專利名稱：在低開關(guān)損耗下借助逆變器的驅(qū)動(dòng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變流器(逆變器，脈沖變換器或者頻率變換器)和例如電 機(jī)的驅(qū)動(dòng)；這作為裝置(電路裝置)或者作為方法用于向變壓器、電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)(更一般地電機(jī))意義上的磁作用的設(shè)備饋電。驅(qū)動(dòng)裝置涉及所 述電路裝置的調(diào)節(jié)或者控制。
背景技術(shù)：
對(duì)作為例如"磁作用的"、可電力驅(qū)動(dòng)的設(shè)備的例子的電力驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng) 裝置提出高的要求， 一方面關(guān)于噪聲特性，而另一方面關(guān)于基于作為逆變 器的變頻器和伺服變流器的調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)性能。所述逆變器提供由一高的開關(guān) 頻率產(chǎn)生的交變電流。對(duì)于高于10kW至30kW功率的電機(jī)和特別是強(qiáng)迫 通風(fēng)的電動(dòng)機(jī)，在開關(guān)頻率過(guò)低時(shí)，該交變電流導(dǎo)致在電動(dòng)機(jī)上通過(guò)變流 器饋電產(chǎn)生干擾性噪聲電平。
為了避免或者至少降低所述噪聲電平，必須提高逆變器的脈沖頻率(即 開關(guān)頻率)，當(dāng)所述逆變器需要開關(guān)大的電機(jī)負(fù)載電流時(shí)，這同樣也增大了 所述逆變器中的損耗功率。這會(huì)出現(xiàn)在"高的開關(guān)頻率"時(shí)，例如高于8kHz。 如果，逆變器(變流器)以該頻率開關(guān)，則噪聲電平能夠保持在合理的限 度內(nèi)，以負(fù)載分別由多個(gè)支路構(gòu)成的變流器中提高的損耗功率，其中，通 常在具有三個(gè)磁作用的和饋電的繞組的三相電機(jī)中，也使用與這些繞組相 協(xié)調(diào)的具有三個(gè)相的變流器。
如果使用高動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)裝置，例如直線電動(dòng)機(jī)或者那些必須與從旁邊 運(yùn)動(dòng)的帶或者軌道的高速度同步的電動(dòng)機(jī)，高脈沖頻率不僅對(duì)降低噪聲電 平是有意義的，而且也是必需的，以便能夠?qū)崿F(xiàn)這些高動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)裝置(作 為磁作用設(shè)備的代表)的快速電流調(diào)節(jié)。
如果今天要實(shí)現(xiàn)所述第一個(gè)或者第二個(gè)目標(biāo)或者共同的目標(biāo)，那么逆 變器中的高開關(guān)頻率是不可避免的，而高開關(guān)頻率在大輸出電流的情況下
9也導(dǎo)致高開關(guān)頻率和高冷卻耗費(fèi)。該高的耗費(fèi)被如下地產(chǎn)生，即在逆變器 的支路中分別滿足高的開關(guān)頻率的功率半導(dǎo)體必須在所述高的頻率下開關(guān) 電機(jī)的高的發(fā)電機(jī)負(fù)載電流或者電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流，使得必須相應(yīng)地確定功 率半導(dǎo)體、例如晶體管或者絕緣柵雙極晶體管的參數(shù)并相應(yīng)地將其裝配在 所產(chǎn)生的熱量的冷卻裝置或者導(dǎo)散裝置中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于不降低用于"磁作用"設(shè)備、例如電機(jī)的變流器 或者逆變器的有效開關(guān)頻率，但達(dá)到冷卻耗費(fèi)的降低，特別是在所述變流 器的驅(qū)動(dòng)中。冷卻耗費(fèi)的降低可以理解為三個(gè)部分 一是熱量生成的降低； 二是熱量的必要的排導(dǎo)的降低，例如通過(guò)冷卻器形式的排導(dǎo)；三是排導(dǎo)所 需面積的降低。換句話說(shuō)，即降低用于逆變器中按規(guī)定地被控制和驅(qū)動(dòng)的 功率半導(dǎo)體的、用于冷卻的耗費(fèi)。如果能夠共同地實(shí)現(xiàn)，為使所述設(shè)備中 所產(chǎn)生的噪聲電平被保持得低，而不必降低或者不大大降低開關(guān)頻率，，那 么便提出了一個(gè)有待解決的復(fù)雜的任務(wù)。
所述問(wèn)題通過(guò)具有兩個(gè)不同的變頻器(即逆變器)的電路裝置來(lái)解決， 所述變頻器本身物理構(gòu)造也完全不同(權(quán)利要求l)。它們?cè)谡{(diào)節(jié)/控制意義 上的驅(qū)動(dòng)被限定為驅(qū)動(dòng)裝置(權(quán)利要求22)。該驅(qū)動(dòng)裝置具有至少一個(gè)調(diào)節(jié) 器?？杀容^的驅(qū)動(dòng)裝置(權(quán)利要求25)具有兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器，所述電流調(diào) 節(jié)器能夠控制和運(yùn)行電路裝置(權(quán)利要求1)。權(quán)利要求30限定了由電路裝 置(權(quán)利要求1)與驅(qū)動(dòng)裝置(權(quán)利要求22、 25)的組合。關(guān)于開關(guān)頻率 說(shuō)明的一種附屬的工作方法是權(quán)利要求35的技術(shù)方案。權(quán)利要求20限定 了用于說(shuō)明根據(jù)權(quán)利要求1的兩個(gè)物理上不同的支路的開關(guān)頻率的說(shuō)明的 工作方法。該概述說(shuō)明了權(quán)利要求包括了哪些技術(shù)方案。
在此，與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處主要不在于所使用的變流器的電路概念， 而主要在于所使用的功率半導(dǎo)體和所使用的開關(guān)頻率和因此也在于對(duì)于每 一個(gè)變頻器所需的冷卻措施。
當(dāng)本領(lǐng)域技術(shù)人員提及頻率變換器，簡(jiǎn)稱變頻器時(shí)，該變頻器具有 最少一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)相，它們分別由一個(gè)由至少兩個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)成的支 路形成(權(quán)利要求6)。用于大多被使用的三相電機(jī)的逆變器(權(quán)利要求32
10或者權(quán)利要求9)具有三個(gè)分路(Strange)或者三相(權(quán)利要求3)。具有 三個(gè)或者多個(gè)繞組的變壓器也同樣可以作為具有磁作用的電設(shè)備被運(yùn)行。 兩分路或者三分路的列舉(權(quán)利要求2和3)并不是窮盡的，也可以再擴(kuò)展 更多的分路，即四分路或者更多分路，其中，每個(gè)分路具有一個(gè)第一支路 和一個(gè)第二支路，并且所述支路中的每一個(gè)具有不同的極限工作頻率。
這里，權(quán)利要求1限定了一個(gè)第一變頻器的至少一個(gè)第一支路，它不 能在5kHz以上工作，并且也沒(méi)有對(duì)此進(jìn)行構(gòu)造。權(quán)利要求1還限定了一個(gè) 另外的變頻器的第二支路，它正好被對(duì)此構(gòu)造并且能夠工作在所述頻率極 限之上，特別是遠(yuǎn)在所述頻率極限之上(權(quán)利要求l，權(quán)利要求8，權(quán)利要 求15或者權(quán)利要求16)。
如果總體地觀察由第一/第二支路組成的這樣一個(gè)支路對(duì)的多個(gè)對(duì)(權(quán) 利要求2，權(quán)利要求3)，則產(chǎn)生一個(gè)多相的變頻器(權(quán)利要求4，權(quán)利要求 5)， 一個(gè)僅能夠工作在所述開關(guān)極限以下，而一個(gè)能夠工作在所述頻率極 限以上。
權(quán)利要求1或者權(quán)利要求35所限定的至少一個(gè)分路的結(jié)構(gòu)是用于輸出 用于單相負(fù)載、例如具有一額定頻率的單相電機(jī)的單相交變電流的最低前 提條件。所輸出的交變電流能夠至少滿足所述額定頻率(權(quán)利要求36)。
因?yàn)樗鲵?qū)動(dòng)，所述分路的實(shí)際頻率也可能根據(jù)電機(jī)的工作點(diǎn)低于或 者高于額定頻率。該額定頻率大多低于400Hz。該額定頻率達(dá)不到第一變 頻器的第一支路的極限開關(guān)頻率(大大低于)，并且絕達(dá)不到所述另外的變 頻器的第二支路的極限開關(guān)頻率。工作頻率(額定頻率意義上)和第一支 路或者第一變頻器的上極限開關(guān)頻率之間有至少為10的倍數(shù)(權(quán)利要求1， 20)。這也相應(yīng)于對(duì)于較慢開關(guān)支路的必要時(shí)需給出的下極限頻率的確定大 小，參照主電流基波在一個(gè)周期上的平均開關(guān)頻率，該下限頻率優(yōu)選地確 定為高于500Hz。
