專利名稱：：周波變換器功率控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明主要涉及交流配電系統(tǒng)，并且特別涉及控制將交流工作功率施加到交流感應電動機的交流功率控制器系統(tǒng)。
背景技術：
：在交流配電線路中產(chǎn)生了寄生噪聲信號，包括諧波電流，背景噪聲和尖峰脈沖噪聲。這種噪聲信號可能源自電源，配電網(wǎng)絡,連接到該網(wǎng)絡的本地和遠程負載,雷擊以及配電設備故障。公用事業(yè)公司傳輸?shù)慕涣鞴╇婋娏鞑皇羌冋也ǎ⑶液懈蓴_連接設備正常操作的諧波。另外，可能從有效負載中引入噪音和暫態(tài)過電壓。舉例來說，如果一條支路上負載電子調光器和燈，那么調光器將以高頻"砍切(chop)"60赫茲的交流電源波形，從而減少光強。這樣將在配電線上引入了諧波和高頻噪聲。這種噪音不是相對于時間的常數(shù)，它在配電網(wǎng)絡中處處變化。此外，典型的交流電源線路網(wǎng)將電力分配給各種電子負載設備。各負載可以將重要的噪聲水平和諧波電流反向傳回電力線，導致電源波形失真。不同的負載和控制設備生產(chǎn)不同類型和程度的失真，可能干擾到正配電網(wǎng)供電的設備和機器的運行。機器使用的電量以及機器本身可能受到存在于配電系統(tǒng)中的波形失真的影響。消除或控制失真可以極大地節(jié)省電能消耗成本以及因機器故障引起的修理或置換成本。因此，對于業(yè)內(nèi)用戶而言，降低和減少交流配電系統(tǒng)中的諧波失真可以極大地節(jié)省能源成本。在交流配電系統(tǒng)環(huán)境中，線性電力負載是穩(wěn)態(tài)運行的負載設備，在施加電壓周期中給電源帶來實質上恒定阻抗。線性負載的例子是交流感應電動機，它將轉矩施加到恒定的(不隨時間變換的)機械負載。非線性負載是不連續(xù)電流的負載，或者其阻抗在輸入交流正弦波周期內(nèi)變化。工業(yè)配電系統(tǒng)中非線性負載的例子包括弧光照明,電悍機,可變頻率驅動變頻器電源，開5關模式電源和感應電動機，它們都將轉矩施加到隨時間而變化的機械負載上。配電系統(tǒng)中非線性負載生產(chǎn)的諧波電流從非線性電源流出，并流向配電系統(tǒng)電源。諧波電流注入到配電系統(tǒng)中可以引起變壓器過熱以及三相接地四線系統(tǒng)中中線電流高。當諧波電流流過配電系統(tǒng)時，對于每個個體諧波產(chǎn)生壓降，導致施加電壓波形失真，并將其施加到連接于配電總線的全部負載上。電壓波形的諧波失真在電動機磁路中引起諧波磁通，從而影響到交流感應電動機的性能。這些諧波磁通在電動機磁芯中引起熱積聚和附加損耗，減少了功率轉換效率。感應加熱效應通常按諧波電流的平方相稱地增加。如果供電電壓失真，那么感應電動機可能被諧波電流加熱毀壞或影響性能。逆序諧波電流促使減少電動機轉矩輸出。這些效應綜合起來，減少了功率轉換效率并可能導致電動機過熱和燒毀。根據(jù)產(chǎn)生諧波磁通的諧波失真的數(shù)量或順序，電動機繞組中的諧波磁通是正序,負序或者零序。正序諧波磁場(磁通)將沿同步場方向旋轉。負序諧波磁通將與同步場反向旋轉，因此減少轉矩并增加整體電流需求。零序諧波磁通不會生產(chǎn)旋轉場，但是當它流過電動機磁路時，仍將在定子繞組中引起附加熱量。工業(yè)配電系統(tǒng)將交流工作電源提供給連接的機器和設備，這些機器和設備產(chǎn)生一些交流電壓波形的諧波失真。每個基頻諧波取決于它是正序,逆序或零序，基頻諧波及其百分比在電動機性能和升溫上可能具有不利的影響，同樣增加了公用事業(yè)供應者負擔的電氣服務的能源成本。無論用戶是否高效地使用電流，電力公司都必須產(chǎn)生足夠的服務容量以滿足預期的尖峰需電量，kVA(視在功率，千伏特安培)。