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CN201510642024.1 减少并行模块化转换器系统内的循环电流和相位间失衡

技术领域

本公开的实施方式总体上涉及功率管理,并且具体而言,涉及一种用于控制并行模块化转换器系统内的相位间失衡并减少循环电流的系统和方法。

背景技术

现代交通工具使用大量电子设备、电动机、加热器以及其他电气驱动设备。电动机尤其普遍存在于现代交通工具(包括飞机)内,并且给从液压泵到舱室通风机的所有东西提供动力。传统上,这些电动机中的每个电动机由单独的电动机控制器驱动。每个电动机控制器被定尺寸为能够传送向全功率下的其相应电动机供电所需要的最大电流量持续延长的时间段(并且出于安全起见,通常包括一些额外容量),而不过热或发生故障。

结果,每架飞机携带过量的电动机控制器,每个控制器具有过大的尺寸并且大部分时间未充分利用。换言之,电动机控制器包括足够的容量,以使全功率的电动机运行更长的时间段加上安全裕度,但是电动机很少(如果有的话)以全容量运行。这是因为电动机本身内建有某种安全裕度,并且因为在大部分时间,电动机在更低需求的状态下操作(例如,舱室通风机并非始终“打开”)。此外,一些电动机仅仅偶尔或者在特定的航段期间使用,在剩余的时间不使用。结果,飞机的重型昂贵的电动机控制器的很多定额设备需要以闲置或者明显低于其额定功率输出的方式度过其大部分使用寿命,。

因此,需要一种系统架构,该系统架构能够使用多个、模块化、可分配的、动态可重新配置的并行电动机控制器,这些控制器可以单独地或者与其他并行电动机控制器同时工作,以满足功率控制需要。系统应在必要时能够将一个或多个并行控制器分配给飞机内的每个活动的电负载,以满足现有功率需求。系统应能够使用这种并行控制器,同时尽可能最小化相位间的失衡并且减少循环电流。本公开的实施方式主要涉及这种系统。

发明内容

应理解的是,提供这个发明内容以通过简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这个发明内容并非旨在用于限制所要求的主题的范围。

本公开的实施方式涉及与模块化配电相关的系统和方法以及用于电负载的功率转换系统。该系统可以包括连接的多个并行模块化转换器模块(“模块”),以形成并行模块化转换器(“转换器”)。系统和方法可以同时并且并行地操作多个模块,同时保持每个模块的大体上相等的输出。

讨论的特征、功能以及优点可以在本公开的各种实施方式中单独实现,或者可以在其他实施方式中合并,参照以下描述和附图,可以看出其进一步细节。

附图说明

图1是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC输入应用中的并行模块化转换器内使用的并行模块化转换器模块(“模块”)的电气原理图;

图2是描述根据本公开的一些实施方式的在AC输入应用中的并行模块化转换器内使用的模块的电气原理图;

图3A至图3C是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC电流机构内使用多个模块的并行模块转换器(“转换器”)的电气原理图;

图4是描述根据本公开的一些实施方式的输出配置的电气原理图;

图5是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC输入应用内具有共享控制器的替换模块的电气原理图;

图6A至图6C是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC输入应用内的替换转换器的电气原理图;

图7是描述根据本公开的一些实施方式的功率切换网络的电气原理图;

图8是描述根据本公开的一些实施方式的并行模块化转换器的电气原理图;

图9A至图9C是描述根据本公开的一些实施方式的替换转换器的电气原理图;

图10是描述根据本公开的一些实施方式的转换器的总体系统架构的电气原理图;

图11是描述根据本公开的一些实施方式的图10的控制切换网络和功率切换网络的详细电气原理图;

图12是描述根据本公开的一些实施方式的分配功率的方法的流程图;

图13是描述根据本公开的一些实施方式的用于给多个模块重新分配负载的方法的流程图;

图14是描述根据本公开的一些实施方式的用于均衡并行模块之间的电流的方法的流程图;

