本发明涉及一种用于在电机器(1)与能量源(2，19)之间供应电力的功率控制装置和方法。所述功率控制装置包含至少两个转换器(4，5，6)，所述转换器包括多个开关(3)，所述开关中的至少一些开关属于包括多个开关的开关模块(8，9，10)的组。在本发明的方法中，通过第一转换器控制器(16A)来控制属于至少两个不同的模块并且被布置以形成第一转换器(4)的第一开关组(3)，并且通过第二转换器控制器(16B)来控制被布置以形成第二转换器(5)的第二组开关。
1.一种功率控制装置，用于在电力机器(1)与能量源(2)之间供应电力，所述功率控制装置包括至少两个变换器(4，5，6)，所述变换器包括多个开关(3)，所述开关中的至少一些开关属于包括多个开关的开关模块(8，9，10)的组，所述开关模块(8，9，10)被附着到公共的散热装置，所述功率控制装置特征在于：所述变换器中的至少一个变换器包含属于所述开关模块中的至少两个开关模块的开关，并且所述开关模块中的至少一个开关模块的开关属于两个或更多个变换器，其中，所述开关是双向开关，并且所述至少两个变换器(4，5，6)的第一变换器的双向开关被安装在所述至少两个变换器(4，5，6)的第二变换器的双向开关中间。
2.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：上述变换器(4，5，6)中的每一个包括上述开关模块(8，9，10)中的每一个中的一个或多个开关(3)。
3.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：至少一个变换器(4，5，6)包括并联连接的至少两个双向开关(12AA，12AB)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的功率控制装置，其特征在于：所述功率控制装置包括三相干线变换器(4)以及三相负载侧变换器(5)，所述三相干线变换器以及所述三相负载侧变换器具有公共的直流电压中间电路(13)并且总共包括三个开关模块(8，9，
10)，每个开关模块由三个双向开关(11A，12A)组成；所述三相干线变换器包含三个双向开关(11A，11B，11C)，每相一个双向开关，将所述双向开关中的每一个双向开关放置在不同的开关模块中；所述三相负载侧变换器总共包含六个双向开关(12A，12B，12C)，每个开关模块中的每相有两个并联连接的双向开关(12AA，12AB)。
5.根据权利要求4所述的功率控制装置，其特征在于：每个开关模块(8，9，10)由并排放置的三个双向开关(11，12)组成，干线变换器(4)的相包括开关模块的中间的双向开关(11A，11B，11C)，而负载侧变换器相包括开关模块的两个最外侧的双向开关的并联连接(12A，12B，12C)。
6.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：所述装置包含一个或多个功率控制单元(14)，所述功率控制单元中的每一个包括开关模块(8)、用于存储中间电路能量的安装在开关模块的中间电路中的能量源(15)、用于控制开关模块的双向开关的部件(16A，16B，16C)、以及用于在不同的功率控制单元之间电气互连两个或更多个开关模块的中间电路的部件(17)。
7.根据权利要求6所述的功率控制装置，其特征在于：所述功率控制装置包括三相干线变换器(4)和三相负载侧变换器(5)，所述三相干线变换器和所述三相负载侧变换器由总共三个功率控制单元(14)组成，所述功率控制单元中的每一个包括开关模块(8)，所述开关模块还包括并排放置的三个双向开关(11A，12A)，每个功率控制单元包括用于通过负载侧变换器控制器来控制开关模块的并联的两个最外侧的双向开关的部件(16B)、以及用于通过干线变换器控制器来控制中间的双向开关的部件(16A)。
8.根据权利要求6或7所述的功率控制装置，其特征在于：所述功率控制单元(14)包括附着到所述开关模块(8)的独立的散热装置(18)。
9.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：所述装置包括DC-DC斩波器(6)，其包括多个开关，所述开关中的至少一些开关属于包括多个开关的至少两个开关模块(8，9，10)。