千瓦(實際有功功率)與kVA(視在功率)的比率稱為負載功率因數(shù)。當用戶總負載功率因數(shù)低時，大多數(shù)公用事業(yè)提供者處以罰款。當存在非線性負載時，視在功率可以大于實際功率。非線性負載生產(chǎn)諧波電流，諧波電流循環(huán)返回分支配電變壓器，并進入配電網(wǎng)。諧波電流加入到提供給負載的基波電流均方根(RMS)值中，但不提供任何有效功率。使用總功率因數(shù)的定義，實際有功功率kW基本上僅僅是基波(60赫茲)交流波形，而由于存在諧波電流分量，因此視在有功功率kVA的均方根值更大。低的kW/kVA功率因數(shù)率可能是電動機負載終端電壓和電流之間存在巨大相位差，也可能由高次諧波內(nèi)容或失真/不連續(xù)電流波形引起。由于感應電動機定子繞組存在高感抗，可能出現(xiàn)無法接受的負載電流相角差。失真電流波形也將是由向非線性負載施加轉矩的感應電動機引起的。當感應電動機在不連續(xù)負載情況下工作時，或者負載非線性時，高次諧波電流將引起電動機性能下降和功率因數(shù)減少。傳統(tǒng)用于交流感應電動機的控制器采用功率因數(shù)測量值產(chǎn)生用于控制傳遞給電動機的電量的反饋信號。為了保持足夠的轉子轉差率(rotorslip)以便在工作時具有比較高的功率因數(shù)和比較好的功率轉換效率，隨時調整控制信號，以減少輕負載期間施加到電動機的平均功率。在傳統(tǒng)的控制器工作時，尤其在控制向非線性負載供電時，出現(xiàn)了各種問題。例如，驅動用于從地下結構抽取流體的抽油機(聯(lián)動抽油架)的交流感應電動機的操作存在復雜的功率控制因數(shù)。這種抽油機交替地由抽油桿，結構液柱的重量進行負載，并且在每個抽油周期內(nèi)兩次提供相反的反向重量。此外，每個抽油周期兩次反向負載平衡，因此電動機在每個周期內(nèi)兩次卸載。最小峰值和最大峰值之間不斷變換的機械負載對于功率因數(shù)控制系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴重的控制困難，功率因數(shù)控制系統(tǒng)必須連續(xù)地調節(jié)輸出功率，從而保持最優(yōu)的電動機效率和經(jīng)濟性。當前，晶閘管開關用于傳統(tǒng)的控制器，控制器用于控制提供給交流感應電動機的交流電源。由于晶閘管對高峰值電壓和高轉換頻率的快速啟閉開關動作(快速dv/dt)，功率控制器饋電側輸入電流出現(xiàn)高頻開關瞬態(tài)失真，這樣導致輸出給感應電動機的交流電源中的諧波分量增加。此外，來自沿著分支配電電路傳導的遠端源的寄生噪音和諧波電流可以干擾控制器本身的正確切換操作，導致電源控制損失。這些因素不但降低分支負載的功率因數(shù)，還干擾電動機工作并且將諧波電流注入返回到配電分支和配電網(wǎng)中。此外，控制器產(chǎn)生的諧波失真增加了配電分支中負載電流的均方根值，這正是確定公用服務費用的基礎，因此增加了用戶的能源成本。
發(fā)明內(nèi)容提供一種改良的功率控制器系統(tǒng)，用于增加傳統(tǒng)交流感應電動機的工作效率和性能，其從使用快速開關電路的電子控制器接收工作功率，從而控制將交流功率施加到電動機定子繞組。改良的控制器系統(tǒng)高效地工作，從而在輕轉矩負載以及全額定轉矩負載條件下驅動非線性機械負載，降低來自遠端源的諧波電流，降低控制器引起的諧波電流和由負載引起的諧波電流。初級低通濾波器串聯(lián)在分支相線和功率控制器之間。KVAR(kilovoltamperereactive,千伏安無功)電容器跨過旁路(shunt)中的功率控制器的輸出端子連接到中性關系。KVAR電容器值與定子繞組感抗值協(xié)調，從而形成通過控制器輸出端子的次級低通濾波器。