RU2579439C2 - Избирательное управление двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока - Google Patents

Избирательное управление двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока Download PDF

Info

Publication number
RU2579439C2
RU2579439C2 RU2014135328/07A RU2014135328A RU2579439C2 RU 2579439 C2 RU2579439 C2 RU 2579439C2 RU 2014135328/07 A RU2014135328/07 A RU 2014135328/07A RU 2014135328 A RU2014135328 A RU 2014135328A RU 2579439 C2 RU2579439 C2 RU 2579439C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
motor
bridge
equalizing
converter
module
Prior art date
Application number
RU2014135328/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014135328A (ru
Inventor
Манфред ЭДЕР
Ханс-Юрген ТЕЛЛЕ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2014135328A publication Critical patent/RU2014135328A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2579439C2 publication Critical patent/RU2579439C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • 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
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
    • 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
    • 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
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/32—Waterborne vessels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления приводами, используемыми на подводных лодках. Техническим результатом является обеспечение возможности избирательного управления двигателями переменного или постоянного тока. В устройстве (1) для избирательного управления двигателем (3) переменного тока или двигателем (2) постоянного тока указанные двигатели питаются от источника (4) постоянного напряжения. Устройство (1) содержит два преобразовательных модуля (5, 6) с одинаковым числом полумостовых схем (7) и совпадающее с числом полумостовых схем (7) в преобразовательном модуле (5, 6) число мостовых выравнивающих дросселей (14.1, 14.2, 14.3), а также управляющий блок (12) для управления преобразовательными модулями (5, 6). Преобразовательные модули (5, 6) для управления двигателем (3) переменного тока приводятся в действие как инвертор, а для управления двигателем (2) постоянного тока приводятся в действие как преобразователь постоянного напряжения. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к схемному устройству и к способу избирательного управления двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока, а также к применению этого способа на подводной лодке.
На подводных лодках электрическое энергоснабжение осуществляется, как правило, через сеть постоянного тока. Поэтому вспомогательные приводы (например, для вентиляторов, насосов и т.д.) на подводных лодках чаще всего работают от двигателей постоянного тока, которые обычно запускаются через пусковые сопротивления (реостаты).
В ЕР 0 178 446 А1 раскрывается управляющее устройство для схемного устройства, при котором двигатель запитывается через два расположенных параллельно друг другу полупроводниковых исполнительных устройства от источника постоянного напряжения. Каждое из этих полупроводниковых исполнительных устройств содержит параллельное соединение двух управляемых полупроводниковых вентилей одинакового направления пропускания последовательно с отсасывающим трансформатором со средним отводом. Центральные отводы отсасывающих трансформаторов полупроводниковых исполнительных устройств соединены с концами третьего отсасывающего трансформатора со средним отводом, который подключен к полюсу двигателя. Управляющее устройство выполнено таким образом, что оно для полупроводниковых исполнительных устройств генерирует сигналы тактовой частоты, соответственно с одинаковой степенью модуляции, которые, однако, для обоих параллельных схемных устройств электрически смещены относительно друг друга на 90°, чтобы эксплуатировать двигатель в диапазоне числа оборотов, при котором достижим минимум пульсации тока.
В US 2006/0043922 A1 раскрывается управление двигателем для привода многофазных динамоэлектрических машин переменного тока посредством источника постоянного напряжения. Управление двигателем включает в себя два модуля преобразователя постоянного тока в переменный (инвертора) для генерации многофазного переменного тока, которые связаны с выходным модулем фильтра. Каждый модуль инвертора имеет для каждой фазы переменного тока полумостовую схему, которая образована из двух биполярных транзисторов с изолированным электродом затвора. Обе полумостовые схемы выходных модулей фильтра, относящиеся к той же самой фазе, включены вместе, соответственно, через отсасывающий (выравнивающий) дроссель выходного модуля фильтра. Для генерации переменного тока полумостовые схемы модуля инвертора модулируются посредством пространственной векторной модуляции.
В основе изобретения лежит задача - предложить улучшенное схемное устройство, посредством которого избирательным образом можно управлять двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока. Кроме того, в основе изобретения лежит задача - предложить улучшенный способ для избирательного управления двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока, который особенно подходит для применения на подводных лодках.
Указанная задача в соответствии с изобретением в отношении схемного устройства решается признаками п. 1 формулы изобретения, а в отношении способа - признаками пп. 5 и 10 формулы изобретения.
