专利名称：从混合dc和单相ac功率源来操作三相再生驱动器的利记博彩app
从混合DC和单相AC功率源来操作三相再生驱动器
背景技术：
本发明一般涉及功率控制系统。具体而言，本发明涉及三相再生驱动器的操作。三相再生驱动器在工业中在要求经常加速和减速的应用中或当移动承受重力的物体时使用。此类应用的示例包括起重机和电梯。在这些应用中，电动机驱动模式中相当大的能量存储在承受加速或重力的物质中。此存储的能量在与重力的方向一致的运动或减速期间返回。再生驱动器一般包括输入或电力设施(power utility)侧上的变换器和电动机侧上的逆变器。变换器和逆变器均分享公共DC总线。逆变器的功率需求在再生驱动器的设计中通过输入侧上变换器的适当功率容量(power capability)来匹配。再生驱动器已被引入电梯系统以操作通过电梯通道向上或向下移动电梯车厢的电梯提升电动机。操作电梯的功率需求范围从正(其中使用外部生成的功率(例如来自电力设施))到负(其中电梯中的负载驱动电动机，因而它作为发电机产生电)。使用电动机作为发电机产生电通常称为再生。在常规系统中，如果再生能量不提供到电梯系统的另一组件或者返回到公用电网，则它通过动态制动电阻器或其它负载而消散。在此配置中，所有需求依赖电力设施供应功率到电梯系统，甚至在峰值功率状况期间(例如，在多于一个电动机同时启动时或者在高需求期间内)。因此，输送来自电力设施的功率的电梯系统的组件需要进行调整大小以适应峰值功率需求，这可能是更费成本的并且要求更多空间。此外，消散的再生能量未使用，由此降低了功率系统的效率。另外，电梯驱动器系统一般设计成在来自电源的特定输入电压范围上操作。驱动器的组件具有电压和电流额定值，当电源保持在指定的输入电压范围内时，这些额定值允许驱动器持续操作。再生驱动器一般在均衡的三相功率输入上操作。然而，有时三相功率输入不可用。 例如，在初始电梯系统安装期间，到建筑现场的三相电源可能不可用。在电梯系统安装期间最多只有单相功率可以使用。也可能存在单相功率是长期可用的唯一 AC功率的情况。存在对于甚至在电梯安装期间三相功率不可用时能够利用三相再生驱动器机器的需要。另外，存在甚至在三相功率不可用时三相再生驱动器也将有用的情况。PCT专利申请WO 2006/022725解决了能够使用单相功率来操作三相再生驱动器的需要。单相AC源将一般具有比从三相均衡AC源可用电压级别低1. 73到2倍的电压级别，并且功率只从一个相位而不是3个相位输送。结果，单相AC源可能不能提供再生驱动器正常操作的所要求的功率。如果由于一般更低的电压且仅从单个相位而不是三个相位可用的原因而增大从单相AC源汲取的电流以满足负载需求，则增大的电流可能超过再生驱动器的输入/变换器侧的电流能力。因此，三相变换器在从单相系统操作时可能不能提供足够的功率以满足负载(例如，电梯提升电动机)的正常操作要求。
发明内容
三相再生驱动器包括三相变换器、三相逆变器、连接变换器和逆变器的DC总线以及提供控制信号以操作三相变换器和三相逆变器的控制器。在本发明中，通常连接到3相源的3相变换器具有连接到单相AC功率源和DC功率源的输入端子。控制器基于表示单相
4AC功率源和DC源的相应电流贡献的贡献因数，控制变换器的操作。视贡献因数而定，三相再生驱动器能够使用仅单相AC功率、仅DC功率或单相AC功率和DC功率的组合来操作。
图1是包括可从混合单相AC和DC功率源来操作的三相再生驱动器的电梯功率系统的示意图。图2是示出用于使用三相AC输入功率来操作三相变换器的变换器控制的框图。图3是示出用于使用来自单相AC和DC功率源的功率来操作三相变换器的变换器控制的框图。图4是用于混合单相AC和DC功率源的三相变换器控制的框图，其中，DC总线电压纹波由DC功率源电流来控制。图5是示出用于混合单相AC和DC功率源的三相变换器控制的框图，带有对于用作AC功率源的电池或超电容的电荷均衡控制。
