FI123087B - Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja - Google Patents
Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja Download PDFInfo
- Publication number
- FI123087B FI123087B FI20115600A FI20115600A FI123087B FI 123087 B FI123087 B FI 123087B FI 20115600 A FI20115600 A FI 20115600A FI 20115600 A FI20115600 A FI 20115600A FI 123087 B FI123087 B FI 123087B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- coupling
- rectifier
- diode
- branch
- semiconductor
- Prior art date
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
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/145—Conversion of ac power input into dc 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M7/155—Conversion of ac power input into dc 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M7/162—Conversion of ac power input into dc 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
-
- 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
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- 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
- H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
-
- 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
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc 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
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc 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
- H02M7/219—Conversion of ac power input into dc 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 in a bridge configuration
-
- 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
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/487—Neutral point clamped inverters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Description
Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja
Keksinnön ala
Keksintö liittyy kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaaraan ja 5 kolmivaiheiseen kolmitasoiseen tasasuuntaajaan.
Keksinnön tausta
Kolmitasoiset tasasuuntaajat ovat tasasuuntaajia, joissa on kolme tasajännitenapaa. Positiivisen ja negatiivisen tasajännitenavan lisäksi niissä on neutraali tasajännitenapa. Esimerkkejä kolmitasoisista tasasuuntaajista on 10 esitetty julkaisuissa Y. Zhao, Y. Li ja T. A. Lipo, "Force commutated three level boost type rectifier", IEEE transactions on industry applications, Vol. 31, No. 1, January/February 1995, sekä J. W. Kolar ja F. C. Zach, "A novel three-phase utility interface minimizing line current harmonics of high-power telecommunications rectifier modules", IEEE transactions on industrial electronics, Vol. 44, 15 No. 4, August 1997.
Kuviossa 1 on esitetty piirikaavio kolmivaiheisen kolmitasoisen tasasuuntaajan pääpiiristä. Kuvattu tasasuuntaaja käsittää kolme kytkentähaa-raa, joissa kussakin on yksi vaihtojännitetulonapa AC1, AC2, AC3. Tasajänni-telähtö puolestaan muodostuu kolmesta navasta: positiivisesta tasajännitena-20 vasta Udc+, negatiivisesta tasajännitenavasta Udc- sekä neutraalista tasajän-nitenavasta NP. Tasasuuntaajan tasajännitevälipiiri käsittää puolestaan kondensaattorit C1 ja C2 kytkettyinä sarjaan positiivisen tasajännitenavan Udc+ ja negatiivisen tasajännitenavan Udc- välille siten, että neutraali tasajännitenapa NP muodostuu kondensaattorien liitäntäpisteeseen. Tasasuuntaajan kukin kyt-£ 25 kentähaara käsittää edelleen neljä sarjaan kytkettyä diodia positiivisen ja nega- tiivisen tasajännitenavan välillä sekä kaksi ohjattavaa kytkintä, joilla moduloi- O) o daan sisääntulojännitettä tietyn modulointimenetelmän mukaisesti. Mahdollisia o modulointimenetelmiä ovat esimerkiksi vektorimodulaatio ja hystereesimodu- £ laatio. Kunkin kytkentähaaran ylempi kytkin kommutoi tällöin ylimmän sarjaan
CL
30 kytketyn diodin kanssa ja alempi kytkin vastaavasti alimman sarjaan kytketyn § diodin kanssa modulointisuunnitelman mukaisesti. Kuvion esimerkissä kunkin m ohjattavan kytkimen rinnalle on lisäksi kytketty diodi.
™ Tasasuuntaajan tasajännitevälipiirin kondensaattorit tulee tyypilli sesti ladata ennen tasasuuntaajan normaalia käyttöä. Kondensaattorien lataus 35 voidaan suorittaa esimerkiksi kontaktorin ja latausvastuksen avulla siten, että 2 latausvaiheessa kondensaattorien latausvirta kytketään kontaktorin avulla kiertämään latausvastuksen kautta, mikä rajoittaa latausvirtaa. Tällaisen ratkaisun eräs ongelma on esimerkiksi se, että se vaatii erillisen kontaktorin.
Keksinnön lyhyt selostus 5 Keksinnön tavoitteena on kehittää laitteisto siten, että yllä mainittu ongelma saadaan ratkaistua tai sitä voidaan ainakin lieventää. Keksinnön tavoite saavutetaan kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaaralla ja kolmivaiheisella kolmitasoisella tasasuuntaajalla, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot 10 ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.
Keksintö perustuu siihen, että kolmitasoisen suuntaajan kytkentä-haarassa toisen puolijohdekytkimen ja vaihtojännitenavan välille kytketty diodi on korvattu tyristorilla.
Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on se, että tasasuuntaajan ta-15 sajännitevälipiirin kondensaattorien lataukseen ei tarvita kontaktoria vaan väli-piirin kondensaattorit voidaan ladata esimerkiksi tyristorin ohjauskulman muutoksella tai tyristorin rinnalla olevan vastus-diodi-haaran kautta. Lisäksi vikatilanteessa tyristorin ohjaussignaalin poisto katkaisee vikavirran olennaisesti heti, kun virran suunta pyrkii muuttumaan, mikä tehostaa tasasuuntaajalaitteiston 20 suojausta.
