FI119669B - Jännitepulssin rajoitus - Google Patents

Jännitepulssin rajoitus Download PDF

Info

Publication number
FI119669B
FI119669B FI20070493A FI20070493A FI119669B FI 119669 B FI119669 B FI 119669B FI 20070493 A FI20070493 A FI 20070493A FI 20070493 A FI20070493 A FI 20070493A FI 119669 B FI119669 B FI 119669B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
voltage
output voltage
micropulses
state
arrangement according
Prior art date
Application number
FI20070493A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20070493A (fi
FI20070493A0 (fi
Inventor
Hannu Saren
Kimmo Rauma
Juha-Pekka Stroem
Original Assignee
Vacon Oyj
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=38212348&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=FI119669(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Vacon Oyj filed Critical Vacon Oyj
Priority to FI20070493A priority Critical patent/FI119669B/fi
Publication of FI20070493A0 publication Critical patent/FI20070493A0/fi
Priority to EP08075493.0A priority patent/EP2020742B1/en
Priority to US12/153,860 priority patent/US8228698B2/en
Priority to CN200810127133.XA priority patent/CN101330259B/zh
Publication of FI20070493A publication Critical patent/FI20070493A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI119669B publication Critical patent/FI119669B/fi

Links

Classifications

    • 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
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/084—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • 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
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • 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
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • 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
    • H02M5/40—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 with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—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 with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—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 with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—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 with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—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 with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