10.根据权利要求9所述的功率控制装置，其特征在于：所述功率控制装置具有公共的直流电压中间电路(13)，以及，上述DC-DC斩波器(6)被适配为在所述功率控制装置的中间电路(13)与能量源(19)之间供应电力。
11.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：所述功率控制装置具有公共的直流电压中间电路(13)，该装置包括电气连接到所述公共的直流电压中间电路的至少两个负载侧变换器(5A，5B)，所述负载侧变换器被适配为在所述公共的直流电压中间电路与一个或多个电力机器(1A，1B)之间供应电力。
12.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：所述开关(3)中的至少一个是IGBT晶体管。
13.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：将所有的开关模块(8，9，10)安装在公共的加热元件(18)上。
14.根据权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于：所述电力机器是电梯电动机(1)。
15.一种通过功率控制装置在电机器(1)与能量源(2)之间供应电力的方法，所述功率控制装置包含至少两个变换器(4，5，6)，所述变换器包括多个开关，所述开关中的至少一些开关属于包括多个开关的开关模块(8，9，10)的组，所述开关模块(8，9，10)被附着到公共的散热装置，所述方法特征在于：-通过第一变换器控制器(16A)来控制属于至少两个不同的开关模块并且被布置以形成第一变换器(4)的第一开关组，以及-通过第二变换器控制器(16B)来控制被布置以形成第二变换器(5)的第二开关组，其中，所述开关是双向开关，并且第一变换器(4)的双向开关被安装在第二变换器(5)的双向开关中间。
-通过至少两个不同的变换器控制器(16A，16B)来控制被布置以形成至少两个不同的变换器(4，5，6)的一部分的至少一个所述开关模块(8，9，10)的开关。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于：
-通过至少两个不同的变换器(4，5，6)的变换器控制器(16A，16B，16C)来控制每个所述开关模块中的至少两个开关。
18.根据权利要求15至16中的任一项所述的方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求5的功率控制装置，并且所述方法包括以下步骤：-通过干线变换器的第一相的控制来控制第一开关模块(8)的中间的双向开关(11A)，通过干线变换器的第二相的控制来控制第二开关模块(9)的中间的双向开关(11B)，通过干线变换器的第三相的控制来控制第三开关模块(10)的中间的双向开关(11C)，-通过负载侧变换器的第一相的控制来同时控制第一开关模块(8)的两个最外侧的双向开关(12A)，通过负载侧变换器的第二相的控制来同时控制第二开关模块(9)的两个最外侧的双向开关(12B)，通过负载侧变换器的第三相的控制来同时控制第三开关模块(10)的两个最外侧的双向开关(12C)。
19.根据权利要求15至16中的任一项所述的方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求5的功率控制装置，并且所述方法包括以下步骤：-通过干线变换器的第一相的控制来控制第一开关模块(8)的中间的双向开关(11A)，通过干线变换器的第二相的控制来控制第二开关模块(9)的中间的双向开关(11B)，通过干线变换器的第三相的控制来控制第三开关模块的中间的双向开关(11C)，-以使得被控制的双向开关的正(7A)和负(7B)转换触点交替地变换为导通状态并且未被控制的双向开关的正和负转换触点都保持在非导通状态的方式，通过负载侧变换器的第一相的控制来交替地控制第一开关模块(8)的两个最外侧的双向开关(12A)，通过负载侧变换器的第二相的控制来交替地控制第二开关模块(9)的两个最外侧的双向开关(12B)，并且通过负载侧变换器的第三相的控制来交替地控制第三开关模块(10)的两个最外侧的双向开关(11C)。
