DE3520632A1

DE3520632A1 - Inverter

Info

Publication number: DE3520632A1
Application number: DE19853520632
Authority: DE
Inventors: Yaoyuki Inuyama Aichi Maeda
Original assignee: Tokai TRW and Co Ltd
Current assignee: Tokai TRW and Co Ltd
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1985-06-08
Publication date: 1985-12-19
Also published as: JPS611270A; US4644241A

Description

Inverter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Inverter (Umrichter) zur Umwandlung oder Konvertierung eines Einzelphasen-Wechselstromsignals in Dreiphasen-Wechselstromsignale.

Bei einer bereits bekannten Inverter-Vorrichtung zur Konvertierung (Umrichtung) eines Einzelphasensignals in Dreiphasensignale ist eine Dreiphasen-Vollenwellen-Konverterschaltung vorgesehen, und zwar als ein Phasenschiebekonverter, der ein Halbleiterschaltelement für jede der drei Phasen verwendet und Dreiphasen-Signale jeweils mit 120° Phasendifferenz dazwischen an die zugehörigen Lastwicklungen oder Spulen in den drei Phasen anlegt.

Was den Aufbau eines Einphasen-Induktionsmotors anlangt, wie er für elektrisch angetriebene Maschinen, wie beispielsweise Klimaanlagen, Waschmaschinen und Kühlschränke, dient, d.h. Maschinen, die von einer im Haushalt vorhandenen einphasigen Wechselstromleistungsquelle versorgt werden, so gilt allgemein, daß dabei folgendes vorgesehen ist: Ein Stator wird durch eine Hauptwicklung und eine Hilfswicklung zum Starten gebildet, und ein Rotor der Käfig-Bauart kann verwendet werden. Bei einem Vergleich mit einem dreiphasigen Induktionsmotor, der an das in der Industrie übliche Netz angeschlossen werden kann, ergibt sich, daß der Einphaseninduktionsmotor hinsichtlich seines Startens und anderer elektrischer Eigenschaften unterlegen ist, eine große Anzahl von Elementen benötigt und sehr groß wird. Ferner ist es bei einem solchen Einphaseninduktionsmotor anders als beim Dreiphasen-Induktionsmotor nicht möglich, die Wicklung um den ganzen Umfang des Rotors herum in effektiver Weise vorzusehen.

Um das Selbststarten des Einphasen-Induktionsmotors zu

ermöglichen, ist eine Start- oder Shading-Wicklung oder

Spule erforderlich oder aber ein Zentrifugalkontakt und

ein Phasenvoreilkondensator. Dies kompliziert jedoch den Motormechanismus.

Die Erfindung bezweckt, eine Lösung für die Probleme des Standes der Technik und zwar insbesondere die oben aufgezeigten Probleme vorzusehen.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine verbesserte, eine kleine Größe aufweisende vereinfachte Inverter-Vorrichtung (Umrichter-Vorrichtung) vorzusehen, und zwar zum Konvertieren (Umrichten) einer Einphasen-Wechselstromleistungsquelle in Dreiphasen-Wechselstromausgangsgrößen. Weiterhin bezweckt die Erfindung, eine Umricht-Vorrichtung anzugeben, die günstige Starteigenschaften besitzt und eine hohe Umwandlungseffizienz aufweist. Weiterhin bezweckt die Erfindung, eine Invertervorrichtung anzugeben, die in einfacher Weise mit Dreiphasen-Leistung zu beliefernde Maschinen betreibt, und zwar unter Verwendung der in Haushalten vorhandenen Verdrahtung oder Leistungsverhältnisse, wo eine Einzelphasen-Wechselstromleistungsquelle gebräuchlich ist.

Die Erfindung sieht ferner einen Umrichter vor, um eine Einzelphasen-Wechselstromleistungsquelle in Dreiphasen-Wechselstromausgangsgrößen umzuwandeln, wobei die Einzelphasen-Leistungsquelle mit einer Phasenschiebekonverterschaltung verbunden ist, um das Einphasen-Wechselstromsignal in erste und zweite phasenverschobene Ausgangssignale mit 120° Phasendifferenz dazwischen umzuwandeln, und wobei das erste phasenverschobene Signal mit einer ersten Phasenlast verbunden ist, während das zweite phasenverschobene Signal mit einer zweiten Phasenlast verbunden ist, und wobei ein Signal, zusammengesetzt aus den ersten und zweiten phasenverschobenen Signalen, mit

