FI124139B - Sähkötehon siirtolaitteisto - Google Patents
Sähkötehon siirtolaitteisto Download PDFInfo
- Publication number
- FI124139B FI124139B FI20115050A FI20115050A FI124139B FI 124139 B FI124139 B FI 124139B FI 20115050 A FI20115050 A FI 20115050A FI 20115050 A FI20115050 A FI 20115050A FI 124139 B FI124139 B FI 124139B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- voltage
- power
- circuit
- phase
- transformer
- 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
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/34—Arrangements for transfer of electric power between networks of substantially different frequency
-
- 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
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/36—Means for starting or stopping converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
- H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
-
- 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
- H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Description
SÄHKÖTEHON SIIRTOLAITTEISTO
Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on sähkötehon siirtolaitteisto tehon siirtämiseksi kahden sähköverkon tai sähköverkon ja monivaiheisen sähkökoneen välillä, joka laitteisto koostuu pienjännitteisistä tehosoluista ja yhdestä tai useammasta muuntajasta, joihin tehosolut on liitetty.
10
Tunnettu tekniikka ja ongelman kuvaus
Keskijänniteverkolla tarkoitetaan yli 1 kV sähkönjakeluverkkoa, jota käytetään sähköenergian siirrossa esimerkiksi suurjännitteisen (yli 36 kV) kan- 15 taverkon ja pienjännitteisen (alle 1 kV) kuluttajaverkon välillä. Sähkönjakeluverkot toimivat normaalisti 50/60 Hz vaihtosähköllä.
Suuritehoisissa, kuten yli 1 MW, sähkölaitteissa on tunnetusti edullista käyttää keskijännitettä pienemmän virran ja sitä kautta pienempien tehohä- 20 viöiden vuoksi. Sähkölaitteen, esimerkiksi sähkökoneen, ja sähkönjakeluverkon välille tarvitaan usein jonkinlainen sovitin eri taajuuksien, eri jännitetasojen tai galvaanisen erotustarpeen vuoksi. Tarvittava sovitus voidaan tunnetusti järjestää edullisesti muuntajan ja tehokonvertterin, esimerkiksi taajuusmuuttajan avulla.
25 Taajuusmuuttajissa yleisesti käytettyjen kytkintyyppisten tehopuoli- johdekomponenttien jännitekestoisuus on valmistusteknisistä syistä niin pieni, ^ että keskijännitteellä niitä on kytkettävä useita sarjaan. Komponenttien sarjaan- ™ kytkentään liittyvien ongelmien välttämiseksi on tunnettua hyödyntää pienjännit- o teistä taajuusmuuttajateknologiaa ns. kaskadikytkennän avulla, jossa pienjännit- i 30 teisiä tehosoluja kytketään sarjaan tarvittava määrä riittävän kokonaisjännite-x kestoisuuden saavuttamiseksi. Kytkentään kuuluu myös muuntaja, jossa on
CC
“ oma kääminsä jokaista tehokonvertteriin kuuluvaa tehosolua varten. Esimerkin kejä kaskadikytkennöistä löytyy mm. patenttijulkaisusta US 5,625,545, jonka ί mukaisessa ratkaisussa muuntaja toimii syöttöverkon taajuudella ja kaikki sen ^ 35 käämitykset ovat kolmivaiheisia, ja patenttijulkaisusta US 2010/0327793, jonka mukaisessa ratkaisussa muuntaja toimii suurella, yli 1 kHz taajuudella ja kaikki sen käämitykset ovat yksivaiheisia.
2 Sähkönjakeluverkoissa sattuu joskus häiriöitä, kuten hetkellisiä jän-nitekatkoksia. Sähkövoimalla toimiva prosessi menettää tällaisessa tilanteessa hallittavuutensa, minkä vuoksi se normaalisti halutaan pysäyttää mahdollisimman nopeasti. Esimerkiksi taajuusmuuttajalla syötetyn moottorin tapauksessa 5 tämä tarkoittaa sitä, että pyörimisnopeus ohjataan kohti nollaa jolloin moottorin toimintapiste voi kääntyä generaattoripuolelle, eli se alkaa syöttää tehoa taajuusmuuttajaan päin. Sisäisen ylijännitteen estämiseksi tällaisessa tilanteessa taajuusmuuttaja varustetaan usein ns. jarrukatkojalla, jonka avulla generaattori-teho voidaan syöttää vastukseen. Kaskadityyppisessä taajuusmuuttajassa vas-10 tusjarrutuksen toteuttaminen on mm. eristyssyistä hankalaa ja kallista, koska tunnetun tekniikan mukaisesti jokainen tehosolu on varustettava omalla vastus-jarrullaan.
