NO173629B - Pulsbreddemodulasjonsomformer - Google Patents

Abstract

Omformer, særlig frekvensomformer, med pulsbreddemodulasjon. Tapene i omformeren reduseres ved å tilveiebringe i en av lederne (17, 18) som forbinder likespenningskilden (12) med vekselretteren (15) en induktans (L) som et hjelpemiddel til ledingen for samtlige statiske brytere (T1-T6); parallelt med armene (B1-B3) for vekselretteren, en overføringskondensator (C) i serie med en overfaringsdiode (D) til å motta induktansenergien under blokkeringen av de statiske bryterne; en motstand (R) *"or utladningen av over-foringskondensatoren, koblet til lasten (17, 18) som forbinder likespenningskilden (12) med vekselretteren (15).

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrisk energi-omformer, særlig en frekvensomformer, som opererer ved hjelp av pulsbreddemodulasjon - forkortet PBM - og som kan kobles til en last for å variere den effekt som leveres derved. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en slik pulsbreddemodulasjonsomformer for levering av variabel elektrisk effekt til en induktiv last, innbefattende en vekselretter som er koblet til en likespenningskilde og drives i pulsbreddemodulasjon ved hjelp av en styrekrets, idet vekselretteren har flere grener der hver av disse innbefatter to statiske brytere med respektive gjenvinnings dioder, idet midtpunktet mellom to brytere er koblet til den induktive lasten.

Kjente frekvensomformere for synkrone eller asynkrone motorer omfatter generelt en likeretterbro som er koblet til en vekselretter gjennom en mellomliggende krets som har en utjevningskondensator. Vekselretteren må kobles til faseviklingene på motoren og den opererer ved hjelp av pulsbreddemodulasjon. Vekselretteren har flere grener hvor _ hver av disse er utstyrt med to statiske brytere som innbefatter respektive gjenvinnigsdioder (recovery diodes). Midtpunktet for hvert par av brytere i den samme armen er koblet til en respektiv fasevikling på motoren. En styrekrets aktiverer eller inaktiverer bryterne ved valgte tidspunkter. Med statiske brytere menes i den foreliggende beskrivelse bipolare eller MOS-transistorer, bipolare MOS-komponenter slik som de som er kjent under navnet IGT, tyristorer av GTO typen som kan blokkeres eller andre lignende komponenter som er istand til å bli satt i blokkert tilstand.

Dersom vi antar at den første bryteren i en gren inaktiveres og den andre bryteren i den samme grenen ikke ennu leder, ville den strøm som går gjennom faseviklingen i motoren forbundet med midtpunktet av grenen passere gjennom gjenn-vinningsdioden som er knyttet til den første bryteren. Når den andre bryteren aktiveres og under gjenvinningstiden for den første dioden, blir denne bryter utsatt for passeringen av den motsatte strøm fra den første dioden samtidig som passeringen av strømmen i en vikling i motoren og så lenge som spenningen av terminalene av bryteren ikke har falt til en ledeverdi V^gAT kan nøve svitsjingstap observeres.

Selvfølgelig øker svitsjingstapene med operasjonsfrekvensen for omformeren. Imidlertid er denne frekvens relatert til verdien av induktansene i motoren og den må være desto høyere jo mindre induktansen er. I tilfellet av en synkronmotor, er dette nøyaktig tilfellet og det er derfor nødvendig å anvende den høye svitsjingsfrekvensen med tilsvarende ikke ubetydelige svitsjingstap. På den annen side, i tilfelle av en asynkronmotor, og selvom induktansene i denne sistnevnte er relativt høye, kan en tendens observeres for økning av omformerens frekvens for derved å redusere det pulserende kraftpar og støyen, hvilket igjen resulterer i en økning av svitsj ingstapene.

I en kjent løsning for redusering av svitsjingstapene, omfatter omformeren i serie med hver bryter en induktans og parallelt med hver bryter et resistans-kapasitet-diodenett-verk RCD. Hver induktans bidrar til begrensning av den transiente strømpassasje som tidligere nevnt ved aktivering av bryteren, mens, når denne sistnevnte inaktivers, vil den energi som er lagret i induktansen lade kapasiteten gjennom dioden, idet kapasiteten så utlades gjennom resistansen. Denne løsning har den ulempe at den krever for hver bryter en induktans og et hjelpende RCD nettverk. I tillegg tillater den ikke integrerte broer å bli anvendt, innbefattende brytere som er sammenkoblet med deres gjenvinningsdioder.

