SE457302B - En vaexelriktare skyddad med avseende paa stroemoeknings- och spaenningshoejningshastigheten - Google Patents

Description

457 302 begränsande strömökningshastigheten, medan dioden D5 och motståndet R3 bildar en alternativ rutt för spärrspolens ström, och C] och CZ är kondensatorer begränsande spänningshöjningshastigheten, varvid dioderna D och D 3 4 samt motstânden R] och R tillsammans med C och C bil- dar så kallade polariserâde RC-skydd. 1 2 Kopplingen i figur 1 bildar en omkopplare medelst vilken matningsspänníngens poler kan alternativt kopplas till utgàngspolen. Strömställarens omkoppling t.ex. från den undre grenen till den övre sker genom att S som har varit ledande släcks och att S1 tänds. Därvid uršaddas C1 som varit laddad med en spänning UDC genom motståndet R] r C2, vars spänning varit noll, laddas via rutten UDC-L-S1-D4-CZ. Efter att C2 laddats vänds drosselns L överloppsström så att den passerar via D5 och R3 och gradvis minskar till noll, varvid ett stabilt tillstànd har uppnåtts. Strömställarens omkoppling i motsatt riktning sker på motsvarande sätt.

Växelriktarens verksamhet enligt figur 1 innefattar emellertid den nackdelen att energin åCU2 för kondensatorn skyddande med avseende på spänningshöjningshastigheten, urladdad vid varje omkoppling av strömställaren, samt 2 energin šLI max laddad i drosseln skyddande med avseende på strömökningshastigheten vid resonanskretsens svängning 1, R2 och R3. Effekt- förlusten är proportionell till antalet omkopplingar av omvandlas till värme i motstánden R strömställaren per tidsenhet, vilket gör att växelriktarens effektivitet är låg vid höga (högre än 1 kHz) frekvenser. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en växelriktare i vilken di/dt-skyddsdrosselns och du/dt-skyddskondensatorns energi inte förbrukas som värme utan returneras till filterkondensatorn på växelriktarens likströmssida, varvid kopplingens effektivitet förbättras betydligt. Enligt uppfinningen åstadkoms detta så att organen skyddande med avseende på spänningshöjningshastig- heten omfattar för varje fas en seriekoppling av en 457 302 kondensator och en diod parallellkopplad med endast en av de styrda halvledarströmställarna och att nämnda energi- överföringsmedel omfattar en diod kopplad mellan kopplings- punkten mellan skyddskondensatorn och dioden kopplad till densamma och lagringskondensatorns andra pol.

I fall med en trefasväxelriktare kännetecknas växelriktaren av att medlen för energiöverföring till en lagringskondensator gemensam för alla faser omfattar dioder kopplade mellan kopplingspunkterna mellan varje fas skyddskondensator och dioderna kopplade till desamma och lagringskondensatorns andra pol.

Uppfinningen beskrivs noggrannare här nedan hänvis- ande till närslutna ritning, vari figur 1 visar den ovan beskrivna växelriktaren enligt känd teknik, figur 2 visar en enfasig utföringsform av en växel- riktare enligt uppfinningen, figur 3 visar en andra enfasig utföringsform av en växelriktare enligt uppfinningen, och figur 4 visar en trefasväxelriktare bildad enligt uppfinningen.

I figur 2-4 har samma hänvisningsbeteckningar använts för motsvarande komponenter som i figur 1, redan beskriven här ovan. Kopplingen i figur 2 skiljer sig från den i figur 1 såtillvida att S2:s skyddskondensator C2, diod D4 och motstånd R2 har bortlämnats, varvid kondensa- torn C bildar en gemensam du/dt-skyddskondensator för både den övre och den undre grenen. Dessutom har det varit möjligt att bortlämna di/dt-skyddsdrosselns L motstånd R3 och diod D5, för spärrspolens energi kan urladdas genom dioden D4 kopplad till kopplingspunkten mellan kondensatorn C och dioden D3 till en separat lagringskondensator CA.