Kaskadikytkentään kuuluvat tehosolut toimivat tunnetusti ns. PWM-periaatteella, jonka mukaisesti niihin kuuluu suurikapasitanssisella suotokon-15 densaattorilla varustettu tasajännitevälipiiri. Suuren kytkentävirtasysäyksen estämiseksi tällaiset kondensaattorit on ladattava lähes täyteen jännitteeseen ennen laitteen kytkemistä syöttöverkkoon. Tunnetun tekniikan mukaisesti tarkoitukseen käytetään esim. pääkatkaisijan rinnalle kytkettyä toista katkaisijaa ja latausvastuksia, mitkä nostavat kustannuksia. Patenttijulkaisun US 20 2010/0327793 mukaisessa ns. kaksoiskaskadikytkennässä vastuksen avulla voidaan ladata ainoastaan muuntajan ensiöpuolelle sijoitetut tehosolut.
Keksinnön yhteenveto 25 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen jär-jestely, joilla vältetään edellä mainitut epäkohdat ja mahdollistetaan edullisesti ° sekä vastusjarrutus että tehosolujen suotokondensaattorien alkulataus. Lisäksi i o keksintö tekee mahdolliseksi testijärjestelyn, jossa keskijännitteisten kytkentöjen i 30 toimivuus voidaan todeta ilman suoraa kytkentää keskijänniteverkkoon, mistä x voi olla hyötyä esim. laitteiston käyttöönottotilanteessa.
CL
o ίο Keksinnön mukaisella laitteistolla voidaan siirtää sähkötehoa moni-
O
vaiheiseen muuntajaan liitetyn ensimmäisen monivaiheisen tehopiirin, esimer-^ 35 kiksi kaskadikytketyn tehokonvertterin tehopiirin, ja samaan muuntajaan erillisen lisäkäämin avulla liitetyn toisen yksi- tai monivaiheisen tehopiirin (apupiiri) välillä. Erityisesti keksinnön kohteena oleva laitteisto soveltuu käytettäväksi keski- 3 jänniteympäristössä toimivan kaskadikytketyn tehokonvertterin ja pienjänni-teympäristössä toimivien tehopiirien (apupiirit) välillä.
Keksintö soveltuu käytettäväksi minkä tahansa kahden kaskadi-5 konvertterin avulla yhteen sovitetun sähköverkon välillä, kuten esimerkiksi: • Vaihtosähköverkon ja vaihtosähköllä toimivan sähkömoottorin välillä.
Keksinnön mukaisessa ratkaisussa kaskadityyppiseen konvertteriin 10 kuuluvassa muuntajassa on lisäkäämi, joka voi olla pienjännitteinen ja mitoitettu pienemmälle teholle kuin varsinaiset konvertteriin kuuluvat pääkäämit. Syöttö-verkon taajuudella toimivassa muuntajaratkaisussa (US 5,625,545) lisäkäämi voi olla joko yksi- tai kolmivaiheinen, ja suuritaajuisessa muuntajaratkaisussa (US 2010/0327793) lisäkäämi on aina yksivaiheinen. Lisäkäämi on samassa 15 magneettipiirissä kuin kaskadikonvertterin tehosoluihin liittyvät käämitkin, joten sen jännite on käämikierrosten lukumäärien suhteessa verrannollinen muiden käämien jännitteisiin.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti lisäkäämiin liitetään jarrupiiri, joka koostuu esimerkiksi tasasuuntaajasta, tasajännitteen suotokon-20 densaattorista sekä jarrukatkojasta ja jarruvastuksesta. Syöttöverkon hävitessä kaskadikonvertterin tehosolut voivat tällöin syöttää jarrutustehonsa lisäkäämin kautta jarrupiiriin, joka voi olla kaikille tehosoluille yhteinen. Jarrupiiri toimii edullisesti pienjänniteympäristössä, jolloin siihen löytyy edullisia komponentteja ja sen eristäminen on sähköturvallisuusmielessä helpompaa kuin keskijännit-25 teellä.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti lisäkäämiin liitetään tehonsyöttöpiiri, joka koostuu esimerkiksi 1- tai 3-vaiheiseen pienjänniteverk-° koon kytketystä tasasuuntaajasta, tasajännitteen suotokondensaattorista sekä i o ohjattavilla tehopuolijohdekytkimillä toteutetusta vaihtosuuntaussillasta. Tehon- i 30 syöttöpiiri voi tällöin ladata kaskadikonvertterin tehosolujen suotokondensaatto- x rit haluttuun jännitteeseen ennen konvertterin kytkemistä keskijännitteiseen syöttöverkkoon. Lataaminen voi tapahtua ohjaamalla vaihtokytkinten PWM-o g periaatteella muodostaman jännitteen suuruutta kasvamaan nollasta kohti lopul- lista täyttä jännitettä, jonka jännitteen nousua seuraten myös tehosolujen tasa-^ 35 jännitevälipiirit likimain latautuvat. Tehonsyöttöpiiri ja jarrupiiri voivat liittyä yh teiseen tasajännitteeseen.
4
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti muuntajan ensiöpuo-lella sijaitsevat piirit yhdistetään muuntajan toisiopuolella sijaitseviin piireihin esim. suodattimen kautta. Edellä kuvatun tehonsyöttöpiirin ladattua tehosolujen tasajännitevälipiirien jännitteet normaalille toimintatasolle, voidaan esim. muun-5 tajan toisiopuolella sijaitseva kaskadikonvertteri käynnistää syöttämään tehoa ensiöpuolella sijaitseviin piireihin. Tällöin tehonsyöttöpiiri jää syöttämään järjestelmään siinä muodostuneen kokonaishäviötehon, jolloin esim. keskijännitteiset ensiö- ja toisiopiirit voidaan testata jopa täydellä teholla ilman suoraa liityntää syöttöverkkoon.