JÄNNITEPULSSIN RAJOITUS
Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on järjestely PVVM-taajuusmuuttajan muodostamien lähtöjännitepulssien ja erityisesti niiden nousu- ja laskureunojen ohjaamiseksi.
Tunnettu tekniikka 10
Taajuusmuuttaja muodostaa tunnetusti kiinteätaajuisesta syöttö-jännitteestä muuttuvasuuruisen ja -taajuisen lähtöjännitteen joka vastaa siihen liitetyn moottorin haluttua toimintapistettä. Yleisimmäksi taajuusmuuttaja-tyypiksi on vakiintunut ns. PWM-taajuusmuuttaja, jossa syöttöverkon jännite 15 aluksi tasasuunnataan ja suodatetaan vakiosuuruiseksi välipiirin tasajännitteek-si, josta sitten muodostetaan nopeilla tehopuolijohdekytkimillä haluttu lähtöjänni-te (kuvio 1). LähtÖjännite koostuu ko. vakiotasajännitteen kokoisista pulsseista, joiden lukumäärää ja leveyttä ohjataan siten, että lähtöjännitteen perusaallon amplitudi ja taajuus on haluttu (PWM = Pulse Width Modulation).
20 Tehopuolijohdekytkinten häviöiden minimoimiseksi niitä ohjataan yleensä siten, että päälle- ja pois-ohjaukset tapahtuvat mahdollisimman nopeasti. Tämä merkitsee käytännössä sitä että lähtöjännitepulssien nousu- ja laskureunojen jyrkkyys, eli jännitteen muutosnopeus dv/dt, on hyvin suuri ja riippuvainen käytetyn tehopuolijohteen yksilökohtaisista ominaisuuksista.
25 Suurella jännitepulssin muutosnopeudella on tunnetusti negatiivisia vaikutuksia moottorin käämitykseen sekä lyhyellä että pitkällä moottorikaapelil-la: 1) Mitä lyhyempi on jännitteen nousureunan kestoaika, sitä suurempi osuus jänniteaskeleen rasituksesta kohdistuu käämityksen ensimmäiselle 30 kierrokselle (kts. esim. IEC:n Technical Specification TS 60034-25, kuvio 12).
2) Tunnetun siirtojohtoteorian mukaisesti jännitepulssi kulkee kaapelia pitkin äärellisellä nopeudella (noin 50% valon nopeudesta), ja kaapelin ja moottorin aaltoimpedanssien suhteen määräämä osa pulssista heijastuu liitän-täpisteestä takaisin. Sopivan pituisella kaapelilla heijastumisilmiön vuoksi moot- 35 torin näkemä korkein jännitepulssi voi olla jopa kaksinkertainen verrattuna taajuusmuuttajan lähettämään jännitepulssiin (kts. esim. Transient Effects in Application of PWM Inverters to Induction Motors / Erik Persson / IEEE Transactions of Industry Applications, vol. 28 no 5, September/October 1992). Kriittinen kaa- 2 pelin pituus, jonka päässä täysimittainen heijastuma esiintyy, riippuu jännite- pulssin nousureunan kestoajasta; mitä nopeampi muutos sitä lyhyemmällä kaapelilla täysi heijastuma esiintyy. Esimerkiksi tehokytkimenä yleisesti käytettyjen IGBT-transistorien kytkentäajat ovat luokkaa 0,1ps, jolla kriittinen kaapelinpituus 5 on noin 30m.
Moottorin käämieristeiden kannalta jyrkkäreunaiset ja korkeat jän n i-tepulssit ovat vaarallisia, minkä vuoksi on yleistä käyttää passiivisilla komponenteilla (induktanssi, kapasitanssi, resistanssi) toteutettuja suodattimia taajuusmuuttajan ja moottorin välissä erityisesti suurilla jännitteillä toimittaessa, 10 jossa ongelma on pahin. Yleisiä ovat esim. dv/dt-suodattimet, joilla jännitepuls-sin reunojen kestoaikaa ja sitäkautta kriittistä kaapelinpituutta pidennetään, ja sinisuodattimet, joilla pulssimainen jännitekuvio suodatetaan lähes sinimuotoiseksi heijastumaongelman täydelliseksi eliminoimiseksi. Esimerkki tunnetusta suodattimen kytkennästä on esitetty kuviossa 1 (ilman vaimennusvastuksia, 15 joita käytetään estämään suodattimen resonanssi-värähtelyitä). Suodattimen induktanssi- ja kapasitanssiarvojen suuruudella voi vaikuttaa siihen, toimiiko suodatin dv/dt- vai sinisuodattimena.
Ongelma suodattimia käytettäessä on niiden kustannus, koko ja paino. Erityisesti sinisuodattimet ovat hyvin suurikokoisia ja kalliita.
20
Keksinnön yhteenveto Tämän keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan tunnetun tekniikan 25 mukaiset ongelmat välttää aikaansaamalla hallittu lähtöjännitepulssin nousu-reunan muutosnopeus ilman suuria ja kalliita suodattimia.
Keksinnössä PWM-taajuusmuuttajan muodostamien lähtöjännite-pulssien nousu- ja laskureunoja muokataan, edullisesti jännitepulssien muutosnopeuden ja jänniteaskeleen korkeuden alentamiseksi. Tällainen lähtöjännite-30 pulssien loiventaminen vaikuttaa vastaavasti myös moottorin navoissa näkyviin jännitepulsseihin, mikä puolestaan alentavaa moottorin käämieristeisiin kohdistuvaa rasitusta ja sitä kautta pidentää moottorin elinikää.
Ratkaisu perustuu siihen, että jännitepulssin reunalla, sensijaan että ohjattaisiin tehokytkin perinteiseen tapaan kerralla johtavaksi, se ohjataankin 35 muutaman ps:n aikana vuorotellen johtavaksi ja johtamattomaksi. Näinollen perinteinen yksinkertainen pulssinreuna muuttuukin vähintään yhdeksi, edullisesti useaksi ns. mikropulssiksi, joiden leveyttä ohjataan kasvamaan kohti kytkimen lopullista tilaa.
