DE112009002531T5

DE112009002531T5 - System und Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor, ein Kompressor mit variabler Leistung und eine Kühlanlage

Info

Publication number: DE112009002531T5
Application number: DE112009002531T
Authority: DE
Inventors: Johann Maass Günter
Original assignee: Whirlpool SA
Current assignee: Nidec Global Appliance Compressores e Solucoes em Refrigeracao Ltda
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-06-28
Also published as: WO2010048684A2; CN102204083A; BRPI0804620B1; WO2010048684A3; JP2012507255A; JP5643211B2; CN102204083B; BRPI0804620A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Technik zum Steigern des energetischen Wirkungsgrads von Kühlanlagen, die mit einem Frequenzumrichter ausgestattet sind. Die Technik, bekannt als komplementäre PWM-Modulation, führt den Betrieb des aktiven unteren Schalters durch, der komplementär zu demjenigen ist, welcher zuvor zum Öffnen befehligt wurde, was dazu führt, dass der Freilaufstrom von dem Umrichter durch den Kanal des MOSFETs umläuft und nicht durch die Kontaktstelle der Freilaufdiode, wobei die Letztere ein Pfad mit erhöhten Leitungsverlusten ist. Eines der Verfahren zum Durchführung der Erfindung geschieht mittels eines Verfahrens der komplementären PWM-Modulation in einem Kühlsystem, wobei das System einen Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl (10) aufweist, welcher von einer Wechselrichterbrücke (11) gesteuert wird, die von einem Signal in PWM-Modulation betrieben wird. Die PWM-Modulation besitzt zwei Hauptabschnitte und in einem zweiten Abschnitt, bei dem der Freilaufstrom umläuft, wird der andere aktive MOSFET-Schalter absichtlich komplementär zu demjenigen, der zuvor zum Öffnen befehligt wurde, betrieben, um die Verluste durch Leitung des Freilaufstroms zu verringern und demzufolge den gesamten Wirkungsgrad der Kühlanlage zu erhöhen.

Description

Diese Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor, ein Kompressor mit variabler Leistung und eine Kühlanlage im Hinblick auf die Verbesserung des Wirkungsgrads des Frequenzumrichters, der in der Ansteuerung für Kompressoren mit variabler Leistung in Kühlanlagen verwendet wird, durch das Antreiben von aktiven Schaltern (zum Beispiel MOSFETs) der Ausgangsstufe (Wechselrichterbrücke) während des Freilaufintervalls des elektrischen Stroms des Motors.
Beschreibung der zugehörigen Technik
Um die höchsten Wirkungsgradanforderungen zu erfüllen, besitzen sowohl häusliche als auch kommerzielle Kühlanlagen die Möglichkeit Kompressoren mit variabler Leistung zu verwenden, die wie der Name bereits sagt, es erlauben, dass die Kühlleistung durch das Ändern der Geschwindigkeit, mit der das Kältemittelgas gepumpt wird (oder genauer gesagt die Umlaufrate) gemäß den Anlageanforderungen angepasst wird.
Der Kompressor mit variabler Leistung erreicht den Übergang von der minimalen zur maximalen Umlaufrate des Kältemittelgases durch die Änderung der Drehzahl seines Motors. Die Änderung der Drehzahl wird erreicht durch die Verwendung von einer elektronischen Steuerung, die als ein Frequenzumrichter bekannt ist, welche den Strom und die Frequenz angepasst, die an den Motor angelegt werden.
Der Frequenzumrichter verwendet Pulsweitenmodulation (PWM), mit anderen Worten wird die Pulsweite des Stromes, welche an den Motor angelegt wird, von einem PWM Modulator gesteuert. Der PWM Modulator legt die Breite (Dauer) des Pulses im Verhältnis zu der gewünschten Rotation fest und passt sie in Übereinstimmung mit der Belastung und dem Strom der Netzstromversorgung an. Der an den Motor angelegte Strom wird mit einer Kommutierungsfrequenz von gewöhnlich mehreren kHz gepulst.
Die PWM-Modulation wird auf die Phasen des Motors unter Verwendung einer Wechselrichterbrücke angewandt, welche aus einem Satz von drei Armen gebildet wird, wobei jeder davon für das Anlegen des Stroms für einen der drei Phasen des Motors verantwortlich ist. Jeder Arm der Wechselrichterbrücke besitzt zwei aktive Halbleiterschalter (IGBT oder MOSFET), die fortan als aktive Schalter bezeichnet werden, wobei jeder parallelgeschaltet einen polarisierten passiven Halbleiterschalter (DIODE) besitzt, der fortan als ein passiver Schalter bezeichnet wird, um den Strom durch die Phasen des Motors zu leiten, wenn der komplementäre aktive Schalter des gleichen Arms in einer Abschaltposition ist (offen oder nicht stromleitend). Bei dieser klassischen Konfiguration einer Dreiphasen-Wechselrichterbrücke ist einer der zwei aktiven Schalter von jedem Arm (oberer Schalter) mit dem Pluspol der Gleichstromkupplung (DC LINK) verbunden, während der komplementäre Schalter (unterer Schalter) mit dem Minuspol des DC LINK verbunden ist. Die Phase des Motors ist an dem Mittelpunkt der zwei Schalter des gleichen Arms verbunden.
Beim Kontrollieren von zwei aktiven Schaltern, einem oberen und einem unteren von einem unterschiedlichen Arm, findet eine Übertragung von elektrischer Energie von dem DC LINK auf den Elektromotor statt. Der elektrische Strom läuft durch den geschlossenen Schaltkreis, der von dem DC LINK (gewöhnlich bestehend aus einer Speicherteilstrecke für Energie bei einem Elektrolytkondensator) gebildet wird, durch den aktiven oberen Schalter, durch die erste Phase des Elektromotors, durch eine zweite Phase des Elektromotors, durch den unteren Schalter, der mit dieser zweiten Phase verbunden ist, und dann zurück zu dem DC LINK um.
Da der Zweck der PWM-Modulation darin besteht, den mittleren augenblicklichen Strom, welcher an den Motor angelegt wird, durch das Begrenzen des Stroms des DC LINKs in einer Zeitspanne innerhalb der Kommutierungsperiode zu regulieren, treten zwei wichtige Zustände auf: wie vorstehend beschrieben, der erste, bei dem die Übertragung von Energie auf den Motor stattfindet, und ein zweiter, bei dem der obere aktive Schalter, welcher zuvor leitend war, abgeschaltet wird und somit keine Energie mehr auf den Motor überträgt. Der elektrische Strom fließt jedoch aufgrund der induktiven Natur der Ladung (Motor) weiter und findet einen neuen Stromkreis durch den gleichen unteren aktiven Schalter und durch den passiven Schalter (DIODE), parallel zu dem aktiven Schalter, welcher komplementär zu dem zuvor leitenden ist. Falls er nicht auf null absinkt, dann fließt der Strom weiterhin durch diesen Schaltkreis bis zum Beginn der nächsten Kommutierungsperiode, bei der der obere aktive Schalter wieder zum Leiten kontrolliert wird. Diese Zeitdauer, bei der es keine Übertragung von Energie auf den Motor gibt (bei der die Diode nicht leitet) ist bekannt als der Freilaufzustand des Motorstroms und wird als Freilaufstrom bezeichnet. Wenn der Freilaufstrom vor dem Beginn der nächsten Kommutierungsperiode zu null wird, dann wird die Diode in diesem Freilaufschaltkreis natürlich den Strom behindern.
Die PWM-Modulation gehorcht einer gewissen Funktion, um die Spannung und den Grundstrom, welcher an den Motor abgegeben wird, aufzubereiten. Diese Funktion kann von unterschiedlicher Art sein (sinusförmig, rechteckig, trapezförmig, etc.), abhängig von der Art des Motors und der Steuerung. Jedoch unabhängig davon, wie die Spannung und der Strom dem Motor zur Verfügung gestellt werden, oder genauer gesagt unabhängig von der Funktion, der die PWM-Modulation folgt, gibt es immer eine Übertragung des Freilaufstroms durch die Diode parallel zu dem unteren aktiven Halbleiter, ab dem Moment, wenn der obere aktive Schalter des gleichen Arms abgeschaltet ist (offen). Demzufolge erzeugt dieser Freilaufstrom einen Übertragungsverlust in dieser Freilaufdiode. Dieser Verlust ist proportional zu dem Betrag des Freilaufstroms und der Leitungscharakteristik der Diode, wie zum Beispiel der Spannung der Verbindung in direkter Polarisation und der dynamischen Impedanz.
Bei Kühlanlagen mit hohem Wirkungsgrad, welche Kompressoren mit variabler Leistung verwenden, werden die Verluste, welche dem Freilaufstrom zurechenbar sind, in der Betriebsstufe relevant, bei der die Anlage die meiste Zeit läuft, oder genauer gesagt, wenn der interne Motor des Kompressors eine niedrige Drehzahl und eine geringe sofortige Leistung (oder eine stationäre Dauerleistung) besitzt, wenn die Anlage in einem thermischen Gleichgewicht ist.
Im Stand der Technik werden als aktive Schalter sowohl IGBT als auch MOSFET eingesetzt. Im Fall von IGBT ist die Freilaufdiode absichtlich parallel eingebaut, im Allgemeinen innerhalb des gleichen Gehäuses wie der aktive Schalter vom Typ IGBT. Im Fall von MOSFET ist die Freilaufdiode natürlich parallel zu dieser angeordnet, wobei diese ein Bauteil mit im allgemeinen schlechter Kommutierungscharakteristik (eine langsame Kommutierungsdiode) ist, und einem Leitungsvermögen ähnlich zu der bei den IGBTs verwendeten Diode.
In beiden Fällen tragen die Verluste durch die Leitung in dieser Freilaufdiode, sowie das Hervorrufen von größeren Energieverlusten, zu einem größeren Temperaturanstieg der Wechselrichterbrücke und einem nachfolgenden negativen Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Produkts bei. Auf der anderen Seite führt das Festlegen einer maximalen Betriebstemperatur für die elektronischen Bauteile zu einer begrenzten Energiemenge, welche von der Wechselrichterbrücke verarbeitet wird. In diesem Zusammenhang trägt die Verringerung der Leitungsverluste zur Erhöhung der Grenze der verarbeiteten Energie bei, während der gleiche maximale Temperaturbetrag beibehalten wird.
Aufgaben und kurze Beschreibung der Erfindung
Durch die Verwendung der Technik der komplementären PWM-Modulation bei Frequenzumrichtern, welche in Kühlanlagen verwendet werden, die mit Kompressoren mit variabler Leistung ausgestattet sind, sind die Aufgaben der vorliegenden Erfindung:

– Verwenden der komplementären PWM-Modulation zur Verringerung von Leitungsverlusten, die von dem Freilaufstrom in Umrichtern, welche in Kompression mit variabler Leistung (VCC) in Kühlanlagen verwendet werden, hervorgerufen werden.
– Erhöhen des gesamten Wirkungsgrads der Kühlanlage durch Verringerung der Leitungsverluste aufgrund des Freilaufstroms, wenn diese in einem stationären Betriebszustand betrieben wird.
– Dazu beitragen, dass die Kühlanlagen, welche mit VCC Kompressoren ausgerüstet sind, hohe Effizienzanforderungen erreichen können, wie sie vom Markt gefordert werden.
– Erhöhen der Zuverlässigkeit des elektronischen Schaltkreises durch Verringern der Betriebstemperatur mithilfe der Verringerung der Leitungsverluste aufgrund des Freilaufstroms.
– Es zu erlauben, dass die maximale verarbeitete Energie (begrenzt durch die maximale sichere Betriebstemperatur der elektronischen Bauteile) erhöht werden kann, aufgrund der niedrigeren Zunahme der Temperatur für den gleichen Betrag des Freilaufstroms.
– die Verringerung der Materialen und/oder Kosten im Hinblick auf die Ableitung von Wärme, welche von der Wechselrichterbrücke erzeugt wird, zu ermöglichen, durch die Verringerung der Leitungsverluste aufgrund des Freilaufstroms.