具体实施例方式图1是功率系统10的示意图，该系统包括单相AC功率源12、DC功率源14、输入线路电感器16R、16S、16T、输入电流传感器18、再生驱动器20 (包括功率变换器22、DC总线 M、平滑电容器沈及功率逆变器28)、电流传感器30、电梯32 (其包括提升电动机34、电梯车厢36、平衡重物38、绳40及电动机位置/速度传感器4 及控制器44 (包括变换器控制 46、逆变器控制48及监管控制50)。功率系统10使用来自AC功率源12的单相AC功率和来自DC功率源14的DC功率的组合来操作电梯提升电动机34。控制器44控制功率变换器 22和功率逆变器28的操作，并确定用于驱动提升电动机34的来自AC功率源12和DC功率源14的电流的相对贡献。当电动机34正在再生成电力时，控制器44控制变换器22和逆变器24，以便根据要返回相应源的电流的相对贡献，将再生成的功率输送回AC功率源12和 DC功率源14。在电动机驱动和再生期间的相对贡献可以相同，也可以不同。例如，DC功率源14可根据其电荷状态接收更大或更小比例的再生能量。AC功率源12例如表示从电力公用电网供应的单相功率。单相AC功率一般在电压级别上比对应三相功率低1. 73到2倍。能够从单相AC源12输送的功率总量将是可操作的三相AC功率的三分之一(如果它是可用的)。功率系统10提供在来自公用电力网的三相功率不可用、但单相AC功率及DC功率可用的情况下操作三相再生驱动器20的能力。DC功率源14可包括能够存储电能的串联或并联连接的一个或多个装置。在一些实施例中，DC功率源14包括至少一个超电容器，该电容器可包括对称或非对称超电容器。 在其它实施例中，DC功率源14包括至少一个二次或可充电电池，这可包括镍镉(NiCd)Jg 酸、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li-ion)、锂离子聚合物(Li-Poly)、离子电极、镍锌、锌/ 碱/锰二氧化物、锌溴流、钒流及钠硫电池中的任何电池。在其它实施例中，诸如飞轮等其它类型的电气或机械装置能够用于存储能量，能量随后可从DC功率源14用作DC电能。DC 功率源14可包括一种类型的存储装置，或者可包括存储装置的组合。单相AC功率源12通过电感器16R和16S连接到变换器22的输入端子R和S。DC 功率源14的正极端子通过电感器16T连接到变换器22的输入端子T。DC功率源14的负极端子连接到变换器22的负极(_)端子。电流传感器18感应AC功率源12与功率变换器22之间以及DC功率源14与功率变换器22之间的电流。感应的电流信号(IJ提供到控制器44，在控制器中，它们由变换器控制46用于控制功率变换器22的操作。功率变换器22是三相双向功率变换器，它通过控制从连接到R、S和T输入端子的输入线路进入再生驱动器20的有效功率/电流来控制DC总线链路电压Vde并将它保持在选定级别。在再生期间，变换器22通过控制从R、S和T端子回到功率源12和14的功率的流动，控制DC总线M上的电压Vd。。在图1所示实施例中，变换器22包括由功率晶体管60R 和62R形成的第一功率晶体管电路、功率晶体管60S和62S形成的第二电路及功率晶体管 60T和62T形成的第三电路。每个功率晶体管60R-60T和62R-62T例如可以是带有相关联二极管的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。每个功率晶体管60R-60T和62R-62T的受控电极(即栅极或基极)连接到变换器控制46。功率晶体管60R连接在功率变换器22的正极(+)端子与功率变换器22的输入端子R之间。功率晶体管62R连接在输入端子R与负极(-)端子之间。类似地，功率晶体管60S连接在正极端子与输入端子S之间。功率晶体管62S连接在输入端子S与负极端子之间。功率晶体管60R、60S、62R和62S—起形成用于将来自AC功率源12的单相AC功率整流为DC总线M上的DC电压的AC-DC变换器电路。在再生期间，由晶体管60R、60S、 62R和62S形成的电路能够用于将来自DC总线M的DC功率变换到AC功率，AC功率通过端子R和S供应回单相AC功率源12。