3
Lisäksi keksinnön mukaiseen ratkaisuun voi kuulua pieni passiivi-komponentteja sisältävä suodatin jolla mikropulsslen jännite suodatetaan lopulliseksi taajuusmuuttajan lähtöjännitteeksi, jonka muutosnopeutta voidaan ohjata 5 halutulla tavalla lähes portaattomasti mikropulssien lukumäärää ja pulssinleve-yttä ohjaamalla.
Yksityiskohtaisesti keksinnön tunnusomaiset piirteet on esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa ja edullisia sovellutusmuotoja muissa patenttivaatimuksissa.
10 Keksinnön mukainen ohjaus edellyttää hyvin nopeita tehokytkimiä, jollaisia ovat esim. tehofetit (tehokanavatransistorit) ja ns. piikarbiditekniikalla (SiC) toteutetut IGBT-transistorit ja diodit.
Tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna keksinnön mukainen ratkaisu alentaa laitteiston kustannuksia, kokoa ja painoa silloin kun moottorin näkemien 15 jännitepulssien jyrkkyyttä ja/tai korkeutta on edullista rajoittaa. Keksinnön vaatiman passiivisen suodattimen komponentit ovat hyvin pieniä verrattuna perinteisiin suodattimiin. Lisäksi keksinnön mukainen toteutus mahdollistaa lähtö-jännitepulssin muutosnopeuden asettelun halutuksi tapauskohtaisesti, pelkästään ohjelmallisin keinoin mikropulssien lukumäärän ja leveyksien kautta, ilman 20 vaikutusta ulkoisen passiivisen suodattimen komponenttiarvoihin.
Piirustusten lyhyt kuvaus
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerk-25 kien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa
Kuvio 1 esittää taajuusmuuttajan pääpiiriä ja suodatinta,
Kuvio 2 esittää taajuusmuuttajan modulointia
Kuvio 3 esittää jännitepulsseja taajuusmuuttajan lähtöliittimissä ja moottorin tuloliittimissä, 30 Kuvio 4 esittää lähtöjännitteen pulssikuvioita perinteisellä ja uudella ohjaustavalla,
Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen ratkaisun suodatinta,
Kuvio 6 esittää lähtöjännitteen pulssinreunan suodatusta, ja
Kuvio 7 esittää jännitepulssin reunoja taajuusmuuttajan lähtö-35 liittimissä ja moottorin tuloliittimissä keksinnön mukaisella ratkaisulla.
4
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus
Kuviossa 1 on esimerkki normaalin kolmivaiheisen PWM-taajuusmuuttajan pääpiiristä, jossa on kolmivaiheinen syöttöjännite R, S, T, AC-5 kuristin Lac verkkovirran yliaaltojen rajoittamiseksi, diodeista D11 - D16 koostuva verkkosilta 10 syöttöverkon kolmivaiheisen vaihtojännitteen tasasuuntaa-miseksi tasajännitevälipiirin tasajännitteeksi Uoc jota suodatetaan suotokonden-saattorilla CDc, kolmesta tehopuolijohdekomponenteilla toteutetusta vaihekytki-mestä koostuva kuormasilta 11, joka muodostaa välipiirin tasajännitteestä kol-10 mivaiheisen lähtöjännitteen U, V, W moottorin M ohjaamiseksi, sekä ohjausyksikkö 12. Nykyaikaisissa taajuusmuuttajissa vaihekytkimet toteutetaan useimmiten kuvion esimerkin mukaisesti IGBT-transistoreilla Q21-Q26, joiden rinnalle on kytketty ns. nolladiodit D21-D26. Vaihekytkin tarkoittaa yhden lähtövaiheen ohjaamiseksi tarvittavia komponentteja ohjauspiireineen, esim. U-15 vaihekytkimeen kuuluvat Q21, Q24, D21 ja D24. Lisäksi kuvioon on piirretty suodatin 13, johon kuuluu ainakin vaihekohtaiset induktanssit L ja kapasitanssit C, sekä esimerkiksi induktanssien rinnalle kytketyt vaimennusvastukset, joita kuvioon ei kuitenkaan ole piirretty. Induktanssi-ja kapasitanssiarvojen mitoituksella voidaan vaikuttaa siihen, onko kyseessä dv/dt-suodatin (pienemmät kom-20 ponenttiarvot) vai sinisuodatin (suuremmat komponenttiarvot).
Kuormasillan kytkinten ohjauspulssikuviot muodostetaan ohjausyksikön ns. modulaattorissa. Kuviossa 2 on esimerkki eräästä tunnetusta modu-laattorityypistä, sinikolmiomodulaattorista. Siinä vaihekohtaisia siniaaltoja UUref. 25 Uvref, Uwref verrataan yhteiseen kolmioaaltoon UA ja vertailun tuloksena saadaan vaihekohtaiset kytkinohjaukset, joissa esim. signaalin U yläasento vastaa sitä, että vaihekytkimen U ylähaaran tehokytkin ohjataan johtavaksi ja ala-asento sitä, että alahaaran tehokytkin ohjataan johtavaksi. Kytkinohjausten signaalitaa-juutta nimitetään kytkentätaajuudeksi, joka nykyaikaisissa IGBT-transistoreilla 30 toteutetuissa taajuusmuuttajissa vaihtelee tyypillisesti välillä 1...16 kHz.