Allgemein gesprochen werden die Aufgaben der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung der komplementären Antriebstechnik von zwei MOSFET Aktivschaltern erreicht, von dem gleichen Arm der Wechselrichterbrücke, einem Verfahren, welches ebenso als komplementäre PWM-Modulation bei Frequenzumrichtern, die zum Betreiben von Kompressoren mit variabler Leistung verwendet werden, bekannt ist.
Eines der Verfahren zum Übertragen der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht in der Anwendung eines bekannten Verfahrens zum Verringern von Leitungsverlusten, die in den passiven Halbleitern (DIODES) angeordnet sind, welche üblicherweise Freilaufströme leiten. Um diese Aufgaben zu erreichen, wird dieses Verfahren, allgemein bekannt als „Komplementäre PWM-Modulation”, bei dem Betrieb von Umrichtern, welche bei Kühlanlagen mit hohem Wirkungsgrad vorhanden sind, eingesetzt. Das System umfasst eine elektrisch mit einem Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl verbundene Wechselrichterbrücke, wobei dieser von einem PWM modulierten Signal betrieben wird. Die PWM-Modulation besteht aus zwei Hauptabschnitten, bezeichnet mit der Zeitspanne, in der es eine Energieübertragung auf den Motor gibt (oder die „T_AN” Zeitspanne) und die Zeitspanne, in der der Strom im Freilauf umläuft (oder die „T_AUS” Zeitspanne). Das verwendete Verfahren hat als Hauptzweck, das Paar von aktiven Schaltern (MOSFETs) des gleichen Armes auf eine komplementäre Weise zu steuern, wodurch der Freilaufstrom am Umlaufen durch die Freilaufdiode gehindert wird, jedoch durch den Kanal des MOSFET-Kanal des aktiven Schalters, der zum Leiten befehligt wird.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung werden die gewünschten Aufgaben zudem durch ein Antriebssystem eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor erreicht, welches einen elektrisch mit einer Wechselrichterbrücke verbundenen Elektromotor umfasst, wobei die Wechselrichterbrücke von einer komplementären PWM-Modulation betrieben wird. Die komplementäre PWM-Modulation wird bei einer Rotation des Elektromotors betrieben, welche in Bezug auf eine Referenzrotation im Wesentlichen geringer ist. Die PWM-Modulationsrate wird bei einer Leistung des Elektromotors betrieben, welche in Bezug auf eine Referenzleistung im Wesentlichen geringer ist.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden zusätzlich mittels eines Antriebssystems für einen Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor erreicht, welches eine elektrisch mit einem Elektromotor verbundene Wechselrichterbrücke umfasst. Die Wechselrichterbrücke besteht aus aktiven Schaltern und die aktiven Schalter sind einer nach dem anderen parallel mit passiven Schaltern verbunden. Jeder passive Schalter besitzt zwei passive Anschlüsse und jeder aktive Schalter besitzt zwei aktive Anschlüsse. Jeder aktive Schalter bildet ein einzelnes Gehäuse mit seinem jeweiligen passiven Schalter. Die aktiven Schalter fangen mit der Leitung zu einer anpassbaren Leitungszeit an. Die aktiven Schalter beginnen mit der Leitung gemäß der Spannung zwischen ihren aktiven Anschlüssen, welche im Wesentlichen geringer als die Spannung zwischen den passiven Anschlüssen des zugehörigen passiven Schalters sind.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden außerdem mittels eines Antriebsverfahrens eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor erreicht, welches eine Wechselrichterbrücke und einen Elektromotor verwendet, umfassend die folgenden Schritte: Erhalten eines Stromsignals von einem Elektromotor, Erhalten eines Rotationssignals von dem Elektromotor, Vergleichen des Stromsignals von dem Elektromotor mit einem Referenzenergiebetrag, Vergleichen des Rotationssignals von dem Elektromotor mit einem Referenzrotationsbetrag und Betreiben der Wechselrichterbrücke mittels komplementärer PWM-Modulation, falls die Ergebnisse der Vergleiche des vorliegenden Rotations- und Energiebetrags geringer als ihre jeweiligen Referenzbeträge sind.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden ebenfalls mittels eines Kompressors mit variabler Leistung erreicht, welcher von einem Steuerungssystem wie hierin beschrieben versorgt wird.
Schlussendlich werden die Aufgaben mittels einer Kühlanlage erreicht, die ein Steuerungssystem für einen Elektromotor gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung besitzt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird später noch detaillierter basierend auf den Figuren beschrieben werden. Die Figuren veranschaulichen:
1 – eine Endstufe eines Frequenzumrichters mit den grundlegenden Bauteilen;
2a und 2b – ein Beispiel für einen herkömmliche PWM-Betrieb, veranschaulichend zwei Hauptabschnitte, T_AN und T_AUS, und den Weg, den der elektrische Strom bei der Modulation gemäß dem Stand der Technik einschlägt;
3a und 3b – ein Beispiel für einen komplementären PWM-Betrieb gemäß der verwendeten vorliegenden Erfindung, veranschaulichend die zwei Hauptabschnitte und veranschaulichend, dass bei dem zweiten Abschnitt (2b) der Freilaufstrom durch den aktiven Schalter umläuft, wobei eine Verringerung der Verluste erreicht und die Aufgaben der Erfindung für Kühlanlagen unter Verwendung von Kompressoren mit variabler Leistung erfüllt werden;
4a und 4b – zeigen die Betriebssignale der drei aktiven Schalter, welche in dem in 2a/2b und 3a/3b veranschaulichten Beispiel beteiligt sind, wobei das herkömmliche PWM-Verfahren und das komplementäre PWM-Verfahren eingesetzt werden;
5 – veranschaulicht die auf die drei Arme der Wechselrichterbrücke angewandte komplementäre Steuerung.
Ausführliche Beschreibung von Zeichnungen
1 zeigt beispielhaft eine Endstufe eines Frequenzumrichters mit den grundlegenden Bauteilen. In der Figur wird die Wechselrichterbrücke 11 veranschaulicht, welche aus sechs Paaren von parallelen Verbindungen von aktiven und passiven Schaltern (siehe hierzu jeweils S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆ und D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) gebildet wird, auf die ein Steuersignal von der Art einer PWM angewandt wird, welches die Zustände AN und AUS in dem jeweiligen Zeiträumen T_AN und T_AUS annehmen kann. Es enthält zudem die Grundschaltung und eine Energiespeicherstrecke, welcher von dem Kondensator C_Verb gebildet wird. Der Elektromotor 10 wird von den drei Elementen 1, 2 und 3 vertreten, wobei jeder eine Phase des Drehstrommotors repräsentiert.