功率晶体管60T和62T形成用于将来自DC功率源14的DC功率变换成DC总线M 上的DC电压的DC-DC变换器电路。功率晶体管60T连接在正极端子与输入端子T之间，并且功率晶体管62T连接在输入端子T与负极端子之间。在再生期间，晶体管60T和62T形成的电路能够用于将来自DC总线M的再生的DC功率变换为用于DC功率源14的DC充电电流。在一个实施例中，变换器控制46采用脉冲宽度调制(PWM)来提供定期开关晶体管 60R-60T和62R-62T的门控(gating)脉冲以便将来自AC源12和DC源14的输入功率变换为DC总线M上的DC功率。在再生期间，变换器控制46使用PWM门控脉冲来控制变换器22的操作，以便来自DC总线M的功率被输送回AC功率源12、DC功率源14或两者的组合。功率变换器观是三相功率逆变器，其可操作以将来自DC总线M的DC功率逆变为通过端子A、B和C输送到提升电动机34的三相AC功率。逆变器观能够双向操作，使得来自电动机；34的再生电力在端子A、B和C接收，并且变换为供应到DC总线M的DC功率。在图1所示实施例中，功率逆变器观包括由功率晶体管64A和66A形成的第一功率晶体管电路、功率晶体管64B和66B形成的第二电路及功率晶体管64C和66C形成的第三电路。每个功率晶体管64A-64C和66A-66C可以是如图1所示带有相关联二极管的绝缘栅双极晶体管。每个晶体管64A-64C和66A-66C的受控电极由逆变器控制48控制，以将DC 总线M上的DC功率逆变为三相AC输出功率，或者将三相AC再生的功率整流为供应到DC 总线M的DC功率。逆变器控制48采用PWM门控脉冲定期开关晶体管64A-64C和66A-66C以在端子A、B和C提供三相AC输出功率。电流传感器30感应在端子A、B和C来或往于逆变器28的电流。感应的电流信号供应到控制器44，在控制器中，它们由逆变器控制48用于控制逆变器观的操作。它们也可用于生成到变换器控制46的前馈控制信号。提升电动机34控制电梯车厢36与平衡重物38之间移动的速度和方向。驱动提升电动机34所要求的功率根据电梯车厢36的加速和方向及电梯车厢36中的负载而不同。 例如，如果电梯车厢36正在加速，则带有超过平衡重物38的重量的负载(S卩，重负载)向上运行，或者带有低于平衡重物38的重量的负载(S卩，轻负载)向下运行，则要求功率来驱动提升电动机34。在此情况下，提升电动机34的功率需求是正的。如果电梯车厢36带有重负载向下运行，或者带有轻负载向上运行，则电梯车厢36驱动提升电动机34并再生能量。 在负功率需求的情况下，提升电动机；34生成AC功率，该AC功率由在逆变器控制48控制下的功率逆变器观变换为DC功率。如上所述，变换的DC功率可返回到单相AC功率源12、用于为DC功率源14充电和/或在跨DC总线M连接的动态制动电阻器(未示出)中消散。 如果电梯32平稳(leveling)或带有均衡负载以固定速度运行，则它可正在使用更少量的功率。如果提升电动机34未在电动机驱动，也未在生成功率，则提升电动机34的功率需求大约为零。应注意，虽然单个电梯32示为连接到功率系统10，但功率系统10能够修改成对多部电梯32和提升电动机34供电。例如，多个功率逆变器28可跨DC总线M并联连接以提供功率到多个提升电动机；34。传感器42与提升电动机34相关联，并且提供位置反馈信号pc^m或电动机速度反馈信号Vm或这两者到控制器44。监管控制50通过在电梯行进期间控制电梯32的速度，控制电梯32的运动。监管控制50可生成电梯运动简档(profile)，该简档定义电梯34的最大加速、最大稳定状态速度及最大减速。基于电动机位置(Posm)、电动机速度(Vm)和电动机电流(Iabc)的反馈值，监管控制50提供信号到变换器控制46和逆变器控制48以调节 DC总线M上的电压和控制逆变器28的操作。如上所述，功率变换器22是三相双向功率变换器，能够将在端子R、S和T的三相 AC功率变换为在DC总线M的DC功率。