專利名稱：用于變速驅(qū)動(dòng)器的共模和差模過濾器的制作方法
用于變速驅(qū)動(dòng)器的共模和差模過濾器 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本專利申請(qǐng)要求2007年10月31日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng) No. 11/931， 993的利益，該非臨時(shí)專利申請(qǐng)要求了 2007年1月22日 提交的要求了優(yōu)先權(quán)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/885, 932的利益。
背景
本申請(qǐng)總體涉及變速驅(qū)動(dòng)器。更具體而言，本申請(qǐng)涉及用于包括 有源轉(zhuǎn)換器的變速驅(qū)動(dòng)器的共模和差模過濾器。
用于加熱、通風(fēng)、空調(diào)和制冷(HVAC及R )應(yīng)用的變速驅(qū)動(dòng)器(VSD ) 一般包括整流器或轉(zhuǎn)換器、DC線路和逆變器。引入有源轉(zhuǎn)換器技術(shù)以 提供功率因素校正和減少的輸入電流諧波的VSD與常規(guī)VSD相比，也 產(chǎn)生了到電動(dòng)機(jī)定子繞組的顯著更高水平的共模RMS和峰峰電壓。該 共模電壓可導(dǎo)致電動(dòng)才幾和壓縮機(jī)軸承(bearing )形成凹槽(fluting ), 并且這些導(dǎo)致電流流過機(jī)械軸承的共模電壓可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)和/或壓 縮機(jī)中的過早軸承損壞。
使用同步d-q參考系的有源轉(zhuǎn)換器控制方法的合適運(yùn)用要求知曉 輸入線電壓的瞬時(shí)相角。如果參考系角度不正確或者為未知的，則不 能適當(dāng)?shù)乜刂戚斎牍β室蛩睾徒o具有有源轉(zhuǎn)換器的變速驅(qū)動(dòng)器(VSD) 的輸入電流的諧波失真。如果要求VSD抵御(ride-through)輸入線 電壓的擴(kuò)展損失以及在電力恢復(fù)時(shí)再同步到輸入電源，則需要在失去 電源期間保持期望的d-q參考系角度的裝置。此外，還需要快速回鎖 到輸入電源線電壓以及產(chǎn)生線電壓的實(shí)際相角的裝置。所需要的是滿 足這些需要中的一個(gè)或多個(gè)或提供其它有利特征的系統(tǒng)和/或方法。盡 管本發(fā)明特別針對(duì)包括有源轉(zhuǎn)換器型AC-DC轉(zhuǎn)換器拓樸的VSD,但本 發(fā)明對(duì)利用常規(guī)AC-DC整流轉(zhuǎn)換器的VSD也有效。
根據(jù)本說明書，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。所公開的教導(dǎo)擴(kuò)展 到那些落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的實(shí)施方案，而不論這些實(shí)施方案是否 實(shí)現(xiàn)前述需要中的一個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)供在三相脈寬調(diào)制(PWM )變速驅(qū)動(dòng)器(VSD )上應(yīng)用—— 優(yōu)選供在具有有源轉(zhuǎn)換器拓樸的PWM VSD上應(yīng)用——的電路。
在一個(gè)實(shí)施方案中，變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)被配置為接收處于固定AC輸 入電壓幅度和頻率的輸入AC電力并提供處于可變電壓和可變頻率的 輸出AC電力。該變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提供輸入AC電壓的AC電源的 轉(zhuǎn)換器級(jí)。該轉(zhuǎn)換器級(jí)被配置為將輸入AC電壓轉(zhuǎn)換成升高的DC電壓。 一 DC線路連接到該轉(zhuǎn)換器級(jí)，該DC線路被配置為過濾和存儲(chǔ)來自轉(zhuǎn) 換器級(jí)的升高的DC電壓。 一逆變器級(jí)連接到該DC線路，該逆變器級(jí) 被配置為將來自DC線路的升高的DC電壓轉(zhuǎn)換成具有可變電壓和可變 頻率的輸出AC電力。最后， 一輸入過濾器在轉(zhuǎn)換器級(jí)的輸入處連接到 VSD，用于過濾由傳導(dǎo)電磁干擾或AC電源處存在的射頻干擾引起的共 模分量和差模分量。
另一實(shí)施方案涉及用于過濾共模和差模電流的輸入過濾器。該輸 入過濾器包括具有三個(gè)繞組的三相感應(yīng)器。該三相感應(yīng)器的每個(gè)繞組 包括將該每個(gè)繞組分成一對(duì)感應(yīng)器部分的中心抽頭。三個(gè)電容器構(gòu)成 的三相輸入電容器組以Y字結(jié)構(gòu)一端連接到三個(gè)中心抽頭，相對(duì)端連 接到公共點(diǎn)。該三相輸入電容器組被配置為基本對(duì)高于一預(yù)定基頻的 頻率提供短路，用以通過該三相電容器組避開高于一預(yù)定基頻的頻率， 同時(shí)讓該預(yù)定基頻傳到電源。