Предпочтительные выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Соответствующее изобретению схемное устройство для избирательного управления двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока содержит два преобразовательных модуля с одинаковым числом полумостовых схем, причем число полумостовых схем преобразовательного модуля по меньшей мере таково, каково число фаз двигателя переменного тока. Кроме того, схемное устройство содержит совпадающее с числом полумостовых схем в преобразовательном модуле число мостовых выравнивающих дросселей, управляющий блок для преобразовательных модулей, первый добавочный модуль для двигателя переменного тока и второй добавочный модуль для двигателя постоянного тока. При этом каждая полумостовая схема содержит пару управляемых управляющим блоком, зависимых от направления тока переключающих блоков с соответствующим входом и соответствующим выходом, причем выход первого переключающего блока каждой пары соединен с входом второго переключающего блока той же пары. Кроме того, соответствующая полумостовая схема первого преобразовательного модуля и сопряженная с ней полумостовая схема второго преобразовательного модуля посредством включенного между обеими полумостовыми схемами мостового выравнивающего дросселя соединены в полномостовую схему. Каждый мостовой выравнивающий дроссель имеет средний отвод, который избирательным образом посредством первого добавочного модуля может подключаться к двигателю переменного тока или посредством второго добавочного модуля может подключаться к двигателю постоянного тока. Первый добавочный модуль содержит фильтр переменного тока, через который средние отводы мостовых выравнивающих дросселей могут соединяться с фазой двигателя переменного тока. Второй добавочный модуль содержит по меньшей мере один дополнительный выравнивающий дроссель с подключаемым к двигателю постоянного тока средним отводом и двумя внешними выводами, подключаемыми, соответственно, к среднему отводу мостового выравнивающего дросселя.
Преобразовательный модуль при этом образуется посредством своей полумостовой схемы и не обязательно должен выполняться как отдельный конструктивный узел.
Под отсасывающим (выравнивающим) дросселем понимают сглаживающий дроссель с двумя частичными индуктивностями, которые магнитным образом связаны так, что два тока, протекающие в одном направлении между внешними выводами и средним выводом, по своему магнитному действию взаимно уничтожаются, и тем самым получается незначительная результирующая индуктивность, однако токи, протекающие в противоположных направлениях, по своему магнитному действию усиливаются, и тем самым получается большая результирующая индуктивность.
Соответствующее изобретению схемное устройство может переключаться путем замены только аппаратной компоненты, а именно добавочного модуля, с управления двигателем постоянного тока на управление двигателем переменного тока и наоборот. Это сокращает стоимость и затраты при переключении привода с постоянного на переменный ток (или наоборот) и, в частности, предпочтительно для применений, в которых подобное переключение требуется или полезно, например, в рамках модернизации приводов. Применение схем выравнивающих дросселей предпочтительным образом обеспечивает возможность ограничения пульсаций тока, с которым приводится в действие двигатель постоянного тока или переменного тока. Для работы двигателя постоянного тока схемное устройство, кроме того, может применяться как преобразователь постоянного тока, который, в том числе, заменяет пусковой реостат и при этом предпочтительным образом, в частности, экономит энергию, потребляемую таким пусковым сопротивлением, и который к тому же обеспечивает возможность в процессе работы регулировать число оборотов и/или мощность до значения, требуемого в технологическом процессе, за счет чего экономится дополнительная энергия, так как число оборотов и/или мощность устанавливаются не в зависимости от сильно колеблющегося при определенных обстоятельствах напряжения сети постоянного тока.
В предпочтительном выполнении изобретения переключающие блоки преобразовательных модулей содержат, соответственно, биполярный транзистор с изолированным электродом затвора, так называемый IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), коллектор которого определяет вход переключающего блока, а его эмиттер определяет выход переключающего блока.
Подобные переключающие блоки пригодны, в частности, особенно предпочтительно в качестве зависимых от направления тока переключающих блоков, ввиду хорошего поведения пропускания, высокого запирающего напряжения, устойчивости и управляемости IGBT практически без потерь мощности.
Другое предпочтительное выполнение изобретения предусматривает по меньшей мере один преобразователь тока для регистрации тока, протекающего между полумостовой схемой преобразовательного модуля и соединенного с ней мостового выравнивающего дросселя, причем преобразователь тока для передачи зарегистрированного тока на управляющий блок соединен с управляющим блоком.
Это позволяет предпочтительным образом при управлении по меньшей мере одной полумостовой схемой посредством управляющего блока учитывать ток, протекающий между полумостовой схемой и соответствующим мостовым выравнивающим дросселем.
Предпочтительным образом управляющий блок для управления переключающими блоками полумостовых схем представляет собой микропроцессор.
Это предпочтительным образом позволяет изменять управление переключающими блоками простым и разнообразным способом, например, путем загрузки нового программного обеспечения в микропроцессор, в частности, при замене двигателя постоянного тока двигателем переменного тока или наоборот.
В соответствующем изобретению способе избирательного управления двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока применяется соответствующее изобретению схемное устройство. При этом двигатель переменного тока или двигатель постоянного тока через схемное устройство запитывается от источника постоянного напряжения, первый полюс которого соединен с входами первых переключающих блоков всех полумостовых схем и второй полюс которого соединен с выходами вторых переключающих блоков всех полумостовых схем. Кроме того, либо каждая фаза двигателя переменного тока через первый добавочный модуль связывается со средним отводом мостового выравнивающего дросселя, и преобразовательные модули посредством управляющего блока приводятся в действие как инвертор для преобразования постоянного напряжения источника постоянного напряжения в переменное напряжение для двигателя переменного тока, либо двигатель постоянного тока через второй добавочный модуль связывается со средними отводами мостовых выравнивающих дросселей, и преобразовательные модули посредством управляющего блока приводятся в действие как преобразователь постоянного напряжения для преобразования постоянного напряжения источника постоянного напряжения в постоянное напряжение для двигателя постоянного тока.
