СИСТЕМА И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЙ ГАРМОНИК НА СИСТЕМУ ДОСТАВКИ ЭНЕРГИИ Российский патент 2010 года по МПК H02M1/12 H02M5/257 H02P27/04 

Ссылки на связанные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет находящейся на рассмотрении предварительной заявки США № 60/715,781, озаглавленной “A system and method to minimize harmonics for active controlled AC-AC power supply” (Система и способ для минимизации гармоник для активно управляемого АС-АС источника питания), поданной 9 сентября 2005, и включает ее посредством ссылки во всей ее полноте.

Заявление о поддерживаемых правительством исследованиях

Не применимо.

Заявление о сторонах соглашения о совместных исследованиях

Не применимо.

Включение посредством ссылки материалов на диске

Не применимо.

Предпосылки

Источник питания для управления потоком энергии между первой системой переменного тока (АС) и второй системой АС требуется во множестве коммерческих и промышленных применений, таких как управление работой двигателя переменного тока. Некоторые такие источники питания преобразуют энергию с первой частоты и напряжения на вторую частоту и напряжение. Один путь для реализации такой системы заключается в использовании одного или более элементов питания, которые включают в себя два твердотельных преобразователя с промежуточной линией постоянного тока (DC). Элемент питания является электрическим устройством, которое имеет вход трехфазного переменного тока и выход однофазного переменного тока. Одна такая система описана в патенте США № 5,625,545 на имя Hammond, раскрытие которого включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте.

Элементы питания могут быть нерегенеративными и регенеративными. Нерегенеративные элементы питания могут возбуждать двигатель, но не могут управлять потоком тока для торможения двигателя путем поглощения регенеративной мощности. Регенеративные элементы питания имеют возможность поглощения регенеративной мощности и, факультативно, возврата ее к источнику, тем самым позволяя элементу принимать участие в торможении двигателя. В последнее время разработаны коммутирующие приборы, такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), которые позволяют элементу питания способствовать как возбуждению, так и торможению двигателя. Например, ссылаясь на фиг. 1, элемент 160 питания включает в себя активный входной каскад 162, который служит в качестве трехфазного моста, так как он принимает мощность от специальных трехфазных вторичных обмоток трансформатора через вход 142. Элемент 160 также содержит множество входных переключателей 170-175, которые могут представлять собой двунаправленные приборы с управлением по току, такие как IGBT или другие транзисторы, тиристоры или другие переключающие устройства. Хотя на фиг. 1 показаны шесть транзисторов в формате моста, в данном примере три пары из двух транзисторов каждая, соединенные параллельно DC выводам, могут использоваться другие количества и типы входных переключателей. Входные переключатели управляют DC шиной напряжения в элементе. Секция 166 DC фильтра включает в себя один или более конденсаторов 168. Остальная часть элемента может включать в себя выходной каскад 164, такой как Н-мостовой инвертор, выполненный из четырех выходных переключателей 131-134, каждый из которых соединен параллельно выходу или DC выводам активного входного каскада 162 и DC фильтра 166 для доставки АС мощности на выход 144.

Схема, включающая в себя элементы питания, такие как 160 на фиг. 1, при подсоединении к нагрузке, такой как двигатель, может подавать мощность от входного источника к двигателю при работе в режиме двигателя. Когда используются секции 162 входного преобразователя, такие как показанные на фиг. 1, события переключения возбуждения могут генерировать токи гармоник. Токи гармоник могут также генерироваться, когда однофазная секция инвертора соединена с двигателем. Гармоники могут смешиваться, если множество элементов имеют переключатели, которые работают в одно и то же время.

В патенте США 5625545 раскрывается, что трансформатор с множеством обмоток может использоваться для снижения токов гармоник, создаваемых однонаправленными или нерегенеративными элементами питания. Однако этот способ не всегда может снижать гармоники в регенеративных элементах питания до желательного уровня. Другие способы, такие как использование задающего тактового генератора для генерации синхронизированных несущих и приложения несущих к множеству преобразователей, соединенных с трансформатором, имеющим не сдвинутые по фазе вторичные обмотки, не являются полностью эффективными, и многие увеличивают сложность привода и затраты.

