FI95181B

FI95181B - Inverter

Info

Publication number: FI95181B
Application number: FI940536A
Authority: FI
Inventors: Matti Kaehkipuro
Original assignee: Kone Oy
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-09-15
Also published as: FI95181C; FI940536A0

Abstract

The invention concerns an inverter operating according to the soft-start principle where a DC voltage is converted to an AC voltage. The DC voltage is connected using a charging connector T7, T8 across a first resonance circuit consisting of the first coil L1 and the resonance condenser C2 and the phase voltage is connected across a second resonance circuit consisting of the second coil L2 and the resonance condenser C2 using the electrical connectors T1, T5 of the load bridge. <IMAGE>

Description

1 951811 95181

VAIHTOSUUNTAAJAINVERTER

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen vaihtosuuntaaja.The invention relates to an inverter according to the preamble of claim 1.

Patenttihakemuksesta FI A 931397 tunnetaan ns. pehmeäkytkentä-5 periaatteella toimiva invertteri, jossa ohjattavien kytkimien avulla siirretään tehoa syöttölähteestä tai syöttöverkosta resonanssipiiriin ja edelleen siltakytkennäksi kytkettyjen ohjattavien kytkimien välityksellä kuormaan. Tässä invertte-rissä kytkimet ohjataan johtaviksi jännitteettöminä, jolloin 10 vältytään kytkentähäviöiltä. Normaalitilanteessa ohjattavat kytkimet sulkevat virtapiirin, jossa on resonanssipiirin induktanssi virtaa rajoittavana komponenttina. Ongelmalliseksi tilanne muodostuu virhekytkentätilanteissa, jolloin sekä energiaa resonanssipiiriin lataava kytkin ja kaksi kuormaa syöttä-15 vää kytkintä ohjautuvat johtaviksi samanaikaisesti. Tällöin sulkeutuvassa piirissä ei ole virtaa rajoittavaa komponenttia. Kytkimiin kohdistuu liian suuri jännitteen nousunopeus ja kytkimet tuhoava oikosulkuvirta.From the patent application FI A 931397, the so-called an inverter operating on the principle of soft-switching-5, in which power is transferred from the supply source or supply network to the resonant circuit by means of controllable switches and further to the load via controlled switches connected for bridge connection. In this inverter, the switches are controlled to be de-energized, thus avoiding switching losses. Normally, the controlled switches close the circuit with the inductance of the resonant circuit as a current limiting component. The situation becomes problematic in fault switching situations, in which case both the switch charging the energy to the resonant circuit and the two switches supplying the load are controlled to be conductive at the same time. In this case, there is no current limiting component in the closing circuit. The switches are subject to too high a voltage rise rate and a short-circuit current that destroys the switches.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edellä mainitun 20 ongelman ratkaiseminen ja paremman, virhekytkentöjä vastaan suojatun vaihtosuuntaajan kehittäminen. Tämän aikaansaamiseksi keksintö tunnetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan ominaispiirteistä. Keksinnön muita suoritusmuotoja tunnetaan • · epäitsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkeistä.The object of the present invention is to solve the above-mentioned problem 20 and to develop a better inverter protected against fault connections. To achieve this, the invention is characterized by the features of the characterizing part of claim 1. Other embodiments of the invention are known from the features of the dependent claims.