還一實(shí)施方案涉及用于過濾與變速驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的共模和差模電 流的輸出過濾器。該輸出過濾器包括三個(gè)電容器構(gòu)成的第一輸出電容 器組。該第一輸出電容器組中的每個(gè)電容器以Y字結(jié)構(gòu)連接到逆變器 級(jí)的輸出相。該第一輸出電容器組的三個(gè)電容器各在與輸出相連接相 對(duì)的端共同連接在公共電容器連接處。該公共電容器連接還連接到大 地。
又一實(shí)施方案針對(duì)冷卻器系統(tǒng)。該冷卻器系統(tǒng)包括制冷劑線路， 該制冷劑線路包括在閉合制冷劑回路中連接的壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā) 器。 一電動(dòng)機(jī)連接到壓縮機(jī)以給壓縮機(jī)提供動(dòng)力。 一變速驅(qū)動(dòng)器連接 到該電動(dòng)機(jī)。該變速驅(qū)動(dòng)器被配置為接收處于固定AC輸入電壓幅度和頻率的輸入AC電力并提供處于可變電壓和可變頻率的輸出AC電力。 該變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提供輸入AC電壓的AC電源的轉(zhuǎn)換器級(jí)。該 轉(zhuǎn)換器級(jí)被設(shè)置為將輸入AC電壓轉(zhuǎn)換成升高的DC電壓。一 DC線路連 接到該轉(zhuǎn)換器級(jí)，該DC線路被配置為過濾和存儲(chǔ)來自轉(zhuǎn)換器級(jí)的升高 的DC電壓。 一逆變器級(jí)連接到該DC線路，該逆變器級(jí)被配置為將來 自DC線路的升高的DC電壓轉(zhuǎn)換成具有可變電壓和可變頻率的輸出AC 電力。最后， 一用于過濾共模和差模電流的輸入過濾器，在轉(zhuǎn)換器級(jí) 的輸入處連接到變速驅(qū)動(dòng)器。該輸入過濾器包括具有三個(gè)繞組的三相 感應(yīng)器，其中該三相感應(yīng)器的每個(gè)繞組包括將該每個(gè)繞組分成一對(duì)感 應(yīng)器部分的中心抽頭，具有三個(gè)電容器的三相輸入電容器組以Y字結(jié) 構(gòu)一端連接到三個(gè)中心抽頭，相對(duì)端連接到公共點(diǎn)。該三相輸入電容 器組被配置為基本對(duì)高于一預(yù)定基頻的頻率提供短路，用以通過該三 相電容器組避開高于一預(yù)定基頻的頻率，同時(shí)讓該預(yù)定基頻傳到轉(zhuǎn)換 器級(jí)。
一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減小與作為運(yùn)行VSD的結(jié)果的傳導(dǎo)電磁干擾和AC電源 處存在的射頻干擾相關(guān)聯(lián)的共模和差模電流。
第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減小呈現(xiàn)給電動(dòng)機(jī)定子的按照RMS和峰值的共模電 壓應(yīng)力，從而減輕與過早機(jī)械軸承損壞和過早與大地絕緣的故障相關(guān) 聯(lián)的問題。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減小呈現(xiàn)給電動(dòng)機(jī)定子的按照RMS和峰值的差模電 壓應(yīng)力，從而減輕與過早的機(jī)械定子繞組匝間故障相關(guān)聯(lián)的問題。
替代示例性實(shí)施方案涉及如可在權(quán)利要求書中一般陳述的其它特 征或特征組合。


根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，本申請(qǐng)將得到更充分的理解，其 中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的元件，其中 圖1A和IB示意性圖解了總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 圖2A和2B示意性圖解了變速驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施方案。 圖3示意性圖解了制冷系統(tǒng)。
圖4圖解了使用四腿或五腿感應(yīng)器的共模和差模輸入過濾器的元件的示意圖。
圖5圖解了五腿感應(yīng)器鐵芯的四分之一剖面圖。 圖6圖解了五腿感應(yīng)器鐵芯的全剖視圖。
圖7圖解了包括VSD輸出過濾器結(jié)構(gòu)的一替代實(shí)施方案的示意性 電路圖。
圖8圖解了四腿感應(yīng)器鐵芯的全剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在轉(zhuǎn)到詳細(xì)圖解示例性實(shí)施方案的附圖之前，應(yīng)該理解，本申請(qǐng) 不限于以下描述中闡述的或附圖中圖解的細(xì)節(jié)或方法。還應(yīng)理解，在 此使用的措辭和術(shù)語僅出于描述的目的，不應(yīng)被視為限制性的。
圖1A和1B圖解了總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一 AC電源102給變速驅(qū)動(dòng)器 (VSD) 104供電，該變速驅(qū)動(dòng)器為一個(gè)電動(dòng)機(jī)106 (見圖1A)或多個(gè) 電動(dòng)機(jī)106 (見圖1B)提供動(dòng)力。所述一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)106優(yōu)選用 來驅(qū)動(dòng)制冷或冷卻器系統(tǒng)的相應(yīng)壓縮機(jī)(大體見圖3)。 AC電源102從 存在于一地點(diǎn)的AC電力網(wǎng)或配電系統(tǒng)提供單相或多相(例如，三相) 的固定電壓且固定頻率的AC電力給VSD 104。 AC電源102可優(yōu)選的才艮 據(jù)相應(yīng)的AC電力網(wǎng)，提供線頻為50Hz或60Hz的200V、 230V、 380V、 460V或600V的AC電壓或線電壓給VSD 104。