图15是描述根据本公开的一些实施方式的针对具有负载平衡器的转换器的总体系统架构的电气原理图。

在本公开中显示的每个示图显示了所提出的实施方式的一个方面的变化,并且仅仅详细讨论不同之处。

具体实施方式

本公开的实施方式总体上涉及功率分配和功率转换系统,并且更具体而言,涉及一种并行模块化转换器,用于分配电负载,无需在每个电负载上具有单独的控制器。转换器可以使用负载平衡器来监测至并行模块转换器内的每个并行模块化转换器模块的输入和输出,以和输出电流匹配。此外,这可以造成减少循环电流和相位间失衡。

为了简化和阐明解释,在本文中将本公开描述为用于在飞机上分配功率的系统。然而,本领域技术人员会认识到,本公开不受此限制。系统还可以供(例如而非限制性地)汽车、其他类型的交通工具使用并且用在配电网络内。本公开可以用于通过减少所需要的控制器的数量,消除过量的控制器容量并且减少或消除循环电流和相位间失衡,来在多种情况下改善控制并且降低配电的成本和费用。

在后文中描述为构成本公开的各种元件的材料和部件旨在说明性的,而非进行限制。执行与在本文中描述的材料和部件相同或相似的功能的很多合适的材料和部件旨在包含在本公开的范围内。在本文中未描述的这种其他材料和部件可以包括但不限于在形成本公开之后开发的材料和部件。

如上所述,传统的配电系统的问题在于,通常每个电负载具有单独的控制器以用于配电目的。不幸的是,这造成过量的控制器容量,这是因为每个单独控制器必须针对必要的电器可以消耗的最大符合来进行额定。此外,在大部分情况下,即使(1)电负载本身(例如,电动机)可以具有某种固有的安全裕度,并且(2)很多电负载通常以低于全功率使用和/或仅仅间歇性使用,控制器也实际上被设计为提供某种安全裕度。

为此,本公开的实施方式涉及模块化功率控制器的网络系统,所述模块化功率控制器可以单独地或者并行使用,以满足现有功率需求。由于在飞机内的每个电负载很少(如果有的话)同时打开,所以系统可以被设计有这样的容量,即,该容量与标称或平均功耗(加上某种安全裕度)更密切相关,而非“最糟糕的状况”。结果,所需要的部件的数量、部件重量、尺寸以及成本可以减小,系统效率可以改善,并且可以提供改进的系统冗余。例如,如果发生电动机控制器故障,那么系统可以被重新配置为将负载分配给运行的电动机控制器,提高了可靠性。此外,如果负载促使系统以全容量操作,那么即使在某些情况下以更低的容量工作但是所有负载依然被供电。

如图1中所示,系统的构件可以包括多个并行模块化转换器模块(“模块”)100,所述模块可以被联网在一起,以形成下面讨论的并行模块转换器(“转换器”)。在一些实施方式中,如图1中所示,每个模块100可以包括车载处理。在这个配置中,模块100可以包括至少三个处理器:电动机控制数字信号处理器(“DSP”)105、保护处理器110以及逻辑处理器115。替换地,保护处理器110可以表示为保护控制器,并且逻辑处理器115可以表示为逻辑控制器。

因此,在一些实施方式中,例如,DSP105可以生成高频栅极驱动脉宽调制信号(PWM)120,以激活栅极驱动器125。栅极驱动器125本质上用作功率模块100的切换侧,与电气继电器非常像。换言之,模块100的输出180由PWM信号120调节。为了确定合适的PWM信号120,DSP105可以使用经由信号处理器135而源自各种传感器的信号和/或经由模块通信总线140的信号,如下所述。

在一些实施方式中,DSP105可以使用传感器,包括(例如而非限制性地)温度传感器150和直通传感器155,以检测可能损坏的状态。在其他实施方式中,DSP105可以使用传感器,包括电流传感器(用于检测过电流状态)、电压传感器(用于检测过电压状态)、电动机速度和位置传感器(用于检测超速状态)。此外,这些传感器中的很多(例如,电流、电压、电动机速度和位置传感器)也可以用于执行电动机控制。在一些实施方式中,信号处理器135可以调节来自传感器的信号并且可以包括模数转换器(ADC)135a。在其他实施方式中,ADC135可以是分离单元,其通过通信接口连接至处理器105、110、115。在依然其他实施方式中,ADC135可以整合到一个或多个处理器105、110、115内。