25 Keksinnön mukaisella vaihtosuuntaajalla vältetään tehokkaasti oikosulun mahdollisuus. Kaikissa tilanteissa kytkimien jännitteen nousunopeus saadaan pysymään niille sallituissa rajoissa.The inverter according to the invention effectively avoids the possibility of a short circuit. In all situations, the rate of voltage rise of the switches is kept within the limits allowed to them.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti sen erään suoritusesimerkin avulla viitaten piirustuksiin, joissa 30 - kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaisen vaihtosuuntaaja- kytkennän, - kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen vaihtosuuntaajan kytkennän 2 95181 - kuvio 3 kuvaa jännitteen käyrämuotoja tunnetun tekniikan mukaisessa vaihtosuuntaajassa ja - kuvio 4 kuvaa jännitteen käyrämuotoja keksinnön mukaisessa vaihtosuuntaajassa 5 Kuvion 1 esittämä vaihtosuuntaaja muodostaa tulojohtimiin A, B, C liitetyn syöttöverkon vaihtojännitteen kuormana olevaa moottoria M syöttäväksi vaihtojännitteeksi. Vaihtosuuntaajan päävirtapiiri muodostuu diodien Dj...Dg siltakytkennästä 1, välipiirissä olevasta resonanssipiiristä 3' ja kuormasillasta 10 2. Diodisillan 1 lähtönapoihin 4 ja 5 on kytketty kondensaat tori Cj. Välipiirin toinen johdin 10 on yhdistetty kuormasillan toiseen tulonapaan ja välipiirin toinen johdin 11 on kytketty kuormasillan toiseen tulonapaan. Välipiirin johtimien väliin on pisteiden 12' ja 13' välille kytketty kelan LR ja konden-15 saattorin C2' muodostama rinnakkaisresonanssipiiri 3'. Reso-nanssipiirin rinnalle on kytketty napaisuudenkääntökytkimenä toimiva napaisuudenkääntötyristori T9 pisteiden 14 ja 15 väliin. Johtimeen 10 on kytketty latauskytkimenä toimiva lataus-tyristori Τη pisteiden 4 ja 14 välille.The invention will now be described in detail with reference to an embodiment thereof with reference to the drawings, in which: Fig. 1 shows a prior art inverter circuit, Fig. 2 shows an inverter circuit 2 according to the invention. curve shapes in the inverter 5 according to the invention The inverter shown in Fig. 1 forms the AC voltage of the supply network connected to the input conductors A, B, C as the AC voltage supplied to the motor M. The main circuit of the inverter consists of a bridge connection 1 of diodes Dj ... Dg, a resonant circuit 3 'in the intermediate circuit and a load bridge 10 2. A capacitor Cj is connected to the output terminals 4 and 5 of the diode bridge 1. The second conductor 10 of the intermediate circuit is connected to the second input terminal of the load bridge and the second conductor 11 of the intermediate circuit is connected to the second input terminal of the load bridge. A parallel resonant circuit 3 'formed by the coil LR and the capacitor C2' is connected between the conductors of the intermediate circuit between the points 12 'and 13'. In parallel with the resonant circuit, a polarity reversing resistor T9 acting as a polarity reversing switch is connected between points 14 and 15. A charge thyristor Τη acting as a charge switch is connected to the conductor 10 between points 4 and 14.

20 Kuormasilta 2 muodostuu siltakytkennästä, jossa on käytetty ohjattavina kytkiminä tyristoreja Tj...T6. Kuormasillan 2 lähtöjohtimet X, Y, ja Z on liitetty kuormana olevan vaihto-virtamoottorin M liittimiin. Lähtöjohtimien X ja Y väliin on ** - kytketty vaihekondensaattori C3 ja vastaavasti lähtöjohtimien 25 Y ja Z väliin vaihekondensaattori C4 ja lähtöjohtimien Z ja X väliin vaihekondensaattori C5.20 Load bridge 2 consists of a bridge connection in which thyristors Tj ... T6 are used as controllable switches. The output conductors X, Y, and Z of the load bridge 2 are connected to the terminals M of the AC motor under load. A phase capacitor C3 is ** connected between the output conductors X and Y and a phase capacitor C4 between the output conductors 25 and Y and Z, respectively, and a phase capacitor C5 between the output conductors Z and X.

