據(jù)至少一個設定點141對 逆變器IlOb提供逆變器開關控制信號142b以轉換調(diào)節(jié)的直流電流，以對交流輸出114提 供交流電功率，其后該過程返回到202、204以繼續(xù)監(jiān)視用于檢測動態(tài)制動狀況的馬達狀況。一旦動態(tài)制動狀況被確定(在204為是)，則該過程繼續(xù)到在210的第二操作模 式(動態(tài)制動模式)，動態(tài)制動控制器144c在210提供信號142c，以將中間直流電路150 和逆變器IlOb連接到串聯(lián)電路中。在212，整流器控制器144a提供整流器開關控制信號 142a,以便使交流輸入112與直流電路斷開以防止再生電流流到交流輸入112，并且逆變 器控制器144b在214繼續(xù)，以提供逆變器開關控制信號142b以轉換來自串聯(lián)電路150的 直流電流，以根據(jù)設置點141對交流輸出114提供交流電功率。在216，動態(tài)制動控制器 144c提供信號142c以選擇性地連接串聯(lián)電路中的一個或更多個RDB，以根據(jù)表示逆變器 要求的期望直流電流值Idc *來調(diào)節(jié)提供給逆變器IlOb的直流電流Idc。過程200然后 返回到202、204以再次存取用于檢測動態(tài)制動狀況的馬達狀況。以上示例僅說明了本發(fā)明的各方面的若干可能實施例，其中本領域的技術人員 通過閱讀和理解本說明書和附圖將會想到等效修改和/或改進。特別是關于由上述部件 (組件、器件、系統(tǒng)、電路等)執(zhí)行的各種功能，除非另外指明，用于描述這些部件的術 語(包括提到的“裝置”)旨在對應于執(zhí)行所述部件的具體功能的任何部件(即，功能 上等效的)，諸如硬件、處理器執(zhí)行的軟件、或其組合，即使在結構上不等效于執(zhí)行本發(fā) 明的圖示的實現(xiàn)方式中的功能的所公開的結構。此外，雖然可能已關于幾個實現(xiàn)方式中 的僅一個實現(xiàn)方式公開了本發(fā)明的具體特征，但是該特性可以與其它實現(xiàn)方式中的一個 或更多個其它特征而組合，這對于任何給定的或具體的應用可以是希望的和有利的。此 外，在術語“包含”、“含有”、“具有”、“有”、“帶有”或其變型在詳細說明書 中和/或在權利要求書中使用的范圍內(nèi)，該術語旨在以類似于術語“包括”的方式是包 括性的。
權利要求
1.一種電流源轉換器馬達驅動器(110)，包括有源整流器(110a)，其包括具有多個交流輸入節(jié)點以接收交流電輸入功率的交流輸 入(112)、具有第一和第二直流輸出節(jié)點的直流輸出，以及包括在所述交流輸入節(jié)點之一 與所述第一和第二直流輸出節(jié)點之一之間單獨耦合的多個整流器開關器件(S1-S6)的整 流器開關網(wǎng)絡，所述整流器開關器件(S1-S6)能單獨地操作以根據(jù)相應的整流器開關控 制信號(142a)選擇性地將所述交流輸入節(jié)點與所述相應的直流輸出節(jié)點耦合；直流電路(150)，其包括具有耦合在相應的第一和第二直流電流路徑中的第一和第二 繞組的直流鏈電感器(150)；動態(tài)制動電路(110c)，其在操作上耦合在所述直流輸出節(jié)點與所述第一和第二直流 電流路徑之間，所述動態(tài)制動電路(IlOc)包括至少一個電阻器(RDB)和至少一個開關器 件(DBS1、DBS2),所述至少一個開關器件能操作以根據(jù)相應的動態(tài)制動開關控制信號 (142c)選擇性地將所述電阻器(RDB)連接到形成有所述直流電路(150)的電路中；逆變器(110b)，其包括具有用于對馬達負載(120)供給交流電功率的多個交流輸出 節(jié)點的交流輸出、以及包括在所述直流電流路徑之一與所述交流輸出節(jié)點之一之間單獨 耦合的多個逆變器開關器件(S7-S12)的逆變器開關網(wǎng)絡，所述逆變器開關器件(S7-S12) 能單獨操作以根據(jù)相應的逆變器開關控制信號(142b)選擇性地將所述相應的直流電流路 徑與所述相應的交流輸出節(jié)點電氣耦合；以及開關控制系統(tǒng)(140)，其能選擇性地以針對正常馬達驅動操作的第一模式和針對動態(tài) 制動操作的第二模式操作，所述開關控制系統(tǒng)(140)包括逆變器控制部件(144b)，其根據(jù)至少一個設定點(141)進行操作從而以所述第一和 