Kuvioiden lyhyt selostus
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin eräiden suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:
Kuvio 1 esittää esimerkin kolmivaiheisen tasasuuntaajan pääpiiristä; ^ 25 Kuvio 2 esittää esimerkin tasasuuntaajan kytkentähaarasta erään ™ suoritusmuodon mukaisesti; O) 9 Kuvio 3 esittää esimerkin tasasuuntaajan kytkentähaarasta erään o suoritusmuodon mukaisesti; £ Kuvio 4 esittää esimerkin tasasuuntaajan kytkentähaarasta erään
CL
30 suoritusmuodon mukaisesti; o ’ § Kuvio 5 esittää esimerkin tasasuuntaajan kytkentähaarasta erään m
Ti suoritusmuodon mukaisesti; ja
O
erään suoritusmuodon mukaisesti.
cv Kuvio 6 esittää esimerkin kolmivaiheisen tasasuuntaajan pääpiiristä 3
Keksinnön yksityiskohtainen selostus
Keksinnön soveltamista ei ole rajoitettu mihinkään tiettyyn järjestelmään vaan keksintöä voidaan soveltaa erilaisten sähköjärjestelmien yhteydessä. Lisäksi keksinnön käyttöä ei ole rajoitettu mitään tiettyä perustaajuutta 5 hyödyntäviin järjestelmiin tai mihinkään tiettyyn jännitetasoon.
Kuviossa 2 on esitetty piirikaavio kolmitasoisen tasasuuntaajan kyt-kentähaarasta erään suoritusmuodon mukaisesti. On huomattava, että kuviossa on esitetty vain keksinnön ymmärtämisen kannalta olennaisia elementtejä. Kytkentähaara voi olla esim. kolmivaiheisen tasasuuntaajan yksi kytkentähaara 10 tai yksivaiheisen tasasuuntaajan kytkentähaara. Kuvion 2 kytkentähaara käsittää vaihtojännitetulonavan AC kytkentä haaran kytkemiseksi vaihtojännitesyöt-töön (ei esitetty) sekä positiivisen tasajännitenavan Udc+, negatiivisen tasa-jännitenavan Udc- ja neutraalin tasajännitenavan NP. Edelleen kytkentähaara käsittää ensimmäisen diodin D1 ja ensimmäisen ohjattavan puolijohdekytki-15 men S1, jotka on kytketty sarjaan positiivisen tasajännitenavan Udc+ ja neutraalin tasajännitenavan NP välille. Edelleen kytkentähaara käsittää toisen diodin D2 ja toisen ohjattavan puolijohdekytkimen S2, jotka on kytketty sarjaan negatiivisen tasajännitenavan Udc- ja neutraalin tasajännitenavan NP välille. Puolijohdekytkimet S1, S2 voivat olla esimerkiksi transistoreja kuten IGBT (In-20 sulated Gate Bipolar Transistor) tai FET (Field-Effect Transistor) tai muita puo-lijohdekytkimiä. Puolijohdekytkinten S1, S2 ohjauskomponentteja ja -kytkentöjä ei ole esitetty kuviossa selvyyden vuoksi. Edelleen kytkentähaara käsittää tyristorin T ja kolmannen diodin D3 kytkettyinä sarjaan ensimmäisen diodin D1 ja ensimmäisen puolijohdekytkimen S1 välisen kytkentäpisteen sekä toisen dio-25 din D2 ja toisen puolijohdekytkimen S2 välisen kytkentäpisteen välille siten, et-cvj tä tyristorin T ja kolmannen diodin D3 välinen kytkentäpiste on liitetty kytkentä- ^ haaran vaihtojännitenapaan AC. Kuvion 2 esimerkissä tyristori T on kytketty g ensimmäisen diodin D1 ja ensimmäisen puolijohdekytkimen S1 välisen kytkenet täpisteen sekä kytkentähaaran vaihtojännitenavan AC välille ja kolmas diodi o 30 D3 on kytketty toisen diodin D2 ja toisen puolijohdekytkimen S2 välisen kytken-^ täpisteen sekä kytkentähaaran vaihtojännitenavan AC välille. Kytkentähaara § voi käsittää edelleen neljännen diodin D4, joka on kytketty rinnan ensimmäisen
CD
puolijohdekytkimen S1 kanssa, sekä viidennen diodin D5, joka on kytketty rin-o nan toisen puolijohdekytkimen S2 kanssa, kuten kuviossa on esitetty. Kytken- 35 tähaara voi lisäksi käsittää ohjausyksikön 100 tai vastaavat ohjausvälineet tyristorin T ohjaamiseksi sopivilla ohjaussignaaleilla, jotka välitetään tyristorin hi- :: ii 4 lalle.