然而，在图1中，三相AC源已替代为单相源12和 DC源14。在讨论基于来自单相AC源12和DC源14的组合的混合操作的功率系统10的操作前，简要回顾借助于均衡三相AC功率和借助于仅单相AC功率的功率变换器22的操作将是有帮助的。图2示出在端子R、S和T三相AC功率可用时控制功率变换器22的变换器控制 46的基本功能。变换器控制46提供脉冲宽度调制(PWM)控制脉冲到功率变换器22以便控制电力总线(power bus) M上的总线电压Vde在选定级别。这通过控制进入再生驱动器20 的有效功率/电流来实现。有效电流I,与相电压同相，而无功电流Id滞后相电压90电度 (degrees electrical)0变换器控制46从电流传感器18接收电流传感器信号I,t。电流转变块70将传感器信号Irt变换为有效电流反馈信号^和无功电流反馈信号U。电流调整由有效电流调整器72和无功电流调整器74在双相同步参照系中执行，反馈电流已通过电流转变70从三相固定参照系(R，S，T)转变到该参照系中。电流调整器72和74的输出提供到脉冲宽度调制脉冲生成器76，该生成器将PWM门控脉冲提供到晶体管60R-60T和62R-62T。基准电流I:(对于保持DC总线电压所需的有效功率/电流的需求)由DC电压调整器78生成。在此情况下，有效电流命令由于DC总线电压反馈中的误差而创建。电压调整器78仅创建总有效电流基准^中的校正项△<。为帮助DC总线电压调整的操作，从负载功
率的已知需求来创建对于电流基准的前馈命令(Ο)。前馈命令‘可由逆变器控制48提供，
并且在求和点80与ΔΓ 相加以产生基准电流I“到三相再生变换器P3ph的输入功率是P3ph = V3V IPF(1)其中V11是线路到线路电压(一般为380V到480V，并且在一些国家为-220V)I输入线路电流PF功率因数，经常保持为 1。三相输入功率是三个正弦电压和电流的乘积。对于均衡和非失真系统，功率在任何时刻对稳态状况是恒定的。在均衡状况下进入再生驱动器的恒定功率流在DC总线M上保持恒定电压，只带有DC分量而无任何更高的谐波。在通过引用结合的由Agirman，Blasko和Czerwinski提出的PCT申请WO 2006/022725中，描述了使用单相AC输入功率的三相功率变换器的操作。在单相应用中，能够从下式来计算到变换器的输入功率
权利要求
1.一种三相再生驱动器，包括三相变换器，具有用于连接到单相AC源和DC源的输入； 三相逆变器，用于连接到电动机；DC总线，连接在所述三相变换器与所述三相逆变器之间；以及控制器，用于提供控制信号到所述三相变换器以控制所述单相AC源和所述DC源对电流需求的相应贡献。
2.如权利要求1所述的三相再生驱动器，其中所述三相变换器包括第一电路，包括用于控制所述单相AC源与所述DC总线之间电流的功率晶体管的第一集合；以及第二电路，包括用于控制所述DC源与所述DC总线之间电流的功率晶体管的第二集合。
3.如权利要求2所述的三相再生驱动器，其中所述控制信号包括控制功率晶体管的所述第一集合的脉冲宽度调制(PWM)信号的第一集合和控制功率晶体管的所述第二集合的脉冲宽度调制(PWM)信号的第二集合。
4.如权利要求3所述的三相再生驱动器，其中所述控制器包括电压调整器，用于按照DC总线电压和基准电压的函数来产生电流基准； 基准划分器，用于将所述电流基准划分成与所述单相AC源相关联的第一基准和与所述DC源相关联的第二基准；AC电流控制，用于基于所述第一基准来生成AC电流控制信号；第一 PWM生成器，用于按照所述AC电流控制信号的函数来生成PWM信号的所述第一集合；DC电流控制，用于基于所述第二基准来生成DC电流控制信号；以及第二 PWM生成器，用于按照所述DC电流控制信号的函数来生成PWM信号的所述第二集I=I O
5.如权利要求4所述的三相再生驱动器，并且还包括电流传感器，用于按照所述DC源与所述DC总线之间感应的电流的函数来产生反馈信号；以及其中所述DC电流控制基于所述第二基准和所述反馈信号来生成所述DC电流控制信号。
