CS261193B1

CS261193B1 - Connection of inverter for alternating-current contactless engines' frequency control

Info

Publication number: CS261193B1
Application number: CS873001A
Authority: CS
Inventors: Josef Hoskovec; Jan Kral
Original assignee: Josef Hoskovec; Jan Kral
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS300187A1

Abstract

Řešeni se týká zapojení střídače pro frekvenční řízení střídavých bezkontaktních motorů. Mezi kladný pól napájecího stejnosměrného obvodu střídače a první polovodičovou součástku s plnou řiditelnosti zapojenou do anodového přívodu tyristorové ho můstku je zapojeno první vinutí tlumivky, jejíž druhé vinutí je zapojeno mezi anodový přívod můstku zpětných diod a záporný pól napájecího stejnosměrného obvodu. Obdobně mezi záporný pól napájecího stejnosměrného obvodu a druhou polovodičovou součástku s plnou řiditelnosti zapojenou do katodového přívodu tyristorového můstku je zapojeno první vinutí druhé tlumivky, jejíž druhé vinutí je zapojeno mezi katodový přívod můstku zpětných diod a kladný pól napájecího stejnosměrného obvodu. V komutačních intervalech po vypnutí jedné ze součástek s plnou řiditelnosti se proud z prvního vinutí příslušné tlumivky komutuje do jejího druhého vinutí a uzavírá se přes zpětnou diodu a vinutí motoru. Tím se snižuje zvlnění proudu ve vinutí motoru a usnadňuje se komutace proudu z odpojeného tyristoru na příslušnou zpětnou diodu.The solution concerns the connection of the inverter for frequency control of AC contactless engines. Between the positive pole of the DC power supply circuit of the inverter and the first semiconductor component with full controllability connected to the thyristor anode lead the first coil winding is connected to it, whose second winding is connected between the anode reverse diode bridge and negative DC power supply pole. Similarly, between the negative pole of the DC power supply circuit and second semiconductor a full controllable component to the thyristor bridge cathode feed the first coil of the second choke is connected whose second winding is connected between the cathode reverse diode bridge and positive DC power supply pole. In commutation intervals after shutdown one of the components with full controllability the current from the first winding of the respective choke commutes to its second winding and closes through the reverse diode and the motor winding. This reduces the current ripple in the winding motor and facilitates current commutation from a disconnected thyristor to an appropriate one reverse diode.

Description

Vynález se týká zapojení střídače pro frekvenční řízení střídavých bezkontaktních motorů .BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to an inverter circuit for frequency control of AC brushless motors.

Ve výkonových obvodech měničů pro frekvenční řízení střídavých bezkontaktních motorů se vedle dosud používaných výkonových polovodičových součástek s částečnou řiditelností, tj. závěrně blokujících, popřípadě asymetrických tyristorů stále významněji uplatňují polovodičové součástky s plnou řiditelností. Jsou to zejména bipolární a unipolární tranzistory a vypínací tyristory. U těchto součástek je možno řídicím signálem ovládat nejen jejich sepnuti, ale i vypnuti. Jejich využití umožňuje významné zjednodušení výkonových obvodů měničů s vlastní komutací a zmenšení jejich rozměrů a hmotnosti. U měničů malých výkonů však zapojení využívající pouze součástek tohoto typu nejsou ekonomicky výhodná. Vedle vyšší ceny plně řiditelných součástek se řešení zejména zdražuje komplikovanějšími obvody pro zpracování a přenos jejich řídicích signálů. Proto se v oblasti malých výkonů výhodně uplatňují.zapojení kombinující součástky s plnou a částečnou řiditelností. Snížení počtu plně řiditelných součástek zejména umožňují zapojení využívající pro skupinovou komutaci tyristorů v můstkovém zapojení střídače plně řiditelných součástek, zařazených do jeho stejnosměrných přívodů.In the power circuits of frequency inverters for AC brushless motors, semiconductor components with full controllability are increasingly being used in addition to the power control semiconductor components with partial controllability, i.e., blocking or asymmetric thyristors. These are mainly bipolar and unipolar transistors and trip thyristors. With these components it is possible to control not only their switching on, but also switching off by the control signal. Their use makes it possible to significantly simplify the power circuits of self-commutating inverters and reduce their dimensions and weight. However, in low power converters, wiring using only components of this type is not economically viable. In addition to the higher price of fully controllable components, the solution is particularly expensive with more complicated circuits for processing and transmitting their control signals. Therefore, wiring combining components with full and partial control is advantageously used in the field of low power. In particular, the reduction of the number of fully controllable components makes it possible to use circuits for group commutation of thyristors in the bridge connection of the inverter of fully controllable components connected to its DC leads.

