DE112018004227T5 - Sanftstarter-ac/ac-wandler mit integriertem festkörper-leistungsschalter und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Sanftstarter-ac/ac-wandler mit integriertem festkörper-leistungsschalter und verfahren zu dessen betrieb Download PDF

Info

Publication number
DE112018004227T5
DE112018004227T5 DE112018004227.8T DE112018004227T DE112018004227T5 DE 112018004227 T5 DE112018004227 T5 DE 112018004227T5 DE 112018004227 T DE112018004227 T DE 112018004227T DE 112018004227 T5 DE112018004227 T5 DE 112018004227T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solid
state
switch
power converter
series
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112018004227.8T
Other languages
English (en)
Inventor
Huaqiang Li
Kaijam M. Woodley
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Intelligent Power Ltd
Original Assignee
Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Intelligent Power Ltd filed Critical Eaton Intelligent Power Ltd
Publication of DE112018004227T5 publication Critical patent/DE112018004227T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H02H7/0855—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load avoiding response to transient overloads, e.g. during starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1216—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0816—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors concerning the starting sequence, e.g. limiting the number of starts per time unit, monitoring speed during starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0822—Integrated protection, motor control centres
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H02H7/0856—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load characterised by the protection measure taken
    • H02H7/0858—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load characterised by the protection measure taken by reversing, cycling or reducing the power supply to the motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/09—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against over-voltage; against reduction of voltage; against phase interruption
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/005—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection avoiding undesired transient conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/26—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor
    • H02P1/28—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor by progressive increase of voltage applied to primary circuit of motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/2932—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage, current or power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/2932—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage, current or power
    • H02M5/2935—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage, current or power using reverse phase control, i.e. turn-on of switches in series with load at zero crossing of input voltage, turn-off before next zero crossing
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0009—AC switches, i.e. delivering AC power to a load
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Ein Wechselstrom-Wechselstromwandler, wie ein Motorsanftstarter, schließt einen mit einer Wechselstromquelle verbindbaren Eingang mit einem Trennschalter, einen mit einer Wechselstromlast verbindbaren Ausgang und Phasenleitungen ein, die den Eingang und den Ausgang zur Leistungsübertragung verbinden. Reihenfestkörperschaltblöcke sind jeweils zwischen Leitungsanschlüssen und Lastanschlüssen der Wechselstromquelle und der Wechselstromlast derart verbunden, dass jede Phasenleitung einen Festkörperschaltblock einschließt, der damit verbunden ist. Freilauffestkörperchaltblöcke sind mit den Lastanschlüssen an einem Ende verbunden, sowie mit einer gemeinsamen Verbindung am anderen Ende, sodass jede Phasenleitung einen damit verbundenen Freilauffestkörperschaltblock einschließt. Jeder der Reihen- und Freilauffestkörperschaltblöcke umfasst einen bidirektionalen Schaltblock, der selektiv Strom steuert und Spannung in beiden Richtungen widersteht.Die Schaltblöcke stellen auch Sanftstarterfunktionen, variable Geschwindigkeitssteuerung und integrierte Leistungsschalterschutzfunktionen bereit.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Wechselstrom-Wechselstrom-Wandlerschaltkreise (AC/AC-Wandlerschaltkreise) und genauer gesagt auf einen AC/AC-Leistungswandlerschaltkreis mit einem Festkörper-Leistungsschalter und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
  • AC/AC-Wandler werden eingesetzt, um eine Wechselspannung in eine andere Wechselspannung umzuwandeln. Eine Art von AC/AC-Wandler, der allgemein in der Industrie verwendet wird, sind Sanftstarter, die industrielle Steuervorrichtungen sind, mit denen AC-Induktionsmotoren sanft mit reduziertem Einschaltstrom gestartet werden können, indem die Übertragung von Spannung und Strom von einer Wechselstromquelle zu dem Induktionsmotor gesteuert wird. Sanftstarter sind dazu eingerichtet, die vorübergehenden Spannungen und den Strom zum Induktionsmotor beim Start zu begrenzen, was zu einem „sanften“ Motorstart führt. Im Betrieb wird Leistung von der Wechselstromquelle durch Schaltvorrichtungen in den Sanftstarter geleitet, wie ein Paar antiparalleler Festkörperschalter in Form von Thyristoren oder siliziumgesteuerten Gleichrichtern (SCRs), um den Stromfluss und damit die Anschlussspannungen des Induktionsmotors zu steuern.
  • Im Allgemeinen verringert der Sanftstarter vorübergehend die Last und das Drehmoment in einem Antriebsstrang des Motors beim Anfahren. Diese Verringerung kann eine reduzierte Belastung des Motors und des elektrischen Netzes ermöglichen, was die Lebensdauer des Systems erhöht. Der Sanftstarter oder Motorantrieb kann eine Reduzierung der Spannung oder des Stromeingangs zu dem Motor über eine selektive Steuerung der Thyristoren ermöglichen, wobei die Thyristoren gesteuert werden, um bei einer gegebenen Winkel, wie gemessen, wenn die Spannung positiv wird, eingeschaltet zu werden. Die resultierenden Ströme fließen durch die gegebenen Phasen, bis sie Null erreichen, an welchem Punkt die Thyristoren abschalten. Dieses Muster erzeugt eine „Kerbe“ in der Spannung. Je größer die Kerbbreite ist, desto kleiner ist die an den Motor angelegte Effektivspannung. Da das Drehmoment eine Funktion des Quadrats der Effektivspannung ist, ist das Drehmoment um so kleiner, je größer die Kerbbreite ist. Wenn die Kerbbreite Null ist, wird die volle Spannung an den Motor angelegt. Üblicherweise dauert der Sanftstartvorgang einige Sekunden, an deren Ende das System seine Endgeschwindigkeit erreicht und Schütze geschlossen werden, um den Sanftstarter zu umgehen.
  • Durch die Verwendung eines Sanftstarters (oder anderen AC/AC-Wandlers) in dem Feld, ist bekannt, dass eine Schutzvorrichtung wie eine Leistungsschalterkomponente zum Schutz des Sanftstarterleistungsverteilungssystems erforderlich ist. Die derzeitige Praxis in der Industrie zur Bereitstellung eines derartigen Schutzes ist das Einschließen eines vorgelagerten elektromechanischen Leistungsschalters außerhalb des Sanftstarters. In dem Fall eines Fehlerzustands entweder außerhalb oder innerhalb des Sanftstarters dient die Leistungsschalterfunktion dazu, das Sanftstarterleistungsverteilungssystem zu schützen, indem der Stromfluss hindurch unterbrochen wird. Es ist jedoch bekannt, dass die herkömmlichen elektromechanischen Leistungsschalter eine endliche Reaktionszeit aufweisen und Energie von der Quelle zu dem Sanftstarter durchlassen können, wenn ein Fehlerzustand vorliegt. Dementsprechend ist es selbst bei Vorhandensein eines Leistungsschalters möglich, dass eine Beschädigung des Sanftstarters aufgrund von überbeanspruchten Komponenten darin (z. B. SCRs) auftreten kann, da die zusätzliche Energie, die während der Reaktionszeit des Schutzschalters zu dem Antrieb fließt, ausreichend sein kann, um einen solchen Komponentenausfall zu verursachen.
  • Kürzlich wurden Festkörperleistungsschalter entwickelt, um herkömmliche Leistungsschalter zu ersetzen, wobei solche Festkörperleistungsschalter vorteilhafterweise eine kürzere Reaktionszeit im Vergleich zu herkömmlichen Leistungsschaltern aufweisen. Es wird jedoch erkannt, dass die Verwendung von Festkörperleistungsschaltern zum Bereitstellen eines Schutzes für einen Sanftstarter weiterhin keine optimale Lösung bereitstellt. Das heißt, da der Festkörperschutzschalter weiterhin außerhalb des Sanftstarters liegt, fügt er Kosten, Verkabelung und Verbindungen, zusätzlichen Raum und zusätzliches Gewicht hinzu. Zusätzlich können existierende Festkörperleistungsschalter keinen Schutz bei höheren Stromniveaus bereitstellen, wie sie beim Einschaltstrom auftreten könnten, der während des Startens des Motors/der Last vorhanden ist, da die Festkörperschalter in dem Leistungsschalter immer vollständig eingeschaltet sind und überlange thermische Spannungen erfahren können. Entsprechend kann der Festkörperleistungsschalter zum Schutz gegen Einschaltströme ungeeignet sein, wenn kein Sanftstarter verwendet wird, wobei die Einschaltströme 6 bis 7-mal höher als der Nennstrom sein und viele Sekunden anhalten können.
  • Wie oben beschrieben, wird erkannt, dass bestehende Leistungsschalterkonstruktionen außerhalb des weichen Starters - ob herkömmliche elektromechanische Leistungsschalter oder Festkörperschalter - dem Sanftstarter unter Kurzschlussbedingungen (wenn elektromechanische Leistungsschalter verwendet werden) entweder keinen angemessenen und umfassenden Schutz bieten oder zu teuer sind, um umgesetzt zu werden (für Festkörperleistungsschalter). Darüber hinaus ist bekannt, dass die Architektur des Sanftstarters unter Verwendung von SCRs selbst keine Mittel zum ausreichenden Schutz gegen einen Fehlerzustand bereitstellt. Das heißt, die Steuerung eines Fehlerstromzustands in dem Sanftstarter ist nicht möglich, da die üblicherweise in Sanftstartern vorgefundene Anordnung von Thyristoren/SCRs nicht zum Beenden der Leistungsflusses durch den Sanftstarter bei einem Fehlerzustand wie einem Kurzschluss gesteuert werden kann.