einer dritten Phasenlast und einer vierten Phasenlast in Verbindung steht, wobei die dritte und vierte Phasenlast dadurch gebildet wird, daß man eine einzige Last derart teilt, daß Dreiphasen-Leistungsausgangsgrößen für die erste Phasenlast, die zweite Phasenlast und die dritte plus vierte Phasenlast vorgesehen werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Dreiphasen-Ausgangsgrößen aus der Einzelphasen-Leistungsquelle zu erhalten, und zwar mittels der Phasenverschiebekonverterschaltung zur Ausgabe von zwei phasenverschobenen Signalen, um Dreiphasen-Ausgangsgrößen an die Lastspulen oder -wicklungen anzulegen, wodurch die Phasenschiebekonverterschaltung vereinfacht wird. Es ist daher vorteilhaft, verglichen mit dem Einphasen-Elektromotor mit einer Wicklung in der gleichen Größe wie beim Dreiphasen-Motor, daß der Phasenstrom klein ist und der Widerstandsverlust halbiert wird, und daß demgemäß der Dreiphasen-Motor eine kleine Größe besitzen kann, und zwar unter der Annahme, daß kein Unterschied hinsichtlich des Verlustes dazwischen auftritt.

Zudem verwendet die Inverter-Vorrichtung der Erfindung eine vereinfachte elektronische Schaltung zur Phasenumwandlung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Lastverbindung sowie den Betrieb der mit Dreiphasen-Leistung betriebenen Maschinen wird leicht und ohne weiteres bei der im Haushalt vorhandenen Einphasen-Wechselstromleistungsquelle verwendet.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Inverter- oder Umricht-Vorrichtung;

Fig. 2 ein Schaltbild der Inverter-Vorrichtung

und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lastverbindung;

Fig. 3 eine Signalwellenform, die die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltung veranschaulicht.

Die Inverter- oder Umricht-Vorrichtung der Erfindung gemäß Fig. 1 weist eine Einphasen-Wechselstromleistungsquelle 1 auf, die über eine Phasenschiebekonverterschaltung 2 mit einer Lastwicklungs- oder Spulenschaltung 3 in Verbindung steht. Die Phasenschiebeumwandler- oder Konverterschaltung 3 konvertiert ein Einphasen-Wechselstromsignal in zwei phasenverschobene Signale für die entsprechenden Phasen Sl und S2, wobei die Signale eine Phasendifferenz von 120° zwischeneinander aufweisen. Durch die Lastverbindung in der Lastwicklungsschaltung 3 werden die phasenverschobenen Signale auch an die Phasen S3 und S3¹ angelegt, die als eine der drei Phasen wirken. Das zusammengesetzte Signal der Phasen S3 und S3' hat eine 120° Phasenverschiebung gegenüber den entsprechenden Signalen der Phasen Sl und S2.

Gemäß Fig. 2 ist die Leistungsquelle 1 mit einem Gleichrichter 4 in der Phasenschiebekonverterschaltung 2 durch Eingangsklemmen u und ν verbunden. Eine Ausgangsklemme des Gleichrichters 4 steht über eine Glättungsschaltung, die eine Chokespule 5 und einen Kondensator 6 aufweist, mit jedem der Emitter der Transistoren 7, 8, 9 und 10 in Verbindung, und die andere Ausgangsklemme des Gleichrichters 4 steht mit jedem der Mittelabgriffe der Lastspulen oder Wicklungen LX und LY in Verbindung, was weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird. Die Basen der Transistoren 7 und 9 stehen in entsprechender Weise

mit einem Paar von Eingangsklemmen 11 und 13 in Verbindung, wobei an letztere positive Impulse XA und YA angelegt werden (vgl. dazu Fig. 3). Die Basen der Transistoren 8 und 10 sind ferner jeweils mit einem Paar von Eingangsklemmen 12 und 14 verbunden, wobei an diese Eingangsklemmen 12 und 14 negative Impulse XB und YB (vgl. Fig. 3) angelegt werden. Zwischen dem Kollektor des Transistors 7 und dem Kollektor des Transistors 8 liegt die Lastspule oder Wicklung LX. Zwischen dem Kollektor des Transistors 9 und dem Kollektor des Transistors 10 liegt die Lastspule oder Wicklung LY. Eine Klemme der Lastspule LX ist über eine Lastspule LZ mit einer Klemme der Lastspule LY verbunden, und die andere Klemme der Lastspule LX ist über eine Lastspule LZ¹ mit der anderen Klemme der Lastspule LY verbunden. Anders ausgedrückt sind die Lastspulen oder Wicklungen LX, LY und LZ derart verbunden, daß sie eine erste Dreiecks- oder Delta-Verbindung bilden, und die Lastspulen oder Wicklungen LX, LY und LZ' sind zur Bildung einer zweiten Dreiecksverbindung geschaltet. Somit werden bei einer PWM (= pulse width modulation = Impulsbreitenmodulation)-Steuerung durch die positiven Impulse XA und YA und die negativen Impulse XB und YB die entsprechenden Ausgangssignale der Phasenschiebekonverterschaltung 2 an die Lastspule LX der Sl-Phase, die Spule LY der S2-Phase und die Spule LZ der S3-Phase und die Spule LZ¹ der S3'-Phase anlegt, so daß die Dreiphasen-Ausgangssignale für die Sl-Phase, die S2-Phase und die S3- plus S3'-Phase vorgesehen werden, wobei diese Ausgangssignale jeweils eine 120° Phasendifferenz dazwischen aufweisen.