VSD 104從AC電源102接收具有特定固定線電壓和固定線頻的AC 電力，并以期望電壓和期望頻率提供AC電力給電動(dòng)機(jī)106，所述期望 電壓和期望頻率兩者均可改變以滿足特定要求。優(yōu)選地，VSD 104可 提供具有比電動(dòng)機(jī)106的額定電壓和頻率高的電壓和頻率以及比電動(dòng) 才幾106的額定電壓和頻率低的電壓和頻率的AC電力給電動(dòng)機(jī)106。在 另一實(shí)施方案中，VSD l(M又可提供與電動(dòng)機(jī)106的額定電壓和頻率 相比高的以及低的頻率但僅提供與電動(dòng)機(jī)106的額定電壓和頻率相比 相同的或4氐的電壓。電動(dòng)機(jī)106優(yōu)選是感應(yīng)電動(dòng)4幾，但可包括任何類 型的能夠以可變速度運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可具有任何合適的極 布置，包括兩極、四極或六極。
圖2A和2B圖解了 VSD 104的不同實(shí)施方案。VSD 104可具有三 級(jí)轉(zhuǎn)換器級(jí)202、 DC線路級(jí)204和具有一個(gè)逆變器206 (見圖2A)或多個(gè)逆變器206 (見圖2B)的輸出級(jí)。轉(zhuǎn)換器202將來自AC電源 102的固定線頻且固定線電壓的AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力。DC線路204 過濾來自轉(zhuǎn)換器202的DC電力，并提供儲(chǔ)能部件。DC線路204可由 電容器、感應(yīng)器或其組合構(gòu)成，所述電容器、感應(yīng)器或其組合為呈現(xiàn) 高可靠性等級(jí)和極低故障率的無源器件。最后，在圖2A的實(shí)施方案中， 逆變器206將來自DC線路204的DC電力轉(zhuǎn)換成可變頻率、可變電壓 的AC電力供電動(dòng)機(jī)106使用，在圖2B的實(shí)施方案中，逆變器206在 DC線路204上并行連接，并且每個(gè)逆變器206將來自DC線路204的 DC電力轉(zhuǎn)換成可變頻率、可變電壓的AC電力供相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)106使 用。所述逆變器206可以是功率模塊，該功率模塊可包括功率晶體管、 絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)功率開關(guān)和以金屬線鍵合工藝互連的反 相二極管。此外，應(yīng)理解，VSD 104的DC線路204和逆變器206可包 括與上述那些部件不同的部件，只要VSD 104的DC線路204和逆變器 206可為電動(dòng)機(jī)106提供合適的輸出電壓和頻率。
關(guān)于圖1B和2B，逆變器206可由控制系統(tǒng)聯(lián)合控制，使得每個(gè) 逆變器206基于提供給該每個(gè)逆變器206的共同控制信號(hào)或控制指令， 以相同的期望電壓和頻率提供AC電力給相應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在另一實(shí)施方案 中，逆變器206由控制系統(tǒng)個(gè)別地控制，以允許每個(gè)逆變器206基于 提供給該每個(gè)逆變器206的單獨(dú)控制信號(hào)或控制指令，以不同的期望 電壓和頻率提供AC電力給相應(yīng)電動(dòng)機(jī)106。該能力允許VSD 104的逆 變器206更有效地滿足電動(dòng)機(jī)106和系統(tǒng)的需要和負(fù)載，而獨(dú)立于連 接到其它逆變器206的其它電動(dòng)機(jī)106和系統(tǒng)的要求。例如， 一個(gè)逆 變器206可提供全功率給一電動(dòng)機(jī)106,同時(shí)另一逆變器206正提供 半功率給另一電動(dòng)機(jī)106。任一實(shí)施方案中逆變器206的控制可借助 控制面板或其它合適控制設(shè)備。
對(duì)于每個(gè)由VSD 104提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)106，在VSD 104的輸出 級(jí)中存在一相應(yīng)的逆變器206?？捎蒝SD 104提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)106 的數(shù)量取決于可并入VSD 104的逆變器206的數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施方案 中，可有兩個(gè)或三個(gè)逆變器206被并入VSD 104,所述兩個(gè)或三個(gè)逆 變器206并聯(lián)連接到DC線路204并被用于為相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)106提供動(dòng) 力。盡管VSD l(M可具有二至三個(gè)逆變器206，但應(yīng)理解，可以使用三個(gè)以上逆變器206,只要DC線路204可提供并保持給每個(gè)逆變器206 的合適DC電壓。