В соответствующем изобретению способе соответствующее изобретению схемное устройство также подключается к источнику постоянного напряжения и приводится в действие в качестве инвертора или преобразователя постоянного напряжения в зависимости от того, является ли подключенный двигатель двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока. Это предпочтительным образом обеспечивает возможность согласования типа функционирования схемного устройства с соответствующим двигателем.
При этом при управлении преобразовательными модулями как инвертором полумостовые схемы с помощью управляющего блока, предпочтительно согласно пространственной векторной модуляции, управляются таким образом, что вырабатываемое переменное напряжение регулируется соответственно пространственному вектору номинального напряжения для номинального переменного напряжения.
Управление полумостовыми схемами согласно пространственной векторной модуляции предпочтительным образом обеспечивает возможность очень точной установки номинального переменного напряжения и при этом минимизации пульсации тока выработанного переменного тока, как будет более конкретно пояснено на описываемом ниже примере выполнения.
Кроме того, при этом предпочтительным образом поперечные токи, которые протекают через мостовые выравнивающие дроссели между преобразовательными модулями, снижаются за счет того, что применяемые при пространственной векторной модуляции пространственные векторы напряжения вырабатываемых переменных напряжений, которые могут быть реализованы посредством различных состояний переключения полумостовых схем, устанавливаются чередованием по этим различным состояниям переключения.
Снижение поперечных токов, которые протекают через мостовые выравнивающие дроссели между преобразовательными модулями, предпочтительным образом снижает потери и помехи при формировании переменного тока. Применение, в отношении пространственных векторов напряжения, избыточных состояний переключения полумостовых схем при пространственной векторной модуляции является простым и эффективным средством для подавления таких поперечных токов и поэтому особенно хорошо подходит для их снижения.
При подключении двигателя постоянного тока к средним отводам мостовых выравнивающих дросселей предпочтительным образом дополнительный выравнивающий дроссель второго добавочного модуля через его средний отвод соединяется с якорем двигателя постоянного тока, через первый внешний вывод - со средним отводом первого мостового выравнивающего дросселя, и через второй внешний вывод - со средним отводом второго мостового выравнивающего дросселя. Кроме того, при этом средний отвод третьего мостового выравнивающего дросселя соединен с обмоткой возбуждения двигателя постоянного тока.
Таким способом посредством соединения двух мостовых выравнивающих дросселей с дополнительным выравнивающим дросселем предпочтительным образом дополнительно снижается пульсация тока, протекающего через двигатель постоянного тока.
При работе преобразовательных модулей в качестве преобразователя постоянного напряжения первые переключающие блоки и/или вторые переключающие блоки сопряженных друг с другом полумостовых схем преобразовательных модулей размыкаются и замыкаются с временным смещением относительно друг друга таким образом, что пульсация тока, протекающего через якорь двигателя постоянного тока, минимизируется за счет того, что для номинального числа оборотов двигателя постоянного тока посредством управляющего блока определяется и устанавливается минимизирующий эту пульсацию тока коэффициент модуляции переключающих блоков, соединенных с первым мостовым выравнивающим дросселем и вторым мостовым выравнивающим дросселем, и соединенные с третьим мостовым выравнивающим дросселем переключающие блоки управляются таким образом, что посредством соответствующей установки тока возбуждения достигается номинальное число оборотов.
Под коэффициентом модуляции переключающего блока при этом понимается отношение интервала времени, в течение которого переключающий блок в пределах тактового периода замкнут, ко всему тактовому периоду.
Минимизация пульсации тока предпочтительным образом снижает генерацию шумов двигателя.
Соответствующий изобретению способ особенно предпочтительным образом пригоден для применения на подводных лодках, так как на подводных лодках требуется режим работы двигателей с особенно низким уровнем шумов, который обеспечивается посредством соответствующего изобретению применения выравнивающих дроссельных схем, чтобы, в частности, избегать шумов на тактовой частоте. Кроме того, при модернизации подводных лодок при обстоятельствах бывает целесообразно заменять двигатели постоянного тока двигателями трехфазного тока, особенно асинхронными двигателями, что очень просто может быть реализовано с помощью соответствующего изобретению схемного устройства.
Вышеописанные свойства, признаки и преимущества изобретения, а также то, каким образом они достигаются, поясняется в последующем подробном описании примера выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
фиг. 1 - схемное устройство для избирательного управления трехфазным двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока при работе с двигателем постоянного тока,
фиг. 2 - схемное устройство для избирательного управления трехфазным двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока при работе с двигателем переменного тока,
фиг. 3 - пространственная векторная диаграмма для прикладываемых к двигателю переменного тока пространственных векторов напряжения и вектора номинального напряжения с помощью показанного на фиг. 1 и 2 схемного устройства.
