DK169010B1 - Impulsbreddemodulationsomsætter - Google Patents

Description

i DK 169010 B1

Den foreliggende opfindelse angår en elektrisk energiomsætter, navnlig en frekvensomsætter, der arbejder ved impulsbreddemodulation - forkortet PWM - og som kan forbindes med en belastning for at ændre energien, som leveres til denne.

5

Kendte frekvensomsættere til synkron- eller asynkronmotorer omfatter i almindelighed en ensretterbro, der er forbundet med en inverter over et mellemkredsløb med en udglatningskondensator. Inverteren skal forbindes med faseviklingerne i motoren, og den arbejder ved 10 impulsbreddemodulation. Inverteren har flere arme, som hver er udstyret med to statiske omskiftere, der indeholder respektive genvindingsdioder. Midtpunktet af hvert par af omskiftere i den samme arm er forbundet med en respektiv fasevikling i motoren. Et styrekredsløb aktiverer eller deaktiverer omskifterne på valgte 15 tidspunkter. Ved statiske omskiftere forstås i den foreliggende beskrivelse bipolære eller MOS transistorer, bipolære MOS komponenter, såsom dem der er kendt under navnet IGT, tyristorer af GTO typen, som kan deaktiveres, eller andre lignende komponenter, der kan deaktiveres.

20

Hvis det antages, at den første omskifter i en arm er deakti veret, og at den anden omskifter i den samme arm endnu ikke leder, passerer strømmen, som løber gennem den fasevikling i motoren, som er forbundet med midtpunktet af armen, gennem genvindingsdioden i ti 1 -25 knytning til den første omskifter. Når den anden omskifter aktiveres og under genvindingstiden for den første diode, udsættes denne omskifter for gennemgangen af den modsatte strøm i den første diode samtidig med gennemgangen af strømmen i en vikling i motoren, og så længe spændingen på omskifterens terminaler ikke er faldet til en 30 ledeværdi VC£SAy, kan der iagttages høje omskiftningstab.

Omskiftningstabene vokser naturligvis med omsætterens arbejdsfre-kvens. Denne frekvens står i forhold til værdien af motorens induktanser, og den vil være desto større, jo mindre induktanserne er.

35 i tilfælde af en synkronmotor er dette nøjagtigt tilfældet, og det er derfor nødvendigt at anvende en høj omskiftningsfrekvens med tilsvarende ikke ubetydelige omskiftningstab. Når der på den anden side er tale om en asynkronmotor, kan der, selv om induktanserne i denne er relativt høje, iagttages en tendens til at forøge DK 169010 B1 2 omsætterens frekvens for således at reducere det pulserende moment og støjen, hvilket igen resulterer i en forøgelse af omskiftningstabene.

5 I et kendt arrangement til reduktion af omskiftningstabene omfatter omsætteren i serie med hver omskifter en induktans og i parallel med hver omskifter et resistans-kapacitet-diodenetværk RCD. Hver induktans bidrager til at begrænse den tidligere nævnte transiente strømgennemgang ved aktivering af omskifteren, men når denne deak-10 tiveres, oplader energien, som er lagret i induktansen, kapaciteten over dioden, hvilken kapacitet derefter udlades gennem resistansen. Dette arrangement har den ulempe, at det for hver omskifter kræver en induktans og et hjælpe-RCD-netværk. Endvidere tillader det ikke anvendelse af integrerede broer indbefattende omskiftere, der er 15 indbyrdes forbundet med deres genvindingsdioder.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at afhjælpe disse ulemper, ved effektivt at reducere omskiftningstabene i en impulsbreddemodul at i onsomsætter - mere specielt en frekvensomsætter - ved 20 hjælp af en simpel anordning med et lille antal komponenter og en reduceret pris.

Udtrykket PWM-omsætter betegner en hvilken som helst variabel spændingsgenerator med moduleret impulsbredde, såsom en frekvensom-25 sætter til en synkron eller en asynkron motor, en omsætter til en jævnstrømsmotor, en inverter, som leverer en vekselspænding, osv.

Formålet med opfindelsen er endvidere at gøre det muligt i nogle tilfælde at genvinde de resterende omskiftningstab, som forekommer i 30 omsætterens modulatorbro.

Ifølge den foreliggende opfindelse opnås dette ved, at omsætteren omfatter: i en af lederne, som forbinder jævnspændingskilden med inverteren, 35 en induktans, der hjælper starten af strømledningen af de statiske omskiftere, i parallel over armene i inverteren, en overføringskondensator i serie med en overføringsdiode til modtagelse af energien fra induktansen, når de statiske omskiftere deaktiveres, DK 169010 B1 3 en modstand til udladning af overføringskondensatoren, hvilken modstand er forbundet med lederen, som forbinder jævnspændingskilden med inverteren.

5 Hensigtsmæssigt som angivet i krav 2 er modstanden til udladning af overføringskondensatoren forbundet med lederen oven for den strøm-ledningshjælpende induktans.

I en fordelagtig udførelsesform for omsætteren ifølge opfindelsen 10 har overføringskondensatoren en lav kapacitet, og en begrænsningskondensator med høj kapacitet er anbragt i parallel med kondensatoren for at oplades via en diode i tilfælde af en kortslutning. Resultatet er, at der kan anvendes en overføringskondensator med reduceret kapacitet og en begrænsningskondensator med lav effektiv 15 strøm, hvilket reducerer kostprisen for omsætteren.