Die in 1 veranschaulichte Wechselrichterbrücke verteilt die in dem C_Verb gespeicherte Energie auf die Phasen des Motors. C_Verb erhält von einer externen Quelle elektrische Energie mittels klassischer Elemente, die hier nicht dargestellt sind (zum Beispiel von einer Gleichrichterbrücke, die mit einem elektrischen Wechselstromnetz verbunden ist und von anderen Energiewandlungsphasen, die mit alternativen Energiequellen verbunden sind, etc.). Die induktiven Bauelemente 1, 2 und 3 repräsentieren den Elektromotor 10, der beispielsweise eine Kompressorpumpe der Kühlanlage betreibt oder einen anderen Verbraucher, mit dem der Elektromotor 10 verbunden ist. Aus dem Grund ist es klar, dass die Maßnahmen für die Verringerung der Leitungsverluste bei den Schaltern der Wechselrichterbrücke den gesamten Wirkungsgrad des Systems erhöhen.
2a veranschaulicht einen herkömmlichen PWM-Zyklus. In einem ersten Abschnitt erfolgt die Energieübertragung auf den Elektromotor 10 mittels des Wegs, welcher zum Beispiel von den aktiven Schaltern S₁ und S₄ gebildet wird, die Schalter des Typs MOSFET sind. Dies führt bei beiden Schaltern aufgrund ihres Leitungswiderstands zu Energieverlusten. Ab dem Augenblick, an dem S₁ zum Öffnen befehligt wird, behält der elektrische Strom natürlich seinen Umlauf durch den passiven Schalter D₂ (verdeutlicht mit einer Diode, die gegenparallel geschaltet zu S₂ ist – siehe hierzu die in 2b veranschaulichten Situation) bei. Ein Energieverlust tritt jeweils aufgrund der Leitung des passiven Schalters und aktiven Schalters, D₂ und S₄, auf. Am Ende der Kommutierungsperiode beginnt ein neuer Zyklus mit dem Befehl für den Eintritt in die Leitung des aktiven Schalters S₁.
Die anderen Kombinationen der unteren und oberen Schalter arbeiten auf eine identische Art und Weise wie diejenige, wie sie in 2a und 2b beschrieben ist (aus Sicht des vorliegenden elektronischen Schema) abhängig von den Phasen, für die die Abgabe von elektrische Energie benötigt wird (zum Beispiel gilt das gleiche für die Sets S₃, S₆ und D₄; S₅, S₂ und D₆; S₁, S₆ und D₂; etc.).
3a und 3b stellen eine vergleichende Darstellung der 2a und 2b bereit, wobei die Veränderungen in dem Betriebsablauf der aktiven Schalter veranschaulicht sind, um die Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erfüllen.
Es wird gezeigt, dass der erste Abschnitt sich nicht von demjenigen in 2 dargestellten unterscheidet (siehe vorstehend), mit anderen Worten wird der gleiche geschlossene Schaltkreis für den Umlauf des Stroms während der Abgabe von Energie an den Elektromotor 10 beibehalten, ebenso werden die gleichen Verluste durch Leitung von zwei aktiven Schaltern des Typs MOSFET beibehalten. Bereits in dem zweiten Hauptabschnitt der PWM, bei dem der Strom im Freilauf umläuft, wird derjenige zu dem zuvor offenen komplementäre Schalter bewusst betrieben und, in diesem Beispiel wird S₂ betrieben. Dies erlaubt es dem Strom, durch den Kanal des aktiven Schalters S₂ anstatt durch den passiven Schalter D₂ um zu laufen.
Der elektronische Strom läuft vorzugsweise durch den aktiven Schalter S₂ unter Bedingungen um, bei denen die Verringerung der Spannung zwischen den Anschlüssen von diesem aktiven Schalter S₂ geringer sind als die Verringerung der Spannung, die für den Eintritt der Leitung des passiven Schalters D₂ ist. Da die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, den Wirkungsgrad von Kühlanlagen hauptsächlich im stationären Betriebszustand (geringer Verbrauch) zu erhöhen, kann festgestellt werden, dass der Strom, der durch die Wechselrichterbrücke geleitet wird, eine geringe Amplitude besitzt, und deshalb die Verringerung der Verluste durch Leitung erzielt, und es erlaubt, dass der elektrische Strom durch die aktiven Schalter umläuft, oder genauer gesagt durch den MOSFET-Kanal.
Es sei erwähnt, dass die 3a und 3b nur die beiden Hauptabschnitte der PWM Kommutierungsperiode veranschaulichen; der erste, bei dem die Übertragung von Energie auf den Elektromotor 10 erreicht wird (siehe hierzu 3a), und der zweite, bei dem der Strom im Freilauf umläuft (siehe hierzu 3b). Es gibt jedoch gewöhnlich ein minimales Zeitintervall zwischen dem Öffnen des oberen aktiven Schalters (in diesem Beispiel S₁) und dem Steuern des unteren aktiven Schalters des gleichen Arms (in diesem Beispiel S₂), um die komplementäre PWM-Modulation zu erreichen.
Bezugnehmend nun auf das obige Beispiel kann allgemein gesprochen festgelegt werden, dass die oberen aktiven Schalter S₁, S₃ und S₅ als primäre aktive Schalter bezeichnet werden können und die unteren Schalter S₂, S₄ und S₆, werden als sekundäre aktive Schalter bezeichnet. Wenn die Lehren der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden, wird demzufolge durch das Einrichten des Umschaltens zwischen dem Abschnitt der Bereitstellungszeit T_AN und der Trennzeit T_AUS, dann wird/werden der/die sekundäre(n) aktive(n) Schalter von einer komplementären Bereitstellungszeit T_AN-C versorgt, welche eine Haltdauer sein sollte, die geringfügig kürzer als die Trennzeit T_AUS der primären aktiven Schalter S₁, S₃, S₅ ist. Es sollte festgestellt werden, dass das Betreiben des/der sekundären aktiven Schalter(s) S₂, S₄, S₆ nur nach einer Totzeit T_M auftritt. Die Totzeit T_M wird von der Trennung des/der primären Schalter(s) S₁, S₃, S₅ gezählt.
Die gleiche Logik trifft auf das Wiederverbinden der Schalter zu, bei dem die sekundären aktiven Schalter S₂, S₄, S₆, die vor den primären aktiven Schaltern S₁, S₃, S₅ getrennt wurden, nun wieder betrieben werden, wobei die sekundären aktiven Schalter S₂, S₄, S₆ während der Totzeit T_M vor dem Betreiben der primären aktiven Schalter S₁, S₃, S₅ getrennt werden. Mit anderen Worten wird in gleicher Art und Weise das Intervall der minimalen Zeit (Totzeit T_M) zwischen dem Öffnen des unteren Schalters und dem Betreiben des oberen Schalters bei dem Beginn einer neuen Kommutierungsperiode verwendet.