具體的逆變器的物理構(gòu)造和結(jié)構(gòu)構(gòu)造被所述上極限頻率限定(權(quán)利要 求1， 2和3)。相應(yīng)的工作方法(權(quán)利要求20)相反可說(shuō)明，這些頻率確 實(shí)出現(xiàn)，確切地說(shuō)在工作中出現(xiàn)。權(quán)利要求20就這個(gè)方面限定了一電運(yùn)行 設(shè)備的實(shí)際情況，該電運(yùn)行設(shè)備具有至少一個(gè)繞組并且例如為一個(gè)在定子 和/或轉(zhuǎn)子中具有優(yōu)選三個(gè)繞組的電機(jī)。如果運(yùn)行方法(權(quán)利要求20)定向在所述極限頻率上，即5kHz的上 極限頻率，第一支路不超過(guò)該上極限頻率(作為第一變頻器的代表)，以及 第二支路的一更高的開關(guān)頻率(作為所述另外的變頻器的代表)，那么所述 頻率極限不是在逆變器(變頻器)工作時(shí)總出現(xiàn)的頻率。但在另一方面， 在極限頻率意義上，對(duì)第一支路是一個(gè)上界限。對(duì)于第二支路，在運(yùn)行方 法中沒(méi)有預(yù)先給出上極限，第二支路能夠以更高的頻率開關(guān)，但不必持久 地以所述更高的頻率開關(guān)。在運(yùn)行期間中，出現(xiàn)許多頻率，取決于工作點(diǎn) 和負(fù)載。在第一支路中，這些頻率絕不高于第一頻率極限。在第二支路中， 這些頻率可以高于、也可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所述第一頻率極限；但也可以調(diào)節(jié)出 低于所述第一頻率極限的開關(guān)頻率。這里，參照一起疊加為總交變電流的 主交變電流和補(bǔ)充交變電流，應(yīng)該認(rèn)真地區(qū)分實(shí)際出現(xiàn)的頻率和功能上預(yù) 定的和要求的頻率極限。
單相的觀察能夠補(bǔ)充至兩相的觀察(權(quán)利要求2，權(quán)利要求4，權(quán)利要 求5)或者三相的觀察(權(quán)利要求3，權(quán)利要求4，權(quán)利要求5)并且在此 構(gòu)造獨(dú)立的逆變器，其中，所述一個(gè)工作頻率的第一支路分別對(duì)應(yīng)一個(gè)逆 變器，另一個(gè)工作頻率的第二支路對(duì)應(yīng)于另外的不同的逆變器。在分路裝 置中存在用于兩個(gè)不同極限工作頻率的獨(dú)立的逆變器，這是對(duì)"不同的" 變頻器的技術(shù)限定。相應(yīng)地，這對(duì)工作方法也適用(權(quán)利要求20， 35)。
如果要限定用于例如較慢開關(guān)的支路的下極限頻率(權(quán)利要求21a)， 平均頻率的說(shuō)明是有意義的，按目的參照主電流或者總電流的基波。這對(duì) 于較快開關(guān)的支路的下極限頻率也適用(權(quán)利要求21b)。
不改變所述兩個(gè)不同的逆變器(變頻器)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，各自相關(guān)聯(lián)的 輸出端子的輸出電流可以經(jīng)各自的扼流線圈彼此耦合，該扼流線圈具有一 個(gè)抽頭，該抽頭輸出由兩個(gè)在并聯(lián)運(yùn)行中共同連接的支路的不同的工作頻 率組成的總電流(疊加的電流)(權(quán)利要求7，權(quán)利要求19)。該扼流線圈 阻止一個(gè)支路的電流流到另外一支路，相反兩支路的電流應(yīng)該經(jīng)該(磁) 耦合傳導(dǎo)至例如電動(dòng)機(jī)的繞組，在該繞組中所述電流相互疊加(權(quán)利要求 18)。
并聯(lián)運(yùn)行用于形成一個(gè)分路的每?jī)蓚€(gè)支路，將由其產(chǎn)生的電流疊加， 一是低頻率開關(guān)的變頻器的主交變電流， 一是高頻率工作的變頻器的補(bǔ)充
12交變電流，由此在由一個(gè)變頻器的支路和另一個(gè)變頻器的支路形成的總電 流中頻率相互疊加(權(quán)利要求20)。噪聲電平降低。提供主電流的變頻器的 熱負(fù)載降低。
在例如所連接的電機(jī)的繞組中，通過(guò)所述兩個(gè)支路的驅(qū)動(dòng)形成一總交
變電流，該總交變電流具有由第二變頻器提供的高頻脈動(dòng)(權(quán)利要求12)。
所述電機(jī)在噪聲電平上被最小化，能夠高動(dòng)態(tài)地工作，其中，另一方面需 要開關(guān)具有低開關(guān)頻率的高負(fù)載電流，以使得在所述主變頻器中也產(chǎn)生相 應(yīng)少的損耗功率。
這些不同的變頻器或者說(shuō)所述兩個(gè)不同變頻器的至少每一個(gè)支路的聯(lián) 接負(fù)責(zé)所述不同地形成的電流的疊加，并且使得能夠在電機(jī)的相應(yīng)的繞組 中疊加兩個(gè)交變電流，使得形成并聯(lián)運(yùn)行，它能夠使少的功率損耗與少的
噪聲產(chǎn)生相結(jié)合(權(quán)利要求13)。
兩個(gè)不同的變頻器的兩個(gè)支路的兩個(gè)頻率能夠明顯地彼此區(qū)分，例如 大于倍數(shù)2 (權(quán)利要求8，權(quán)利要求15)，特別是在變頻器的"慢"工作支 路的七倍至九倍頻率之間的范圍中(權(quán)利要求8)。由此運(yùn)行的、設(shè)置有繞 組的設(shè)備，或者用于驅(qū)動(dòng)例如 一種這樣的電機(jī)的各個(gè)變頻器的可用性和構(gòu) 造，高于10kW，特別是高于30kW，這用功能性語(yǔ)句對(duì)所述支路中以及其 所屬的分路裝置中的開關(guān)功率半導(dǎo)體的參數(shù)和能力和其所屬的電路設(shè)備進(jìn) 行了限定(權(quán)利要求9)。
換句話說(shuō)，對(duì)變頻器的一個(gè)相應(yīng)的支路的構(gòu)造和工作能力的限定，和 由例如三個(gè)支路構(gòu)成的變頻器的支路的倍增也應(yīng)被理解"構(gòu)造"指的是支 路的部件以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，即適合于電流負(fù)載和熱的排導(dǎo)，"工作能力"指 的是不調(diào)節(jié)高于或者低于所述極限的頻率的驅(qū)動(dòng)。
在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解為變頻器的一定類別， 一種是以其脈沖頻 率能夠工作于不高于最高5kHz，和被構(gòu)造用于產(chǎn)生有效值高的交變電流， 它承接例如大于10kW的電動(dòng)機(jī)的主要負(fù)載部分。相反，第二變頻器的構(gòu) 造，使得為工作于一明顯更高的頻率，并在此僅這樣構(gòu)造，使得通過(guò)補(bǔ)充 交變電流承擔(dān)小的負(fù)載部分。
分別測(cè)量輸出電流各自的有效值，所述兩個(gè)負(fù)載的比例和負(fù)載分布位 于大于5，特別是大于10的范圍中。在一個(gè)例子中可以說(shuō)，以較低頻率工
13作的逆變器提供直至200A的電流，而補(bǔ)充交變電流位于20A和30A之間 的數(shù)量級(jí)上。
兩個(gè)支路，即用于較低頻率的第一支路和用于較高頻率的第二支路， 或者說(shuō)具有多個(gè)第一支路和多個(gè)第二支路的兩個(gè)逆變器或變頻器的更詳細(xì) 的區(qū)別也同樣可以給出(權(quán)利要求IO，權(quán)利要求ll)。
慢開關(guān)的變頻器的最高上限頻率也可以向下移動(dòng)，至較低的上限頻率， 例如4kHz向下降至最大2kHz。第一支路則在它的開關(guān)頻率上被更強(qiáng)地限 制。相應(yīng)地，第二支路可以以更高的頻率開關(guān)(權(quán)利要求11)。這高于5kHz 直至16kHz。由于第一和第二支路的組合(權(quán)利要求10和ll一起)，這里 所述的所有組合也被視為顯而易見的，即例如對(duì)第一支路不高于4kHz，而 對(duì)第二支路高于15kHz。
在倍數(shù)為4的頻率比時(shí)，即4kHz和16kHz的情況下，產(chǎn)生整數(shù)的倍 數(shù)，這也可以擴(kuò)展至其他倍數(shù)(權(quán)利要求15)。這一切重新附有限定，這樣 一個(gè)被限定的電路裝置具有這樣的構(gòu)造和能力，以所述頻率工作(第二支 路)，或者能夠以不高于所述較低頻率工作(權(quán)利要求IO)。
在一個(gè)另外的特定實(shí)施例中，所述頻率的倍數(shù)基本為2(權(quán)利要求16)。