初級和次級低通濾波器針對本地源和遠端源產(chǎn)生的寄生噪聲和諧波使得功率控制器和感應電動機相隔離，并且還改善了從功率產(chǎn)生源到感應電動機的實際功率轉換效率。圖1是簡化的電路示意圖，顯示用于動態(tài)調整施加到感應電動機以匹配非線性負載需求的工作功率的交流功率控制器的連接關系；圖2是聯(lián)動抽油架和抽油桿抽油泵系統(tǒng)形式的非線性負載施加的簡化示意圖，該系統(tǒng)由圖1的功率控制器系統(tǒng)提供工作電源；圖3表示由圖2中聯(lián)動抽油架和抽油桿抽油泵系統(tǒng)產(chǎn)生的典型的感應電動機轉矩負載和抽油桿行程位移；圖4顯示在圖2感應電動機受控工作期間，在代表性的定子相位繞組中產(chǎn)生的典型電壓和電流波形；圖5是正面透視圖，顯示防護箱內(nèi)部控制器系統(tǒng)元件的物理布置。具體實施例方式參考圖1，傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)絡IO將來自高壓交流電源12的功率提供給降壓配電變壓器14。配電變壓器將降壓的功率饋送到配電盤16，配電盤16包括傳統(tǒng)三相配電斷路器18,20和22。處于基頻60赫茲、480VAC相對相(phasetophase)(277VAC相對中性線(phasetoneutral》的交流電經(jīng)由4條8導線傳導，4條導線由中性分支電路26共享，中性分支電路26包含交流相線28,30,32和共享中性線34。三相交流電經(jīng)過分支電路導線施加到電子功率控制器36的輸入端子Nl、N2和N3。功率控制器36通過它的輸出端子M1,M2和M3將受控交流電量施加到三相感應電動機38的輸入端子S1，S2和S3。電動機38以轉矩功率傳輸方式機械地耦合到機械負載40。功率控制器36檢測機械負載的瞬時功率需求，并調整其功率輸出，從而動態(tài)匹配施加電源波形每個半周期期間內(nèi)的負載需求。施加到交流感應電動機38的交流電源根據(jù)需要自動增減，從而匹配非線性負載需求。優(yōu)選地，按照標題為"EnergyConservingMotorController"的美國專利6,400,119所述構建功率控制器36，該專利以引用方式全文合并于本文中。如那篇專利所述，第一和第二柵極可控開關(可控硅整流器)42、44;46、48和50、52并行互聯(lián)，在施加交流電壓的每個相位中極性相反。響應于檢測到感應電動機各個定子繞組相位中的交流電壓和交流電流波形的零交叉事件的計時，觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器將觸發(fā)控制信號耦合到可控硅整流器開關的各個柵極。第一和第二可控硅整流器開關的每個相位都在每次施加交流電壓的交替期間交替地被觸發(fā)成導通狀態(tài)，并且交替地在與測得的時間差成正比的時間間隔內(nèi)禁止導通狀態(tài)，而測得的時間差是交流電壓零交叉和對應交流電流零交叉之間的時間差，它通過將對應于零交叉事件的順序的第一和第二中斷時間差與連續(xù)運行時間基礎進行比較而得到。參考圖4，①A波形每個半周期中的交流電壓零交叉和對應交流電流零交叉之間的測得時間差表示出瞬間負載需求。功率控制器36檢測出這種差異，并將其輸出，從而在施加的交流波形的下一個半周期期間內(nèi)，動態(tài)匹配負載需求功率電平。在控制器36每個電源相位中的快速開關電路42、44;46、48和50、52交替地導通和中斷與測得的差異成正比的施加到交流感應電動機38的交流電源。通過采用這種結構，施加到電動機的功率在每個相位的半個周期到下個周期中根據(jù)需要自動增減，從而匹配負載40的瞬時功率需求。在與測得的相位差成正比的間隔時間內(nèi)，每個相位中的電流被中斷，而測得的相位差是電壓波形和電流波形在前一個半周期中進行零交叉的相位差。