Kuviossa 3 on esitetty piirikaavio kolmitasoisen tasasuuntaajan kyt-kentähaarasta erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvion 3 esittämä esimerkki kytkentähaarasta vastaa muutoin kuvion 2 esimerkkiä kytkentähaarasta mutta 5 kuvion 3 kytkentähaarassa tyristori T on kytketty toisen diodin D2 ja toisen puolijohdekytkimen S2 välisen kytkentäpisteen sekä kytkentähaaran vaihtojän-nitenavan AC välille ja kolmas diodi D3 on kytketty ensimmäisen diodin D1 ja ensimmäisen puolijohdekytkimen S1 välisen kytkentäpisteen sekä kytkentähaaran vaihtojännitenavan AC välille.
10 Erään suoritusmuodon mukaisesti kytkentähaaran ensimmäinen diodi D1 ja ensimmäinen puolijohdekytkin S1 sijaitsevat ensimmäisessä kyt-kentähaarakohtaisessa puolijohdemoduulissa 10 ja kytkentähaaran toinen diodi D2 ja toinen puolijohdekytkin S2 sijaitsevat toisessa kytkentähaarakohtai-sessa puolijohdemoduulissa 20. Erään suoritusmuodon mukaisesti lisäksi kyt-15 kentähaaran kolmas diodi ja tyristori sijaitsevat kolmannessa kytkentähaara-kohtaisessa puolijohdemoduulissa 30. Edelleen erään suoritusmuodon mukaisesti kytkentähaaran neljäs diodi D4 sijaitsee ensimmäisessä kytkentähaara-kohtaisessa puolijohdemoduulissa ja viides diodi D5 sijaitsee toisessa kytken-tähaarakohtaisessa puolijohdemoduulissa 20. Puolijohdemoduulilla tarkoite-20 taan tässä yhteydessä yleisesti moduulia, joka käsittää useita puolijohde-elementtejä, jotka on järjestetty yhteiselle substraatille ja yhdistetty keskenään sähköisesti sopivalla tavalla. Sijoittamalla puolijohteet tällä tavoin puolijohde-moduuleihin saadaan kommutointipiirin hajainduktanssi minimoitua. Ensimmäinen puolijohdemoduuli 10 ja toinen puolijohdemoduuli 20 kuvion 3 esimer-25 kissä voidaan toteuttaa jarrukatkojamoduulien avulla. Kolmas puolijohdemo-^ duuli 30 voidaan toteuttaa puoliksi ohjatun tyristorihaaran avulla. Kuviossa 4 o on esitetty piirikaavio kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaarasta erään cf, suoritusmuodon mukaisesti. Kuvion 4 esittämä esimerkki käsittää lisäksi koi-
O
^ mannen puolijohdekytkimen S3, joka on kytketty ensimmäisen diodin D1 rin- ° 30 nalle, ja neljännen puolijohdekytkimen S4, joka on kytketty toisen diodin D2
X
£ rinnalle. Kolmas puolijohdekytkin sijaitsee ensimmäisessä puolijohdemoduulis- o sa 10 ja neljäs puolijohdekytkin sijaitsee toisessa puolijohdemoduulissa 20.
ίο Ensimmäinen puolijohdemoduuli 10 ja toinen puolijohdemoduuli 20 kuvion 4 5 esimerkissä voidaan toteuttaa IGBT-kaksikkojen avulla.
^ 35 Tasasuuntaajan välipiirin kondensaattorien C1, C2 alkuiataus voi daan suorittaa esimerkiksi kuvioiden 2-4 kytkinhaaraesimerkkien tapauksessa ; 5 tyristorin T vaihekulmaohjauksen avulla. Erään suoritusmuodon mukaisesti tyristorin T ohjausvälineet, kuten esimerkiksi ohjausyksikkö 100, on sovitettu tasasuuntaajan välipiirin latauksen aikana muuttamaan tyristorin ohjauskulmaa vasteellisesti tasasuuntaajan välipiirin jännitteelle ja tasasuuntaajan syöttöjän-5 nitteelle. Tämän mukaisesti tyristorin T ohjauskulmaa eli sitä kulmaa, jolloin tyristori sytytetään viivästettynä aikaisimmasta mahdollisesta sytytyshetkestä, muutetaan vasteellisesti tasasuuntaajan välipiirin jännitteelle ja tasasuuntaajan syöttöjännitteelle välipiirin latausvirran rajoittamiseksi. Erään suoritusmuodon mukaisesti ohjausyksikkö 100 on sovitettu muuttamaan tyristorin T ohjauskul-10 maa vasteellisesti tasasuuntaajan välipiirin jännitteen arvon ja tasasuuntaajan syöttöjännitteen arvon suhteelle tai erotukselle. Ohjauskulma voi aluksi olla esimerkiksi 180 astetta eli tyristorin T syttymistä viivästetään 180 astetta aikaisimmasta mahdollisesta sytytyshetkestä ja tämän jälkeen välipiirin jännitteen noustessa, ja täten välipiirin jännitteen arvon ja tasasuuntaajan syöttöjännit-15 teen arvon suhteen tai erotuksen muuttuessa, tyristorin T ohjauskulmaa pienennetään vaiheittain. Kun välipiirin jännite on noussut riittävän suureksi, voidaan välipiirin lataus lopettaa ja ohjata tyristori T diodimoodiin eli käytännössä jatkuvasti johtavaan tilaan, jolloin se toimii diodin tavoin. Tyristorin ohjausyksikkö 100 onkin edullisesti sovitettu ohjaamaan tyristori T diodimoodiin, kun ta-20 sasuuntaajan välipiiriä ei ladata.