  • Es wäre daher wünschenswert, ein System und ein Verfahren zum Schutz eines Sanftstarters bei Auftreten eines Fehlers innerhalb oder außerhalb des Sanftstarters bereitzustellen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen einen Sanftstarter-AC/AC-Wandler mit einem integrierten Festkörperleistungsschalter und ein Verfahren zum Betreiben desselben. Der AC/AC-Wandler und der integrierte Festkörperleistungsschalter lassen die Notwendigkeit des Installierens eines externen Leistungsschalters entfallen, wodurch Systemflexibilität erreicht wird, ein erhöhter Schutz bereitgestellt wird und die Gesamtkostenbetriebskosten reduziert werden.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schließt ein AC/AC-Wandler einen mit Leitungsanschlüssen einer Wechselstromquelle verbindbaren Eingang, einen Lastanschlüssen einer Wechselstromlast verbindbaren Ausgang und eine oder mehrere Versorgungsleitungen ein, die den Eingang und Ausgang zur Übertragung von Leistung von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromlast verbinden, wobei jede Versorgungsleitung einer Phase in der Wechselstromlast entspricht. Der AC/AC-Wandler schließt auch eine Vielzahl von in Reihe befindlichen Festkörperschaltblöcken ein, die zwischen den Leitungsanschlüssen und den Lastanschlüssen verbunden sind, sodass jede Versorgungsleitung einen entsprechenden damit verbundenen der Vielzahl von in Reihe befindlichen Festkörperschaltblock einschließt und eine Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken mit den Lastanschlüssen an einem Ende und zusammen an einer gemeinsamen Verbindung am anderen Ende, sodass jede Versorgungsleitung mit einem entsprechenden von der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken verbunden ist, wobei jeder von der Vielezahl von in Reihe befindlichen Festkörperschaltblöcken und jeder der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken einen bidirektionalen Schaltblock umfasst, der selektiv den Strom steuert und Spannung in beiden Richtungen widersteht.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung schließt ein AC/AC-Wandler einen Eingang ein, der mit Leitungsanschlüssen einer Wechselstromquelle verbindbar ist, einen Ausgang der mit Lastanschlüssen einer Wechselstromlast verbindbar ist, und eine oder mehrere Versorgungsleitungen, die den Eingang und Ausgang zur Übertragung von Leistung von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromlast verbinden, wobei jede Versorgungsleitung einer Phase in der Wechselstromlast entspricht. Der AC/AC-Wandler schließt auch eine Vielzahl von Festkörperschaltblöcken ein, die jeweils eine Anordnung der Festkörperschaltern einschließen, mit oder ohne begleitende Dioden, die einen bidirektionalen Schaltblock bilden, der den Strom steuert und Spannung in beiden Richtungen widersteht. Der AC/AC-Wandler schließt ferner einen Controller ein, der mit jedem der Vielzahl von Festkörperschaltblöcken wirksam verbunden ist, wobei der Controller so programmiert ist, dass er selektiv die Festkörperschalter in der Vielzahl von Festkörperschaltblöcken zwischen leitenden und nicht leitenden Zuständen schaltet, um einen Volldrehzahlbetrieb der Wechselstromlast, das Sanftstarten der Wechselstromlast bei einer Spannung, die kleiner als eine Volldrehzahlbetriebsspannung ist, und eine selektive Unterbrechung des Stromflusses durch den AC/AC-Wandler in einer Leistungsschalterfunktion t zu ermöglichen.
  • Gemäß noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schließt ein Verfahren zum Betreiben eines AC/AC-Wandlers das Empfangen eines Wechselstroms an einem Eingang des AC/AC-Wandlers und das Vergleichen, durch einen Controller, eines oder mehrerer Strom- und Spannungsparameter von Spannung, die an den AC/AC-Leistungswandler bereitgestellt wird oder in dem AC/AC-Leistungswandler bereits vorhanden ist und durch einen oder mehrere Spannungs- oder Stromsensoren erfasst wird, mit einer oder mehreren jeweiligen Strom- und Spannungsschwellen ein. Das Verfahren schließt auch das Identifizieren eines Fehlerzustands in dem AC/AC-Wandler durch den Controller, wenn die einen oder mehreren gemessenen oder bestimmten Strom- und Spannungsparameter den einen oder die mehreren jeweiligen Strom- und Spannungsschwellen überschreiben, und das Steuern eines Festkörperleistungsschalters, der in den AC/AC-Wandler integriert ist, zur Unterbrechung des Stromflusses durch den AC/AC-Wandler bei Erkennen des Fehlerzustands durch den Controller, wobei der Festkörperleistungsschalter eine Vielzahl von Festkörperschaltblöcken umfasst, die zwischen den Leitungsanschlüssen und den Lastanschlüssen des AC/AC-Wandlers verbunden sind, wobei jeder der Festkörperschaltblöcke ein Paar Festkörperschalter, die miteinander in Antireihe verbunden sind, und ein Paar von Dioden einschließt, die jeweils antiparallel mit dem Paar der Festkörperschalter verbunden sind, wobei das Diodenpaar ferner in Antireihe miteinander verbunden sind. Bei der Steuerung der Festkörperleistungsschalter zur Unterbrechung des Stromflusses schließt das Verfahren ferner das Schalten jedes der Paare Festkörperschalter in dem jeweiligen Festkörperschaltblock in einen nicht leitenden Aus Zustand ein, um so den Stromfluss durch den AC/AC-Wandler zu unterbrechen.
  • Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen werden verschiedene weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen, die derzeit für die Durchführung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
  • In den Zeichnungen:
    • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Sanftstarters mit einem integrierten Festkörperleistungsschalter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Die 2A-2D sind schematische Diagramme verschiedener Festkörperschalter bzw. Diodenkonfigurationen und -anordnungen, die in den Sanftstarter von 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung implementiert sein können.
    • 3 ist ein Diagramm, das das selektive Schalten von Festkörperschaltern eines in Reihe geschalteten Schaltblocks in dem Sanftstarter von 1 während positiver und negativer Halbwellen einer Stromwellenform gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
    • 4 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Technik zum Steuern der Festkörperschalter der in Reihe geschalteten Schaltblöcke des Sanftstarters aus 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 5 ist ein Diagramm, das das selektive Schalten von Festkörperschaltern eines in Reihe geschalteten Schaltblocks in dem Sanftstarter von 1 während positiver und negativer Halbzyklen einer Stromwellenform mit PWM gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
    • 6 ist ein Graph, der das Hochfahren einer Einschaltdauer zwischen 0 % und 100 % über die Zeit über das selektive Schalten von Festkörperschaltern eines in Reihe geschalteten Schaltblocks des Sanftstarters von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Technik zum Steuern der Festkörperschalters von in Reihe geschalteten Schaltblöcken und Freilaufschaltblöcken des Sanftstarters von 1 zeigt, um PWM bereitzustellen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 8 ist ein schematisches Diagramm eines in Reihe geschalteten Schaltblocks und Freilaufschaltblocks in dem Sanftstarter von 1 zusammen mit dem Schalten von Festkörperschaltern darin während verschiedener Strom- und Spannungsbedingungen desselben während des Betriebs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 9 ist ein Diagramm, das das selektive Schalten von Festkörperschaltern eines in Reihe geschalteten Schaltblocks in dem Sanftstarter von 1 während positiver und negativer Halbzyklen einer Stromwellenform veranschaulicht, um einen Betrieb eines Motors mit variabler Drehzahl gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bereitzustellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf ein System und ein Verfahren zum Verhindern eines Komponentenausfalls und einer Beschädigung in einem AC/AC-Wandler, wie einem Sanftstarter, ansprechend auf einen Fehlerzustand, entweder in andauerndem oder in vorübergehenden Zustand, und zum Schutz von Speiseleitungen. Ein Festkörperleistungsschalter ist in den AC/AC-Leistungswandler integriert, um ihm Schutz zu bieten, wobei der Festkörperleistungsschalter bei Erkennen eines Fehlerzustands einen Fehlerstrom in dem Festkörperleistungsschalter unterbricht, um Schäden an Komponenten in dem AC/AC-Leistungswandler zu begrenzen. Die Anordnung von Festkörpervorrichtungen in dem AC/AC-Leistungswandler stellt auch eine bidirektionale Leistungsflusssteuerung durch den Sanftstarter bereit.
  • Bezugnehmend 1 wird eine dreiphasige Wechselstromlast 10, bei der es sich um eine Motorlast oder eine Nichtmotorlast handeln kann, zur Verwendung mit Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Nach einer Ausführungsform umfasst die Wechselstromlast 10 einen Induktionsmotor, von dem Leistung von dem Stator zu dessen Rotor (nicht gezeigt) mittels elektromagnetischer Induktion geliefert wird, wobei die Wechselstromlast 10 wirksam mit einer dreiphasigen Wechselstromquelle 12a-12c durch entsprechende Versorgungsleitungen 14, 16 und 18 verbunden ist, um Leistung davon aufzunehmen. Somit entspricht für die Zwecke der Bezugnahme die Versorgungsleitung 14 einer Phase A, die Versorgungsleitung 16 entspricht einer Phase B, und die Versorgungsleitung 18 entspricht einer Phase C. Wie in 1 gezeigt, ist eine Motorsteuervorrichtung 20 zwischen der Wechselstromquelle 12a-12c und der Wechselstromlast 10 verbunden, die eine AC-AC-Umwandlung der von der Wechselstromquelle 12a-12c erzeugten Wechselstromwellenform in einer andere Wechselstomwellenform zur Eingabe in die Wechselstromlast 10 durchführt. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Motorsteuervorrichtung 20 einen Sanftstarter, der dazu eingerichtet ist, den Einschaltstrom zur Wechselstromlast 10 beim Start zu begrenzen, was in einem „sanften“ Motorstart führt, der Einschaltströme vermeidet, und somit wird die Motorsteuerungsvorrichtung im Folgenden als ein Sanftstarter bezeichnet - aber im Allgemeinen verwendet die Steuervorrichtung 20 eine dreiphasige Wechselstromversorgungsspannung als Eingang und stellt eine(n) gesteuerte(n) Wechselspannung bzw. -strom für die Last bereit. Es wird daher erkannt, dass Ausführungsformen der Erfindung nicht auf Sanftstarter-Anwendungen beschränkt sind und in andere Motorsteuervorrichtungen, wie Wechselstrommotorantriebe oder Wechselstromgeneratorantriebe, und allgemeiner in AC/AC-Leistungswandlerschaltkreisen mit variierenden Konstruktionen und Umsetzungen zum Antreiben von Motor- oder Nichtmotorlasten eingebaut werden können. Folglich ist die folgende Erörterung der Integration eines Festkörperleistungsschalters in einen Sanftstarter nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken.