這樣，電流每次僅僅在一個相位中被中斷，而在三相①A、①B和①C中連續(xù)進行功率調節(jié)。來自遠程源的諧波電流由初級低通濾波器54降低，初級低通濾波器54包括三個相同LC濾波器部分，分別在控制器36的輸入端子Nl、N2和N3處與分支配電導線28、30和32串聯(lián)。控制器36和感應電動機38，以及可以連接到分支配電電路26濾波側的其他全部元件都與外部噪聲和寄生信號相隔離，而外部噪聲和寄生信號隔離由配電網(wǎng)絡10中其他相位或其他分支中的遠程設備產(chǎn)生。每個低通濾波器部分包括與相位導線(28、30、32)串聯(lián)的電感器(L1、L2、L3)以及與中性相位的旁路相連接的電容器(C1、C2、C3)。初級低通濾波器54的每個LC部分從直流電向上穿過基本配電頻率(60赫茲)到截止頻率(例如300赫茲)具有極低的衰減，并且實質上衰減了超過截止頻率的全部其他信號(包括向上穿過并超過11階的諧波分量)。初級低通濾波器電路54的每個部分優(yōu)選地包括電感器(L1、L2、L3)和電容器(C1、C2、C3)，電容器調諧到當前高阻抗并且在300赫茲及更高頻率衰減信號，而且在從直流通過50赫茲-60赫茲范圍的交流電源配電頻率時，帶來具有極少衰減或損耗的低阻抗。低通濾波器54的每個部分提供40:1的高頻衰減比或截止頻率，這樣將控制器36及其連接元件與外部噪聲和虛假的高頻信號隔離。對于60赫茲的交流電源配電和300赫茲的截止頻率而言，每個電容器Cl、C2和C3的優(yōu)選值為3uF，每個電容器額定在為600VAC工作，并且每個電感器L1、L2和L3的優(yōu)選值為0.86mH。優(yōu)選地，每個電感器L1、L2和L3是鐵芯線電感器，額定為56安培和40hp、480VAC、60赫茲下服務。這樣允許60赫茲交流電源通過而實際上沒有衰減，從而以60赫茲將千凈的、濾波后的三相交流電流和電壓傳輸給功率控制器36。根據(jù)本發(fā)明的一個重要特征，從初級低通濾波器54向功率控制器36的內(nèi)部電源提供作為工作電源的干凈的、濾波后的交流電流。這樣防止來自遠程噪聲源的干擾，并確保其微處理器、比較器、觸發(fā)電路及其他需要穩(wěn)定電壓電平的元件穩(wěn)定運行。此外，因為初級低通濾波器54的雙向工作，由功率控制器36開關元件操作或感應電動機38產(chǎn)生的諧波及其他噪聲信號被衰減和抑制，從而防止了向配電網(wǎng)絡10注回。感應電動機38的功率因數(shù)得以改善，并且跨過旁路中控制器輸出端子Ml、M2和M3連接到中性關系的KVAR(千伏安無功)電容器C4、C5和C6降低了由處于非線性機械負載情況下的感應電動機產(chǎn)生的諧波電流影響。選擇KVAR電容器值并與定子相位繞組W1、W2和W3電感值相協(xié)調，從而提供串聯(lián)在功率控制器輸出端子Ml、M2和M3與感應電動機輸入端子Sl、S2和S3之間的次級低通LC濾波器部分。次級低通濾波器59的每個部分從直流電向上穿過基本配電頻率(60赫茲)到截止頻率(例如300赫茲或第5諧波)具有極低的衰減，并且實質上衰減了超過截止頻率的全部其他信號(包括向上穿過并超過11階諧波分量)。KVAR電容器Cl、C2和C3用作兩種目的改善感應電動機38的功率因數(shù)，并且在抑制電動機產(chǎn)生的諧波電流回流的同時，對流入感應電動機38的電流進行濾波。次級低通濾波器59防止控制器產(chǎn)生的諧波注入感應電動機38，并且防止感應電動機產(chǎn)生的諧波電流注入控制器36和配電網(wǎng)絡10。通過初級低通濾波器54和次級低通濾波器59的阻抗變換效應改進了實際功率轉換效率。初級低通濾波器54將主要是電感性的電源阻抗變換為有效的電源阻抗Zs，其作為初級低通濾波器54通帶內(nèi)部的平衡LC阻抗。