10
Yksityiskohtaisesti keksinnön mukaiselle ratkaisulle tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.
Piirustusten lyhyt kuvaus 15
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa
Kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaista kaskadikytkentää sähkökoneen ja keskijännitteisen verkon välillä, 20 Kuviot 2A ja 2B esittävät tunnetun tekniikan mukaisen kaskadikyt- kennän tehosoluja,
Kuvio 3 esittää tunnetun tekniikan mukaisen kaskadikytkennän vas- tusjarrua,
Kuvio 4 esittää tunnetun tekniikan mukaista kaskadikytkennän la- 25 tausjärjestelyä,
Kuvio 5A ja 5B esittävät keksinnön mukaista kaskadikytkennän vastusjarrua, ° Kuvio 5C ja 5D esittävät toista keksinnön mukaista kaskadikytken- i o nän vastusjarrua, i 30 Kuvio 6 esittää tunnetun tekniikan mukaisen kaskadikytkennän te- x hosolua,
CC
Kuviot 7Aja 7B esittävät keksinnön mukaista kaskadikytkennän la-g tausjärjestelyä, ja
Kuvio 8 esittää keksinnön mukaista kaskadikytkennän testaustilan- ^ 35 netta.
5
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus
Kuviossa 1 on kuvattu tunnetun ns. kaskadikytketyn taajuusmuuttajan peruskytkentä, jollaisen toiminta on tullut tunnetuksi esimerkiksi patenttijul-5 kaisusta US 5,625,545. Siinä ovat normaalisti keskijännitteisiä sekä kolmivaiheinen syöttöjännite Up, jonka taajuus on normaalisti 50 Hz tai 60 Hz, että sähkökonetta M1 syöttävä, taajuudeltaan ja suuruudeltaan aseteltavissa oleva kolmivaiheinen lähtöjännite U, V, W. Taajuusmuuttaja koostuu samanlaisista pienjännitteisistä tehosoluista Csi-Cs9, joita on kytketty useita sarjaan jokaisessa 10 lähtövaiheessa. Tehosolut on kytketty yhteiseen muuntajaan Tp, jonka kolmivaiheinen ensiökäämitys Wp on liitetty syöttävään keskijänniteverkkoon Up ja jossa on erillinen kolmivaiheinen pienjännitteinen toisiokäämitys Ws jokaista tehosolua kohti. Toisiokäämitykset voivat kuvion esimerkistä poiketen olla yksi-vaiheisiakin. Sarjaan kytkettyjen tehosolujen lukumäärä riippuu tunnetusti läh-15 töjännitteestä, kuvion 1 esimerkissä niitä on sarjassa 3 kpl jolloin vastaavasti toisiokäämejä on 9 kpl. Mitä useampaa sarjaan kytkettyä ryhmää käytetään, sitä useammasta askeleesta lähtöjännitteen pulssikuvio voi koostua, millä on edullinen vaikutus lähtöjännitteen yliaaltosisältöön.
20 Kuviossa 2A on esimerkki tehosolun Cs kytkennästä, jollaista te hosolua Csq2 voidaan tunnetusti käyttää silloin kun tehon virtaussuunta on pelkästään syöttöverkosta moottoriin päin. Tehosolua syöttää muuntajan kolmivaiheinen toisiokäämitys Ws, joka on liitetty syöttöliittimiin IN2. Tehosoluun kuuluu diodeista koostuva kolmivaiheinen verkkosilta REC, tasajännitteen DCq2 25 suotokondensaattori Cq2 sekä yksivaiheinen vaihtosuuntaussilta Hs, johon kuuluu kaksi ohjattavista tehopuolijohdekytkimistä, esim. IGBT, ja diodeista koosti tuvaa ns. vaihekytkintä, jotka voivat kytkeä kumman tahansa tasajännitteen na- cvj van kumpaan tahansa lähtöliittimen OUT2 napaan.
i 0 Silloin kun teho voi virrata kumpaan suuntaan tahansa, on tunnet- i 30 tua käyttää kuviossa 2B kuvattua mahdollisuutta Csch- Siinä käytetään ns. pas- 1 siivisen verkkosillan REC asemesta aktiivista verkkosiltaa AFE, joka koostuu tässä esimerkissä kolmesta samanlaisesta vaihekytkimestä, joita käytetään o g myös vaihtosuuntaussillassa Hs. Syöttävän toisiokäämin Ws ja AFE-sillan väliin ^ voi olla kytketty suodatinyksikkö LFU virran yliaaltojen vaimentamiseksi. AFE- ^ 35 siltaa käyttämällä voidaan tunnetusti paitsi syöttää jarrutusteho verkkoon, saa vuttaa myös lähes sinimuotoinen verkkovirran käyrämuoto.