  • Die grundlegende Struktur des Sanftstarters 20 ist in 1 so gezeigt (d. h. Schaltung 21 des Sanftstarters), dass sie eine Vielzahl von Festkörperschaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 einschließt, die mit den Versorgungsleitungen 14, 16, 18 verbunden sind, wobei jeder der Schaltblöcke eine bidirektionale Steuerung aufweist, um den Stromfluss und folglich die Anschlussspannungen der Wechselstromlast 10 zu steuern, sodass die Vielzahl von Blöcken gemeinsam einen Festkörperleistungsschalter bereitstellt oder bildet, der in den Sanftstarter integriert ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Sanftstarter eine Anordnung von sechs Schaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 bereitgestellt. Drei Schaltblöcke 22, 24, 26 sind zwischen der Leitungsanschlüssen 36 der Wechselstromquelle 12a-12c und den Lastanschlüssen 38 der Wechselstromlast 10 verbunden, wobei diese Schaltblöcke im Folgenden als in Reihe geschaltete Schaltblöcke bezeichnet werden. Drei weitere Schaltblöcke 28, 30, 32, die hier als Freilaufschaltblöcke bezeichnet werden, sind mit den Lastanschlüssen 38 an einem Ende und zusammen mit einer gemeinsamen Verbindung 40 am anderen Ende verbunden. Wie in 1 gezeigt, sind sechs Schaltblöcke entsprechend der Anzahl von Phasen (d. h. drei Phasen) vorgesehen, wobei einer der in Reihe geschalteten Schaltblöcke und einer der Freilaufschaltblöcke pro Phase vorgesehen ist. Es wird jedoch zu erkannt, dass eine beliebige Anzahl von Phasen in Betracht gezogen werden kann, und somit können Ausführungsformen der Erfindung leicht von einem 3-Phasenbeispiel aus erweitert werden.
  • Wie in der Ausführungsform von 1 gezeigt, schließt jeder Schaltblock 22, 24, 26, 28, 30, 32 ein Paar unidirektional leitender Festkörperhalbleiterschalter 42 ein Paar von Dioden 44 ein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung liegen die Festkörperhalbleiterschalter 42 in Form von Insulated-Gate-Bipolartransistoren (IGBT) vor, und somit werden die Schalter im Folgenden allgemein als IGBTs bezeichnet. Es ist jedoch anzumerken, dass „IGBT“ als jeder Festkörperhalbleiterschalter verstanden werden sollte, der nach Belieben ein- und ausgeschaltet werden kann (mit beliebigen Frequenzen einschließlich hoher Frequenzen im Bereich von einigen Zehn kHz und darüber), und es wird anerkannt, dass stattdessen andere Festkörper-Halbleiterschalter verwendet werden könnten, einschließlich zum Beispiel Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder Integrated-Gate-Commutated-Thyristoren (IGCT),
    obwohl andere Festkörperhalbleiterschalter auch geeignet sein können, und daher sollen die Ausführungsformen der Erfindung nicht als auf die spezifischen Schaltertypen wie oben dargelegt beschränkt sein. Ferner können die Schalter 42 (und Dioden 44) mit Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder irgendeinem geeigneten Wide-Bandgap-Material (WBG-Material) hergestellt werden, wobei beispielhafte Ausführungsformen Schalter aus GaN oder SiC aufweisen.
  • Wie in 1 gezeigt, ist jeder der IGBTs 42 in einem jeweiligen Schaltblock 22, 24, 26, 28, 30, 32 antiparallel zu einer zugeordneten Diode 44 angeordnet. Die IGBTs 42 in jedem Schaltblock 22, 24, 26, 28, 30, 32 sind ferner in einer gemeinsamen Kollektor-Konfiguration (CC-Konfiguration) angeordnet und miteinander in Antireihe verbunden - im Folgenden einfach als „Rücksperr-IGBTs“ bezeichnet. Die Dioden 44 sind in entgegengesetzten Richtungen (d. h. in Antireihe) relativ zueinander angeordnet, um den Stromfluss in unterschiedliche Richtungen durch den Schaltblock 22, 24, 26, 28, 30, 32 zu unterbinden. Basierend auf der Anordnung von Dioden 44 und den Rücksperr-IGBTs 42 stellt somit jeder Schaltblock 22, 24, 26, 28, 30, 32 einen bidirektionalen Schaltblock bereit, der in der Lage ist, Strom zu steuern und der Spannung in beiden Richtungen zu widerstehen und damit eine selektive Unterbrechung des Stromflusses innerhalb des Sanftstarters 20 zu ermöglichen. Mit Bezug auf die in 1 veranschaulichten Schaltblöcke 22, 24, 26, 28, 30, 32 wird angemerkt, dass, während die IGBTs 42 (und die Dioden 44) darin als in Antireihe verbunden in einer gemeinsamen Kollektorkonfiguration dargestellt sind, die IGBTs 42 bzw. die Dioden 44 stattdessen in anderen Konfigurationen verbunden sein könnten, während dennoch die gewünschte Stromsteuerung und der Spannungsschutz bereitgestellt werden könnte. Die 2A-2D veranschaulichen alternativ IGBT- und Diodenanordnungen/- konfigurationen, die als Alternativen zu der gemeinsamen Kollektorkonfiguration wie in 1 gezeigt verwendet werden könnten. 2A zeigt eine Diodenbrückenkonfiguration, bei der ein einzelner IGBT 42 mit vier Dioden 44 angeordnet ist. 2B zeigt die in Antireihe verbundenen IGBTs 42 in einer gemeinsamen Sender-Konfiguration (CE-Konfiguration), während sie weiterhin als Rücksperr-IGBTs funktionieren (wobei die Ausrichtung jeder der Dioden 44 dann umgedreht wird) und in der Lage sind, Strom zu steuern und die Spannungsfestigkeit in beiden Richtungen sicherzustellen und eine selektive Unterbrechung des Stromflusses innerhalb des Sanftstarters 20 zu ermöglichen. Die 2C zeigt zwei IGBTs 42 die antiparallel als Rücksperr-IGBT (RB-IGBT) angeordnet/verbunden sind. 2D veranschaulicht eine andere Rücksperr-IGBT-Anordnung (RB-IGBT-Anordnung), wobei jeder IGBT 42 und jede Diode 44 in ein Die integriert sind, und zwei solche Die verbunden sind, wie gezeigt, um den Strom zu steuern und der Spannung in beiden Richtungen zu widerstehen und damit die selektive Unterbrechung des Stromflusses innerhalb des Sanftstarters 20 zu ermöglichen. Jede der obigen IGBT- und Diodenanordnungen bietet deutliche Vorteile und Nachteile, und somit kann der genaue Aufbau jedes Schaltblocks 22, 24, 26, 28, 30, 32 basierend auf der Umsetzung des Sanftstarters 20 und dessen Bedürfhissen/Anforderungen bestimmt werden.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform begleiten zusätzliche Schutz- und Filtervorrichtungen den Sanftstarter 20. In der veranschaulichten Ausführungsform wird ein galvanischer Trennschalter 46 bereitgestellt, der zusätzlichen Schutz für die Schaltung bereitstellt, unter Einschließen des Trennschalters 46, dank dem die Schaltung 20 die Norm UL 489 einhält, wodurch die Verwendung des Schaltkreises beispielsweise beim Serviceeingang, Speiser, Schaltkreiszweig und anderen Gebäudeanwendungen ermöglicht wird. In der dargestellten Ausführungsform ist auch ein Filter 48 (wie zum Beispiel ein elektromagnetischer Interferenz-Filter (EMB-Filter)) zwischen dem Eingang 36 und in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 eingeschlossen.
  • Ebenso ist im Sanftstarter 20 ein Controller 50 enthalten, der dazu eingerichtet ist, um das Schalten von IGBTs der Schaltblöcke 22, 24, 26, 28, 30, 32 über Gate-Treibersignale dorthin zu steuern. Während des Betriebs (z. B. Starten, Stoppen usw.) der Wechselstromlast 10 funktioniert der Controller 50, um selektiv zu bewirken, dass jeder der IGBTs 42 in einem EIN- oder AUS-Zustand arbeitet, um den Stromfluss (und daher die Spannung) zu steuern, der an die Wechselstromlast 10 angelegt wird. Im Betrieb des Sanftstarters 20 werden die Schaltblöcke 22, 24, 26, 28, 30, 32 - und die darin enthaltenen IGBTs 42 - selektiv von dem Controller 50 gesteuert, um eine variable Funktionalität bereitzustellen, die selektiv Strom und Spannung auf der Wechselstromlast 10 steuert. Das selektive Schalten der IGBTs 42 in den Schaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 stellt eine Leistungssteuerung in Form von: Strom- und Spannungssteuerung für das Sanftstarten der Last 10, bidirektionale Leistungsflusssteuerung durch den Sanftstarter 20, Pulsbreitenmodulation des Leistung und der Fähigkeit zur Änderung der Last-/Motorgeschwindigkeit bereit. Das selektive Schalten von IGBTs 42 in den Schaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 bietet auch Schutzschalter-Schutz für den Sanftstarter 20 und Speiseleitungen, wodurch die Notwendigkeit eines externen Leistungsschalters beseitigt wird. Die Erläuterung des Betriebs des Sanftstarters 20 in verschiedenen Betriebsmodi wird im Folgenden genauer ausgeführt.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist der Controller 50 programmiert, um das Schalten von IGBTs 42 in den Schaltblöcken 22, 24, 26 zu steuern, um eine Strom- und Spannungssteuerung für das Sanftstarten des Motors umzusetzen. Genauer gesagt steuert der Controller 50 das Schalten der IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 nach einem Schaltalgorithmus, wobei der Schaltalgorithmus das Schalten von solchen IGBTs 42 steuert, um die vorübergehenden Spannungen und Ströme der Wechselstromlast 10 beim Start zu begrenzen. Bei der Steuerung des Schaltens der IGBTs 42 der in Reihe geschalteten Schaltblöcke 22, 24, 26 folgt der Schaltalgorithmus einer Schaltlogik auf Basis der Richtung (oder Vorzeichen) des Stroms in allen Phasen 14, 16, 18. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Mittel zum Erfassen des Stroms in mindestens zwei der Lastanschlüsse 38 in dem Sanftstarter 20 enthalten, wie Sensoren 51, die auf zwei oder mehr der Versorgungsleitungen 14, 16, 18 positioniert sind. Die Sensoren 51 könnten auch konfiguriert sein, um Spannung auf den Versorgungsleitungen 14, 16, 18 zu erfassen.
