具有电力电子模块的电源和其替换方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及电源，并且更具体地涉及具有一个或多个电力电子模块的电源。
【背景技术】
[0002]电源可以被构建为具有一个或多个提供电源的输出电压的电力电子模块。每个电力电子模块可以具有数个电力连接，其配置为电连接到例如变压器、另一个电力电子模块、和/或电源的外部负载。负载可以是例如AC电机。如果一个或多个电力电子模块失效，一些电源可以继续以降低的电压运行。然而，替换失效的电力电子模块通常需要关闭电源以避免来自于与工作中的电力连接的意外接触而受伤或死亡的可能风险。关闭一个电源在许多工业应用中可能是非常破坏性的和/或是损伤惨重的。从而，需要提供在安全替换电力电子模块的同时可以继续运行的电源。
【发明内容】
[0003]按照一个方面，提供一种改进的电源。电源包括配置为将电力电子模块包封于其中的隔室。隔室包括将隔室完全包封的多个壁，其中多个壁的每个具有电接地的或绝缘的内表面并且多个壁的一个包括电接地的或绝缘的、提供到隔室内部的通道的门，隔室还包括多个固定式电接头、具有配置为阻止与多个固定式电接头电接触的第一位置和配置为允许与多个固定式电接头电接触的第二位置的绝缘的闸板，和配置为将电力电子模块移动到与固定式电接头的电接触中和/或从所述电接触移出的转移机构。
[0004]按照另一个方面，提供第二改进的电源。电源包括:变压器；多个电力电子模块，每个与变压器电耦接并且每个配置为提供输出电压；和多个隔室，每个包封多个电力电子模块的分别一个并且每个包括:连接到多个电力电子模块的分别一个的多个固定式电接头，和闸板，该闸板具有阻止与多个固定式电接头电接触的第一位置和允许与多个固定式电接头电接触的第二位置，其中多个电力电子模块的至少一个配置为在多个电力电子模块的至少另一个提供输出电压时从多个固定式电接头的分别一个移开并且电断开，并且闸板被配置为，响应于多个电力电子模块的至少一个从多个固定式电接头的分别一个移开并且电断开，而移动到第一位置。
[0005]按照另一个方面，提供一种替换电源中的电力电子模块的方法。方法包括将电源上电以输出电压，移动第一电力电子模块以在电源输出电压的同时将第一电力电子模块从多个固定式电接头电断开，打开到包封了第一电力电子模块的隔室的门以在电源输出电压的同时将第一电力电子模块从隔室移除，在电源输出电压的同时在第二电力电子模块已经被放置在隔室中之后关闭门，和移动第二电力电子模块以在电源输出电压的同时将第二电力电子模块电连接到多个固定式电接头。
[0006]本发明的其他方面、特征和优点可以从以下详细描述变得明显，其中描述和示出了多个示例实施例和实施方式，包括用于执行本发明的预计最好模式。本发明也可以用于其他不同的实施例，并且其数个细节可以在不同方面被修改，全部不脱离本发明的范围。相应地，附图和说明书要被看作是示例性的本质，而不是限制性。附图不一定按比例画出。本发明覆盖了落入本发明范围中的所有修改、等价物和替换。
【附图说明】
[0007]图1示出按照现有技术的具有电力电子模块的电源的示意图。
[0008]图2示出按照现有技术的具有用于电力电子模块的旁路电路的电源部分的示意图，
[0009]图3A、3B和3C分别示出按照实施例配置的电力电子模块的顶视图、侧视图和后视图。
[0010]图4示出按照实施例的配置为包封单个电力电子模块的电源的隔室的横截面侧视图。
[0011]图5示出按照实施例的电源的多个隔室的透视图。
[0012]图6示出按照实施例的处于断开模式中的电源的隔室和电力电子模块的横截面侧视图。
[0013]图7示出按照实施例的处于断开模式中的电源的隔室和替换电力电子模块的横截面侧视图。
[0014]图8示出了按照实施例的处于连接前/断开后模式中的电源的隔室和电力电子模块的横截面侧视图。
[0015]图9示出了按照实施例的处于连接模式中的电源的隔室和电力电子模块的横截面侧视图。
[0016]图10示出了按照实施例的用于替换电源中的电力电子模块的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]现在详细参考本公开的在附图中示出的示例实施例。在任何可能的地方，贯穿附图使用相同的附图编号以表示相同或类似部分。