次級低通濾波器59對于感應電動機38的高電感輸入阻抗具有相同的作用。次級低通濾波器59將感應電動機阻抗變換為有效負載阻抗ZL，其作為次級低通濾波器通帶內(nèi)部的平衡LC阻抗。根據(jù)最大功率傳輸定理，當將負載阻抗限制成等于電源阻抗Zs時，實現(xiàn)最大功率傳輸。在具有480VAC三相電源的三相、40HP感應電動機以60赫茲工作期間，對于最佳功率因數(shù)校正和功率傳輸效率而言，每個KVAR電容器C4、C5和C6的優(yōu)選值是5uF，額定在600VAC服務。優(yōu)選地，選擇KVAR功率因數(shù)校正電容器C4、C5禾nC6的值，以便改善電動機的功率因數(shù),提供低通濾波作用和最佳的功率傳輸。與定子繞組電感器Wl、W2和W3結合連接的KVAR電容器C4、C5和C6定義了次級低通濾波器電路59。這些次級濾波器部分將高電感電動機負載轉換為平衡的有效負載阻抗Zl，該阻抗可與初級低通濾波器54在功率控制器輸入處提供的有效源阻抗Zs進行比較。為了給定的感應電動機仔細選擇KVAR功率因數(shù)校正電容器C4、C5和C6，將變換電動機存在的負載阻抗，從而根據(jù)變換后的負載阻抗Zl匹配變換后的電源阻抗Zs的近似程度相稱地改善功率傳輸。低通濾波器電路54、功率控制器36和KVAR電容器C4、C5和C6封裝在共同的防護箱55中，如圖5所示。氣冷式散熱器(未顯示)在防護箱背面熱連接到鐵芯線電感器L1、L2和L3。感應電動機38是傳統(tǒng)的三相感應電動機，具有40hp的運行額定值。以60赫茲、480VAC線連接到中性線的交流電源被施加到三相定子繞組Wl、W2和W3，這些繞組在Y形繞組結構中連接，并設置在相互120度對稱間隔的定子槽中。旋轉轉矩由鼠籠式(squirrelcage)轉子R傳輸，該轉子磁性耦合到由定子繞組Wl、W2和W3中由三相交流電流動生產(chǎn)的旋轉磁通量場中。轉子R將轉矩傳輸?shù)脚c負載40耦合的輸出傳動軸58。負載40可以是非線性機械負載，比如圖2所示的游梁式抽油機60。參考圖2，本發(fā)明的功率控制器系統(tǒng)56接收來自三相分支電源線26的交流工作電源。功率控制器系統(tǒng)56將受控交流工作電源量提供給游梁式抽油機60。抽油機有時稱為聯(lián)動抽油架，使得抽油桿62和井下泵往復運動。抽油機在抽油桿的每個上行程吸取地層流體，而油(地層流體)F在下行程流入抽油機，在上行程時被提供給井口裝置配件，然后重復上下行程。抽油機60包括擺動梁類型聯(lián)動抽油架64，具有傳統(tǒng)的擺動梁66和驢頭(horsehead)68。擺動梁66安裝在A形框架70的樞軸72上。平衡錘74和曲柄76通過齒輪箱78由交流感應電動機38驅動。感應電動機的轉子R通過動力傳動軸58機械地耦合到齒輪箱78。電線吊架80通過短電纜82附著于驢頭68。吊架80下端固定到抽油桿62。抽油桿62的拋光部分貫穿表面井口裝置配件84，并且連接到抽油桿柱，抽油桿柱從井口伸出，通過油管柱86進入到地下油層。傳統(tǒng)的定時器控制單元88連接到480VAC、60赫茲三相電源的一相上，用于向內(nèi)部抽運周期定時器88提供工作電源。內(nèi)部定時器設置成匹配已知的油層填充率，自動啟動抽油機60的抽運周期操作達到第一預定抽油接通間，中斷到控制器36的交流電源。定時器控制單元88包括降壓變壓器，它向內(nèi)部定時器和繼電器中繼電路提供110VAC、60赫茲的工作電源。定時器控制單元88還包括用于自動中斷到控制器36的交流電源以及響應抽油關閉控制信號卯將定時器重設為抽油關閉周期的電路。響應于暫時耗盡或排空井身中地層流體的情況，產(chǎn)生抽油關閉控制信號。抽油桿62上端電線吊架80上的傳統(tǒng)流體沖擊傳感器檢測到抽油柱塞的落錘沖擊。抽油動作停止，直到油層將井身補充到產(chǎn)油水平為止。