對連接在dc極之間的電容進行充電的方法以及轉換器裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于對連接在三相有源整流器/逆變器的DC極之間的電容進行充電的方法以及轉換器裝置。
【背景技術】
[0002]諸如整流器和/或逆變器的轉換器可以具有連接在轉換器的直流(DC)極之間的電容。圖1示出了是三相有源整流器/逆變器10的轉換器的示例。有源整流器/逆變器可以用作有源整流器和逆變器，即其能夠將交流電整流成直流電以及將直流電轉換成交流電。有時候有源整流器/逆變器被稱為主逆變器。有源整流器/逆變器10包括借助諸如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)或FET(場效應晶體管)的晶體管或者根據使用的調制方案控制的其他可控半導體開關實現的半導體橋。
[0003]連接在有源整流器/逆變器10的DC極之間的電容CDe可能需要在有源整流器/逆變器連接到交流(AC)網絡之前被充電，以避免連接時的浪涌電流(current surge) 0這樣的浪涌電流可以例如觸發系統的保護或干擾饋送交流網絡。連接在有源整流器/逆變器的DC極之間的電容可以被充電到或接近電容的正常工作值。例如，電容的這樣的正常工作值可以與交流網絡的全波整流電壓相對應。
[0004]連接在有源整流器/逆變器10的DC極之間的電容CDe的這樣的充電可以通過使用交流網絡的一個或更多個相、借助充電電阻器來實現。圖1的示例示出了可以通過使用開關K2、經由輸入濾波器20連接在饋送交流網絡和有源整流器/逆變器10之間的兩個充電電阻器Ru，Rl2。因此，連接在有源整流器/逆變器10的DC極之間的電容Cdc可以在閉合主開關Kl (開關接通)之前經由充電電阻器Ru，Ru來充電。
[0005]與這樣的充電電阻器的使用有關的問題是它們需要在逐個情況的基礎上定尺寸。特別地，需要考慮需要頻繁充電的循環使用。此外，這樣的充電電阻器可以引起充電期間的相當大的損失。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種方法以及一種用于實施該方法的裝置以解決或至少減輕上面的問題。本發明的目的以獨立權利要求中陳述的內容為特征的方法和轉換器裝置來實現。在從屬權利要求中描述了本發明的優選實施方式。
[0007]本發明基于以下構思:以變壓器的整流的次級電壓通過經由降壓變壓器饋電的有源整流器/逆變器對連接在有源整流器/逆變器的DC極之間的電容進行充電，直到電容的電壓達到第一預定閾值電壓，然后用變壓器的升壓整流次級電壓對電容進行充電、直到電容的電壓達到比第一預定閾值電壓更高的第二預定閾值電壓。
[0008]本發明的解決方案提供以下優點:連接在有源整流器/逆變器的DC極之間的電容可以以更小的損失進行充電。此外，可以更好地控制充電過程，從而使組件的定尺寸更容易O
【附圖說明】
[0009]現在將參照附圖結合優選實施方式、更詳細地說明本發明，其中:
[0010]圖1示出了根據實施方式的轉換器系統的電路圖；
[0011]圖2示出了根據實施方式的轉換器系統的電路圖；
[0012]圖3示出了根據實施方式的轉換器系統的電路圖；以及
[0013]圖4示出了根據實施方式的轉換器系統的電路圖。
【具體實施方式】
[0014]本發明的應用不限于任何特定系統，而是可以應用于各種轉換器系統。此外，本發明的使用不限于利用特定基頻的任何系統或任何特定電壓水平。
[0015]圖2示出了根據示例實施方式的轉換器系統的主電路的電路圖。應當注意，該圖僅示出了理解本發明所必需的組件。各種組件的數量可以不同于圖中所示。示例轉換器是三相有源整流器/逆變器10。三相有源整流器/逆變器10的示例是借助6個可控半導體開關實現的半導體橋。如所示的，6個可控半導體開關的每個可以具有跨接在開關上的反向并聯二極管。可控半導體開關可以是諸如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)或FET(場效應晶體管)的晶體管或其他可控半導體開關。有源整流器/逆變器10具有正DC極和負DC極，在正DC極和負DC極之間連接有電容CDe。電容DDe可以包括一個或更多個電容器。
[0016]在有源整流器/逆變器10的正常工作期間，根據電功率被傳送的方向，可以適當地控制可控半導體開關以將交流整流成直流或者將直流轉換成交流。圖2還示出了有源整流器/逆變器10的控制布置11，例如，其可以控制可控半導體開關，從而控制有源整流器/逆變器10的工作。為了清楚起見，未示出控制布置11和可控半導體開關之間的控制連接。控制布置11還可以控制有源整流器/逆變器10的其他操作。控制布置11可以執行測量或接收關于各種量的輸入信號，以執行有源整流器/逆變器10的控制。為了清楚起見，圖中未示出針對這樣的量的可能的測量布置。
