TR201610873A2 - Di̇nami̇k olarak kontrol edi̇len anahtarlama frekansina sahi̇p bi̇r güç modülü i̇çeren ev ci̇hazi - Google Patents

Abstract

Bu buluş, dinamik olarak kontrol edilen anahtarlama frekansına sahip bir güç modülü içeren bir elektrikli ev cihazı ile ilgilidir. Bu buluş özellikle, bir fırçasız doğru akım motoru olan ve konumu, motor fazlarından (2, 3, 4) geçen akımlar yeniden oluşturulacak şekilde belirlenen bir elektrik motoru, söz konusu elektrik motorunun sürülmesini sağlayan, AC şebeke gerilimini DC gerilimine dönüştüren bir çeviriciye sahip bir sürücü devresi, doğru akımı eviren, bir DC hattına bağlanan bir altı yollu üç fazlı evirici yapısında olan serbest geçiş diyotlarına (5) sahip yüksek gerilim ve alçak gerilim güç anahtarlarına (6, 7) sahip bir evirici güç modülü (1) içeren bir sürücü devresi evirici katı içeren bir elektrikli ev cihazı ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME DINAMIK OLARAK KONTROL EDILEN ANAHTARLAMA FREKANSINA SAHIP BIR GÜÇ MODÜLÜ IÇEREN EV CIHAZI Bu bulus, dinamik olarak kontrol edilen anahtarlama frekansina sahip bir güç modülü içeren bir elektrikli eV Cihazi ile ilgilidir.

Senkron motor, bir dönen stator manyetik akisi ve senkron frekansinda dönecek sekilde buna kilitli olan bir rotor akisina sahip olan bir elektrik motorudur.

Firçasiz DC (BLDC) motor ve firçasiz AC motor (BLAC), ikizkenar yamuk formunda ters EMF voltajina ve sinüzoidal ters EMF formuna sahip olan senkron motorlardir.

Senkron motorlar, dönme hareketli ev cihazlarinda, özellikle bulasik makineleri ve çamasir makinelerinde kullanilmaktadir. Örnegin, çamasir makineleri, tambur içinde, çamasirlarin yapisabildigi belirli bölgeleri hedef alarak su jetleri püskürten bir jet pompasi ve tamburun içindeki suyun tahliye edilmesini saglayan bir tahliye pompasi içerebilmektedir. Ayni sekilde, bir çamasir yikama ve/veya kurutma makinesi, bir tahliye pompasi ve yikama suyunun dolasimini saglayan bir dolasim pompasi içerebilmektedir.

Teknikte bilinen vektör kontrol yöntemlerinden biri rotorun bir mikrodenetleyici tarafindan konumlandirilmasidir. Firçasiz dogru akim ve firçasiz alternatif akim motorlari kompakt yapilari ve kolay kontrol edilebilmeleri nedeniyle çesitli uygulamalarda kullanilmaktadir. Söz konusu motorlar genellikle, bir veya birden fazla rotor konum sensörü ile çalistirilmaktadrrlar. Ancak, motorun kontrolü, Hall sensörleri veya herhangi bir tür sensör kullanilmaksizin, motor sarimlarindan geçen akimdan elde edilen bilgi sayesinde motorun konumu hesaplanarak gerçeklestirilebilmektedir.

Firçasiz dogru akim motorunun sürülmesi amaciyla genellikle bir üç fazli evirici sürücü devresi kullanilmaktadir. Evirici sürücülere sahip, bir entegre güç modülü (IPM) yapisindaki tek bir pakette toplanan güç modülünde yer alan yari iletken anahtarlar MOSFET, IGBT veya benzeri tipte olabilmektedir. Güç modülündeki güç anahtarlari anahtarlama kayiplarina ve iletim kayiplarina neden olmaktadir.