用于控制电动机功率的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及如在权利要求1的前序部分中限定的功率控制装置，并且涉及如在权利要求15的前序部分中限定的用于控制功率控制装置的方法。
背景技术
[0002] 现代的电动机功率控制装置在供电网络与诸如电动机之类的电力机器(electric power machine)之间双向地供应电力。控制装置包含：干线变换器(mains inverter)，其用于将供电网络电压转换为直流(direct)电压；以及负载侧变换器，通过该负载侧变换器将直流电压转换为用于电动机的变化的幅度和频率的交流电压。负载侧变换器在功率控制装置的直流电压中间电路与电动机之间供应电力，干线变换器在供电网络与直流电压中间电路之间供应电力。
[0003] 在给定时刻流过干线变换器的开关的电流的大小取决于供电网络电压和从供电网络提取的功率(power)量。这受到负载侧变换器的电流和电压的影响。通过负载侧变换器的电流取决于电动机的扭矩。电动机的相电压的大小再次大大地取决于电动机的电动势，所述电动机的电动势的大小随着电动机旋转速度增大而增大。在电动机的旋转速度正在增大同时扭矩保持恒定时，电动机从供电网络提取的功率增大，并且因此干线变换器电流也增大。在其中在低旋转速度上需要高扭矩的电动机驱动(drive)中，通过负载侧变换器的电流可能比干线变换器电流大几倍。例如，如果在电动机的加速或减速期间短暂地需要高扭矩，则电动机的瞬时功率要求可能较高。在电动机正以其额定速度旋转时，通过干线变换器的电流与通过负载侧变换器的电流再次大约相等。这可以是例如在诸如电梯之类的不同的运输装置的驱动中，将某个大小的质量加速到恒定速度的情形。
[0004] 如果要求负载侧变换器利用基本电压和电流波的低频率来控制大电流，则电流将在时间上缓慢地改变，在长时间内连续地流过同一双向开关。在此情况下，利用大电流连续地切换至少一个双向开关。因此，在负载侧变换器的双向开关之间不均等地分配(distribute)功率损耗，具有最大电流的双向开关被加热最多。在此情形下，基于在长时间内保持连续接通的双向开关，确定通过负载侧变换器的最大电流。这样的情形可以例如在电梯驱动中在通过由电动机产生的扭矩使电梯轿厢保持不可移动时发生。在此情况下，电流频率较低，最大电流可在长时间内流过仅仅一个双向开关。
[0005] 在电子功率转换器中使用的开关通常是诸如IGBT晶体管之类的半导体。在这种类型的半导体中发生损耗，可以将所述损耗分为传导损耗以及开关损耗。传导损耗在电流流过导电的半导体时发生。开关损耗在将半导体导通为传导状态时以及在将半导体关断时都与半导体的开关动作相关联地发生。开关损耗以这样的方式作为频率的函数而增大，所述方式即：在许多IGBT晶体管类型中，传导损耗以及开关损耗在大约10千赫兹的开关频率处大小相等。通常作为典型地包含被布置为三个双向开关的六个半导体的半导体模块而交付商用半导体。
[0006] 短持续时间(short-duration)电流导致半导体模块的加热，但是附着到半导体模块的散热装置(heat sink)被更慢地加热，并且加热时间常数取决于散热装置的尺寸。如果电流的持续时间非常短以至于只有半导体模块以及可能还有散热装置的一部分被加热，则增加散热装置的尺寸不会增大半导体模块的电流容量，而是需要具有更低功率耗散并且为更大电流设计的半导体模块。这增加了成本。
[0007] 如果电流在长时间内不中断地流过同一半导体，则此半导体构成点状功率耗散源，并且半导体模块在该功率耗散源附近被强烈地加热。在此情况下，散热装置再次不能将足够的热量驱散到环境中，但是由该点状功率耗散源导致的半导体模块的局部加热限制了半导体模块的电流容量。这造成了以下后果：如果对于具有较低功率耗散的半导体模块来说有必要，则必须增大半导体模块的设计电流容量，这意味着增加成本。
[0008] 由于半导体的功率耗散与电流成比例，因此还可以通过安排电流流过并联连接的多个半导体来减少功率耗散。在此情况下，减少了单个半导体的功率耗散，但是半导体模块中的半导体的总功率耗散保持不变，这是因为功率耗散在多个半导体中发生。