  • Die Veranschaulichung des Schaltens von IGBTs 42 - auch als SA1, SA2 bezeichnet - im in Reihe geschalteten Schaltblock 22 für eine Phase des Sanftstarters 20 ist in 3 zu Erläuterungszwecken dargestellt, wobei dort gezeigt ist, dass die IGBTs SA1, SA2 während jeweiliger positiver und negativer Halbwellen des Stromflusses ein- und ausgeschaltet werden. In dem dargestellten Betriebsmodus des Betriebs sind die IGBTs SA1, SA2 vollständig ein- oder vollständig ausgeschaltet, oder sie können mit einer Zeitverzögerung eingeschaltet werden (d. h. keine PWM davon), und das Schalten des Ein und Aus des IGBTs SA1, SA2 nach einem Nulldurchgang wird gesteuert und basiert auf einem Pegel eines erfassten geschlossenen Schleifenstroms und/oder einer erfassten geschlossenen Schleifenspannung, wie durch die Sensoren 51 gemessen. Das heißt, der Pegel eines erfassten Stroms/Spannung bestimmt die Länge einer bei 52 angegebenen Verzögerungszeit, bevor die IGBTs SA1, SA2 nach einem Nulldurchgang ein-/ausgeschaltet werden, um das sanfte Starten der Wechselstromlast 10 zu erreichen - je größer der gemessene Strom, desto länger ist die Verzögerungsperiode beim Einschalten der IGBTs SA1, SA2 während der jeweiligen positiven und negativen Halbwellen.
  • 4 zeigt eine Technik 54 zum Steuern der Schalt-IGBTs SA1, SA2 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 während eines Sanftstarts des Wechselstrommotors 10, um
    weitere Erläuterungen dessen bereitzustellen, was in 3 gezeigt wird, wobei erkannt wird, dass die Technik 54 zum Beispiel durch den Controller 50 umgesetzt werden würde. Wie darin zu sehen ist, beginnt die Technik 54 bei SCHRITT 56 mit einer gesteuerten Einschaltung von SA2 während einer positiven Halbwelle des Stroms. Wie oben dargelegt wurde, wird die Zeit, zu der SA2 nach dem Nulldurchgang eingeschaltet wird, auf der Basis der Motorspannung bzw. des -stroms bestimmt. Bei SCHRITT 58 wird ein kontrolliertes Einschalten von SA1 während einer negativen Halbwelle des Stroms durchgeführt. Wieder wird die Zeit, zu der SA1 nach dem Nulldurchgang eingeschaltet wird, auf der Basis der Motorspannung und/oder des -stroms bestimmt. Beim Steuern des Schaltens der IGBTs SA1, SA2 während der positiven und negativen Halbwellen wird eine Bestimmung dahingehend durchgeführt, ob der angetriebene Motor eine gewünschte Geschwindigkeit erreicht hat, wie bei SCHRITT 60 angezeigt. Wenn bestimmt wird, dass der Motor noch nicht die volle Drehzahl wie bei 62 angegeben erreicht hat, wird erkannt, dass eine weiteres Sanftstarten des Motors wünschenswert ist, und das Verfahren durch erneute Rückkehr zu den SCHRITTEN 56, 58 fortsetzt, wobei ein gesteuertes Einschalten der IGBTs SA2 und SA1 während der jeweiligen positiven und negativen Halbwellen fortgesetzt wird. Wenn umgekehrt bei SCHRITT 60 bestimmt wird, dass der Motor die volle Drehzahl erreicht hat, wie bei 64 angezeigt, dann fährt die Technik mit SCHRITT 66 fort, indem sowohl SA1 als auch SA2 gleichzeitig und ohne Zeitverzögerung eingeschaltet werden - wobei die IGBTs SA1, SA2 daher als Bypass-Schütz funktionieren, wenn beide eingeschaltet sind. Das heißt, wenn der Motor mit voller Drehzahl arbeitet, können der Sanftstartbetrieb und das zugehörige Schaltschema für SA1 und SA2 eingestellt werden.
  • Wie weiter in der 4 gezeigt, schließt die Technik 54 auch einen Schritt/Schritte ein, bei denen der Sanftstarter 20 auf einen Fehlerzustand hin überwacht wird. Bei SCHRITT 68 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob ein Fehlerzustand in dem Sanftstarter 20 vorliegt, wobei ein solcher Fehlerzustand beispielsweise ein Überlast- oder ein Überstromzustand sein kann. Diese Bestimmung kann basierend auf einem oder mehreren erfassten Spannungs- bzw. Strommesswerten erfolgen, die von dem Sanftstarter 20 bezogen werden - einschließlich Dreiphasen-Eingangsströmen, einem Strom über die IGBTs 42 der Schaltblöcke bzw. dreiphasigen Lastausgangsströmen oder -spannungen. Diese Ströme/Spannungen können durch die Sensoren 51 oder durch andere Erfassungsvorrichtungen, die für den Sanftstarter 20 vorgesehen sind, bezogen werden. Bei der Bestimmung, ob ein Fehlerzustand vorliegt, können die Spannungs - bzw. Strommesswerte mit einem oder mehreren vorbestimmten Strom- bzw. Spannungsschwellenwerten verglichen werden, und wenn irgendeine gemessene Spannung/Strom eine vorbestimmte Grenze/Schwelle überschritten hat, kann ein Fehlerzustand identifiziert werden. Als Beispiel können Strom oder Spannung über die einzelnen IGBTs 42 in dem Sanftstarter 20 gemessen/bestimmt und mit einem entsprechenden Schwellenwert verglichen werden, oder der dreiphasige Strom kann mit dem Eingangsnennstrom des Sanftstarters 20 verglichen werden, um zu sehen, ob einer der Phasenströme einen maximal zulässigen Wert übersteigt.
  • Wenn bei SCHRITT 68 festgestellt wird, dass keine Fehlerbedingung in dem Sanftstarter 20 vorhanden ist, wie bei 70 angezeigt, fährt die Technik mit ihrem gegenwärtigen Betriebsmodus fort - wie zum Beispiel dem selektiven Steuerschalten von SA1, SA2 zum Sanftstarten des Motors (SCHRITTE 56, 58) oder zum Betreiben des Motors mit voller Drehzahl, wenn SA1, SA2 vollständig eingeschaltet sind (SCHRITT 66). Wenn jedoch bei SCHRITT 68 bestimmt wird, dass ein Fehlerzustand in dem Sanftstarter 20 vorhanden ist, wie bei 72 angezeigt, dann fährt die Technik mit SCHRITT 74 fort, indem sowohl SA1 als auch SA2 ausgeschaltet werden. Beim Schalten der IGBTs SA1 und SA2 in einen ausgeschalteten oder nicht leitenden Zustand wird der in Reihe geschaltete Schaltblock 22 (gemeinsam mit den Blöcken 24, 26) als Festkörperleistungsschalter betrieben, um den Stromfluss durch diese hindurch zu blockieren und den Stromfluss durch den Sanftstarter 20 zu beenden.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist der Controller 50 programmiert, um das Schalten der IGBTs 42 in den Schaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 zu steuern, um die Pulsbreitenmodulation (PWM) des Stroms für das Sanftstarten des Wechselstrommotors 10 umzusetzen. Genauer gesagt, der Controller 50 steuert das Schalten der IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten und freilaufenden Schaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 gemäß einem Schaltalgorithmus, wobei der Schaltalgorithmus das Schalten solcher IGBTs 42 zum Variieren einer Einschaltdauer steuert (d. h. das Verhältnis von einer eingeschalteten Zeitraum zur Gesamtheit der An/Aus-Perioden) und damit die Spannung an die Wechselstromlast 10 beim Start hochfährt. Beschreibungen und Darstellungen des Schaltens der IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten und freilaufenden Schaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 sind ferner in den 5-7 bereitgestellt. 5 veranschaulicht das Schalten der IGBTs SA1, SA2 in dem in Reihe geschalteten Schaltblock 22 für eine Phase des Sanftstarters 20, wobei darin gezeigt ist, dass die IGBTs SA1, SA2 während jeweiliger positiver und negativer Halbwellen des Stromflusses ein- und ausgeschaltet werden, wobei die IGBTs SA1, SA2 ferner bei einer hohen Frequenz mit PWM ein- und ausgeschaltet werden. 6 veranschaulicht, dass eine Einschaltdauer - bei 78 angezeigt, von SA1, SA2 mit der Zeit hochgefahren wird - zwischen 0 % und 100 % - um allmählich die Spannung auf die Wechselstromlast 10 während des Startens zu erhöhen.
  • Mit Bezug auf 7 wird eine Technik 80 zum Steuern des Schaltens der IGBTs 42 der in Reihe geschalteten und freilaufenden Schaltblöcke 22, 24, 26, 28, 30, 32 während eines Sanftstartens des Wechselstrommotors 10 veranschaulicht, um eine weitere Erläuterung dessen bereitzustellen, was in den 5 und 6 gezeigt wird - wobei erkannt wird, dass die Technik 80 beispielsweise durch den Controller 50 umgesetzt würde. Wie darin zu sehen ist, beginnt die Technik 80 bei SCHRITT 82 mit einem gesteuerten Betrieb der IGBTs 42 in den Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 mit PWM, der zu einer anfänglichen 0 % Einschaltdauer führt. Die Technik 80 geht dann zu SCHRITT 84 über, wobei die IGBTs 42 der in Reihe geschalteten Schaltblöcke 22, 24, 26 mit PWM gesteuert werden, um die Einschaltdauer von ihrem ersten/vorherigen Wert zu erhöhen, um allmählich die Spannung zur Wechselstromlast 10 zu erhöhen und hochzufahren.