Iletim kayiplari temelde, bir MOSFET gibi bir güç anahtarindaki iç dirence (Rds) veya bir IGBT gibi bir güç anahtarinda olusan doyma gerilimine baglidir. Güç anahtarindan geçen akim arttiginda kayip da artmaktadir. Artan kayiplar isi ortaya çikarmakta ve güç modülünün sicakligini daha da yükseltmektedir. Anahtarlama frekansi anahtarlama kayiplari ile dogru orantilidir. Artan frekans anahtarlama kayiplarini da artirmakta, iletim kayiplari isi ortaya çikarmakta ve bunun sonucunda güç modülünün sicakligi yükselmektedir. Anahtarlama kayiplarinin azaltilmasi amaciyla, yazilim anahtarlama teknikleri içeren gelismis devre topolojileri kullanilmasi gerekmektedir. Ancak, bu da tasarlanan sistemin toplam maliyetinin artmasina neden olmaktadir.

Ev cihazi motorlarinda, güç evirici modülünün anahtarlama elemanlarinin anahtarlama frekansinin dinamik olarak ayarlanmasi gerekebilmektedir. Bir çamasir makinesinde, seçilen yikama ve/veya kurutma çevrimine bagli olarak tambur farkli hizlarda döndürülcbilmektc ve anahtarlama frekansi çevrimin asamalarina uygun olarak degistirilebilmektedir. Sensörsüz motor kontrolünde ise, akim örnekleme çözünürlügü sensörsüz motorun kontrolünün saglanmasi için yeterli olamayabilmektedir. Anahtarlama kayiplarinin azaltilmasi amaciyla, anahtarlama frekansi motor hizina uygun olarak kontrol edilebilmekte, böylece, sensörsüz motor kontrolü yeterli bir akim örnekleme frekansi ile gerçeklestirilecek sekilde yüksek motor hizlarinda eszamanli olarak yeterince yüksek bir anahtarlama frekansi elde edilebilmektedir. güç kaynagindan güç ve kontrol sinyali alarak bir firçasiz dogru akim (BLDC) motorunun sürülmesi amaciyla kullanilan bir eviriciye, firçasiz dogru akim motorunun rotor konumunun algilanmasini ve ölçülen konum verilerini kullanarak hizinin hesaplanmasini saglayan bir rotor konum ve hiz algilama ünitesine, referans degeri ile hesaplanan hiz arasindaki farki oranlayip entegre ederek dalga genislik modülasyonunun (PWM) çalisma oranini kontrol eden bir orantili entegre kontrol ünitesine, rastlantisal sayilarin üretilmesi amaciyla kullanilan bir rastlantisal degisken üreticiye, rastlantisal sinyali kullanarak PWM frekansinin belirlenmesini saglayan bir PWM frekansi belirleme ünitesine, belirlenen frekansa göre PWM frekans periyodunu ve çalisma zamanini üreten bir PWM karsilastirma sinyali üreticiye ve PWM atimini kullanarak eviricinin anahtarlama elemanlarinin açilip kapatilmasini saglayan kapi sinyalini üreten bir kapi sinyali üreticiye sahip olan bir kompresör gürültü azaltma vasitasi açiklanmaktadir.

Ayrica, USZOl30438 ll sayili patent dokümaninda, bir firçasiz dogru akim motorunun tek bir sönt ile Alan Odakli Kontrolü (FOC) açiklanmaktadir.

Bu bulus ile, anahtarlama kayiplarinin azaltilmasini saglayan ve ayni zamanda, yüksek motor hizlarinda yeterince yüksek bir anahtarlama frekansini mümkün kilarak, yeterli bir akim örnekleme frekansina sahip sensörsüz motor kontrolü elde edilmesine olanak veren bir kontrol semasi gerçeklestirilmektedir.

Bu bulusun amaci, sensörsüz vektör kontrolünde daha verimli bir motor isleyisi elde edilmesini saglayan, bir firçasiz dogru akim veya bir firçasiz alternatif akim motoru kontrol semasina sahip olan bir elektrikli ev cihazinin gerçeklestirilmesidir.

Bulus konusu elektrikli ev cihazi, bir DC hattina bagli bir alti anahtarli üç fazli evirici yapisindaki bir evirici güç modülü içermektedir. PWM frekansi, düsük hizlarda anahtarlama kayiplarinin azaltilmasi ve yüksek hizlarda akim örneklemesi gerçeklestirilebilmesi amaciyla elektrik motorunun çalisma durumuna uygun olarak dinamik bir sekilde degistirilmektedir.