Настоящее раскрытие описывает попытки снижения гармоник, создаваемых работой элемента питания, имеющего двунаправленные переключающие приборы.

Сущность изобретения

В одном варианте осуществления способ управления системой доставки энергии включает в себя приведение в действие системы, содержащей множество элементов питания, которые электрически соединены с первым трансформатором, содержащим одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам. Каждый элемент включает в себя множество переключающих приборов. Способ может содержать управление хронированием активации переключающих приборов в каждом элементе, так что эффективная частота активации для всех из элементов, как отражается на первичную обмотку, по меньшей мере, в три раза больше, чем частота переключения любого индивидуального элемента. Управление может не требовать использования синхронизирующего тактового сигнала в некоторых вариантах осуществления. Например, управление может включать в себя определение угла сдвига несущей, подачу угла сдвига несущей на первый элемент питания и синхронизацию первым элементом питания несущего сигнала с первым вторичным напряжением на основе угла сдвига несущей. Способ также может включать в себя синхронизацию каждым дополнительным элементом в системе дополнительного несущего сигнала с вторичным напряжением для каждого дополнительного элемента. Несущие сигналы для каждого элемента могут быть чередующимися, так что они распределяются, по существу, равномерно при отражении к первичным обмоткам трансформатора источника. Несущий сигнал может также управлять хронированием реализации команд, которые управляют переключающими приборами, такими как переключающие приборы, которые являются частью секции AC-DC-преобразователя элемента. Когда множество элементов определяет, что команды переключения должны быть реализованы, то угол сдвига несущей для каждого элемента может гарантировать, что команды эффективно чередуются, как отражается на первичную обмотку трансформатора. Команда может быть реализована первым элементом питания на частоте, по существу, равной кратному значению фундаментальной частоты. Угол сдвига несущей может представлять фазовое соотношение между несущим сигналом первого элемента и первым вторичным напряжением.

Факультативно способ также может включать в себя приведение в действие второй системы, содержащей второй трансформатор и второе множество элементов питания, причем второй трансформатор содержит одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, причем первичные обмотки второго трансформатора электрически соединены с первичными обмотками трансформатора источника в общей точке, и каждый элемент питания во второй системе генерирует несущий сигнал. Несущие сигналы для каждого элемента во второй системе могут чередоваться, так что они распределены, по существу, равномерно, когда отражаются к первичным обмоткам второго трансформатора.

В альтернативном варианте осуществления способ для приведения в действие системы доставки энергии включает в себя приведение в действие системы, содержащей множество элементов питания, которые электрически соединены с первым трансформатором, содержащим одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам. Каждый элемент включает в себя множество переключающих приборов. Первая вторичная обмотка электрически подсоединена для доставки энергии к первому элементу питания. Способ может содержать определение угла сдвига несущей, подачу угла сдвига несущей на первый элемент питания и синхронизацию первым элементом питания несущего сигнала с первым вторичным напряжением на основе угла сдвига несущей. Способ также может включать в себя, для второго элемента, который соединен с второй вторичной обмоткой трансформатора источника, причем вторая вторичная обмотка имеет напряжение, которое сдвинуто по фазе по отношению к напряжению первой вторичной обмотки, синхронизацию второго несущего сигнала с вторым вторичным напряжением с использованием второго угла сдвига несущей. Несущие сигналы для каждого элемента, который электрически соединен с трансформатором источника, могут быть чередующимися, так что они распределяются, по существу, равномерно при отражении к первичным обмоткам трансформатора источника. Несущие сигналы могут также управлять хронированием реализации команд, которые управляют переключающими приборами, и синхронизация управляет хронированием активации переключающих приборов в каждом элементе, так что эффективная частота активации для всех из элементов, как отражается на первичную обмотку, по меньшей мере, в три раза выше, чем частота переключения индивидуального элемента. Переключающие приборы могут быть частью секции AC-DC-преобразователя элемента. Когда множество элементов определяет, что команды переключения должны быть реализованы, команды могут эффективно чередоваться, как отражается к первичной обмотке трансформатора. Команда может быть реализована первым элементом питания на частоте, по существу, равной кратному значению фундаментальной частоты. Угол сдвига несущей может представлять фазовое соотношение между сигналом несущей первого элемента и первым вторичным напряжением.