Соответствующие друг другу элементы обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг. 1 и 2 показывают соответствующее изобретению схемное устройство 1 для избирательного управления двигателем 2 постоянного тока или трехфазным двигателем 3 переменного тока, причем схемное устройство 1 показано на фиг. 1 в режиме работы с двигателем 2 постоянного тока, а на фиг. 2 - в режиме работы с двигателем 3 переменного тока. Как двигатель 2 постоянного тока, так и двигатель 3 переменного тока запитываются через схемное устройство 1 от источника 4 постоянного напряжения.
Схемное устройство 1 включает в себя два одинаково выполненных преобразовательных модуля 5, 6, которые соответственно имеют три полумостовые схемы 7, причем каждая полумостовая схема 7 включает в себя пару IGBT 8.1 и 8.2. При этом эмиттер 9.1 первого IGBT 8.1 каждой пары соединен с коллектором 9.2 второго IGBT 8.2 соответствующей пары. Коллекторы 9.2 всех первых IGBT 8.1 соединены с плюсовым полюсом источника 4 постоянного напряжения, а эмиттеры 9.2 всех вторых IGBT 8.2 соединены с минусовым полюсом источника 4 постоянного напряжения.
Каждый IGBT 8.1, 8.2 связан с IGBT-возбудителем 10, который через источник 11 питающего напряжения соответствующего преобразовательного модуля 5, 6 снабжается питающим напряжением, причем на фиг. 1 и 2 для наглядности только для одного IGBT-возбудителя 10 представлено соединение соответствующим источником 11 питающего напряжения, а другие соединения только намечены. IGBT 8.1, 8.2 и его IGBT-возбудитель 10 совместно образуют зависимый от направления тока переключающий блок согласно изобретению.
IGBT 8.1, 8.2 посредством выполненного как микропроцессор управляющего блока 12 через их соответствующий IGBT-возбудитель 10 могут отдельно управляться, причем на фиг. 1 и 2 для наглядности представлены только некоторые управляющие линии 13 между управляющим блоком 12 и IGBT-возбудителями 10, а другие только намечены.
Соответствующая полумостовая схема 7 первого преобразовательного модуля 5 и сопряженная с ней полумостовая схема 7 второго преобразовательного модуля 6 посредством включенного между этими обеими полумостовыми схемами 7 мостового выравнивающего дросселя 14.1, 14.2, 14.3 соединены в полномостовую схему.
В каждом соединении полумостовой схемы 7 с мостовым выравнивающим дросселем 14.1, 14.2, 14.3 размещен преобразователь 15 тока, посредством которого регистрируется ток, протекающий между полумостовой схемой 7 и мостовым выравнивающим дросселем 14.1, 14.2, 14.3. Преобразователи 15 тока для передачи зарегистрированного ими тока на управляющий блок 12 соединены с управляющим блоком 12, причем соединение между управляющим блоком 12 и преобразователями 15 тока для наглядности чертежа не показаны на фиг. 1 и 2.
Каждый мостовой выравнивающий дроссель 14.1, 14.2, 14.3 имеет средний отвод 16, который избирательным образом посредством первого добавочного модуля 17 может подключаться к двигателю 3 переменного тока или посредством второго добавочного модуля 18 может подключаться к двигателю 2 постоянного тока. Схемное устройство 1 отличается при работе с двигателем 2 постоянного тока или двигателем 3 переменного тока только посредством соответствующего добавочного модуля 17, 18. В частности, схемное устройство 1 может, таким образом, простым способом путем замены добавочного модуля 17, 18 переоснащаться с работы с двигателем 2 постоянного тока на работу с двигателем 3 переменного тока и наоборот.
Первый добавочный модуль 17 включает в себя фильтр 19 переменного тока, через который средние отводы 16 мостовых выравнивающих дросселей 14.1, 14.2, 14.3 могут соединяться с соответствующей фазой двигателя 3 переменного тока и соединяются в случае работы схемного устройства 1 с двигателем 3 переменного тока.
Второй добавочный модуль 18 имеет дополнительный выравнивающий дроссель 20, который через средний отвод 16 может соединяться с двигателем 2 постоянного тока и имеет два внешних вывода 21.1, 21.2, через которые соответствующий конец дополнительного выравнивающего дросселя 20 может соединяться со средним отводом 16 мостового выравнивающего дросселя 14.1, 14.2, 14.3.
При работе схемного устройства 1 с двигателем 2 постоянного тока в соответствии с этим первый внешний вывод 21.1 дополнительного выравнивающего дросселя 20 соединяется со средним отводом 16 первого мостового выравнивающего дросселя 14.1, второй внешний вывод 21.2 дополнительного выравнивающего дросселя 20 соединяется со средним отводом 16 второго мостового выравнивающего дросселя 14.2, и средний отвод 16 дополнительного выравнивающего дросселя 20 соединяется с якорем двигателя 2 постоянного тока. Средний отвод 16 третьего мостового выравнивающего дросселя 14.3 соединяется с обмоткой 22 возбуждения двигателя 2 постоянного тока.