6
Kuviossa 3 on esitetty tunnetun tekniikan mukainen mahdollisuus järjestää vastusjarrutus, jota tarvitaan esimerkiksi silloin kun syöttöverkon jännite on häiriön vuoksi katkennut ja prosessi halutaan pysäyttää mahdollisimman nopeasti. Piiriin kuuluvat ohjattava tehokytkin VB, esimerkiksi IGBT, ja vastus 5 Rb, jotka on kytketty tehosolun (Csq2, Cscm) tasajännitteen suotokondensaatto-rin (Cq) rinnalle. Jarrutustilanteessa tehokytkin VB ohjataan johtavaksi jolloin vastuksessa muodostuu sähkömoottoria jarruttavaa häviötehoa tasajännitteen DCq ja tehokytkimen ohjauksen mukaisesti.
Vastusjarrutuspiirit tarvitaan jokaisessa tehosolussa, mikä on ongelma sekä 10 kustannusten että vastusten sähköisen eristämisen kannalta.
Kaskadikytkentään kuuluviin tehosoluihin kuuluu tunnetusti suuri-kapasitanssisella suotokondensaattorilla varustettu tasajännitevälipiiri. Suuren kytkentävirtasysäyksen estämiseksi tällaiset kondensaattorit on ladattava lähes 15 täyteen jännitteeseen ennen laitteen kytkemistä syöttöverkkoon. Kuviossa 4 on esimerkki tunnetun tekniikan mukaisesta latausjärjestelystä, johon kuuluu muuntajan ensiöpiiriin kytketty latauskontaktori K1 ja latausvastukset R1, R2. Aluksi, tehosolujen kondensaattorien Cq ollessa jännitteettömiä, kontaktorin K1 koskettimet ovat auki. Kun syöttöjännite Up kytketään tuloliittimiin L-ι, L2, L3 ja 20 edelleen kontaktorille, lataa vastusten Ri ja R2, muuntajan Tp sekä tehosolujen Cs verkkosiltojen (REC, AFE) diodien kautta syötetty virta suotokondensaatto-reita Cq. Kun kondensaattorit ovat latautuneet lähes täyteen jännitteeseen, voidaan kontaktorin K1 koskettimet sulkea jolloin normaali toiminta voi alkaa. Latauspiirit K1, R1, R2 sekä kontaktorin ohjauspiirit ovat keskijännitteisiä, mikä 25 on ongelma sekä kustannusten että sähköisen eristämisen kannalta.
^ Kuvio 5A esittää keksinnön mukaista ratkaisua vastusjarrutuksen ™ järjestämiseksi kuvion 1 mukaisessa kaskadikonvertterissa. Keksinnön mukai- 0 sesti kaskadimuuntajaan Ta kuuluu lisäkäämi Wa johon on kytketty jarruyksikkö 30 BRa. Lisäkäämi Wa on kuvion mukaisesti edullisesti kolmivaiheinen, mutta sen 1 on mahdollista olla yksivaiheinen.
“ Kuviossa 5B on yksityiskohtaisempi esimerkki jarruyksiköstä BRA, S jossa lisäkäämin jännite tasasuunnataan diodisillassa RECai tasajännitteeksi ^ DCai, jota voidaan suodattaa kondensaattorilla CAi. Varsinainen jarrupiiri koos- ° 35 tuu vastuksesta RBa ja ohjattavasta tehokytkimestä VBa, jota ohjataan samoin kuin edellä kuvion 3 yhteydessä on esitetty.
7
Keksinnön mukaisessa järjestelyssä kaikki tehosolut voivat syöttää jarru-tusenergiansa samaan yhteiseen jarruyksikköön. Jarrupiiri on edullisesti pienjännitteinen, jolloin siinä voi käyttää vastaavia edullisia komponentteja kuin te-hosoluissakin ja sen eristäminen on sähköturvallisuusmielessä helpompaa kuin 5 keskijännitteellä.
Kuvio 5C esittää keksinnön mukaista ratkaisua vastusjarrutuksen järjestämiseksi ns. kaksoiskaskadikytkennässä, jollainen on esitelty mm. patenttijulkaisussa US 2010/0327793. Kaksoiskaskadikytkentä koostuu sarjaan kyt-10 ketyistä ryhmistä Gi...Gn, joihin jokaiseen ryhmään kuuluu oma yli 1 kHz taajuudella toimiva muuntajansa T-ι...Τν ja niiden molemmin puolin kaskadikytketyt samanlaiset tehosolut C-h....Cn6· Eräs esimerkki tehosolun Cu sisäistä kytkennästä on esitetty kuviossa 6.
Keksinnön mukaisesti jokaiseen ryhmäkohtaiseen muuntajaan (Ti...TN) kuuluu 15 yksivaiheinen lisäkäämi (Wbi...Wbn), joka voi olla kytketty joko kuvion edullisen esimerkin mukaisesti kaikille ryhmille yhteiseen jarruyksikköön BRb, tai ryhmäkohtaiseen jarruyksikköön.