Erään suoritusmuodon mukaisesti tyristori T voidaan ohjata johtamattomaan tilaan vasteellisesti sille, että havaitaan vikatilanne. Tyristorin ohjausyksikkö 100 voikin olla sovitettu ohjaamaan tyristori T johtamattomaan tilaan vasteellisesti vikatilan havaitsemiselle. Tällainen vikatilanne voi esiintyä esi-25 merkiksi tasasuuntaajan kytkentähaarassa, muualla tasasuuntaajassa tai jos-^ sakin tasasuuntaajaan liitetyssä laitteessa, kuten tasasuuntaajan mahdollisesti o syöttämässä laitteessa tai vaihtojännitesyötössä, joka syöttää tasasuuntaajaa, ck Esimerkki vikatilanteesta on jonkin tasasuuntaajan komponentin vikaantumi- ^ nen tai oikosulku tai maasulku jossakin tasasuuntaajan osassa. Vikatilanne ° 30 voidaan havaita esimerkiksi erityisen vikadiagnostiikkatoiminnallisuuden avulla,
X
£ joka tarkkailee tasasuuntaajan kytkentähaaran tai koko tasasuuntaajan toimin- o taa ja havaitsee, jos toiminnassa esiintyy poikkeavuuksia normaalista toimin- $ nasta. Tällainen vikadiagnostiikkatoiminnallisuus voi sisältyä tyristorin ohjaus- 5 yksikköön 100 tai olla toteutettu yhden tai useamman erillisen yksikön (ei esi- ^ 35 tetty) avulla.
6
Tasasuuntaajan välipiirin kondensaattorien C1, C2 aikuiataus voidaan suorittaa myös toisella tapaa. Kuviossa 5 on esitetty piirikaavio kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaarasta erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvion 5 esimerkin kytkentähaara käsittää lisäksi latausvälineet tasasuuntaa-5 jän välipiirin lataamiseksi. Latausvälineet voivat kuvion 5 esimerkin mukaisesti käsittää esimerkiksi latausdiodin Dl sekä latausvastuksen Rl, jotka on kytketty kytkentähaaran vaihtojännitenavan ja positiivisen tasajännitenavan välille sekä ohjattavan kytkimen Sl kuten releen tai puolijohdekytkimen. Kuvion 5 suoritusmuodossa ohjausyksikkö 100 on sovitettu tasasuuntaajan välipiirin latauk-10 sen aikana ohjaamaan kytkin SL johtavaksi ja tyristori T johtamattomaan tilaan. Kun välipiirin jännite on noussut riittävän suureksi ja välipiirin lataus voidaan lopettaa, on ohjausyksikkö 100 sovitettu ohjaamaan kytkin SL johtamattomaan tilaan ja tyristori T jatkuvasti johtavaan tilaan.
Erään suoritusmuodon mukaisesti voidaan kolmivaiheinen kolmita-15 soinen suuntaaja toteuttaa kytkemällä yhteen kolme edellä kuvattua jonkin suoritusmuodon mukaista kytkentähaaraa. Kuviossa 6 on esitetty yksinkertaistettu piirikaavio tasasuuntaajan pääpiiristä, joka muodostuu kolmesta kuvion 2 mukaisesta vaihekohtaisesta kytkentähaarasta, jotka on kytketty yhteen yhdistämällä kunkin kytkentähaaran positiivinen tasajännitenapa Udc+, negatiivinen 20 tasajännitenapa Udc- sekä neutraali tasajännitenapa NP. Kussakin kytke ntä-haarassa on vastaavasti vaihtojännitetulonavat AC1, AC2, AC3 tasasuuntaajan kytkemiseksi kolmivaiheisen vaihtojännitesyötön (ei esitetty) kolmeen vaiheeseen. Kukin kytkentähaara käsittää edelleen ensimmäisen diodin D11, D12, D13 ja toisen diodin D21, D22, D23, sekä kolmannen diodin D31, D32, 25 D33 ja tyristorin T1, T2, T3, jotka on kytketty edellä kuvion 2 yhteydessä kuva- ^ tulla tavalla. Lisäksi kukin kytkentähaara käsittää ensimmäisen ohjattavan puo- o lijohdekytkimen S11, S12, S13 ja toisen puolijohdekytkimen S21, S22, S23, jotka on niin ikään kytketty edellä kuvion 2 yhteydessä kuvatulla tavalla. Tyris-^ torien tai puolijohdekytkinten ohjauskomponentteja ja -kytkentöjä ei ole esitetty ° 30 kuviossa selvyyden vuoksi. Kuvion 6 tasasuuntaajan kukin kytkentähaara voi
X
£ käsittää lisäksi neljännen diodin D41, D42, D43 sekä viidennen diodin D51, o D52, D53 kuten kuviossa on esitetty. Kuvion 6 tasasuuntaajan tasajänniteväli-
O
[g piiri käsittää puolestaan kondensaattorit C1 ja C2 kytkettyinä sarjaan positiivi- 5 sen tasajännitenavan Udc+ ja negatiivisen tasajännitenavan Udc- välille siten, ^ 35 että neutraali tasajännitenapa NP muodostuu kondensaattorien liitäntäpistee- seen. Välipiirin rakenne voi myös poiketa kuviossa esitetystä.