Kuvion 1 mukaista siltaa ohjataan esimerkiksi patenttihakemuk-.. sessa FI A 931397 yksityiskohtaisesti kuvatulla tavalla. Pää- * piirteissään ohjaus on seuraavanlainen. Ohjattaessa latausty- 30 ristori T7 johtavaksi muodostuu sillan 1 lähtönavat 4 ja 5 sulkeva resonanssipiiri kelan 1¾ ja kondensaattorin C2' kautta. Tällöin kondensaattoriin varautuu näin muodostuneen piirin resonanssiheilahduksen aikana energiaa diodisillasta 1. Tyristori Τη sammuu sen yli olevan jännitteen vaihtaessa suuntaansa. 35 Seuraavaksi ohjataan johtavaksi kuormasillasta 2 esimerkiksi 3 95181 tyristorit Tj ja T5, jolloin vastaavasti muodostuu resonanssi-heilahdus, jolloin kondensaattori C2' syöttää siihen varautunutta energiaa kuormaan. Tilanteissa, joissa tarvitaan kondensaattorin napaisuuden kääntöä, kytketään napaisuudenkääntö-5 tyristori T9 johtavaksi.The bridge according to Figure 1 is controlled, for example, as described in detail in patent application FI A 931397. In general, the control is as follows. When the charging T is controlled, a resonant circuit closing the output terminals 4 and 5 of the bridge 1 is formed through the coil 1¾ and the capacitor C2 '. In this case, energy from the diode bridge 1 is charged to the capacitor during the resonant oscillation of the circuit thus formed. The thyristor Τη turns off when the voltage across it changes direction. Next, for example, 3 95181 thyristors T1 and T5 are controlled as conductive from the load bridge 2, whereby a resonant oscillation is generated, respectively, whereby the capacitor C2 'supplies the energy charged therein to the load. In situations where capacitance polarity reversal is required, polarity reversal-5 thyristor T9 is switched on.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen päävirtapiirin kytkennän, jossa vastaavia osia on merkitty samoilla viitemerkeillä kuin kuviossa l. Välipiiriin on kytketty kahden kelan Lj ja sekä resonanssikondensaattorin C2 muodostama T-kytkentä 3, joka muo-10 dostaa resonanssipiirin. Kelat Lt ja ovat sähköisiltä omaisuuksiltaan olennaisesti samanlaisia. Resonanssikondensaattori on kytketty välipiirin johtimien väliin pisteissä 12 ja 13. Kela Lj on kytketty sarjaan johtimeen 10 diodisillan puolelle resonanssikondensaattorin C2 kytkentäpistettä 12 ja kela 1^ 15 vastaavasti kuormasillan puolelle pisteestä 12. Diodisillan 1 ja resonanssipiirin väliin on kytketty tyristorin T7 lisäksi myös toinen lataustyristori T8 sarjaan pisteen 14 ja resonanssipiirin väliin. Lataustyristori T8 on kytketty kytkentätilanteissa esiintyvien suurten ylijännitteiden vuoksi. Esimerkiksi 20 syötettäessä diodisiltaa 380 voltin verkosta on C^n yli noin 600 voltin ja samalla voi C2:n yli olla kytkentätilanteesta riippuen 1200 voltin jännite. Tyristorikytkimen yli vaikuttaa siten jopa 1800 voltin jännite, jota yksi tyristori ei kestä.Fig. 2 shows a connection of a main circuit according to the invention, in which corresponding parts are denoted by the same reference numerals as in Fig. 1. A T-connection 3 formed by two coils L1 and a resonant capacitor C2 is connected to the intermediate circuit to form a resonant circuit. The coils Lt and are substantially similar in their electronic assets. The resonant capacitor is connected between the conductors of the intermediate circuit at points 12 and 13. The coil Lj is connected in series to the conductor 10 on the diode bridge side 12 of the resonant capacitor C2. between point 14 and the resonant circuit. The charging thyristor T8 is connected due to high overvoltages in switching situations. For example, when a diode bridge is fed from a 380 volt network, there is more than about 600 volts above C 1 and at the same time there may be a voltage of 1200 volts above C 2 depending on the switching situation. The voltage across the thyristor switch is thus affected by a voltage of up to 1800 volts, which one thyristor cannot withstand.