В альтернативном варианте осуществления способ приведения в действие системы доставки энергии может включать в себя приведение в действие системы, содержащей множество элементов питания, которые электрически соединены с машиной с множеством обмоток, содержащей одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам. Способ содержит определение для каждого элемента в наборе элементов питания угла сдвига несущей и синхронизацию каждым элементом в наборе несущего сигнала с вторичным напряжением для элемента на основе угла сдвига несущей, определенного для элемента. Несущий сигнал для каждого элемента управляет хронированием работы переключающих приборов в каждом элементе. Частота переключения для всех элементов может быть, по меньшей мере, в три раза больше, чем частота переключения для несущего сигнала любого индивидуального элемента.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - принципиальная схема, показывающая примерные характеристики элемента питания, имеющего двунаправленные переключающие приборы,

Фиг. 2 - схема, содержащая множество элементов питания, соединенных с нагрузкой,

Фиг. 3 - примерный сигнал управления и несущий сигнал для управления элементом питания,

Фиг. 4 - диаграмма потока обработки, описывающая примерный способ синхронизации фазового угла напряжения элементов питания,

Фиг. 5 - иллюстрация примерного распределения несущего сигнала, как отражается на первичную обмотку трансформатора,

Фиг. 6 - примерный график фазы напряжения и тока, доставляемого в нагрузку,

Фиг. 7 - примерный график тока после применения способов синхронизации несущей,

Фиг. 8 - примерный график напряжения после применения способов синхронизации несущей.

Детальное описание

Перед описанием предложенных способов, систем и материалов следует понять, что это раскрытие не ограничено конкретными описанными методологиями, системами и материалами, так они могут изменяться. Также следует понимать, что терминология, использованная в описании, предназначена для целей описания конкретных версий или вариантов осуществления и не предназначается для ограничения объема. Например, как используется здесь и в приложенной формуле изобретения, форма единственного числа включает ссылки на множественное число, если только контекст не предписывает иное. Кроме того, слово «содержит» означает «включает в себя, но не ограничено указанным». Если не определено иначе, все технические и научные термины, использованные здесь, имеют те же самые значения, как это обычно понимается специалистом в данной области техники.

В различных вариантах осуществления многоуровневая схема питания включает в себя множество элементов питания для возбуждения нагрузки. Фиг. 2 иллюстрирует примерный вариант осуществления схемы, имеющей такие элементы питания. На фиг. 2 трансформатор 210 подает трехфазную мощность среднего напряжения на нагрузку 230, такую как трехфазный асинхронный двигатель, через набор однофазных инверторов (также называемых элементами питания). Как используется здесь, термин «трансформатор» предназначается для включения любой машины с множеством обмоток, которая обычно находится на стороне питания системы. Трансформатор 210 включает в себя первичные обмотки 212, которые возбуждают ряд вторичных обмоток 214-225. Хотя первичная обмотка 212 показана как имеющая конфигурацию соединения звездой, ячеистая конфигурация также возможна. Кроме того, хотя вторичные обмотки 214-225 показаны как имеющие ячеистую конфигурацию, также возможны вторичные обмотки, конфигурированные соединением звездой, или может использоваться комбинация обмоток, соединенных звездой или ячейками. Кроме того, число вторичных обмоток, показанное на фиг. 2, является просто иллюстративным, и возможны другие количества вторичных обмоток. Эта схема может использоваться для применений среднего напряжения или, в некоторых вариантах осуществления, для других применений. Как использовано здесь, среднее напряжение означает номинальное напряжение больше, чем 690 вольт (В), и меньше, чем 69 киловольт (кВ). В некоторых вариантах осуществления среднее напряжение может включать в себя напряжения между примерно 1000 В и примерно 69 кВ. В вариантах, описанных здесь, каждая вторичная обмотка сдвинута по фазе относительно первичной обмотки и других вторичных обмоток на предварительно определенную величину на основе конфигурации обмоток. Примерные углы фазового сдвига могут быть около 0^о, +30^о, 0^о и -30^о. Возможны другие фазовые сдвиги.