При работе схемного устройства 1 с двигателем 2 постоянного тока преобразовательные модули 5, 6 посредством управляющего блока 12 управляются как преобразователь постоянного напряжения для преобразования постоянного напряжения источника 4 постоянного напряжения в постоянное напряжение для двигателя 2 постоянного тока соответственно способу, известному из ЕР 0 178 446 А1.
При этом первый IGBT 8.1 и/или второй IGBT 8.2 таким образом со смещением по времени относительно друг друга отпираются и запираются, что пульсация тока, протекающего через якорь двигателя 2 постоянного тока, минимизируется. Для этого для номинального числа оборотов двигателя 2 постоянного тока посредством управляющего блока 12 определяется и устанавливается минимизирующий эту пульсацию тока коэффициент модуляции соответствующих первого и/или второго IGBT 8.1, 8.2, соединенных с первым мостовым выравнивающим дросселем 14.1 и вторым мостовым выравнивающим дросселем 14.2, и соединенные с третьим мостовым выравнивающим дросселем 14.3 IGBT 8.1, 8.2 управляются таким образом, и, тем самым, ток возбуждения устанавливается таким образом, что достигается номинальное число оборотов.
При работе схемного устройства 1 с двигателем 3 переменного тока преобразовательные модули 5, 6 управляются посредством управляющего блока 12 как инвертор для преобразования постоянного напряжения источника 4 постоянного напряжения в переменное напряжение для двигателя 3 переменного тока.
При этом IGBT 8.1, 8.2 посредством управляющего блока 12 посредством пространственной векторной модуляции для приложенных к двигателю 3 переменного тока напряжений отпираются и запираются с временным смещением по отношению друг к другу таким образом, что приложенное к двигателю 3 переменного тока напряжение регулируется до номинального переменного напряжения, причем пульсация вырабатываемого переменного тока, а также поперечных токов, которые протекают через мостовые выравнивающие дроссели 14.1, 14.2, 14.3 между преобразовательными модулями 5, 6, минимизируются. Это поясняется далее со ссылкой на фиг. 3 более подробно.
IGBT 8.1, 8.2 полумостовой схемы 7 попеременно отпираются и запираются, так что всегда точно один из этих IGBT 8.1, 8.2 открыт, а другой IGBT 8.1, 8.2 заперт. Каждая полумостовая схема 7 имеет, таким образом, два схемных состояния (первый IGBT 8.1 открыт, а второй IGBT 8.2 заперт или наоборот). Так как схемное устройство 1 в примере выполнения, представленном на фиг. 1 и 2, всего имеет шесть полумостовых схем 7, то получается всего 26°=°64 различных возможных схемных состояний всех полумостовых схем 7. Однако, что касается сопряженных фазных напряжений для выработанных тем самым переменных напряжений, многие из этих схемных состояний являются избыточными, то есть имеются различные схемные состояния полумостовых схем 7, которые предоставляют те же самые сопряженные фазные напряжения. В целом получается девятнадцать различных пространственных векторов напряжения, которые соответствуют различным сопряженным фазным напряжениям соответственно.
Фиг. 3 показывает получающуюся в результате пространственную векторную диаграмму D этих девятнадцати различных пространственных векторов напряжения, вырабатываемых полумостовыми схемами 7, причем три фазы переменного тока обозначены как R, S, T, и каждый узел представленной на фиг. 3 пространственной векторной диаграммы D указывает конечную точку возможного пространственного вектора напряжения D, проходящего от средней точки пространственной векторной диаграммы D к узлам.
Пространственный вектор 23 номинального напряжения для подлежащего установке номинального переменного напряжения лежит в общем случае внутри треугольника из трех вмещающих его узлов 24, 25, 26, которые соответствуют возможным пространственным векторам напряжения, которые лежат ближе всего к пространственному вектору 23 номинального напряжения. Посредством управляющего блока 12 с помощью пространственной векторной модуляции попеременно устанавливаются схемные состояния полумостовых схем 7, которые, соответственно, реализуют пространственный вектор напряжения, соответствующий одному из трех узлов 24, 25, 26, так что временное среднее значение этих реализованных пространственных векторов напряжения дает пространственный вектор 23 номинального напряжения. Тем самым предпочтительным образом минимизируется пульсация тока с тактовой частотой выработанного переменного тока и за счет этого также величина требуемого фильтра 19 переменного тока.
Как уже описано выше, различные схемные состояния полумостовых схем 7 в отношении вырабатываемых ими пространственных векторов напряжения являются избыточными. Это используется для того, чтобы минимизировать поперечные токи, которые протекают через мостовые выравнивающие дроссели 14.1, 14.2, 14.3 между преобразовательными модулями 5, 6. Для этого при пространственной векторной модуляции пространственные вектора напряжения, которые относятся к избыточным схемным состояниям, попеременно реализуются посредством различных из этих схемных состояний.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано посредством предпочтительного примера выполнения, оно не ограничивается этим раскрытым примером, и специалистом в данной области техники на этой основе могут быть выведены другие варианты без отклонения от объема защиты изобретения.