7
Edellä kuvatut eri toiminnallisuudet ja näiden eri yhdistelmät toteuttava laitteisto, kuten esimerkiksi ohjausyksikkö 100, voidaan toteuttaa yhden tai useamman yksikön avulla. Termi "yksikkö" viittaa yleisesti fyysiseen tai loogiseen kokonaisuuteen kuten fyysiseen laitteeseen tai sen osaan tai ohjelmis-5 torutiiniin.
Eri suoritusmuotojen toiminnallisuuden toteuttava laitteisto, kuten esimerkiksi ohjausyksikkö 100, voidaan toteuttaa ainakin osittain tietokoneen tai vastaavan signaalinkäsittelylaitteiston avulla, jossa on sopiva ohjelmisto. Eräs esimerkki soveltuvasta signaalinkäsittelylaitteistosta on ohjelmoitava Ιοί 0 giikkaohjain (Programmable Logic Controller, PLC). Tällainen tietokone tai sig-naalinkäsittelylaitteisto käsittää edullisesti ainakin työmuistin (RAM), joka tarjoaa tallennusalueen, jota aritmeettiset operaatiot hyödyntävät, ja prosessorin (CPU) kuten yleiskäyttöisen digitaalisen signaalinkäsittelyprosessorin (DSP), joka suorittaa aritmeettiset operaatiot. Prosessori voi käsittää joukon rekisterei-15 tä, aritmeettisen logiikkayksikön ja prosessorin ohjausyksikön. Prosessorin ohjausyksikköä ohjataan ohjelmakäskyjen sarjalla, joka siirretään prosessorille työmuistilta. Prosessorin ohjausyksikkö voi käsittää mikrokäskyjä perusoperaatioita varten. Mikrokäskyjen toteutus voi vaihdella prosessorin rakenteesta riippuen. Ohjelmakäskyt voi olla koodattu ohjelmointikielellä, joka voi olla korkean 20 tason ohjelmointikieli, kuten C, Java tms., tai alhaisen tason ohjelmointikieli kuten konekieli tai assembler. Tietokone voi myös käsittää käyttöjärjestelmän, joka voi tarjota järjestelmäpalveluja ohjelmakäskyillä kirjoitetulle tietokoneohjelmalle. Tietokone tai muu keksinnön tai sen osan toteuttava laitteisto, kuten esimerkiksi ohjausyksikkö 100 tai vastaava, voi käsittää sopivat syöttövälineet 25 esim. ohjaustiedon tai mittaustiedon vastaanottamiseen käyttäjältä ja/tai muilta ^ laitteilta ja tulostusvälineet esim. hälytysten ja ilmoitusten ja/tai ohjaustiedon 0 tulostamiseen sekä muiden laitteiden ohjaamiseen. Laitteisto voi käsittää lisäkin si sopivan käyttöliittymän, jonka kautta käyttäjä voi esimerkiksi asetella tarvit- ^ tavia parametreja. On myös mahdollista käyttää erityisiä integroituja piirejä, ku- ° 30 ten ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ja/tai erilliskomponentteja tai £ muita laitteita eri suoritusmuotojen toiminnallisuuden toteuttamiseen eri suori- o tusmuotojen mukaisesti.
^ Edellä esitetyt eri suoritusmuodot voidaan toteuttaa olemassa ole- 5 viin järjestelmiin, kuten sähkökäyttöihin tai niiden komponentteihin kuten ta- ^ 35 sasuuntaajiin tai taajuusmuuttajiin, ja/tai käyttää erillisiä elementtejä ja laitteita keskitetysti tai hajautetusti. Olemassa olevat laitteet sähkökäyttöjä varten ku- 8 ten tasasuuntaajat ja taajuusmuuttajat tyypillisesti käsittävät prosessorin ja muistin, joita voidaan hyödyntää eri suoritusmuotojen toiminnallisuuden toteuttamisessa. Täten eri suoritusmuotojen toteuttamisen vaatimat muutokset ja kokoonpanot voidaan suorittaa ainakin osittain ohjelmistorutiinien avulla, jotka 5 puolestaan voidaan toteuttaa lisättyinä tai päivitettyinä ohjelmistorutiineina. Jos eri suoritusmuotojen toiminnallisuus toteutetaan ohjelmiston avulla, tällainen ohjelmisto voidaan tarjota tietokoneohjelmatuotteena, joka käsittää tietokone-ohjelmakoodia, jonka tietokoneohjelmakoodin suoritus tietokoneessa saa aikaan tietokoneen tai vastaavan laitteiston suorittamaan keksinnön mukaisen 10 toiminnallisuuden edellä kuvattujen eri suoritusmuotojen mukaisesti. Tällainen tietokoneohjeimakoodi voidaan tallentaa tai yleisesti sisällyttää tietokoneella luettavalle välineelle kuten sopivalle muistivälineelle, esimerkiksi flash-muistille tai optiselle muistille, josta se on luettavissa yksikölle tai yksiköille, jotka suorittavat ohjelmakoodin. Lisäksi tällainen ohjelmakoodi voidaan ladata yksikölle tai 15 yksiköille, jotka suorittavat ohjelmakoodin, sopivan dataverkon kautta ja se voi korvata tai päivittää mahdollisesti olemassa olevaa ohjelmakoodia.
Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel-20 la patenttivaatimusten puitteissa.
C\J
δ cv i σ> o i
CO
o
X
IX
Q.
O
O
CO
LO
δ cv
Claims (15)
1. Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara, joka käsittää: ensimmäisen diodin (D1; D11, D12, D13) ja ensimmäisen puolijoh- dekytkimen (S1; S11, S12, S13) kytkettyinä sarjaan positiivisen tasajännitena-5 van (Udc+) ja neutraalin tasajännitenavan (NP) välille; toisen diodin (D2; D21, D22, D23) ja toisen puolijohdekytkimen (S2; S21, S22, S23) kytkettyinä sarjaan negatiivisen tasajännitenavan (Udc-) ja neutraalin tasajännitenavan (NP) välille; ja tyristorin (T; T1, T2, T3) ja kolmannen diodin (D3, D31, D32, D33) 10 kytkettyinä sarjaan ensimmäisen diodin ja ensimmäisen puolijohdekytkimen välisen kytkentäpisteen sekä toisen diodin ja toisen puolijohdekytkimen välisen kytkentäpisteen välille, missä tyristorin (T; T1, T2, T3) ja kolmannen diodin (D3, D31, D32, D33) välinen kytkentäpiste on liitetty kytkentähaaran vaihtojän-nitenapaan (AC; AC1, AC2, AC3) tunnettu siitä, että 15 ensimmäinen diodi (D1; D11, D12, D13) ja ensimmäinen puolijoh- dekytkin (S1; S11, S12, S13) sijaitsevat ensimmäisessä kytkentähaarakohtai-sessa puolijohdemoduulissa (10); ja toinen diodi (D2; D21, D22, D23) ja toinen puolijohdekytkin (S2; S21, S22, S23) sijaitsevat toisessa kytkentähaarakohtaisessa puolijohdemo-20 duulissa (20).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, tunnettu siitä, että tyristori (T; T1, T2, T3) on kytketty ensimmäisen diodin ja ensimmäisen puolijohdekytkimen välisen kytkentäpisteen sekä kytkentähaaran vaihto-25 jännitenavan (AC; AC1, AC2, AC3) välille; ja ^ kolmas diodi (D3, D31, D32, D33) on kytketty toisen diodin ja toisen o puolijohdekytkimen välisen kytkentäpisteen sekä kytkentähaaran vaihtojänni- ck tenavan (AC; AC1, AC2, AC3) välille. O
^ 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, ° 30 tunnettu siitä, että X £ tyristori (T; T1, T2, T3) on kytketty toisen diodin ja toisen puolijohde- o kytkimen välisen kytkentäpisteen sekä kytkentähaaran vaihtojännitenavan (AC; g AC1, AC2, AC3) välille; ja g kolmas diodi (D3, D31, D32, D33) on kytketty ensimmäisen diodin ja ^ 35 ensimmäisen puolijohdekytkimen välisen kytkentäpisteen sekä kytkentähaaran vaihtojännitenavan (AC; AC1, AC2, AC3) välille.
4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen tasasuuntaajan kytken-tähaara, tunnettu siitä, että tyristori (T; T1, T2, T3) ja kolmas diodi (D3, D31, D32, D33) sijaitsevat kolmannessa kytkentähaarakohtaisessa puolijoh-demoduulissa (30).
5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen tasasuuntaajan kyt- kentähaara, tunnettu siitä, että kytkentähaara käsittää lisäksi: neljännen diodin (D4; D41, D42, D43), joka on kytketty rinnan ensimmäisen puolijohdekytkimen (S1; S11, S12, S13) kanssa; ja viidennen diodin (D5; D51, D52, D53), joka on kytketty rinnan toisen 10 puolijohdekytkimen (S2; S21, S22, S23) kanssa.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, tunnettu siitä, että neljäs diodi (D4; D41, D42, D43) sijaitsee ensimmäisessä kytkentähaarakohtaisessa puolijohdemoduulissa (10); ja 15 viides diodi (D5; D51, D52, D53) sijaitsee toisessa kytkentähaara kohtaisessa puolijohdemoduulissa (20).
7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, tunnettu siitä, että kytkentähaara käsittää lisäksi: kolmannen puolijohdekytkimen (S3), joka on kytketty rinnan ensim-20 mäisen diodin kanssa; ja neljännen puolijohdekytkimen (S4), joka on kytketty rinnan toisen diodin kanssa.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, tunnettu siitä, että 25 kolmas puolijohdekytkin (S3) sijaitsee ensimmäisessä kytkentähaa rakohtaisessa puolijohdemoduulissa (10); ja ^ neljäs puolijohdekytkin (S4) sijaitsee toisessa kytkentähaarakohtai- o ^ sessa puolijohdemoduulissa (20).
