用于将直流电能转换成交流电能的系统

摘要

描述了一种用于将直流电能转换成交流电能的系统，该系统包括三个切换支路以及电压和电流强度的调制电路(11)，该调制电路包括线圈(Ls)和用于该系统的交流输出相的电容器(Cs)，并且该系统还包括连接到切换支路和所述调制电路(11)的用于回收电能的元件(10)，所述用于回收电能的元件(10)由传导条制成，所述传导条由导电材料制成，包括至少一个贯通槽口(15、16)；还描述了一种用于回收电能的元件(10)和一种包括用于转换电能的系统的电机系统。

说明书

本发明涉及一种用于将直流电能转换成交流电能的系统，特别是用于将高频交流电能与同步磁阻电机器一起使用的系统。

更具体地，本发明涉及一种连接到同步磁阻电机的逆变器，其被配置用于减小开关损耗。

为了驱动电机器，特别是永磁电机器，必须将来自电能蓄积系统(例如电池)的直流电能通过DC/AC转换器(逆变器)转换为三相交流电能。这种转换是由DC/AC转换器(逆变器)执行的，该转换器包括三个切换(switching，开关)支路，并且必须向电机器供应相互偏置120°的三个正弦电压。

所谓的“软切换”逆变器是已知的，其包括下述电路，所述电路具有调制电流变化的线圈和调制电压变化的电容器。此外，为了保证电路操作并因此保证零能量平衡，对所使用的能量源的电压与电容性电路之间的电路增加了电阻器。该电阻允许保证电路操作工作并降低电容性电路的端子上的电压。在专利申请WO-A-11116854中公开了这种DC/AC转换器。

这些已知的DC/AC转换器具有在电阻器中耗散能量的问题，从而降低了转换器效率。

该问题通过在同一申请人的专利申请WO-A-2017/071947中公开的DC/AC转换器来解决，该转换器包括用于调制电压和强度变化(以执行软切换)的电路以及用于回收电能的模块。用于调制电压和电流变化的电路允许减少损耗并限制开关上的电压和电流过载。用于回收电能的模块允许替换调制电路的电阻，以减少能量损耗。

本发明的目的是为专利申请WO-A-2017/071947中公开的转换器解决的问题找到一种替代的且成本较低的解决方案，提供一种用于将直流电能转换为交流电能的系统，该系统允许在不使用专利申请WO-A-2017/071947中公开的用于回收电能的模块而是使用用于回收电能的元件的情况下替换调制电路的电阻，以利用较简单且成本较低的解决方案来减少损耗并限制开关上的电压和电流过载。

如将从下面的描述中看出，本发明的上述和其他目的和优点是通过如相关独立权利要求所述的用于转换电能的系统获得的。

此外，本发明涉及一种用于回收电能的元件和一种电机系统，该电机系统包括根据相关独立权利要求所述的用于转换电能的系统。

本发明的优选实施方式和非平凡的变型是从属权利要求的主题。

意图是所有所附权利要求是本说明书的组成部分。

将立即明显的是，在不背离所附权利要求书所显示的本发明范围的情况下，可以对所描述的内容进行多种变化和修改(例如，与具有等效功能的形状、尺寸、布置和部件有关的)。

参照附图，通过本发明的作为非限制性示例提供的一些优选实施方式，将更好地描述本发明，其中：

-图1示出了根据本发明的用于转换电能的系统的调制电路的图；以及

-图2示出了根据本发明的用于转换电能的系统的用于回收电能的元件的正视图。

参照附图，描述了根据本发明的用于将直流电能转换为交流电能的系统，或DC/AC转换器(逆变器)，其包括三个切换支路以及电压和电流强度的调制电路11，调制电路包括线圈Ls和用于所述系统的交流电输出相的电容器Cs。所述系统还包括连接到所述切换支路和所述调制电路11的用于回收电能的元件10。

有利地，根据本发明的转换系统可以是双向的(可逆的)，并且允许将交流电例如三相电能转换为直接电能；根据本发明的转换系统包括至少两个切换支路并且允许将例如具有两相、三相、五相或更多相的交流电能转换成直接电能。

具体地，现在将描述本发明的转换系统的实施方式，该实施方式包括三个切换支路、直接输入相和三个交变输出相；每个切换支路A包括例如两个受控开关1和两个二极管2。二极管2与开关1并联连接，并允许电流Ic沿一个方向通过。以已知的方式，对开关1的控制允许产生交变电压。转换系统的交流输出相Io连接到各个切换支路的中心节点E，即两个开关1之间的节点E。