參考圖3，波形92、94分別表示感應電動機負載和抽油行程(stroke)位移的代表值。在正常的抽油工作期間，抽油機以固定速率抽油，比如每分鐘6.6個行程周期(峰-峰行程周期為9秒)。抽油桿負載施加的電動機轉矩負載92是復雜的非線性時間函數(shù)，包含正負斜坡函數(shù)以及一些盤旋上升或振蕩函數(shù)。這些轉矩波形分量在四個單獨負載階段期間產(chǎn)生。抽油機按照正斜坡負載加載地層流體，然后當平衡錘74穿過上死點轉換時，在行程頂點通過零負載斜坡轉變，在行程頂點處以比較高的轉矩水平產(chǎn)生一些盤旋上升或振蕩。然后抽油機負載沿著負負載斜坡向行程底部轉變。其后轉矩負載波形穿過零傾斜在行程底部轉變，當在行程底部，當平衡錘74穿過下死點轉變時，在相對低的轉矩水平產(chǎn)生一些盤旋上升或振蕩。這些非線性機械負載波動導致強大的諧波電流，可能干擾到控制器36工作，并且可能通過配電分支返回注入到配電網(wǎng)絡中。這樣增加了配電分支中負載電流的均方根值，由于該值決定了公用服務費用，因此增加了用戶的能源成本。功率控制器系統(tǒng)56減少或降低這些諧波電流，這些諧波電流可能由功率控制器36中晶閘管開關的快速開關動作引起，或者由施加到感應電動機38上的非線性機械負載引起。已經(jīng)對安裝在私有油井上的功率控制器系統(tǒng)56進行了廣泛的現(xiàn)場試驗。試驗結果總結成表1和表2?？偨Y在表1和表2中的運行數(shù)據(jù)是從間隔兩個月的不同日期的日志中提取出來的，這些鉆井日志涉及相同感應電動機38和抽油機60上進行的兩個單獨試驗。當電動機最初需要修理并且處于較差工作狀態(tài)時，進行第13一試驗，同時帶有軸承問題。兩個月后，在電動機已經(jīng)采用新的軸承進行修理并經(jīng)驗證已處于良好工作狀態(tài)之后，在同一電動機上進行第二次試驗。安裝在現(xiàn)場試驗抽油機上的感應電動機38是40Hp感應電動機，額定用于三相480伏特60赫茲交流服務。電動機連接到擺動梁類型的抽油機60，在現(xiàn)場試驗的時候，該抽油機己經(jīng)服務了15年。在試驗之前，油井的油、水、天然氣開采量和電力消耗在15年來一直持續(xù)穩(wěn)定。用于現(xiàn)場試驗的抽油機60位于不規(guī)則四線式三相分支配電線26的末端，容易受到頻繁雷電暴風雨引起的嚴重的尖脈沖和功率沖擊影響。全部分支電力線是開路線，從變壓器14到服務測桿沒有絕緣。在這些現(xiàn)場試驗期間采用的參數(shù)記錄器是RustrakRanger的1231A型記錄器。數(shù)據(jù)日志記錄器被校準，以按照公用事業(yè)測桿上的千瓦小時電度表的讀數(shù)反映出讀數(shù)。以針對校準技術規(guī)范咨詢了制造商。在記錄日志的周期期間沒有中斷。表1和表2中所示的的記錄數(shù)據(jù)反映出在有無控制器系統(tǒng)56情況下的感應電動機38性能。應當注意，在安裝和未安裝控制器系統(tǒng)56的情況下，電壓都保持一致，而在安裝了控制器系統(tǒng)56的情況下，而電流減少，無功功率減少，實際功率消耗減少，且電動機功率因數(shù)也有改進。在沒有安裝控制器系統(tǒng)的情況下，第三和第五階中的諧波電流失真為5.0THD到7.0THD，而在安裝了控制器系統(tǒng)的情況下，平均為約3.0THD到4.0THD。這表示控制器系統(tǒng)56功能有效。應該注意的是，在安裝控制器系統(tǒng)56的情況下，用于三相感應電動機38的電流值的幅度和穩(wěn)定性得到了接近的平衡。