Claims (11)

1. Схемное устройство (1) для управления двигателем (3) переменного тока, содержащее
- два преобразовательных модуля (5, 6) с одинаковым числом полумостовых схем (7), причем число полумостовых схем (7) преобразовательного модуля (5, 6) по меньшей мере таково, каково число фаз двигателя (3) переменного тока, совпадающее с числом полумостовых схем (7) в преобразовательном модуле (5, 6) число мостовых выравнивающих дросселей (14.1, 14.2, 14.3),
- управляющий блок (12) для преобразовательных модулей (5, 6),
- первый добавочный модуль (17) для двигателя (3) переменного тока,
при этом
каждая полумостовая схема (7) содержит пару управляемых управляющим блоком (12), зависимых от направления тока переключающих блоков с соответствующим входом и соответствующим выходом, причем выход первого переключающего блока каждой пары соединен с входом второго переключающего блока той же пары,
- соответствующая полумостовая схема (7) первого преобразовательного модуля (5) и сопряженная с ней полумостовая схема (7) второго преобразовательного модуля (6) посредством включенного между обеими полумостовыми схемами (7) мостового выравнивающего дросселя (14.1, 14.2, 14.3) соединены в полномостовую схему,
- каждый мостовой выравнивающий дроссель (14.1, 14.2, 14.3) имеет средний отвод (16), который посредством первого добавочного модуля (17) выполнен с возможностью подключаться к двигателю (3) переменного тока,
- первый добавочный модуль (17) содержит фильтр (19) переменного тока, через который средние отводы (16) мостовых выравнивающих дросселей (14.1, 14.2, 14.3) выполнены с возможностью соединения с соответствующей фазой двигателя (3) переменного тока,
отличающееся тем, что схемное устройство (1) выполнено с возможностью избирательного управления двигателем (3) переменного тока или двигателем (2) постоянного тока,
причем схемное устройство (1) содержит второй добавочный модуль (18) для двигателя (2) постоянного тока,
причем средний отвод (16) каждого мостового выравнивающего дросселя (14.1, 14.2, 14.3) выполнен с возможностью подключения избирательным образом посредством первого добавочного модуля (17) к двигателю (3) переменного тока или посредством второго добавочного модуля (18) к двигателю (2) постоянного тока,
причем второй добавочный модуль (18) содержит по меньшей мере один дополнительный выравнивающий дроссель (20) с подключаемым к двигателю (2) постоянного тока средним отводом (16) и двумя внешними выводами (21.1, 21.2), подключаемыми к соответствующему среднему отводу (16) мостового выравнивающего дросселя (14.1, 14.2, 14.3).
2. Схемное устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что переключающие блоки преобразовательных модулей (5, 6) содержат, соответственно, биполярный транзистор (8.1, 8.2) с изолированным электродом затвора, коллектор (9.2) которого определяет вход переключающего блока, а его эмиттер (9.1) определяет выход переключающего блока.
3. Схемное устройство (1) по любому из пп. 1 или 2, отличающееся по меньшей мере одним преобразователем (15) тока для регистрации тока, протекающего между полумостовой схемой (7) преобразовательного модуля (5, 6) и соединенным с ней мостовым выравнивающим дросселем (14.1, 14.2, 14.3), причем преобразователь (15) тока для передачи зарегистрированного тока на управляющий блок (12) соединен с управляющим блоком (12).
4. Схемное устройство (1) по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что управляющий блок (12) для управления переключающими блоками полумостовых схем (7) представляет собой микропроцессор.
5. Схемное устройство (1) по п. 3, отличающееся тем, что управляющий блок (12) для управления переключающими блоками полумостовых схем (7) представляет собой микропроцессор.