Любое количество трехфазных наборов элементов питания может быть соединено между трансформатором 210 и нагрузкой 230. Элементы питания могут включать в себя элементы такие, как те, которые имеют конфигурацию, показанную на фиг. 1, или элементы питания могут включать в себя элементы, имеющие одну или более других конфигураций. Ссылаясь на фиг. 2, система может включать в себя первый набор или «ранг» элементов питания 251-253 по трем фазам нагрузки, второй ранг элементов питания 261-263, третий ранг элементов питания 271-273 и четвертый ранг элементов питания 281-283. Возможно меньше четырех рангов и более четырех рангов. Центральная система 295 управления посылает командные сигналы на локальный контроллер 292 и/или средства контроля уровня элемента питания по волоконно-оптической или иной проводной или беспроводной коммуникационной среде 290.

Ссылаясь на фиг. 1 и 2, выпрямленный ток подается на DC-фильтр 166, а переменный ток подается на выход 144 элемента, на основе управляющих сигналов, которые транзисторы 131-134 и 170-175 принимают от локального контроллера 292 модуляции. Контроллер 292 выбирает, какие транзисторы должны быть включены или выключены, тем самым модулируя мощность, которая подается на выход 144. Факультативно, коммуникационные цепи, такие как волоконно-оптические линии 290 управления модулятора, могут быть использованы для электрической изоляции всех цепей в любом одном элементе от всех цепей в любом другом элементе и для снижения эффектов электромагнитных взаимных помех, которые могут создаваться между локальным контроллером 292 и главным контроллером 295 модуляции. Локальный контроллер 292 модуляции может принимать мощность от источника питания локального управления, который может быть электрически соединен с входом цепи вторичной обмотки.

Фиг. 3 показывает возможный путь использования несущего сигнала для управления элементом питания, таким как устройство AC/DC-преобразования мощности, описанное здесь. В основном, сигнал управления может генерироваться для каждой выходной линии питания. Кроме того, каждый элемент питания может включать в себя схему, которая генерирует несущий сигнал, такой, например, как треугольный сигнал, имеющий фиксированное фазовое соотношение с напряжением, которое несущий сигнал принимает от его электрически соединенной вторичной обмотки трансформатора. Ссылаясь на фиг. 2, в архитектуре данного примера каждая выходная линия питания, А, В, С, имеет четыре постоянно соединенных элемента питания, например А1, А2, А3 и А4. Выход каждого элемента питания может суммироваться для формирования составного сигнала выходной линии питания. Кроме того, составные сигналы выходных линий питания для каждой из выходных линий питания А, В, С, соответственно, могут суммироваться для формирования составного полного выходного сигнала, который может быть подан на нагрузку.

На фиг. 3 сигнал 310 управления для выходной линии питания колеблется с частотой, равной или по существу равной фундаментальной частоте первичной обмотки трансформатора, например такой как 50 Гц или 60 Гц. Сигнал 310 управления сравнивается с треугольным несущим сигналом, показанным как 320, колеблющимся с предварительно выбранной частотой переключения, такой, например, как 1 кГц. Сигнал 320 несущей является колебанием треугольной формы, имеющим частоту, которая является кратным значением, предпочтительно нечетным целым кратным фундаментальной частоты сигнала 310 управления. Несущий сигнал контролирует, когда команды выполняются элементом питания, и тем самым несущий сигнал управляет переключением приборов внутри каждого элемента. Например, каждый раз, когда несущий сигнал 320 и сигнал 310 управления пересекаются, может задействоваться команда для приведения в действие одного или более приборов переключения внутри элемента. Ссылаясь на фиг. 1, приборы переключения, которые срабатывают по командам, могут представлять собой приборы 170-175, такие как те, которые находятся во входном каскаде 162 (например, секция AC-DC-преобразователя). Действительная команда (т.е. переключатели, выбранные для срабатывания) может зависеть от напряжения, поставляемого от трансформатора источника, сигналов, принимаемых от системы управления, и/или других факторов.