圖3—般地圖解了使用圖1A和2A的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和VSD 104的制冷 或冷卻器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。如圖3所示，HVAC制冷或液體冷卻器 系統(tǒng)300包括壓縮機(jī)302、冷凝器裝置304、液體冷卻器或蒸發(fā)器裝置 306以及控制面板308。壓縮機(jī)302由電動(dòng)才幾106馬區(qū)動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)106 由VSD 104提供動(dòng)力。VSD 104從AC電源102接收具有特定固定線電 壓和固定線頻率的AC電力，并以期望電壓和期望頻率提供AC電力給 電動(dòng)機(jī)106,所述期望電壓和期望頻率兩者都可改變以滿足特定要求。 控制面板308可包括各種不同部件，諸如模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器、微處理 器、非易失性存儲(chǔ)器以及接口板，以控制制冷系統(tǒng)300的運(yùn)行?？刂?面板308還可用來控制VSD 104和電動(dòng)才凡106的運(yùn)4亍。
壓縮機(jī)302壓縮制冷劑蒸汽并通過排出管線將蒸汽輸送到冷凝器 304。壓縮才幾302可以是任何合適類型的壓縮才幾，例如螺桿式壓縮機(jī)、 離心式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)等。由壓縮才幾302輸送 到冷凝器304的制冷劑蒸汽同流體一_例如空氣或水_一達(dá)成熱交換 關(guān)系，并且作為同流體的熱交換關(guān)系的結(jié)果，經(jīng)歷到制冷劑液體的相 變。來自冷凝器304的冷凝的液體制冷劑流過膨脹設(shè)備(未示出)到 達(dá)蒸發(fā)器306。
蒸發(fā)器306可包括用于冷卻負(fù)載的供應(yīng)管線和回返管線的連接。 輔助液體，例如水、乙烯、氯化鉤卣水或氯化鈉鹽水，經(jīng)由回返管線 行進(jìn)到蒸發(fā)器306,經(jīng)由供應(yīng)管線排出蒸發(fā)器306。蒸發(fā)器306中的液 體制冷劑同輔助液體達(dá)成熱交換關(guān)系，以降低輔助液體的溫度。作為 同輔助液體的熱交換關(guān)系的結(jié)果，蒸發(fā)器306中的制冷劑液體經(jīng)歷到 制冷劑蒸汽的相變。蒸發(fā)器306中的蒸汽制冷劑排出蒸發(fā)器306并通 過抽吸管線返回到壓縮機(jī)302以完成循環(huán)。應(yīng)理解，在系統(tǒng)300中可 使用任何合適結(jié)構(gòu)的冷凝器304和蒸發(fā)器306,條件是實(shí)現(xiàn)制冷劑在 冷凝器304和蒸發(fā)器306中的合適相變。
HVAC制冷或液體冷卻器系統(tǒng)300可包括多個(gè)在圖3中未示出的其 它特征。這些特征被有意省略，以使附圖簡(jiǎn)化而便于圖解。此外，盡 管圖3將HVAC制冷或液體冷卻器系統(tǒng)300圖解為具有一個(gè)連接在單個(gè)制冷劑線路中的壓縮機(jī)，但應(yīng)理解，系統(tǒng)300可具有由單個(gè)在圖1B和 2B中所示的VSD提供動(dòng)力或由多個(gè)大體見圖1A和1B中所示的實(shí)施方 案的VSD提供動(dòng)力的多個(gè)壓縮機(jī)，所述多個(gè)壓縮機(jī)連接進(jìn)一個(gè)或多個(gè) 制冷劑線路中的每一個(gè)中。
接下來參照?qǐng)D4，示出了一個(gè)輸入過濾器10的元件的示意圖。由 有源轉(zhuǎn)換器202產(chǎn)生的EMI/RFI源通過將一三相AC輸入感應(yīng)器16每 相分成線路側(cè)感應(yīng)器26和負(fù)載側(cè)感應(yīng)器28,在轉(zhuǎn)換器202前面被過 濾。線路側(cè)感應(yīng)器26和負(fù)載側(cè)感應(yīng)器28通過感應(yīng)器抽頭部分18連接。 電容性三相過濾器元件20是Y字形連接在感應(yīng)器抽頭部分18之間。 可選大地連接22可連接到Y(jié)字形連接的過濾器元件20的公共點(diǎn)21。 大地連接22可替代地包括接地電容器23。線路側(cè)感應(yīng)器26和負(fù)載側(cè) 感應(yīng)器28分別和電容性過濾器元件20被設(shè)計(jì)成具有電感和電容值， 以提供EMI/RFI源——即由轉(zhuǎn)換器202傳導(dǎo)的輸入電流的高頻開關(guān)分 量——的衰減(roll off )。輸入過濾器通過電感26和28的差模感應(yīng) 分量提供對(duì)EMI/RFI源的高阻抗，并通過三相Y字形連接的電容20提 供對(duì)EMI/RFI源的低阻抗，同時(shí)讓動(dòng)力電流的基頻分量——例如 60Hz——以最小阻抗通過網(wǎng)絡(luò)。通過使用四腿或五腿(4/5 )輸入感應(yīng) 器16，通過電感26和28形成共模電感性部件，它連同可選大地連接 22或接地電容器23增加過濾器10的容量，起防止由轉(zhuǎn)換器202產(chǎn)生 的共模電流流入干線電源102的作用。輸入過濾器10的Y字連接點(diǎn) 21可直接接地，或替代地通過單獨(dú)的電容器23接地，以提供高頻電 流到大地的更大分流。在一個(gè)實(shí)施方案中，感應(yīng)器16可設(shè)置有低的繞 組間電容。