Den foreliggende oppfinnelse tilsikter å overvinne disse ulemper ved på effektiv måte å redusere svitjingstapene i en pulsbreddemodulasjons-omformer - nærmere bestemt en frekvensomformer - ved hjelp av en enkel anordning, med et lite antall av komponenter og en redusert kostnad.

Uttrykket PBM-omformer betegner hvilken som helst variabel spenningsgenerator med modulert pulsbredde, slik som en frekvensomformer for en synkron eller asynkron motor, en omformer for en 1ikestrømsmotor, en vekselretter som leverer en veksel spenning etc.

Formålet med oppfinnelsen er i tillegg å gjøre det mulig i visse tilfeller å gjenvinne de resterende svitsjingstap som opptrer i modulatorbroen i omformeren. I henhold til oppfinnelsen omfatter den innledningsvis nevnte omformer

i en av lederne som forbinder likespenningskilden med vekselretteren, en induktans som medvirker ved start av leding hos de statiske bryterne,

parallelt over grenene av vekselretteren, en overførings-kondensator i serie med en overføringsdiode for mottagelse av energien fra induktansen når de statiske bryterne er blokkert, og

en motstand for å utlade overføringskondensatoren, koblet til lederen som forbinder likespenningskilden med vekselretteren .

Ifølge en utførelsesform av omformeren er motstanden for utladning av overføringskondensatoren er koblet til lederen oppstrøms relativt induktansen som medvirker ved lednings-start.

Denne motstand kan anbringes parallelt med overføringsdioden, men den anbringes fortrinnsvis parallelt med seriekretsen dannet av den ledingshjelpende induktansen og overførings-dioden, hvilket betyr at overføringskondensatoren utlades inn i glattingskapasiteten som er knyttet til likespennings-kretsen oppstrøms relativt vekselretteren.

I en fordelaktig utførelsesform av omformeren har over-føringskondensatoren en lav kapasitet. Dessuten er en klippingskondensator son har høy kapasitet anbragt parallelt med kondensatoren for å bli ladet via en diode i tilfellet av en kortslutning. Klippingskondensatoren lagrer overskuddsenergi i tilfellet av kortslutningen, og utladningsmotstanden er knyttet til denne klippingskondensator. Resultatet er at en overføringskondensator med redusert kapasitet kan anvendes og en klippingskondensator med lav effektiv strøm, hvilket reduserer kostnadsprisen for omformeren.

I tillegg kan en opphakket krafttilførsel med fordel tilkobles terminalene på overføringskondensatoren eller klippingskondensatoren for derved å gjenvinne en del av svitsjingsenergien i de statiske bryterne for tilførsel til styrekretsen for bryterne, idet endog energien oppstrøms relativt omformeren bringes tilbake.

En utførelsesform vil bli beskrevet i det etterfølgende ved hjelp av ikke-begrensende eksempler, med henvisning til de vedlagte tegninger. Figur 1 viser skjematisk en utførelsesform av omformeren ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser en foretrukket utførelsesform av omformeren i figur 1.

Omformeren 10 i figur 1 er en pulsbreddemodulasjons PBM-frekvensomformer som er tilknyttet en last dannet av eksempelvis en synkronmotor 11.

Omformeren 10 innbefatter vanligvis en likeretterbro 12 som er koblet til faselederne på nettet, en mellomliggende 1ikespenningskrets 13 som har en glattingskondensator 14 og en vekselretter 15 koblet til likeretterbroen gjennom den mellomliggende kretsen. Vekselretteren har tre grener Bl, B2, B3 som hver er koblet til en fasevikling på synkron-motoren 11.

Hver gren B1-B2-B3 på vekselretteren 15 er utstyrt med to statiske brytere Tl, T2 for Bl; T3, Tr for B2; T5, T6 for B3, som har respektive gjenvinningsdioder Dl - D6.

Midtpunktet i hvert par av brytere i den samme grenen er forbundet med en respektive fasevikling på motoren. En styrekrets 16 aktiverer og inaktiverer bryterne T1-T6 på valgte tidspunkter.