6.如权利要求5所述的三相再生驱动器，其中所述控制器还包括纹波调整器，用于按照DC总线电压纹波的函数来产生纹波校正信号；以及其中所述DC电流控制基于所述第二基准、所述反馈信号和所述纹波校正信号来生成所述DC电流控制信号。
7.如权利要求4所述的三相再生驱动器，并且还包括用于按照来自所述DC源的电流的AC分量的函数来产生前馈信号的电路；以及用于基于所述前馈信号来修改所述第二基准的信号组合器。
8.如权利要求4所述的三相再生驱动器，并且还包括电荷状态控制，用于基于所述DC源的电荷状态以及所述DC源与所述DC总线之间的电流来提供电荷控制信号；以及信号组合器，用于基于所述电荷控制信号来修改所述第二基准。
9.如权利要求4所述的三相再生驱动器，其中所述基准划分器基于贡献因数来划分所述电流基准。
10.如权利要求9所述的三相再生驱动器，其中所述贡献因数可按照所述三相再生驱动器的操作模式的函数来选择。
11.如权利要求9所述的三相再生驱动器，其中所述贡献因数可按照以下至少之一的函数来选择所述单相AC源的容量、所述DC源的容量、所述三相逆变器和所述三相变换器的组件的容量、所述DC源的电荷状态、电梯运输简档以及公用费率。
12.—种操作再生驱动器的方法，所述再生驱动器包括变换器、逆变器和连接在所述变换器与所述逆变器之间的DC总线，所述方法包括将单相AC源和DC源连接到所述变换器； 按照DC总线电压的函数来创建电流基准； 将所述电流基准划分成第一基准和第二基准；按照所述第一基准的函数来控制所述单相AC源与所述DC总线之间的所述变换器中的电流；以及按照所述第二基准的函数来控制所述DC源与所述DC总线之间的所述变换器中的电流。
13.如权利要求12所述的方法，其中基于贡献因数来划分所述电流基准。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述贡献因数是所述再生驱动器是在电动机驱动模式、闲置模式还是再生模式中的函数。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述贡献因数可基于以下至少之一来选择所述单相AC源的容量、所述DC源的容量、所述逆变器和变换器的组件的容量、所述DC源的电荷状态以及公用费率。
16.如权利要求12所述的方法，并且还包括按照DC总线电压纹波的函数来产生纹波校正信号；以及基于所述纹波校正信号来修改所述DC源与所述DC总线之间的电流。
17.如权利要求12所述的方法，并且还包括按照来自所述DC源的电流的AC分量的函数来产生前馈信号；以及基于所述前馈信号来修改所述第二基准。
18.如权利要求12所述的方法，并且还包括按照所述DC源的电荷状态的函数来产生电荷控制信号；以及基于所述电荷控制信号来修改所述第二基准。
19.如权利要求12所述的方法，并且还包括 确定所述再生驱动器上的功率需求；以及划分所述电流基准，以便在所述功率需求小于阈值时所述第一基准等于所述电流基准，并且所述第二基准是零。
20.如权利要求12所述的方法，其中所述逆变器连接到电梯提升电动机。
全文摘要
一种三相再生驱动器(20)基于来自单相AC源(12)的功率和来自DC源(14)的功率来操作。单相AC输入功率和DC输入功率由三相变换器(22)变换为DC总线(24)上的DC电压。DC功率从DC总线(24)提供到具有连接到电动机(34)的输出的三相逆变器。控制器(44)基于在电动机驱动和再生期间AC和DC源(12，14)的贡献因数来控制三相变换器(22)的操作。控制器(44)也控制来自DC源的电流的AC分量以减少DC总线(24)上的纹波电流。
文档编号B66B1/30GK102224097SQ200880132089
公开日2011年10月19日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者I·阿吉尔曼, R·K·索恩顿, S·M·奥吉亚努, V·布拉斯科 申请人:奥的斯电梯公司