Каждый несущий сигнал в элементе питания сдвинут по фазе на определенную величину относительно как его соответствующей вторичной обмотки трансформатора, так и несущих сигналов для других элементов питания в системе. Фазовый сдвиг может зависеть от числа элементов в приводе, позиции элемента в приводе и относительного фазового сдвига между соответствующим напряжением вторичной обмотки и первичной обмотки. Фазовый сдвиг каждого несущего сигнала обеспечивает возможность чередования несущих сигналов, если смотреть со стороны первичной обмотки трансформатора источника, как может видеть, например, на фиг. 5, где показано множество чередующихся несущих сигналов, включая 510, 520 и 530, как отображается на первичную обмотку трансформатора источника. Как видно из фиг. 5, сигналы, по существу, равномерно распределены, так что нет перекрытия сигналов, и расстояние между пиками является, по существу, равномерным по всем несущим сигналам.

Результатом такого фазового сдвига может быть то, что эффективная составляющая частоты переключения на первичных обмотках трансформатора источника будет увеличена, по меньшей мере, в три раза от f_c (т.е. где синхронизация выполняется для, по меньшей мере, трех элементов в системе) вплоть до N·f_c, где N - число элементов питания и f_c - несущая частота в индивидуальном элементе питания. В общем, несущий сигнал каждого элемента будет иметь, по существу, ту же несущую частоту, что и несущие сигналы других элементов.

Согласно фиг. 4, в способе снижения гармоник тока контролер локальной модуляции или другое устройство может контролировать или принимать 410 первичное напряжение входного источника (т.е. напряжение первичной обмотки трансформатора). Как показано на фиг. 2, каждый элемент 251-283 электрически соединен с вторичной обмоткой 214-225 трансформатора 210 источника. Согласно фиг. 4, элементы контролируют или принимают 412 вторичное напряжение и подают 414 напряжение на контроллер локальной модуляции, где контроллер вычисляет угол 416 сдвига несущей с использованием данных фазы первичной обмотки трансформатора, данных фазы вторичной обмотки трансформатора, числа элементов в приводе и параметра сдвига несущей привода. Может быть использован любой подходящий метод определения фазового сдвига между несущими сигналами для цепи питания или привода, имеющего трансформатор с множеством обмоток со сдвинутыми по фазе вторичными обмотками.

Как отмечено выше и показано на фиг. 2, несущая 320 является колебанием треугольной форы с частотой, которая является целым кратным фундаментальной частоты 310. В некоторых случаях несущая для каждого элемента питания может описываться как сформированная согласно формуле: 2·arcsine(sine(2_C+2_C0))/B, а значение 2₀ фазового сдвига (330 на фиг. 3) представляет значение для каждого элемента, которое будет чередовать несущие для всех элементов в системе, как показано на фиг. 5. Значения, приведенные выше, можно дополнительно понять с учетом следующего:

T_c=H_N•T_f - это частота несущей, которая отслеживается фазоследящей цепью в элементе питания до целого кратного фундаментальной частоты с предварительно определенного фазового угла 2_С0.

2_С= - это угол несущей как функция времени.

2_С0= 2_CR + H_N•2₀ - это опорный угол несущей, настроенный другим углом 2₀ так, что несущая, при отражении на первичную обмотку трансформатора, чередуется с несущими других элементов питания.

2₀=(2_v•H_N - (2B/N•(Trunc(R/3)+P+2_R))modulo 2B)/H_N

В этом уравнении, при заданных N элементах, пронумерованных от 0 до N-1 и 2_v значении для каждого элемента, 2₀ определяется как угол, который будет чередовать несущие для всех элементов в цепи.

В уравнениях, приведенных выше:

2_С - угол несущей (в радианах);

2_С0 - сдвиг несущей в опорном кадре несущей;

2_CR - опорный угол несущей (который может быть произвольным постоянным значением, которое равно во всех элементах);

2₀ - сдвиг несущей в фундаментальном опорном кадре;

2_v - разность между углом первичного и вторичного напряжения (или, в альтернативном варианте осуществления, фазовое соотношение между вторичным напряжением и выбранным опорным колебанием, таким как другое вторичное напряжение);

2_R - начальный сдвиг несущей в фундаментальном опорном кадре для всего блока привода;

H_N - умножитель фундаментальной к несущей частоте (любое целое значение);

Т_с - несущая частота (в радианах в секунду);

T_f - фундаментальная частота (в радианах в секунду);

N - общее число элементов на выходную фазу;

R - местоположение элемента, пронумерованного с 0 до N-1;

P - выходная фаза, которую содержит элемент (-2В.3 для А, 0 для В, 2В.3 для С).