I henhold til oppfinnelsen er en induktans L for å hjelpe til med startingen av leding for de statiske bryterne Tl - T3 anbragt i en av lederne 17-18 som kobler likeretterbroen 12 - eller den mellomliggende kretsen 13 - til vekselretteren 14. En overføringskondensator Cl er anbragt parallelt med grener Bl - B3 på vekselretteren, idet denne kondensator er i serie med en overføringsdiode Dl for mottagelse av energien fra induktans L når de forskjellige statiske bryterne Tl - T6 inaktiveres. En motstand Rl for utladning av overførings-kondensatoren Cl er anbragt mellom denne sistnevnte og et punkt 19 på lederen 17 oppstrøms relativt induktansen L. Mindre fordelaktig kunne motstanden Rl kobles til et punkt 20 på lederen 17 nedstrøms relativt induktansen , slik som vist med stiplede linjer i fig. 1.

I en foretrukne variant ifølge fig. 2, er en klippingskondensator Cg - eller kortslutningsbegrenser - anbragt parallelt med overføringskondensatoren Cl, mens en diode Dg er knyttet til denne kondensator for lading av den i tilfellet av en uhellsmessig kortslutning av motoren eller i tilfellet av den samtidige leding hos to brytere i den samme grenen.

I en mer kostbar variant kunne en enkelt kondensator Cl som har både en høy strømkarakteristikk og høy kapasitet erstatte kondensatoren Cl og Cg som er beskrevet ovenfor.

Operasjon av anordningen i fig. 2 er som følger. Når svitsjingsfrekvensen er høy, går overføringskondensatoren Cl gjennom ladnings og utladningssykluser på den samme frekvensen. For dette anvendes en kondensator med en høy effektiv strøm, men lav kapasitet for derved å begrense kostnaden og størrelsen derav. Skulle en kortslutning opptre, absorberer klippingskondensatoren Cg den energi som er lagret i induktansen L. Den har en høy kapasitet for dette, men trenger under normal operasjon ikke å motstå en høy effektiv strøm. En del av svitsjingsenergien som er lagret av overføringskondensatoren Cl gjenvinnes ved hjelp av en opphakket krafttilførsel 21 som er koblet til styrekretsen 16, idet kondensatoren Cl eller Cg således danner inngangs-kondensatoren for denne krafttilførsel.

Claims (4)

1. Pulsbreddemodulasjonsomformer for levering av variabel elektrisk effekt til en induktiv last, innbefattende en vekselretter som er koblet til en likespenningskilde og drives i pulsbreddemodulasjon ved hjelp av en styrekrets, idet vekselretteren har flere grener (B1-B3) der hver av disse innbefatter to statiske brytere (Tl, T2; T3, T4; T5, T6) med respektive gjenvinnings dioder (D1-D6), idet midtpunktet mellom to brytere er koblet til den induktive lasten, karakterisert ved at den omfatter: i en av lederne (17, 18) som forbinder likespenningskilden (12) med vekselretteren (15), en induktans (L) som medvirker ved start av leding hos de statiske bryterne (T1-T6), parallelt over grenene (B1-B3) av vekselretteren, en overføringskondensator (Cl) i serie med en overføringsdiode (Dl) for mottagelse av energien fra induktansen når de statiske bryterne er blokkert, og en motstand (Rl) ^or ^ utlade overføringskondensatoren, koblet til lederen (17,18) som forbinder likespenningskilden (12) med vekselretteren (15).

2. Omformer som angitt i krav 1, karakterisert ved at motstanden (Rl) f°r utladning av overførings-kondensatoren (Cl) er koblet til lederen (17,18) oppstrøms relativt induktansen (L) som medvirker ved lednings-start.

3. Omformer som angitt i krav 1, karakterisert ved at overføringskondensatoren (Cl) har en lav kapasitet, at og en klippingskondensator (Cg) som har høy kapasitet er anbragt parallelt med kondensatoren (Cl) for å bli ladet via en diode (Dg) i tilfellet av en kortslutning.

4 . Omformer som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at en opphakket krafttilførsel (21) er koblet til terminalene på overføringskondensatoren (Cl) eller på klippingskondensatoren (Cg).