線路側(cè)感應(yīng)器26在Y字形連接的電容器20和AC電源102之間以 VSD 104的預(yù)定開關(guān)頻率提供阻抗。線路側(cè)感應(yīng)器26的阻抗被設(shè)計(jì)為 允許Y字形連接的電容器20比在輸入AC電源102和VSD 104之間沒 有明顯阻抗的系統(tǒng)更有效。感應(yīng)器26還在反方向上提供高頻阻抗，以 限制高頻電流從轉(zhuǎn)換器202流到AC電源102。因而，感應(yīng)器26制止 或限制高頻發(fā)射物(emission)反射回AC電源102。
感應(yīng)器28在電容器20與VSD 104的輸入之間提供阻抗。感應(yīng)器 28在AC電源102與VSD 104的有源轉(zhuǎn)換器202部分之間提供高阻抗。替代地，如果VSD 104是具有無源整流轉(zhuǎn)換器的常規(guī)VSD，感應(yīng)器28 的阻抗將使VSD 104與輸入AC電源102隔離，減小從VSD 104傳導(dǎo)到 電源102的高頻發(fā)射物。
Y字形連接的電容器組20對(duì)VSD 104的至少一個(gè)開關(guān)頻率，在相 導(dǎo)體A、 B和C之間提供低阻抗，并提供低阻抗用于差模電流流動(dòng)。Y 字形連接的電容器組20還提供低阻抗路徑用于至少一個(gè)開關(guān)頻率到 大地連接22的流動(dòng)——假設(shè)大地連接被提供的話，用于減小共模電流 流動(dòng)。
接下來參照?qǐng)D5和6，在一個(gè)實(shí)施方案中，共模輸入過濾器10可 利用有源轉(zhuǎn)換器技術(shù)使用應(yīng)用于VSD 104的輸入的四腿AC感應(yīng)器516 '(例如，見圖8,用"'"號(hào)標(biāo)明的四腿感應(yīng)器實(shí)施方案)或五腿 AC感應(yīng)器516 (總體稱為4/5感應(yīng)器)實(shí)現(xiàn)。常規(guī)過濾器應(yīng)用三腿感 應(yīng)器提供功率因素和諧波輸入電流控制。4/5感應(yīng)器516提供共模和 差模電感。圖5和6圖解了五腿感應(yīng)器516，其在三相電力系統(tǒng)中提 供更多幾何對(duì)稱。共模電感通過提供箭頭502所示的磁通量路徑504 產(chǎn)生。通量路徑504與三個(gè)鐵芯腿510、 512和514磁性連通，4失芯腿 510、 512和514中的每一個(gè)連接到三相輸入電力102中的一相。通量 路徑是連續(xù)、磁性上可滲透的磁回路，該磁回路圍繞內(nèi)部三個(gè)鐵芯腿 510、 512和514。鐵芯腿510、 512和514中的每一個(gè)都具有繞相應(yīng)4失 芯腿510、 512和514的大體整個(gè)表面區(qū)域纏繞的線圈繞組或?qū)w26 (例如，見圖4)。通量路徑中磁通量的方向取決于線圏繞組中電流的 方向和幅度，因此被示為在任一方向上流動(dòng)，不過在實(shí)踐中，磁通量 可在感應(yīng)器516的周緣周圍在一個(gè)方向或另一個(gè)方向上行進(jìn)。共模磁 通量由為三個(gè)感應(yīng)器線圈16所共有的電流引起。該公共通量路徑504 可僅由流過感應(yīng)器線圈的共模電流分量激勵(lì)。這樣的感應(yīng)器的橫截面 的一圖片在圖5中示出。該感應(yīng)器516具有液體冷卻的鐵芯，以改善 熱散逸和增加感應(yīng)器516的功率容量。
參照?qǐng)D6,五腿感應(yīng)器516的正視橫截面516圖解了在腿510、512 和514中插入的氣隙520，以防止鐵芯飽和和增加感應(yīng)器516的工作 通量密度范圍。在感應(yīng)器516中，氣隙520被布置在通量路徑504的 水平截面之間。在鐵芯腿510、 512和514中的每一個(gè)中還在中間插入兩個(gè)氣隙520，以將每個(gè)鐵芯腿510、 512和514分成三個(gè)不連續(xù)的段。 可使用其它氣隙結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相同的效果。
接下來參照?qǐng)D7，圖解了具有帶共模/差模輸入過濾器電路的輸出 過濾器的變速驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施方案。上文關(guān)于圖4所述的EMI/RFI 輸入過濾器連接在轉(zhuǎn)換器202的輸入處，并執(zhí)行如上所述的相同過濾 功能。在VSD 104的輸入處增加帶感應(yīng)器16的輸入過濾器，有效地在 AC電源102與VSD 104之間提供高阻抗電路。為了提供用于共模電流 流動(dòng)的低阻抗路徑，包括三個(gè)共模電容器32的三相Y字形連接的電容 器組30連接在VSD電動(dòng)才幾連接端子38和大地22之間。電容器組30 在高頻下相當(dāng)于短路一_即低阻抗，有效地將存在于三個(gè)VSD輸出端 子34上的破壞性高頻AC分量接地和避免破壞性AC分量到達(dá)連接到 VSD的電動(dòng)機(jī)或其它類型負(fù)載，從而濾除由共模電壓引起的電流。電 容器組30允許高頻AC分量繞過電動(dòng)機(jī)的寄生電容性接地元件和消除
由共模電壓和電流引起的軸承損壞。
