专利名称：驱动系统及相应的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种包括一驱动变流器、一永磁同步电机和一控制装置的驱动系统， 其中，所述永磁同步电机在其端子侧借助复数个连接线与所述驱动变流器的复数个输出端 导电相连，在至少两个连接线中各布置有一半导体开关，所述半导体开关在其控制侧分别 与所述控制装置的一控制输出端相连，所述控制装置在其输入端与一错误输出端相连，在 其输出端与所述驱动变流器的复数个控制输入端相连，本发明此外还涉及一种控制所述驱 动系统的方法。
背景技术：
特别如图1所示，EP 0718143A1揭示一种与本发明同类型的驱动系统。下面借助 图1对这种驱动系统进行详细说明。在图1中，3表示驱动变流器，5表示永磁同步电机，4A 表示控制装置，6a和6b表示位于至少两个连接线11和w中的开关。用作驱动变流器3的是 一自换相脉冲变流器，该脉冲变流器的变流阀是一个个由门极可关断晶闸管3a、3b、3c、3d、 3e和3f及续流二极管31构成的并联电路。每个续流二极管31均与一个门极可关断晶闸 管3a、3b、3c、3d、3e和3f反向并联。门极可关断晶闸管3a、3b、3c、3d、3e和3f也以GTO晶 闸管(Gate Turn-OffThyristoren,门极可关断晶闸管)而为人所知。在图1所示的驱动系 统中，驱动变流器3以逆变器模式运行，在此情况下，存在于直流电压侧的直流电压可在交 流电压侧产生三个交流电压。控制装置4A在其输出端与驱动变流器3及两个开关6a和6b的控制输入端相连。 此控制装置4A在其输入端一方面与安装在驱动变流器3中的传感器(图中未显示)相连， 另一方面与转子轴承传感器(图中未显示)相连。如此就可从驱动变流器3向控制装置4A 发送信号P，从转子轴承传感器向控制装置4A发送信号R。这个控制装置4A为驱动变流器 3的每个变流阀的门极可关断晶闸管3a、3b、3C、3d、3e和3f产生控制信号C，为两个开关6a 和6b产生控制信号a2。驱动变流器3在其直流电压侧正侧通过接触器2与集电器1导电相连，负侧与一 基准电位(地电位)导电相连。附图所示的这种驱动系统是一种应用于电动车辆特别是有 轨车辆的牵引系统。一或复数个门极可关断晶闸管3a、3b、3c、3d、3e和/或3f —旦发生故障，这个驱 动变流器就无法再向永磁同步电机5提供端电压。由于这里的永磁同步电机5是一驱动电 动机(例如轨道车辆的驱动电动机)，并且该车辆还需继续行驶，因此永磁同步电机5会以 发电机模式工作。在此情况下，处于“发电机”工作模式的永磁同步电机5会驱使一个短路 电流流经与之相接的连接线u、v和w以及驱动变流器3的变流阀的相应半导体3a、3b、3c、 3d、3e和3f。从而使这些半导体3a、3b、3c、3d、3e和3f及永磁同步电机5出现不允许的发 热。为了防止出现上述情况的短路电流而在连接线u和w中布置两个开关6a和6b。 驱动变流器3的变流阀中一旦有半导体3a、3b、3C、3d、3e和3f发生故障，就可通过信号P将这一状态报告给控制装置4A。控制装置随后产生信号a2，借此将正常工作状态下保持闭 合的开关6a和6b断开。EP 0718143A1还揭示，开关6a和6b也可采用半导体开关。但这个欧洲专利申请 公开案并未揭示这种半导体开关的构建方式。
发明内容
本发明的目的是为上述半导体开关提供一种实施方式，通过这种实施方式可以获 得一种可应用于上述驱动系统的驱动变换器的易于控制的保护电路。根据本发明，这个目的通过权利要求1特征部分的特征而达成。通过采用可控不对称阻断半导体开关作为这种半导体开关，并在所述驱动变流器 和所述永磁同步电机之间的所有连接线中各布置一个这种半导体开关，只需产生一个控制 信号，该控制信号可提供给所有半导体开关。如果所述可控不对称阻断半导体开关采用的是包括反向并联二极管的晶闸管，就 可使控制方式得到简化，从而在故障情况下不必再产生控制信号。流经一处于导通状态但 不再受控的晶闸管的电流一旦过零，该晶闸管就停止工作并将相应的电流路径切断。借此 可避免故障情况下可控不对称阻断半导体开关中产生损耗。根据所述驱动系统的一种有利实施方式，所述可控不对称阻断半导体开关布置在 所述驱动变流器中，尤其是与该驱动变流器的冷却系统导热相连。由此可确保每个可控不 对称阻断半导体开关的半导体都能得到冷却。在将一晶闸管和一与之反向并联的二极管用作可控不对称阻断半导体开关的情 况下，该晶闸管只需要一个周期性控制信号。正常运行时，所述晶闸管处于导通状态，因此 该晶闸管可以导通端电压的任何一个负半波，相应的反向并联二极管可以导通这个端电压 的任何一个正半波。亦即，所述驱动变流器和所述永磁同步电机之间的具有可控不对称阻 断半导体开关的连接线被贯穿连接。发生故障时，必须确保处于“发电机”工作模式的永磁 同步电机再也不会驱使短路电流经由所述连接线流向所述驱动变流器，之后再流回该永磁 同步电机。这一点通过以下方法而实现，即仅对用于布置在每个连接线中的可控不对称阻 断半导体开关的晶闸管的周期性控制信号采取抑制措施。最简单的做法是，发生故障时根 本就不产生这个周期性控制信号。在每个现有可控不对称阻断半导体开关处于导通状态的 晶闸管不再受到控制的情况下，一旦流经该晶闸管的电流过零，该晶闸管就会进行阻断。这 样就可以获得一种非常易于控制的驱动变流器用保护电路。