兩個(gè)支路(一個(gè)和另一個(gè)變頻器的相)的聯(lián)接通過(guò)一個(gè)特別的中間抽 頭的扼流線圈實(shí)現(xiàn)(權(quán)利要求7)。這形成所要求保護(hù)意義上的一個(gè)"分路"， 其能夠以本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)取代普通變頻器的輸出相。扼流線圈可以構(gòu)造為置 于一個(gè)共同的芯上的雙繞組，該扼流線圈將第一支路與第二支路的兩個(gè)開 關(guān)的輸出端彼此去耦合，并且將所述兩個(gè)支路的輸出電流共同輸送至電動(dòng) 機(jī)繞組。這又須在具有漏電感和主電感的交流電機(jī)中被反映。
由"慢的"變頻器所產(chǎn)生的電流脈動(dòng)通過(guò)補(bǔ)充交變電流補(bǔ)償，該電流 脈動(dòng)具有低頻率并因此相對(duì)大且明顯地構(gòu)成。在電動(dòng)機(jī)中，僅出現(xiàn)具有高 頻率的電流脈動(dòng)。該補(bǔ)償這樣進(jìn)行使得得到輸出電流實(shí)際值的一個(gè)至少更 均勻的特性曲線，該補(bǔ)償不必是完全的，但能夠在主要部分中實(shí)現(xiàn)(權(quán)利 要求12)。該電流脈動(dòng)(輸出端交變電流的基波上的交流分量)表明電機(jī)中 有效的高次諧波分量，其中，主交變電流的較低的高次諧波在這里不再出 現(xiàn)(權(quán)利要求13)。
為驅(qū)動(dòng)第一和第二支路，至少使用一個(gè)電流調(diào)節(jié)器(權(quán)利要求22， 25)。
14形成一驅(qū)動(dòng)裝置。但也可以沒(méi)有電流調(diào)節(jié)器地這樣工作，使得較慢的逆變 器(具有較低的頻率)的所形成的電流脈動(dòng)通過(guò)第二支路(具有較高頻率 的逆變器)的被匹配的脈沖圖樣來(lái)補(bǔ)償，至少很大程度地補(bǔ)償(權(quán)利要求 14)。
在對(duì)于構(gòu)成一個(gè)分路(權(quán)利要求1)的兩個(gè)支路所設(shè)置的至少一個(gè)、優(yōu)
選兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(權(quán)利要求25)中，驅(qū)動(dòng)被如此設(shè)置，使得低頻率電流 脈動(dòng)的補(bǔ)償由調(diào)節(jié)器側(cè)預(yù)先給定。主負(fù)載電流仍具有的調(diào)節(jié)偏差，與作為 其電流額定值的指令參量相比較，被作為額定值連接至較快開關(guān)的支路的 調(diào)節(jié)器上(權(quán)利要求22)。該電流調(diào)節(jié)器僅獲得第一電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)偏差， 所述第一調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)偏差由于第一支路的開關(guān)頻率的固有的限制不能補(bǔ)償 該調(diào)節(jié)偏差。
兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(權(quán)利要求23， 25)是獨(dú)立的，每一個(gè)電流調(diào)節(jié)器調(diào) 節(jié)其執(zhí)行環(huán)節(jié)，作為第一支路(權(quán)利要求1的特征(a))和作為第二支路 (權(quán)利要求1的特征(b))。每一個(gè)調(diào)節(jié)器有一個(gè)自己的、在信號(hào)上不同的 額定值。
在一個(gè)用于三分路的調(diào)節(jié)器中，其可以確定地被組合。在場(chǎng)定位時(shí)， 可以設(shè)置一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，該電流調(diào)節(jié)器在矢量空間變換后驅(qū)動(dòng)各個(gè)相電 流，最少驅(qū)動(dòng)主負(fù)載電流。
在控制兩個(gè)支路的電流時(shí)，不測(cè)量分路的輸出端電流，即不測(cè)量?jī)蓚€(gè) 支路的總電流，而是測(cè)量在這些支路的各個(gè)電流匯合之前的電流(權(quán)利要 求26，權(quán)利要求27)。
一個(gè)同向纏繞的、具有兩個(gè)以相同的纏繞方向置于一個(gè)芯上的繞組段 的扼流線圈具有一個(gè)用于以較低頻率產(chǎn)生的負(fù)載電流的輸入端和一個(gè)用于 以較高頻率產(chǎn)生的補(bǔ)充負(fù)載電流的輸入端(權(quán)利要求18)。兩繞組的另外的 一端部的導(dǎo)電連接形成用于疊加的電流的輸出端，該疊加的電流作為總電 流從所述分路輸出。
如此連接的、優(yōu)選中間抽頭、帶有抽頭的扼流線圈負(fù)責(zé)，每個(gè)分路的 兩個(gè)支路在內(nèi)部尺寸上基本上不相互大大影響(權(quán)利要求19)。
扼流線圈的結(jié)構(gòu)尺寸是不重要的。它按照其目的設(shè)計(jì)并且能夠讓分路 的主輸出電流通過(guò)，并且這里幾乎不產(chǎn)生或者產(chǎn)生非常少的損耗。因?yàn)閺?br> 15兩個(gè)不同的支路流入兩個(gè)繞組的電流在大小上非常不同，因此這些繞組在 截面上可以匹配，但不是必須的。
可以進(jìn)行繞組的對(duì)于主電流適配的截面選擇，該繞組然后被中間抽頭，
以便形成該分路的輸出端子(權(quán)利要求7,權(quán)利要求18，權(quán)利要求19)以 及在控制裝置中(權(quán)利要求26)。
電路驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)器可以模擬地、數(shù)字地或者編程技術(shù)地實(shí)現(xiàn)。


實(shí)施例解釋并且補(bǔ)充了所要求保護(hù)的發(fā)明。在具有至少一個(gè)繞組(用 于磁作用)的電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用以電動(dòng)機(jī)的例子實(shí)現(xiàn)。
圖1示出了一個(gè)分路Sl，其示明了具有所屬的開關(guān)元件的第一逆變器 WR1的第一支路Zl和第二逆變器WR2的第一支路zl。同樣示出了具有 三個(gè)繞組的需饋電的電機(jī)(例如作為電動(dòng)機(jī))，其中，兩所示支路Zl， zl構(gòu)成第一分路Sl，并向電機(jī)M的第一繞組Ll饋電。其他兩個(gè)分路S2 和S3也被相應(yīng)地構(gòu)造，并向例如電動(dòng)機(jī)M的其他兩個(gè)繞組L2， L3饋電， 但未被示出。這里，同樣也分別設(shè)置有第一支路和第二支路。
圖2示出控制技術(shù)的電路裝置，該電路裝置調(diào)節(jié)圖1中兩支路Z1， zl 中的電流。示出了一分路或兩個(gè)不同逆變器WR1， WR2的一個(gè)相應(yīng)的支路 和一個(gè)輸出扼流線圈21以及輸出端子W1上的輸出電流，該輸出電流輸至 電動(dòng)機(jī)M。當(dāng)在場(chǎng)坐標(biāo)系中進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，圖2也可以三倍地說(shuō)明。
圖3示意性地說(shuō)明了兩個(gè)單獨(dú)支路Z1， zl的兩個(gè)電流的部分，以便所 述電流在扼流線圈DR/21中疊加為一個(gè)總電流。
圖4說(shuō)明了疊加后的總電流i"t)，該總電流由圖3的兩分電流、主交 變電流和補(bǔ)充交變電流得到。
圖5示出具有兩個(gè)逆變器的原理框圖， 一個(gè)逆變器WR1用于低開關(guān)頻 率時(shí)的高電流，而另一個(gè)逆變器WR2用于較高開關(guān)頻率時(shí)的低電流，其中， 三個(gè)分別為三相的逆變器的輸出電流分別經(jīng)一個(gè)扼流線圈21a， 21b， 21c 同相疊加并且提供給三個(gè)輸出端子Wl， W2和W3，以便能夠提供給具有 相應(yīng)數(shù)量繞組L1， L2， L3 (或者所述繞組的各輸入端子)的電動(dòng)機(jī)，或者 替換地也可以提供給變壓器。
16圖6a，
圖6b分別在時(shí)間上一致地以20毫秒示出圖3中電流U和圖4中已疊 加的電流h(t)的一個(gè)完整周期。 圖7a，
圖7b分別為上面圖6a, 6b中兩電流的放大圖。
具體實(shí)施例方式
圖5和圖1的概觀給出了脈沖逆變器的組織結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方法的概況。 以符號(hào)表示的電機(jī)M，在該實(shí)施例中為作為高動(dòng)態(tài)伺服電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)， 被以該驅(qū)動(dòng)方法饋電。
該電機(jī)理解為電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)，并在圖1所示例子中具有三個(gè)繞組， 所述繞組或者表述為繞組L1， L2和L3或者通過(guò)它們的連接端子(輸入端 子)來(lái)表示。每個(gè)繞組具有符號(hào)表示的一個(gè)電感和一個(gè)電阻。電動(dòng)機(jī)M例 如為星型連接。