逆變器輸出端子34接入第二過濾器裝置，該第二過濾器裝置包括 與輸出端子38串聯(lián)連接的三相感應(yīng)器36，輸出端子38連接到系統(tǒng)負(fù) 栽，例如電動(dòng)機(jī)106。第二三相電容器組42在三相感應(yīng)器36的負(fù)載 側(cè)之間Y字形連接到輸出電力相Ll、 L2和L3,提供低阻抗路徑用于 差模電流在電容器組42之間流動(dòng)。在三相感應(yīng)器36的負(fù)載側(cè)Y字形 連接的第二三相電容器組的組合提供L-C差模輸出過濾器。通過結(jié)合 共模過濾器電容器組30與L-C差模感應(yīng)器36和電容器組42，防止兩 種破壞性條件一一即共模和差模電流一一到達(dá)由VSD 104提供動(dòng)力的 負(fù)載。
盡管在附圖中圖解并在此描述的示例性實(shí)施方案目前是優(yōu)選的， 但應(yīng)理解，這些實(shí)施方案僅以示例的方式提供。因此，本申請(qǐng)不限于 特定實(shí)施方案，而是擴(kuò)展到仍然落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的各種變 體。任何過程或方法步驟的順序或次序可根據(jù)替代實(shí)施方案改變或重 新排序。
重要的是注意，如在各示例性實(shí)施方案中所示的用于變速驅(qū)動(dòng)器 的共模和差模過濾器的結(jié)構(gòu)和布置僅是說明性的。盡管在該公開內(nèi)容 中僅詳細(xì)描述了幾個(gè)實(shí)施方案，但審閱本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，許多變體是可能的(例如，各元件的尺寸、尺度、結(jié)構(gòu)、
形狀和比例；參數(shù)值；安裝結(jié)構(gòu)；材料使用；顏色；取向等方面的改 變)，而本質(zhì)上不偏離權(quán)利要求書中所陳述的主題的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。 例如，被示為一體形成的元件可由多個(gè)部分或元件構(gòu)造，元件的位置 可顛倒或以其它方式改變，分立元件的性質(zhì)或數(shù)量或者位置可改變或 變化。因此，旨在所有這樣的修改被包括在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。任何過 程或方法步驟的順序或次序可根據(jù)替代實(shí)施方案改變或重新排序。在 權(quán)利要求書中，任何裝置加功能的項(xiàng)旨在覆蓋在此被描述為執(zhí)行所陳 述的功能的結(jié)構(gòu)，并且不僅覆蓋結(jié)構(gòu)等同物還覆蓋等同結(jié)構(gòu)?？稍谑?例性實(shí)施方案的設(shè)計(jì)、工作條件和布置方面進(jìn)行其它替換、修改、改 變和省略，而不偏離本申請(qǐng)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，被配置為接收處于固定AC輸入電壓幅度和頻率的輸入AC電力并提供處于可變電壓和可變頻率的輸出AC電力，該變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提供所述輸入AC電壓的AC電源的轉(zhuǎn)換器級(jí)，該轉(zhuǎn)換器級(jí)被配置為將所述輸入AC電壓轉(zhuǎn)換成升高的DC電壓；連接到所述轉(zhuǎn)換器級(jí)的DC線路，該DC線路被配置為過濾和存儲(chǔ)來自所述轉(zhuǎn)換器級(jí)的升高的DC電壓；連接到所述DC線路的逆變器級(jí)，該逆變器級(jí)被配置為將來自所述DC線路的升高的DC電壓轉(zhuǎn)換成具有所述可變電壓和可變頻率的輸出AC電力；以及在所述轉(zhuǎn)換器級(jí)的輸入處連接到VSD的輸入過濾器，用于過濾由傳導(dǎo)電磁干擾或所述AC電源處存在的射頻干擾引起的共模分量和差模分量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，其中所述輸入過濾器 包括具有三個(gè)繞組的三相感應(yīng)器，其中該三相感應(yīng)器的每個(gè)繞組具有 將該每個(gè)繞組分成一對(duì)感應(yīng)器部分的中心抽頭；以及具有三個(gè)電容器的三相輸入電容器組，其以Y字結(jié)構(gòu)一端連接到 三個(gè)中心抽頭，相對(duì)端連接到公共點(diǎn)；其中該三相輸入電容器組被配置為基本對(duì)高于一預(yù)定基頻的頻率 提供短路用以通過該三相電容器組避開高于一預(yù)定基頻的頻率，同時(shí) 讓該預(yù)定基頻傳到所述轉(zhuǎn)換器級(jí)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，還包括在三相輸入 電容器組的相對(duì)端的公共點(diǎn)，其還具有到大地的連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，還包括連接在公共 點(diǎn)與大地之間的電容器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，其中所述感應(yīng)器部分 對(duì)中的每一對(duì)包括各在一端連接到中心抽頭的線路側(cè)感應(yīng)器和負(fù)載側(cè) 感應(yīng)器，其中所述線路側(cè)感應(yīng)器在與中心抽頭相對(duì)的第二端連接到所 述AC電源，負(fù)載側(cè)導(dǎo)體在與中心抽頭相對(duì)的第二端連接到所述轉(zhuǎn)換器級(jí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，其中所述三相感應(yīng)器 