本發(fā)明涉及DC鏈路的充電的領(lǐng)域。具體來說，本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)以及用于對轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的DC鏈路進(jìn)行充電的方法和控制器。

背景技術(shù)：

具有串聯(lián)連接的相模塊的多電平轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可用于中壓驅(qū)動中。這些轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)主要用于3 kV至15 kV的范圍中，但是也可用于其他電壓范圍中。每一個相模塊可包括能量存儲元件，其采取直流電容器或DC鏈路電容器的形式。通常，這些元件需要在每次轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)開始操作時預(yù)先充電。

這些元件的充電通常是需要注意的操作，因為轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)在沒有預(yù)充電DC鏈路電容器的情況下與中壓電網(wǎng)的直接連接將會在電網(wǎng)本身上引起巨大電流。

可使用對DC鏈路電容器進(jìn)行充電的若干方式。通常，獨(dú)立充電單元元件直接連接到DC鏈路。這些充電單元元件通常包括連接到低壓供應(yīng)的電壓變壓器，除了已經(jīng)存在的高功率中壓變壓器之外還放置所述變壓器。

例如，US 8223515 B2示出一種中壓系統(tǒng)，其具有以低壓饋電繞組共用相同變壓器磁芯的方式體現(xiàn)集成(耦合)到主變壓器的充電變壓器的設(shè)備。該低壓饋電繞組用作預(yù)充電電路。

在WO2012/140008 A2中，提出中壓轉(zhuǎn)換器以及按照防止涌流的方式啟動的方法。

在JP 2011109801 A中，低壓饋電變壓器元件專門連接到中壓轉(zhuǎn)換器，以便對DC鏈路電容器預(yù)先充電。

US 7929323 B2示出用于對功率轉(zhuǎn)換器預(yù)先充電的設(shè)備的另外示例。

US 6072707在圖2中公開一種具有兩個相模塊的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，每個相模塊包括與DC鏈路互連的第一轉(zhuǎn)換器腿和第二轉(zhuǎn)換器腿，其中DC鏈路包括串聯(lián)連接在正點(diǎn)、中點(diǎn)和負(fù)點(diǎn)之間的兩個電容器，各轉(zhuǎn)換器腿適合于將其輸出與DC鏈路的正點(diǎn)、中點(diǎn)或負(fù)點(diǎn)互連。相模塊經(jīng)由轉(zhuǎn)換器腿的輸出串聯(lián)連接，由此較低相模塊的第二轉(zhuǎn)換器腿與較高相模塊的第一轉(zhuǎn)換器腿相連接。

在US 2013/0176014 A1、EP 2747269 A2和EP 2733 837 A1中公開另外通用轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是降低成本并且降低具有串聯(lián)連接的相模塊的電氣轉(zhuǎn)換器的充電系統(tǒng)的復(fù)雜度。

這個目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)。通過從屬權(quán)利要求和下面的描述，另外示范實(shí)施例是顯而易見的。

本發(fā)明的一個方面涉及一種轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。一般來說，該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可以是例如適合于處理高于1.000 V的電壓的中壓系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可用于將電機(jī)、例如電馬達(dá)與(中壓)電力網(wǎng)互連。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括至少兩個相模塊，每個相模塊包括與DC鏈路互連的第一轉(zhuǎn)換器腿和第二轉(zhuǎn)換器腿，其中DC鏈路包括串聯(lián)連接在正點(diǎn)、中點(diǎn)和負(fù)點(diǎn)之間的兩個電容器(即，DC鏈路又可稱作拆分(split)DC鏈路)，各轉(zhuǎn)換器腿適合于將其輸出與DC鏈路的正點(diǎn)、中點(diǎn)或負(fù)點(diǎn)互連。相模塊經(jīng)由轉(zhuǎn)換器腿的輸出串聯(lián)連接，其中較低相模塊的第二轉(zhuǎn)換器腿與較高相模塊的第一轉(zhuǎn)換器腿相連接。一般來說，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可包括兩個、三個或更多相模塊，其經(jīng)由其轉(zhuǎn)換器腿的輸出串聯(lián)連接。

轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)此外包括充電變壓器，其連接到最高相模塊的DC鏈路的中點(diǎn)，其為轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的相輸出提供第二轉(zhuǎn)換器腿的輸出。