Kuviossa 3 on esitetty millainen on heijastumisilmiön vaikutus moottorin jännitteeseen ilman suodatinta. Uuv(i) esittää U- ja V-vaiheiden välisen jännitteen periaatteellista käyrämuotoa taajuusmuuttajan lähtöliittimissä, ja 35 vastaavasti Uuv(M> samojen vaiheiden välistä jännitettä kaapelin toisessa päässä moottorin liitäntäpisteessä. Kuviossa taajuusmuuttajan lähtöjännite muuttuu ajanhetkien ti ja tz välillä välipiirijännitteen Udc kokoisen askeleen verran. Vastaava jännitemuutos moottorin päässä tapahtuu kaapelin etenemisviiveen ver- 5 ran myöhemmin. Heijastusilmiön vuoksi jännitepulssin etureunalla tapahtuu maksimiylitys U0s, joka riippuu kaapelinpituudesta sekä kaapelin ja moottorin aaltoimpedanssien suhteesta. Jännitepulssin eturaunalla jännite värähtelee mm. kaapelin pituudesta riippuvalla taajuudella, ja värähtely vaimenee hiljalleen 5 häviöiden ansiosta kunnes moottorin jännite lopulta tasaantuu samaksi kuin syöttöjännite taajuusmuuttajan lähdössä.
Kuviossa 4 on esitetty kuinka tämän keksinnön mukainen tehopuo-lijohteiden ohjaus eroaa perinteisestä ohjauksesta. Uold on modulaattorin tuot-10 tama U-vaiheen pulssikuvio (vrt. kuvio 2), jonka mukaisesti tunnetun tekniikan mukaisesti suoraan ohjataan U-vaiheen ylähaaran (Uu(old)) ja alahaaran (Ul(old)) tehokytkimiä. Kytkinten ohjausprosessiin kuuluu tunnetusti myös ns. kuollut aika tD, jonka aikana kumpaakaan kytkintä ei ohjata.
Unew on tämän keksinnön ohjaustavan mukainen pulssikuvio, jossa 15 modulaattorin tuottaman pulssikuvion muutoskohtiin lisätään ylimääräisiä kytkentöjä (mikropulsseja) kuvion mukaisella aikavälillä tM, jonka aikavälin pituus voi muuttua sen mukaan millainen on lähtöjännitteen haluttu muutosnopeus. Lisa kytkentöjen pulssisuhde, silloin kun niitä on useita, on edullista sovittaa muuttumaan esim. lineaarisesti kohti lopullista tilaa (esimerkiksi välittömästi 20 ajanhetken t-i jälkeen ohjaussignaali Uu(new> on suurimman osan ajasta "V-asennossa, kun taas aikaviiveen tM loppuvaiheessa se on suurimman osan ajasta ”0’’-asennossa). Mikropulsseja käytetään vain sen tehokytkimen ohjauksessa, jolla on vaikutusta lähtöjännitteen tilaan. Esimerkiksi jos kuvion 4 tilanteessa ajanhetkellä ti U-vaiheen lähtövirta kulkee moottoriin päin, käytetään 25 mikropulsseja vain ylähaaran tehokytkimen ohjauksessa (koska alahaarassa virta kulkee nolladiodin kautta jolloin diodin rinnalla olevan tehokytkimen ohjaamisella ei ole vaikutusta lähtöjännitteen tilaan). Vastaavasti jos U-vaiheen virta ajanhetkellä t2 kulkee taajuusmuuttajaan päin, käytetään mikropulsseja vain alahaaran tehokytkimen ohjauksessa. Mikropulssien käyttäminen lisää tehokyt-30 kinten kytkentätaajuutta ja siitä johtuvia häviöitä, minkä vuoksi pulssien käyttäminen on käytännössä mahdollista vain hyvin nopeilla tehokytkimillä. Yksittäisen mikropulssin ajallinen kesto on lyhyt, tyypillisesti alle 1 ps.
Kuviossa 5 on esitetty eräs mahdollisuus keksinnön yhteydessä 35 käytettävän suodattimen FILTER toteutukseen (mahdollisesti tarvittavat vai-mennusvastukset on yksinkertaisuuden vuoksi jätetty kuviosta pois). Kuvioon on piirretty myös vaihekohtaiset kuristimet L2, jotka edustavat kaikkia sellaisia tehoasteen mekaanisesta toteutuksesta johtuvia hajainduktansseja, joilla on 6 merkitystä suodattimen kannalta (esim. taajuusmuuttajan sisäinen osa lähtö-kaapelointia). I_2 voi olla myös erillinen komponentti, mikäli suodattimen induktanssiako sitä vaatii. Mikropulssien aikana suodattimen kondensaattorit Ci latautuvat vähitellen kohti lopullista jännitettä kuristinten Li ja l_2 rajoittaessa 5 latausvirtapulssien suuruutta. Kuristinten Li läpi kulkee vain lyhyitä virtapulsse-ja mikropulssien aikana, joten niiden mitoitus voi olla huomattavasti kevyempi kuin esim. kuvion 1 mukaisessa suodattimessa, jossa täysi moottorivirta kulkee kuristinten kautta.
-10 Kuviossa 6 on esimerkki lähtöjännitteen muodostumisesta, kun käytetään kahta mikropulssia kuvion 5 mukaisella suodatinjärjestelyllä. Suodatettu lähtöjännite Uuv(F) kasvaa kohti lopullista arvoaan sitä mukaa kuin taajuusmuuttajan tehokytkinten muodostaman jännitteen Uuv(i) mikropulssien leveydet kasvavat. Kytkentähetkillä lähtöjännitteessä näkyy Li:n ja L2:n induk-15 tanssiarvojen määräämän jännitejaon askelmainen vaikutus. Koska suodatin on LC-tyyppinen, lähtöjännitteen huippuarvo on hieman välipiirin jännitettä Udc korkeampi. Kuvioon piirretty suora du/dt esittää keskimääräistä lähtöjännitteen nousunopeutta, joka voidaan asetella halutuksi mikropulssien keston ja pulssin-leveyden ohjauksen kautta. Huomattakoon että mikropulsseja voi olla vain yksi, 20 jolloin sen pituus on edullista sovittaa sellaiseksi että pulssin aikana lähtöjännite nousee yli 50% lopullisesta arvosta.
Kuviosta 7 ilmenevät periaatteelliset jännitteen käyrämuodot kaapelin taajuusmuuttajan (Uuv(F)) ja moottorin (Uuv(m) puoleisessa päässä. Koska 25 taajuusmuuttajan lähtöjännite nousee täyteen arvoonsa loivasti askeltaen, ja heijastumisilmiö kasvattaa vain yhden jänniteaskeleen korkeutta kerrallaan, jää moottorin näkemä jännitehuippu alhaisemmaksi kuin perinteisessä, kuvion 3 mukaisessa tilanteessa.
30 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (12)