Kuvion 5D esimerkin mukaisesti jarruyksikköön kuuluu jokaista ryhmäkohtaista lisäkäämiä varten oma tasasuuntaussiltansa (RECbi·.· RECbn), 20 tasajännitteen DCbi suotokondensaattori Cbi sekä jarruvastus Rbb ja tehokytkin VBb, jota ohjataan samoin kuin edellä kuvion 3 yhteydessä on esitetty. Lisä-käämi ja jarruyksikkö ovat edullisen mitoituksen mukaisesti pienjännitteisiä.
Kuviossa 6 on esimerkki kaksoiskaskadikytkennän tehosolusta Cu. 25 Siihen kuuluu muuntajaan liittyvä yksivaiheinen siltakytkentä H-ι, DC-välipiirin DCi suotokondensaattori Ci ja yksivaiheinen vaihtosuuntaussilta H2. Molem-mat ns. H-siltakytkennät Hi ja H2 koostuvat samanlaisista vaihekytkimistä jotka ° on esitelty edellä kuvion 2A yhteydessä. Kuten alan ammattilaiselle on selvää, 0 kuvion 6 esittämä tehosolu voi siirtää tehoa kumpaankin suuntaan, tuloliittimistä 30 IN11 lähtöliittimiin OUTu tai päinvastoin.
CC
Kuvio 7A esittää keksinnön mukaista ratkaisua alkulatauksen jär-g jestämiseksi kuvion 1 mukaisessa kaskadikonvertterissa. Keksinnön mukaisesti kaskadimuuntajaan TA kuuluu lisäkäämi WA johon on kytketty tehonsyöttöyksik-^ 35 kö PSA. Lisäkäämi WA on kuvion mukaisesti edullisesti kolmivaiheinen, mutta sen on mahdollista olla yksivaiheinen. Tehonsyöttöyksikön PSA syöttöjännite Ulv, joka on edullisesti pienjännitteinen 50 / 60 Hz jakelujännite, tasasuunna- 8 taan diodisillassa RECal tasajännitteeksi DCa2, jota voidaan suodattaa kondensaattorilla Ca2- Yksikköön kuuluu myös kuvion esimerkin mukaisesti kolmivaiheinen vaihtosuuntaussilta INUa, johon kuuluu kolme ohjattavista tehopuolijoh-dekytkimistä ja diodeista koostuvaa vaihekytkintä. Vaihekytkinten lähtöliittimet 5 INa voidaan kytkeä joko suoraan tai suodattimen (kuten LFU kuviossa 2B) kautta lisäkäämiin WA. Kaskadikonvertterin tehosolujen, esim. Csi, suotokonden-saattorien alkulataus tapahtuu siten, että INUA-silta muodostaa tunnetulla PWM-periaatteella kolmivaiheisen nousevan jännitteen, joka muuntajan Ta kautta ja tehosolujen Cs verkkosiltojen diodien (REC tai AFE, kuviot 2A, 2B) tasasuun-10 taamana lataa suotokondensaattoreita.
Kuviossa 7B on esitetty kuinka keksinnön mukainen alkulataus voidaan järjestää kaksoiskaskadikonvertterissa. Keksinnön mukaisesti jokaiseen ryhmäkohtaiseen muuntajaan (Ti...TN) kuuluu yksivaiheinen lisäkäämi 15 (Wbi...WBn), joka voi olla kytketty joko kuvion edullisen esimerkin mukaisesti kaikille ryhmille yhteiseen tehonsyöttöyksikköön PSb, tai ryhmäkohtaiseen te-honsyöttöyksikköön. Tehonsyöttöyksikön PSb syöttöjännite Ulv, joka on edullisesti pienjännitteinen 50 / 60 Hz jakelujännite, tasasuunnataan diodisillassa RECbl tasajännitteeksi DCb2, jota voidaan suodattaa kondensaattorilla Cb2-20 Kuvion esimerkissä tehonsyöttöyksikköön kuuluu jokaista ryhmäkohtaista lisä-käämiä varten oma kahdesta vaihtokytkimestä koostuva vaihtosuuntaussiltansa (Hbi...HBn)· Kaskadikonvertterin tehosolujen, esim. Cu, suotokondensaatto-rien alkulataus tapahtuu siten, että vaihtosuuntaussillat Hb muodostavat tunnetulla PWM-periaatteella ryhmäkohtaisesti yksivaiheiset nousevat jännitteet, jotka 25 muuntajien T-ι... TN kautta ja tehosolujen verkkosiltojen (kuten Hi kuvion 6 esimerkissä) diodien tasasuuntaamana lataavat suotokondensaattoreita.
° Kuviossa 8 on esitetty kuinka keksintöä voi soveltaa kaksoiskaska- o dikonvertterin testauksessa. Kuvion mukaisesti konvertterin tuloliitännät (L1, ^ 30 L2, L3) on kytketty yhteen lähtöliitäntöjen (U2, V2, W2) kanssa suodatinyksikön x FILT kautta. Kun oletetaan, että tehosolujen Ch...Cn6 sisäiset tasajännitepiirit ovat täyteen ladattuja, voivat kaskadikytketyt tehosolut muodostaa nimelliset
O
g lähtöjännitteet sekä tulo- että lähtöpuolelle tunnetulla PWM-periaatteella. Jän- nitteiden välistä vaihesiirtoa säätämällä on mahdollista säätää suodatinyksikön ^ 35 läpi kulkevan virran, eli konvertterin kuormitusvirran suuruutta. Näin voidaan konvertteria testata jopa nimellisellä virralla ilman kytkentää varsinaiseen syöt-töverkkoon.
