SE524558C2 - Anordning och metod för aktiva filter - Google Patents

Description

acura 10 15 20 25 30 35 Û U LH i* Q .ts (f: (Fi 2 .. energi. Nätets Strömtillförsel och lastens strömförbrukning mäts cykliskt och med hjälp av pulsbreddsmodulering kastas strömriktningen för transistorkretsarna om på ett sådant sätt att den ström som det aktiva filtret tillför resulterar i en ström från spänningsmatningen som ligger i fas med spänningen samt är befriad från störningar. Nämnda switchar innefattar i regel så kallade IGBT:er, Insulated Gate Bipolar Transistor, men kan också realiseras med andra transistortyper, t ex MOSFET. Företrädesvis ansluts nämnda huvudkrets till vardera utav de tre faserna av strömförsöijningen via induktorer. För vardera fasanslutning är vidare en strömbrytare företrädesvis anordnad mellan det aktiva filtrets huvudkrets och faserna.

Vid laster som varierar ojämnt mellan de olika faserna kan stömingar spilla över på den elektriska nollan. Ett problem med de därvid uppkomna så kallade nollströmmarna är att de kan bli icke försumbara och därmed ställa till problem i annan utrustning. I en samtidigt inlämnad patentansökan av uppfinnarna för föreliggande ansökan löses detta genom ett aktivt filter för kompensering för variationeri en apparats strömförbrukiiing från ett strömförsöijjningsnät till följd av förändringari apparatens elektriska last, vilket filter innefattar en switch anordnad för omkastning av strömriktningen ansluten mellan nolledaren i strömförsöijningsnätet och en DC-länk.

Varje komponent i ett elektriskt system som inte är rent resistiv kommer att tillföra en komplex impedanskomponent, och därför påverka systemet. Detsamma gäller förstås aktiva komponenter som ger dynamiska förändringar av strömförbrukningen. Således kommer naturligtvis också det aktiva filtret inte bara att verka för att kompensera oönskade komponenter i systemet, det kan också tillföra störningar.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett aktivt filter som gentemot apparater och metoder enligt känd teknik uppvisar förbättrad kapacitet att kompensera för variationer i en apparats strömförbrukning från ett spänningsnät till följd av förändringar i apparatens elektriska beteende, och som samtidigt minskar den belastning det aktiva filtret självt åstadkommer på spänningsnätet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser, enligt en första aspekt, ett aktivt filter för kompensering för variationer i en apparats strömförbrukning från ett spänningsnät till följd av förändringar i apparatens elektriska last genom aktiv frekvensfiltrering och dynamisk kompensering av reaktiv energi/ström. För vardera en utav spänningsnätets faser har det aktiva filtret en transistorbrygga ansluten mellan nämnda vardera en fas och en DC-länk. Enligt uppfinningen innefattar det aktiva 10 15 20 25 30 35 - ~ n» s.. filtret en filterkrets anordnad att dämpa störningar på spänningsnätet genererade av det aktiva filtret.

I en utföringsforrn innefattar det aktiva filtret vidare ett reglersystem som inkluderar medel för att med en given arbetsfrekvens kalkylera tidpunkter för att med nämnda transistorbryggor kasta om strörnriktningen genom nämnda DC-länk, och nämnda filterkrets är företrädesvis avstämd i förhållande till nämnda arbetsfrekvens.

Nämnda filterkrets är i en utföringsform avstämd att kortsluta övertoner och störningar som genereras vid strömomkastning med nämnda transistorbryggor.

Filterkretsen är företrädesvis passiv.

I en utföringsforrn är nämnda filterkrets anordnad mellan nämnda transistorbryggor och nätanslutningen av det aktiva filtret till nämnda faser.

Företrädesvis är nämnda filterkrets ett T-filter av LCL-typ som för vardera fas innefattar två induktorer och en kondensator. För vardera fas är kondensatorn företrädesvis ansluten med en första ände mellan nämnda två induktorer, och med en andra ände till motsvarande andra ändar av kondensatorema för de andra faserna.

En föredragen utföringsforin av det aktiva filtret innefattar vidare en separat transistorbrygga för nollan, ansluten till nolledaren via ett T-filter av LCL-typ motsvarande de för faserna anordnade T-filtren, och anslutet på motsvarande sätt med dess kondensator till kondensatorerna för faserna.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA En föredragen utföringsform beskrivs nedan i detalj med hänvisning till den enda figuren 1, som schematiskt illustrerar delar av kretslösningen för ett aktivt filter enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I figur I visas schematiskt för en föredragen utföringsfonn de för uppfinningen relevanta delarna av ett strömförsörjningsarrangemang med ett aßktivt filter. Ett spänningsnät 1 är via en anslutning 2 kopplad till en elektrisk apparat 3.