  • Während des SCHRITT 84 werden IGBTs 42 in den freilaufenden Schaltblöcken 28, 30, 32 selektiv in dem Ein-Zustand betrieben, sodass ein Freilaufmodus oder eine Freilaufperiode eingegeben wird. Das heißt, während Ausschaltperioden der IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24 m 26, die in der PWM vorhanden sind, werden die IGBTs 42 in den freilaufenden Schaltblöcken 28, 30, 32 selektiv in dem Ein-Zustand betrieben, um einen kontinuierlichen Stromfluss zur Wechselstromlast 10 bereitzustellen. Wenn zum Beispiel der IGBT SA2 desin Reihe geschalteten Schaltblocks 22 für einen Zeitraum ausgeschaltet wird, werden die IGBTs SA4, SA3 in den Schaltblöcken 30, 32 (1) eingeschaltet, sodass sie in eine freilaufende Periode übergehen, in der Leistung von der Wechselstromquelle 12b, 12a, 12c von der Wechselstromlast 10 abgeschnitten wird, der Strom aber weiter in den freilaufenden Schaltblöcken 28, 30, 32 zirkuliert. SA3 ist eingeschaltet, wenn der Strom der Phase A in die Last 10 fließt (Positivstrom), und SA4 ist eingeschaltet, wenn der Strom der Phase A von der Last zu der Freilaufschaltung 28, 30, 32 fließt (Negativstrom). Das Verhältnis der aktiven Periode (wobei die IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 eingeschaltet sind) über die Summe der aktiven Periode und der Freilaufperiode wird als die Einschaltdauer bezeichnet und ist ein Schlüsselelement beim Steuern der mittleren Spannung, die der Wechselstromlast 10 zugeführt wird.
  • Immer noch Bezug nehmend auf 7 erfolgt in einem nächsten Schritt der Technik 80 und bei einer Erhöhung des Prozentsatzes der Einschaltdauer basierend auf einem gesteuerten Betrieb der IGBTs 42 der in Reihe geschalteten Schaltblöcke 22, 24, 26 bei SCHRITT 86 eine Bestimmung, ob der angetriebene Wechselstrommotor eine gewünschte Drehzahl erreicht hat. Wenn bestimmt wird, dass der Wechselstrommotor 10 noch nicht die volle Drehzahl wie bei 88 angegeben erreicht hat, wird erkannt, dass ein weiteres Sanftstarten des Motors wünschenswert ist, und das Verfahren setzt durch erneute Rückkehr zu dem SCHRITT 84 fort, wobei die Einschaltdauer der von ihrem bisherigen Wert erhöht wird, um die Spannung zu der Wechselstromlast 10 weiter hochzufahren. Wenn umgekehrt bei SCHRITT 86 bestimmt wird, dass der Motor die volle Drehzahl erreicht hat, wie bei 90 angezeigt, dann fährt die Technik mit SCHRITT 92 fort, indem alle IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 gleichzeitig eingeschaltet (d. h. vollständig eingeschaltet) werden. Das bedeutet, da der Wechselstrommotor 10 mit voller Drehzahl arbeitet, können der Sanftstartbetrieb und der zugeordnete PWM eingestellt werden.
  • Wie ferner in 7 gezeigt, schließt die Technik 80 auch Schritte ein, bei denen der Sanftstarter 20 sowohl während des PWM-Betriebsmodus als auch während des Betriebs des Motors bei voller Drehzahl auf einen Fehlerzustand überwacht wird. Bei SCHRITT 94 wird eine Bestimmung getroffen, ob ein Fehlerzustand in dem Sanftstarter 20 vorliegt, wobei ein solcher Fehlerzustand beispielsweise ein Überlast- oder Überstromzustand oder anderer andauernder oder vorübergehender Fehlerzustand sein kann. Diese Bestimmung kann basierend auf einem oder mehreren von dem Sanftstarter 20 bezogenen erfassten Spannungs- bzw. Strommesswerten erfolgen - einschließlich von Dreiphasen-Eingangsströmen, einem Strom über die IGBTs der Schaltblöcke bzw. von dreiphasigen Lastausgangsströmen oder -spannungen. Diese Ströme/Spannungen können durch die Sensoren 42 oder durch andere Erfassungsvorrichtungen, die für den Sanftstarter 20 vorgesehen sind, erfasst werden. Wenn bei SCHRITT 94 festgestellt wird, dass in dem Sanftstarter 20 kein Fehlerzustand vorliegt, wie bei 96 angezeigt, fährt die Technik 80 mit ihrem gegenwärtigen Betriebsmodus fort, der wie oben angegeben ein PWM-Betrieb oder Betrieb des Motors bei voller Drehzahl sein kann, und steuert dementsprechend das zugeordnete Schalten der IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 bzw. den freilaufenden Schaltblöcken 28, 30, 32. Wenn jedoch bei SCHRITT 94 bestimmt wird, dass ein Fehlerzustand in dem Sanftstarter 20 vorliegt, wie bei 98 angezeigt, dann fährt die Technik mit dem Ausschalten aller IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 und den freilaufenden Schaltblöcken 28, 30, 32 mit SCHRITT 100 fort. Beim Schalten der IGBTs 42 in einen ausgeschalteten oder nicht leitenden Zustand, werden die in Reihe geschalteten Schaltblöcke 22, 24, 26, 28, 30, 32 als Festkörperleistungsschalter betrieben, um den Stromfluss durch diese hindurch zu blockieren und den Stromfluss durch den Sanftstarter 20 zu beenden.
  • In Bezug auf die in den Techniken der 4 und 7 gezeigten und beschriebenen Betriebsmodi des Sanftstarters 20 wird erkannt, dass die Schaltblöcke 22, 24, 26, 28, 30, 32 eine bidirektionale Leistungsflusssteuerung durch den Sanftstarter 20 bereitstellen. Mit Bezug auf 8, wird der Betrieb von IGBTs 42 in einem in Reihe geschalteten Schaltblock 22, 24, 26 und dem zugehörigen freilaufenden Schaltblock 28, 30, 32 in dem Sanftstarter 20 für eine solche bidirektionale Leistungsflusssteuerung beschrieben, wobei anerkannt wird, dass jeder Schaltblock 22, 24, 26, 28, 30, 32 eine bidirektionale Steuerung aufweist, um einen Stromfluss durch den Sanftstarter 20 sowohl in einem Antriebsmodus als auch in einem regenerativen Betriebsmodus zu steuern. Das heißt, die Schaltblöcke 22, 24, 26, 28, 30, 32 steuern Strom, während er von der Wechselstromversorgung 12a, 12b, 12c zur Wechselstromlast 10 (definiert als Positivstrom) fließt, in dem Antriebsmodus und steuern Strom, während er von der Wechselstromlast 10 zur Wechselstromversorgung 12a, 12b, 12c (definiert als Negativstrom) fließt, in dem regenerativen Modus.
  • Wie in der 8 gezeigt, befindet sich in einem ersten Betriebszustand, in dem ein Positivstrom i1 und eine Positivstrangspannung u1 vorliegen, der IGBT S 1 in dem in Reihe geschalteten Schaltblock 22, 24, 26 in einem Ladebetriebsmodus und wird somit selektiv entsprechend einem gewünschten PWM-Schema eingeschaltet, während der IGBT S3 in einem freilaufenden Schaltblock 28, 30, 32 in einem Freilaufbetriebsmodus ist und somit selektiv während einer Aus-Periode des IGBT SI eingeschaltet wird. In einem zweiten Betriebszustand, in dem ein Negativstrom i1 und eine Positivstrangspannung u1 vorliegen, befindet sich der IGBT S4 in dem freilaufenden Schaltblock 28, 30, 32 in einem Ladebetriebsmodus und wird somit selektiv entsprechend einem gewünschten PWM-Schema eingeschaltet, während der IGBT S2 in einem in Reihe geschalteten Schaltblock 22, 24, 26 in einem Freilaufbetriebsmodus ist und somit selektiv während einer Aus-Periode des IGBT S4 eingeschaltet wird. In einem dritten Betriebszustand, in dem ein Negativstrom h und eine Negativstrangspannung u1 vorliegen, befindet sich der IGBT S2 in dem in Reihe geschalteten Schaltblock 22, 24, 26 in einem Ladebetriebsmodus und wird somit selektiv entsprechend einem gewünschten PWM-Schema eingeschaltet, während der IGBT S4 in einem freilaufenden Schaltblock 28, 30, 32 in einem Freilaufbetriebsmodus ist und somit selektiv während einer Aus-Periode des IGBT S2 eingeschaltet wird. In einem vierten Betriebszustand, in dem ein Positivstrom i1 und eine Negativstrangspannung u1 vorliegen, befindet sich der IGBT S3 in dem freilaufenden Schaltblock 28, 30, 32 in einem Ladebetriebsmodus und wird somit selektiv entsprechend einem gewünschten PWM-Schema eingeschaltet, während der IGBT S 1 in einem in Reihe geschalteten Schaltblock 22, 24, 26 in einem Freilaufbetriebsmodus ist und somit selektiv während einer Aus-Periode des IGBT S3 eingeschaltet wird.
  • Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist der Controller 50 programmiert, um das Schalten der IGBTs 42 in Schaltblöcken zu steuern, um einen Sanftstarter 20 bereitzustellen, der den Betrieb der Wechselstromlast 10 mit variablen Geschwindigkeiten ermöglicht. Genauer gesagt steuert der Controller 50 das Schalten der IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 nach einem Schaltalgorithmus, wobei der Schaltalgorithmus das Schalten von solchen IGBTs 42 zur Steuerung einer Frequenz der Ausgangsleistung von dem Sanftstarter 20 steuert, sodass der Betrieb der Wechselstromlast 10 bei variablen Drehzahlen erfolgt. Eine Veranschaulichung des Schaltens der IGBTs SA1, SA2 in dem in Reihe geschalteten Schaltblock 22 für eine Phase des Sanftstarters 20 ist in 9 zu Erläuterungszwecken veranschaulicht, wobei darin gezeigt ist, dass die IGBTs SA1, SA2 während jeweiliger positiver und negativer Halbwellen des Stromflusses ein- und ausgeschaltet werden. Genauer gesagt kann der Controller 50 das Schalten der IGBTs SA1, SA2 so steuern, dass eine oder mehrere aus SA1, SA2 während einer positiven oder negativen Halbwelle ausgeschaltet gelassen werden können, wo die jeweiligen IGBTs normalerweise eingeschaltet gelassen würden. Zum Beispiel, wie in der 9 dargestellt, kann SA2 nach einem Nulldurchgang und während einer ersten positiven Halbwelle 102 eingeschaltet werden, nach einem Nulldurchgang und während einer ersten negativen Halbwelle 104 ausgeschaltet werden, nach einem Nulldurchgang und während einer zweiten positiven Halbwelle 106 ausgeschaltet belassen werden und dann nach einem Nulldurchgang und bei einer dritten positiven Halbwelle 108 erneut eingeschaltet werden. SA1 kann in ähnlicher Weise so gesteuert werden, dass er während selektiver negativer Halbzyklen ausgeschaltet bleibt. Auf diese Weise und basierend auf der Anzahl von Halbzyklen, in denen SA1 und SA2 selektiv ausgeschaltet bleiben (wo sie typischerweise eingeschaltet werden würden), kann die Ausgangsfrequenz des Softstarters 20 selektiv gesteuert und reduziert werden - wobei solche Reduzierungen in feineren Intervallen umgesetzt werden, als mit existierenden Drehzahlreduktionstechniken in Sanftstartern bereitgestellt werden können.