6. Способ избирательного управления двигателем (3) переменного тока или двигателем (2) постоянного тока посредством схемного устройства (1) по любому из предыдущих пунктов,
при этом
- двигатель (3) переменного тока или двигатель (2) постоянного тока через схемное устройство (1) запитывают от источника (4) постоянного напряжения, первый полюс которого соединяют с входами первых переключающих блоков всех полумостовых схем (7) и второй полюс которого соединяют с выходами вторых переключающих блоков всех полумостовых схем (7),
и при этом
- либо каждую фазу двигателя (3) переменного тока посредством первого добавочного модуля (17) связывают со средним отводом (16) мостового выравнивающего дросселя (14.1, 14.2, 14.3) и преобразовательными модулями (5, 6) посредством управляющего блока (12) управляют как инвертором для преобразования постоянного напряжения источника (4) постоянного напряжения в переменное напряжение для двигателя (3) переменного тока,
- либо двигатель (2) постоянного тока посредством второго добавочного модуля (18) подключают к средним отводам (16) мостовых выравнивающих дросселей (14.1, 14.2, 14.3) и преобразовательными модулями (5, 6) посредством управляющего блока (12) управляют как преобразователем постоянного напряжения для преобразования постоянного напряжения источника (4) постоянного напряжения в постоянное напряжение для двигателя (2) постоянного тока.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при управлении преобразовательными модулями (5, 6) как инвертором полумостовыми схемами (7) посредством управляющего блока (12) согласно пространственной векторной модуляции управляют таким образом, что вырабатываемое переменное напряжение регулируют соответственно пространственному вектору (23) номинального напряжения для номинального переменного напряжения.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что поперечные токи, которые протекают через мостовые выравнивающие дроссели (14.1, 14.2, 14.3) между преобразовательными модулями (5, 6), снижают за счет того, что применяемые при пространственной векторной модуляции пространственные векторы напряжения вырабатываемых переменных напряжений, которые могут быть реализованы посредством различных состояний переключения полумостовых схем (7), устанавливают с чередованием по этим различным состояниям переключения.
9. Способ по любому из пп. 6-8, отличающийся тем, что при подключении двигателя (2) постоянного тока к средним отводам (16) мостовых выравнивающих дросселей (14.1, 14.2, 14.3), дополнительный выравнивающий дроссель (20) второго добавочного модуля (18) через его средний отвод (16) соединяют с якорем двигателя (2) постоянного тока, через первый внешний вывод (21.1) - со средним отводом (16) первого мостового выравнивающего дросселя (14.1), и через второй внешний вывод (21.2) - со средним отводом (16) второго мостового выравнивающего дросселя (14.2), и средний отвод (16) третьего мостового выравнивающего дросселя (14.3) соединяют с обмоткой (22) возбуждения двигателя (2) постоянного тока.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что при работе преобразовательного модуля (5, 6) в качестве преобразователя постоянного напряжения первые переключающие блоки и/или вторые переключающие блоки сопряженных друг с другом полумостовых схем (7) преобразовательных модулей (5, 6) размыкают и замыкают с временным смещением относительно друг друга таким образом, что пульсация тока, протекающего через якорь двигателя (2) постоянного тока, минимизируется за счет того, что для номинального числа оборотов двигателя (2) постоянного тока посредством управляющего блока (12) определяют и устанавливают минимизирующий эту пульсацию тока коэффициент модуляции переключающих блоков, соединенных с первым мостовым выравнивающим дросселем (14.1) и вторым мостовым выравнивающим дросселем (14.2), и соединенными с третьим мостовым выравнивающим дросселем (14.3) переключающими блоками управляют таким образом, что посредством установки соответствующего тока возбуждения достигается номинальное число оборотов.
11. Применение способа по любому из пп. 6-10 для избирательного управления двигателем (3) переменного тока или двигателем (2) постоянного тока на подводной лодке.
RU2014135328/07A 2012-01-30 2013-01-11 Избирательное управление двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока RU2579439C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012201269A DE102012201269A1 (de) 2012-01-30 2012-01-30 Wahlweise Steuerung eines Wechselstrommotors oder Gleichstrommotors
DE102012201269.9 2012-01-30
PCT/EP2013/050501 WO2013113540A2 (de) 2012-01-30 2013-01-11 Wahlweise steuerung eines wechselstrommotors oder gleichstrommotors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014135328A RU2014135328A (ru) 2016-03-20
RU2579439C2 true RU2579439C2 (ru) 2016-04-10

Family

ID=47563496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014135328/07A RU2579439C2 (ru) 2012-01-30 2013-01-11 Избирательное управление двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP2792061B1 (ru)
KR (1) KR101654755B1 (ru)
AU (1) AU2013214528B2 (ru)
BR (1) BR112014018746B1 (ru)
DE (1) DE102012201269A1 (ru)
ES (1) ES2578612T3 (ru)
RU (1) RU2579439C2 (ru)
WO (1) WO2013113540A2 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017217948A1 (de) * 2017-10-09 2019-04-11 Siemens Aktiengesellschaft Antriebseinrichtung bzw. deren Betrieb