一電流i,(t)輸送至一相應(yīng)的繞組。所示電路裝置包括兩個(gè)逆變器，一 個(gè)逆變器用于較高電流值并且具有主功率傳輸，如圖5中以逆變器WR1示 出，另一個(gè)逆變器WR2用于低的電流值，但在較高的開關(guān)頻率下。該電路 裝置應(yīng)被這樣說(shuō)明首先根據(jù)圖5給出概況，以便隨后僅對(duì)圖1中連接在 一起的各兩個(gè)逆變器的 一個(gè)支路進(jìn)行解釋。
支路Zl屬于逆變器WR1，而支路zl屬于逆變器WR2。它們的輸出 端子XA和XB通過(guò)一扼流線圈21，也稱為DR，接在一起，而流過(guò)的電流 被疊加，其中該扼流線圈具有一個(gè)中間抽頭20。該繞組同向地纏繞在同一 芯上，使得產(chǎn)生負(fù)反饋，并且第一支路Z1的電流不流入第二支路zl，反 之亦然。疊加后的電流h(t)從中間抽頭20流出至輸出端子Wl，并在第一 繞組L1處供給電動(dòng)機(jī)。
這以相應(yīng)的方式同樣適用于電路裝置S2， S3和它們圖5中兩個(gè)逆變器 WR1和WR2的支路，它們?cè)谶@里不單獨(dú)示出，而是由本領(lǐng)域技術(shù)人員相 應(yīng)地同時(shí)讀。
所述兩個(gè)逆變器WR1和WR2可以或者通過(guò)一個(gè)中間電路ZKR被饋電 或者連接至交流電網(wǎng)，優(yōu)選的是具有電壓Ug的共同的中間電路的方案。
17圖5的三個(gè)分路的三個(gè)扼流線圈21a， 21b和21c相應(yīng)于圖1的扼流線 圈21，所以以下在解釋分路S1時(shí)，僅提及所述扼流線圈DR或者21。
由兩個(gè)逆變器WR1和WR2組成并由端子側(cè)Wl， W2， W3 "展示" 給用戶的逆變器(例如變頻器或者其他以更高頻率開關(guān)的變流器)向電動(dòng) 機(jī)M饋電。 一個(gè)逆變器WR1以低的開關(guān)頻率工作，例如2kHz左右，并負(fù) 責(zé)對(duì)所連接的電動(dòng)機(jī)M主功率傳輸。另一個(gè)逆變器WR2以高的開關(guān)頻率 工作，例如16kHz左右，并且負(fù)責(zé)補(bǔ)償由第一逆變器保留的2kHz電流脈 動(dòng)，以及使得在電動(dòng)機(jī)中僅出現(xiàn)具有較高頻率、例如16kHz、電流脈動(dòng)。
第二逆變器WR2具有另外一個(gè)任務(wù)。該任務(wù)在高動(dòng)態(tài)電流調(diào)節(jié)中，第 一逆變器WR1因?yàn)槠涞陀?kHz、也例如低于2kHz的低開關(guān)頻率不能進(jìn)行 該高動(dòng)態(tài)的電流調(diào)節(jié)。高于5kHz，例如高于10kHz，直至高于15kHz的發(fā) 生器頻率的電流脈動(dòng)的速度達(dá)到動(dòng)態(tài)電流調(diào)節(jié)。
所述兩個(gè)不同的、以不同的頻率范圍開關(guān)的逆變器中各一個(gè)的兩個(gè)支 路Zl和zl通過(guò)所述扼流線圈21 (或者DR)彼此連接。其中，扼流線圈 21的中間抽頭20形成總逆變器的一分路S1的輸出端子W1 ("端子")，該 總逆變器由兩個(gè)逆變器根據(jù)圖5構(gòu)成。根據(jù)圖1的兩個(gè)支路通過(guò)所述扼流 線圈與電動(dòng)機(jī)的繞組L1連接。在這種情況下，對(duì)于用以功率傳輸?shù)母唛_關(guān) 轉(zhuǎn)換，在至2kHz時(shí)，僅出現(xiàn)很低的開關(guān)損耗。相反，在5kHz以上的高開 關(guān)頻率時(shí)，產(chǎn)生開關(guān)損耗，但該損耗通過(guò)支路zl或逆變器WR2的小的必 需的補(bǔ)充電流不會(huì)變大，圖3 (下方)的子電流或圖4的總電流示出了這一 占。
圖5中所述兩個(gè)逆變器的高動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)配置的電流調(diào)節(jié)根據(jù)圖2進(jìn)行， 其中，為了簡(jiǎn)化解釋，這里示出一分路和它的電流調(diào)節(jié)。用于連接的元件 形成具有兩個(gè)繞組Dl， D2和它的輸出端Wl的扼流線圈21。對(duì)分路Sl 的解釋可適用于其他的分路S2， S3 (或其他)。
電動(dòng)機(jī)電流的高動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)通過(guò)電流is。u(t)的額定值的預(yù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)，該額 定值被預(yù)先給定給圖2中的第一電流調(diào)節(jié)器VI。它控制第一逆變器WR1， 其第一支路的至少一個(gè)，其中一支路在圖1中以Z1示出。該支路因?yàn)殚_關(guān) 頻率fA也被稱作A支路，該開關(guān)頻率低于5kHz并且在特別的應(yīng)用中可低 于最高3kHz，特別地在最高2kHz的范圍內(nèi)。由于所述的頻率限制，第一電流調(diào)節(jié)器不能夠跟蹤所述電流額定值，以使得實(shí)際值被高動(dòng)態(tài)地跟蹤。
因此，測(cè)量實(shí)際值作為電流U(t)的電流測(cè)量產(chǎn)生明顯的調(diào)節(jié)誤差，該誤差
在圖3的上部圖中由陰影示出。該調(diào)節(jié)差通過(guò)實(shí)際測(cè)得的具有低開關(guān)頻率的電流iA(t)和很準(zhǔn)確的預(yù)先給定的額定值is。u(t)之間的求差50求得并形成一第二額定值A(chǔ) is。 (t)，該第二額定值被預(yù)設(shè)定給第二逆變器的第二電流調(diào)
節(jié)器V2，該第二逆變器提供補(bǔ)充交變電流iB(t)并且同樣向扼流線圈21饋電。
這些電流在扼流線圈21中的連接或疊加導(dǎo)致調(diào)節(jié)器VI控制和承接主負(fù)載，但不準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)，第二調(diào)節(jié)器V2貢獻(xiàn)補(bǔ)充負(fù)載并在此保證總電流
Wt)的精確性。
兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器可以以通常的方式構(gòu)造，這里以符號(hào)V1， V2示出，而且通常地具有積分部分，以使得調(diào)節(jié)差在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)歸零。每個(gè)電流調(diào)節(jié)器或者每個(gè)逆變器本身負(fù)反饋式連接。每一個(gè)"獨(dú)立"地調(diào)節(jié)。對(duì)每一條支路(第一和第二)或者對(duì)每一個(gè)逆變器WR1， WR2都存在電流"和iB的相應(yīng)的調(diào)節(jié)環(huán)路，它們僅僅沒(méi)有在圖2中圖示出。它相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)技術(shù)中常用的電流調(diào)節(jié)器，不必再向本領(lǐng)域技術(shù)人員單獨(dú)地解釋。
已經(jīng)提到過(guò)，但應(yīng)再次強(qiáng)調(diào)的是，兩個(gè)逆變器支路Zl和zl的兩個(gè)頻率fA， fe不相同，特別地明顯彼此不同，而且在一個(gè)簡(jiǎn)單的限定中位于5kHz的界限以上或者以下。
明顯不同的優(yōu)選實(shí)施例為對(duì)于高頻幵關(guān)的逆變器WR2高于10kHz，而對(duì)于低頻開關(guān)的逆變器最高4kHz或者3kHz;但間距可以進(jìn)一步增大，使得以高頻開關(guān)的逆變器位于10kHz以上，特別地15kHz以上，與之相反，以低頻開關(guān)的逆變器最大能夠工作于2kHz的范圍內(nèi)并被相應(yīng)地構(gòu)造。
圖3的結(jié)果示出一個(gè)正弦型上升的額定電流i^(t)的一部分，和具有以陰影線畫出的相應(yīng)調(diào)節(jié)差的以低頻開關(guān)的主負(fù)載電流iA(t)。通過(guò)圖2的調(diào)節(jié)和那里所示的額定值控制而另外再產(chǎn)生的第二子電流負(fù)責(zé)強(qiáng)調(diào)節(jié)偏差的補(bǔ)償并達(dá)到總電流h(t)，如在扼流線圈DR/21或21a的中間抽頭20處用于電動(dòng)機(jī)M的所述一個(gè)繞組可被輸出的電流。根據(jù)圖4，該"總電流"(疊加后的電流)為所述第一分路S1的真實(shí)輸出電流，所述第一分路S1包括兩支路Zl， zl和根據(jù)圖2的所屬的調(diào)節(jié)。它可由在端子Wl處的負(fù)載"看到"
19該總電流。逆變器WR1/WR2的連接對(duì)外起作用如一個(gè)在高開關(guān)頻率上且