9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen tasasuuntaajan kyt- o 30 kentähaara, tunnettu siitä, että kytkentähaara käsittää lisäksi: g ohjausvälineet (100), jotka on sovitettu tasasuuntaajan välipiirin la- ^ tauksen aikana muuttamaan tyristorin (T; T1, T2, T3) ohjauskulmaa vasteelli- § sesti tasasuuntaajan välipiirin jännitteelle ja tasasuuntaajan syöttöjännitteelle. m
^ 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, ° 35 tunnettu siitä, että ohjausvälineet (100) on sovitettu muuttamaan tyristorin (T; T1, T2, T3) ohjauskulmaa vasteellisesti tasasuuntaajan välipiirin jännitteen arvon ja tasasuuntaajan syöttöjännitteen arvon suhteelle tai erotukselle.
11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen tasasuuntaajan kyt-kentähaara, tunnettu siitä, että kytkentähaara käsittää lisäksi: latausvälineet (DL, Rl, Sl) tasasuuntaajan välipiirin lataamiseksi; ja 5 ohjausvälineet (100), jotka on sovitettu tasasuuntaajan välipiirin la tauksen aikana ohjaamaan tyristori (T; T1, T2, T3) johtamattomaan tilaan.
12. Jonkin patenttivaatimuksista 9-11 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, tu n nettu siitä, että ohjausvälineet (100) on sovitettu ohjaamaan tyristori (T; T1, T2, T3) diodimoodiin, kun tasasuuntaajan välipiiriä ei la- 10 data.
13. Jonkin patenttivaatimuksista 9-12 mukainen tasasuuntaajan kytkentähaara, tu n nettu siitä, että ohjausvälineet (100) on sovitettu ohjaamaan tyristori (T; T1, T2, T3) johtamattomaan tilaan vasteeliisesti vikatilan havaitsemiselle.
14. Kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja, joka käsittää kol me jonkin patenttivaatimuksista 1-13 mukaista kytkentähaaraa.
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tasasuuntaaja, tunnettu siitä, että kunkin kytkentähaaran positiiviset tasajännitenavat (Udc+) on yhdistetty toisiinsa, negatiiviset tasajännitenavat (Udo) on yhdistetty toisiinsa sekä 20 neutraalit tasajännitenavat (NP) on yhdistetty toisiinsa. C\J δ CvJ σ> cp co o X X > Q_ o o CO LO δ CvJ
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115600A FI123087B (fi) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja |
| EP12171290.5A EP2536016B1 (en) | 2011-06-15 | 2012-06-08 | Switching branch for three-level rectifier, and three-phase three-level rectifier |
| DK12171290.5T DK2536016T3 (da) | 2011-06-15 | 2012-06-08 | Omskiftningsgren til tre-niveau-ensretter, og tre-faset tre-niveau-ensretter |
| CN201210199021.1A CN102832831B (zh) | 2011-06-15 | 2012-06-14 | 用于三电平整流器的开关分支以及三相三电平整流器 |
| US13/523,066 US20120320647A1 (en) | 2011-06-15 | 2012-06-14 | Switching branch for three-level rectifier, and three-phase three-level rectifier |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115600A FI123087B (fi) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja |
| FI20115600 | 2011-06-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20115600A0 FI20115600A0 (fi) | 2011-06-15 |
| FI123087B true FI123087B (fi) | 2012-10-31 |
Family
ID=44206811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20115600A FI123087B (fi) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120320647A1 (fi) |
| EP (1) | EP2536016B1 (fi) |
| CN (1) | CN102832831B (fi) |
| DK (1) | DK2536016T3 (fi) |
| FI (1) | FI123087B (fi) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140119088A1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-05-01 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Three-level inverter and power supply equipment |
| CN103116080B (zh) * | 2013-01-29 | 2014-12-24 | 上海电气集团股份有限公司 | 三电平变流器的换流回路杂感的测量电路及其测量方法 |
| EP2768128A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-20 | ABB Oy | Three-level brake chopper and three-level converter |
| EP2779345B8 (en) * | 2013-03-14 | 2015-06-10 | ABB Technology Oy | Method for controlling switching branch of active neutral point clamped (ANPC) three-level converter and switching branch for such converter |
| EP3002867B1 (en) * | 2014-10-01 | 2019-12-04 | ABB Schweiz AG | Three-level converter and method for controlling three-level converter |
| DE102015105889A1 (de) * | 2015-04-17 | 2016-10-20 | Ge Energy Power Conversion Technology Limited | Schaltmodul und Umrichter mit wenigstens einem Schaltmodul |
| CN110829802B (zh) * | 2018-08-14 | 2022-07-29 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 三电平半桥驱动电路及变流器 |
| JP7468158B2 (ja) * | 2020-06-01 | 2024-04-16 | 富士電機株式会社 | 電力変換装置および半導体モジュール |