7
1. Menetelmä PWM-taajuusmuuttajan lähtöjännitepulssien ohjaamiseksi, jossa PWM-taajuusmuuttajassa on verkkosilta (10) syöttöverkon vaih- 5 tojännitteen tasasuuntaamiseksi tasajännitevälipiirin tasajännitteeksi (UDc). jota suodatetaan suotokondensaattorilla (Cdc), tehopuolijohdekomponenteilla toteutetuista vaihekytkimistä koostuva kuormasilta (11), joka muodostaa välipiirin tasajännitteestä lähtevän vaihtojännitteen (U, V, W) kuorman (M) ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että lähtöjännitteen keskimääräisen muutosno- 10 peuden asettelemiseksi jokaisen lähtöjännitteen tilanmuutoksen yhteydessä ainakin yhtä vaihekytkimen ohjattavaa tehokomponenttia ohjataan siten, että ennenkuin lähtöjännite jää tilanmuutoksen jälkeiseen asentoonsa, se käy vähintään yhden kerran lyhyen, tyypillisesti alle 1ps mittaisen ajanjakson (mikropuls-si) verran ennen tilanmuutosta vallinneessa asennossa. 15
2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikropulsseja on useita ja niiden leveys muuttuu lineaarisesti kohti tilanmuutoksen jälkeistä tilaa.
3. Vaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikropulssien lukumäärä ja ajanjakso, jona niitä käytetään, on aseteltavissa.
4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että mikropulsseja käytetään vain sen tehokom- ponentin ohjauksessa, jolla on vaikutusta lähtöjännitteen tilaan.
5. Järjestely PWM-taajuusmuuttajan lähtöjännitepulssien ohjaamiseksi, jossa PWM-taajuusmuuttajassa on verkkosilta (10) syöttöverkon vaihto- 30 jännitteen tasasuuntaamiseksi tasajännitevälipiirin tasajännitteeksi (UDc), jota suodatetaan suotokondensaattorilla (Cdc), tehopuolijohdekomponenteilla toteutetuista vaihekytkimistä koostuva kuormasilta (11), joka muodostaa välipiirin tasajännitteestä lähtevän vaihtojännitteen (U, V, W) kuorman (M) ohjaamiseksi, ja ohjausyksikkö, 35 tunnettu siitä, että lähtöjännitteen keskimääräisen muutosno peuden asettelemiseksi jokaisen lähtöjännitteen tilanmuutoksen yhteydessä ainakin yksi vaihekytkimen ohjattava tehokomponentti on sovitettu ohjatuksi siten, että ennenkuin lähtöjännite jää tilanmuutoksen jälkeiseen asentoonsa, se 8 käy vähintään yhden kerran lyhyen, tyypillisesti alle 1ps mittaisen ajanjakson (mikropulssi), verran ennen tilanmuutosta vallinneessa asennossa.
6. Vaatimuksen 5 mukainen järjestely, 5 tunnettu siitä, että mikropulsseja on useita ja niiden leveys muuttuu lineaarisesti kohti tilanmuutoksen jälkeistä tilaa.
7. Vaatimuksen 5 tai 6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mikropulssien lukumäärä ja ajanjakso, jona 10 niitä käytetään, on aseteltavissa.
8. Jonkin patenttivaatimuksista 5-7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely on sovitettu siten, että mikropulsseja käytetään vain sen tehokomponentin ohjauksessa, jolla on vaikutusta läh- 15 töjännitteen tilaan.
9. Jonkin patenttivaatimuksista 5-8 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestelyyn kuuluu passiivikomponentteja sisältävä suodatin, jolla mikropulssien jännite suodatetaan lopulliseksi taajuus-20 muuttajan lähtöjännitteeksi.
10. Jonkin patenttivaatimuksista 5-9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että vaihekytkimen ohjattavat tehokomponentit ovat tehofettejä (tehokanavatransistoreja) 25
11. Jonkin patenttivaatimuksista 5-9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että vaihekytkimen ohjattavat tehokomponentit ovat piikarbiditekniikalla (SiC) toteutettuja IGBT-transistoreja.
12. Jonkin patenttivaatimuksista 5-9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että vaihekytkimen nolladiodit on toteutettu piikarbiditekniikalla (SiC). 9
FI20070493A 2007-06-20 2007-06-20 Jännitepulssin rajoitus FI119669B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070493A FI119669B (fi) 2007-06-20 2007-06-20 Jännitepulssin rajoitus
EP08075493.0A EP2020742B1 (en) 2007-06-20 2008-05-19 Limitation of voltage pulse in a PWM frequency converter
US12/153,860 US8228698B2 (en) 2007-06-20 2008-05-27 Frequency converter voltage pulse shaping device and method
CN200810127133.XA CN101330259B (zh) 2007-06-20 2008-06-19 电压脉冲的限制

