WO2008040131A1 - Verfahren und schaltungsanordnung für rückführung der kommutationsenergie bei drehstrommotorantrieben mit stromzwischenkreisumrichter - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung für rückführung der kommutationsenergie bei drehstrommotorantrieben mit stromzwischenkreisumrichter Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method and circuit arrangement for recycling the commutation energy in three-phase motor drives with intermediate current drive converter.
  • the invention can be used advantageously in three-phase motor drives, where mains feedback and / or simple encoderless positioning with synchronous motors is desired. Elevator technology is a typical area of application for such drives.
  • phase sequence inverter In a phase sequence inverter, the commutation capacitors are adapted to the leakage inductance of the motor used. Therefore, it is very problematic with a phase sequence inverter to drive different motors with different leakage inductances.
  • the aim of the present invention is to avoid this disadvantage with a cost-effective solution.
  • the inverter 2 contains no commutation capacitors. According to the invention, the commutation energy is passed through the characterizing features of claim 1 directly into the current intermediate circuit. The commutation energy is, temporarily stored in the DC reactor 12 and, in the subsequent commutation in the inverter 2, this energy oscillates back into the commutation capacitor 3 (commutation reactive power).
  • Figure 1 The classic phase sequence inverter.
  • Figure 2 embodiment of a circuit arrangement for
  • FIG. 4 explanatory drawings for the exemplary embodiment according to FIG. 2.
  • Figure 2 shows a typical circuit for implementation of the method described in claim 1.
  • the illustrated RIGBT components, 4 and 5 symbolize a backward blocking component which can be switched on and off by the gate electrode. According to the art, this component is either
  • the power source 1 and the inverter 2 are connected to the power source 1 and the inverter 2:
  • A connected to the AC mains, grid-connected converter forms with the DC reactor 12, the power source 1.
  • the positive power source terminal Pl is connected to the positive inverter terminal P2, the three-phase motor 11 is connected to the motor-side outputs of the inverter 2.
  • the three motor-side outputs from the inverters 2 are connected in series by the triac 7, 8, 9 components with the three middle terminals of the diode bridge IO.
  • the common cathode of the three upper diodes of the diode bridge 10 is connected to the commutating capacitor 3 positive terminal, the common anode of the three lower diodes of the diode bridge 10 is connected to the commutating capacitor 3 negative terminal.
  • the commutating capacitor 3 positive terminal is connected to the collector of the first RIGBT 4, the negative terminal is connected to the emitter of the second RIGBT 5, the emitter of the first RIGBT 4 is connected to the cathode of the diode 6 and the collector from the second RIGBT 5 is connected to the anode of the diode 6, the diode 6 is connected in series in the negative bus bar, the cathode is connected to the negative power source terminal N 1 and the anode is connected to the negative inverter terminal N2.
  • Figures 4a to 4e show the different phases of a complete inverter commutation.
  • FIG. 4a shows the conditions before the commutation.
  • the current flows through the motor phases a and b.
  • the inverter commutation is initiated by simultaneously turning on RIGBT 26, turning off RIGBT 25, igniting triac 8 and triac 9.
  • the current now flows through the commutation capacitor 3, which absorbs the commutation energy.
  • RIGBT 4 and RIGBT 5 are turned off at the same time.
  • Figure 3 shows another embodiment for the realization of the method described in claim 1.
  • the thyristor 14 is used instead of a RIGBT.
  • the thyristor bridge 15 takes over the function of the three triacs, 7,8,9 and the diode bridge 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung für die Rückführung der Kommutationsenergie bei Drehstrommotorantrieben mit Stromzwischenkreisumrichtern. Bei jeder Kommutierung in den Wechselrichter (2) wird Kommutationsenergie freigesetzt. Die Kommutierungseinheit (13) sorgt dafür, dass diese Energie in zwei Schritten direkt in den Stromzwischenkreis zurückgeführt wird. Im ersten Schritt führen wir die Kommutationsenergie in den Kommutierungskondensator (3) durch eine Gleichrichterschaltung (Diodenbrücke (10) und drei Triacs (7, 8, 9)). Im zweiten Schritt führen wir, mit Hilfe von drei Halbleitern (erste RIGBT (4), zweite RIGBT (5), Diode (6)), die Kommutationsenergie vom Kommutierungskondensator (3) direkt in den Stromzwischenkreis, so dass der Zwischenkreisstrom für kontrollierte Zeit durch den Kondensator fliesst.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung für Rückführung der Kommutations Energie bei Drehstrommotor Antriebe mit Stromzwischenkreis Umrichter.
Die Erfindung betrifft eine Verfahren und Schaltungsanordnung für Rückführung der Kommutations Energie bei Drehstrommotor Antriebe mit Stromzwischenkreis Umrichter.