這種配置使得有可能經(jīng)由一個充電變壓器對所有轉(zhuǎn)換器模塊的所有DC鏈路進(jìn)行充電。一般來說，在充電期間，切換相模塊的轉(zhuǎn)換器腿，使得充電電流可經(jīng)過中性連接的轉(zhuǎn)換器腿從充電變壓器流經(jīng)一個所選DC鏈路，其通過將相應(yīng)第一轉(zhuǎn)換器腿切換成未連接狀態(tài)來選擇，使得充電電流被迫流經(jīng)轉(zhuǎn)換器腿的續(xù)流二極管。

這樣，相同充電變壓器可與串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器模塊的數(shù)量無關(guān)地使用。此外，對充電變壓器的隔離要求較低。該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)還包括至少兩個轉(zhuǎn)換器相，各轉(zhuǎn)換器相包括至少兩個串聯(lián)連接的相模塊。通常，這種轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可包括用于提供旋轉(zhuǎn)電流的三個轉(zhuǎn)換器相。轉(zhuǎn)換器相可經(jīng)由最低轉(zhuǎn)換器模塊(其(例如經(jīng)由另外轉(zhuǎn)換器模塊)與較高轉(zhuǎn)換器模塊串聯(lián)連接)的第一轉(zhuǎn)換器腿的輸出來星形連接。充電變壓器的模塊側(cè)星形點(diǎn)與轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)相連接。充電變壓器可包括與（中壓）電力網(wǎng)連接的至少兩個(通常三個)一次側(cè)繞組，其與至少兩個(通常三個)二次側(cè)繞組(其與相應(yīng)轉(zhuǎn)換器相的最高相模塊的中點(diǎn)相連接)耦合。二次側(cè)繞組可星形連接以形成模塊側(cè)星形點(diǎn)，并且這個星形點(diǎn)可與轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)相連接。備選地，充電變壓器的模塊側(cè)星形點(diǎn)沒有與轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)相連接。在三個轉(zhuǎn)換器相的情況下，當(dāng)所有三相的DC鏈路電容器同時充電時，轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)處的電壓可抵消。在這種情況下，星形點(diǎn)的連接不是必要的。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器腿是中性點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器腿、有源中性點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器腿或中性點(diǎn)導(dǎo)引（piloted）轉(zhuǎn)換器腿。所有這些類型的轉(zhuǎn)換器腿的共同之處在于，它們可切換成中性連接狀態(tài)(其中其輸出與DC鏈路的中點(diǎn)相連接)并且切換成未連接狀態(tài)(其中所有半導(dǎo)體開關(guān)是打開的)。這兩種狀態(tài)可用于將DC鏈路之一與用于充電的充電變壓器相連接。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，各轉(zhuǎn)換器腿包括：正分支，其包括兩個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)，各半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接到續(xù)流二極管；以及負(fù)分支，其包括兩個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)，各半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接到續(xù)流二極管。正分支和負(fù)分支串聯(lián)連接在DC鏈路的正點(diǎn)與負(fù)點(diǎn)之間。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器腿的輸出經(jīng)由正分支的半導(dǎo)體開關(guān)之間的二極管并且經(jīng)由負(fù)分支的半導(dǎo)體開關(guān)之間的二極管來連接。對于中性點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器腿，情況可以是這樣。對于有源中性點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器腿，這些二極管可并聯(lián)連接到另外半導(dǎo)體開關(guān)。

對于中性點(diǎn)導(dǎo)引轉(zhuǎn)換器腿，轉(zhuǎn)換器腿的正分支與負(fù)分支之間的中點(diǎn)可經(jīng)由另外半導(dǎo)體開關(guān)和反并聯(lián)二極管與DC鏈路的中點(diǎn)相連接。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)還包括與各轉(zhuǎn)換器模塊的整流器互連的主變壓器,其并聯(lián)連接到DC鏈路。主變壓器可以是中壓變壓器，而充電變壓器可以是低壓饋電變壓器(低于1 kV)。來自主變壓器的AC電壓可經(jīng)由整流器來供應(yīng)到每個相模塊中的DC鏈路。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，用于將變壓器與轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)斷開的繼電器互連在變壓器的星形點(diǎn)與轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)之間。這個繼電器可以是高壓繼電器，因為充電變壓器可用于把來自低壓電網(wǎng)的電壓調(diào)高到適合于對DC鏈路電容器進(jìn)行充電的高電壓。