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070493A FI119669B (fi) 2007-06-20 2007-06-20 Jännitepulssin rajoitus
FI20070493 2007-06-20

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20070493A0 FI20070493A0 (fi) 2007-06-20
FI20070493A FI20070493A (fi) 2008-12-21
FI119669B true FI119669B (fi) 2009-01-30

Family

ID=38212348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20070493A FI119669B (fi) 2007-06-20 2007-06-20 Jännitepulssin rajoitus

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8228698B2 (fi)
EP (1) EP2020742B1 (fi)
CN (1) CN101330259B (fi)
FI (1) FI119669B (fi)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK178199B1 (en) * 2013-10-23 2015-08-03 Wind Solutions As Kk Method for controlling the shape of the rising and falling edges of an output voltage pulse of a PWM converter
US9680376B2 (en) * 2014-02-28 2017-06-13 Cree, Inc. Power conversion electronics having conversion and inverter circuitry
US9461547B2 (en) 2014-03-07 2016-10-04 Cree, Inc. Converter circuitry
EP3001553A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-30 ABB Oy Electric assembly
EP3410589B1 (de) * 2017-05-29 2019-09-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Umrichter, vorrichtung mit einem solchen umrichter, system und verfahren zum steuern einer steuerbaren energiequelle
IL278835B (en) 2020-11-19 2022-01-01 Visic Tech Ltd A dynamic controller for voltage rate-of-change design