  • Im Hinblick auf das Schalten der IGBTs SA1, SA2 in dem in 9 veranschaulichten in Reihe geschalteten Schaltblock 22 zur Bereitstellung eines variablen Drehzahlbetriebs des Motors 10 wird erkannt, dass ein derartiges Schalten ohne PWM (3, 7) oder mit PWM (5, 7) gemäß Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt werden kann. Wo kein PWM umgesetzt ist, kann ein variabler Drehzahlbetrieb des Motors 10 über ein gesteuertes Schalten der IGBTs 42 nur in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 bewerkstelligt werden, wobei erkannt wird, dass die Zündwinkel der IGBTs 42 ähnlich der Steuerung/des Betriebs von SCRs in Standard-Sanftstartern gesteuert werden können. Wo PWM umgesetzt ist, kann ein variabler Drehzahlbetrieb des Motors 10 über ein gesteuertes Schalten von IGBTs 42 in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken 22, 24, 26 und ein gesteuertes Schalten von IGBTs 42 in den freilaufenden Schaltblöcken 28, 30, 32 bewerkstelligt werden. In jedem Fall werden die IGBTs 42 in den Schaltblöcken 22, 24, 26, 28, 30, 32 selektiv während des Sanftstarten des Motors 10 und während seines Betriebs mit einer gewünschten Drehzahl gesteuert, sodass dem Motor gesteuerte Spannung und Strom bereitgestellt werden, wobei die IGBTs 42 auch selektiv gesteuert werden, um Leistungsschalterschutz für den Sanftstarter 20 bei Auftreten eines Fehlerzustands bereitzustellen, wie zuvor für die Techniken 54, 80 in den 4 und 7 beschrieben.
  • Vorteilhafterweise stellen Ausführungsformen der Erfindung somit einen AC/AC-Leistungswandler wie einen Sanftstarter bereit, der über mit Schutzschalter-Funktionen und Funktionalität verfügt, die darin eingebaut ist, um gegen Überströme und andere vorübergehende oder andauernde Fehlerzustände zu schützen, die in dem Leistungswandler vorliegen könnten. Der Einbau eines Festkörperleistungsschalters in den AC/AC-Leistungswandler stellt somit eine effektive Lösung dar, um eine Beschädigung des AC/AC-Leistungswandlers durch Hochstromfehler von beispielsweise bis zu 100 kA oder mehr zu begrenzen. Die Anordnung der Festkörperschalter, die die Leistungsschalterfunktionalität bereitstellt, stellt auch die Leistungssteuerungsfunktion bereit in Form von: Strom- und Spannungsausgabesteuerung für das Sanftstarten der Last, die bidirektionale Leistungsflusssteuerung durch den Sanftstarter, die Pulsbreitenmodulation der Ausgangsleistung und die Fähigkeit zur Veränderung/Variation der Drehzahl des Motors.
  • Daher schließt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein AC/AC-Leistungswandler einen Eingang, der mit Leitungsanschlüssen einer Wechselstromquelle verbindbar ist, einen Ausgang, der mit Lastanschlüssen einer Wechselstromlast verbindbar ist, und eine oder mehrere Versorgungsleitungen ein, die den Eingang und Ausgang zur Übertragung von Leistung von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromlast verbinden, wobei jede Versorgungsleitung einer Phase in der Wechselstromlast entspricht. Der AC/AC-Wandler schließt auch eine Vielzahl von in Reihe befindlichen Festkörperschaltblöcken ein, die zwischen den Leitungsanschlüssen und den Lastanschlüssen verbunden sind, sodass jede Versorgungsleitung einen entsprechenden damit verbundenen der Vielzahl von in Reihe befindlichen Festkörperschaltblock einschließt und eine Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken mit den Lastanschlüssen an einem Ende und zusammen an einer gemeinsamen Verbindung am anderen Ende, sodass jede Versorgungsleitung mit einem entsprechenden von der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken verbunden ist, wobei jeder von der Vielezahl von in Reihe befindlichen Festkörperschaltblöcken und jeder der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken einen bidirektionalen Schaltblock umfasst, der selektiv den Strom steuert und Spannung in beiden Richtungen widersteht.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung schließt ein AC/AC-Leistungswandler einen Eingang, der mit Leitungsanschlüssen einer Wechselstromquelle verbindbar ist, einen Ausgang der mit Lastanschlüssen einer Wechselstromlast verbindbar ist, und eine oder mehrere Versorgungsleitungen ein, die den Eingang und Ausgang zur Übertragung von Leistung von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromlast verbinden, wobei jede Versorgungsleitung einer Phase in der Wechselstromlast entspricht. Der AC/AC-Leistungswandler schließt auch eine Vielzahl von Festkörperschaltblöcken ein, die jeweils eine Anordnung von Festkörperschaltern mit oder ohne begleitende Dioden einschließt, die einen bidirektionale Schaltblock bilden, der den Strom steuert und die Spannung in beiden Richtungen widersteht. Der AC/AC-Wandler schließt ferner einen Controller ein, der mit jedem der Vielzahl von Festkörperschaltblöcken wirksam verbunden ist, wobei der Controller so programmiert ist, dass er selektiv die Festkörperschalter in der Vielzahl von Festkörperschaltblöcken zwischen leitenden und nicht leitenden Zuständen schaltet, um einen Volldrehzahlbetrieb der Wechselstromlast, das Sanftstarten der Wechselstromlast bei einer Spannung, die kleiner als eine Volldrehzahlbetriebsspannung ist, und eine selektive Unterbrechung des Stromflusses durch den AC/AC-Wandler in einer Leistungsschalterfunktion t zu ermöglichen.
  • Nach noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ein Verfahren zum Betrieb eines AC/AC-Leistungswandlers das Empfangen eines Wechselstroms an einen Eingang des AC/AC-Leistungswandlers und, über einen Controller, das Vergleichen eines oder mehrerer Strom- und Spannungsparameter von Leistung, die an den AC/AC-Leistungswandler bereitgestellt wird oder in dem AC/AC-Leistungswandler vorliegt und durch einen oder mehrere der Spannungs- oder Stromsensoren erhalten wird, mit einer oder mehreren jeweiligen Strom- und Spannungsschwellen ein. Das Verfahren schließt auch das Identifizieren eines Fehlerzustands in dem AC/AC-Wandler durch den Controller, wenn die einen oder mehreren gemessenen oder bestimmten Strom- und Spannungsparameter den einen oder die mehreren jeweiligen Strom- und Spannungsschwellen überschreiben, und das Steuern eines Festkörperleistungsschalters, der in den AC/AC-Wandler integriert ist, zur Unterbrechung des Stromflusses durch den AC/AC-Wandler bei Erkennen des Fehlerzustands durch den Controller, wobei der Festkörperleistungsschalter eine Vielzahl von Festkörperschaltblöcken umfasst, die zwischen den Leitungsanschlüssen und den Lastanschlüssen des AC/AC-Wandlers verbunden sind, wobei jeder der Festkörperschaltblöcke ein Paar Festkörperschalter, die miteinander in Antireihe verbunden sind, und ein Paar von Dioden einschließt, die jeweils antiparallel mit dem Paar der Festkörperschalter verbunden sind, wobei das Diodenpaar ferner in Antireihe miteinander verbunden sind. Bei der Steuerung der Festkörperleistungsschalter zur Unterbrechung des Stromflusses schließt das Verfahren ferner das Schalten jedes der Paare Festkörperschalter in dem jeweiligen Festkörperschaltblock in einen nicht leitenden Aus Zustand ein, um so den Stromfluss durch den AC/AC-Wandler zu unterbrechen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Sinne der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, und es versteht sich, dass Äquivalente, Alternativen und Änderungen, abgesehen von den ausdrücklich genannten, im Rahmen der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Claims (20)

  1. AC/AC-Leistungswandler, umfassend: einen Eingang, der mit Leitungsanschlüssen einer Wechselstromquelle verbindbar ist, einen Ausgang, der mit Lastanschlüssen einer Wechselstromlast verbindbar ist; eine oder mehrere Versorgungsleitungen, die den Eingang und Ausgang zur Übertragung von Leistung von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromlast verbinden, wobei jede Versorgungsleitung einer Phase in der Wechselstromlast entspricht; und eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken, die zwischen die Leitungsanschlüsse und die Lastanschlüsse geschaltet sind, sodass jede Versorgungsleitung jeweils einen der mehreren in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcke einschließt, die damit verbunden sind; und eine Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken, die mit den Lastanschlüssen an einem Ende und zusammen an einer gemeinsamen Verbindung am anderen Ende verbunden sind, sodass jede Versorgungsleitung einen entsprechenden Festkörperschaltblock aus der Vielzahl von damit verbundenen Festkörperschaltblöcken einschließt; wobei jeder aus der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken und jede aus der Vielzahl freilaufenden Festkörperschaltblöcken einen bidirektionalen Schaltblock umfasst, der selektiv Strom steuert und Spannung in beiden Richtungen widersteht.
  2. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken und jeder der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken umfasst: einen ersten Festkörperschalter, der in einem leitenden Zustand und in einem nicht leitenden Zustand betreibbar ist, eine erste Diode, die antiparallel zu dem ersten Festkörperschalter ist; einen zweiten Festkörperschalter, der in einem leitenden Zustand und in einem nicht leitenden Zustand betreibbar ist, wobei der zweite Festkörperschalter in Antireihe verbunden relativ zu dem ersten Festkörperschalter angeordnet ist; und eine zweite Diode, die antiparallel zu dem zweiten Festkörperschalter angeordnet ist und eine Stromsperre in einer entgegengesetzten Richtung von der ersten Diode bereitstellt.