Kuvion 2 mukaista laitteistoa ohjataan vastaavalla tavalla 25 kuin kuvion 1 laitteistoa. Kytkettäessä lataustyristorit johtaviksi resonanssipiirin muodostavat kela Lj ja resonanssi-kondensaattori C2. Vastaavasti kytkettäessä kuormasillan tyris-toreita johtaviksi resonanssipiirin muodostavat kela ja resonanssikondensaattori C2. Resonanssikondensaattorin C2 30 napaisuus käännetään ohjaamalla tyristori T9 ja T8 johtaviksi. Lataustyristoreita ja kuormasillan tyristoreita ohjataan esimerkiksi vuorotellen johtaviksi tai kuorman vaatiman energiatarpeen mukaan, jolloin tarkkaillaan resonanssikondensaat-toriin ja vaihekondensaattorin varautunutta energiaa.The apparatus of Figure 2 is controlled in a manner similar to that of the apparatus of Figure 1. When the charging thyristors are connected, the resonant circuit is formed by a coil Lj and a resonant capacitor C2. Correspondingly, when the load bridge thyristors are connected, the resonant circuit is formed by a coil and a resonant capacitor C2. The polarity of the resonant capacitor C2 30 is reversed by controlling the thyristors T9 and T8 to conduct. The charge thyristors and the load bridge thyristors are controlled, for example, alternately to conduct or according to the energy demand of the load, in which case the charged energy of the resonant capacitor and the phase capacitor is monitored.

4 951814 95181

Kuvioissa 3 ja 4 on kuvattu jännitevaihtelulta kuvion 1 ja vastaavasti kuvion 2 kytkennässä eräissä kytkentätilanteissa. Kuviossa 3 kuvaa ULR kelan LR yli olevaa jännitettä, UC2 kondensaattori C2' yli olevaa jännitettä ja vastaavasti Uj reso-5 nanssipiirin kelan ja kondensaattorin yli olevaa jännitettä. Kuviossa 3 napaisuudenkääntötyristori T9 johtaa aikavälillä tj...t2, jolloin kelan LR ja resonanssikondensaattorin C2 yli olevat jännitteet heilahtavat tunnetulla aikavakion määräämällä tavalla. Johtojakson aikana resonanssipiirin yli oleva 10 jännite Uj on olennaisesti nolla. Kun johtojakso päättyy hetkellä t2, nousee jännite Uj äkillisesti kondensaattorin varaus-jännitteeseen. Jännitteen nousunopeus dU/dt saavuttaa tällaisessa tapauksessa helposti tyristorille sallitun arvon aiheuttaen virhekytkennän ja tyristorien tuhoutumisen. Vastaavasti 15 aikavälillä t3...t4 johtavat kuormasillan tyristorit Tj ja T5, jolloin hetkellä t4 tyristorien sammuessa jännitteen Uj nousu-nopeus kasvaa liian suureksi.Figures 3 and 4 illustrate the voltage variation in the connection of Figure 1 and Figure 2, respectively, in some connection situations. In Fig. 3, the ULR depicts the voltage across the coil LR, the voltage across the capacitor C2 'of the capacitor UC2, and the voltage across the coil and the capacitor of the resonance circuit Uj, respectively. In Fig. 3, the polarity reversing thyristor T9 conducts in the time interval tj ... t2, whereby the voltages across the coil LR and the resonant capacitor C2 oscillate in a known manner determined by the time constant. During the wire cycle, the voltage Uj over the resonant circuit 10 is substantially zero. When the line cycle ends at time t2, the voltage Uj suddenly rises to the capacitor charge voltage. In such a case, the voltage rise rate dU / dt easily reaches the value allowed for the thyristor, causing erroneous switching and destruction of the thyristors. Respectively, in the time interval t3 ... t4, the thyristors Tj and T5 of the load bridge conduct, whereby at time t4 the thyristors go out, the rise rate of the voltage Uj becomes too high.