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4067057A (en) * 1976-06-25 1978-01-03 Pacific Electronic Enterprises Inc. DC to AC switching converter
US4605999A (en) * 1985-03-11 1986-08-12 At&T Bell Laboratories Self-oscillating high frequency power converter
JPH0458790A (ja) * 1990-06-28 1992-02-25 Toshiba Corp ステッピングモータ駆動装置
US5633790A (en) 1995-01-18 1997-05-27 Eaton Corporation DV/DT limiting of inverter output voltage
US6163019A (en) * 1999-03-05 2000-12-19 Abb Metallurgy Resonant frequency induction furnace system using capacitive voltage division
DE69917630T2 (de) * 1999-09-01 2005-06-23 Ramarathnam, Ramachandran Motorregler für unterschiedliche Geschwindigkeiten
DE10020137A1 (de) * 2000-04-14 2001-10-25 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Schaltung zur Rückspeisung der in einer Stromrichterbeschaltung anfallenden elektrischen Energie
CN1415118A (zh) * 2000-07-28 2003-04-30 住友电气工业株式会社 逆变器
US6541933B1 (en) 2001-11-20 2003-04-01 Rockwell Automation Technologies, Inc. Angle control of modulating wave to reduce reflected wave overvoltage transients
US6603675B1 (en) * 2002-01-17 2003-08-05 Abb Ab Apparatus and a method for voltage conversion
JP4585772B2 (ja) * 2004-02-06 2010-11-24 関西電力株式会社 高耐圧ワイドギャップ半導体装置及び電力装置
FR2867915B1 (fr) 2004-03-22 2006-04-21 Schneider Electric Ind Sas Dispositif et procede de commande d'un convertisseur et convertisseur et installation electrique comportant un tel dispositif
US7164254B2 (en) * 2005-02-28 2007-01-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. Modulation methods and apparatus for reducing common mode voltages

Also Published As

Publication number Publication date
US20080316780A1 (en) 2008-12-25
CN101330259A (zh) 2008-12-24
EP2020742B1 (en) 2020-02-12
FI20070493A (fi) 2008-12-21
EP2020742A2 (en) 2009-02-04
FI20070493A0 (fi) 2007-06-20
EP2020742A3 (en) 2017-02-08
CN101330259B (zh) 2015-07-22
US8228698B2 (en) 2012-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dai et al. Comparative investigation of PWM current-source inverters for future machine drives using high-frequency wide-bandgap power switches
FI119669B (fi) Jännitepulssin rajoitus
Zare et al. Electromagnetic interference issues of power, electronics systems with wide band gap, semiconductor devices
US9071166B2 (en) Power converter with surge voltage suppression
US9843266B2 (en) Method for damping resonant component of common-mode current of multi-phase power converter
Naumanen et al. Mitigation of high du/dt-originated motor overvoltages in multilevel inverter drives
Zhang et al. A low-loss compact reflected wave canceller for SiC motor drives
JP4673648B2 (ja) コンバータの制御装置及び方法並びにその装置を有するコンバータ及び電気装置
Diab et al. A quasi-three-level PWM scheme to combat motor overvoltage in SiC-based single-phase drives
Acharya et al. Design of output dv/dt filter for motor drives
Kim et al. An analytical design strategy and implementation of a dv/dt filter for WBG devices based high speed machine drives
KR20150105491A (ko) D급 증폭기
Zhou et al. Mitigation of motor overvoltage in SiC-device-based drives using a soft-switching inverter
Zhong et al. Transient modeling and analysis of motor terminal voltage on PWM inverter-fed AC motor drives
Bertoldi et al. Quasi-two-level converter operation strategy for overvoltage mitigation in long cable applications
Vadstrup et al. LC filter design for wide band gap device based adjustable speed drives
CN111564969A (zh) 一种逆变器共模电磁干扰噪音抑制方法及系统
JP2003209973A (ja) 電力変換装置
Trung et al. Design challenges for 13.56 MHz 10 kW resonant inverter for wireless power transfer systems
Diao et al. A modular and performance-tunable silicon carbide half-bridge building block with digital gate driver
Strom et al. Active du/dt filtering for variable-speed AC drives
Korhonen et al. Control of an inverter output active du/dt filtering method
Naumanen et al. Multilevel modulation method for mitigation of high du/dt-originated oscillating overvoltages at motor terminals
US10910983B2 (en) Method for adjusting an inverter connected to an electric motor via a du/dt filter
Karami et al. Comparison of three-level and two-level converters for AFE application

Legal Events

Date Code Title Description
MD Opposition filed

Opponent name: ABB OY

RF Appeal filed
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: VACON OY