備選地，可以不存在高壓繼電器，即，變壓器的星形點(diǎn)可與轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)直接連接。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)還包括用于將充電變壓器連接到低壓電網(wǎng)的電路斷路器。這個電路斷路器可用于在沒有充電發(fā)生時斷開充電變壓器。

本發(fā)明的另外目的涉及一種如在上文中和在下文中所述的用于對轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器模塊的DC鏈路進(jìn)行充電的方法。例如，該方法可由轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的控制器(其還在正常操作期間控制轉(zhuǎn)換器系統(tǒng))在啟動階段期間來執(zhí)行。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：將充電變壓器連接到電力網(wǎng)(例如經(jīng)由電路斷路器)；將所選轉(zhuǎn)換器模塊的(第一)轉(zhuǎn)換器腿切換為未連接狀態(tài)，其中轉(zhuǎn)換器腿的所有半導(dǎo)體開關(guān)是打開的；以及將其余轉(zhuǎn)換器腿切換成中性連接狀態(tài)，其中轉(zhuǎn)換器腿的輸出連接到DC鏈路的中點(diǎn)，使得充電電流經(jīng)由中性連接的轉(zhuǎn)換器腿從所選轉(zhuǎn)換器模塊的DC鏈路的中點(diǎn)流經(jīng)DC鏈路的電容器之一。

換言之，切換串聯(lián)連接的相模塊的所有轉(zhuǎn)換器腿，使得充電電流可流經(jīng)DC鏈路的中點(diǎn)以及除了流經(jīng)一個轉(zhuǎn)換器腿之外的轉(zhuǎn)換器腿的中點(diǎn)，這迫使充電電流在正或負(fù)點(diǎn)(取決于AC充電電流的實(shí)際極性)的方向上流動。在后一種情況下，充電電流通過相應(yīng)DC鏈路電容器并且對它充電，并且然后流經(jīng)所選轉(zhuǎn)換器模塊的第一轉(zhuǎn)換器腿的打開的半導(dǎo)體開關(guān)的續(xù)流二極管。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，所選轉(zhuǎn)換器模塊的轉(zhuǎn)換器腿的切換和其余轉(zhuǎn)換器腿的切換是用于對所選轉(zhuǎn)換器模塊的DC鏈路進(jìn)行充電的第一切換模式。換言之，為了對特殊的所選DC鏈路進(jìn)行充電，可使用特殊切換模式，其中與DC鏈路關(guān)聯(lián)的第一轉(zhuǎn)換器腿切換成未連接狀態(tài)，而其他轉(zhuǎn)換器橋臂切換成中性連接狀態(tài)。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，該方法還包括：在預(yù)定時間間隔之后，按照第二切換模式將另外所選轉(zhuǎn)換器模塊的另外轉(zhuǎn)換器腿切換為未連接狀態(tài)并且將另外其余轉(zhuǎn)換器腿切換成中性連接狀態(tài)。在某個時間間隔之后，切換模式可被改變，使得對另一個DC鏈路進(jìn)行充電。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，循環(huán)地選擇轉(zhuǎn)換器相的轉(zhuǎn)換器模塊，以及切換模式循環(huán)地應(yīng)用于所選轉(zhuǎn)換器模塊，使得轉(zhuǎn)換器相的DC鏈路同等地充電。切換模式的每一個循環(huán)、即每一個時間間隔可持續(xù)預(yù)定時間間隔。循環(huán)可重復(fù)進(jìn)行直到DC鏈路被完全充電。

為了對所有DC鏈路電容器進(jìn)行充電，可循環(huán)地選擇一個轉(zhuǎn)換器相的轉(zhuǎn)換器模塊，并且對應(yīng)的切換模式可循環(huán)地應(yīng)用于所選轉(zhuǎn)換器模塊，使得轉(zhuǎn)換器相的DC鏈路同等地充電。此外，也許有可能的是，兩個或更多轉(zhuǎn)換器相的轉(zhuǎn)換器模塊同時充電。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，該方法還包括將最高轉(zhuǎn)換器模塊的第二轉(zhuǎn)換器腿切換成未連接狀態(tài)。為了在充電期間將電機(jī)與轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)完全斷開，最高轉(zhuǎn)換器橋臂可切換在未連接狀態(tài)中。