2₀ значение, необходимое для чередования несущих, может быть вычислено многими различными способами, и вычисления могут изменяться на основе от элемента к элементу. Угол сдвига несущей представляет фиксированное фазовое соотношение между несущим сигналом элемента и вторичным напряжением трансформатора, выдаваемым в элемент. Вычисления, приведенные выше, представляют один пример, и изобретение, описанное здесь, не ограничено вышеприведенным вычислением. Любой другой метод вычисления угла сдвига несущей в фундаментальном опорном кадре также может быть использован. Приведенное для примера вычисление требует элемент, который может поддерживать несущую синхронизированной с его вторичным фундаментальным напряжением при желательном угле относительно такого напряжения, и метод определения разности между первичным напряжением и вторичным напряжением каждого элемента. Могут быть использованы любые методы вычисления, известные в настоящее время или впоследствии.

В способах, описанных здесь, хотя задающий тактовый генератор может использоваться для определения начального значения сдвига, задающий тактовый генератор не требуется использовать при выполнении синхронизации, так как система определила установленное фазовое соотношение для каждого несущего сигнала к фундаментальному. Таким образом, синхронизирующий тактовый сигнал не требуется после того, как определен начальный сдвиг.

Контроллер может затем подавать 418 угол сдвига несущей на соответствующий элемент со сдвигом фазового угла по отношению к фундаментальному линейному напряжению, которое приводит в результате к несущему сигналу, чередующемуся с другими несущими сигналами, доставляемыми к другим элементам питания. Угол сдвига несущей может быть предоставлен в элемент как синхронизирующий сигнал, который представляет соотношение фазового угла между входным напряжением (например, напряжением источника или первичным напряжением трансформатора) и действительным вторичным напряжением в каждом элементе. Сигнал синхронизации может быть частью несущей PWM или он может быть предоставлен как отдельный сигнал. Затем элемент синхронизирует 420 свой несущий сигнал с вторичным сигналом с использованием угла сдвига, который он получает от контроллера.

На фиг. 5 иллюстрируется, каким образом множество несущих сигналов, таких как 510, 520, 530 и т.д., для множества элементов могут чередоваться друг с другом синхронизированным образом по отношению к опорному сигналу 550, как отражается на первичные обмотки трансформатора источника. Каждый элемент может иметь свой собственный опорный сигнал, и опорные сигналы для каждого элемента будут подобными, но не обязательно теми же самыми. Несущий сигнал в каждом элементе будет определять, когда команда переключения возникает в этом элементе. Как показано на фиг. 5, поскольку каждый несущий сигнал сдвинут по фазе относительно несущих сигналов из других элементов на предварительно определенную величину (2₀), то эффект команд переключения для каждого элемента, как отражается на первичную обмотку трансформатора, будет разнесен на интервале времени, основанном на 2₀ значении, или промежутке чередования. Таким образом, вместо того, чтобы все элементы эффективно реализовывали бы одну и ту же операцию переключения в одно и то же время (что вызвало бы значительные гармонические искажения), эффект операций переключения на первичной обмотке трансформатора возникает в быстрой последовательности, основываясь на, по существу, равномерном сдвиге несущих сигналов. Кроме того, поскольку эффективная частота несущих сигналов, наблюдаемых в первичной обмотке трансформатора источника, относительно высока (например, порядка f_c·N), гармоники могут быть дополнительно сглажены, так как импеданс трансформатора источника сам может фильтровать некоторые или все из высокочастотных гармоник.

В некоторых вариантах осуществления множество приводов могут быть соединены с одним трансформатором или с группой трансформаторов, совместно использующих общую первичную обмотку. В такой ситуации множество приводов могут иметь свои несущие сигналы чередующимися за счет настройки угла сдвига (2_R) несущей привода для каждого привода и настройки каждого привода на ту же самую несущую частоту.