传感器数据可以包括(例如而非限制性地)模块输入和输出电流和电压、电动机位置、DC链路DM(差分模式)和CM(共模)、电压和电流、电动机速度、以及功率模块温度。在一些实施方式中,DSP105脉宽调制方法和输出功率水平可以由逻辑处理器115配置。为了能够在模块处理器105、110、115与位于模块100外面的控制器之间通信,可以使用模块通信总线140。在一些实施方式中,为了增强模块100调试和验证,例如,负载传感器信号和DSP配置可以包括数据集,以传输给主要数据记录器310,如下所述。

优选地并且有时需要在模块100与电动机控制DSP105之间同步参考时钟,以生成同步输出波形180。未能同步参考时钟会造成电动机控制DSP105生成波形,所述波形与其他模块100的波形异相。这反过来可以潜在地产生短路,所述短路可以损坏或破坏模块100。DSP105的高频系统时钟的差异可以相对不重要;然而,几纳秒对输出波形具有很少的影响或者没有影响。参考时钟优选地至少在并行模块100(例如,目前将功率馈送给相同负载的模块100)之间同步。在一些实施方式中,为了非常精确地同步,可以使用在本领域中已知的方法,例如,通过光纤光缆同步。光纤可以有利,这是因为光纤不受由功率模块切换生成的EMI噪声的影响。如下所述,在一些实施方式中,所有电动机控制PWM信号120可以在中央处理器上执行,该中央处理器将PWM栅极信号120直接分配给IGBT开关模块的栅极驱动电路125。这可以减少同步问题,这是因为并行模块接收相同的栅极信号120。

在一些实施方式中,保护处理器110可以启用模块100的安全操作。保护处理器110可以监测各种传感器的不安全操作条件,包括但不限于输出AC电流和电压传感器145、栅极驱动器和逆变器温度150以及直通电流155。在一些实施方式中,保护处理器110还可以监测(例如)电动机超速、过电压(DC链路)、在输入或输出上的过电流、在输入和输出上的过电压、CM(共模)电流、过电压纹波、失衡的输入/输出电流、开相、以及计算机故障保护(例如,如果DSP发生故障,那么保护处理器110可以独立地禁用栅极驱动器125)。在依然其他实施方式中,保护处理器110还可以比较实际的PWM配置和命令的PWM配置。如果这些信号不匹配,那么也可以禁用栅极驱动器125。在一些实施方式中,如果检测到故障,那么保护处理器110可以直接连接至栅极驱动器125,以启用逆变器160的几乎瞬时关机。

模块100输入故障保护还可以由与主要保护控制器305通过模块通信总线140通信的保护处理器110提供。如果保护处理器110检测到(例如)故障,那么保护处理器110可以指示主要保护控制器305在外面禁用模块100。在一些实施方式中,模块100故障还可以由保护处理器110记录。在一些实施方式中,故障可以储存在保护处理器110的存储器110a(例如,非易失性存储器)内,并且可以禁用模块100直到可以修理或更换。为了帮助调试,在一些实施方式中,保护处理器110还可以利用主要数据记录器310记录一些或所有事件。通过这种方式,关于模块故障、通信、主要逻辑命令以及其他相关信息的信息可以包括数据集,以由主要数据记录器310记录。

在一些实施方式中,通过配置调制方法和输出功率,逻辑处理器115可以调节DSP105。并行模块100内的逻辑处理器115之间的协调可以启用相等的负载共享和时钟同步。结果,每个逻辑处理器115可以与主要逻辑控制器320通信关于目前被分配为向哪个负载供电的信息。