下面借助附图以示意图形式加以展示的本发明驱动系统的实施方式对本发明作 进一步说明，其中图1为一已知驱动系统的框图；以及图2为本发明的驱动系统的框图。
具体实施例方式与图1所示实施方式不同的是，本发明如图2所示的驱动系统实施方式采用的是可控不对称阻断半导体开关8。每个可控不对称阻断半导体开关8均具有一晶闸管10和一 与该晶闸管10反向并联的二极管12。这种可控不对称阻断半导体开关8如此布置在驱动 变流器3和永磁同步电机5之间的连接线u、v或w中，使得二极管12可以导通驱动变流器 3所产生的端电压的正半波，晶闸管10可以导通该端电压的负半波。在驱动变流器3的无故障工作过程中，对可控不对称阻断半导体开关8的晶闸管 10进行周期性控制。为此，在控制装置4A中产生控制信号5_通过对每个晶闸管10进行 这种周期性控制，驱动变流器3实现与永磁同步电机5的导电连接。在故障情况下，即当驱 动变流器3产生错误信号P时，晶闸管10的控制信号STh会受到抑制，从而使得这些晶闸管 10在流通电流下一次过零时进行阻断。对控制信号sTh的抑制方式是在故障情况下不再 产生这些控制信号。在位于连接线u、v和W中的所有可控不对称阻断半导体开关8的晶闸 管10进行阻断的情况下，不再存在可供短路电流从永磁同步电机5流向驱动变流器3并且 再流回同步电机5的电流路径。根据本发明的半导体开关设计方案，不需要设置任何用以 在故障情况下断开半导体开关的控制信号。如图2所示，向控制装置4A提供一个电源电压Uv。这个电源电压可能出于种种原 因而中断。即使在这种情况下，晶闸管10也不再受到周期性控制信号STh的控制，其原因在 于，控制装置4A由于电源电压Uv中断而无法工作。在此情况下，所述驱动系统的保护电路 会自行进入安全状态(即断开驱动变流器3和永磁同步电机5之间的连接)。由于所述可控不对称阻断半导体开关8的这些晶闸管10只有在驱动变流器3无 故障运行时才转换到导通状态，因此，只有在驱动变流器3无故障运行时才会产生损耗。为 了冷却这些晶闸管10，需要将其整合在驱动变流器3中。亦即，这些晶闸管10与驱动变流 器3的变流阀的冷却系统(特别是散热器)导热相连。由此可确保可控不对称阻断半导体 开关8在所述驱动系统正常工作时得到冷却。当驱动变流器3发生故障(也可能是冷却故 障)时，保护电路中不会产生损耗。
权利要求
一种驱动系统，包括一驱动变流器(3)、一永磁同步电机(5)和一控制装置(4A)，其中，所述永磁同步电机(5)在其端子侧借助复数个连接线(u，v，w)与所述驱动变流器(3)的复数个输出端导电相连，在两个连接线(u，w)中各布置有一半导体开关，所述半导体开关在其控制侧分别与所述控制装置(4A)的一控制输出端相连，所述控制装置(4A)在其输入端与一错误输出信号(P)相连，在其输出端与所述驱动变流器(3)的复数个控制输入端相连，其特征在于，所述半导体开关(8)为可控不对称阻断半导体开关(8)，且所述驱动变流器(3)和所述永磁同步电机(5)之间的每个连接线(u，v，w)中均布置有一这种类型的半导体开关(8)。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述不对称阻断半导体开关(8)采用一包含有反向并联二极管(12)的晶闸管(10)。
3.根据权利要求1和2所述的驱动系统，其特征在于，所述不对称阻断半导体开关(8)布置在所述驱动变流器(3)中。
4.根据权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，所述单向不对称阻断半导体开关(8)与所述驱动变流器(3)的一冷却系统导热相连。
5.一种对根据权利要求1所述的驱动系统进行控制的方法，其特征在于，在所述驱动变流器(3)的工作过程中，对所述不对称阻断半导体开关(8)的每个晶闸 管(10)都进行周期性控制。
6.根据权利要求5所述的用于控制所述驱动系统的方法，其特征在于，在所述驱动变流器(3)发生故障的情况下，不再对所述不对称阻断半导体开关(8)的 晶闸管(10)进行控制。
全文摘要
本发明涉及一种包括一驱动变流器(3)、一永磁同步电机(5)和一控制装置(4A)的驱动系统，其中，所述永磁同步电机(5)在其端子侧借助复数个连接线(u，v，w)与所述驱动变流器(3)的复数个输出端导电相连，在两个连接线(u，w)中各布置有一半导体开关，所述半导体开关在其控制侧分别与所述控制装置(4A)的一控制输出端相连，所述控制装置(4A)在其输入端与一错误输出信号(P)相连，在其输出端与所述驱动变流器(3)的复数个控制输入端相连。本发明采用可控不对称阻断半导体开关(8)，在所述驱动变流器(3)和所述永磁同步电机(5)之间的每个连接线(u，v，w)中均布置有一这种类型的可控不对称阻断半导体开关。借此可获得一种可应用于上述驱动系统的驱动变流器(3)的易于控制的保护电路。
文档编号H02H3/26GK101884150SQ200880119111
公开日2010年11月10日 申请日期2008年9月8日 优先权日2007年12月14日
发明者马克·马蒂亚斯·巴克兰 申请人:西门子公司