Därvid har det också blivit möjligt att bortlämna motstån- det R1 i figur l. I kopplingen i figur 2 matas både di/dt- skyddsdrosselns L och du/dt-skyddskondensatorns C energi sålunda genom dioden D4 till en separat lagringskondensator ' .457 302 CA från vilken energin utförs medelst en separat brytare tillbaka till huvudspänningens filterkondensator CDC.

Sålunda innehåller inte kopplingen någon resistiv komponent så att i princip fungerar den utan förluster. Sålunda förbättras växelriktarens totaleffektivitet betydligt speciellt vid höga omkopplingsfrekvenser.

Nedan undersöks verksamheten för växelriktaren enligt uppfinningen på basen av det utföringsexempel som visas i figur 2. Till att börja med antar man att S2 är ledande, Uc= UDC + UA och iL=O. Omkopplingen av ström- ställaren börjar med att S2 släcks och S tänds. Därvid 1 minskar spänningen U1 verksam över strömställarna S och S2 till noll, för C:s spänning kan inte plötsligt föränd- ras. En spänning UC-UA är verksam över drosslen L, så att dess strönxbörjar öka. Därvid bildas en resonanskrets L-S1-C-D4-CA vars ström urladdar C och laddar CA. Spänning- en verksam över S2 stiger i samma takt som C urladdas. När UC når värdet noll, vänds strömmen iL så att den passerar längs rutten L-D3-D4-CA och sjunkter med hastigheten di/dt=UA/L. När iL när värdet noll är situationen stabil och strömställaren är i sin övre position. Från ovan fram- går att under omkopplingen av strömställaren laddas både C:s och L:s energi i lagringskondensatorn CA.

Omkopplingen av strömställaren från den övre positionen till den undre sker på motsvarande sätt genom att S1 släcks och S2 tänds. Då rasar också spänningen U 1 ner till noll, för UC kvarstod vid värdet noll efter den föregående omkopplingen. På motsvarande sätt bildas nu en CDC som laddar C. När Uc=UDC+UA vänds iL för att passera längs rutten L-D3-D4-CA och minskar till noll. På så sätt kommer man fram till den resonanskrets L-D3-C-S2- ursprungliga situationen. Det må nämnas att det är en förutsättning för verksamheten av den typ som beskrivits DC, för i det motsatta fallet kunde C:s spänning UC aldrig nå värdet UDC+UA. ovan att UA är lägre än U 457 302 För att energin laddad i lagringskondensatorn CA skall kunna överföras till filterkondensatorn UDC har medel inkluderats i kopplingen för överföring av CA:s laddning till CDC. Denna operation kan fullföljas medelst ett antal kända kretskonstruktioner, av vilka en visas i figurer 2 och 3. Den består av en halvledarströmställare S3, en diod DS och en drossel LA vilka bildar en brytare medelst vilken det är möjligt att överföra energi från CA till CDC så mycket det behövs för att hålla spänningen UA väsentligen konstant.

Verksamheten för brytaren visad i figurer 2 och 3 och bestående av halvledarstromställaren S3, drosseln LA och dioden D5 är som följer. När S3 är ledande ökar induk- tansens LA ström med en hastighet enligt formeln di/dt= UA/LA, dvs. energi överförs fràn kondensatorn CA till drosselns LA magnetiska fält. Efter att strömmen har ökat till ett visst maximivärde släcks strömställaren S3.

Därvid överförs drosselns LA ström till dioden D och bör- jar ladda filterkondensatorn CDC. Drosselns L ström mins- kar med hastigheten di/dt=UDC/LA.När strömmenAnâr värdet noll kan S3 igen tändas om spänningen UA är högre än det önskade värdet.