9
Keksinnön mukaisesti tällaisessa testijärjestelyssä ryhmäkohtaisten muuntajien (Ti...TN) lisäkäämien (Wbi...Wbn) kautta syötetään järjestelmään ainoastaan sen kuluttama häviöteho, edellä kuvion 7B yhteydessä esitellyn tehonsyöttöyk-sikön toimesta. Keksinnön ansiosta keskijännitteisen tehokonvertterin voi testa-5 ta täydellä jännitteellä ja virralla ilman suoraa kytkentää keskijänniteverkkoon, mikä on suuri etu mm. kenttäolosuhteissa.
Kuten alan ammattimies huomaa, kuvioissa 7A ja 7B esitetyt te-honsyöttöyksiköt PSa, PSb voivat hoitaa myös vastusjarrutuksen vaatimat ta-10 sasuuntaustoiminnot (RECai, RECB), kun vaihtosuuntaussiltojen (INUA, HB) ohjattavat tehopuolijohdekytkimet jätetään ohjaamatta ja niiden tasajännitevälipii-reihin DCa2, DCb2 kytketään kuviossa 3 esitetty vastusjarrutuspiiri. Alan ammattimies huomaa myös että kuvion 7A piirikaavio esittää normaalia PWM-taajuusmuuttajaa, jollaista voi keksinnön mukaan siis käyttää lisäkäämiin kytket-15 tynä hoitamaan sekä vastusjarrutus- että tehonsyöttötoimintoja.
Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuo-dot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.
20 't δ
(M
CNJ
cp δ
X
DC
CL
O
LO
O
LO
O
CNJ
Claims (12)
1. Laitteisto tehon siirtämiseksi vaihtosähköllä toimivan syöttöverkon (Up) ja monivaiheisen sähkökoneen (M2, M3) välillä, 5 joka laitteisto koostuu kaskadiperiaatteella toimivista pienjännitteisistä te-hosoluista (Cs, Cn...CNe), joissa on yksivaiheinen lähtöliitäntä (OUT), ja ainakin yhdestä muuntajasta (Ta, T-i...Tn), jossa on jokaista siihen liitettyä te-hosolua varten oma yksi- tai monivaiheinen kääminsä, jossa muuntajassa on ainakin yksi muiden käämien kanssa samaan magneetti-piiriin liitetty lisäkäämi (WA, WBi...WBn) ainakin yhtä apupiiriä varten, joka on liitettävissä mainittuun lisäkäämiin, 15 tunnettu siitä, että apupiiri on yhden tai useamman ohjattavan tehopuolijohdekytkimen (VBA, VBB) sisältävä tehonsyöttöpiiri (PSA, PSB), joka on sovitettu PWM-periaatteella muodostamaan nouseva jännite tehosolujen (Cs, Ch...Cn6) suodatinkondensaatto-20 reiden lataamiseksi ja/tai jarruyksikkö (BRA, BRb), joka on sovitettu toimimaan siten, että syöttöverkon hävitessä tehosolut voivat syöttää jarrutustehonsa lisä-käämin kautta yhteen tai useampaan jarrupiiriin.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, 25 tunnettu siitä, että lisäkäämi on pienjännitteinen.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, w tunnettu siitä, että muuntaja toimii syöttöverkon taajuudella, ja lisäkäämi 0 on joko yksi- tai kolmivaiheinen. 5 30
4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, CC “ tunnettu siitä, että muuntaja toimii yli 1 kHz taajuudella ja lisäkäämi on yk- S sivaiheinen. LO ^ 35
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jarrupiiri koostuu lisäkäämin jännitteen tasasuuntaavas-ta tasasuuntaajasta (RECai, RECbi.-.RECbn), tasajännitteen suotokondensaat-torista (Cai, Cbi) sekä jarrukatkojasta ja jarruvastuksesta (VB, Rb)·
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että vastusjarrutuspiiri on järjestetty kaksoiskaskadikytken-tään, joka koostuu sarjaan kytketyistä ryhmistä (Gi...Gn), joihin jokaiseen ryhmään kuuluu oma muuntajansa (T-i...Tn) ja niiden molemmin puolin kaskadikyt-ketyt tehosolut (Ch...C6n), jossa jokaiseen ryhmäkohtaiseen muuntajaan 10 (Τι.,.Τν) kuuluu yksivaiheinen lisäkäämi (WBi...WBn), joka on kytketty joko kai kille ryhmille yhteiseen jarruyksikköön (BRb), tai ryhmäkohtaiseen jarruyksik-köön.
7. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 1 - 4 mukainen laitteisto, 15 tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluva apupiiri on tehonsyöttöpiiri, joka on järjestetty toimimaan siten, että se lataa kaskadikonvertterin tehosolujen suoto-kondensaattorit (Cq2, Cq4, Ci) lisäkäämin kautta haluttuun jännitteeseen ennen konvertterin kytkemistä esimerkiksi keskijännitteiseen syöttöverkkoon.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tehonsyöttöpiirissä on tasajännitepiiri (DCa2, DCb2) ja vähintään yksi PWM-periaatteella toimiva vaihtosuuntaussilta (INUa, Hbi...Hbn) jonka muodostama jännite on sovitettu kasvamaan nollasta kohti lopullista täyttä jännitettä, ja jonka jännitteen nousua olennaisesti seuraten myös tehosolujen 25 tasajännitevälipiirit latautuvat.
^ 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, ° tunnettu siitä, että tehonsyöttöpiiri saa syöttötehonsa 1- tai 3-vaiheisesta o pienjänniteverkosta (Ulv)· - 30 CVJ
10. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 7 - 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tehonsyöttöpiiri on sovitettu syöttämään lisäkäämin g kautta järjestelmän häviötehon testauskytkennässä, jossa kaksoiskaskadikon- !£ vertterin muuntajien ensiöpuolella sijaitsevat piirit on yhdistetty muuntajien toi- ^ 35 siopuolella sijaitseviin piireihin suodattimen tai vastaavan kautta.
11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tehonsyöttöpiiri on järjestetty kaksoiskaskadikytkentään, jossa jokaiseen ryhmäkohtaiseen muuntajaan (Ti...TN) kuuluu yksivaiheinen lisäkäämi (Wbi...Wbn), joka voi olla kytketty joko kaikille ryhmille yhteiseen te-5 honsyöttöyksikköön (PSb), tai ryhmäkohtaiseen tehonsyöttöyksikköön.
12. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 5-11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tehonsyöttöpiiri ja jarrupiiri on liitetty yhteiseen tasajän-nitteeseen. 10 δ CvJ C\J cp δ X X Q. o LO O LO δ C\J
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115050A FI124139B (fi) | 2011-01-19 | 2011-01-19 | Sähkötehon siirtolaitteisto |
| EP11194443.5A EP2479882A3 (en) | 2011-01-19 | 2011-12-20 | Apparatus for transferring electric power between an AC network and a multiphase electric machine |
| US13/342,467 US8736204B2 (en) | 2011-01-19 | 2012-01-03 | Transfer apparatus for electric power |
| CN201210023228.3A CN102611320B (zh) | 2011-01-19 | 2012-01-17 | 电力传输设备 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115050 | 2011-01-19 | ||
| FI20115050A FI124139B (fi) | 2011-01-19 | 2011-01-19 | Sähkötehon siirtolaitteisto |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20115050A0 FI20115050A0 (fi) | 2011-01-19 |
| FI20115050A FI20115050A (fi) | 2012-07-20 |
| FI124139B true FI124139B (fi) | 2014-03-31 |
Family
ID=43528538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20115050A FI124139B (fi) | 2011-01-19 | 2011-01-19 | Sähkötehon siirtolaitteisto |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8736204B2 (fi) |
| EP (1) | EP2479882A3 (fi) |
| CN (1) | CN102611320B (fi) |
| FI (1) | FI124139B (fi) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK2672624T3 (en) * | 2012-06-05 | 2014-12-01 | Siemens Ag | Power regulator and generator system |
| US9876347B2 (en) * | 2012-08-30 | 2018-01-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus and methods for restoring power cell functionality in multi-cell power supplies |
| EP2884657B1 (en) * | 2013-12-13 | 2016-11-30 | Alstom Renovables España, S.L. | Harmonics mitigation in multiphase generator-conversion systems |
| WO2015128455A2 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Abb Technology Ag | Three-phase to three-phase ac converter |
| US10411585B2 (en) * | 2014-06-08 | 2019-09-10 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Inverter system, inverter apparatus, and method of controlling inverter system |
| EP3200331B1 (en) * | 2016-01-27 | 2019-11-20 | GE Energy Power Conversion Technology Ltd | Method to protect a power converter arrangement and power converter arrangement with a protective device |
| GB201610369D0 (en) * | 2016-06-15 | 2016-07-27 | Rolls Royce Plc | Control of an electrical converter |
| DE102020104252A1 (de) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | Vacon Oy | Leistungswandler |
| CN110048596A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-07-23 | 上海能传电气有限公司 | 一种高压变频器制动电路拓扑结构 |
| CN115244841A (zh) * | 2020-06-05 | 2022-10-25 | Weg驱动和控制自动化有限公司 | 级联模块化功率转换器的启动系统 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5625545A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Halmar Robicon Group | Medium voltage PWM drive and method |