14<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表l<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表權利要求1、一種功率控制器系統(tǒng)(56)，其包括一個或多個供電輸入端子(F1，G1，H1)和一個或多個供電輸出端子(S1，S2，S3)，所述供電輸入端子(F1，G1，H1)用于接收來自交流電源(12)的一個或多個供電相位(ΦA，ΦB，ΦC)的交流電壓，所述供電輸出端子(S1，S2，S3)用于將交流電流傳導到交流感應電動機(38)的一個或多個定子相位繞組(W1，W2，W3)，所述功率控制器系統(tǒng)(56)包括下列各項的組合電子功率控制器(36)，其包括一個或多個功率輸入端子(N1，N2，N3)、一個或多個功率輸出端子(M1，M2，M3)以及開關裝置(42，44；46，48；50，52)，所述功率輸入端子(N1，N2，N3)用于接收來自一個或多個所述控制器系統(tǒng)供電輸入端子的交流電壓，所述功率輸出端子(M1，M2，M3)電連接以將交流電流傳導到一個或多個所述控制器系統(tǒng)供電輸出端子，以及所述開關裝置(42，44；46，48；50，52)耦合在所述功率輸入端子(N1，N2，N3)和功率輸出端子(M1，M2，M3)之間，用于控制將電流傳導到一個或多個所述系統(tǒng)供電輸出端子(S1，S2，S3)；初級低通濾波器電路(54)，其包括耦合到一個或多個所述供電輸入端子(F1，G1，H1)的一個或多個輸入端子，以及耦合到所述電子控制器(36)的一個或多個功率輸入端子(N1，N2，N3)的一個或多個輸出端子(F2，G2，H2)；以及一個或多個電容器(C4，C5，C6)，其以旁路相位連接為中性關系并且跨過一個或多個所述控制器功率輸出端子(M1，M2，M3)。2、根據(jù)權利要求1的功率控制器系統(tǒng)(56)，其中選擇每個旁路電容器(C4，C5，C6)的電容值，使得所述電容值與待連接到所述功率控制器系統(tǒng)的感應電動機(38)的一個或多個定子相位繞組(W1，W2,W3)的電感值相協(xié)調，從而在建立了這樣的連接時合并形成一個或多個次級低通濾波器電路(59)。3、根據(jù)權利要求1的功率控制器系統(tǒng)(56)，其中選擇每個旁路電容器(C4,C5，C6)的電容值，使得所述電容值與待連接到所述功率控制器系統(tǒng)的感應電動機(38)的一個或多個定子相位繞組(W1,W2，W3)的電感值相協(xié)調，從而在建立了這樣的連接時將由感應電動機呈現(xiàn)的有效負載阻抗變換為電阻抗(zo，所述電阻抗(zo與當所述初級低通濾波器電路(54)耦合到交流電源(12)時在所述初級低通濾波器電路(54)的輸出處呈現(xiàn)的有效源阻抗(Zs)相稱。4、根據(jù)權利要求1的功率控制器系統(tǒng)(56)，其中每個旁路電容器(C4，C5,C6)被額定為千伏安無功服務。5、根據(jù)權利要求1所述的功率控制器系統(tǒng)(56)，其中所述初級低通濾波器電路(54)包括一個或多個低通LC濾波器(L1,C1;L2，C2;L3,C3)，所述低通LC濾波器(L1，C1;L2,C2;L3，C3)連接在一個或多個所述供電輸入端子(F1,G1,H1)和一個或多個所述功率輸入端子(N1，N2,N3)之間。6、根據(jù)權利要求1所述的功率控制器系統(tǒng)(56)，所述電子功率控制器(36)包括第一和第二柵極可控開關(42，44;46,48;50，52),每個所述柵極可控開關具有各自的控制柵極并且所述這些開關并聯(lián)連接，對于所述交流電壓的每個相位而言，在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間所述這些開關的極性關系彼此相反，其中所述第一節(jié)點電耦合到所述系統(tǒng)供電輸入端子(F1，G1，H1)之一，而所述第二節(jié)點電耦合到所述系統(tǒng)供電輸出端子(S1，S2,S3)之一。