Die Erfindung ist vorteilhaft verwendbar bei Drehstrommotor Antriebe, wo Netzrückspeisung und/ oder eine einfache, geberlose Positionierung mit Synchron Motoren erwünscht ist. Aufzugstechnik ist ein typisches Anwendungsbereich für solche Antriebe.
In praktische Anwendungen für Stromzwischenkreis Umrichter ist heute fast ausnahmslos der so genannte Phasenfolge Wechselrichter (K. P. Philips, „Current Source Converter for AC Motor Dives," IEEE Trans. Ind AppL, Vol. IA-6, pp. 679-683 Nov/Dec. 1972) verwendet, Figur 1.
In eine Phasenfolge Wechselrichter sind die Kommutierungs Kondensatoren an der Streuinduktivität von dem verwendeten Motor angepasst. Deshalb ist es sehr problematisch mit einer Phasenfolge Wechselrichter verschiedene Motoren mit verschiedenen Streuinduktivitäten anzutreiben.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, dieser Nachteil mit eine kostengünstige Lösung zu vermeiden.
Der Wechselrichter 2 beinhaltet keine Kommutierungs Kondensatoren. Erfindungsgemäß wird der Kommutations Energie durch die Kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 direkt in den Stromzwischenkreis geführt. Der Kommutations Energie wird, vorübergehend, in der Zwischenkreisdrossel 12 gespeichert und, bei den darauf folgende Kommutierung in der Wechselrichter 2, schwingt diese Energie in den Kommutierungs Kondensator 3 zurück (Kommutations Blindleistung).
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung mit Hilfe von Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Der klassische Phasenfolge Wechselrichter.
Figur 2: Ausführungsbeispiel von einer Schaltungsanordnung für
Realisierung der Erfindung. Figur 3: Ein weiteres Ausführungsbeispiel. Figur 4: Erklärungszeichnungen zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2.
Figur 2 zeigt eine typische Schaltung für Realisierung den, in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.
Die abgebildete RIGBT Bauteile, 4 und 5, symbolisieren eine, von der Gate Elektrode ein und ausschaltbare, Rückwärts Sperrende Bauteil. Nach stand der Technik, diese Bauteil ist entweder
- eine Rückwerts Sperrende IGBT (RIGBT) oder
- eine IGBT mit, in Serie geschaltete, Diode oder
- eine GTO Thyristor
Aufbau der Schaltung gemäß Figur 2:
Die Stromquelle 1 und der Wechselrichter 2 :
Eine, am AC Netz geschaltete, netzgeführter Stromrichter bildet mit den Zwischenkreisdrossel 12 den Stromquelle 1. Der positive Stromquelle Anschluss Pl ist mit der positive Wechselrichter Anschluss P2 verbunden, der Drehstrommotor 11 ist an die motorseitigen Ausgänge von den Wechselrichter 2 angeschlossen. Der Kommutierungs Einheit 13 :
Die drei motorseitige Ausgänge von den Wechselrichter 2 sind in der reihe nach durch die Triac 7, 8, 9 Bauteile mit die drei mittleren Anschlüsse von der Dioden Brücke IO verbunden.
Die gemeinsame Katode von die drei obere Dioden von der Dioden Brücke 10 ist mit der Kommutierungs Kondensators 3 positive Anschluss verbunden, die gemeinsame Anode von die drei untere Dioden von der Dioden Brücke 10 ist mit der Kommutierungs Kondensators 3 negative Anschluss verbunden. Der Kommutierungs Kondensators 3 positive Anschluss ist mit der Kollektor von der erste RIGBT 4 verbunden, der negative Anschluss ist mit der Emitter von der zweite RIGBT 5 verbunden, der Emitter von der erste RIGBT 4 ist an den Katode von der Diode 6 angeschlossen und der Kollektor von der zweite RIGBT 5 ist an den Anode der Diode 6 angeschlossen, der Diode 6 ist in der negative Stromschiene in Serie geschaltet, der Katode ist mit der negative Stromquelle Anschluss N 1 und der Anode ist mit der negative Wechselrichter Anschluss N2 verbunden.
Funktion der Schaltung gemäß Figur 2:
Die Figuren 4a bis 4e zeigen die verschiedene Phasen von eine vollständige Wechselrichter Kommutierung.
Figur 4a zeigt die Verhältnisse vor die Kommutation. Der Strom fließt durch die Motorphasen a und b.
Der Wechselrichter Kommutierung wird eingeleitet mit gleichzeitige einschalten von RIGBT 26, ausschalten von RIGBT 25, Zündung von Triac 8 und Triac 9.