如图所示,模块100可以接受由外部整流器单元整流的高压DC功率(HVDC)。在一些实施方式中,输入电流和电压可以由电流和电压传感器165监测。DC波形可以由DC电磁干扰(EMI)滤波器170过滤,该滤波器可以减少DC总线上的噪声并且稳定输入电流和电压。然后,逆变器模块160可以生成AC波形,该波形可以由输出ACEMI滤波器175过滤,以供系统负载使用。在一些实施方式中,额外的滤波器和处理器可以用于去除切换瞬变现象并且平滑输出波形。在一些实施方式中,每个模块100可以包括(例如)一个小输入EMI滤波器170以及用于每个负载的更大输出EMI滤波器175(串联连接EMI滤波器提高了滤波器衰减)。

在输出ACEMI滤波器175之后的额外的传感器也可以监测电流和电压波形。在一些实施方式中,在模块100上具有一个或多个电压和/或电流传感器,并且在负载侧上具有一个或多个电压和/或电流传感器。这可以在功率切换网络325内启用故障检测,如下所述。

如图2中所示,在一些实施方式中,并非使用外部整流器,整流器205可以整合到模块200内。在这个配置中,模块200可以使用AC功率输入,例如,三相AC功率输入。整流器205可以包括(例如而非限制性地)有源前端(包括固态开关)或传统的无源整流器(例如,多脉冲自耦变压器整流器单元、变压器整流器单元或二极管整流器)。这个配置可以提供更大的可靠性,这是因为(例如)整流器205故障仅仅影响一个模块200。此外,提高了可靠性和安全性,这是因为在模块200之间还具有更小的循环电流(例如,每个模块200可以与其他模块200隔离)。当然,由于具有额外的元件205、210,所以这种方法引起模块200的成本、重量、体积以及复杂度略微增大。在一些实施方式中,额外电流和电压传感器210可以在整流器205之后使用以感测故障状态。

图3A至图3C描述转换器的总体系统300架构。主要控制器302可以包括(例如而非限制性地)主要通信控制器315、主要逻辑控制器320、主要保护控制器305、主要数据记录器310或主要数据记录控制器、以及功率切换网络(PSN)325。主要通信控制器315可以通过每个模块100的模块通信总线140连接每个模块,能够使模块100之间实现消息交换。此外,来自主要逻辑控制器320的消息还可以由主要通信控制器315路由给其相应的目的地(例如,模块100、外部飞机系统350等)。

在一些实施方式中,为了帮助调试,由主要通信控制器315处理的消息可以复制并且传输给主要数据记录器310,其中,主要数据记录器记录消息以用于协作(concurrent,同时,并行)或未来分析。在一些实施方式中,主要通信控制器315可以促进模块100与外部飞机系统350(例如,位于请求功率的系统300外面的飞机系统350)之间的通信。在一些实施方式中,主要逻辑控制器320可以从外部飞机系统接收针对具有规定的功率水平(例如,电流和/或电压)的负载的请求。然后,主要逻辑控制器320可以分配模块100,以通过相应地选择和配置模块100和功率切换网络3254来满足功率请求。

为了确保在系统300内发生的任何故障状态被检测到和中断,主要保护控制器305可以监测每个模块100的输入和输出,包括(例如而非限制性地)高压DC总线和低压DC总线的输入电流和电压波形。在一些实施方式中,如果发生故障,那么主要保护控制器305可以信令相应的功率开关330,以断开模块100,记录故障于主要保护控制器存储器305a内,并且将故障消息发送给主要数据记录器310。主要保护控制器305可以禁用模块100,直到(例如)修理或更换。

另一方面,可以由主要数据记录器310处理控制消息和传感器读数的记录。主要数据记录器310可以通过数据记录总线345将其接收的数据记录到数据存储介质335中,该总线可以通过数据储存接口(DSI)310a进行通信。在一些实施方式中,例如,在高频传感器读数写入数据存储器中时,可以使用高速高容量储存装置。在一些实施方式中,可以使用与主要控制器(例如,主要保护控制器305、主要数据记录器310、主要通信控制器315以及主要逻辑控制器320)和模块100的处理器(例如,电动机控制DSP105、保护处理器110以及逻辑处理器115)的冗余低压DC连接,增强系统300的可靠性。