功率強(qiáng)的逆變器那樣，該逆變器需要低冷卻耗費(fèi)，仍能夠在電流調(diào)節(jié)方面高動(dòng)態(tài)地工作。
所描述的連接能夠如此工作，使得兩個(gè)可購(gòu)得的逆變器被共同使用并
且在其額定值控制以及它們的輸出端子上相應(yīng)地通過(guò)扼流線圈21a， 21b，21c錯(cuò)接或補(bǔ)充。
不必設(shè)計(jì)和制造新的逆變器，而是現(xiàn)有的逆變器可以被使用，根據(jù)這里所記載的實(shí)施例被相應(yīng)地適配和改變。
在此不需要對(duì)逆變器支路進(jìn)行深入的更詳細(xì)描述，對(duì)此參見通用的、本領(lǐng)域技術(shù)人員已公知的現(xiàn)有技術(shù)。應(yīng)簡(jiǎn)要提及的是，圖1中第一逆變器WR1的支路具有一個(gè)上部的開關(guān)晶體管TA1， 一個(gè)下部的開關(guān)晶體管TA2和各自的續(xù)流二極管。上部的發(fā)射極和下部的集電極的連接為第一支路Z1的輸出XA， XA輸出用低于5kHz的開關(guān)頻率fA調(diào)制后的電流。但所述電流iA(t)的基頻大大低于所述開關(guān)頻率，該電流等于電機(jī)M的工作電流，該工作電流在量級(jí)上可至50kHz或者在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中可至400Hz，但無(wú)論如何明顯遠(yuǎn)離上頻率極限fA，使得該頻率fk無(wú)論如何能夠至少近似跟蹤電動(dòng)機(jī)工作頻率的工作電流，如圖3例子中(上圖)所示。
不同的另一個(gè)逆變器的第二支路zl被相應(yīng)地連接僅僅是具有另外類型的功率半導(dǎo)體TB1， TB2，所述功率半導(dǎo)體能夠在開關(guān)頻率fB時(shí)輸出一補(bǔ)充交變電流iB(t)，該補(bǔ)充交變電流的脈動(dòng)在量級(jí)上相應(yīng)于該逆變器的支路的工作頻率。
這里，仍要區(qū)別的是，電機(jī)M或者一變壓器的額定頻率fo和該電機(jī)M
或者該變壓器的實(shí)際頻率fp所相應(yīng)輸送的總電流iA(t)具有該實(shí)際頻率作
為基波。所述實(shí)際頻率是與負(fù)載和運(yùn)行情況相關(guān)的，而電機(jī)的額定頻率被給定。實(shí)際頻率&可以高于或者低于電機(jī)的額定頻率，但其不在第一逆變器(它以較低頻率開關(guān))的最高開關(guān)頻率fA的范圍中，也完全不在第二逆變器(它以較高頻率開關(guān))的開關(guān)頻率fB的范圍中。因此，在此為了解釋而使用的，有時(shí)也被說(shuō)成是較高或者較低以及較大或者較小的這些頻率范圍被限定并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是清楚且易于理解的，在這些頻率范圍中也使用"高得多"的頻率的技術(shù)概念。
20如果起因于逆變器的描述，它能夠工作且被構(gòu)造得以一不高于上極限頻率的開關(guān)頻率工作，關(guān)于逆變器WR1或者其所在的支路例如5kHz或者
4kHz或者在2kHz左右的范圍內(nèi)，則應(yīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員表述為，選擇用于這種開關(guān)頻率的功率半導(dǎo)體，并建立和構(gòu)造所述驅(qū)動(dòng)使得其也不超過(guò)所述開關(guān)頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從這些功能性的說(shuō)明獲悉這種逆變器的詳細(xì)的構(gòu)造方式和詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，對(duì)于這樣一種逆變器也可以使用能夠開關(guān)更高頻率的功率半導(dǎo)體，只是可能它們會(huì)相應(yīng)地更貴或者需要更強(qiáng)地冷卻。本領(lǐng)域技術(shù)人員看來(lái)，選擇這種價(jià)格合理的、裝有半導(dǎo)體的逆變器，這些半導(dǎo)體能夠正好開關(guān)極限頻率，并且與其適配地在圖2中以符號(hào)示出一驅(qū)動(dòng)裝置，它以兩個(gè)調(diào)節(jié)器和WR1， WR2的內(nèi)部的脈沖圖樣工作。歸入圖1的支路Z1的A支路被構(gòu)造用于所述低開關(guān)頻率，但所述低開關(guān)頻率仍然明顯大于所連接的電機(jī)M的額定頻率，也明顯大于例如在高動(dòng)態(tài)控制任務(wù)中、或者在機(jī)床或其它要求高動(dòng)態(tài)電流調(diào)節(jié)和快速調(diào)節(jié)過(guò)程的應(yīng)用中所饋給的交變電流的對(duì)該電機(jī)的運(yùn)行有時(shí)需要的實(shí)際頻率，。這類應(yīng)用例如為橫切割機(jī)(同步到軌道速度)或者印刷機(jī)(在與印刷標(biāo)記同步運(yùn)行時(shí))。
圖5中所示的、兩個(gè)逆變器WR1， WR2通過(guò)或者一個(gè)多相的交流系統(tǒng)(例如三相電網(wǎng))或者一個(gè)共同的中間電路的饋電的替換方案，在圖1中對(duì)于具有中間電路電壓Ug的中間電路的例子示出，并且由對(duì)于兩個(gè)逆變器WR1， WR2可以是共同的該中間電路向逆變器的所有支路饋電。
在圖1中示出第一逆變器WR1的第一支路和第二逆變器WR2的相應(yīng)于要產(chǎn)生的交流系統(tǒng)的該相的支路。在例子中它被供至電動(dòng)機(jī)線圈L1。L2，L3被相應(yīng)地饋電。
"相"的概念在這里應(yīng)該這樣理解 一支路，它在逆變器的負(fù)載部分中形成一個(gè)個(gè)別的單元，并且與第二逆變器的另一支路共同形成一個(gè)分路S1，在從輸出端子Wl看，該分路如一個(gè)新的逆變器向外起作用。該分路則向電機(jī)M的轉(zhuǎn)子或者定子的第一繞組饋電。按意義， 一個(gè)相是在W1輸出的具有實(shí)際頻率&的交流電壓或者交流電流，該相在三個(gè)相應(yīng)構(gòu)造的相時(shí)組合為一個(gè)三相系統(tǒng)。為了避免由所述"相"產(chǎn)生混亂，圖1的兩個(gè)支路被稱作分路，這兩個(gè)支路并聯(lián)運(yùn)行地工作并且屬于不同的變頻器。它們被稱作第一分路Sl，對(duì)該分路Sl所屬地也還分配了根據(jù)圖2的控制裝置或者
驅(qū)動(dòng)裝置，以便進(jìn)行對(duì)這兩個(gè)由兩個(gè)支路Z1， zl輸出的交變電流的電流調(diào)節(jié)并將它們?cè)谥虚g連接的扼流線圈DR中疊加。
從圖3的兩個(gè)分電流iA和iB的函數(shù)可以得知高頻電流部分(它為補(bǔ)
充電流)能夠補(bǔ)償?shù)谝蛔与娏鞯南鄳?yīng)電流脈動(dòng)，該第一分電流相應(yīng)于主交變電流。該補(bǔ)償不必是完全的，而是能夠基本上導(dǎo)致，形成交變電流實(shí)際
值的盡可能地接近額定值ig(t)的更均勻的曲線，因此產(chǎn)生根據(jù)圖4的總電
流，它也被稱作疊加的電流。
僅能從電動(dòng)機(jī)可以看到的電流脈動(dòng)和所屬的強(qiáng)衰減的噪聲被用很少的損耗實(shí)現(xiàn)，就像是選擇了電動(dòng)機(jī)的功率類型的一個(gè)主變流器，它能夠開關(guān)高開關(guān)頻率，即兩個(gè)功率極限必須滿足電動(dòng)機(jī)的額定電流和對(duì)于低噪聲與高動(dòng)態(tài)所要求的高開關(guān)頻率。
該比較顯示，兩個(gè)較小的變流器的重量和價(jià)格總地來(lái)看比一個(gè)具有電流和開關(guān)頻率兩個(gè)極限值的大的變流器的重量和價(jià)格更有利。此外，兩個(gè)不同的逆變器的組合可以通過(guò)僅一個(gè)控制電子電路單元、 一個(gè)電網(wǎng)饋電和
一個(gè)共同的殼體來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)約。另外，可考慮，通過(guò)逆變器WR1 (具有低開關(guān)頻率的那個(gè)逆變器)的功率件的有針對(duì)性的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。這里可以針對(duì)性地使用成本上有利的功率半導(dǎo)體，以便獲得顯著的成本和重量?jī)?yōu)勢(shì)，但不出現(xiàn)更差的噪聲特性和調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)性的損失。