I samband med figur 2 har endast en utföringsform av uppfinningen beskrivits. Uppfinningens gruhdide kan också förverkligas t.ex. medelst spegelbildskopplingen visad i figur 3, som är likadan som kopplingen visad i figur 2, men där di/dt- och du/dt~skydden har flyttats till växelriktarens undre gren, varvid diodernas D3, D4 och DS riktningar har blivit omvända.

Kopplingen i figur 2 kan också ändras så att i stället för filterkondensatorns positiva pol är kondensatorns CA andra pol kopplad till filterkondensatorns negativa pol, såsom visat i figuren med sträckad linje.

Figurer 2 och 3 visar enfasväxelriktare bildade enligt uppfinningen. Om uppfinningen tillämpas pá en tre- rasväxelriktare är det möjligt att använda kopplingen 457 302 7 _. visad i figur 4. Från figur 4 framgår att det är möjligt att för alla faser använda en konventionell di/dt-skydds- drossel L och en konventionell lagringskondensator CA. I figur 4 betecknas brytaren som överför kondensatorns C energi till kondensatorn CDC med hänvisningsbeteckningân S.

Brytaren S kan vara likadan som brytaren visad i figurer 2 och 3 och bestående av strömställaren S3, drosseln LA och dioden DS, Såsom redan nämns här ovan lämpar sig kopplingen enligt föreliggandeuppfinningockså för användning som en nedtransformator, dvs. som en så kallad DC/DC-transformator.

I ett sådant fall måste emellertid t.ex. kopplingen i figur 2 kompletteras vid punkten betecknad som växelströms- spänningens strömuttag i figur 2 genom koppling av en seriedrossel och en parallellkondensator för filtrering av den likströmsspänning som bildats, vilken är lägre än matningsspänningen. Det må nämnas att i en sådan DC/DC- transformator kan strömflödets riktning också vara omvänd, i vilket fall kopplingen fungerar som likströmsspänningens upptransformator.

När föregående beskrivning och närslutna patentkrav och ritning tolkas, skall dessutom beaktas, att i detta sammanhang skall med komponenterna betecknade som dioder inte förstås endast en konventionell diod utan vilken komponent som helst ledande i endast en riktning, såsom t.ex. en transistor kopplad med en diod.

Claims (2)

' ¥57 302 P a t e n t k r a v

1. En enfas- eller flerfasväxelriktare skyddad med av- seende på strömöknings- och spänningshöjningshastigheten, vilken växelriktare omfattar en filterkondensator (CDC) och en drossel (L) skyddande med avseende på strömök- ningshastigheten, båda kopplade på växelriktarens lik- strömssida, samt åtminstone två styrda halvledarström- ställare (S1, S2) för varje fas, och organ (C, D3) skyddande med avseende på spänningshöjningshastigheten, och en separat lagringskondensator (CA) vars första pol är kopplad till filterkondensatorns (CDC) endera pol, medan dess andra pol är kopplad till medel (S3, LA, D5) medelst vilka energi överförs från lagringskondensatorn (CA) till filterkondensatorn (CDC), samt medel för över- föring av energi frân organen (L, C, D3) skyddande med avseende på strömöknings- och spänningshöjningshastig- heten till lagringskondensatorn (CA), k ä n n e - t e c k n a d därav, att organen skyddande med avseende på spänningshöjningshastigheten omfattar för varje fas en seriekoppling av en kondensator (C) och en diod (D3) parallellkopplad med endast en av de styrda halvledar- strömställarna (S1 eller S2) och att nämnda energiöver- föringsmedel omfattar en diod (D4) kopplad mellan kopp- lingspunkten mellan skyddskondensatorn (C) och díoden (D3) kopplad till densamma och lagringskondensatorns (CA) andra pol.

2. En trefasväxelriktare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att medlen för över- föring av energi till en lagringskondensator (CA) gemen- sam för alla faser omfattar dioder (D14, D24, D34) kopplade mellan kopplingspunkterna mellan varje fas skyddskonden- sator (CR, CS, CT) och dioderna (D13, D23, D33) kopplade till desamma och lagringskondensatorns (CA) andra pol.