Kuviossa 4 on kuvattu jännitteiden muutoksia kuvion 2 mukaisessa kytkennässä. UL1 kuvaa kelan Lt yli olevaa jännitettä, UC2 20 kondensaattorin C2 yli olevaa jännitettä ja U2 kondensaattorin C2 ja kelan 1^ yli olevaa jännitettä. Tyristorin T9 johtaessa kelan Lj ja kondensaattorin C2 jännitteet muuttuvat olennaisesti samalla tavalla kuin kuviossa 3, mutta välipiirin jännite .. . U2, joka vaikuttaa tyristorien yli muuttuu hitaasti, jolloin 25 dU/dt:n arvo pysyy pienenä.Figure 4 illustrates the changes in voltages in the circuit of Figure 2. UL1 represents the voltage across the coil L1, UC2 the voltage across the capacitor C2, and U2 the voltage across the capacitor C2 and the coil 1 ^. As the thyristor T9 conducts, the voltages of the coil L1 and the capacitor C2 change in substantially the same manner as in Fig. 3, but the voltage of the intermediate circuit ... U2, which acts over thyristors, changes slowly, leaving a value of 25 dU / dt small.

Toisaalta kuvion 2 mukaisessa kytkennässä on syöttöverkon ja kuormasillan tyristorien välisellä virtatiellä kaikissa virhetilanteissakin virtaa rajoittava kela.On the other hand, the connection according to Fig. 2 has a current-limiting coil in the current path between the supply network and the thyristors of the load bridge, even in all error situations.

Keksintöä on edellä kuvattu yksityiskohtaisesti sen erään 30 suoritusesimerkin avulla. Esitystä ei ole kuitenkaan pidettävä patentin suojapiiriä rajoittavana, vaan keksinnön toteutus voi vaihdella seuraavien patenttivaatimusten määräämissä rajoissa.The invention has been described in detail above by means of an embodiment thereof. However, the disclosure is not to be construed as limiting the scope of the patent, but the practice of the invention may vary within the limits defined by the following claims.

! «11.L mill I I 1 (M :! «11.L mill I I 1 (M:

Claims

An inverter comprising a direct voltage source (1), a load bridge (2) formed by controllable switches (Τ, .-. Τ ^) and an intermediate circuit therebetween having at least a first and a second conductor (10,11) and a first (L) ,) and the second coil (L2) and the resonant capacitor (C2), characterized in that the first (L1) and the second coil (1) are connected in series to the first conductor (10) of the intermediate circuit and the resonant capacitor (C2) is connected to the first and second between the 10 points (12) between the coil and the second conductor (11) of the intermediate circuit, and that a controllable charging switch (T7, T8) is connected between the first coil (L.,) and the DC voltage source (1) and that the DC voltage can be switched by a charging switch (T7, T8) over the first resonant circuit formed by the first coil (L1) and the resonant capacitor (C2), and that at least one load bridge phase voltage can be connected by at least two load bridge switches (T1, T5) to the second coil (L2) ) and a second resonant circuit formed by a resonant capacitor (C2).

Inverter according to Claim 1, characterized in that the charging switch is formed by two controllable switches (T7, T8) connected in series.

Inverter according to Claim 2, characterized in that a polarity reversing switch (T9) is connected between the point (14) between the switches to be controlled (T7, T8) and the second conductor (11) of the intermediate circuit.

Inverter according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the first (X1) and the second coil (L2) have substantially similar electrical properties. • ·

5. any one of claims 1 to 3 according to an inverter 30 characterized in that the charge switch (T7, T8) and the load of the bridge switches (T1 ... T6) leading to the first and second resonant circuit resonanssiheilahduksen determined by the time of the half period. • «6 95181

5 95181

Inverter according to Claim 5, characterized in that the charging switch (T7, T8) and the switches (T1 to T6) of the load bridge can be controlled to be alternately conductive. ! i su- i suu l liti 7 95181