圖6a示出了在圖3中僅在一短的部分中象征性地示出的電流特性曲線的一個(gè)整周期。這示出電流U(t)，它以所述第一逆變器WR1或所述第一支路Z1的低頻率轉(zhuǎn)換。在約2kHz的最大開關(guān)頻率時(shí)，可以識(shí)別至25A的相對(duì)較大的電流脈動(dòng)，這相應(yīng)于事先描述的實(shí)施例之一。該電流特性曲線的具體值為，額定功率為55kW的電機(jī)以100A的額定電流工作。該基波的頻率處于35Hz的數(shù)量級(jí)。該功率強(qiáng)的逆變器WR1的最高開關(guān)頻率很容易被識(shí)別。如果疊加開關(guān)頻率為16kHz的高頻交變電流iB(t)，則生成圖6b的特性曲線，作為一個(gè)分路的總輸出電流(用于電機(jī)M的一個(gè)端子)。不再能夠識(shí)別低頻率的電流脈動(dòng)，所述電流脈動(dòng)通過(guò)具有第二逆變器WR2或者第二支路zl的高頻開關(guān)頻率的、圖2的調(diào)節(jié)裝置被補(bǔ)償，第二逆變器WR2或者第二支路zl的電流通過(guò)扼流線圈21與圖6a的主總電流疊加。圖7a示出了具有放大顯示的時(shí)間坐標(biāo)的圖6a的放大圖。在圖7a中示出了圖6a的帶有時(shí)間點(diǎn)2.5毫秒和5毫秒之間的5個(gè)周期的說(shuō)明的局部放大。由此計(jì)算得到逆變器WR1的第一支路Z1的約2kHz的頻率。如果加上第二、以更高頻率開關(guān)的逆變器WR2和它的支路zl的電流，并使它們共同到達(dá)繞組L1，則得到根據(jù)圖6b的平整的電流，即在圖7b中復(fù)合放大示出。該電流僅還有很小的脈動(dòng)，如特別是時(shí)間點(diǎn)IO毫秒處與圖7a相比較所看到的那樣。在所有圖6a至7b中，垂直坐標(biāo)軸被相同地以數(shù)字標(biāo)注，其中，圖6a， 7a表示電流U而圖6b， 7b表示電流i"t)。
在兩支路zl和Zl的輸出端上的功率通量取決于逆變器WR1(A支路)的設(shè)置。如果WR1設(shè)置為其提供總是低于電流的額定值的電流，則在WR2中流過(guò)與WR1的電流相比總是提升總電流的電流，以使得達(dá)到所述額定值。在此，WR1不回饋電流。
當(dāng)WR1的電流圍繞額定值波動(dòng)并因此有時(shí)大于額定值時(shí)，如圖7a中帶有電流脈動(dòng)地所示的情況則不同。在這種情況下，電流和功率有時(shí)被回饋到WR2中。功率的平均值約為零，因?yàn)橛袝r(shí)輸出功率并且有時(shí)吸收功率。
如果WR1的設(shè)置使得它總是提供帶有電流脈動(dòng)的過(guò)大電流，則WR2與此相反地總是工作并吸收功率。
因?yàn)樗鰞蓚€(gè)逆變器優(yōu)選地根據(jù)圖1在一個(gè)共同的直流電壓中間電路Ug上被驅(qū)動(dòng)，則一個(gè)支路或者一個(gè)逆變器的可能被吸收的功率通過(guò)該中間電路又提供給另一支路或者另一個(gè)逆變器，并由此輸送至負(fù)載。所述被吸收的功率沒(méi)有損失掉，而僅僅是被傳導(dǎo)至該電路中(通過(guò)該中間電路補(bǔ)償)。
在另一實(shí)施例中不需要設(shè)置動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)或者動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。那么與第一逆變器WR1同步地驅(qū)動(dòng)第二逆變器WR2。適配的脈沖圖樣可以負(fù)責(zé)消除電動(dòng)機(jī)中具有較低脈沖頻率的電流脈動(dòng)。
但優(yōu)選的是通過(guò)電流控制的電流的高動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，該電流控制如圖2所述的那樣構(gòu)造。在此，脈沖圖樣在第二逆變器中由自身產(chǎn)生。根據(jù)圖3 (上面的函數(shù))的電流脈動(dòng)的補(bǔ)充通過(guò)電路和信號(hào)導(dǎo)送實(shí)現(xiàn)。
在電流調(diào)節(jié)器中，來(lái)自第一逆變器WR1的饋電的誤差作為預(yù)給定額定值給第二逆變器，并由該第二逆變器通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的高頻驅(qū)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償，其中，作為第二電流分量的更動(dòng)態(tài)的電流iB(t)在最有利的情況下完全被補(bǔ)償，至少基本上被補(bǔ)償,
權(quán)利要求
1、用于向一磁作用的并且能夠電運(yùn)行的設(shè)備、特別是一具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子或定子繞組(L1，L2，L3)的電運(yùn)行的電機(jī)(M)饋電的電路裝置，該電路裝置在至少一個(gè)第一分路(S1)中具有(a)一變頻器(WR1)的第一支路(Z1)，被構(gòu)造并且能夠用于/以不高于5kHz的開關(guān)頻率工作，用于向磁作用的設(shè)備(M)的一繞組(L1)輸出一以該開關(guān)頻率產(chǎn)生的、具有低得多的工作頻率(f1)的主交變電流；(b)另一變頻器(WR2)的第二支路(z1)，被構(gòu)造并且能夠用于/以高于5kHz的第二開關(guān)頻率工作，用于向同一繞組(L1)輸出一以該開關(guān)頻率產(chǎn)生的補(bǔ)充交變電流；以便在用于所述電路裝置的至少第一分路(S1)的兩個(gè)不同的變流器的第一和第二支路(Z1，z1)的并聯(lián)運(yùn)行中，在該設(shè)備的所述至少一個(gè)繞組(L1)中疊加所述兩個(gè)支路(Z1，z1)的兩交變電流(iA(t)；iB(t))為總電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路裝置，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求l構(gòu) 造所述電路裝置的至少一個(gè)另外的分路(S2)，用于向所述電設(shè)備、特別是 電機(jī)(M)的一個(gè)第二繞組(L2)饋電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路裝置，其特征在于，設(shè)置了由不同的變 流器的兩支路構(gòu)成的、所述電路裝置的一個(gè)第三分路(S3)，以便以一疊加 的第三交變電流向該電設(shè)備、特別是電機(jī)的第三繞組(L3)饋電。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的電路裝置，其特征在于，所述兩個(gè)或 者三個(gè)第一支路配置給一個(gè)第一變頻器(WR1)，該變頻器在其結(jié)構(gòu)上構(gòu)造 為僅能夠在5kHz以下工作，并且在它的驅(qū)動(dòng)方面被構(gòu)造為僅能夠在同樣的 頻率界限下工作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的電路裝置，其特征在于，所述兩個(gè)或 者三個(gè)第二支路配置給一個(gè)第二變頻器(WR2)，該變頻器在其結(jié)構(gòu)上構(gòu)造 為能夠在5kHz以上工作，并且在它的驅(qū)動(dòng)方面構(gòu)造為能夠在同樣的頻率界 限以上工作。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路裝置，其特征在于，所述第一和第二支 路各自具有至少兩個(gè)串聯(lián)連接的開關(guān)功率半導(dǎo)體(TA1， TA2; TB1， TB2)，所述功率半導(dǎo)體可由一中間電路(Ug)饋電，以便在它們的連接處(XA， XB)輸出可通過(guò)開關(guān)產(chǎn)生的交變電流(U(t)， iB(t))。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或者6所述的電路裝置，其特征在于，在一分路(S1) 中每個(gè)支路(Zl， zl)通過(guò)一個(gè)配置給所述分路的扼流線圈(DR)的一個(gè) 各自所屬的輸出繞組(Dl， D2)工作到所述設(shè)備的相應(yīng)繞組(LO上、特 別是電機(jī)的轉(zhuǎn)子或者定子繞組(Ll， L2， L3)上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l， 2或3所述的電路裝置，其特征在于，所述兩個(gè) 支路的幵關(guān)頻率(fA， fB)為多于2倍的關(guān)系，特別地，所述兩個(gè)支路(Zl， zl)的開關(guān)頻率的比例設(shè)置為7和9之間。
