DE4102893A1

DE4102893A1 - Pulsweitenmodulierter drehstromumrichter

Info

Publication number: DE4102893A1
Application number: DE19914102893
Authority: DE
Inventors: Hans-Wilhelm Dipl Ing Klein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1992-08-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen pulsweitenmodulierten Drehstromumrichter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1; ein derartiger Drehstromumrichter ist durch die Zeitschrift: "SIEMENS COMPONENTS" Heft 1/86, S.18-24 bekannt.

Der bekannte für einen Asynchronmotor mit hohem Drehzahlbereich vorgesehene Drehstromumrichter weist in jeder Halbbrücke zwei FREDFET-Brückentransistoren auf, wobei mit Hilfe einer speziel len Schwermetalldotierung die Inversdiode superschnelle Schalt eigenschaften erhält und somit die Speicherstromladung um Größen ordnungen reduziert werden kann. Von einem Pulsweitenmodulator werden die von einem Mikrokontroller abgegebenen Daten, wie z. B. bei einer gewünschten Sinus-Ausgangsspannung die Sinusfrequenz, die Sinusamplitude und die Ablauffolge aufgenommen und in puls weitenmodulierte Takte für die drei Phasen des Motors umgewan delt.

Allgemein ist bei der Taktung der Transistoren jeder Halbbrücke eine Totzeit als Verzögerungszeit zu beachten, die notwendig ist, wenn die Halbbrückentransistoren eine zu hohe Schaltzeit verzögerung aufweisen. In diesem Fall muß die Abschaltverzöge rung durch die verkürzten Ansteuerimpulse ausgeglichen werden. Dazu weist dann der Pulsweitenmodulator für jede Wicklungsphase zwei Ausgänge und zwar jeweils für die Ansteuerung des einen sowie des anderen Transistors jeder Halbbrücke auf. Die Aus gangsimpulse können dann um eine programmierbare Totzeit ver zögert werden, so daß die Transistoren jeder Halbbrücke keine Schaltüberlappung bilden können und somit einen Kurzschluß ausschließen. Dies gilt insbesondere, wenn unter Verzicht auf den Einsatz von aufwendigen FREDFET-Transistoren mit Invers dioden auf MOS-Schalttransistoren zurückgegriffen wird.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll ein pulsweitenmodu lierter Drehstromumrichter zum Antrieb eines Drehstrommotors mit hoher Enddrehzahl und großer Drehzahlspreizung geschaffen werden, wobei trotz hoher und außerhalb des menschlichen Hör bereichs liegender Taktfrequenz eine Reduzierung des Bauteile aufwands gegenüber der bekannten Drehstromumrichteranordnung möglich ist; die Lösung dieser Aufgabe gelingt, ausgehend von einem pulsweitenmodulierten Drehstromumrichter der eingangs genannten Art, durch die Lehre des Anspruchs 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

In vorteilhafter Weise können also auf gesonderte zusätzliche Freilaufdioden für die ersten Transistoren verzichtet, und wegen nicht notwendiger Taktung der zweiten Transistoren kön nen die gesamten Schaltverluste der erfindungsgemäßen Dreh stromumrichteranordnung wesentlich reduziert werden.

Aufgrund der Schaltverzögerung beim Abschalten der Transisto ren, insbesondere aufgrund der Speicherzeit bei IGBT-Transisto ren, ist zur Gewährleistung einer vollen Inverstauglichkeit in vorteilhafter Weise eine zumindest um die Abschaltverzöge rung der Transistoren verspätete Einschaltung des zweiten Tran sistors einer Halbbrücke nach Ausschaltung des ersten Tran sistors vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dar gestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher er läutert. Darin zeigen:

Fig. 1 das Takt-Ansteuerschema der Transistoren zur Erzielung eines sinusförmigen Ausgangsstromes in den drei Wick lungssträngen R bzw. S bzw. T des gemäß Fig. 2-6 zur An steuerung vorgesehenen 3-phasigen Asynchronmotors mit Kurzschlußläufer eines Waschautomatenantriebes,

Fig. 2 die Beschaltung des erfindungsgemäßen Drehstromumrichters mit FREDFET-Transistoren,