Endvidere kan en chopper strømforsyning som angivet i krav 4 med fordel forbindes med terminalerne på overføringskondensatoren og/eller på begrænsningskondensatoren for således at genvinde en del 20 af omskiftningsenergien fra de statiske omskiftere for at forsyne styrekredsløbet for omskifterne, selv genvinding af energien foran omsætteren.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til 25 tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser en udførelsesform for omsætteren ifølge opfindelsen og fig. 2 en foretrukken udførelsesform for omsætteren i fig. 1.

30

Omsætteren 10 i fig. 1 er en impulsbreddemodulationsfrekvensomsæt-ter, som er forbundet med en belastning dannet f.eks. af en synkronmotor 11.

35 Omsætteren 10 indbefatter sædvanligvis en ensretterbro 12, der er forbundet med faselederne på strømforsyningsnettet, et mellemliggende jævnspændingskredsløb 13 med en udglatningskondensator 14 og en inverter 15, der er forbundet med ensretterbroen over det mellemliggende kredsløb. Inverteren har tre arme B1,B2,B3, der hver er DK 169010 B1 4 forbundet med en fasevikling i synkronmotoren 11.

Hver arm B1,B2,B3 i inverteren 15 er udstyret med to statiske omskiftere TI, T2 for Bl; T3, T4 for B2; T5, T6 for B3, der har 5 respektive genvindingsdioder D1-D6.

Midtpunktet af hvert par af omskiftere i den samme arm er forbundet med en respektiv fasevikling i motoren. Et styrekredsløb 16 aktiverer og deaktiverer (åbner og spærrer) omskifterne T1-T6 på valgte 10 tidspunkter.

I henhold til opfindelsen er en induktans L til at hjælpe starten af ledetilstanden af de statiske omskiftere T1-T6 anbragt i en af lederne 17-18, som forbinder ensretterbroen 12 - eller det mellem-15 liggende kredsløb 13 - med inverteren 15. En overføringskondensator CL er anbragt i parallel med armene B1-B3 i inverteren, hvilken kondensator er i serie med en overføringsdiode til modtagelse af energien fra induktansen, når de forskellige statiske omskiftere T1-T6 bliver deaktiveret. En modstand RL til udladning af overfø-20 ringskondensatoren er anbragt mellem denne og et punkt 19 i lederen 17 foran induktansen L. På mindre fordelagtig måde kunne modstanden forbindes med et punkt 20 på lederen 17 efter induktansen som vist med punkterede linier i fig. 1.

25 I den foretrukne variant i fig. 2 er en begrænsningskondensator -eller kortslutningsbegrænser - anbragt i parallel med overføringskondensatoren CL, medens en diode er forbundet med denne kondensator for at oplade den i tilfælde af en tilfældig kortslutning af motoren eller i tilfælde af samtidig strømledning af to omskiftere i 30 (jen samme arm.

I en mere kostbar variant kan en enkelt kondensator med både en højstrømskarakteristik og høj kapacitet erstatte de ovenfor beskrevne kondensatorer C, og Cs.

35

Virkemåden af anordningen i fig. 2 er som følger. Med høj omskiftningsfrekvens går overføringskondensatoren gennem opladnings- og udladningscyklerne ved den samme frekvens. I dette øjemed anvendes en kondensator med en høj effektiv strøm, men lav kapacitet for 5 DK 169010 B1 således at begrænse dennes pris og størrelse. Hvis der sker en kortslutning, absorberer begrænsningskondensatoren C$ energien, som er lagret i Induktansen L. Den har i dette øjemed en høj kapacitet, men behøver under normal drift ikke at kunne tåle en høj effektiv 5 strøm. En del af omskiftningsenergien, som er lagret i overføringskondensatoren CL, genvindes af en chopperstrømforsyning 21, der er forbundet med styrekredsløbet 16, idet kondensatoren eller således danner indgangskondensator for denne strømforsyning.

10 15 20 25 30 35

Claims (4)

6 DK 169010 B1 PATENTKRAV.

1. Impulsbreddemodul ati onsomsætter til at levere en variabel elektrisk energi til en induktiv belastning, omfattende en inverter, der 5 er forbundet med en jævnspændingskilde og drevet i impulsbreddemodul at i on af et styrekredsøb, hvilken inverter har flere arme (B1-B3), der hver omfatter to statiske omskiftere (TI,T2; T3,T4; T5,T6) med respektive genvindingsdioder (D1-D6), hvor midtpunktet mellem to omskiftere er forbundet med den induktive belastning, 10 kendetegnet ved, at den omfatter: i en af lederne (17,18), som forbinder jævnspændingskilden (12) med inverteren (15), en induktans (L), der hjælper starten af strømledningen af de statiske omskiftere (T1-T6), i parallel over armene (B1-B3) i inverteren, en overføringskonden-15 sator (C^) i serie med en overføringsdiode (D^) til modtagelse af energien fra induktansen, når de statiske omskiftere deaktiveres, en modstand (R^) til udladning af overføringskondensatoren, hvilken modstand er forbundet med lederen (17,18), som forbinder jævnspændingskilden (12) med inverteren (15). 20

2. Omsætter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at modstanden (R^) til udladning af overføringskondensatoren (C^) er forbundet med lederen (17,18) oven for den strømiedningshjælpende induktans (L).

3. Omsætter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at overfø ringskondensatoren (CL) har en lav kapacitet, og at en begrænsningskondensator (Cs) med høj kapacitet er anbragt i parallel med kondensatoren (CL) for at oplades via en diode (Ds) i tilfælde af en kortslutning. 30

4. Omsætter ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at en chopperstrømforsyning (21) er forbundet med terminalerne på overføringskondensatoren (CjJ eller på begrænsningskondensatoren (C$). 35