| CN112636614A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-09 | 哈尔滨理工大学 | 一种新型三电平Delta型接法整流器 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701692A (en) * | 1985-02-15 | 1987-10-20 | Nippondenso Co., Ltd. | Rectifying system for magnet-type AC generator |
| US4639851A (en) * | 1985-04-25 | 1987-01-27 | Westinghouse Electric Corp. | Method and apparatus for firing angle control of series connected thyristor switches |
| AT409569B (de) * | 1999-05-17 | 2002-09-25 | Ascom Energy Systems Ag | Vorrichtung und verfahren zur netzspannungsabhängig thyristorgesteuerten vorladung der ausgangskondensatoren eines dreipunkt-pulsgleichrichtersystems |
| BR9907351A (pt) * | 1999-12-22 | 2001-08-07 | Ericsson Telecomunicacoees S A | Método e circuito de controle para retificador do tipo elevador trifásico de três nìveis |
| EP1317791B1 (de) * | 2000-09-13 | 2006-07-26 | Abb Research Ltd. | Steuer- und regelverfahren für einen dreipunkt-stromrichter mit aktiven klemmschaltern sowie vorrichtung hierzu |
| US7474081B2 (en) * | 2005-01-27 | 2009-01-06 | General Electric Company | AC/DC converter and method of modulation thereof |
| US7375989B2 (en) * | 2005-01-27 | 2008-05-20 | General Electric Company | AC/DC converter and method of modulation thereof |
| US8154895B2 (en) * | 2007-02-02 | 2012-04-10 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method and apparatus for DC bus capacitor pre-charge |
| US7573732B2 (en) * | 2007-05-25 | 2009-08-11 | General Electric Company | Protective circuit and method for multi-level converter |
| EP2382699B1 (en) * | 2009-01-27 | 2019-04-17 | ABB Research Ltd. | Controlling a high-voltage direct-current (hvdc) link |
| FI9028U1 (fi) * | 2010-09-14 | 2011-01-05 | Abb Oy | Kolmitasoisen suuntaajan tytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen suuntaaja |
-
2011
- 2011-06-15 FI FI20115600A patent/FI123087B/fi active IP Right Grant
-
2012
- 2012-06-08 DK DK12171290.5T patent/DK2536016T3/da active
- 2012-06-08 EP EP12171290.5A patent/EP2536016B1/en active Active
- 2012-06-14 US US13/523,066 patent/US20120320647A1/en not_active Abandoned
- 2012-06-14 CN CN201210199021.1A patent/CN102832831B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120320647A1 (en) | 2012-12-20 |
| EP2536016B1 (en) | 2021-01-13 |
| CN102832831A (zh) | 2012-12-19 |
| CN102832831B (zh) | 2015-05-20 |
| FI20115600A0 (fi) | 2011-06-15 |
| EP2536016A3 (en) | 2017-12-06 |
| DK2536016T3 (da) | 2021-03-15 |
| EP2536016A2 (en) | 2012-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI123087B (fi) | Kolmitasoisen tasasuuntaajan kytkentähaara ja kolmivaiheinen kolmitasoinen tasasuuntaaja | |
| US9787213B2 (en) | Power cell bypass method and apparatus for multilevel inverter | |
| US9007787B2 (en) | Method and apparatus for bypassing Cascaded H-Bridge (CHB) power cells and power sub cell for multilevel inverter | |
| US7663268B2 (en) | Converters for high power applications | |
| Zhang et al. | Survey on fault-tolerant techniques for power electronic converters | |
| CN102403914B (zh) | 模块开关、电换流器和用于驱动电换流器的方法 | |
| EP2706653B1 (en) | Five-level power converter, controlling method and controlling device thereof | |
| CN102460888B (zh) | 用于交换功率的设备 | |
| EP2234237A9 (en) | Method for controlling single-phase DC/AC converters and converter arrangement | |
| US10536030B2 (en) | UPS circuit | |
| KR101791288B1 (ko) | 멀티 레벨 인버터 | |
| KR101373170B1 (ko) | 컨버터 | |
| CN105122624A (zh) | 具有降低功率损耗的转换器单元、高压多级转换器及关联方法 | |
| KR20160109137A (ko) | 인버터 시스템 | |
| CN105052029B (zh) | 能量存储设备和具有能量存储设备的系统 | |
| US10312825B2 (en) | Five-level half bridge inverter topology with high voltage utilization ratio | |
| CN105391327A (zh) | 用于三电平逆变器的开关支路及其控制方法 | |
| EP2755309B1 (en) | Power-factor correction circuit and power circuit | |
| US9425723B2 (en) | System comprising an electrically excited machine | |
| EP2451069B1 (en) | Switching branch for three-level rectifier and method for controlling switching branch for three-level rectifier | |
| CN107546974B (zh) | 具有级联二极管电路的升压电路和逆变器拓扑 | |
| JP6114601B2 (ja) | インバータおよびその作動方法 | |
| KR101654755B1 (ko) | 교류 모터 또는 직류 모터의 선택적 제어 | |
| CN107925361A (zh) | 多电平逆变器拓扑电路 | |
| US20210281164A1 (en) | Method for operating power factor correction circuit and method for operating uninterruptible power supply apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 123087 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |
|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: ABB SCHWEIZ AG |