9、 根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電路裝置，其特征在于，由該電路裝置驅(qū) 動(dòng)的該電機(jī)(M)具有大于10kW的功率；或者該電路裝置被構(gòu)造并且能 夠工作來(lái)驅(qū)動(dòng)具有高于10kW的額定功率的一個(gè)這樣的電機(jī)(M)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述一個(gè)變頻器 (WR1)的第一支路(Zl)不能夠工作于高于4kHz，特別地，僅能夠工作于基本上3kHz以下或者在2kHz左右的范圍內(nèi)工作。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10或者1所述的電路裝置，其特征在于，另一變頻 器(WR2)的第二支路(zl )能夠在10kHz以上工作，特別地，能夠在15kHz 以上工作或者在16kHz左右的范圍內(nèi)工作。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電路裝置，其特征在于，所述能 以較高頻率工作的變頻器的支路(zl)，即所述"第二支路"，被適配，用 于將所述另一變頻器(WR1)的能以較低頻率工作的"第一支路"(Zl)的 電流中出現(xiàn)的脈動(dòng)至少基本上補(bǔ)充為一更均勻變化的交變電流實(shí)際值，作 為各自分路(Sl)的輸出總電流。
13、 根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電路裝置，其特征在于，由主交變電流 (iA)和補(bǔ)充交變電流(iB)組成的總電流具有一在以較高開關(guān)頻率(fB)工作的支路的或者變頻器(zl， WR2)的頻率范圍中的有效電流脈動(dòng)，所 述總電流由所述電路裝置的至少一個(gè)分路(Sl)輸出。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1或12或13所述的電路裝置，其特征在于，用于 驅(qū)動(dòng)所述另一變頻器的第二支路(zl)的脈沖圖樣被如此調(diào)整，使得由一 變頻器(WR1)的第一支路(Zl)所輸出的主交變電流的一產(chǎn)生的電流脈動(dòng)至少在很大程度上被補(bǔ)償或者能夠被補(bǔ)償。
15、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路裝置，其特征在于，這些開關(guān)頻率具 有2"的比，其中"n"為大于l的整數(shù)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電路裝置，其特征在于，兩支路 的開關(guān)頻率基本上為2倍的關(guān)系。
17、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路裝置，其特征在于，所述功率高于 30kW。
18、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路裝置，其特征在于，扼流線圈(DR; 21)具有兩個(gè)電導(dǎo)通連接的、同向磁耦合的繞組(Dl， D2)，以便將以不 同頻率(fA， fB)產(chǎn)生的電流、即主交變電流和補(bǔ)充交變電流(U， iB)進(jìn) 行疊加，使得總電流(i"t))作為疊加的電流能夠在所述磁耦合的繞組的連 接處(20)輸出。
19、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路裝置，其特征在于， 一扼流線圈(DR) 的主交變電流和補(bǔ)充交變電流能夠以抽頭(20)饋電，以便在所述抽頭(20) 處輸出用于所述設(shè)備的、特別是電機(jī)(M)的至少一個(gè)繞組(Ll， L2， L3) 的總電流。
20、 用于運(yùn)行電路裝置的方法，用于向具有至少一個(gè)繞組(Ll)的電 運(yùn)行設(shè)備饋電，例如向具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組或者定子繞組(Ll， L2， L3) 的電機(jī)(M)饋電，該電路裝置在至少一個(gè)第一分路(Sl)中具有(a) —變頻器(WR1)的第一支路(Zl)，被構(gòu)造并且能夠用于/以不高于 5kHz的開關(guān)頻率工作，其中，向至少一個(gè)繞組(Ll)輸出一以所述開關(guān)頻 率產(chǎn)生的主交變電流；(b) —個(gè)另外的變頻器(WR2)的第二支路(zl)，被構(gòu)造并且能夠以/用于 高于5kHz的開關(guān)頻率工作，其中，在同一繞組(Ll)上輸出一以所述開 關(guān)頻率產(chǎn)生的補(bǔ)充交變電流；其中，在所述電運(yùn)行設(shè)備的至少一個(gè)繞組(Ll)中，在所述兩個(gè)不同的變 頻器的第一和第二支路(Zl， zl)的并聯(lián)運(yùn)行中的兩個(gè)支路(Zl， zl)的 兩交變電流(iA(t);iB(t))進(jìn)行疊加，用于該電路裝置的至少第一分路(Sl)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，具有相應(yīng)地不引用權(quán)利要求1的權(quán) 利要求2-19中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，相反，它們替代地引用權(quán)利要求20。21a、根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一支路(Zl) 的下極限頻率在所述主交變電流(U(t))的一個(gè)周期上的平均值比所述主交 變電流的額定頻率大十倍。 21b、根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第二支路(zl) 的下極限開關(guān)頻率在所述主交變電流(U(t))的一個(gè)周期上的平均值高于 10kHz。
22、 用于根據(jù)以上權(quán)利要求1至19中至少一項(xiàng)所述的電路裝置的驅(qū) 動(dòng)裝置，用于調(diào)節(jié)或者控制一總電流(")-其中，對(duì)于至少一個(gè)第一分路(Sl)設(shè)置至少一個(gè)用于具有較高開關(guān)頻 率的電流的電流調(diào)節(jié)器(Vl， V2)，-其中，可向或者向所述至少一個(gè)用于具有較高開關(guān)頻率的電流的電流調(diào) 節(jié)器(V2)輸送在用于第一分路(Sl)的電流額定值(is。u)和所述第一支 路(Zl)的輸出端上及一扼流線圈(DR， 21)之前測(cè)得的電流(iA)之間的差值作為額定值。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，設(shè)置了一個(gè)另外 的、用于具有較低開關(guān)頻率的電流的調(diào)節(jié)器(VI)，并且-可向所述另外的、用于具有較低開關(guān)頻率(fA)的電流的調(diào)節(jié)器(VI) 輸送用于所述第一分路(Sl)的電流額定值(is。 )作為額定值； 并且所述兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(VI， V2)的每一個(gè)獨(dú)立地根據(jù)其各自的預(yù)給定 額定值控制或者調(diào)節(jié)在該電流調(diào)節(jié)器所對(duì)應(yīng)的支路(Zl， zl)上的輸出電 流(iA， iB)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22或者23所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述兩 電流(iA， iB)通過(guò)一扼流線圈(DR; 21; 21a， 21b， 21c)以一抽頭(20) 被作為總電流(i》輸送至所述分路(Sl)的輸出端(W1)，這兩個(gè)電流由 所述一個(gè)或者所述兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(V1， V2)控制或者調(diào)節(jié)。
25、 用于根據(jù)在前的權(quán)利要求1至19中至少一項(xiàng)所述的電路裝置的驅(qū) 動(dòng)裝置，用于調(diào)節(jié)或者控制一總電流(i》，其中，對(duì)于至少一個(gè)第一分路(Sl)設(shè)置了兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(Vl， V2)，其中 -可向所述用于能以較高開關(guān)頻率產(chǎn)生的電流的第二電流調(diào)節(jié)器(V2)輸 送在所述第一分路(Sl)的電流額定值(is。u)和所述第一支路(Zl)的輸出端上及扼流線圈(DR， 21)之前測(cè)得的電流(iA)之間的差值作為額定 值；-可向所述用于能夠以較低開關(guān)頻率(fA)產(chǎn)生的電流的第一調(diào)節(jié)器(VI) 輸送所述第一分路(Sl)的電流額定值(is。 )作為額定值； 其中，所述兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(VI， V2)的每一個(gè)獨(dú)立地根據(jù)其各自的預(yù)給 定額定值控制或者調(diào)節(jié)該電路調(diào)節(jié)器所對(duì)應(yīng)的支路(Z1， zl)的輸出電流 (i八，iB)°