Fig. 3-6 den jeweiligen Schaltzustand der ersten und zweiten Transistoren der Halbbrücken und sich daraus ergebenden Stromflüsse in den Wicklungssteuerungen R bzw. S bzw. T bei vier verschiedenen, in Fig. 1 eingetragenen Zeitpunkten t₁-t₄.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist jedem Wicklungsstrang R bzw. S bzw. T des Dreiphasen-Asynchronmotors M jeweils eine Halbbrücke mit einem unteren ersten Transistor T1 bzw. T3 bzw. T5 ohne zu gehörige Freilaufdiode und einem oberen zweiten Thyristor T2 bzw. T4 bzw. T6 mit zugeordneter Freilaufdiode D1 bzw. D2 bzw. D3 zugeordnet. Die ersten und zweiten Thyristoren werden an gesteuert über einen Pulsbreitenmodulator PWM. Die Versorgung der Wicklungsstränge R bzw. S bzw. T über den Drehstromumrich ter erfolgt aus einem speisenden Einphasen-Wechselstromnetz über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit den Dioden D4-D6 mit einem Glättungskondensator C.

Wie aus dem Takt-Ansteuerschema des Pulsbreitenmodulators PWM aus Fig. 1 ersichtlich, werden zur Bildung eines sinusför migen Ausgangsstroms nach dem Prinzip der Unterschwingungs methode während jeweils der einen Halbwelle einer Halbbrücke nur die ersten Schalttransistoren T1 bzw. T3 bzw. T5 pulsbrei tenmoduliert getaktet, während die zweiten Transistoren T2 bzw. T4 bzw. T6 in den jeweils verbleibenden Halbperioden dauernd ein- bzw. ausgeschaltet sind. Zur Erläuterung sind in Fig. 3-6 jeweils die Schaltzustände der ersten bzw. zweiten, hier nur mit einfachen Schaltersymbolen dargestellten. Transistoren zu den Zeitpunkten t₁-t₄ gemäß Fig. 1 in ihrem jeweiligen Ein- bzw. Aus-Schaltzustand dargestellt und die sich zu den angegebenen vier Zeitpunkten t₁-t₄ daraus ergebenen Stromverläufe durch die Wicklungsstränge R bzw. S bzw. T des Dreiphasen-Asynchronmotors M durch verstärkte Linienführung und eingetragene Stromrichtungs pfeile angegeben.

Claims

1. Pulsweitenmodulierter Drehstromumrichter hoher Taktfrequenz zum Antrieb eines Drehstrommotors (M), insbesondere eines 3-phasigen Asynchronmotors mit Kurzschlußläufer zum Antrieb eines Waschautomaten, mit im Sinne einer bestimmten Grundschwin gung der Ausgangsspannung (U_R bzw. U_S bzw. U_T) getakteten Tran sistoren und mit Freilaufdioden in den Halbbrücken, ge kennzeichnet durch je Halbbrücke jeweils nur einen ersten, im Sinne der Grundschwingung während deren einer Halb periode getakteten Transistor (T1 bzw. T3 bzw. T5) und einen zweiten, nur während deren anderer Halbperiode dauernd einge schalteten Transistor (T2 bzw. T4 bzw. T6) mit zugeordneter Freilaufdiode (D1 bzw. D2 bzw. D3).

2. Pulsweitenmodulierter Drehstromumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die ersten Transistoren Leistungs-MOS-Transistoren vorgesehen sind.

3. Pulsweitenmodulierter Drehstromumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die ersten Transistoren IGBT-Transistoren ohne Freilaufdioden vorgesehen sind.

4. Pulsweitenmodulierter Drehstromumrichter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweiten Transistoren IGBT-Transistoren mit zuge ordneter Freilaufdiode vorgesehen sind.

5. Pulsweitenmodulierter Drehstromumrichter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweiten Transistoren FREDFET-Transistoren vorge sehen sind.

6. Pulsweitenmodulierter Drehstromumrichter nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch eine Tak tung der ersten Transistoren im Sinne einer sinusartigen Grundschwingung.

7. Pulsweitenmodulierter Drehstromumrichter nach einem der An sprüche 1-6, gekennzeichnet durch eine zumin dest um die Schaltzeitverzögerung (Totzeit) verspätete Einschal tung des jeweils zweiten Transistors einer Halbbrücke nach Ausschalten des jeweils ersten Transistors dieser Halbbrücke.