Spänningsnätet 1 är ett trefassystem med tre faser a,b,c och en nolla 0, och anslutningen 2 har separata ledare 2a,2b,2c för vardera fas och en nolledning 20.

Apparaten 3 innefattar eller utgör företrädesvis en last med dynamisk impedans.

Ett aktivt filter 4, indikerar av den streck-prickade linjen, innefattar en elektrisk huvudkrets innefattande transistorbryggor Ta,Tb,Tc,T0 utav parvisa switchar eller transistorkretsar TaU och TaD, TbU och TbD, TcU och TcD för vardera en fas, och i den illustrerade utföringsfonnen ytterligare ett switchpar eller transistorkretspar TOU och TOD för nollan. Fackmannen inser emellertid att den övergripande uppfinningstanken att kompensera för störningar genererade av det 10 15 20 25 30 35 ( f-'l CT! (Fl Ö L) F i -få 4 aktiva filtret likaväl kan implementeras i ett system som saknar nollströmskompensering. U betecknar här de i ritningen illustrerade övre switehama och D de nedre switcharna. Varje transistorkrets TaU, TaD, TbU, TbD, TcU, TcD, TOU, TOD innefattar en transistor med en diod samt en snubber, kopplade parallellt med emitter och kollektor på transistorn. För varje fas och för nollan är paret av transistorkretsar i deras ena ändar anslutna till varandra, och i deras andra ändar anslutna till motsatta sidor av en för samtliga transistorbryggor Ta,Tb,Tc,T0 gemensam DC-länk 7. DC-länken 7 innefattar i den illustrerade utföringsformen tre seriekopplade element av vardera en kondensator och en resistor som är parallellkopplade. Fackmannen inser dock att den specifika utformningen av DC- länken 7 inte är avgörande för uppfinningen, och att ett flertal alternativa arrangemang för anordning av en DC-länk är kända. DC-länken 7 är alltså parallelkopplad till samtliga transistorbryggor eller Switchar Ta,Tb,Tc,T0.

Via ett ledaregränssnitt 5 med brytare är det aktiva filtret 4 anslutningsbart till vardera ledare 2a,2b,2c,20 i strömförsörjningsanslutningen 2. För detta ändamål är det aktiva filtret 4 anordnat med en ledareanslutning 6 innefattande separata anslutningar 6a,6b,6c,60 anordnade att via ledaregränssnitt 5 ansluta vardera transistorkretspar Ta,Tb,Tc,TO till en ledare 2a,2b,2c,20 vid nämnda ena ändar av transistorkretsarna.

Ett styrorgan 9 i det aktiva filtret 4 utgör vidare filtrets reglersystem, och är anordnat för styrning av transistorerna i filtret. Nämnda transistorer utgörs företrädesvis av IGBT:er som mycket snabbt kan aktiveras, men kan också utföras av t ex MOSFET:ar. Styrorganet 9 innefattar en styrdator med mikroprocessorer i vilka ögonblicken för styrpulsema till switcharna räknas ut, vilka styrpulser transistorerna i switcharna triggar på. Strömmen i lasten 3, tre faser och nollan, samt spänningen i nätet 1 samplas in i styrdatom tillsammans med DC-spännnigen i länken 7 samt strömmen i fïltrets tre faser och nolla. Ur lastströmmama identifieras på känt sätt de frekvenskomponenter som ej är önskvärda. Dessa komponenter, företrädesvis representerade i roterande koordinatsystem, används med omvänt tecken som bör-värde. Filtret 4 producerar sedan samma komponenter som i lasten l men med omvänt tecken, vilket ger är-värden. Detta gör att lastens och filtrets komponenter teoretiskt släcker ut varandra, och kompensationen för lastens oönskade beteende i form av förbrukning behöver ej längre tillföras från nätet utan tas från filtret. För upprätthållande av DC-ledets 7 spänning finns, integrerat med övrig reglering, ett tillskott i styrlagama funktioner som tar hänsyn till att nämnda DC-leds spänning måste upprätthållas vid en stabil nivå för att filtret ska kunna generera kompenseringsströmmar i de olika faserna och nolledaren.