Die Hauptaufgabe des Intervall der minimalen Zeit T_M, welche ebenso als Totzeit bekannt ist, liegt darin, sicherzustellen, dass es keine gleichzeitige Leitung zwischen zwei Schaltern eines gleichen Arms gibt, zum Beispiel S₂ mit S₁, S₄ mit S₃ und S₆ mit S₅. Eine solche Situation würde einen Kurzschluss des Kondensators C_Verb hervorrufen und einen möglichen dauerhaften Schaden für die Bauteile bewirken.
Die anderen Kombinationen von oberen und unteren Schaltern arbeiten auf eine identische Art und Weise, wie sie in den 3a und 3b veranschaulicht sind, in Abhängigkeit der Phasen, in denen die elektrische Energie abgegeben wird (zum Beispiel gilt das gleiche für die Sets S₃, S₆ und S₄; S₅, S₂ und S₆; S₁, S₆ und S₂; etc.).
4a und 4b zeigen die Betriebssignale der drei aktiven Schalter, die in diesem Beispiel beteiligt sind, wie sie von den 2a/2b und 3a/3b veranschaulicht sind, beim Einsatz des herkömmlichen PWM-Verfahrens und des komplementären PWM-Verfahrens. Es lässt sich erkennen, dass der Freilaufstrom durch den MOSFET-Kanal umläuft, wenn die komplementäre Modulation eingesetzt wird (mit der Versorgung, wie sie für eine komplementäre Zeit T_AN-C bezüglich der Totzeit T_M ebenfalls in 4b veranschaulicht ist). Der Strom durch den S₂-Drain wird mit einer negativen Polarität in dem zweiten Bild der Figur dargestellt, um die gleiche Polarität beizubehalten, wie sie für den aktiven Schalter S₁ festgelegt ist. Deshalb tritt der Strom durch den Source-Anschluss des aktiven Schalters S₂ ein und tritt über den Drain-Anschluss während der Freilaufperiode des Stroms aus, d. h. von der komplementären Zeit T_AN-C, welche zuvor von dem von S1 genommen Weg, unterbrochen wurde.
Die in 4a und 4b veranschaulichte komplementäre PWM-Modulation kann mittels unterschiedlicher Betriebspunkte des Umrichters aufrechterhalten werden oder nicht. Bei hoher Belastung, wenn der Strom des Elektromotors höher ist, kann die Spannung zwischen den MOSFET-Anschlüssen beim Durchlass größer als die direkte Durchlassspannung der parallelen Freilaufdiode sein. In einer solchen Situation läuft der Strom selbstverständlich durch die Diode um, unabhängig von dem an den gegenparallel geschalteten Schalter gegebenen Befehl.
Für die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein Antriebssystem von einem Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor zur Verfügung gestellt, umfassend eine Wechselrichterbrücke 11, die elektrisch mit einem Elektromotor 10 verbunden ist, wobei die Wechselrichterbrücke 11, wie bereits erwähnt, von einer komplementären PWM-Modulation betrieben wird.
Die zuvor erwähnte komplementäre PWM wird, wie später noch detaillierter beschrieben wird, bei einer Rotation des Elektromotors 10 betrieben, die im Wesentlichen geringer in Bezug auf eine Referenzrotation ist und bei einer Leistung des Elektromotors 10, die im Wesentlichen geringer in Bezug auf eine Referenzleistung ist.
Die Wechselrichterbrücke 11 des vorliegenden Antriebssystems eines Elektromotors mit variabler Drehzahl für einen Kompressor besitzt aktive Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆), die mit passiven Schaltern (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) einer nach dem anderen parallel verbunden sind, wobei jeder passive Schalter zwei passive Anschlüsse besitzt und jeder aktive Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) zwei aktive Anschlüsse besitzt. Vorzugsweise sind die zuvor erwähnten passiven Schalter Dioden Halbleiterbauelemente.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die PWM-Modulation von Zeitspannen gebildet, während denen die aktiven und passiven Schalter mit einer elektrischen Spannung (V_M) verbunden sind, die dem Elektromotor 10 bereitgestellt wird. Die zuvor erwähnte elektrische Spannung (V_M) ist für eine Bereitstellungszeit (T_AN) verbunden und getrennt für eine Zeitspanne (T_AUS).
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung sind die aktiven Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) elektrischen miteinander in Serie verbunden, und zu Paaren, um den Elektromotor 10 ausgewählt und aufeinanderfolgend zu versorgen. Wie bereits erwähnt, sind die aktiven und passiven Schalter miteinander verbunden und bilden eine Gruppe von primären aktiven Schaltern (S₁, S₃, S₅) und eine Gruppe von sekundären aktiven Schaltern (S₂, S₄, S₆).
Deshalb werden/wird bei der vorliegenden Erfindung der/die primäre aktive Schalter zu den Zeiten der Bereitstellung und der Trennung (T_AN, T_AUS) in PWM-Modulation betrieben. Das System ist konfiguriert, so dass die sekundären aktiven Schalter (S₂, S₄, S₆) jeweils in Serie und zu Paaren mit den primären aktiven Schaltern (S₁, S₃, S₅) verbunden sind und während der Trennzeit (T_AUS) der primären aktiven Schalter (S₁, S₃, S₅) versorgt werden.
Jedes Paar von aktiven und passiven Schaltern besitzt ein einzelnes Set oder physikalisches Gehäuse. Zudem kann bejaht werden, dass die aktiven Schalter die Leitung zu einer anpassbaren Leitungszeit anfangen, basierend auf einer Spannung zwischen ihren aktiven Anschlüssen, welche im Wesentlichen niedriger als die Spannung zwischen den passiven Anschlüssen des jeweiligen passiven Schalters ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Referenzleistung für den Betrieb des Elektromotors mit variabler Drehzahl festgelegt.
Die Verringerung der Verluste in der Wechselrichterbrücke aufgrund des Freilaufstroms wird mit halbwegs signifikanten Ergebnissen erreicht, abhängig von dem Betriebspunkt, bei dem der Kompressor mit variabler Leistung arbeitet. Die Rotation des internen Motors für den Kompressor, die verarbeitete Leistung, der wechselnde Spannungspegel aus dem Versorgungsnetz und andere Faktoren legen die Amplitude des elektrischen Stroms, welcher von der Wechselrichterbrücke verarbeitet wird, und deshalb die Relevanz der Verwendung der komplementären PWM-Modulation fest.
Es ist deshalb möglich, die Verwendung der Modulation nur auf die wichtigsten Betriebspunkte zu beschränken, und damit die Komplexität der Steuerung der Wechselrichterbrücke in Situationen, bei denen die komplementäre PWM-Modulation nicht erforderlich ist, zu verringern. Diese Betriebspunkte werden als Referenzpunkte für die Arbeit des Kompressors verwendet, um den optimierten Betrieb des Umrichters festzulegen.
Die Hauptparameter, die zur Festlegung der Referenzpunkte des Umrichters verwendet werden können, werden zum besseren Verständnis unten stehend beschrieben:

– Leitungsverlust der Diode: P_D = (Vj_AN·I_MTL) + (rj_AN·I_RMS ²)
– Leitungsverlust des MOSFET: P_MOS = RDS_AN·I_RMS ²
– Mittlerer Freilaufstrom eines Schaltzyklus: I_MTL = I_PK·(1 – D)
– Effektiver Freilaufstrom (RMS) eines Schaltzyklus: I_RMS = I_PK·√(1 – D)

Wobei:

Vj_AN: – Kontaktspannung der Freilaufdiode (passiver Schalter)
rj_AN: – Leitungswiderstand des Kontakts der Freilaufdiode
I_PK: – Spitzenwert des Freilaufstroms
D: – Zyklisches Verhältnis, das hauptsächlich von der Rotation abhängt (je geringer die Rotation, desto niedriger das zyklische Verhältnis)

Da der Einsatz der komplementären PWM-Modulation vorteilhaft ist, wenn P_MOS < P_D, wird eine Referenzrotation proportional zu dem zyklischen Verhältnis D für den Betrieb der Wechselrichterbrücke 11 und eine Referenzleistung proportional zu den Strömen I_MTL und I_RMS festgelegt.
Die Festlegung der Betriebspunkte kann ebenso experimentell durchgeführt werden, indem die Zugewinne des Wirkungsgrads des Frequenzumrichters überwacht werden, durch das Prüfen der unterschiedlichen beteiligten Variablen, jeweils mit und ohne die Verwendung der komplementären PWM-Modulation.
Es wurde ein Kompressormotor getestet, um dem vorliegenden Vorschlag zu bestätigen und die optimalen Betriebspunkte der Wechselrichterbrücke zu bestimmen. In diesem Beispiel wurde der Motor bei 1200 U/min und 1600 U/min betrieben. Die komplementäre PWM-Modulation wurde bei einer Kommutierungsfrequenz von 2,5 kHz eingeleitet. Die Tests wurden bei einer Umgebungstemperatur von 25°C durchgeführt, wobei MOSFET-Transistoren des Typs IRF840AS verwendet wurden. Es können jedoch auch andere Arten von Transistoren für die Implementierung der Wechselrichterbrücke eingesetzt werden.

Die unten stehenden Tabellen 1 und 2 erlauben es, einen Vergleich zwischen dem erreichten Wirkungsgrad bei der Verwendung der komplementären PWM-Modulation (B) und der zugehörigen herkömmlichen Modulation (A) zu machen. Tabelle 1. Erhaltene Daten beim Betrieb des Motors mit einer herkömmlichen Kommutierung und einer komplementären PWM-Modulation bei 1200 U/min

Drehzahl des Kompressors: 1200 U/min
Herkömmliche Kommutierung mit MOSFET IRF840AS (A)
P_EIN (W)	P_AUS (W)	Verlust (W)	Wirkungsgrad (%)
20	18,33	1,67	91,64
30	27,98	2,02	93,28
40	37,60	2,40	93,99
Komplementäre PWM-Modulation mit MOSFET IRF840AS (B)
P_EIN (W)	P_AUS (W)	Verlust (W)	Wirkungsgrad (%)
20	18,68	1,32	93,40
30	28,25	1,75	94,17
40	37,82	2,18	94,56

Tabelle 2. Vergleich des Wirkungsgrads beim Betrieb des Motors mit der Verwendung einer herkömmlichen Kommutierung und einer komplementären PWM-Modulation (1200 U/min)

P_EIN (W)	Zunahme des Wirkungsgrads (B-A) (%)
20	1,76
30	0,89
40	0,57

Die in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Daten zeigen, dass der von der komplementären PWM-Modulation bei geringer Leistung erzielte Wirkungsgrad dem Wirkungsgrad bei 40 W überlegen ist, was die beste Betriebsbedingung für das vorgeschlagene System bei geringer Leistung bestätigt. Ähnlich dazu veranschaulichen die unten stehenden Tabellen 3 und 4 den beim Einsatz der PWM-Modulation bei einer Drehzahl von 1600 U/min erreichten Wirkungsgrad. Tabelle 3. Erhaltene Daten beim Betrieb des Motors mit einer herkömmlichen Kommutierung und einer komplementären PWM-Modulation bei 1600 U/min

Drehzahl des Kompressors: 1600 U/min
Herkömmliche Kommutierung mit MOSFET IRF840AS (A)
P_EIN (W)	P_AUS (W)	Verlust (W)	Wirkungsgrad (%)
20	18,68	1,32	93,39
30	28,27	1,73	94,24
40	37,78	2,22	94,45
Komplementäre PWM-Modulation mit MOSFET IRF840AS (B)
P_EIN (W)	P_AUS (W)	Verlust (W)	Wirkungsgrad (%)
20	18,77	1,23	93,83
30	28,41	1,59	94,71
40	38,06	1,94	95,14

Tabelle 4. Vergleich des Wirkungsgrads beim Betrieb des Motors mit der Verwendung einer herkömmlichen Kommutierung und einer komplementären PWM-Modulation (1600 U/min)

P_EIN (W)	Zunahme des Wirkungsgrads (B-A) (%)
20	0,44
30	0,47
40	0,69

Die in den Tabellen 3 und 4 gezeigten Daten weisen nach, dass die komplementäre PWM-Modulation eine bessere Leistungsfähigkeit im Vergleich zu der herkömmlichen Modulation bei einer Drehzahl von 1600 U/min besitzt, obwohl die Leistungsfähigkeit geringer war, als diejenige, welche für den Motor erreicht wurde, der bei einer geringen Drehzahl (1200 U/min) betrieben wird.
Es soll betont werden, dass der durchschnittliche Strom, welcher von dem passiven Schalter (Diode) weitergeleitet wird, und der effektive Strom, welcher von dem aktiven Umschaltelement (MOSFET Transistor) weitergeleitet wird, von der Amplitude des Stroms und seiner Leitungszeit abhängen, deshalb werden diese Beträge direkt von der Drehzahl des Motors beeinflusst.
Die in den Tabellen 1 bis 4 gezeigten Daten bestätigen die Zunahme des Wirkungsgrads für den Umrichter, basierend auf der Lehre der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren sollte berücksichtigt werden, dass diese Zunahme des Wirkungsgrads lediglich von dem Umrichter und nicht von dem Motor erreicht wird, da der Wirkungsgrad des Motors weder von einer PWM-Modulation noch von einer herkömmlichen Modulation geändert wird. Wie bereits zuvor erwähnt, wurde von der Lehre der vorliegenden Erfindung bestätigt, dass eine Zunahme des gesamten Wirkungsgrads für das gesamte System mithilfe der Lösung der komplementären PWM-Modulation erreicht wird.
Zunächst wird das vorliegende Antriebssystem eines Elektromotors mit variabler Drehzahl für einen Kompressor mit einer komplementären PWM-Modulation betrieben (angewandt auf die Wechselrichterbrücke (11) zu dem Zeitpunkt, wenn der Elektromotor (10) bei einer Drehzahl arbeitet, welche im Wesentlichen geringer Hinblick auf eine Referenzrotation ist). Bei der hierin beschriebenen experimentellen Untersuchung wurde die Referenzrotation auf ungefähr 2300 U/min festgelegt. Deshalb war für Beträge der Rotation unterhalb dieses Referenzwerts die erreichte Zunahme des Wirkungsgrads für die Wechselrichterbrücke sichergestellt. Vorzugsweise wurde der Betrieb bei einer im Wesentlichen geringeren Leistung des Elektromotors (10) in Bezug auf eine Referenzleistung durchgeführt, welche als eine Funktion der Ströme I_MTL und I_RMS festgelegt wurde.
Wie zuvor erwähnt, wird die komplementäre PWM-Modulation auf drei Paare der oberen und unteren aktiven Schalter angewandt (die drei Arme der Wechselrichterbrücke).
Ein Beispiel eines Verfahrens der komplementären PWM-Modulation ist in 5 veranschaulicht. In diesem Fall ist der Arbeitsablauf der aktiven Schalter für eine Anwendung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor dargestellt. Die Figur zeigt eindeutig die auf die Paare der Schalter S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆ angewandte komplementäre PWM-Modulation. In dem in 5 veranschaulichten Beispiel wird ein konstantes zyklisches Verhältnis (T_AN/T_AUS Verhältnis) während des Betriebs von jedem Satz an Phasen des Elektromotors 10 beibehalten. Die komplementäre PWM-Modulation kann jedoch auf Variationen von diesem Beispiel, bei dem das zyklisches Verhältnis gemäß einer anderen zeitlichen oder diskreten Funktion angepasst wird, wie es beispielsweise bei einer sinusförmigen Modulation des zyklischen Verhältnisses oder verschiedene Modulationen der Fall ist, welche auf das zyklisches Verhältnis für Lastanpassungen, Kompensationen, etc. angewandt werden.
Zusätzlich umfasst ein Antriebsverfahren für einen Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor, der eine Wechselrichterbrücke 11 und einen Elektromotor 10 verwendet, die Schritte des:

i. Erhalten eines Stromsignals von dem Elektromotor 10;
ii. Erhalten eines Rotationssignals von dem Elektromotor 10;
iii. Vergleichen des Stromsignals des Elektromotors 10 mit einem Referenzbetrag für elektrische Energie;
iv. Vergleichen des Rotationssignals von dem Elektromotor 10 mit einem Referenzrotationsbetrag;
v. Antreiben der Wechselrichterbrücke 11 mittels komplementärer PWM-Modulation, falls die Ergebnisse der Vergleiche iii und iv Beträge unterhalb des Referenzbetrags zeigen.

Hinsichtlich der Implementierung der vorliegenden Erfindung sollte das System über einen elektronischen Regelkreis (nicht dargestellt) verfügen, der einen Elektromotor 10 steuern kann, und zum Beispiel auf einen Kompressor mit variabler Leistung VCC, welcher von einer Wechselrichterbrücke gesteuert wird, mittels einer PWM anwendbar sein. Um die Zunahme bei dem Wirkungsgrad der Kühlanlage zu erreichen, sollte der elektronische Regelkreis zum Betrieb des Paares von aktiven Schaltern (MOSFETs) des gleichen Arms ausgelegt sein, komplementär dazu (komplementäre PWM) sicherstellen, dass der Freilaufstrom nicht durch die Freilaufdiode umläuft, sondern durch den Kanal des aktiven Schalters (MOSFET), welcher für das Leiten befehligt wird.
Deshalb untermauert die festgelegte Aufgabe der vorliegenden Erfindung sowie die Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen, dass der gesamte Wirkungsgrad der Kühlanlage mit der Verringerung der Verluste bei der Leitung gesteigert wird. Die vorgeschlagene PWM-Modulation für den Betrieb von Motoren, insbesondere anwendbar auf Kompressoren, bietet mehr Zuverlässigkeit für den elektronischen Schaltkreis des Betriebs und für das gesamte System, wobei sie ebenso eine niedrigere Betriebstemperatur für die Ausstattung berücksichtigt.
Es wird ein Kompressor mit variabler Leistung mit einem Steuerungssystem gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, sowie eine Kühlanlage mit dem vorliegenden Steuerungssystem.
Abschließend sei im Lichte der Notwendigkeit und Schwierigkeit bei der Verringerung von Verlusten der gegenwärtigen Kühlanlagen festgestellt, dass die vorliegende Erfindung eine beträchtliche Zunahme des Wirkungsgrads für die Kühlanlagen anbietet, die komplementäre PWM-Verfahren verwenden, verglichen mit denjenigen, welche von den Lösungen aus dem Stand der Technik erreicht werden, insbesondere durch die Verwendung von herkömmlicher Modulation.
Obwohl ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung andere mögliche Variationen einschließt und nur von dem Inhalt der beigefügten Patentansprüche, einschließlich der darin möglichen Äquivalente, beschränkt ist.