Die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Gemäß Fig. 3 wird unter der PWM-Steuerung durch die Schaltimpulse XA, YA und XB, YB für die Phasenumwandlung eine Eingangsspannungswellenform des Einphasen-Wechselstromsignals, angelegt zwischen den Eingangsklemmen u und v,

durch die Phasenschiebekonverterschaltung 2 umgewandelt, um zwei Ausgangsspannungswellenformen Sl und S2 mit 120° Phasendifferenz dazwischen zu erzeugen. Die Ausgangsspannungswellenform Sl und S2 haben die gleiche Wellenform wie die der Eingangsleistungsquelle und sind zusammengesetzt durch die obenbeschriebene Lastverbindung, um eine Ausgangsspannungswellenform S3 plus S3¹ zu erzeugen. Auf diese Weise wird eine Dreiphasen-Wechselstromleistungsquelle durch die Ausgangsspannungswellenformen Sl, S2 und S3 plus S3¹ gebildet.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die mittelabgegriffenen Lastspulen LX und LY für die Phasenschiebekonverterschaltung vorgesehen, und zwar unter Verwendung der Schalttransistoren, und daher ist der Wert der Leitungsoder Linienspannungen in der Lastwicklungsschaltung 3 das Zweifache der Eingangsleistungsquelle,und die Lastspulen können zur Zweispannungswicklungs-Bauart gehören, wie sie üblicherweise für 200 und 400 Volt verwendet wird.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine Inverter- oder Umrichtvorrichtung zur Umwandlung oder Konvertierung einer Einphasen-Wechselstromleistungsquelle in Dreiphasen-Wechselstromausgangsgrößen, wobei die Einphasen-Leistungsquelle mit einer Phasenschiebeumwandlerschaltung verbunden ist, um das Einphasen-Wechselstromsignal in erste und zweite phasenverschobene Ausgangssignale mit einer 120 Phasendifferenz dazwischen umzuwandeln, wobei das erste phasenverschobene Signal mit einer ersten Phasenlast verbunden ist, das zweite phasenverschobene Signal mit einer zweiten Phasenlast in Verbindung steht und ein Signal, bestehend aus den ersten und zweiten phasenverschobenen Signalen, verbunden ist mit einer dritten Phasenlast und einer vierten Phasenlast, wobei die dritte und vierte Phasenlast gebildet

wird durch Teilung einer einzigen Last, so daß Dreiphasen-Leistungsausgangsgrößen vorgesehen werden für die erste Phasenlast, die zweite Phasenlast und die dritte plus vierte Phasenlast.

Claims

Patentansprüche

Inverter oder Umrichter-Vorrichtung zur Umrichtung oder Konvertierung einer Einzelphasen-Wechselstromleistungsquelle in Dreiphasen-Wechselstromausgangsgrößen dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelphasen-Leistungsquelle mit Phasenschiebeumwandlermitteln verbunden ist, um das Einzelphasen·- Wechselstromsignal in erste und zweite phasenverschobene Ausgangssignale mit 120° Phasendifferenz dazwischen umzuwandeln, und wobei das erste phasenverschobene Signal mit ersten Phasenlastmitteln, das zweite phasenverschobene Signal mit zweiten Phasenlastmitteln und ein Signal,bestehend aus den ersten und zweiten phasenverschobenen Signalen, verbunden ist mit dritten Phasenlastmitteln und vierten Phasenlastmitteln, wobei die dritten und vierten Phasenlastmittel gebildet werden durch Teilung einziger Lastmittel derart, daß die Dreiphasen-Leistungsausgangsgrößen füf die ersten Phasenlastmittel, die zweiten Phasenlastmittel und die dritten plus vierten Phasenlastmittel vorgesehen sind.
2. Invertervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Phasenlastmittel in Dreieckschaltung sich befinden, und daß die ersten, zweiten und vierten Phasenlastmittel ebenfalls in Dreieckschaltung angeordnet sind, und daß die dritten und vierten Phasenlastmittel gebildet werden durch gleichmäßige Aufteilung der erwähnten einzelnen Lastmittel.
3. Invertervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Phasenlastmittel Mittelabgriffe aufweisende Lastspulen sind.
4. Invertervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine einzige Phase aufweisende Wechselstromleistungsquelle die im Haushalt vorhandene Verdrahtung oder Leistungsquelle ist.
5. Invertervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis vierten Phasenlastmittel die Lastwicklungen eines Dreiphasen-Induktionsmotors sind.