  3. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Controller, der betreibbar mit der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken verbunden ist, wobei der Controller dazu programmiert ist, um: einen Fehlerzustand in dem AC/AC/AC-Leistungswandler basierend auf einem oder mehreren Spannungswerten und Stromwerten, die dadurch empfangen werden, zu identifizieren; und den ersten und den zweiten Festkörperschalter nach der Identifikation des Fehlerzustands in den nicht leitenden Zustand zu schalten, um den Stromfluss durch den in Reihe geschalteten Festkörperschaltblock zu unterbrechen und eine Schaltungsunterbrechungsfähigkeit in dem AC/AC-Leistungswandler bereitzustellen.
  4. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei der Controller ferner programmiert ist, das Schalten des ersten und des zweiten Festkörperschalters in jedem der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken zu steuern, um eine Stromflussausgabe zu steuern, die von dem AC/AC-Wandler ausgegeben wird, um ein Sanftstarten der Wechselstromlast bereitzustellen.
  5. AC/AC-Wandler gemäß Anspruch 4, wobei der Controller ferner programmiert ist, um: den zweiten Festkörperschalter in dem leitenden Zustand und den ersten Festkörperschalter in dem nicht leitenden Zustand während einer positiven Stromhalbwelle zu betreiben; den ersten Festkörperschalter in dem leitenden Zustand und die zweiten Festkörperschalter in dem nicht leitenden Zustand während einer negativen Stromhalbwelle zu betreiben;
  6. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei der Controller ferner programmiert ist, um ein Schalten des ersten und zweiten Festkörperschalters von dem nicht leitenden Zustand in den leitenden Zustand für eine Periode nach einem Nullstromdurchgang basierend auf einem geschlossenen Schleifenstromwert in dem AC/AC-Leistungswandler zu verzögern, um eine Einschaltdauer des AC/AC-Leistungswandlers zu steuern.
  7. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei der Controller ferner programmiert ist zum Steuern des Schaltens des ersten und zweiten Festkörperschalters in jedem aus der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken und jede der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken zur Durchführung einer Pulsbreitenmodulation (PWM) der Leistung aus der Wechselstromquelle, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um: den ersten und den zweiten Festkörperschalter in der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken zwischen dem nicht leitenden Zustand und dem leitenden Zustand bei einer gewünschten Frequenz während einer jeweiligen positiven oder negativen Stromhalbwelle, während der die Schalter in dem leitenden Zustand sind, zu schalten; und den ersten und den zweiten Festkörperschalter der Vielzahl an freilaufenden Festkörperschaltblöcken selektiv in dem leitenden Zustand zu betreiben, während sich der erste und der zweite Festkörperschalter in der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken in dem nicht leitenden Zustand befinden, um einen kontinuierlichen Stromfluss zu der Wechselstromlast bereitzustellen.
  8. AC/AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei der Controller ferner programmiert ist, um: selektiv den zweiten Festkörperschalter während einer jeweiligen positiven Stromhalbwelle in dem nicht leitenden Zustand zu betreiben, anstatt in seinem normalen leitenden Zustand während positiver Stromhalbwellen; und selektiv den ersten Halbleiterschalter während einer jeweiligen einen negativen Stromhalbwelle in dem nicht leitenden Zustand zu betreiben, anstatt in seinem normalen leitenden Zustand während negativer Stromhalbwellen; wobei der selektive Betrieb des zweiten Festkörperschalters in den nicht leitenden Zustand während einer jeweiligen positiven Halbwelle und der selektive Betrieb des ersten Halbleiterschalters in dem nicht leitenden Zustand während einer jeweiligen negativen Halbwelle einen Betrieb mit variabler Drehzahl der Wechselstromlast über den AC/AC-Leistungswandler bereitstellt.
  9. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei der Controller ferner programmiert ist, den ersten und zweiten Festkörperschalter in jedem der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcke vollständig zu verbinden, wenn die Wechselstromlast die volle Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat, sodass die ersten und zweiten Festkörperschalter als ein Bypass-Schütz wirken.
  10. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Festkörperschalter einen Insulated-Gate-Bipolartransistor (IGBT), einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder einen integrierten Gate-Kommutierungsthyristor (IGCT) umfasst und wobei der erste und der zweite Festkörperschalter bzw. die Dioden aus einem Wide Bandgap-Material (WBG-Material) einschließlich Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) bestehen.
  11. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken und jeder der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken Rücksperr-Insulated-Gate-Bipolartransistoren (RB-IGBTs) umfasst.
  12. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 1, ferner umfassend einen galvanischen Isolationstrennschalter, der zwischen dem Eingang und der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken angeordnet ist, sodass der AC/AC-Leistungswandler den Standard UL489 erfüllt.
  13. AC/AC-Leistungswandler, umfassend: einen Eingang, der mit Leitungsanschlüssen einer Wechselstromquelle verbindbar ist, einen Ausgang, der mit Lastanschlüssen einer Wechselstromlast verbindbar ist; eine oder mehrere Versorgungsleitungen, die den Eingang und Ausgang zur Übertragung von Leistung von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromlast verbinden, wobei jede Versorgungsleitung einer Phase in der Wechselstromlast entspricht; und eine Vielzahl von Festkörperschaltblöcken, die jeweils eine Anordnung von Festkörperschaltern mit oder ohne begleitende Dioden einschließt, die einen bidirektionalen Schaltblock bilden, der den Strom steuert und die Spannung in beiden Richtungen widersteht; und einen Controller, der mit jedem der Vielzahl von Festkörperschaltblöcken wirksam verbunden ist, wobei der Controller so programmiert ist, dass er selektiv die Festkörperschalter in der Vielzahl von Festkörperschaltblöcken zwischen leitenden und nicht leitenden Zuständen schaltet, um einen Betrieb der Wechselstromlast mit voller Drehzahl, ein sanftes Starten der Wechselstromlast bei einer Spannung, die kleiner als eine Betriebsspannung mit voller Drehzahl, und eine selektive Unterbrechung des Stromflusses durch den AC/AC-Leistungswandler in einer Leistungsunterbrecherfunktion zu ermöglichen.
  14. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von FestkörperSchaltblöcken umfasst: in Reihe geschaltete Leitungsschaltblöcke, die zwischen die Leitungsanschlüsse und die Lastanschlüsse geschaltet sind, sodass jede Versorgungsleitung jeweils einen der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken einschließt, die damit verbunden sind; und freilaufende Festkörperschaltblöcken, die mit den Lastanschlüssen an einem Ende und zusammen an einer gemeinsamen Verbindung am anderen Ende verbunden sind, sodass jede Versorgungsleitung einen entsprechenden Festkörperschaltblock aus der Vielzahl von damit verbundenen Festkörperschaltblöcken einschließt.
  15. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 14, wobei der Controller programmiert ist, um: einen Fehlerzustand in dem AC/AC/AC-Leistungswandler basierend auf einem oder mehreren Spannungswerten und Stromwerten, die dadurch empfangen werden, zu identifizieren; und jeden Festkörperschalter in der Anordnung von Festkörperschaltern in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken in den nicht leitenden Zustand zu schalten, um den Stromfluss durch die in Reihe geschaltet-Festkörperschaltblöcke zu unterbrechen.
  16. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 14, wobei der Controller programmiert ist, jeden Festkörperschalter in der Anordnung von Festkörperschaltern in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken unter vollständig eingeschalteten Bedingungen in den leitenden Zustand zu schalten, wenn die Wechselstromlast die volle Betriebsdrehzahl erreicht.
  17. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 14, wobei jeder der in Reihe geschalteten Schaltblöcke und jeder der freilaufenden Schaltblöcke umfasst: einen ersten Festkörperschalter und einem zweiten Festkörperschalter, die miteinander in Antireihe verbunden sind; und ein Paar von jeweils antiparallel mit einem jeweiligen der ersten Festkörperschalter und dem zweiten Festkörperschalter verbundenen Dioden, wobei das Paar von Dioden ferner in Antireihe miteinander verbunden ist.
  18. AC/AC -Leistungswandler nach Anspruch 17, wobei der Controller programmiert ist, um: während einer positiven Halbwelle in den in Reihe geschalteten Schaltblöcken den zweiten Festkörperschalter in dem leitenden Zustand und den ersten Festkörperschalter in dem nicht leitenden Zustand zu betreiben; während einer negativen Stromhalbwelle den ersten Festkörperschalter in dem leitenden Zustand und den zweiten Festkörperschalter in dem nicht leitenden Zustand zu betreiben; und eines der Folgenden umzusetzen: eine Verzögerung beim Umschalten der ersten und zweiten Festkörperschalter den in Reihe geschalteten Schaltblöcken von dem nicht leitenden Zustand zu dem leitenden Zustand nach einem Nulldurchgang des Stroms basierend auf einem geschlossenen Schleifenstromwert in dem AC/AC-Leistungswandler, um ein Sanftstarten der Wechselstromlast bereitzustellen, wobei die entsprechende eine der ersten und zweiten Festkörperschalter, die eingeschaltet ist, bei dem nächsten Nulldurchgang des Stroms in dieser Phase am Ende jeder Halbwelle mit einer Verzögerung abgeschaltet wird; oder ein Pulsbreitenmodulations-Schema (PWM-Schema) zum Schalten des ersten und des zweiten Festkörperschalters in den in Reihe geschaltet-Schaltblöcken zwischen dem nicht leitenden Zustand und dem leitenden Zustand bei einer gewünschten Frequenz während einer jeweiligen positiven oder negativen Stromhalbwelle, während der die Schalter in dem leitenden Zustand sind; wobei während der Umsetzung des PWM-Schemas der Controller ferner programmiert ist zum selektiven Betrieb der ersten und zweiten Festkörperschalter in der Vielzahl von freilaufenden Festkörperschaltblöcken in dem leitenden Zustand, während die ersten und zweiten Festkörperschalter in der Vielzahl von in Reihe geschalteten Festkörperschaltblöcken sich in dem nicht leitenden Zustand befinden, um einen kontinuierlichen Stromfluss zu der Wechselstromlast bereitzustellen.