第二模式提供所述逆變器開關控制信號(142b)，以使所述逆變器(IlOb)選擇性地轉換來 自所述直流電路(150)的直流電流，從而對所述交流輸出(114)提供交流電功率，整流器控制部件(144a)，其進行操作從而以所述第一模式提供所述整流器開關控制 信號(142a)，以轉換交流電輸入功率，從而根據(jù)表示所述逆變器(IlOb的要求的期望直 流電流值(Idc * )對所述直流電路(150)提供調(diào)節(jié)的直接電流(Idc)，并且所述整流器控 制部件(144a)進行操作從而以所述第二模式提供所述整流器開關控制信號(142a)，以使 所述交流輸入(112)與所述直流輸出斷開，以防止再生電流流動到所述交流輸入(112)； 以及動態(tài)制動控制部件(144c)，其能進行操作從而以所述第一模式提供至少一個動態(tài)制 動開關控制信號(142c)，以防止電流在所述至少一個電阻器(RDB)中流動，且所述動態(tài) 制動控制部件(144c)能進行操作從而以所述第二模式提供至少一個動態(tài)制動開關控制信 號(142c)，以將所述至少一個電阻器(RDB)選擇性地連接到形成有所述直流電路(150) 的電路中，從而根據(jù)所述期望的直流電流值(Idc * )調(diào)節(jié)提供給所述逆變器(IlOb)的所 述直流電流(Idc)。
2.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動器(110)，還包括反饋電路(118)，所述反饋電路 (118)基于所述整流器(110a)、所述直流電路(150)以及所述逆變器(IlOb)中至少一個 的感測的狀況提供至少一個反饋信號或值(118a)，其中，所述開關控制系統(tǒng)(140)還包 括模式控制部件(144m)，所述模式控制部件(144m)根據(jù)來自所述反饋電路(118)的至 少一個反饋信號或值(118a)進行操作以將所述開關控制系統(tǒng)(140)設置成所述第一模式或者所述第二模式。
3.根據(jù)權利要求2所述的馬達驅動器(110)，其中，當檢測的或感測的馬達速度和期 望的馬達扭矩具有相反極性時，所述模式控制部件(144m)進行操作以將所述開關控制系 統(tǒng)(140)設置成所述第二模式。
4.根據(jù)權利要求2所述的馬達驅動器(110)，其中，所述動態(tài)制動電路(IlOc)包括 第一串聯(lián)電路路徑(161)，其將所述第一整流器直流輸出節(jié)點耦合到所述直流電路(150) 的所述第一直流電流路徑；第二串聯(lián)電路路徑(162)，其將所述第二整流器直流輸出節(jié) 點耦合到所述直流電路(150)的所述第二直流電流路徑；第一分流電路支路(171)，其包 括在所述第一與第二串聯(lián)電路路徑(161和162)之間耦合的第一開關器件(DBSl)；以及 第二分流電路支路(172)，其包括在所述第一與第二串聯(lián)電路路徑(161和162)之間彼此 串聯(lián)耦合的第二開關器件(DBS2)以及所述電阻器(RDB)；并且其中，所述動態(tài)制動控制部件(144c)能以所述第一模式操作，從而提供動態(tài)制動開 關控制信號(142c)以將所述第一和第二開關器件(DBS1、DBS2)斷開，并且所述動態(tài)制 動控制部件(144c)能以所述第二模式操作，從而提供動態(tài)制動開關控制信號(142c)以將 所述第二開關器件(DBS2)接通，并且提供脈寬調(diào)制動態(tài)制動開關控制信號(142c)來交 替接通和斷開所述第一開關(DBSl)器件，以根據(jù)由所述逆變器控制部件(IlOb)要求的 所述期望直流電流值(Idc * )來控制提供給所述逆變器(IlOb)的所述直流電流(Idc)。