在这个配置中,可以通过位于模块100外面的整流器单元(整流器)340,给模块100供电。每个整流器340可以给N个(任何数量)模块100供电。当然,减少由每个整流器340供电的数量N可以提高可靠性,但以增大重量和复杂度为代价。结果,如果具有(例如)M个整流器340,那么这会产生总共N*M个模块100。如上所述,整流器340可以是(例如但并非限制地)AFE、无源二极管、或多脉冲自耦变压器单元整流器。

在一些实施方式中,如图4中所示,输出系统400可以包括功率切换网络325。功率切换网络325可以通过负载连接器(420-1到420-K)的阵列将模块100输出(415-1到415-N)的阵列切换到其分配的负载。功率切换网络保护控制器405通过监测电流和电压波形,可以提供负载故障识别和中断。如果功率切换网络保护控制器405检测到故障状态,那么可以使连接至负载的一些或所有功率切换网络325的开关410断开。在一些实施方式中,功率切换网络保护控制器405还可以记录故障于NVM中,以帮助重新闭合开关410(例如,在纠正故障时)或者永久断开开关410(例如,直到更换)。功率切换网络保护控制器405还可以通知功率切换网络325该故障。然后,功率切换网络325可以断开连接至负载的所有开关,从而提供冗余系统保护。在一些实施方式中,如果需要的话,那么系统300的输出可以包括EMI衰减的最终阶段。每个负载可以具有一个或多个专用AC输出EMI滤波器,该滤波器可以过滤来自所有并行模块100的组合波形。在一些实施方式中,开关410可以是(例如而非限制性地)固态开关或机电式接触器。

在一些实施方式中,如图5中所示,模块100可以主要由电动机控制DSP105控制,而并非多个模块控制器(例如,电动机控制DSP105、保护处理器110以及逻辑处理器115)。在这个配置中,将逻辑处理器115功能转移给主要逻辑控制器320可以减少模块100所需要的处理器的数量。在一些实施方式中,例如,这还可以消除每个模块的逻辑处理器115之间的配电协商处理。在这个配置中,电动机控制DSP105可以由主要逻辑控制器320配置。负载传感器信号可以由主要逻辑控制器320根据需要传输给电动机控制DSP105。此外,用于生成同步波形的系统300参考时钟同步可以依然由电动机控制DSP105提供。

在这个配置中,保护处理器110功能可以整合到参考时钟同步内,以生成同步波形。在大部分情况下,处理较少量的额外信号不给电动机控制DSP105增加很大的负担。如果电动机控制DSP105识别出故障状态,那么电动机控制DSP105可以仅仅通过停止PWM信号120来禁用模块100。

在一些实施方式中,为了降低模块通信总线140的带宽要求,模块100还可以包括单独的数据记录通信总线505。通过这种方式,较高的带宽数据记录通信可以由数据记录通信总线505处理,而作为较低带宽、高可靠性通信的控制通信510可以保持在模块通信总线140上。通过这种方式,电动机控制DSP105可以连接至这两个通信总线505、510,以启用这两种类型通信。

在依然其他实施方式中,如图6A至图6C中所示,系统600可以包括更重要的主要逻辑控制器320以及主要数据记录器310,能够消除主要通信控制器315。在这个配置中,主要逻辑控制器320可以连接至每个模块的逻辑通信总线,以能够将配置传输给模块100。并行模块100之间的配电以及与外部飞机系统605(例如,位于系统600外面的飞机系统,而非飞机)的通信可以由主要逻辑控制器320控制。主要数据记录器310可以连接至每个模块的数据记录通信总线505,以启用更高频率的数据记录。在一些实施方式中,可以与主要保护控制器305和/或主要逻辑控制器320进行额外连接,以用于数据储存,而主要保护控制器305可以充分地操作,如上所述。