DE102017131042A1 (de) 2017-12-21 2019-06-27 Sma Solar Technology Ag Umrichter mit mindestens einem wandlermodul mit drei brückenzweigen, verfahren zum betreiben und verwendung eines solchen umrichters
EP4092895A1 (de) 2021-05-18 2022-11-23 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Verfahren zum betrieb eines gleichstromstellers zur versorgung einer elektrolyseeinrichtung mit elektrischer betriebsenergie
CN113992069B (zh) * 2021-10-30 2023-07-28 福州大学 一种交流电机和直流电机混合控制系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1443636A (en) * 1973-11-28 1976-07-21 Siemens Ag Ac electrical supply arrangment
RU44597U1 (ru) * 2004-10-22 2005-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Циркон-Сервис" Электросистема пассажирского вагона
EP1724147A2 (en) * 2005-05-18 2006-11-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Control apparatus for an electric locomotive
RU86813U1 (ru) * 2009-04-16 2009-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "ЭНЕРГОМОДУЛЬ" Управляемый электронный модуль
RU2419953C1 (ru) * 2007-06-07 2011-05-27 Мицубиси Электрик Корпорейшн Устройство управления двигателем
FR2961177A1 (fr) * 2010-06-11 2011-12-16 Hispano Suiza Sa Circuit d'alimentation electrique pour un circuit de degivrage d'un aeronef

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3433886A1 (de) * 1984-09-14 1986-03-27 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Steuereinrichtung fuer einen gleichstrom-halbleitersteller
US6545450B1 (en) * 1999-07-02 2003-04-08 Advanced Energy Industries, Inc. Multiple power converter system using combining transformers
DE10237553A1 (de) * 2002-08-16 2004-03-04 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Zwischenkreisspannung in einem Spannungszwischenkreisumrichter mit mehreren Teilumrichtern
US7109681B2 (en) 2004-08-25 2006-09-19 Hamilton Sundstrand Corporation Parallel inverter motor drive with improved waveform and reduced filter requirements
DE102006049490A1 (de) * 2006-10-17 2008-04-24 Lti Reenergy Gmbh Ansteuerschaltung für Gleichstrommotoren mit Bremse und Notbetriebsversorgungseinrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1443636A (en) * 1973-11-28 1976-07-21 Siemens Ag Ac electrical supply arrangment
RU44597U1 (ru) * 2004-10-22 2005-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Циркон-Сервис" Электросистема пассажирского вагона
EP1724147A2 (en) * 2005-05-18 2006-11-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Control apparatus for an electric locomotive
RU2419953C1 (ru) * 2007-06-07 2011-05-27 Мицубиси Электрик Корпорейшн Устройство управления двигателем
RU86813U1 (ru) * 2009-04-16 2009-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "ЭНЕРГОМОДУЛЬ" Управляемый электронный модуль
FR2961177A1 (fr) * 2010-06-11 2011-12-16 Hispano Suiza Sa Circuit d'alimentation electrique pour un circuit de degivrage d'un aeronef

Also Published As

Publication number Publication date
AU2013214528A1 (en) 2014-09-04
KR101654755B1 (ko) 2016-09-22
RU2014135328A (ru) 2016-03-20
WO2013113540A2 (de) 2013-08-08
WO2013113540A3 (de) 2014-03-13
ES2578612T3 (es) 2016-07-28
KR20140119164A (ko) 2014-10-08
EP2792061A2 (de) 2014-10-22
BR112014018746A2 (ru) 2017-06-20
AU2013214528B2 (en) 2016-03-03
DE102012201269A1 (de) 2013-08-01
EP2792061B1 (de) 2016-04-06
BR112014018746A8 (pt) 2017-07-11
BR112014018746B1 (pt) 2021-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8587322B2 (en) Methods and apparatus for motor emulation
Cai et al. An integrated multiport power converter with small capacitance requirement for switched reluctance motor drive
US8415904B2 (en) Open delta motor drive with integrated recharge
JP4003409B2 (ja) 多出力電力変換回路
EP1657807A2 (en) Bidirectional buck-boost power converter
US8072190B2 (en) Permanent magnet generator control
CN102474201A (zh) 具有多电平电压输出和谐波补偿器的功率转换器
US9379597B2 (en) System for driving electromagnetic appliance and motor driven vehicle
US20040004852A1 (en) Utilizing zero-sequence switchings for reversible converters
JP2010515408A (ja) ほとんど完全に誘導性の負荷を制御する方法と該方法を適用する装置
RU2579439C2 (ru) Избирательное управление двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока
US20230249564A1 (en) Charging device and vehicle
EP1044496B1 (en) Apparatus for resonant excitation of high frequency alternator field
JPH1118489A (ja) 同期電動機の駆動制御装置
CN106972802A (zh) 控制电机驱动系统直流母线电压的方法和装置
Itoh et al. Investigation of a two-stage boost converter using the neutral point of a motor
Kommula et al. PFC based SEPIC converter fed BLDC motor with torque ripple minimization approach
TWI794329B (zh) Ｄｃ轉ａｃ功率轉換器及適合被使用在ｄｃ轉ａｃ功率轉換器之隔絕ｄｃ轉ｄｃ轉換器
Baros et al. Multilevel inverters for motor drives and wireless power transfer applications
Mizukoshi et al. Improvement of output voltage waveform in dual inverter fed open-winding induction motor at low speed area
EP3915188A1 (en) Motor drive topologies for traction and charging in electrified vehicles
Riedemann et al. A resonant current control of an open-end winding induction motor fed by an indirect matrix converter
Chang et al. An experimental switched-reluctance generator based distributed power system
CN110784136B (zh) 自励变励磁电压变发电电压的开关磁阻发电机变流系统
CN220775659U (zh) 装置和变频驱动器

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20211201