FI116178B - Vaihtosuuntaajan lähtökuristinsovitelma - Google Patents

Vaihtosuuntaajan lähtökuristinsovitelma Download PDF

Info

Publication number
FI116178B
FI116178B FI20021514A FI20021514A FI116178B FI 116178 B FI116178 B FI 116178B FI 20021514 A FI20021514 A FI 20021514A FI 20021514 A FI20021514 A FI 20021514A FI 116178 B FI116178 B FI 116178B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
output
voltage
phase
inverter
components
Prior art date
Application number
FI20021514A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20021514A (fi
FI20021514A0 (fi
Inventor
Teemu Ronkainen
Markku Talja
Juha Mikkola
Simo Antero Poeyhoenen
Marko Raatikainen
Original Assignee
Abb Oy
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 Abb Oy filed Critical Abb Oy
Publication of FI20021514A0 publication Critical patent/FI20021514A0/fi
Priority to FI20021514A priority Critical patent/FI116178B/fi
Priority to DE60324035T priority patent/DE60324035D1/de
Priority to AU2003255546A priority patent/AU2003255546A1/en
Priority to DE60306661T priority patent/DE60306661T2/de
Priority to EP05113013A priority patent/EP1646120B1/en
Priority to PCT/FI2003/000618 priority patent/WO2004019475A1/en
Priority to AT05113013T priority patent/ATE410809T1/de
Priority to AT03792442T priority patent/ATE332587T1/de
Priority to EP03792442A priority patent/EP1535386B1/en
Publication of FI20021514A publication Critical patent/FI20021514A/fi
Priority to US11/060,321 priority patent/US6985371B2/en
Application granted granted Critical
Publication of FI116178B publication Critical patent/FI116178B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—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
    • H02M7/493—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 the static converters being arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • 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
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • 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
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/045—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core of cylindric geometry and coil wound along its longitudinal axis, i.e. rod or drum core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F2038/006—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions matrix transformer consisting of several interconnected individual transformers working as a whole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
    • H01F38/10—Ballasts, e.g. for discharge lamps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