[0009] 说明书US5184291A公开了一种可以将转换器的相(phase)实现为分离的模块的解决方案。
[0010] 说明书JP2005117783A公开了一种将在同一转换器中包括的多个开关组件放置在同一散热装置上的解决方案。
[0011] 说明书EP1191207A2公开了被设计为连接到转换器的DC中间电路并且由能量源支持的斩波器(chopper)。
发明内容
[0012] 本发明的目的
[0013] 本发明的目的是公开一种电力供应装置，其中与现有技术的电力供应装置相比，开关模块被更均等地加热。由于开关模块的温度确定该模块的电流容量，本发明的一个目的还在于公开一种电力供应装置，与包含对应的开关模块的现有技术的电力供应装置相比，其具有更高的电流容量。本发明的另一个目的是公开一种用于控制该电力供应装置的开关以便均衡开关模块的加热的方法。
[0014] 本发明的特征
[0015] 本发明的电力供应装置特征在于权利要求1的特征部分所公开的内容。本发明的用于控制电力供应装置的方法特征在于权利要求15的特征部分所公开的内容。本发明的其它方面特征在于其它权利要求所公开的内容。还在本申请的说明书部分给出了发明实施例。还可以以与所附权利要求书中限定的方式不同的方式来限定本申请中公开的发明内容。还可以以下文提供的权利要求书中限定的方式不同的方式来限定本申请的发明内容。该发明内容也可以由若干独立的发明组成，特别是在按照明确的或者隐含的子任务或者对于所达到的优点或者优点的集合而考虑本发明的时候。在此情况下，在权利要求中包含的一些特性从独立的发明构思的观点看可能是多余的。
[0016] 已经将本发明的功率控制装置适配为在电机器与能量源之间供应电力。电机器可以是例如电动机或者发电机。例如在通过电动机制动输送装置时，该电动机也可以以发电机模式运行。在发电机模式下的操作期间，从电机器返回电力，因此可以将功率控制装置适配为将电力供应回能量源，或者例如将电力供应回诸如蓄电器、超级电容器、飞轮之类的独立的能量存储装置，或者供应电力以便用作可替换的(displaceable)重物的势能。上述能量源可以是例如电网、发电机或者DC电压源、或者例如是蓄电器或超级电容器。
[0017] 根据本发明的功率控制装置包含至少两个变换器，所述变换器包括多个开关，所述开关中的至少一些开关被包括在包含多个开关的开关模块的组中。所述开关模块被附着到公共的散热装置。所述变换器中的至少一个包含属于所述开关模块中的至少两个开关模块的开关，并且所述开关模块中的至少一个开关模块的开关属于两个或者更多个变换器，其中，所述开关是双向开关，并且所述至少两个变换器的第一变换器的双向开关被安装在所述至少两个变换器的第二变换器的双向开关中间。由于一个变换器的开关属于至少两个不同的模块，因此在不同的开关模块中更均等地分配变换器的开关的功率耗散。
[0018] 在根据本发明的另一功率控制装置中，上述变换器中的每一个包括上述开关模块中的每一个开关模块中的一个或多个开关。
[0019] 在根据本发明的功率控制装置中，至少一个变换包括并联连接的至少两个双向开关。可以在这两个并联连接的双向开关之间分配在双向开关中流动的电流，这提高了双向开关的电流容量。
[0020] 本发明的功率控制装置可以包括三相干线变换器以及三相负载侧变换器，其中两个变换器共享共同的直流电压中间电路，所述两个变换器总共包括三个开关模块，每个开关模块由三个双向开关组成。在本发明的一个实施例中，三相干线变换器包含三个双向开关，每相一个双向开关，将所述双向开关中的每一个放置在不同的开关模块中。在根据本发明的另一实施例中，三相负载侧变换器总共包含六个双向开关，在每个开关模块中每相两个并联连接的双向开关。
[0021] 在根据本发明的功率控制装置中，每个开关模块由三个并排放置的双向开关组成，干线变换器相包括开关模块中间处的双向开关，而负载侧变换器相包括开关模块的两个最外侧的双向开关的并联连接。
[0022] 根据本发明的功率控制装置包含一个或多个功率控制单元，所述功率控制单元中的每一个包括开关模块、用于存储中间电路能量的安装(fit)在开关模块的中间电路中的能量源、用于控制开关模块的双向开关的部件、以及用于在不同的功率控制单元之间电气互连两个或更多个开关模块的中间电路的部件。功率控制单元可以包括电路板，将开关模块电气传导地连接到该电路板。“安装在功率控制单元的中间电路中的能量源”可以指一个或多个中间电路电容器，也可以将这些中间电路电容器电气传导地连接到上述电路板。用于在不同的功率控制单元之间电气互连两个或更多个开关模块的中间电路的部件可以包括电气传导地连接到所述电路板的连接器。