是五腿感應(yīng)器，包括具有至少三個(gè)腿部分的鐵芯元件，每個(gè)腿部分用一對(duì)電流承載線 圈纏繞；以及通量部分，所述通量部分在連續(xù)磁路徑中連接所述三個(gè) 腿部分，所述通量部分具有一對(duì)頂端由頂部腿連接、底端由底部腿連 接的豎直腿，以形成大體矩形框架部分，所述三個(gè)腿部分被布置在所 述框架部分內(nèi)并與所述框架部分磁連通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，其中所述三相感應(yīng)器 是四腿導(dǎo)體，包括具有至少三個(gè)腿部分的鐵芯元件，每個(gè)腿部分用一對(duì)電線圏纏繞； 以及通量部分，所述通量部分在連續(xù)磁路徑中連接所述三個(gè)腿部分， 所述通量部分提供公共通量路徑，所述通量路徑由流過所述電線圈的 共模電流分量激勵(lì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，還包括 三個(gè)電容器構(gòu)成的第一輸出電容器組，每個(gè)電容器以Y字結(jié)構(gòu)連接到所述感應(yīng)器的 一輸出相；所述第一輸出電容器組的三個(gè)電容器中的每一個(gè)在與輸出相連接 相對(duì)的端共同連接；公共電容器連接還連接到大地。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的變速驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，還包括 輸出感應(yīng)器，其具有三個(gè)與所述逆變器級(jí)的輸出相串聯(lián)連接的輸出相繞組；三個(gè)電容器構(gòu)成的第二輸出電容器組，所述第二輸出電容器組的 每個(gè)電容器以Y字結(jié)構(gòu)連接到所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載側(cè)；其中基本從所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載側(cè)去除由差模電壓分量引起的 電流，并防止其流到連接到所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載。
10. —種用于過濾共模和差模電流的輸入過濾器，包括 具有三個(gè)繞組的三相感應(yīng)器，其中該三相感應(yīng)器的每個(gè)繞組具有將該每個(gè)繞組分成一對(duì)感應(yīng)器部分的中心抽頭；以及具有三個(gè)電容器的三相輸入電容器組，其以Y字結(jié)構(gòu)一端連接到 三個(gè)中心抽頭，相對(duì)端連接到公共點(diǎn)；其中該三相輸入電容器組被配置為基本對(duì)高于一預(yù)定基頻的頻率 提供短路用以通過該三相電容器組避開高于一預(yù)定基頻的頻率，同時(shí)讓該預(yù)定基頻傳到所述輸入AC電源。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的輸入過濾器，還包括在三相輸入電 容器組的相對(duì)端的公共點(diǎn)，其還具有到大地的連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸入過濾器，還包括連接在公共點(diǎn) 與大地之間的電容器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸入過濾器，其中所述感應(yīng)器部分對(duì) 中的每一對(duì)包括各在一端連接到中心抽頭的線路側(cè)感應(yīng)器和負(fù)載側(cè)感 應(yīng)器，其中所述線路側(cè)感應(yīng)器在與中心抽頭相對(duì)的第二端連接到一 AC 電源，負(fù)載側(cè)導(dǎo)體在與中心抽頭相對(duì)的第二端連接到變速驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn) 換器級(jí)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸入過濾器，其中所述三相感應(yīng)器是 五腿感應(yīng)器，包括具有至少三個(gè)腿部分的鐵芯元件，每個(gè)腿部分用一對(duì)電流承栽線 圏纏繞；以及通量部分，所述通量部分在連續(xù)磁路徑中連接所述三個(gè) 腿部分，所述通量部分具有一對(duì)頂端由頂部腿連接、底端由底部腿連 接的豎直腿，以形成大體矩形框架部分，所述三個(gè)腿部分被布置在所 述框架部分內(nèi)并與所述框架部分磁連通。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸入過濾器，其中所述三相感應(yīng)器是 四腿導(dǎo)體，包括具有至少三個(gè)腿部分的鐵芯元件，每個(gè)腿部分用一對(duì)電線圈纏繞； 以及通量部分，所述通量部分在連續(xù)磁路徑中連接所述三個(gè)腿部分， 所述通量部分提供公共通量路徑，所述通量路徑由流過所述電線圏的 共模電流分量激勵(lì)。