在一些实施方式中,如图7中所示,系统700可以包括从单独模块100中重新定位到系统300输出中的负载传感器信号处理。在这个配置中,功率切换网络保护控制器405可以监测负载信号,以确保不发生故障(例如,超温或超速状态)。功率切换网络保护控制器405可以将传感器数据(包括但不限于负载温度705和负载位置710)中继给主要逻辑控制器320,用于分配给模块100。

图8描述了消除参考同步问题(例如,模块100之间的参考时钟的同步,如上所述)的替换模块800架构。在一些实施方式中,这可以通过将电动机控制器DSP105重新定位到主要控制302中来实现。如上所述,电动机控制器DSP105计算PWM状态,然后,将其传输(例如,经由通过光纤的开关状态消息)给模块800。光纤可以用于模块间通信,例如,用于在无屏蔽的电线上防止数据损坏。在这个配置中,光纤收发器805可以接收开关状态消息。

然后,在光纤收发器805内的解码器805a可以生成栅极驱动器815的栅极驱动信号810。光纤收发器805可以传输、接收、编码以及解码从电域到光域的信号,反之亦然。光纤信号可以有利,这是因为光信号不受到由功率切换网络生成的EMI噪声的影响。因此,光学介质可以有助于通过较长的距离(例如,模块100之间)传输信息。

解码器805a可以是逻辑电路,例如(例如而非限制性地),现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、专用集成电路(ASIC)或处理器。此外,通过分别监测针对DC输入和AC输出的电流和电压传感器812、817、模块装置820的温度以及逆变器直通825以及其他,保护处理器110可以提供基本保护。如果发生故障,那么保护处理器110可以禁用逆变器830并且通知主要保护控制器305该故障。在一些实施方式中,保护处理器110可以通过光纤收发器805与主要保护控制器305通信。在其他实施方式中,保护处理器110可以通过模块通信总线140与主要保护控制器305通信。在一些实施方式中,可以以不同的频率传输开关状态消息和保护消息,以能够同时通信。

在另外其他实施方式中,如图9A至图9C中所示,电动机控制器DSP105可以从模块100中重新定位到主要控制器302中。通过考虑电动机控制器DSP105,由于装置的接近性(例如,从同步中去除大部分时间延迟元件),所以时钟同步不太困难。在一些实施方式中,电动机控制器DSP105可以放在模块化辅助板上,以促进系统900的修理。电动机控制器DSP105的数量可以等于由系统900控制的最大数量的同时负载K。在这个配置中,每个电动机控制器DSP105可以计算PWM状态,然后,将开关状态消息传输给模块100,并行模块100从相同的电动机控制器DSP105接收开关状态消息。在一些实施方式中,PWM路由器905可以用于将开关状态消息路由给并行模块100。负载传感器路由器910可以将传感器信号(例如,负载电流和电压)路由给相应的电动机控制器DSP105。

在一些实施方式中,主要逻辑控制器320可以与每个电动机控制器DSP105直接通信,以配置必要的控制变量(例如,脉冲宽度和幅度)。在一些实施方式中,如上所述,光纤收发器805可以用于与模块100通信。多个波长/频率还可以用于能够同时传输和/或接收开关状态消息和模块故障消息。

上面讨论的架构可以提供高可靠性,这是因为每个模块100的控制器几乎独立地操作。在大部分情况下,与其他控制器的交互限于在各种模块100的逻辑处理器115之间分配配电以及由主要逻辑控制器320分配负载和功率。在这个配置中,例如,模块100故障并不影响其他模块100的操作。此外,在模块通信总线140提供各种模块处理器(例如,DSP105、保护处理器110以及逻辑处理器115)与主要控制器之间的接口时,简化通信。然而,这个架构可以具有略微更低的成本有效并且更加难以实现。例如,将专用逻辑控制器用于最小的任务,可以造成未使用的处理功率,从而增大模块成本。另一方面,将逻辑控制器功能整合到其他控制器(例如,主要逻辑控制器320)内,会降低成本和模块复杂度。实现同步参考时钟,可以给模块增加复杂度和成本。