[0023] 在本发明的优选实施例中，功率控制装置包括三相干线变换器和三相负载侧变换器，它们由总共三个功率控制单元组成，每个功率控制单元包括开关模块，该开关模块还包括三个并排放置的双向开关，每个功率控制单元包括用于通过负载侧变换器控制器(control)来控制并联的开关模块的两个最外侧的双向开关的部件、以及用于通过干线变换器控制器来控制中间的双向开关的部件。
[0024] 本发明的功率控制单元可以包括附着到开关模块的独立的散热装置。还可以有附着到该散热装置的用于更强烈的冷却的风扇，或者可以由若干功率控制单元共享风扇。
[0025] 根据本发明的功率控制装置配备有DC-DC斩波器，其包括多个开关，所述多个开关中的至少一些开关属于包括多个开关的至少两个开关模块。
[0026] 根据本发明的功率控制装置具有公共的直流电压中间电路，DC-DC斩波器被适配为在功率控制装置的中间电路与能量源之间供应电力。与DC-DC斩波器一起配备的还可以有斩波器的操作所需的其它组件，诸如电气传导地连接在斩波器与能量源之间的扼流器(choke)单元。连接到斩波器的能量源可以是例如蓄电池或者超级电容器。如果所使用的能量源是一组电池单元，则斩波器可以至少包括用于对电池进行充电和放电的部件、用于监视电池的放电状态的部件、以及用于基于关于电池的放电状态的监视数据来生成失败信号的部件。如果能量源是超级电容器，则斩波器可以至少包括用于测量和/或调节电容器的电流和/或电压的部件、用于对电容器进行充电和放电的部件、以及用于检测电容器的充电状态的部件。另外，斩波器可以包括用于基于电容器的充电状态与斩波器的控制之间的比较来生成失败信号的部件。
[0027] 根据本发明的功率控制装置包括公共的直流电压中间电路，该装置包括电气连接到该公共的直流电压中间电路的至少两个负载侧变换器。将该负载侧变换器适配为在该公共的直流电压中间电路与一个或多个电机器之间供应电力。
[0028] 在根据本发明的功率控制装置中，所述开关中的至少一个是IGBT晶体管。
[0029] 在根据本发明的功率控制装置中，将所有的开关模块附着到公共的散热装置。此外，可以与该散热装置相关联地布置风扇，用于更强烈的冷却。
[0030] 根据本发明的功率控制装置被适配为在电梯电动机与能量源之间供应电力。可以例如在电网与电梯电动机之间、或者在独立的能量源与电梯电动机之间供应电力。电梯电动机可以是具有或者没有配重(counterweight)的电梯系统的一部分。本发明中公开的解决方案适用于具有机房的电梯系统以及没有机房的电梯系统两者。
[0031] 在根据本发明的用于通过功率控制装置在电机器与能量源之间供应电力的方法中，该功率控制装置包括至少两个变换器，所述变换器包括多个开关，所述开关中的至少一些开关属于包括多个开关的开关模块的组。在本发明的方法中，通过第一变换器控制规程来控制属于至少两个不同的开关模块并且被布置为第一变换器的第一开关组。所述开关模块被附着到公共的散热装置。在根据本发明的方法中，通过第二变换器控制规程来控制被布置为第二变换器的第二开关组，其中，所述开关是双向开关，并且第一变换器的双向开关被安装在第二变换器的双向开关中间。
[0032] 在根据本发明的方法中，通过至少两个不同的变换器控制规程来控制被布置以形成至少两个不同的变换器的一部分的至少一个开关模块的开关。这样的变换器控制规程的示例包括干线变换器控制器(control)以及负载侧变换器控制器。
[0033] 在根据本发明的方法中，通过至少两个不同的变换器的变换器控制器(control)来控制每个开关模块中的至少两个开关。