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述兩電流(iA， iB) 通過(guò)所述扼流線圈(DR; 21; 21a， 21b， 21c)以一抽頭(20)作為總電 流(i,)輸送至所述第一分路(SI)的輸出端(Wl)，所述兩電流(iA， iB) 由所述兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(VI， V2)控制或者調(diào)節(jié)。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，在所述扼流線圈(DR) 之后不進(jìn)行影響所述兩電流調(diào)節(jié)器的電流檢測(cè)，但所述第一分路(SI)的 兩個(gè)支路(Zl,zl)的總電流被饋給或者能夠饋給至多個(gè)設(shè)備繞組之一 (LI )。
28、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，所述扼流線圈(DR)具有 一個(gè)帶抽頭(20)的連續(xù)的同向繞組。
29、 根據(jù)權(quán)利要求25或者1所述的裝置，其特征在于，所述第一支路 (Zl)的一下開關(guān)頻率，特別是在所述總電流(i》的一個(gè)周期上的平均值，高于基本上500Hz，或者不低于總電流(i》的額定頻率的十倍。
30、 電路裝置，用于向一磁作用的并且可電運(yùn)行的設(shè)備饋電并且具有 一驅(qū)動(dòng)裝置，該電路裝置在至少一個(gè)第一分路(SI)中具有(a) —變頻器(WRO的第一支路(Z1)，被構(gòu)造并能夠用于/以不高于5kHz 的開關(guān)頻率工作，用于向該磁作用的設(shè)備(M)的一繞組(LI)輸出一以 該開關(guān)頻率產(chǎn)生的、具有明顯低的工作頻率(&)的主交變電流；(b) —個(gè)另外的變頻器(WR2)的第二支路(zl)，被構(gòu)造并能夠以/用于高 于5kHz的第二開關(guān)頻率工作，用于向同一繞組(LI)輸出一以該開關(guān)頻 率產(chǎn)生的補(bǔ)充交變電流；以便在用于所述電路裝置的至少第一分路(SI)的兩個(gè)不同的變流器的第 一和第二支路(Zl, zl)的并聯(lián)運(yùn)行中在所述設(shè)備的所述至少一個(gè)繞組(LI) 中疊加所述兩個(gè)支路(Z1， zl)的兩交變電流(iA(t); iB(t))作為總電流，并且，其中，該驅(qū)動(dòng)裝置(C)用于調(diào)節(jié)或者控制總電流(i》，對(duì)于至少第一分路(Sl)具有至少一個(gè)用于具有較高開關(guān)頻率的電流的電流調(diào)節(jié)器(Vl， V2)，并且可向所述 用于具有較高開關(guān)頻率的電流的電流調(diào)節(jié)器(V2)輸送在用于第一分路(Sl)的電流額定值(is。u)和所述第一支路(Zl)的輸出端上測(cè)得的電流(iA)之間的差值。
31、 根據(jù)權(quán)利要求30的電路裝置，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求l構(gòu)造 該電路裝置的至少一個(gè)另外的分路(S2),用于向電設(shè)備、特別是電機(jī)(M) 的一個(gè)第二繞組(L2)饋電。
32、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的電路裝置，被構(gòu)造并且適合于驅(qū)動(dòng)具有 至少一個(gè)轉(zhuǎn)子或者定子繞組(L1, L2， L3)的電運(yùn)行電機(jī)(M)。
33、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的電路裝置，其特征在于，設(shè)置了用于具有 較低開關(guān)頻率的電流的一個(gè)另外的調(diào)節(jié)器(Vl)，并且-可以向用于所述能夠以較低開關(guān)頻率(fA)產(chǎn)生的電流的所述另外的調(diào)節(jié) 器(VI)輸送所述分路(Sl)的電流額定值(is。 )作為額定值，這樣設(shè)置 了至少兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(Vl， V2);并且所述兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(VI ， V2)的每一個(gè)獨(dú)立地根據(jù)其各自的預(yù)給定 額定值控制或者調(diào)節(jié)在所述電流調(diào)節(jié)器所對(duì)應(yīng)的支路(Zl， zl)上的輸出 電流(iA， iB)。
34、 根據(jù)權(quán)利要求30或者33所述的電路裝置，其特征在于，所述兩 電流(iA， iB)(由所述兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(VI， V2)控制或者調(diào)節(jié))通過(guò)一 扼流線圈(DR; 21; 21a， 21b， 21c)借助抽頭(20)被輸送至所述繞組(Sl)的輸出端(Wl)作為總電流(i》。
35、 用于運(yùn)行電路裝置的方法，用于向具有至少一個(gè)繞組(Ll)的電 運(yùn)行設(shè)備饋電，該電路裝置具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置并且在至少一個(gè)第一分路(Sl)中具有(a) —變頻器(WR1)的第一支路(Zl)，被構(gòu)造并能夠用于/以不高于5kHz 的開關(guān)頻率工作，其中，向所述至少一個(gè)繞組(Ll)輸出一以所述開關(guān)頻 率產(chǎn)生的主交變電流；(b) —另外的變頻器(WR2)的第二支路(zl)，被構(gòu)造并能夠以/用于高于5kHz的開關(guān)頻率工作，其中，向同一繞組(Ll)輸出一以該開關(guān)頻率產(chǎn)生的補(bǔ)充交變電流iB(t);(c)其中，為了調(diào)節(jié)或者控制一總電流(i》，對(duì)于至少第一分路(Sl)設(shè) 置了至少一個(gè)用于以較高開關(guān)頻率產(chǎn)生的電流的電流調(diào)節(jié)器(Vl， V2)， 并且向所述用于以較高開關(guān)頻率產(chǎn)生的電流的電流調(diào)節(jié)器(V2)輸送在所 述第一分路(Sl)的電流額定值(is。u)和所述第一支路(Zl)的輸出端上 測(cè)得的電流(U)之間的差值作為額定值。其中，在所述兩個(gè)不同的變頻器的第一和第二支路(Zl， zl)的并聯(lián)運(yùn)行 中，在所述電運(yùn)行設(shè)備的至少一個(gè)繞組(Ll)中，所述兩個(gè)支路(Zl， zl) 的兩交變電流(iA(t); iB(t))進(jìn)行疊加，用于所述電路裝置的至少第一分路 (Sl)0
36、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述第一支路(Zl) 的上開關(guān)頻率至少比所述工作頻率或者所述產(chǎn)生的主交變電流(U(t))的額 定頻率大十倍。
37、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述繞組為電機(jī)的轉(zhuǎn) 子或者定子繞組。
38、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述各自逆變器或者 它的支路的工作能力限定了其結(jié)構(gòu)特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及變流器(逆變器，脈沖變換器或者頻率變換器)和“磁作用的”設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。變流器的有效開關(guān)頻率不應(yīng)被降低，但應(yīng)達(dá)到冷卻耗費(fèi)的降低。所述設(shè)備中所產(chǎn)生的噪聲電平同樣被保持得低。對(duì)此，建議一種電路裝置用于向具有至少一個(gè)繞組(L1，L2，L3)的設(shè)備(電機(jī)(M))饋電，該電路裝置在至少一個(gè)第一分路中具有變頻器(WR1)的一第一支路(Z1)，被構(gòu)造為并且能夠用于/以不高于5kHz的開關(guān)頻率工作，用于向該繞組(L1)輸出一以該開關(guān)頻率產(chǎn)生的、具有低得多的工作頻率(f₁)的主交變電流。另一變頻器(WR2)的第二支路(z1)，被構(gòu)造并且能夠以/用于高于5kHz的開關(guān)頻率工作，用于向同一繞組(L1)輸出一以該開關(guān)頻率產(chǎn)生的補(bǔ)充交變電流。在所述至少一個(gè)的繞組(L1)中，所述兩個(gè)支路(Z1，z1)的兩交變電流(i_A(t)；i_B(t))被疊加為總電流。這在兩個(gè)不同的變流器的第一和第二支路(Z1，z1)的并聯(lián)運(yùn)行中。
文檔編號(hào)H02M1/12GK101501972SQ200780026919
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者C·弗雷格爾 申請(qǐng)人:倫策驅(qū)動(dòng)有限公司