| GB2330254B (en) * | 1997-10-09 | 2000-10-18 | Toshiba Kk | Multiple inverter system |
| US6262555B1 (en) | 1998-10-02 | 2001-07-17 | Robicon Corporation | Apparatus and method to generate braking torque in an AC drive |
| US7109686B2 (en) * | 2004-11-15 | 2006-09-19 | Ise Corporation | System and method for precharging and discharging a high power ultracapacitor pack |
| EP1922794B1 (en) | 2005-08-18 | 2015-12-30 | Siemens Aktiengesellschaft | System and method for limiting ac inrush current |
| US7423412B2 (en) * | 2006-01-31 | 2008-09-09 | General Electric Company | Method, apparatus and computer program product for injecting current |
| CN101521402B (zh) * | 2008-06-30 | 2013-02-13 | 中国北车集团大连机车车辆有限公司 | 三相桥式逆变大容量蓄电池充电装置 |
| US7830681B2 (en) * | 2008-09-24 | 2010-11-09 | Teco-Westinghouse Motor Company | Modular multi-pulse transformer rectifier for use in asymmetric multi-level power converter |
| US8279640B2 (en) * | 2008-09-24 | 2012-10-02 | Teco-Westinghouse Motor Company | Modular multi-pulse transformer rectifier for use in symmetric multi-level power converter |
| US7940537B2 (en) * | 2008-12-31 | 2011-05-10 | Teco-Westinghouse Motor Company | Partial regeneration in a multi-level power inverter |
| US8223515B2 (en) * | 2009-02-26 | 2012-07-17 | TECO—Westinghouse Motor Company | Pre-charging an inverter using an auxiliary winding |
| US8130501B2 (en) * | 2009-06-30 | 2012-03-06 | Teco-Westinghouse Motor Company | Pluggable power cell for an inverter |
| US8575479B2 (en) * | 2009-06-30 | 2013-11-05 | TECO—Westinghouse Motor Company | Providing a transformer for an inverter |
| FI122206B (fi) * | 2009-06-30 | 2011-10-14 | Vacon Oyj | Tehonsiirtomenetelmä ja -laitteisto |
| US7863766B2 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-04 | Teco-Westinghouse Motor Company | Power converter for use with wind generator |
-
2011
- 2011-01-19 FI FI20115050A patent/FI124139B/fi not_active IP Right Cessation
- 2011-12-20 EP EP11194443.5A patent/EP2479882A3/en not_active Withdrawn
-
2012
- 2012-01-03 US US13/342,467 patent/US8736204B2/en active Active
- 2012-01-17 CN CN201210023228.3A patent/CN102611320B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2479882A2 (en) | 2012-07-25 |
| FI20115050A0 (fi) | 2011-01-19 |
| FI20115050A (fi) | 2012-07-20 |
| US20120181955A1 (en) | 2012-07-19 |
| CN102611320A (zh) | 2012-07-25 |
| US8736204B2 (en) | 2014-05-27 |
| CN102611320B (zh) | 2016-05-25 |
| EP2479882A3 (en) | 2017-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI124139B (fi) | Sähkötehon siirtolaitteisto | |
| US7969755B2 (en) | Apparatus for electrical power transmission | |
| Adam et al. | AC fault ride-through capability of a VSC-HVDC transmission systems | |
| JP6099951B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| CN101938216B (zh) | 电力传输方法及电力传输设备 | |
| US20080252142A1 (en) | Apparatus for Electrical Power Transmission | |
| JP6472799B2 (ja) | 直流中間回路の中間点と交流グリッドの中性導体の端子間のスイッチを含むインバータとインバータを動作させる方法 | |
| US20150256081A1 (en) | Modular multilevel dc/dc converter for hvdc applications | |
| RU2477556C2 (ru) | Установка для передачи электрической энергии | |
| US20170163043A1 (en) | System and method for integrating energy storage into modular power converter | |
| KR102601772B1 (ko) | 차량-측면 충전 디바이스 | |
| CN104218805A (zh) | 一种单双极性转换直流变换器 | |
| KR102586729B1 (ko) | 차량측 전기 에너지 저장소용 충전 회로 | |
| JP2009273355A (ja) | 電力伝送のための装置 | |
| CN110299860B (zh) | 用于中压逆变器的初始充电系统和用于控制该系统的方法 | |
| US20140327308A1 (en) | Solid-State Bi-Directional Balanced Energy Conversion and Management System | |
| AU2015202261B2 (en) | Voltage adjusting apparatus | |
| WO2018060129A1 (en) | A power converter system for power quality compensation and load balancing connected to an electric power distribution grid | |
| RU2505899C1 (ru) | Комбинированная установка для плавки гололеда и компенсации реактивной мощности | |
| Prasai et al. | Dyna-C: Experimental results for a 50 kVA 3-phase to 3-phase solid state transformer | |
| US11309803B2 (en) | Power converter for trasmitting power between networks | |
| Carreno et al. | Configurations, Power Topologies and Applications of Hybrid Distribution Transformers. Energies 2021, 14, 1215 | |
| Ismail et al. | A review of recent HVDC tapping topologies | |
| RU170077U1 (ru) | Обратимый преобразователь | |
| Babaei et al. | Dynamic voltage restorer using direct ac/ac converter with fictitious dc link |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 124139 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |
|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: VACON OY |
|
| MM | Patent lapsed |