Ekteki sekiller yalnizca, önceki teknige göre avantajlari yukarida ana hatlariyla anlatilan ve asagida ayrintili olarak açiklanacak olan bir firçasiz dogru akim veya bir firçasiz alternatif akim motoru ve bir kontrol modülü içeren bir ev cihazinin örneklendirilmesi amaciyla verilmistir.

Sekiller, istemlerde tanimlanan koruma kapsamini sinirlandirmamaktadir ve bu bulusun açiklama kismindaki teknik açiklamaya basvurulmadan, söz konusu istemlerde tanimlanan kapsami yorumlama amaciyla tek baslarina kullanilmamalidir.

Sekil 1, yüksek gerilim ve düsük gerilim güç anahtarlarina sahip teknikte bilinen bir evirici modülü göstermektedir.

Sekil 2, bulusun bir uygulamasinda, bir firçasiZ dogru akim veya bir firçasiz alternatif akim motorunun sensörsüz kontrolünü saglayan devre semasini göstermektedir.

Sekillerdeki parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiligi asagida verilmistir: 1) Güç modülü 2) A Fazi 3) B Fazi 4) C Fazi ) Serbest geçis diyodu 7) Alçak gerilim güç anahtari Bulus konusu elektrikli ev cihazi, özellikle bir çamasir makinesi, bir bulasik makinesi, bir kurutma makinesi veya bir kurutmali çamasir makinesi, örnegin bir çamasir makinesinde, çamasirlarin yapisabildigi belirli bölgeler hedeflenecek sekilde tamburun içine su jetleri püskürtülmesini saglayan bir jet pompasinin sürülmesini, tamburun içindeki suyun tahliye edilmesini saglayan bir tahliye pompasinin sürülmesini veya bir tahliye pompasinin ve suyun dolastirilmasi amaciyla bir dolasim pompasinin sürülmesini saglayan bir firçasiz dogru akim (BLDC) motoru veya bir firçasiz alternatif akim (BLAC) motoru yapisinda olan bir elektrik motoru içermektedir.

Bir elektrikli ev cihazi, üç fazli (A fazi, B fazi ve C fazi, sirasiyla 2, 3 ve 4) bir firçasiz dogru akim veya bir firçasiz alternatif akim motorunun sürülmesini saglayan bir güç modülü (1) içermektedir. Güç modülünün (l) yüksek gerilim güç anahtarlari (6, HlNl, HIN2, HIN3) ve alçak gerilim güç anahtarlari (7, LlNl, LINZ, LIN3) genellikle, içlerinden geçen ters yöndeki akimin dagitilabilmesini saglayan serbest geçis diyotlari (5) içermektedir. Faz sarimlarina giden güç ilgili serbest geçis diyotlari (5) vasitasiyla kesilmekte ve ilgili fazlarda depolanan manyetik enerji dagitilmaktadir.

Firçasiz dogru akim veya firçasiz alternatif akim motorunun kontrolü genellikle, Hall sensörleri kullanilmaksizin, motor sarimlarindan geçen akimdan elde edilen bilgi sayesinde motorun konumu Alan Odakli Kontrol (FOC) vasitasiyla hesaplanarak gerçeklestirilmektedir. DC hattindan geçen akim, üç fazli akimlarin yeniden olusturulmasi ve tek bir sönt ve bir diferansiyel amplifikatör kullanilarak motor konumunun hesaplanmasi amaciyla kullanilmaktadir.

Teknikte uzman kisilerce bilindigi üzere, her bir fazdan (2, 3, 4) geçen akimin miktari, her bir fazda sönt dirençleri (sekillerde gösterilmemistir) kullanilarak da belirlenebilmektedir. Alternatif olarak, iki bacaktaki akimlar ölçülüp üçüncü akimin Kirchhoff kanunu kullanilarak yeniden olusturulmasiyla akimlarin yeniden olusturulmasi amaciyla iki sönt yöntemi kullanilabilmektedir. Örnegin, sensörleri açiklanmaktadir.