本發(fā)明的另外方面涉及用于轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的控制器，其中控制器適合執(zhí)行如在上文中和在下文中所述的方法。例如，該方法可以以軟件或者至少部分以硬件來實(shí)現(xiàn)，和/或可運(yùn)行于處理器上。

必須理解，如在上文中和在下文中所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的特征可以是如在上文中和在下文中所述的方法和/或控制器的特征，并且反之亦然。

從以下所述實(shí)施例，本發(fā)明的這些方面及其他方面將是顯而易見的并且參照以下所述實(shí)施例，將說明本發(fā)明的這些方面及其他方面。

附圖說明

下文中將參照附圖中所圖示的示范實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明的主題。

圖1示意示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。

圖2示意示出圖1的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器相的兩個串聯(lián)連接的相模塊。

圖3示意示出處于未連接狀態(tài)中的圖1的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的相模塊的轉(zhuǎn)換器腿。

圖4示意示出處于中性連接狀態(tài)中的圖1的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的相模塊的轉(zhuǎn)換器腿。

圖5示出描述圖2的相模塊的轉(zhuǎn)換器腿的切換模式的簡圖。

圖6示出用于對圖1的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的DC鏈路進(jìn)行充電的方法的流程圖。

圖7至圖10示意示出如圖2所示的兩個串聯(lián)連接的相模塊期間的充電電流。

附圖所使用的參考數(shù)字及其含意在參考數(shù)字的列表中以概括形式列示。大體上，附圖中，相同部件提供有相同參考符號。

具體實(shí)施方式

圖1示出多電平轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10，其互連在中壓電網(wǎng)12與電機(jī)14、例如電馬達(dá)或發(fā)電機(jī)之間。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括主變壓器16，其具有連接到電力網(wǎng)12的一次繞組和多個二次繞組，其中每個與相模塊18的輸入側(cè)相連接。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10包括用于各轉(zhuǎn)換器相20的兩個(一般多于一個)相模塊18，其在其輸出側(cè)處串聯(lián)連接。

每個相模塊18包括：(例如無源)整流器22，其對來自主變壓器16的AC電壓進(jìn)行整流；DC鏈路24，其由整流器22來供應(yīng)；以及兩個轉(zhuǎn)換器腿26a、26b，其并聯(lián)連接到DC鏈路24。DC鏈路24包括兩個電容器28a和28b，其串聯(lián)連接在正點(diǎn)30、中點(diǎn)32和負(fù)點(diǎn)34之間。各轉(zhuǎn)換器腿26a、26b具有輸出36a、36b，其中每個可通過適當(dāng)切換相應(yīng)轉(zhuǎn)換器腿26a、26b的半導(dǎo)體開關(guān)38來連接到正點(diǎn)30、中點(diǎn)32和負(fù)點(diǎn)34。例如，開關(guān)38可以是IGCT。

各轉(zhuǎn)換器相20包括低相模塊18a和高相模塊18b，其通過低相模塊18a的第二轉(zhuǎn)換器腿26b的輸出36b和高相模塊18b的第一轉(zhuǎn)換器橋臂26a的輸出36a串聯(lián)連接。一般來說，各轉(zhuǎn)換器相20可包括多于兩個串聯(lián)連接的相模塊18。

低相模塊18a在星形點(diǎn)Y處經(jīng)由其第一轉(zhuǎn)換器腿26a的輸出36a星形連接。高相模塊18b經(jīng)由其第二轉(zhuǎn)換器腿26b的輸出36b來提供轉(zhuǎn)換器相20的相輸出U、V、W。這些相輸出U、V、W連接到電機(jī)14。

轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)此外包括充電變壓器40，其采用其一次繞組經(jīng)由電路斷路器42來連接到低壓電網(wǎng)44，并且采用其二次繞組連接到星形點(diǎn)Y和高相模塊18b的DC鏈路24的中點(diǎn)32、A、B、C。二次繞組的模塊側(cè)星形點(diǎn)Y’經(jīng)由繼電器46與轉(zhuǎn)換器相的星形點(diǎn)Y相連接。二次繞組的其他側(cè)經(jīng)由繼電器48連接到高相模塊18b的相應(yīng)中點(diǎn)32、A、B、C。

另外，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10包括控制器50，其控制相模塊以及具體來說控制半導(dǎo)體開關(guān)38、繼電器46、48和電路斷路器42。

圖2示出轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10的一個轉(zhuǎn)換器相20。從相模塊18a、18b，為了清楚的原因而省略了整流器22。圖2示出，充電變壓器40的二次繞組的星形點(diǎn)連接到轉(zhuǎn)換器相20的星形點(diǎn)Y，以及在另一側(cè)上，二次繞組連接到高相模塊18b的中點(diǎn)32。在此情況下，轉(zhuǎn)換器相20具有多于兩個串聯(lián)連接的相模塊18a、18b，轉(zhuǎn)換器相20的星形點(diǎn)連接到這種串聯(lián)連接中的最低相模塊18，以及充電變壓器的二次繞組連接到最高相模塊18，其也提供相輸出U、V、W。

一般來說，轉(zhuǎn)換器腿26a、26b可以是中性點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器腿、有源中性點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器腿或中性點(diǎn)導(dǎo)引轉(zhuǎn)換器腿。在圖2中以及還在其他附圖中，示出中性點(diǎn)轉(zhuǎn)換器腿26a、26b。轉(zhuǎn)換器腿26a、26b包括：正分支52a，其包括兩個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)38，各半導(dǎo)體開關(guān)38并聯(lián)連接到續(xù)流二極管；以及負(fù)分支52b，其包括兩個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)38，各半導(dǎo)體開關(guān)38并聯(lián)連接到另外續(xù)流二極管。正分支52a和負(fù)分支52b串聯(lián)連接在正點(diǎn)30與負(fù)點(diǎn)34之間。轉(zhuǎn)換器腿26a、26b的相應(yīng)輸出36a、36b經(jīng)由正分支52a的半導(dǎo)體開關(guān)38之間的二極管并且經(jīng)由負(fù)分支52b的半導(dǎo)體開關(guān)38之間的二極管來連接。

圖3和圖4示出轉(zhuǎn)換器腿26a、26b的兩種不同切換狀態(tài)。圖3中，轉(zhuǎn)換器腿26a、26b切換成“不連接”、即處于未連接狀態(tài)中。具體來說，半導(dǎo)體開關(guān)38是全部打開的(如由“0”所指示)。圖4中，轉(zhuǎn)換器腿26a、26b切換成“零”、即處于中性連接狀態(tài)中，其中正分支52a和負(fù)分支52b的兩個外半導(dǎo)體開關(guān)38是打開的，而兩個內(nèi)半導(dǎo)體開關(guān)是閉合的(如由“1”所指示)。

DC鏈路電容器28a、28b的充電可采用這兩種切換狀態(tài)來執(zhí)行，如將針對以下附圖所說明。

圖5示出關(guān)于一個轉(zhuǎn)換器相20的繼電器46、48和相模塊18a、18b的切換狀態(tài)的簡圖。所有轉(zhuǎn)換器相20可按照這種方式同時切換。圖6示出將針對圖5所述的對DC鏈路24進(jìn)行充電的方法的流程圖。該方法可由控制器50、例如作為計算機(jī)程序自動執(zhí)行。

在空閑狀態(tài)54中，電路斷路器42和繼電器46、48是打開的(“0”)。所有相模塊18a、18b的所有轉(zhuǎn)換器腿26a、26b處于未連接狀態(tài)中(“0”，所有半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷)。

在步驟S10中，充電變壓器40通過閉合電路斷路器42來連接到低壓電力網(wǎng)44，以及系統(tǒng)10改變?yōu)槌潆姞顟B(tài)56(參見圖5)。