[0017]圖2的轉換器系統還包括變壓器T，變壓器T優選地是降壓變壓器，即其匝數比α (a =NP/NS，其中，Np是初級繞組中的匝數，NS是次級繞組中的匝數)高于1(>1)。因此，變壓器T的次級電壓低于變壓器的初級電壓。變壓器T的匝數比α取決于轉換器系統，但其可以例如在2和10之間。優選地，變壓器的匝數比α約是5，從而變壓器T的所產生的次級電壓約是變壓器T的初級電壓的20%。根據實施方式，變壓器T是可飽和變壓器。變壓器T因此優選地可以具有高雜散電抗。變壓器T可以如在圖2的示例中那樣是電隔離(galvanically isolating)的。在圖2的示例中，變壓器的初級的端子經由三極開關K3連接到三相AC網絡和三極主開關Kl之間的連接點。此外，變壓器T的次級的端子經由三極開關Κ4連接到三極主開關Kl和三相濾波器20之間的連接點。所述連接可如圖所示包括熔斷器(fuse)。例如，開關K1、K3、K4可由有源整流器/逆變器10或者更具體地可由有源整流器/逆變器10的控制布置11控制。包括在轉換器系統中的濾波器20優選地包括每相中的電感。因此，濾波器可以例如是L、LC或LCL型的濾波器。圖2的示例示出了包括第一相專用電感L1、第二相專用電感L2和星形連接的相專用電容C的LCL型濾波器。
[0018]根據實施方式，連接在三相有源整流器/逆變器10的DC極之間的電容CDe的充電包括經由三相降壓變壓器T和三相濾波器20首先將有源整流器/逆變器10的AC極連接到三相AC網絡，使得AC網絡連接到變壓器T的初級，變壓器T的次級連接到濾波器20的第一側，濾波器的第二側連接到有源整流器/逆變器10的AC極。在圖2的示例中，這可以通過閉合(接通)開關K3和K4以及打開(斷開)主開關Kl來完成。接下來，連接在有源整流器/逆變器的DC極之間的電容CDe通過有源整流器/逆變器10以變壓器T的整流次級電壓進行充電，直到電容CDe的電壓達到第一預定閾值電壓。根據實施方式，變壓器T的整流次級電壓是變壓器T的全波整流次級電壓。在圖2的示例中，這可以通過將有源整流器/逆變器10的半導體開關控制在斷開狀態(非傳導)來實現。因此，有源整流器/逆變器10的反向并聯二極管對變壓器T的次級電壓進行全波整流。隨后，響應于電容Cdc的電壓達到第一預定閾值電壓，連接在有源整流器/逆變器的DC極之間的電容CDe通過有源整流器/逆變器10以變壓器T的升壓整流次級電壓進行充電，直到電容CDe的電壓達到比第一預定閾值電壓更高的第二預定閾值電壓。在圖2的示例中，這可以通過適當地控制有源整流器/逆變器10的半導體開關、例如通過利用半導體開關的三相脈沖寬度調制(PffM)來實現，使得有源整流器/逆變器10作為對變壓器T的次級電壓進行整流和升壓的升壓(boost) AC-DC轉換器(升壓(st印-up) AC-DC轉換器)而工作。通過升壓，產生的提供給電容Cdc的整流電壓高于以反向并聯二極管進行的被動整流的整流電壓。因為連接在有源整流器/逆變器10和變壓器T之間的濾波器20的電感LI，L2，升壓是可能的。
[0019]根據實施方式，第一預定閾值電壓與變壓器T的全波整流次級電壓相對應。此外，根據實施方式，第二預定閾值電壓與AC網絡的全波整流電壓相對應。因此，根據這些實施方式，連接在有源整流器/逆變器的DC極之間的電容CDe以變壓器T的整流次級電壓進行充電，直到電容CDe的電壓達到變壓器T的全波整流次級電壓，隨后，電容C %以變壓器T的升壓整流次級電壓進行充電，直到電容CDe的電壓達到AC網絡的全波整流電壓。以這種方式，電容CDe可以逐漸地被充電到其正常工作狀態值。此外，如果變壓器T是可飽和的，其限制了通過變壓器的次級的電流，這在充電開始時是特別合乎期望的。第一預定閾值電壓還可以小于變壓器T的全波整流次級電壓，即可以在電容Cdc的電壓達到變壓器T的全波整流次級電壓之前已經開始進行升壓充電。類似地，例如在電容CDe的電壓的正常工作狀態值不同于AC網絡的全波整流電壓的情況下，第二預定閾值電壓可以不同于AC網絡的全波整流電壓。在這樣的情況下，第二預定閾值電壓優選地與電容CDe的電壓的正常工作狀態值相對應。
[0020]根據實施方式，當以變壓器T的升壓整流次級電壓對電容CDe進行充電時，變壓器T的整流次級電壓的升壓水平可以逐漸增加。因此，能夠通過改變升壓水平來逐漸提高充電電壓，從而使充電更受控制。根據實施方式，變壓器T的整流次級電壓被升壓至少達到AC網絡的全波整流電壓。這樣，電容CDe的電壓可以最終到達至少AC網絡的全波整流電壓的水平。
[0021]根據實施方式，響應于電容CDe的電壓達到第二預定閾值電壓，AC網絡連接到濾波器20的第一側。在圖2的示例中，這可以通過閉合(開關)主開關Kl來實現。此外，根據實施方式，響應于電容的電壓達到第二預定閾值電壓，斷開變壓器的初級和/或變壓器的次級。在圖2的示例中，這可以通過打開(斷開)開關K3和K4的至少一個來實現。優選地，打開開關K3和K4兩者。其中閉合主開關Kl以及打開開關Κ3和Κ4的至少一個的順序可以變化。因為經由濾波器20、通過給有源整流器/逆變器10饋電已經執行了充電，濾波器20的電容器C已經調到饋電AC網絡的頻率。因此，當在充電結束后閉合主開關Kl時，濾波器20不引起浪涌電流，這是額外的優點。
[0022]作為圖2的示例中所示電隔離變壓器的替選，可以改為使用自耦變壓器。圖3示出了根據示例性實施方式的轉換器系統的主電路的電路圖。圖3的轉換器系統對應于圖2的轉換器系統，但是，圖3的變壓器T是自耦變壓器。根據實施方式，在圖3的示例中，電容Cdc的充電可以通過閉合(接通)開關Κ3和Κ5以及打開(斷開)主開關Kl來實現。接下來，連接在有源整流器/