[0034] 根据本发明的方法涉及一种功率控制装置，其中每个开关模块由彼此相邻地放置的三个双向开关组成。在本发明的此优选实施例中，干线变换器相包括开关模块的中间的双向开关，而负载侧变换器相包括开关模块的最外侧的双向开关的并联连接。在该方法中，通过干线变换器的第一相的控制(control)来控制第一开关模块的中间的双向开关，通过干线变换器的第二相的控制来控制第二开关模块的中间的双向开关，通过干线变换器的第三相的控制来控制第三开关模块的中间的双向开关。另外，在根据本发明的此方法中，通过负载侧变换器的第一相的控制来同时控制第一开关模块的两个最外侧的双向开关，通过负载侧变换器的第二相的控制来同时控制第二开关模块的两个最外侧的双向开关，通过负载侧变换器的第三相的控制来同时控制第三开关模块的两个最外侧的双向开关。
[0035] 在根据本发明的方法中，通过干线变换器的第一相的控制来控制第一开关模块的中间的双向开关，通过干线变换器的第二相的控制来控制第二开关模块的中间的双向开关，通过干线变换器的第三相的控制来控制第三开关模块的中间的双向开关。以使得被控制的双向开关的正和负转换触点(change-over contact)被交替地转变为导通状态并且未被控制的双向开关的正和负转换触点都被保持在非导通状态的方式，通过负载侧变换器的第一相的控制来交替地控制第一开关模块的两个并联连接的最外侧的双向开关，通过负载侧变换器的第二相的控制来交替地控制第二开关模块的两个并联连接的最外侧的双向开关，并且通过负载侧变换器的第三相的控制来交替地控制第三开关模块的两个并联连接的最外侧的双向开关。
[0036] 在根据本发明的方法中，确定仅包含相同相的并联连接的双向开关中的一些双向开关的两个或更多个开关模块的功率耗散。根据本发明，还可以以这样的方式来交替地控制放置在不同模块中的同一相的并联连接的双向开关，所述方式即：通过改变所述双向开关相比于彼此的导通时间来改变所述并联连接的双向开关相对于彼此的负载。在比具有较低的功率耗散的开关模块的双向开关更短的时间内将具有较高的功率耗散的开关模块的并联连接的双向开关转变为导通状态。
[0037] 在本发明的实施例中，功率控制装置至少包括第一和第二转换器。功率控制装置由此包括包含第一和第二转换器两者的双向开关的至少一个开关模块。在本发明的此实施例中，将被放置在上述开关模块中的第一转换器的双向开关被安装在被放置在所述开关模块中的第二转换器的双向开关中间。
[0038] 本发明的优点
[0039] 当如在电梯驱动中在加速期间那样电动机以低速度旋转但是需要高瞬时扭矩时，通过负载侧变换器的电流比通过干线变换器的电流大得多。在此情形下，在负载侧变换器的双向开关中发生高功率耗散，开关模块在开关附近被强烈地加热。当在若干并联连接的双向开关之间分配负载侧变换器的相电流并且将这些双向开关被彼此相隔一距离而放置时，均衡了开关模块中的功率耗散，并且减少了局部加热。由于开关模块被更均等地加热，因此它们可以被设计用于较大的电流，或者相应地，可以将较小的开关模块用于控制相同的电流，由此减少成本。此方法特别是在其中负载侧变换器的瞬时电流要求显著高于长时间平均电流要求的驱动中提供了优点。此类型的驱动包括例如其中需要高瞬时电流以便加速的电梯驱动。
[0040] 在需要高扭矩以及低电动机电流频率的电动机驱动中，例如在停靠时电梯轿厢的精确定位期间的电梯驱动中，负载侧变换器的同一相的双向开关在长时间内传导大电流。因此，开关模块在双向开关的附近被强烈地加热。如果经由并联连接在三相开关模块中的最外侧的双向开关之间分配电流，则将更均等地加热该开关模块。因此，可以使用被设计用于较小电流的半导体。还可以通过在若干开关模块之间分配并联连接的双向开关来均衡功率耗散。
[0041] 如果以点状方式加热半导体模块，则散热装置也在点状热源附近接收更多的热量。在此情形下，散热装置不能高效地将热量从开关模块转移到环境。在开关模块被均等地加热时，散热装置也被更均匀地加热，并且更高效地将热量转移到环境。由于加热均衡地发生，因此可以使用较小的散热装置和风扇，由此减小功率控制装置的尺寸。这特别是在空间是关键因素的应用中提供了优点。例如，在电梯系统中已经发生了向经常将功率控制装置布置在电梯井中的没有配重的解决方案的转变，因此小尺寸的功率控制装置是期望的。