  19. AC/AC-Leistungswandler nach Anspruch 17, wobei der Controller programmiert ist, um: selektiv den zweiten Festkörperschalter der in Reihe geschalteten Schaltblöcke während einer jeweiligen positiven Stromhalbwelle in dem nicht leitenden Zustand anstatt während positiver Stromhalbwellen in seinem normalen leitenden Zustand zu betreiben; und selektiv den ersten Festkörperschalter der in Reihe geschalteten Schaltblöcke während einer jeweiligen negativen Stromhalbwelle in dem nicht leitenden Zustand zu betreiben, anstatt während positiver Stromhalbwellen in seinem normalen leitenden Zustand; wobei der selektive Betrieb der zweiten Festkörperschalter in den nicht leitenden Zustand während einer jeweiligen positiven Halbwelle und der selektiven Betrieb des ersten Festkörperschalters in dem nicht leitenden Zustand während einer jeweiligen negativen Halbwelle einen Betrieb der Wechselstromlast mit variabler Drehzahl bereitstellt.
  20. Verfahren zum Betreiben eines AC/AC-Leistungswandlers, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Wechselstromleistung an einem Eingang des AC/AC-Leistungswandlers; Vergleichen, durch einen Controller, eines oder mehrerer Strom- und Spannungsparameter von Spannung, die an den AC/AC-Leistungswandler bereitgestellt wird oder in dem AC/AC-Leistungswandler bereits vorhanden ist und durch einen oder mehrere Spannungs- oder Stromsensoren erfasst wird, mit einer oder mehreren jeweiligen Strom- und Spannungsschwellen; Identifizieren eines Fehlerzustands in dem AC/AC-Leistungswandler mithilfe des Controllers, wenn der eine oder die mehreren gemessenen oder bestimmten Strom- und Spannungsparameter den einen oder die mehreren jeweiligen Strom- und Spannungsschwellen überschreiten; und Steuern, über den Controller, eines Festkörperleistungsschalters, der in den AC/AC-Leistungswandler integriert ist, um einen Stromfluss durch den AC/AC-Leistungswandler bei Identifizierung eines Fehlerzustands zu unterbrechen, wobei der Festkörperleistungsschalter eine Vielzahl von Festkörperschaltblöcken umfasst, die zwischen Leitungsanschlüssen und Lastanschlüssen des AC/AC-Leistungswandlers angeschlossen sind, wobei jeder der Festkörperschaltblöcke einschließt: ein Paar von Festkörperschaltern, die in Antireihe miteinander verbunden sind; und ein Paar von jeweils antiparallel mit dem Paar Festkörperschaltern verbundenen Dioden, wobei das Paar von Dioden ferner in Antireihe miteinander verbunden ist. wobei das Steuern des Festkörperleistungsschalter zum Unterbrechen des Stromflusses das Schalten jedes der Paare von Festkörperschaltern in jedem jeweiligen Festkörperschaltblock in einen nicht leitenden Aus-Zustand umfasst, um den Stromfluss durch den AC/AC-Leistungswandler zu unterbrechen.
DE112018004227.8T 2017-09-21 2018-09-21 Sanftstarter-ac/ac-wandler mit integriertem festkörper-leistungsschalter und verfahren zu dessen betrieb Pending DE112018004227T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/711,152 2017-09-21
US15/711,152 US11038340B2 (en) 2017-09-21 2017-09-21 Soft-starter AC-AC converter with integrated solid-state circuit breaker and method of operation thereof
PCT/EP2018/075684 WO2019057931A1 (en) 2017-09-21 2018-09-21 SOFT-START AC-TO-BUILT CONVERTER WITH INTEGRATED SEMICONDUCTOR CIRCUIT BREAKER AND METHOD OF OPERATION THEREFOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112018004227T5 true DE112018004227T5 (de) 2020-05-14

Family

ID=63683202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112018004227.8T Pending DE112018004227T5 (de) 2017-09-21 2018-09-21 Sanftstarter-ac/ac-wandler mit integriertem festkörper-leistungsschalter und verfahren zu dessen betrieb

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11038340B2 (de)
CN (1) CN111095773B (de)
DE (1) DE112018004227T5 (de)
WO (1) WO2019057931A1 (de)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020119942A1 (en) * 2018-12-10 2020-06-18 Eaton Intelligent Power Limited Fault current mitigation method and system for solid state circuit breaker
US11132890B2 (en) * 2019-05-15 2021-09-28 Johnson Controls Fire Protection LP Fault isolation locality
US11973335B1 (en) * 2019-06-13 2024-04-30 Renu, Inc. Solid state circuit breaker
US11431160B2 (en) 2019-06-19 2022-08-30 Eaton Intelligent Power Limited Hybrid circuit breaker assembly
US11205979B2 (en) * 2019-08-22 2021-12-21 Eaton Intelligent Power Limited Fault tolerant motor and zone controller apparatus
EP3916998A1 (de) * 2020-05-25 2021-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines asynchronmotors
CN111786355A (zh) * 2020-06-23 2020-10-16 上海电器科学研究所（集团）有限公司 一种抑制直流母线支撑电容短路保护装置及保护方法
CN112152599A (zh) * 2020-08-13 2020-12-29 中车株洲电力机车研究所有限公司 全固态直流断路器
CN112003357B (zh) * 2020-08-25 2022-11-22 中车株洲电力机车研究所有限公司 基于固态开关的电路控制方法
CN112670955A (zh) * 2020-12-10 2021-04-16 合肥同智机电控制技术有限公司 一种基于双n沟道igbt串联的电机继电保护装置
KR20230136661A (ko) * 2021-02-10 2023-09-26 이턴 인텔리전트 파워 리미티드 전력 전자 스위칭 디바이스들을 사용한 모터 소프트 기동기의 제어
CA3211455A1 (en) 2021-02-23 2022-09-01 Onx, Inc. Method and arrangement for constructing and interconnecting prefabricated building modules
US11955900B2 (en) * 2021-06-30 2024-04-09 Abb Schweiz Ag Soft turn-off for motor controllers
CN113852051B (zh) * 2021-09-13 2022-05-10 中国科学院电工研究所 具有双向开断和软起动功能的直流固态断路器及控制方法
CN114172382B (zh) * 2022-02-11 2022-05-17 浙江大学 输出并联型双有源桥式变流器及热分布优化方法
KR102596022B1 (ko) * 2022-12-23 2023-11-01 한국전자기술연구원 소프트 스타터 및 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법
US11873251B1 (en) 2023-02-17 2024-01-16 Onx, Inc. Concrete composition for use in construction and methods of applying the same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5923143A (en) 1998-03-20 1999-07-13 York International Corporation Solid state motor starter with energy recovery
US6771056B1 (en) 2001-10-31 2004-08-03 Ixys Corporation AC controller with reverse blocking IGBT
KR20070020061A (ko) * 2004-06-01 2007-02-16 가부시키가이샤 야스카와덴키 Ｐｗｍ 사이클로컨버터 및 그 제어 방법
JP4759968B2 (ja) * 2004-10-04 2011-08-31 ダイキン工業株式会社 Ｐｗｍ整流回路の保護方法およびその装置
US8384369B2 (en) 2010-02-16 2013-02-26 Cavet Holdings Limited Microprocessor controlled variation in cut-out pulse application in alternating current power
CN102739127B (zh) * 2012-06-19 2015-02-11 广州智光电气股份有限公司 多台高压电机固态软起动方法
US9298204B2 (en) * 2012-12-27 2016-03-29 Eaton Corporation AC to AC converter and method of operation thereof for soft starting motors and other applications
JP5794274B2 (ja) * 2013-10-24 2015-10-14 株式会社安川電機 マトリクスコンバータ
CN105099329B (zh) * 2014-05-19 2018-04-06 罗克韦尔自动化技术公司 准变频电机控制器
US9425702B2 (en) 2014-05-29 2016-08-23 Eaton Corporation System and method for safe switching in an AC-to-AC converter

Also Published As

Publication number Publication date
CN111095773A (zh) 2020-05-01
US11038340B2 (en) 2021-06-15
WO2019057931A1 (en) 2019-03-28
CN111095773B (zh) 2023-08-01
US20190089146A1 (en) 2019-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018004227T5 (de) Sanftstarter-ac/ac-wandler mit integriertem festkörper-leistungsschalter und verfahren zu dessen betrieb
DE69837414T2 (de) Anlage zur elektrischen Leistungsübertragung
DE112018003913T5 (de) Antrieb mit drehzahlregelung mit integriertem festkörper-leistungsschalter und verfahren zu dessen betrieb
EP3211784B1 (de) Doppel-submodul für einen modularen mehrpunktstromrichter und modularer mehrpunktstromrichter mit diesem
DE102017123348A1 (de) Wechselrichter für ein Elektroauto
DE112018005839T5 (de) System und verfahren für kompakte motorsteuerung mit redundanten leistungsstrukturen
WO2014037143A1 (de) Betriebszustandsschaltung für wechselrichter und verfahren zum einstellen von betriebszuständen eines wechselrichters
DE112016003290T5 (de) Leistungswandler
WO2014139559A1 (de) Hochleistungs-dc-schalter
DE112018005842T5 (de) Motorsteuerungssystem mit integriertem festkörperschütz und relais und verfahren zu dessen betrieb
WO2012107150A2 (de) System mit einer elektrisch erregten maschine
WO2012107127A1 (de) Energiespeichereinrichtung für eine fremderregte elektrische maschine
EP0840949B1 (de) Stromrichterantrieb
EP3913786A1 (de) Stromrichteranordnung mit einem netzgeführten stromrichter sowie verfahren zum anfahren der stromrichteranordnung
EP1995871B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltung
EP3652849B1 (de) Zwischenkreiskopplung in antriebsverbänden
DE102019130822A1 (de) Antrieb mit variabler frequenz mit integriertem front-end-gleichrichter und bypass
EP3172831A1 (de) Verfahren zum betreiben einer zumindest generatorisch betreibbaren elektrischen maschine und mittel zu dessen implementierung
DE69838772T2 (de) Ventilüberstromschutz in einer Anlage zur elektrischen Kraftübertragung
EP1110797B1 (de) Einrichtung und Verfahren zum Stromrichter-Überlastschutz
EP3908515B1 (de) Energieversorgungseinrichtung
DE4033603A1 (de) Verfahren zum schutz der abschaltbaren leistungshalbleiter eines wechselrichters bei ausgangskurzschluessen
DE2739116A1 (de) Schaltung fuer elektrischen propellerantrieb zu einem unterwasserfahrzeug
DE102011051732B3 (de) Windkraftanlage
EP3905503A1 (de) Energiewandler

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: WAGNER & GEYER PARTNERSCHAFT MBB PATENT- UND R, DE