U dosud známých zapojení tohoto typu se v důsledku přerušování proudu během komutačních intervalů jednak zvyšuje zvlnění proudu v motoru, jednak se v oblasti vyšších výstupních frekvencí snižuje maximální hodnota výstupního napětí měniče. Pro snížení spínacího ztrátového výkonu součástek s plnou řiditelností a snížení strmosti nárůstu proudu při havarijních stavech se u těchto zapojení využívá ochranných tlumivek, zařazených do stejnosměrných přívodů sbřídače. Ve vypínacích intervalech se jejich vinutí zkratuje pomocnou diodou a je zdrojem přídavných ztrát v měniči.In the hitherto known wiring of this type, the current ripple in the motor increases as a result of current interruption during commutation intervals, and the maximum value of the inverter output voltage decreases in the region of higher output frequencies. To reduce the switching power dissipation of components with full controllability and to reduce the steepness of the current surge during emergency conditions, these chokes use protective chokes connected to the DC leads of the collector. At the breaking intervals, their winding is shorted by an auxiliary diode and is a source of additional losses in the inverter.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první vinutí první tlumivky je zapojeno mezi kladný pól napájecího stejnosměrného obvodu a první vývod první polovodičové součástky s plnou řiditelností. Druhý vývod první polovodičové součástky je spojen s anodovým uzlem tyristorového můstku. První vinutí druhé tlumivky je zapojeno mezi záporný pól napájecího stejnosměrného obvodu a druhý vývod druhé polovodičové součástky s plnou řiditelností, jejíž první vývod jě spojen s katodovým uzlem tyristorového. můstku. Druhé vinutí první tlumivky je zapojeno mezi záporný pól napájecího stejnosměrného obvodu a anodový uzel můstku zpětných diod. Druhé vinutí druhé tlumivky je zapojeno mezi kladný pól napájecího stejnosměrného obvodu a kaéodový uzel můstku zpětných diod.These disadvantages are eliminated by the circuit according to the invention, which is characterized in that the first winding of the first choke is connected between the positive pole of the DC supply circuit and the first terminal of the first semiconductor component with full controllability. The second terminal of the first semiconductor component is connected to the anode node of the thyristor bridge. The first winding of the second choke is connected between the negative pole of the DC supply circuit and the second terminal of the second semiconductor component with full controllability, the first terminal of which is connected to the thyristor cathode node. bridge. The second winding of the first choke is connected between the negative pole of the DC supply circuit and the anode node of the reverse diode bridge. The second winding of the second choke is connected between the positive pole of the DC supply circuit and the caddy node of the reverse diode bridge.

Zapojením podle vynálezu se dociluje toho, že v komutačních intervalech po vypnuti jedné ze součástek s plnou řiditelností se proud z prvního vinutí příslušné tlumivky komutuje do jejího druhého vinutí a uzavírá se přes zpětnou diodu a vinuti motoru. Tím se jednak snižuje zvlnění proudu ve vinutí motoru, jednak se usnadňuje komutace proudu z odpojeného tyristorů na příslušnou zpětnou diodu. Zapojení dále odstraňuje nutnost užití zpětných diod rychlého typu. Obě dvouvinutové tlumivky zároveň snižují zapínací ztráty součástek s plnou řiditelností a amplitudu proudu vypínaného při havarijních stavech střídače.The circuit according to the invention achieves that at commutation intervals after switching off one of the fully controllable components, the current from the first coil of the respective choke is commuted to its second coil and is closed via the reverse diode and the motor coil. This reduces the ripple of the current in the motor winding and facilitates the commutation of the current from the disconnected thyristors to the corresponding reverse diode. The wiring further eliminates the need for fast-type reverse diodes. At the same time, both 2-minute chokes reduce the inrush losses of components with full controllability and the amplitude of the current tripped in the inverter's emergency states.

Zapojení střídače podle vynálezu je znázorněno na přiloženém výkresu. Na obr. 1 je uvedeno zapojertí využívají jako polovodičové prvky TI, T2 s plnou řiditelností výkonové bipolární tranzistory, na obr. 2 vypínací tyristory.The connection of the inverter according to the invention is shown in the attached drawing. Fig. 1 shows the bipolar transistors with full controllability as semiconductor elements T1, T2; Fig. 2 shows trip thyristors.

První vinutí Ll-1 první tlumivky LI je zapojeno mezi kladný pól P napájecího stejnosměrného obvodu a prvni vývod prvního polovodičového prvku TI s plnou řiditelností, jehož druhý vývod je spojen s anodovým uzlem £ tyristorového můstku TM. První vinutí L2-1 druhé tlumivky L2 je zapojeno mezi záporný pól M napájecího stejnosměrného obvodu a druhý vývod druhého polovodičového prvku T2 s plnou řiditelností, jehož první vývod je spojen s katodovým uzlem £ tyristorového můstku TM. Druhé vinutí Ll-2 první tlumivky LI je zapojeno mezi záporný pól M napájecího stejnosměrného obvodu a anodový uzel 2 můstku zpětných diod DM, druhé vinutí L2-2 druhé tlumivky L2 je zapojeno mezi kladný pól napájecího stejnosměrného obvodu a katodový uzel 2 můstku zpětných diod DM. Polarita vzájemně magneticky vázaných vinutí je vyznačena.The first winding L1-1 of the first choke L1 is connected between the positive pole P of the DC supply circuit and the first terminal of the first semiconductor element T1 with full controllability, the second terminal of which is connected to the anode node of the thyristor bridge TM. The first winding L2-1 of the second choke L2 is connected between the negative pole M of the DC supply circuit and the second terminal of the second solid-state semiconductor element T2, the first terminal of which is connected to the cathode node of the thyristor bridge TM. The second winding L1-2 of the first choke L1 is connected between the negative pole M of the DC power supply circuit and the anode node 2 of the DC backing bridge DM, the second winding L2-2 of the second choke L2 is connected between the positive pole of the DC power supply circuit and the cathode node . The polarity of the magnetically coupled windings is indicated.