16. —種用于過濾與變速驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的共模和差模電流的輸出 過濾器，包括三個(gè)電容器構(gòu)成的第一輸出電容器組，所述第一輸出電容器組的 三個(gè)電容器中的每一個(gè)以Y字結(jié)構(gòu)連接到感應(yīng)器的一輸出相；以及所述第一輸出電容器組的三個(gè)電容器中的每一個(gè)在與輸出相連接 相對(duì)的端共同連接；公共電容器連接還連接到大地。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的輸出過濾器，還包括 輸出感應(yīng)器，其具有三個(gè)與逆變器級(jí)的輸出相串聯(lián)連接的輸出相繞組；以及三個(gè)電容器構(gòu)成的第二輸出電容器組，所述第二輸出電容器組的 每個(gè)電容器以Y字結(jié)構(gòu)連接到所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載側(cè)；其中基本從所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載側(cè)去除由差模電壓分量引起的 電流，并防止其流到連接到所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載。
18. —種冷卻器系統(tǒng)，包括制冷劑線路，該制冷劑線路包括在閉合制冷劑回路中連接的壓縮 機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器；電動(dòng)機(jī)，其連接到所述壓縮機(jī)以給所述壓縮機(jī)提供動(dòng)力； 變速驅(qū)動(dòng)器，其連接到所述電動(dòng)機(jī)，該變速驅(qū)動(dòng)器被配置為接收 處于固定AC輸入電壓幅度和頻率的輸入AC電力并提供處于可變電壓 和可變頻率的輸出AC電力，該變速驅(qū)動(dòng)器包括連接到提供所述輸入AC電壓的AC電源的轉(zhuǎn)換器級(jí)，該轉(zhuǎn)換 器級(jí)被配置為將所述輸入AC電壓轉(zhuǎn)換成升高的DC電壓；連接到所述轉(zhuǎn)換器級(jí)的DC線路，該DC線路被配置為過濾和 存儲(chǔ)來自所述轉(zhuǎn)換器級(jí)的升高的DC電壓；連接到所述DC線路的逆變器級(jí)，該逆變器級(jí)被配置為將來自 所述DC線路的升高的DC電壓轉(zhuǎn)換成具有可變電壓和可變頻率的輸出 AC電力；以及輸入過濾器，用于過濾共模和差模電流，該輸入過濾器包括具有三個(gè)繞組的三相感應(yīng)器，其中該三相感應(yīng)器的每個(gè)繞組 包括將該每個(gè)繞組分成一對(duì)感應(yīng)器部分的中心抽頭；以及具有三個(gè)電容器的三相輸入電容器組，其以Y字結(jié)構(gòu)一端連 接到三個(gè)中心抽頭，相對(duì)端連接到公共點(diǎn)；其中該三相輸入電容器組被配置為基本對(duì)高于 一預(yù)定基頻的 頻率提供短路用以通過該三相電容器組避開高于一預(yù)定基頻的頻率， 同時(shí)讓該預(yù)定基頻傳到所述轉(zhuǎn)換器級(jí)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的冷卻器系統(tǒng)，還包括用于過濾與變速 驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的共模和差模電流的輸出過濾器，該輸出過濾器包括三個(gè)電容器構(gòu)成的第一輸出電容器組，所述第一輸出電容器組的三個(gè)電容器中的每一個(gè)以Y字結(jié)構(gòu)連接到感應(yīng)器的一輸出相；以及所述第一輸出電容器組的三個(gè)電容器中的每一個(gè)在與輸出相連接 相對(duì)的端共同連接；公共電容器連接還連接到大地。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的冷卻器系統(tǒng)，其中所述輸出過濾器還 包括輸出感應(yīng)器，其具有三個(gè)與逆變器級(jí)的輸出相串聯(lián)連接的輸出相 繞組；以及三個(gè)電容器構(gòu)成的第二輸出電容器組，所述第二輸出電容器組的 每個(gè)電容器以Y字結(jié)構(gòu)連接到所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載側(cè)；其中基本從所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載側(cè)去除由差模電壓分量引起的 電流，并防止其流到連接到所述輸出感應(yīng)器的負(fù)載。
全文摘要
用于具有有源逆變器的改進(jìn)的變速驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)和方法，包括用于過濾共模和差模電流的輸入過濾器。一三相感應(yīng)器具有三個(gè)繞組，該三相感應(yīng)器的每個(gè)繞組具有將該每個(gè)繞組分成一對(duì)感應(yīng)器部分的中心抽頭；以及，三相輸入電容器組，其以Y字結(jié)構(gòu)一端連接到三個(gè)中心抽頭，相對(duì)端連接到公共點(diǎn)。該三相輸入電容器組對(duì)高于一預(yù)定基頻的頻率提供短路用以通過該三相電容器組避開這樣的頻率，同時(shí)讓該預(yù)定基頻傳到輸入AC電源。
文檔編號(hào)H02M5/458GK101589538SQ200880002745
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者H·R·施尼茨卡, I·杰德瑞克, S·阿迪杰馬諾爾 申請(qǐng)人:江森自控科技公司