例如，开关可以是MOSFET(“金属氧化物半导体场效应晶体管”)开关和/或IGBT(“绝缘栅双极晶体管”)开关。

优选地，通过脉冲宽度调制PWM以已知的方式控制开关。

本发明的转换系统还包括电压和电流强度的调制电路11，调制电路允许软切换限制开关损耗以及开关上的电压和电流过载。

以已知的方式，调制电路11对于每个相均包括用于调制电流变化的线圈Ls和用于调制电压变化的电容器Cs。

根据本发明的实施方式，调制电路11包括线圈Ls，线圈将转换系统的直接输入相Udc与切换支路A连接。此外，转换系统包括每相一电容器Cs(因此，三个电容器Cs，每个电容器用于三个切换支路中的一个支路)，电容器将交变输出相Io与调制电路的线圈Ls和调制支路之间的节点连接。本发明的转换系统还包括用于回收电能的元件10，其将在下面详细描述，其连接到切换支路A和调制电路11。

根据示例实施方式，本发明的转换系统的调制电路11包括将切换系统的直接输入相Udc与切换支路A连接的线圈Ls。调制电路11包括下述支路，所述支路具有两个二极管2，并被包括在用于将线圈Ls与切换支路A连接的节点5和用于在用于回收电能的元件10与电容器Cov之间连接的节点6之间。

用于回收电能的元件10的另一端连接到转换系统的直接输入相Udc，优选地连接到线圈Ls与直接输入相Udc的连接节点7，电容器Cs的另一端连接到切换支路A的交变输出相Io。电容器Cov的另一端连接到质量。电容Cs允许调制开关1的端子上的电压的演变。

由于开关1的软切换，该电容Cs存储能量的一部分。该能量的另一部分存储在具有较大值的电容Cov中。因此，存储在电容器电路中的能量通过电阻器返回到正在使用的蓄积系统(电池)。线圈Ls允许调制开关1的端子处的电流的演变。实际上，由线圈Ls产生的能量尚未完全存储在电容器Cs中，因此需要插入第二电容Cov，第二电容的值大于Cs。用于回收电能的元件10保证了系统操作并允许降低调制电路11的电压Vrec。

而且，为了制作本发明的转换系统的三个切换支路，可以将该方案重复三次(每个切换支路A一次)。

以优选的方式，三个切换支路在转换系统的两个直接输入相Udc之间并联布置，并且每个切换支路连接至电机器的一个相。

有利地，用于回收电能的元件10允许回收在所谓的软切换期间可用或产生的能量，并将其发送到与转换系统的直接相Udc连接的用于储存电能的装置(例如电池)。因此，由本发明的开关系统内部的开关而引起的电损耗被电能回收元件10大大地减少了。

为了减少在本发明的开关系统中的这些损耗，电能回收元件10优选地由传导条10(“母线”)制成，该传导条由导电材料制成，包括至少一个贯通槽口15、16，至少一个贯通槽口用于使谐振传导条10被配置用于回收在调制电路11的软切换期间可用或产生的能量。

优选地，传导条10包括成形为蛇形的至少一个部分，并且包括第一贯通槽口15和第二贯通槽口16，第一贯通槽口和第二贯通槽口被配置用于使传导条10形成蛇形形状。以优选的方式，所述第一贯通槽口15包括与第二贯通槽口16的部段基本平行的部段。

在图2所示的示例中，传导条10包括第一贯通槽口15和第二贯通槽口16，每个贯通槽口均由连续的、基本为直线的部段形成，优选地，布置两个连续的部段以相互形成直角。

优选地，贯通槽口15、16分别包括通过横向部段连接的纵向部段，纵向部段的长度大于横向部段的长度。

传导条10包括在传导条10的成形为蛇形的部分的两端处形成的两个端子18、19，一个端子连接到切换支路A，另一个端子连接到转换系统的调制电路11；以优选的方式，两个端子18、19中的一个端子连接到电容器Cov，电容器储存由于开关1的软切换而产生的部分能量，而另一个端子连接到本发明的转换系统的直接输入相Udc；例如，两个端子18、19中的一个端子连接到包括两个二极管2的电路支路的节点6，另一个端子连接到线圈Ls与转换系统的直接输入相Udc的连接节点7。

本发明的转换系统允许利用高效率的逆变器(转换器)致动电机器，特别是以非常高的速度运行的电机器。

本发明的转换系统可以设置用于交通工具，特别是在其内部，特别是陆地交通工具、航空交通工具或海军交通工具。

本发明的转换系统还可以用于没有在交通工具上使用的发电系统，诸如涡轮机、微型涡轮机或风力涡轮机。

此外，本发明涉及一种电机系统，该电机系统包括：用于储存电能的至少一个装置，例如电池；以及交流电机器，例如具有永磁体的电机器。电机系统包括根据上述实施方式之一的转换系统，以将用于储存电能的所述装置的直接电能转换成用于所述电机器的交流电能，并且可能反之亦然。

有利地，由于本发明的转换系统，可以通过限制电损耗来驱动电机器。此外，如果转换系统是双向的(可逆的)，则还可以存储(例如，在电池中)由电机器的转动产生的电能。