在啟動序列中，高壓繼電器46、48在步驟S12中是閉合的(“1”)，并且此后，在步驟S14中，低壓斷路器42是閉合的。

此后，充電序列在步驟S16中開始。(最)高相模塊18b的第二轉(zhuǎn)換器腿26b保持在未連接狀態(tài)中。轉(zhuǎn)換器模塊18a的第二轉(zhuǎn)換器腿26b切換成中性連接狀態(tài)(“N”，只有內(nèi)開關(guān)38接通)。一般來說，在多于兩個相模塊18a、18b的情況下，除了最高轉(zhuǎn)換器腿之外的所有第二轉(zhuǎn)換器腿26b切換成中性連接狀態(tài)，其中轉(zhuǎn)換器腿26a、26b的輸出36連接到DC鏈路24的中點(diǎn)32。必須理解，在這個上下文中，“連接”意味著相應(yīng)轉(zhuǎn)換器腿26a、26b按照如下方式來切換：使得電流可從輸出36a、36b流到DC鏈路24的中點(diǎn)32。

在步驟S18中，檢查初始化，如果這在之前尚未進(jìn)行，則定時器、啟用(enables)等在步驟S20中初始化，以及在步驟S22中，檢查是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)期充電電平。

圖5示出關(guān)于相模塊18a的DC鏈路24的DC鏈路電壓58a和相模塊18b的DC鏈路24的DC鏈路電壓58b的兩個曲線。當(dāng)兩個電壓均高于預(yù)定義值時，可達(dá)到預(yù)期充電電平。

在充電狀態(tài)期間，DC鏈路24被依次充電。這通過將相模塊18a的第一轉(zhuǎn)換器腿26a切換成未連接狀態(tài)(“0”)并且將相模塊18b的第一轉(zhuǎn)換器腿26a切換成中性連接狀態(tài)(“N”)進(jìn)行。采用這些切換狀態(tài)，相模塊18a的DC鏈路24開始充電。圖5示范地示出兩種不同的切換模式59a、59b，其中轉(zhuǎn)換器模塊18a和轉(zhuǎn)換器模塊18b分別交替選擇用于充電。

一般來說，在時間間隔tp之后，改變第一模式59a，其中所選轉(zhuǎn)換器模塊(例如18b)的另一個第一轉(zhuǎn)換器腿26a切換成未連接狀態(tài)(“0”)，而一個或多個其他的第一轉(zhuǎn)換器腿26a切換成中性連接狀態(tài)。這時，所選相模塊的DC鏈路24開始充電。

再次在時間間隔tp之后，另一個相模塊采用切換模式59b來選擇，并且然后對相應(yīng)DC鏈路24進(jìn)行充電。這個序列循環(huán)地重復(fù)進(jìn)行直到DC鏈路24被完全充電。

這個序列可通過在步驟S26中檢測到已經(jīng)達(dá)到時間間隔tp結(jié)束時在步驟S24中將轉(zhuǎn)換器腿26a切換為特定模式59a、59b來執(zhí)行。執(zhí)行S16和S22之間的循環(huán)，直至達(dá)到預(yù)期充電電平。

如果間隔時間tp選擇成遠(yuǎn)小于完全充電時間(例如大約100 ms)，則DC鏈路24幾乎同時充電。在這種情況下，哪一個相模塊18a、18b開始充電也是不重要的。

但是，如果tp選擇成較長(例如多于1 s)，則該序列可需要開始于最高相模塊18b。如果不是的話，則充電電壓也可應(yīng)用于電機(jī)14和/或充電變壓器40通過機(jī)器短接。

例如，間隔可以為大約100 ms。通常，間隔tp不應(yīng)當(dāng)正好是網(wǎng)絡(luò)周期的一半的奇數(shù)倍(例如10 ms或8.33 ms)，因為這可引起正和負(fù)DC鏈路半部28a、28b的不平衡充電。

在步驟S22中達(dá)到預(yù)期充電電平時，系統(tǒng)改變回到空閑狀態(tài)54中。所有轉(zhuǎn)換器腿切換成未連接狀態(tài)(“0”)。最后，高壓繼電器46、48在步驟S28中是打開的，并且此后，低壓斷路器42在步驟S30中是打開的。

一般來說，高壓繼電器46、48不應(yīng)當(dāng)在激活切換序列之前是閉合的。否則，充電能夠不對稱地開始。但是，定時不是那么關(guān)鍵，因此足以在開始該序列的同時閉合高壓繼電器46、48。