7、一種方法，用于控制將來自電源(12)的處于交流電壓的一個或多個相位(①A，OB,①C)的交流工作電壓施加到交流感應電動機(38)的一個或多個定子相位繞組(W1，W2,W3)，以匹配由所述電動機驅動的機械負載(40)的功率需求，所述方法包括對每個相位進行下列步驟將柵極可控開關(42，44;46,48;50,52)串聯(lián)耦合在所述交流電壓的所選相位(①A,①B,①C)與所選電動機定子繞組(W1，W2，W3)之間，其中所述柵極可控開關包括第一和第二控制柵極，每一個所述控制柵極用于向所述開關和所述電動機施加所述交流電壓的每個極性；在所述交流電壓每次交替期間，交替地將所述柵極可控開關(42,44;46，48;50,52)觸發(fā)為導通狀態(tài)；在所述交流電壓的每次交替期間，在一個時間間隔內(nèi)禁止導通所述柵極可控開關，所述時間間隔與下述間隔相稱該間隔起點為所述電動機繞組中的交流電壓交替通過第一零交叉，以及該間隔終點為所述電動機繞組中相應的交流電流交替通過第二零交叉；對通過所述柵極可控開關導通的所述交流供電電壓進行濾波；跨過所述控制器功率輸出端子(M1，M2,M3)之一將電容器(C4，C5,C6)以旁路相位連接為中性關系，其中選擇所述電容器的電容值，使得所述電容值與所述定子相位繞組(W1，W2,W3)之一的電感值相協(xié)調，從而在建立了這樣的連接時組合形成次級低通濾波器電路。8、根據(jù)權利要求7的控制交流工作功率施加的方法，其包括以下步驟選擇所述旁路電容器(C4,C5,C6)的電容值，使得^f述電容值與所述定子相位繞組(W1，W2，W3)之一的電感值相協(xié)調，從而提供次級低通濾波器電路(59)，所述次級低通濾波器電路(59)將所述感應電動機(38)呈現(xiàn)的電阻抗變換為有效電阻抗(ZL)，所述有效電阻抗(ZL)與在所述初級低通濾波器電路(54)接收來自交流電源(12)的交流電壓時在所述初級低通濾波器電路(54)的輸出處呈現(xiàn)的有效源阻抗(Zs)相稱。9、根據(jù)權利要求7的控制將交流工作功率施加到交流感應電動機(38)的方法，其包括通過電子控制器(36)控制所述柵極可控開關(42，44;46,48;50，52)工作的步驟；以及還包括將從所述低通濾波器(54)輸出的所述濾波電壓作為工作功率施加到所述電子控制器的步驟。10、根據(jù)權利要求7的控制將交流工作功率施加到交流感應電動機的方法，其包括以下步驟選擇所述旁路電容器(C4，C5，C6)的電容值，使得所述電容值與所述定子相位繞組(W1,W2,W3)的電感值相協(xié)調，從而將所述感應電動機(38)呈現(xiàn)的所述電阻抗變換為有效阻抗ZL，所述有效阻抗Zt實質上與當所述初級低通濾波器電路(54)接收來自交流電源(12)的交流電壓時在所述初級低通濾波器電路(54)的輸出處呈現(xiàn)的所述有效源阻抗Zs相稱。全文摘要交流功率控制器系統(tǒng)(56)將三相交流工作電壓施加到驅動非線性機械負載(40)的感應電動機(56)。初級低通濾波器(54)串聯(lián)在分支相位導線(28，30，32)和用于控制將交流功率施加到電動機的功率控制器(36)之間。連接在跨過功率控制器輸出端子(M1，M2，M3)的旁路關系中的KVAR額定電容器(C4，C5，C6)與感應電動機相位繞組(W1，W2，W3)形成通過控制器輸出端子的次級低通濾波器(59)。初級低通濾波器和次級低通濾波器針對本地源和遠端源產(chǎn)生的寄生噪聲和諧波使得功率控制器和感應電動機相隔離，并且還改善了從功率產(chǎn)生源(12)到感應電動機(38)的實際功率轉換效率。文檔編號H02P27/16GK101454968SQ200780018937公開日2009年6月10日申請日期2007年4月24日優(yōu)先權日2006年4月24日發(fā)明者F·D·加爾扎申請人:節(jié)能有限公司