5.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動器(110)，其中，所述動態(tài)制動電路(IlOc)包括 第一串聯(lián)電路路徑(161)，其將所述第一整流器直流輸出節(jié)點耦合到所述直流電路(150) 的所述第一直流電流路徑；第二串聯(lián)電路路徑(162)，其將所述第二整流器直流輸出節(jié) 點耦合到所述直流電路(150)的所述第二直流電流路徑；包括耦合在所述第一與第二串 聯(lián)電路路徑(161、162)之間的第一開關器件(DBSl)的第一分流電路支路(171)；以及 包括彼此串聯(lián)地耦合在所述第一和第二串聯(lián)電路路徑(161、162)之間的第二開關器件 (DBS2)和所述電阻器(RDB)的第二分流電路支路(172)；并且其中，所述動態(tài)制動控制部件(144c)能以所述第一模式操作，從而提供動態(tài)制動開 關控制信號(142c)，以將所述第一和第二開關器件(DBS1、DBS2)斷開，并且所述動態(tài) 制動控制部件(144c)能以所述第二模式操作，從而提供動態(tài)制動開關控制信號(142c)以 將所述第二開關器件(DBS2)接通，并且提供脈寬調(diào)制動態(tài)制動開關控制信號(142c)， 從而交替接通和斷開所述第一開關器件(DBSl)，以根據(jù)表示所述逆變器(IlOb)要求的 所述期望直流電流值(Idc * )來控制提供給所述逆變器(IlOb)的所述直流電流(Idc)。
6.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動器(110)，其中，所述動態(tài)制動電路(IlOc)包 括第一串聯(lián)電路路徑(161)，其將所述第一整流器直流輸出節(jié)點耦合到所述直流電路 (150)的所述第一直流電流路徑；第二串聯(lián)電路路徑(162)，其將所述第二整流器直流輸 出節(jié)點耦合到所述直流電路(150)的所述第二直流電流路徑；所述第一和第二串聯(lián)電路 路徑(161、162)之間的分流電路支路(172)，所述分流電路支路(172)包括與所述電阻器 (RDB)并聯(lián)耦合的第一開關器件(DBSl)以及與所述第一開關器件(DBSl)和所述電阻器 (RDB)的并聯(lián)組合串聯(lián)耦合的第二開關器件(DBS2)；以及其中，所述動態(tài)制動控制部件(144c)能以所述第一模式操作，從而提供動態(tài)制動開 關控制信號(142c)，以將所述第一和第二開關器件(DBS1、DBS2)斷開，并且所述動態(tài)制動控制部件(144c)能以所述第二模式操作，從而提供動態(tài)制動開關控制信號(142c)來 接通所述第二開關器件(DBS2)，并且提供脈寬調(diào)制的動態(tài)制動開關控制信號(142c)，從 而交替接通和斷開所述第一開關器件(DBSl)，以根據(jù)表示所述逆變器(IlOb)要求的所 述期望直流電流值(Idc * )來控制提供給所述逆變器(IlOb)的所述直流電流(Idc)。
7.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動器(110)，其中，所述動態(tài)制動電路(IlOc)包括 第一串聯(lián)電路路徑(161)，其將所述第一整流器直流輸出節(jié)點耦合到所述直流電路(150) 的所述第一直流電流路徑；第二串聯(lián)電路路徑(162)，其將所述第二整流器直流輸出節(jié) 點耦合到所述直流電路(150)的所述第二直流電流路徑；第一電阻器(RDBl)和第二電阻 器(RDB2)；以及第一和第二開關器件(DBS1、DBS2)，所述第一開關器件(DBSl)在所 述第一串聯(lián)電路路徑(161)中與所述第一電阻器(RDBl)并聯(lián)耦合，且所述第二開關器件 (DBS2)在第二串聯(lián)電路路徑(162)中與所述第二電阻器(RDB2)并聯(lián)耦合；以及其中，所述動態(tài)制動控制部件(144c)能以所述第一模式操作，從而提供動態(tài)制動開 關控制信號(142c)以將所述第一和第二開關器件(DBSl)接通，且所述動態(tài)制動控制部 件(144c)能以所述第二模式操作，從而提供脈寬調(diào)制動態(tài)制動開關控制信號(142c)，以 交替接通和斷開所述第一和第二開關器件(DBSl)，以根據(jù)表示所述逆變器(IlOb)要求 的所述期望直流電流值(Idc * )來控制提供給所述逆變器(IlOb)的所述直流電流(Idc)。