[0042] 在本发明的功率控制装置中，可以使用包含三个双向开关的商用三相半导体模块。与所述模块一起，可以连接中间电路能量源以及散热装置，由此根据本发明可以形成独立的功率控制单元。通过模块化地组合这样的功率控制单元，可以构造不同的功率控制装置。例如，可以通过使用类似的功率控制单元来形成DC-DC斩波器。在功率控制装置中的转换器的数目增加时，还可以在不同的开关模块之间将不同的转换器的开关分配为若干不同的组合，可以进一步均衡各模块之间的功率耗散，并且提高模块的电流容量。通过模块化地组合相同的功率控制单元，还实现了关于大产品(production)系列的成本的优点。
[0043] 当在功率控制装置中包括的至少一个开关模块包含至少两个不同的转换器的双向开关，所述转换器属于所述控制装置，并且将上述开关模块中的第一转换器的双向开关安装在所述开关模块中的第二变换器的双向开关中间时，与例如其中属于功率控制装置的开关模块包括仅一个转换器的双向开关的现有技术的应用中相比，开关模块被更均等地加热。例如，如果以使得在并联连接的双向开关之间分配相电流的方式与诸如三相负载侧变换器之类的一个转换器的相并联连接若干双向开关，并且如果将负载侧变换器的双向开关安装在不同的开关模块中使得一个模块包含负载侧变换器的至少两个不同的相的双向开关，则在控制中的某种情形下，所述开关模块的不同的相的相邻安装的双向开关仍然同时承载大的瞬时电流。如果例如负载侧变换器向诸如星形连接的电动机绕组之类的对称负载馈电，则在控制中的某个情形下，当负载侧变换器的一相中的相电流接近于零时，负载侧变换器的其它两相瞬时承载大电流。当负载侧变换器的不同相的至少两个双向开关现在被彼此相邻地安装在开关模块中时，大电流瞬时地在相邻安装的双向开关中流动，并且因此开关模块在这些双向开关的区域中被局部加热。散热装置由此不能高效地将热量从开关模块转移到环境，这限制了开关模块的电流容量。如果作为替代而如在本发明中提出的那样、将上述的负载侧变换器的双向开关例如安装在被包括在同一功率控制装置中的诸如干线变换器之类的另一转换器的双向开关中间，则开关模块将被更均等地加热，散热装置将更高效地将热量从开关模块转移到环境，并且将增大开关的电流容量。
[0044] 在功率控制装置包括负载侧变换器和干线变换器的本发明的实施例中，可以如在本发明中提出的那样将两个并联连接的双向开关安装在负载侧变换器的每相中，并且可以将对应的开关安装在干线变换器的每相中。在此情况下，可以以这样的方式由每个包含三个双向开关的三个开关模块形成功率控制装置，所述方式即：将每个开关模块的中间的开关安装在干线变换器的相中并且将最外侧的双向开关作为并联连接安装在负载变换器的相中。由于在很多驱动中，例如在处于低速的电梯驱动中，负载侧变换器的双向开关比干线变换器的双向开关被更多地加热，因此可以将这种类型的开关布局用于提高功率控制装置的电流容量。
附图说明
[0045] 图1表示根据本发明的功率控制装置。
[0046] 图2图示根据本发明的开关布置。
[0047] 图3表示根据本发明的干线变换器。
[0048] 图4表示根据本发明的负载侧变换器。
[0049] 图5表示根据本发明的电力供应单元。
[0050] 图6表示根据本发明的电力供应装置，其中安装连接到同一直流电压中间电路的两个负载侧变换器以向两个电动机馈电。
具体实施方式
[0051] 图1示出了根据本发明的功率控制装置。该功率控制装置包括干线变换器4以及与该干线变换器连接的电感器单元20。将干线变换器和负载侧变换器5连接到公共的直流电压中间电路13。直流电压中间电路具有电容器15，作为能量存储装置。另外连接到直流电压中间电路的是DC-DC斩波器6，其在所建立的直流电压中间电路13与能量源19之间供应能量。负载侧变换器5为电动机1供应在频率和幅度上变化的电压。在电动机的加速期间，由干线变换器控制器(control)16A控制的功率控制装置将电力从干线网络2经由干线变换器4供应到直流电压中间电路13，并且进一步，由负载侧变换器控制器16B控制的功率控制装置将电力经由负载侧变换器5供应到电动机1。在减速期间，电动机作用为发电机，将电力通过负载侧变换器传送到直流电压中间电路，并且进一步通过干线变换器传送到干线网络。
[0052] 不一定需要将在减速期间生成的能量返回给供电网络2，而是可以将其存储在能量存储装置19中。在此情况下，干线变换器控制器16A阻止将电力供应给网络，并且在控制16C下将电力经由DC-DC斩波器传递到能量存储装置19。