[0018]提供在电源中的一个或多个电力电子模块正在被安全替换的同时可以继续运行的电源的前述问题可以通过本发明的一个或多个实施例克服。在一个方面，每个电力电子模块可以被包封在其自己的隔室中。隔室可以具有电接地的和/或绝缘的内表面和多个固定式电接头。固定式电接头可以包括多个电力连接，其包括例如来自于电源的变压器的输出和/或至其他电力电子模块的输入和/或由电源驱动的外部负载。连接到固定式电接头的电力电子模块可以在隔室内部从固定式电接头移开以在电源可以继续运行的同时与固定式电接头电断开。闸板可以响应于从固定式电接头断开的电力电子模块而阻止与固定式电接头的接触。至隔室的门然后可以被打开以在电源可以继续运行的同时将电力电子模块从隔室移除。在隔室中替换新的电力电子模块之后，可以关闭门，可以撤回闸板以允许与固定式电接头的接触，并且可以将新的电力电子模块在隔室内部向着固定式电接头移动以便与其电连接，再次地，全部是在电源可以继续运行的同时。电源因此可以在一个或多个电力电子模块被替换时不必关闭电源地被返回到正常运行。该能力可以被称为“热更换”。在其他方面，提供了替换电源中的电力电子模块的方法，如以下关于图1-10将非常详细解释的
[0019]图1示出了公知的电源100的例子。输入电源102(例如三相AC输入)可以被耦接到电源100。在一些实施例中，电源100可以是其中输入电源102可以提供例如从大约277伏AC至大约14000伏AC的中压电源。电源100可以提供可变频率电压并且可以被耦接到负载104，所述负载可以是电机，例如三相AC电机。替换地，电源100可以是不同的合适类型的提供其他电压的电源和/或可以被耦接到其他合适的输入电源和/或到其他合适的负载。
[0020]电源100可以包括变压器106，其可以将输入电压向下变压(step down)。变压器106可以包括初级绕组108和多个次级绕组110。初级绕组可以是例如星形配置电路(如所示的)或网格配置电路。次级绕组110在一些实施例中可以是网格配置的(如所示的)，其可以包括一些三角形配置电路和/或一些延边三角形配置电路。在一些实施例中，次级绕组110可以是星形配置的，其可以包括一些WYE配置的电路和/或一些Z字形配置的电路。次级绕组110可以输出三相功率或单相功率。变压器106可以替换地具有其他合适配置的电路。
[0021]电源100也可以包括多个电力电子模块112，其可以彼此相同。每个次级绕组110可以向各自的电力电子模块112馈电。在一些实施例中，电力电子模块112可以是可变频率驱动，其可以采用脉宽调制(PWM)。在一些实施例中，电力电子模块112可以包括输入AC至DC整流器、平滑滤波器，和输出DC至AC逆变器。在一个或多个实施例中，电力电子模块112可以被配置在三个组中，其中在每个组中的每个电力电子模块112的输出端串联连接以向负载104产生用于电力的一相(例如A、B或C)的电压。例如，如图1中所示，电源100可以包括按照三组四个串联连接的模块配置的12个电力电子模块。在其他实施例中，电源100可以包括按照三组八个串联连接的模块配置的例如24个电力电子模块。电源100可以具有其他合适数量的电力电子模块，其对于多相电力可以是输出相的数目的倍数。由串联连接的组中的每个电力电子模块112提供的输出电压可以被添加到那组的其他电力电子模块的输出电压以提供可以比由电源100接收的输入电压更高的输出电压。在一些实施例中，多个电力电子模块112可以提供从大约2300伏AC至大约14000伏AC的输出电源电压。替换地，多个电力电子模块112可以具有其他合适的配置和可以提供其他合适的输出电压和/或输出电压的范围。
[0022]在通过引用合并于此的美国专利5625545中描述电源100和用于电力电子模块112的电路的例子。
[0023]电源100可以具有如下优点，即，如果一个或多个电力电子模块112失效，失效的电力电子模块112可以被在电学上绕过，从而电源100可以继续运行，尽管以降低的容量，如进一步结合图2描述的。
[0024]图2示出了可以具有将一个或多个电力电子模块在电学上绕过的能力的公知电源200的部分。电源200可以具有多个电力电子模块，其中仅示出两个串联连接的电力电子模块212-A2和212-A3。次级绕组210-A2和210-A3可以分别提供三相功率至电力电子模块212-A2和212-A3。电力电子模块212-A2可以被耦接至旁路开关214-A2，并且电力电子模块212-A3可以被耦接至旁路开关214-A3。(为示例目的，旁路开关214-A2以旁路模式示出，而旁路开关214-A3以正常运行模式示出)。旁路开关214-A2可以包括开关216-A2，并且旁路开关214-A3可以包括开关216-A3。开关216-A2和216-A3可以分别由各自的螺线管218控制。电力电子模块212-A2可以经由旁路开关214-A2在输入端213-A2从电力电子模块212-A1 (未不出)接收输出电压。电力电子模