Při základním algoritmu řízení střídače dochází v komutačních intervalech střídavě ke komutaci tyristorů v anodové a katodové skupině tyristorového můstku TM. Po vypnutí polovodičového prkvu TI s plnou řiditelnosti se odpojuje vinuti Ll-1 tlumivky Ll, jeho proudu komutuje do vinutí Ll-2 a uzavírá se přes příslušnou zpětnou diodu můstku zpětných diod DM, vinuti motoru připojené k výstupním svorkám, sepnutý tyristor katodové skupiny tyristorového můstku TM, druhý polovodičový prvek T2 s plnou řiditelnosti a vinutí L2-1 druhé tlumivky L2. Tím se jednak usnadňuje komutace proudu zátěže z tyristoru anodové skupiny na zpětnou diodu, jednak snižuje pokles proudu ve vinuti motoru. Při vypnutí druhého polovodičového prvku T2 s plnou řiditelnosti a odpojení tyristoru katodové skupiny je funkce vinutí tlumivky L2 obdobná. Komutační interval končí po opětném sepnutí příslušné součástky s plnou řiditelnosti a dalšího tyristoru komutované anodové nebo katodové skupiny tyristorového můstku TM. Po sepnutí obou součástek s plnou řiditelnosti omezují tlumivky Ll, L2 strmost nárůstu jejich proudu a snižuji tak zapínací ztráty, stejně jako amplitudu poruchového proudu při jeho vypínání. Součtové napětí vinutí Ll-2 a L2-2 je omezeno napětí napájecího stejnosměrného obvodu.The basic inverter control algorithm alternates the commutation of the thyristors in the anode and cathode groups of the thyristor bridge TM at commutation intervals. After switching off the semiconductor board T1 with full controllability, the coil L1-1 of the choke L1 is disconnected, its current is commutated into the coil L1-2 and closed by means of the corresponding reverse diode of the reverse diodes DM, the motor winding connected to the output terminals. TM, the second semiconductor element T2 with full controllability and the winding L2-1 of the second choke L2. This facilitates, on the one hand, the commutation of the load current from the anode group thyristor to the reverse diode and, on the other hand, reduces the current drop in the motor winding. When the second semiconductor element T2 is switched off with full controllability and the cathode group thyristor is disconnected, the coil winding function L2 is similar. The commutation interval ends upon re-switching of the corresponding fully controllable component and another thyristor of the switched anode or cathode group of the thyristor bridge TM. After switching on both components with full controllability, chokes L1, L2 limit the steepness of their current increase and thus reduce the switching losses as well as the amplitude of the fault current when it is switched off. The sum voltage of the windings L1-2 and L2-2 is limited by the voltage of the DC supply circuit.

Zapojení může být využito jak při amplitudovém řízení výstupního napětí uskutečňovaném řízením napětí napájecího stejnosměrného obvodu, tak při řízení napětí šířkovou pulsní modulací prostřednictvím obou polovodičových prvků TI, T2 s plnou řiditelnosti.The wiring can be used both in the amplitude control of the output voltage performed by controlling the voltage of the DC supply circuit, and in the voltage control by pulse width modulation via both semiconductor elements T1, T2 with full controllability.

Zapojeni podle vynálezu bude využito v měničích malého výkonu určených pro kmitočtové řízení rychlosti jednak standardních, jednak speciálních vysokootáčkových asynchronních motorků a motorů s kotvou nakrátko.The circuit according to the invention will be used in low power converters intended for frequency control of both standard and special high-speed asynchronous and short-circuit motors.

Claims

Inverter connection for frequency control of AC contactless motors, consisting of two solid-state semiconductor components, a thyristor bridge, a reverse diode bridge and two dual-winding chokes, characterized in that the first winding (L1-1) of the first choke (L1) is connected between the DC power supply positive pole (P) and the first terminal of the first solid-state semiconductor element (TI), the second terminal of which is connected to the anode node (1) of the thyristor bridge (TM), the first winding (L2-1) of the second choke (L2) is connected between the negative pole (M) of the DC supply circuit and the second terminal of the second semiconductor element (T2) with full controllability, the first terminal of which is connected to the cathode node (2) of the thyristor bridge (TM); the choke (L1) is connected between the negative pole (M) of the DC supply circuit and the anode node (3) of the reverse diode bridge (DM) and the second winding ( L2-2) of the second choke (L2) is connected between the positive pole (P) of the DC supply circuit and the cathode node (4) of the diode bridge (DM).