[0053] 图2示出了可以在本发明的功率控制装置中使用的三个开关模块8、9、10。将开关模块附着到公共的散热装置18。每个开关模块包含三个双向开关11、12。将每个开关模块的中间的开关11A、11B、11C连接到干线变换器4的相。将开关模块的最外侧的双向开关并联连接，并且将双向开关的并联连接12A、12B、12C连接到负载侧变换器5的相。在电梯驱动中，像这样的解决方案是有利的，因为在电梯电动机的加速期间通过负载侧变换器5的电流大约等于通过干线变换器4的电流的两倍。
[0054] 图3呈现了干线变换器的桥接。连接到每相的是一个双向开关11A、11B、11C。通过交替地将正转换触点7A连接到中间电路的正电压电势以及将负转换触点7B连接到中间电路的负电压电势，来控制双向开关。
[0055] 图4呈现了负载侧变换器的桥接。如图中所示，在变换器的三相中的每一个中并联连接两个双向开关12AA和12AB，由此形成并联连接12A、12B和12C。在此电路中，在并联连接的双向开关之间均等地分配变换器的相电流。可以例如如三相开关模块8、9、10的最外侧的双向开关那样、将相同相的双向开关12彼此相隔一距离放置，或者也可以将它们放置在不同的开关模块中。在未将相同相的并联连接的双向开关彼此相邻地放置在开关模块中时，它们的功率耗散分布在较大区域上，并且不发生点状加热。例如在相同相的双向开关长时间导通时，存在这样的点状加热的风险。可以以使得将双向开关12AA和12AB的正或负转换触点同时切换到导通状态的方式，来同时控制双向开关。还可以以使得将双向开关12AA和双向开关12AB的正或负转换触点交替地切换到导通状态、同时将另一双向开关的正和负转换触点同时切换到非导通状态的方式，来交替地控制双向开关。还可以选择双向开关12AA和12AB相对于彼此的导通时间，使得与具有较低功率耗散的开关模块中的双向开关相比，在更短的时间内将具有较高功率耗散的开关模块中的双向开关保持在导通状态。这允许在开关模块之间均衡功率耗散。
[0056] 图5显示根据本发明的功率控制单元14。功率控制单元包括用于存储中间电路能量的能量存储装置15。此能量存储装置可以是例如中间电路中的电容器。在本发明的优选实施例中，功率控制单元包括开关模块8以及散热装置18，该开关模块附着到该散热装置。功率控制单元还包括：干线变换器控制器16A，其允许将开关模块8的双向开关中的至少一个用作干线变换器4的一部分；以及负载侧变换器控制器16B，其允许将开关模块的双向开关中的至少一个用作负载侧变换器的一部分。功率控制单元还可以包括DC-DC斩波器控制16C，在此情况下可以将开关模块的双向开关中的至少一个用作可能的DC-DC斩波器的一部分。功率控制单元14还包括用于将两个或更多个功率控制单元连接到公共的直流电压中间电路13的部件17。
[0057] 图6图示了根据本发明的功率控制装置，其中安装连接到同一直流电压中间电路13的两个变换器5A、5B，以向两个电动机馈电。两个电动机可以同时在电动机模式下起作用，其中电力被从干线电源2或者能量存储装置19经由直流电压中间电路通过变换器15A、
15B供应给电动机1A、1B。电动机也可以同时在发电机模式下起作用，在此情况下，两个电动机通过变换器将电力供应给直流电压中间电路，该电力进一步被从直流电压中间电路二中择一地传递给能量存储装置19或者电源2。还可以是电动机之一在电动机模式下工作，而另一个电动机在发电机模式下工作，在此情况下，将通过在发电机模式下工作的电动机返回到中间电路的电力中的至少一些电力直接循环到在电动机模式下工作的电动机。
[0058] 在上文中，已经作为本发明的应用提出了电梯驱动以及各种运输部件的驱动。本发明的有利的应用是起重机驱动，其中通过由电动机产生的扭矩在适当的位置瞬时地支撑负载。在此情形下，控制电动机的变换器的半导体在半导体模块中被不均等地加热。通过使用本发明的装置和方法，在起重机驱动中可以均衡半导体模块的加热，并且同时提高半导体模块的电流容量。
[0059] 在上文中，已经参照几个实施例示例描述了本发明。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是：本发明不限于上述实施例，而是在所附权利要求中限定的本发明构思的范围内本发明的许多变化和不同实施例是可能的。