Nach Figur 4b fliest der Strom jetzt durch den Kommutierungs Kondensator 3 welche den Kommutations Energie aufnimmt.
Der Strom in der Motorphase b nimmt ab und der Strom in der Motorphase c Steigt, Der Kommutierungs Kondensator 3 wird aufgeladen. Der Vorgang wird beendet durch die Dioden 32 und 36 sowie Triac 8 und Triac 9 so bald der Strom in der Motorphase b den null erreicht. Der Kommutierungs Energie ist jetzt in der Kommutierungs Kondensator 3 gespeichert. (Figur 4c)
RIGBT 4 und RIGBT 5 wird gleichzeitig eingeschaltet. Der Zwischenkreisstrom fliest durch den Kommutierungs Kondensator 3 und entladet ihn. Der Zwischenkreisdrossel 12 nimmt den Kommutations Energie auf. (Figur 4d)
Als der Spannung von der Kommutierungs Kondensator 3 erreicht wieder sein ursprünglicher Wert, wird RIGBT 4 und RIGBT 5 gleichzeitig ausgeschaltet.
Der Kommutierungs Vorgang zwischen die Motorphasen b und c ist beendet, der Schaltung ist bereit für den darauf folgende Kommutation. (Figur 4e)
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für Realisierung den, in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.
Bei dieser Schaltung ist, anstatt eines RIGBT, der Thyristor 14 verwendet. Der Thyristor Brücke 15 übernimmt den Funktion von die drei Triacs, 7,8,9 und der Dioden Brücke 10.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für Rückführung der Kommutations Energie bei Drehstrommotor Antriebe mit Stromzwischenkreis Umrichter, welche Umrichter beinhaltet eine Stromquelle (1), eine Wechselrichter (2) und eine Kommutierungs Einheit (13) dadurch gekennzeichnet, dass in der erste Schritt, während der Wechselrichter Kommutierung, führen wir den entstandene Kommutations Energie in eine Kommutierungs Kondensator - zweckmäßig durch eine, teilweise oder ganz mit steuerbare Halbleitern aufgebaute und an die drei motorseitige Wechselrichter Ausgänge geschaltete Gleichrichter Schaltung - und in der zweite Schritt, in der Zeitraum zwischen zwei Wechselrichter Kommutierung, - mit Hilfe von zwei steuerbare Halbleitern und eine in der Stromzwischenkreis in Serie geschaltete Diode - führen wir den Kommutations Energie von der Kommutierungs Kondensator direkt in den Stromzwischenkreis so, dass der Zwischenkreisstrom für kontrollierte Zeit durch den Kommutierungs Kondensator fliest.
2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutierungs Kondensators (3) positive Anschluss (+) ist mit der Kollektor von der erste RIGBT (4) verbunden, der negative Anschluss (-) ist mit der Emitter von der zweite RIGBT (5) verbunden, der Emitter von der erste RIGBT (4) ist an den Katode von der Diode (6) angeschlossen und der Kollektor von der zweite RIGBT (5) ist an den Anode der Diode (6) angeschlossen, der Diode (6) ist in der negative Stromschiene in Serie geschaltet, der Katode ist mit der negative Stromquelle Anschluss (Nl) und der Anode ist mit der negative Wechselrichter Anschluss (N2) verbunden
3. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diode (6) ist in der positive Stromschiene in Serie geschaltet, der Anode ist mit der positive Stromquelle Anschluss (Pl) und der Katode ist mit dem positiven Wechselrichter Anschluss (P2) verbunden.
4. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine von die zwei RIGBT-s ein Thyristor ist.
5. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter Schaltung beinhaltet eine drei phasigen Dioden Brücke (10) und die gemeinsame Katode von die drei obere Dioden von der Dioden Brücke (10) ist mit der Kommutierungs Kondensators (3) positive Anschluss (+) verbunden, die gemeinsame Anode von die drei untere Dioden von der Dioden Brücke (10) ist mit der Kommutierungs Kondensators (3) negative Anschluss (-) verbunden, und die drei mittleren Anschlüsse von der Dioden Brücke (10) sind in der reihe nach durch je eine Triac (7, 8, 9) Bauteil mit die drei motorseitige Umformer Ausgänge verbunden.
6. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter Schaltung ist eine drei phasige Thyristor Brücke (15) mit sechs Thyristoren, die gemeinsame Katode von die drei obere Thyristoren ist mit der Kommutierungs Kondensators (3) positive Anschluss verbunden, die gemeinsame Anode von die drei untere Thyristoren ist mit der Kommutierungs Kondensators (3) negative Anschluss verbunden, und die drei mittleren Anschlüsse von der Thyristor Brücke (15) sind in der reihe nach mit die drei motorseitige Wechselrichter Ausgänge verbunden.
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