圖7至圖10示出與圖2類似的簡圖，但是另外示出在充電序列的不同階段的充電電流60。

圖7和圖8示出轉(zhuǎn)換器相20，其中相模塊18a的第一轉(zhuǎn)換器腿26a和充電模塊18b的第二轉(zhuǎn)換器腿26b切換成未連接狀態(tài)(“0”)。相模塊18a的第二轉(zhuǎn)換器腿26b和充電模塊18b的第一轉(zhuǎn)換器腿26a切換成中性連接狀態(tài)(“N”)。這對應(yīng)于圖5所示的第一切換模式。

充電電流60經(jīng)由中性連接的轉(zhuǎn)換器腿26a、26b從轉(zhuǎn)換器模塊18b的DC鏈路24的中點(diǎn)32流經(jīng)DC鏈路24的電容器28a、28b之一，這取決于來自變壓器40的充電電壓的電壓循環(huán)。具體來說，充電電流60流經(jīng)轉(zhuǎn)換器模塊18a的第一轉(zhuǎn)換器腿26a的續(xù)流二極管。

如圖7所示，當(dāng)充電電壓處于正循環(huán)中時，對所選相模塊18a的下負(fù)DC鏈路電容器28b進(jìn)行充電。

如圖8所示，當(dāng)充電電壓處于正循環(huán)中時，對所選相模塊18a的上正DC鏈路電容器28a進(jìn)行充電。

圖9和圖10示出轉(zhuǎn)換器相20，其中充電模塊18a的第一轉(zhuǎn)換器腿26a和第二轉(zhuǎn)換器腿26b切換成中性連接狀態(tài)(“0”)，以及相模塊18b的第一轉(zhuǎn)換器腿26a和第二轉(zhuǎn)換器腿26b切換成未連接狀態(tài)(“0”)。這對應(yīng)于圖5所示的第二切換模式。

在這種情況下，充電電流60經(jīng)過轉(zhuǎn)換器模塊18b的第一轉(zhuǎn)換器腿26a的續(xù)流二極管流經(jīng)相模塊18b的DC鏈路24的電容器28a、28b之一，這取決于來自變壓器40的充電電壓的電壓循環(huán)。

如圖9所示，當(dāng)充電電壓處于正循環(huán)中時，對所選相模塊18b的下負(fù)DC鏈路電容器28b進(jìn)行充電。

如圖10所示，當(dāng)充電電壓處于正循環(huán)中時，對所選相模塊18b的上正DC鏈路電容器28a進(jìn)行充電。

雖然在附圖和上面描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這種說明和描述被認(rèn)為是說明性或示范性而不是限制性的；本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例。根據(jù)研究附圖、本公開和所附權(quán)利要求書，對所公開的實(shí)施例的其他變更通過本領(lǐng)域中熟練的并且實(shí)施所要求保護(hù)的發(fā)明的人員能夠理解和實(shí)施。在權(quán)利要求書中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，以及不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。單個處理器或控制器或者其他單元可完成權(quán)利要求書中所述的若干項的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些措施的事實(shí)并不表示這些措施的組合不能有利地適應(yīng)。權(quán)利要求書中的任何參考符號不應(yīng)當(dāng)被理解為限制范圍。

參考標(biāo)號列表

10 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)

12 中壓電網(wǎng)

14 電機(jī)

16 主變壓器

18 相模塊

18a 低相模塊

18b 高相模塊

20 轉(zhuǎn)換器相

22 整流器

24 DC鏈路、拆分DC鏈路

26a、26b 轉(zhuǎn)換器腿

28a，28b 電容器

30 DC鏈路的正點(diǎn)

32 DC鏈路的中點(diǎn)

34 DC鏈路的負(fù)點(diǎn)

36a，36b 轉(zhuǎn)換器腿的輸出

38 半導(dǎo)體開關(guān)

Y、Y’ 星形點(diǎn)

U、V、W 相輸出

40 充電變壓器

42 電路斷路器

44 低壓電網(wǎng)

46,48 繼電器

50 控制器

52a 正分支

52b 負(fù)分支

54 空閑狀態(tài)

56 充電狀態(tài)

18a、58b DC鏈路電壓

59a、59b 充電期間的切換模式

60 充電電流