Bu bulus ile, anahtarlama frekansi azaltilarak anahtarlama kayiplarinin azaltildigi bir kontrol semasi gerçeklestirilmektedir. Düsük motor hizlarinda, akim örnekleme frekansiyla orantili bir düsük anahtarlama frekansi kullanilirken, yüksek motor hizlarinda yüksek bir akim örnekleme frekansi gerekmektedir.

Anahtarlama frekansi kontrolü hiza bagli olarak gerçeklestirilen bir firçasiz dogru akim veya firçasiz alternatif akim motoru, düsük hizlardaki yikama çevrimleri gibi uzun süreli motor islemlerinin daha düsük anahtarlama kayiplari ile gerçeklestirilebilmesi ve sikma çevrimi gibi yüksek hiz gerektiren islemlerin sensörsüz konum kontrolü elde edilmesi amaciyla yüksek anahtarlama frekanslarinda gerçeklestirilebilmesi bakimindan avantajlidir. Baska bir deyisle, PWM frekansinin azaltilmasi ses komutasyonunu etkilemeksizin anahtarlama kayiplarini azaltmakta, ancak, yüksek devirlerde yüksek örnekleme frekanslarina gereksinim duyulmaktadir.

Bu bulus sayesinde, yüksek hizlarda örnekleme çözünürlügünün artirilmasi amaciyla PWM frekansinin dinamik olarak degistirilmesi saglanmaktadir. Sekil 2°de görüldügü gibi, motor hizinin önceden tanimlanmis bir birinci hizdan düsük olmasi durumunda bir birinci anahtarlama frekansi kullanilmaktadir. Öte yandan, motor hizi önceden belirlenmis birinci hizdan yüksek olan önceden belirlenmis bir ikinci hizdan yüksek oldugunda, birinci anahtarlama frekansindan yüksek olan bir ikinci anahtarlama frekansi kullanilmaktadir. Son olarak, motor hizi önceden belirlenmis birinci hizdan yüksek, söz konusu önceden belirlenmis ikinci hizdan düsük oldugunda, önceki uyarlama sirasinda bir frekans bayragi (FF, 0 veya 1) ile belirlenen PWM frekans seviyesi ayari kullanilmaktadir.

Güç anahtarlarinin çalistirilmasi amaciyla PWM teknigi olarak Uzay Vektör Atim Genisligi Modülasyonu (SVPWM) kullanilmaktadir. Özetle, bu bulus ile, bir firçasiz dogru akim motoru olan ve konumu, motor fazlarindan (2, 3, 4) geçen akimlar yeniden olusturulacak sekilde belirlenen bir elektrik motoru, söz konusu elektrik motorunun sürülmesini saglayan, AC sebeke gerilimini DC gerilimine dönüstüren bir çeviriciye sahip bir sürücü devresi, dogru akimi eviren, bir DC hattina baglanan bir alti yollu üç fazli evirici yapisinda olan serbest geçis diyotlarina (5) sahip yüksek gerilim ve alçak gerilim güç anahtarlarina (6, 7) sahip bir evirici güç modülü (l) içeren bir sürücü devresi evirici kati içeren bir elektrikli ev cihazi gerçeklestirilmektedir.

Bulusun bir uygulamasinda, güç modülünün (l) PWM frekansi, motor hizi bir birinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda bir birinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek olan bir ikinci önceden belirlenmis hizdan yüksek oldugunda birinci anahtarlama frekansindan yüksek olan bir ikinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek, ikinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda PWM frekansinin birinci veya ikinci anahtarlama frekansina getirilecek sekilde dinamik olarak degistirilmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek, söz konusu ikinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda, PWM frekans düzeyi ayari bir bitlik bir frekans bayragina uygun olarak belirlenmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, söz konusu bir bitlik frekans bayragi, motor hizi söz konusu birinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda l°e, motor hizi söz konusu ikinci önceden belirlenmis hizdan yüksek oldugunda ise lae ayarlanmaktadir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, söz konusu elektrikli ev cihazi bir çamasir makinesi, bir bulasik makinesi, bir kurutma makinesi veya bir kurutmali çamasir makinesidir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, söz konusu elektrikli ev cihazi bir çamasir yikama ve/veya kurutma makinesidir ve söz konusu elektrik motoru, söz konusu çamasir yikama ve/veya kurutma makinesinin tamburunu döndürmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, söz konusu yöntem, söz konusu elektrikli ev cihazinin bir firçasiz dogru akim veya firçasiz alternatif akim motorunu süren bir güç modülünün (l) PWM frekansinin, motor hizi bir birinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda bir birinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek olan bir ikinci önceden belirlenmis hizdan yüksek oldugunda birinci anahtarlama frekansindan yüksek olan bir ikinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek, ikinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda PWM frekansinin birinci veya ikinci anahtarlama frekansina getirilecek sekilde dinamik olarak degistirilmesi adimlarini içermektedir.