В вариантах осуществления, представленных здесь, чередование несущих сигналов может увеличить частоту гармоник напряжения и снизить пики гармоник напряжения, что, в свою очередь, может снизить гармоники тока. Например, фиг. 6 иллюстрирует примерный график напряжения 610 и тока 620, доставляемых в нагрузку из привода, имеющего 21 регенеративный элемент питания, использующего трансформатор источника, рассчитанный на 7200 вольт первичной обмотки и 600 вольт вторичной обмотки. В данных, показанных на фиг. 6, хотя трансформатор источника имел вторичные обмотки с фазовым сдвигом, десинхронизация несущей (т.е. смещение несущих сигналов на некоторый сдвиг) не выполнялась, и на графиках видны гармоники как напряжения, так и тока. Фиг. 7 и 8 показывают графики тока 730 и напряжения 810 на той же несущей после применения способов синхронизации таких, как описанные здесь.

В некоторых вариантах осуществления чередование событий переключения может происходить с использованием известных способов иных, чем настройка несущего сигнала. Например, если пространственная векторная модуляция используется вместо способов с синусоидальным треугольным сигналом, как описано здесь, то способ может по-прежнему включать в себя чередование эффективного хронирования событий переключения, как отражается на первичную обмотку.

Другие варианты осуществления также могут быть очевидны для специалистов в данной области техники из изучения вышеизложенного описания и чертежей некоторых приведенных для примера вариантов осуществления. Следует иметь в виду, что возможны многочисленные вариации, модификации и дополнительные варианты осуществления и, соответственно, все такие вариации, модификации и дополнительные варианты осуществления должны рассматриваться как входящие в сущность и объем настоящей заявки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности для управления двигателем переменного тока. Техническим результатом является снижение гармоник, создаваемых работой элемента питания, имеющего двунаправленные переключающие приборы. Система доставки энергии и способ приведения ее в действие включает в себя множество элементов питания, которые электрически соединены с машиной с множеством обмоток, содержащей одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам. Способ содержит определение, для каждого элемента в наборе элементов питания, угла сдвига несущей и синхронизацию, каждым элементом в наборе, несущего сигнала с вторичным напряжением для элемента на основе угла сдвига несущей, определенного для элемента. Несущий сигнал для каждого элемента управляет хронированием работы переключающих приборов в каждом элементе. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ управления системой доставки энергии, содержащий: приведение в действие системы, содержащей множество элементов питания, которые электрически соединены с первым трансформатором, содержащим одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам, причем каждый элемент включает в себя множество переключающих приборов, и управление временем активации переключающих приборов в каждом элементе, так что эффективная частота активации для всех из элементов, по меньшей мере, в три раза больше, чем эффективная составляющая частоты переключения на первичных обмотках при переключении любого индивидуального элемента.

2. Способ по п.1, в котором управление не требует использования синхронизирующего тактового сигнала.

3. Способ по п.1, в котором управление включает в себя: определение угла сдвига несущей, подачу угла сдвига несущей на первый элемент питания и синхронизацию первым элементом питания несущего сигнала с первым вторичным напряжением на основе угла сдвига несущей.

4. Способ по п.3, дополнительно содержащий синхронизацию каждым дополнительным элементом в системе дополнительного несущего сигнала с вторичным напряжением для каждого дополнительного элемента.

5. Способ по п.3, в котором несущие сигналы для каждого элемента являются чередующимися так, что они распределяются, по существу, равномерно при отражении к первичным обмоткам трансформатора источника.

6. Способ по п.3, в котором несущий сигнал также управляет временем выполнения команд, которые управляют переключающими приборами.

7. Способ по п.6, в котором переключающие приборы являются частью секции AC-DC-преобразователя элемента.

8. Способ по п.6, в котором, когда множество элементов определяют, что команды переключения должны быть реализованы, угол сдвига несущей для каждого элемента обеспечивает то, что команды эффективно чередуются, как отражается на первичную обмотку трансформатора.

9. Способ по п.8, в котором: команда реализуется первым элементом питания на частоте, по существу, равной кратному значению фундаментальной частоты.

10. Способ по п.3, в котором угол сдвига несущей представляет фазовое соотношение между несущим сигналом первого элемента и первым вторичным напряжением.

11. Способ по п.3, дополнительно содержащий: приведение в действие второй системы, содержащей второй трансформатор и второе множество элементов питания, причем: второй трансформатор содержит одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, первичные обмотки второго трансформатора электрически соединены с первичными обмотками трансформатора источника в общей точке, и каждый элемент питания во второй системе генерирует несущий сигнал; при этом несущие сигналы для каждого элемента во второй системе чередуются, так что они распределены, по существу, равномерно, когда отражаются на первичные обмотки второго трансформатора.