在图10和图11中显示了总体系统架构,包括在图1至图9C中讨论的子系统,系统1000可以控制并行模块化逆变器1015的系统,以驱动多个和/或不同类型的AC或DC机器1010。系统1000可以包括多个并联的并行模块化逆变器1015,每个逆变器能够被配置为通过可重新配置的控制切换网络1025接收嵌入在电动机控制系统1020内的多个控制算法1022a、1022b、1022c中的任一个。每个并行模块化逆变器1015可以被配置为通过可重新配置的功率切换网络1030驱动负载侧的多个AC机器1010中的一个或多个。

例如,这个配置能够动态地重新配置控制切换网络1025和功率切换网络1030。此外,可进入多个并行逆变器1015中的任何逆变器,以驱动负载侧的多个电动机1010(或其他电负载)中的任何电动机,并且可进入嵌入系统1000内的多个控制算法1022中的任何控制算法,以控制多个逆变器1015中的任何逆变器。结果,一个或多个逆变器1015可以必要时驱动一个电动机1010,以满足负载要求,和/或可以同时驱动负载侧的多个电动机1010,可以通过一个或多个逆变器1015驱动每个电动机。此外,可以使用相同的控制算法(例如,1020a)或不同的控制算法(例如,1020b)同时驱动负载侧上的多个电动机1010。

如图10中所示,此外,系统可以包括系统控制器1035,其被配置为与交通工具控制器1040通信,例如,以从交通工具控制器1040获得操作命令并且给交通工具控制器1040提供系统1000状态信号。在一些实施方式中,系统控制器1035还可以重新配置功率切换网络1030,以提供适当数量的并行逆变器模块1015,以实时驱动电动机1010。换言之,在电动机1010的负载增大时,系统控制器1035可以信令功率切换网络1030,以并行放置更多的逆变器模块1015。相反,当然,在电动机负载减小时,系统控制器1035可以信令功率切换网络1030,以切断一个或多个逆变器模块1015。必要时,然后,系统控制器1035可以将逆变器模块置于与其他逆变器模块1015并行,以驱动其他负载1010。

在一些实施方式中,系统控制器1035还可以重新配置控制切换网络1025,以给一个或多个逆变器模块1015提供合适的电动机控制算法1022,从而驱动一个或多个电动机类型。系统控制器1035可以提供与(例如而非限制性地)磁场定向控制(FOC)、直接转矩控制(DTC)、电压/频率控制(V/F)相关的算法。例如,这可以有助于有效地驱动特定的电动机类型(例如,感应电动机、同步电动机、永磁同步电动机、无刷DC电动机等)。

在一些实施方式中,系统控制器1035还可以给相应的电动机1010(或电动机控制器)发送(例如而非限制性地)电动机速度、转矩或功率参考值。在一些实施方式中,系统控制器1035可以在嵌入式控制器上储存和运行。系统控制器1035可以包括(例如而非限制性地)微控制器处理器、FPGA或ASIC。在一些实施方式中,系统控制器1035可以使用实时模拟器/仿真器或者可以实时运行。

在一些实施方式中,电动机控制器算法1022的数量可以由不同电动机负载的数量确定。例如,如果系统1000驱动3种不同类型的电动机1010,那么可以开发三个电动机控制器算法1022,每个电动机控制算法1022专用于电动机负载。当然,如果全部三个电动机1010通过相同的电动机执行相同的功能,那么可以使用相同的算法1022给全部三个负载供电。

控制切换网络1025可以动态地配置一个或多个逆变器1015,每个逆变器可以由特定的控制算法1022或者共同控制算法1022驱动,按照命令通过控制切换网络1025从系统控制器1035路由共同控制算法。在一些实施方式中,可以尽可能最小化进入并且来自控制切换网络1025的信号之间的时间延迟,以提高电动机驱动性能。

 

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