Bu sekilde, bu bulus sayesinde, firçasiz dogru akim veya firçasiz alternatif akim motoru sensörsüz kontrol isleminin gerçeklestirilmesini ve güç anahtarlarinin (6, 7) anahtarlama kayiplarinin azaltilmasini saglayan bir kontrol semasi gerçeklestirilmektedir.

Claims (6)

ISTEMLER

1) Bir firçasiz dogru akim motoru olan ve konumu, motor fazlarindan (2, 3, 4) geçen akimlar yeniden olusturulacak sekilde belirlenen bir elektrik motoru, söz konusu elektrik motorunun sürülmesini saglayan, AC sebeke gerilimini DC gerilimine dönüstüren bir çeviriciye sahip bir sürücü devresi, dogru akimi eviren, bir DC hattina baglanan bir alti yollu üç fazli evirici yapisinda olan serbest geçis diyotlarina (5) sahip yüksek gerilim ve alçak gerilim güç anahtarlarina (6, 7) sahip bir evirici güç modülü (l) içeren bir sürücü devresi evirici kati içeren, PWM frekansi, motor hizi bir birinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda bir birinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek olan bir ikinci önceden belirlenmis hizdan yüksek oldugunda birinci anahtarlama frekansindan yüksek olan bir ikinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek, ikinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda PWM frekansinin birinci veya ikinci anahtarlama frekansina getirilecek sekilde dinamik olarak degistirilen güç modülü ile karakterize edilen bir elektrikli ev cihazi.

2) Motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek, söz konusu ikinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda, bir bitlik bir frekans bayragina uygun olarak belirlenen PWM frekans düzeyi ayari ile karakterize edilen, Istem lideki gibi bir elektrikli ev cihazi.

3) Motor hizi söz konusu birinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda l”e, motor hizi söz konusu ikinci önceden belirlenmis hizdan yüksek oldugunda ise l°e ayarlanan söz konusu bir bitlik frekans bayragi ile karakterize edilen, Istem 2`deki gibi bir elektrikli ev cihazi.

4) Bir çamasir makinesi, bir bulasik makinesi, bir kurutma makinesi veya bir kurutmali çamasir makinesi olan, yukaridaki istemlerden herhangi birindeki gibi bir elektrikli ev cihazi.

5) Bir çamasir yikama ve/veya kurutma makinesi olan ve söz konusu yikama ve/veya kurutma makinesinin tamburunu süren elektrik motoru ile karakterize edilen, Istem 4`teki gibi bir elektrikli ev cihazi.

6) Istem 1”deki gibi bir elektrikli ev cihazinin isleyisinin kontrol edilmesi amaciyla kullanilan ve söz konusu elektrikli ev cihazinin bir firçasiz dogru akim veya firçasiz alternatif akim motorunu süren bir güç modülünün (1) PWM frekansinin, motor hizi bir birinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda bir birinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek olan bir ikinci önceden belirlenmis hizdan yüksek oldugunda birinci anahtarlama frekansindan yüksek olan bir ikinci anahtarlama frekansi uygulanacak ve motor hizi birinci önceden belirlenmis hizdan yüksek, ikinci önceden belirlenmis hizdan düsük oldugunda PWM frekansinin birinci veya ikinci anahtarlama frekansina getirilecek sekilde dinamik olarak degistirilmesi adimlari ile karakterize edilen bir yöntem.