12. Способ приведения в действие системы доставки энергии, содержащий: приведение в действие системы, содержащей множество элементов питания, которые электрически соединены с первым трансформатором, содержащим одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам, причем каждый элемент включает в себя множество переключающих приборов; при этом первая вторичная обмотка электрически подсоединена для доставки энергии к первому элементу питания; определение угла сдвига несущей; подачу угла сдвига несущей на первый элемент питания; синхронизацию первым элементом питания несущего сигнала с первым вторичным напряжением на основе угла сдвига несущей; и для второго элемента, который соединен со второй вторичной обмоткой трансформатора источника, причем вторая вторичная обмотка имеет напряжение, которое сдвинуто по фазе по отношению к напряжению первой вторичной обмотки, синхронизацию второго несущего сигнала с вторым вторичным напряжением с использованием второго угла сдвига несущей.

13. Способ по п.12, в котором несущие сигналы для каждого элемента, который электрически соединен с трансформатором источника, являются чередующимися так, что они распределяются, по существу, равномерно при отражении к первичным обмоткам трансформатора источника.

14. Способ по п.12, в котором: несущие сигналы для каждого элемента также управляют хронированием выполнения команд, которые управляют переключающими приборами; и синхронизация управляет временем активации переключающих приборов в каждом элементе так, что эффективная составляющая частоты переключения на первичных обмотках при активации для всех из элементов, по меньшей мере, в три раза выше, чем эффективная составляющая частота переключения на первичных обмотках при переключении любого индивидуального элемента.

15. Способ по п.14, в котором переключающие приборы являются частью секции AC-DC-преобразователя элемента.

16. Способ по п.14, в котором, когда множество элементов определяют, что команды переключения должны быть реализованы, команды эффективно чередуются, как отражается на первичную обмотку трансформатора.

17. Способ по п.14, в котором: команда выполняется первым элементом питания на частоте, по существу, равной кратному значению фундаментальной частоты.

18. Способ по п.12, в котором угол сдвига несущей представляет фазовое соотношение между сигналом несущей первого элемента и первым вторичным напряжением.

19. Способ приведения в действие системы доставки энергии, содержащий: приведение в действие системы, содержащей множество элементов питания, которые электрически соединены с машиной с множеством обмоток, содержащей одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам; определение для каждого элемента в наборе элементов питания угла сдвига несущей; и синхронизацию каждым элементом в наборе несущего сигнала с вторичным напряжением для элемента на основе угла сдвига несущей, определенного для элемента; причем несущий сигнал для каждого элемента управляет временем работы переключающих приборов в каждом элементе.

20. Способ по п.19, в котором частота переключения для всех элементов может быть, по меньшей мере, в три раза больше, чем частота переключения для несущего сигнала любого индивидуального элемента.

21. Система доставки энергии, содержащая: множество элементов питания, которые электрически соединены с первым трансформатором, содержащим одну или более первичных обмоток и множество вторичных обмоток, так что каждый элемент электрически соединен с одной из вторичных обмоток, и множество вторичных обмоток сдвинуты по фазе по отношению к первичным обмоткам; и множество переключающих приборов, включенных в каждый элемент, синхронизировано, причем синхронизация активации переключающих приборов в каждом элементе обеспечивает то, что эффективная составляющая частоты переключения на первичных обмотках при активации для всех из элементов, по меньшей мере, в три раза больше, чем эффективная составляющая частоты переключения на первичных обмотках при переключении любого индивидуального элемента.

22. Система по п.21, в которой синхронизирующий тактовый сигнал не требуется для активации переключающих приборов.

23. Система по п.21, в которой эффективная частота определяется углом сдвига несущей, подачей угла сдвига несущей на первый элемент питания и синхронизацией первым элементом питания несущего сигнала с первым вторичным напряжением на основе угла сдвига несущей.

24. Система по п.21, в которой каждый элемент включает в себя несущий сигнал, чередующийся так, что они распределены, по существу, равномерно при отражении к первичным обмоткам трансформатора источника.