Enligt föreliggande uppfinning innefattar vardera anslutning 6a,6b,6c,60 ett passivt filter 8 anordnat mellan ledarna 2a_.2b.2c.20 och det aktiva filtrets sauna 10 15 20 25 30 524 558 u. n.. 5 huvudkrets med transistorbryggorna Ta,Tb,Tc,T0. Filtret 8 innefattar fór vardera ledare, i den illustrerade utföringsformen både faserna a,b,c och nollan O eller n, en T-koppling av LCL-typ. Vardera T-koppling innefattar således en första induktor 8a1,8b1,8cl,801 och en andra andra induktor 8a2,8b2,8c2,802, kopplade i serie mellan ledare 2a,2b,2c,20 och transistorbrygga Ta,Tb,Tc,T0. Värdera T-koppling innefattar vidare en kondensator 8a3,8b3,8c3,803 ansluten mellan de seriekopplade induktorerna och en punkt 84, som är gemensam fór samtliga kondensatorer 8a3,8b3,8c3,803. T-flltret fór vardera ledare är således helt passiv vilket ger en fördelaktigt enkel konstruktion. Samtliga induktorer 8al,8bl,8c1,80l,8a2,8b2,8c2,802 kan ha samma induktans L, och samtliga kondensatorer har företrädesvis samma kapacitans C, men de kan också vara olika, på välkänt vis. Nämnda induktans L och kapacitans C är avvågda så att T-filtret kortsluter övertoner och, störningar som uppstår i samband med switchning av transistorbryggorna Ta,Tb,Tc,T0, dvs omkastning av strömriktningen. Detta realiseras genom att L och C väljs så att de korrelerar med arbetsfrekvensen f för det aktiva filtrets reglercykel. F ackmannen inom området inser att detta kan realiseras på ett flertal olika vis genom omsorgsfull selektering av L och C.

Det reglersystem som styrorganet 9 realiserar har som inparametrar spänningen Va,Vb,Vc på strömfórsörjningsnätets 1 ledare 2a,2b,2c, samt lastströmmama Ila,Ilb,Ilc,Iln och fïlterströmmarna Ifa,Ifb,Ifc,Ifn utvändigt T-filtren på faserna a,b,c och nollan n eller 0. Vidare monitoreras strömmarna Ita,Itb,Itc,Itn mellan induktorema på varje ledare, och används som inparametrar för reglersystemet.

Med hjälp av det aktiva filtret enligt den presenterade utföringsfonnen av föreliggande uppfinning kommer inte bara kompensation för lastfóråndringar ske på faserna a,b,c,' och eventuellt nollan 0/n fórorsakade av lastens beteende, utan även det aktiva flltrets påverkan på strömfórsörjningsnåtet. Detta leder till en effektivare och renare kompensering av den till strömfórsörjningsnätet anslutna lasten.

Särdrag fór uppfinningen har ovan beskrivits med hjälp av ett exempel på en utfóringsform. Fackrnannen inom området inser emellertid att modifieringar av nämnda utfóringsforrn kan göras inom det omfång som definieras av vidhängande patentkrav.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 - Q . . . . . , ~ ~ > . n. PATENTKRAV

1. Aktivt filter för kompensering för variationer i en apparats strömförbrukning från ett spärmingsnät till följd av förändringar i apparatens elektriska last, som för vardera en utav spänningsnätets faser har en transistorbrygga ansluten mellan nämnda vardera en fas och en DC-länk, kännetecknat av att nämnda aktiva filter innefattar en filterkrets anordnad att dämpa störningar på strömförsörjningsnätet genererade av det aktiva filtret, vilken filterkrets för vardera fas och för nollan innefattar ett T-filter av LCL-typ kopplat mellan nämnda transistorbryggor och nätanslutningen av det aktiva filtret till nämnda faser och nollan.

2. Det aktiva filtret enligt krav 1, vilket vidare innefattar ett reglersystem som inkluderar medel för att med en given arbetsfrekvens kalkylera tidpunkter för att med nämnda transistorbryggor kasta om strömriktningen genom nämnda DC-länk, där nämnda filterkrets är avstämd i förhållande till nämnda arbetsfrekvens.

3. ' 3. ' Det aktiva filtret enligt krav l, där nämnda filterkrets avstämd 'att kortsluta övertoner och stömingar som genereras vid strömomkastníng med nämnda transistorbryggor.

4. Det aktiva filtret enligt krav 1, där nämnda filterkrets är passiv.

5. Det aktiva filtret enligt krav l, där nämnda filterkrets för vardera fas innefattar två induktorer och en kondensator.

6. Det aktiva filtret enligt krav 5, där för vardera fas kondensatorn är ansluten med en första ände mellan nämnda två induktorer, och med en andra ände till motsvarande andra ändar av kondensatorerna för de andra faserna.

7. Det aktiva filtret enligt krav 6, vilket vidare innefattar en separat transistorbrygga för nollan, och att nämnda T-filter för nollan motsvarar de för faserna anordnade T-filtren, och är anslutet på motsvarande sätt med dess kondensator till kondensatorema för faserna.

8. Det aktiva filtret enligt krav 2, innefattande ett organ för monitoreríng av den elektriska strömmen (Ita,Itb,Itc,Itn) mellan två induktorer i nämnda LCL-filter på varje ledare, varvid nämnda reglersystem är anordnat att reglera med nämnda elektriska ström som inparameter.