8.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動器(110)，其中，所述動態(tài)制動電路(IlOc)還包括 具有在所述第一與第二串聯(lián)電路路徑(161、162)之間耦合的第三開關器件(DBS3)的分 流電路支路(171)；并且其中，所述動態(tài)制動控制部件(144c能以所述第一模式操作，從 而提供動態(tài)制動開關控制信號(142c，以將所述第三開關器件(DBS3)斷開，并且所述動 態(tài)制動控制部件能以所述第二模式操作，從而提供動態(tài)制動開關控制信號(142c)，以將 所述第三開關器件(DBS3)接通。
9.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動器(110)，其中，所述動態(tài)制動電路(IlOc)包括 第一串聯(lián)電路路徑(161)，其將所述第一整流器直流輸出節(jié)點耦合到所述直流電路(150) 的所述第一直流電流路徑；第二串聯(lián)電路路徑(162)，其將所述第二整流器直流輸出節(jié) 點耦合到所述直流電路(150)的所述第二直流電流路徑；第一電阻器(RDB)和第一開關 器件(DBS1)，其與所述第一和第二串聯(lián)電路路徑(161、162)之一中的所述電阻器并聯(lián) 耦合；以及其中，所述動態(tài)制動控制部件(144c)能以所述第一模式操作，從而提供動態(tài)制動開 關控制信號(142c)，以將所述第一開關器件(DBSl)接通，并且所述動態(tài)制動控制部件 (144c)能以所述第二模式操作，從而提供脈寬調(diào)制的動態(tài)制動開關控制信號(142c)，以 交替接通和斷開所述第一開關器件(DBSl)，從而根據(jù)表示所述逆變器(IlOb)要求的所 述期望直流電流值(Idc * )來控制提供給所述逆變器(IlOb)的所述直流電流(Idc)。
10.—種用于操作電流源轉換器馬達驅動器(110)的方法，所述方法包括在所述馬達驅動器的第一操作模式中對有源整流器(IlOa)提供整流器開關控制信號(142a)以轉換交流電輸入功率，從而 對具有直流鏈電感器(150)的中間直流電路(150)提供直流電流(Idc)；根據(jù)表示所述逆變器(IlOb)的要求的期望直流電流值(Idc * )來調(diào)節(jié)提供給所述中 間直流電路(150)的所述直流電流；以及根據(jù)至少一個設定點(141)對所述逆變器(IlOb)提供逆變器開關控制信號(142b)以 轉換來自所述中間直流電路(150)的直流電流，從而對所述交流輸出(114)提供交流電功 率；在所述馬達驅動器的第二操作模式中將所述中間直流電路和所述逆變器連接到串聯(lián)電路中；提供整流器開關控制信號(142a)以使所述交流輸入(112)與所述直流電路斷開，以 防止再生電流流動到所述交流輸入(112)；根據(jù)所述至少一個設定點(141)對所述逆變器(IlOb)提供所述逆變器開關控制信號 (142b)以轉換來自所述中間直流電路(150)的直流電流，從而對所述交流輸出(114)提供 交流電功率；提供動態(tài)制動開關控制信號(142c)以選擇性地連接所述串聯(lián)電路中的至少一個電阻 器(RDB)，從而根據(jù)表示所述逆變器(IlOb)要求的所述期望直流電流值(Idc * )來調(diào)節(jié) 提供給所述逆變器(IlOb)的所述直流電流(Idc)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于基于電流源轉換器的驅動器的動態(tài)制動。提出了基于電流源轉換器(CSC)的馬達驅動器以及控制技術，其中在動態(tài)制動操作期間通過制動電阻器連接信號的脈寬調(diào)制將直流鏈電流調(diào)節(jié)到由輸出逆變器設置的水平，以維持對馬達扭矩和速度的控制，同時減輕或阻止線路側再生電流。
文檔編號H02M5/44GK102013872SQ20101027756
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2009年9月4日
發(fā)明者南相宇, 古德拉圖拉·埃斯瑪埃利·里內(nèi), 程仲元, 馬尼什·潘德 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司