Claims

System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor, umfassend eine Wechselrichterbrücke (11), welche elektrisch mit einem Elektromotor (10) verbunden ist, und gekennzeichnet durch den Umstand, dass: die Wechselrichterbrücke (11) von einer komplementären PWM-Modulation betrieben wird, wobei die komplementäre PWM-Modulation bei einer Rotation des Elektromotors (10), welche in Bezug auf eine Referenzrotation im Wesentlichen geringer und bei einer Leistung des Elektromotors (10) welche in Bezug auf eine Referenzleistung im Wesentlichen geringer ist, betrieben wird.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die Referenzrotation als eine Funktion eines betreibenden zyklischen Verhältnisses der Wechselrichterbrücke (11) festgelegt und die Referenzleistung als eine Funktion eines mittleren Freilaufstroms (I_MTL) und eines effektiven Freilaufstroms (I_RMS) festgelegt wird.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die Wechselrichterbrücke (11) von aktiven und passiven Schaltern gebildet wird.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die PWM-Modulation von Zeitspannen gebildet wird, in denen die aktiven und passiven Schalter mit einer elektrischen Spannung (V_M) verbunden sind, welche den Elektromotor (10) versorgt, wobei die Spannung (V_M) während einer Bereitstellungszeit (T_AN) verbunden und während einer Trennzeit (T_AUS) getrennt ist.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Umstand, dass der Elektromotor (10) von einer Wechselrichterbrücke (11), welche von den aktiven Schaltern (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) gebildet wird, betrieben wird, wobei die aktiven Schalter einer nach dem anderen parallel zu den passiven Schaltern (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) verbunden sind.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die aktiven Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) miteinander in Serie und zu Paaren verbunden sind, um den Elektromotor (10) ausgewählt und aufeinanderfolgend zu versorgen, wobei die aktiven und passiven Schalter miteinander verbunden sind und eine Gruppe von primären aktiven Schalter(n) (S₁, S₃, S₅) und eine Gruppe von sekundären aktiven Schalter(n) (S₂, S₄, S₆) bilden.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Umstand, dass der/die primäre(n) aktive(n) Schalter (S₁, S₃, S₅) in PWM-Modulation während den Bereitstellungs- und Trennzeiten (T_AN, T_AUS) betrieben wird/werden, wobei das System dazu ausgelegt ist, um der/die sekundäre(n) aktive(n) Schalter (S₂, S₄, S₆), die jeweils in Serie und zu Paaren mit dem/den primären aktiven Schalter(n) (S₁, S₃, S₅) verbunden sind, während der Trennzeit (T_AUS) des/der primären aktiven Schalter(s) (S₁, S₃, S₅) zu versorgen.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die Versorgung des/der sekundären aktiven Schalter(s) (S₂, S₄, S₆) dazu ausgelegt ist, während einer komplementären Bereitstellungszeit (T_AN-C) einzutreten, wobei die komplementäre Bereitstellungszeit eine Zeitdauer besitzt, die geringfügig kürzer als die Trennzeit (T_AUS) des primären aktiven Schalters (S₁, S₃, S₅) ist.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die passiven Schalter (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) Dioden sind, wobei die Dioden eine Durchlassspannung besitzen, die größer als die Verringerung in der Spannung zwischen einem Drain-Anschluss und einem Source-Anschluss während der Leitung der aktiven Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) ist.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Umstand, dass ein Freilaufstrom durch die Drain- und Source-Anschlüsse eines vorgegebenen aktiven Schalters (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) bei einem Zustand umläuft, bei dem die Verringerung der Spannung zwischen seinen Drain- und Source-Anschlüssen geringer als die Verringerung der Spannung der jeweiligen passiven Schalter (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) ist.
System umfassend eine Wechselrichterbrücke (11), welche elektrisch mit einem Elektromotor (10) verbunden ist, wobei die Wechselrichterbrücke (11) aus aktiven Schaltern (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) gebildet wird, und die aktiven Schalter sind einer nach dem anderen parallel mit passiven Schaltern (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) verbunden, wobei jeder passive Schalter zwei passive Anschlüsse und jeder aktive Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) zwei aktive Anschlüsse besitzt, wobei jeder aktive Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) ein einzelnes Gehäuse mit dem jeweiligen passiven Schalter (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) bildet, gekennzeichnet durch den Umstand, dass: die aktiven Schalter mit der Leitung zu einer anpassbaren Leitungszeit anfangen; die aktiven Schalter beginnen mit der Leitung gemäß der Spannung zwischen deren aktiven Anschlüssen, welche im Wesentlichen geringer als die Spannung zwischen den passiven Anschlüssen des zugehörigen passiven Schalters sind.
System zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Umstand, dass ein elektrischer Strom durch die aktiven Anschlüsse eines aktiven Schalters (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) bei einem vorgegebenen Zustand umläuft, in dem die Verringerung der Spannung zwischen seinen aktiven Anschlüssen geringer als die Verringerung der Spannung zwischen den passiven Anschlüssen der jeweiligen passiven Schalter (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) ist.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor, der eine Wechselrichterbrücke (11) und einen Elektromotor (10) verwendet, gekennzeichnet durch den Umstand, dass es die Schritte aufweist: i. Erhalten eines Stromsignals von dem Elektromotor (10); ii. Erhalten eines Rotationssignals von dem Elektromotor (10); iii. Vergleichen des Stromsignals des Elektromotors (10) mit einem Referenzbetrag für elektrische Energie; iv. Vergleichen des Rotationssignals von dem Elektromotor (10) mit einem Referenzrotationsbetrag; v. Antreiben der Wechselrichterbrücke (11) mittels komplementärer PWM-Modulation, falls die Ergebnisse der Vergleiche iii und iv Beträge unterhalb des Referenzbetrags zeigen.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die Wechselrichterbrücke (11) von aktiven Schaltern (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) gebildet wird, wobei die aktiven Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) untereinander in Serie und zu Paaren elektrisch verbunden sind und eine Gruppe von primären aktiven Schaltern (S₁, S₃, S₅) und eine Gruppe von sekundären aktiven Schaltern (S₂, S₄, S₆) bilden, um den Elektromotor (10) ausgewählt und aufeinanderfolgend zu versorgen.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die aktiven Schalter einer nach dem anderen parallel zu den passiven Schaltern (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆) verbunden sind.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Umstand, dass jeder aktive Schalter zwei aktive Anschlüsse besitzt und jeder passive Schalter zwei passive Anschlüsse besitzt, welche mit ihren jeweiligen aktiven Anschlüssen verbunden sind und ein einzelnes Gehäuse für jedes aktive und passives Schalterpaar bilden.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Umstand, dass die Referenzleistung festgelegt wird, wenn die Spannung zwischen den aktiven Anschlüssen des aktiven Schalters niedriger als die Spannung zwischen den Anschlüssen des jeweiligen passiven Schalters ist.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Umstand, dass der/die sekundäre(n) aktive(n) Schalter (S₂, S₄, S₆) der-/diejenigen ist/sind, welcher in Serie mit dem jeweiligen Paar aus der Gruppe des/der primäre(n) aktive(n) Schalter(s) (S₁, S₃, S₅) verbunden ist/sind.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Umstand, dass eine Einstellung des Antriebs des/der sekundären aktiven Schalter(s) (S₂, S₄, S₆) während einer Trennzeit (T_AUS) des/der primären Schalter(s) (S₁, S₃, S₅) durchgeführt wird.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Umstand, dass der/die sekundäre(n) aktive(n) Schalter (S₂, S₄, S₆) für eine komplementäre Bereitstellungszeit (T_AN-C) versorgt wird/werden, wobei diese eine Zeitdauer besitzt, die kürzer oder gleich als die Trennzeit (T_AUS) der primären aktiven Schalter (S₁, S₃, S₅) ist.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Umstand, dass das Antreiben der sekundären aktiven Schalter (S₂, S₄, S₆) nach einer Totzeit (T_M) erfolgt, welche von der Trennung des/der primären Schalter (S₁, S₃, S₅) gezählt wird.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors mit veränderlicher Drehzahl für einen Kompressor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Umstand, dass der/die sekundäre(n) aktive(n) Schalter (S₂, S₄, S₆) getrennt wird/werden, bevor der/die primäre(n) aktive(n) Schalter (S₁, S₃, S₅) wieder betrieben wird/werden, wobei der/die sekundäre(n) aktive(n) Schalter (S₁, S₃, S₅) für die Dauer einer Totzeit (T_M) vor dem Betreiben des/der primäre(n) aktive(n) Schalter(s) (S₁, S₃, S₅) getrennt wird/werden.
Kompressor mit variabler Leistung, gekennzeichnet durch den Umstand, dass dieser von einem Antriebssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 versorgt wird.
Kühlanlage, gekennzeichnet durch den Umstand, dass diese ein Steuerungssystem für einen Elektromotor (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 aufweist.