116178
Vaihtosuuntaajan lähtökuristinsovitelma Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on itsenäisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen kuristinsovitelma.
5 Vaihtosuuntaaja on laite, jota käytetään tyypillisesti moottorien oh jaamiseen taloudellisella ja luotettavalla tavalla. Vaihtosuuntaaja eli invertteri tuottaa lähtöönsä jännitteen tai virran, jolla on ohjattava taajuus, jolloin moottoria voidaan ohjata optimaalisella tavalla lähdön toivotun taajuuden mukaisesti.
Jännitevälipiirillinen taajuusmuuttaja, jollainen on esitetty esimerkin 10 vuoksi kuviossa 7, tuottaa vaihtosuuntausosalla 73 lähtöönsä perustaajuuteen nähden lyhyitä jännitepulsseja, joiden kestoaikaa säädetään toivotun lähtöjän-nitteen aikaansaamiseksi. Jännitevälipiirisessä taajuusmuuttajassa on tasajän-nitevälipiiri Udc, jonka positiivista ja negatiivista jännitettä kytketään toivotulla tavalla jännitepulsseina vaiheittaisiin lähtöihin. Yhdessä vaiheessa on siten 15 ylempi 71 ja alempi 72 puolijohdekytkin, joiden välistä saadaan vaiheen lähtö-jännite. Kuviossa 7 on lisäksi esitetty taajuusmuuttajalla ohjattava moottori M ja syöttömuuntaja 74.
Nämä lyhyet ja nopeat jännitepulssit tuotetaan suuria virtoja ja jännitteitä sietävillä tehopuolijohteilla. Nykyisin käytetään yleisesti IGB-20 transistoreita (insulated gate bipolar transistor) tämän hyvien ominaisuuksien vuoksi. IGBT kykenee katkaisemaan jopa satojen ampeerien virran ja vastaa-*·*“·* vasti komponentin jännitekestoisuus on tuhansia voltteja.
: Suurivirtaisissa vaihtosuuntaajissa on kuitenkin kytkettävä IGBT- ·:··: komponentteja rinnan tarvittavan virtakestoisuuden saavuttamiseksi. IGBT- 25 komponentit on usein pakattu moduuleiksi, jolloin yhdessä moduulissa on usei- » · .··*. ta IGBT-kytkimiä ja näiden nolladiodit. Tällöin luonnollinen vaihtoehto vaih tosuuntaajan lähdön kytkimien rinnankytkemiseen on kytkeä yhden moduulin . kytkimiä rinnakkain. Ne käyttökohteet, joissa tarvitaan useiden komponenttien rinnankytkentää ovat tyypillisesti kolmivaiheisia. Jokaisessa vaiheessa on täi- • · 30 löin rinnankytkettyjä komponentteja ja näitä rinnankytkennän osia kutsutaan : : : yleisesti haaroiksi. Yksi invertterin lähdön vaihe koostuu siten rinnankytkettyjen ylempien ja alempien kytkinkomponenttien määrää vastaavasta lukumäärästä haaroja.
» < t Jännitevälipiiritaajuusmuuttajissa lähtöjännite muodostetaan vaih-’· · 35 tosuuntausosassa jännitepulsseista, joilla on nykyisiä kytkinkomponentteja käytettäessä erittäin suuret nousunopeudet. Suuret jännitteen nousunopeudet 116178 2 aiheuttavat vaihtosuuntaajan ja pyöritettävän koneen välisessä kaapelissa koneen eristeitä rasittavia jännitevärähtelyjä. Jännitevärähtelyjen amplitudi ja taajuus määräytyvät jännitteennousunopeuden lisäksi kaapelin pituudesta ja aal-toimpedanssista, koneen aaltoimpedanssista sekä muista vaihtosuuntaajan ja 5 koneen välillä olevista sähköisistä rajapinnoista. Kaapelin kriittiseksi pituudeksi kutsutaan sitä kaapelin minimipituutta, jolla tapahtuu maksimiheijastus koneen liittimissä.
Kuristimella vaihtosuuntaajan lähdössä voidaan edellä esitettyä kaapelin kriittistä pituutta pidentää. Haluttu jännitteen nousunopeus määrää 10 kuristimen induktanssin suuruuden. Tarvittavan induktanssin suuruutta voidaan pienentää RC-piirillä, kuten on esitetty kuviossa 2. RC-piirin käyttäminen kuitenkin lisää käytön häviöitä ja saattaa vaikeuttaa joidenkin vaihtosuuntaajien säädön toimintaa.
Perinteisesti jännitteennousunopeutta onkin rajoitettu 15 vaihtosuuntaajan lähtöön asennetuilla kuristimilla, joka on joko yksi- tai kolmivaiheinen. Kuviossa 1 on esitetty sekä yksi- että kolmivaiheisen kuristimen perusrakenne. Kuristin koostuu käämityksestä 1, joka on käämitty sydämen 2 ympärille. Sydän on yleensä suorakaiteen muotoinen ja sisältää ainakin yhden ilmavälin kyllästymisen estämiseksi. Maksimijännitteiden 20 pienentämiseen on joissakin tapauksissa käytetty lisäksi erilaisia jänniteleikkureita, kuten esimerkiksi kuviossa 3 on esitetty. Tässä ··.: vaihtosuuntaajan lähtöön on kytketty diodisilta 31, joka leikkaa lähdön » jännitteen sen noustessa välipiirin jännitettä Udc korkeammaksi.
·.: I Suuri jännitteen nousunopeus kasvattaa myös kiertävää laakerien *:··: 25 kautta kulkevaa virtaa. Karkeasti voidaan sanoa kiertävän laakerivirran olevan verrannollinen moottorin yhteismuotoiseen jännitteeseen ja siitä aiheutuvaan hajakapasitanssien läpi kulkevaan virtaan. Vaihtosuuntaajan lähtöjännitteen nousunopeutta pienentämällä pienennetään tätä virtaa. Erityinen laakerivir- : tasuodatin, jollainen on esitetty kuviossa 8, koostuu vaihtosuuntaajan lähtöku- 30 ristimen L lisäksi yhteismuotoisesta kuristimesta Lcomm esimerkiksi tasajänni-tevälipiirissä tai vaihtosuuntaajan lähdössä ja RC-piirin tähtipisteen ja maata- > t : j son välille asennetusta kapasitanssista CE.
Riippumatta siitä, onko invertterissä IGBT:iden rinnankytkentöjä, ;v, lähtökuristimen tarkoituksena on pienentää jännitteen nousunopeus ja ampli- • » \\ 35 tudi niin pienelle tasolle, etteivät jännitevärähtelyt vaurioita pyöritettävän ko- ♦ 1 t ' ‘ neen eristeitä, ja ettei laakerin kautta kulkeva virta aiheuta laakerivauriota.
116178 3
Tunnetuissa ratkaisuissa rinnankytkettyjen IGB-transistorien yhteydessä IGB-transistorien lähdöt on kytketty suoraan rinnan vaihelähdön muodostamiseksi, ja tämän rinnankytkennän yhteiselle virtatielle on liitetty kuristin rajoittamaan jännitteen nousunopeutta. Kuristinsydämen kyllästymisen estämi-5 seksi, ja toisaalta tarvittavan induktanssin saamiseksi, täytyy sydämen poikkipinta-ala olla tarpeeksi suuri. Koska myös rinnankytkettyjen komponenttien sallima virta on suuri, tarvittavasta kuristimesta muodostuu erittäin kookas ja painava.
Ongelman IGBT-kytkimien suorassa rinnankytkennässä muodostaa 10 normaaleissa kytkentätilanteissa syntyvät erot rinnankytkettyjen haarojen virtojen välille. Haarojen väliset virtaerot johtuvat IGBT-kytkimien jyrkkyyksien ja hi-lakapasitanssien eroista, sekä hilaohjaimesta johtuvista tekijöistä, kuten hilaoh-jaussignaalien eriaikaisuudesta sekä hilajännitteiden ja hilaresistanssien eroista. Rinnankytkettyjen kytkinkomponenttien ja näitä ohjaavien piirien epäideaali-15 suuden vuoksi vaiheen lähtövirta ei jakaannu tasaisesti komponenttien kesken kytkentätilanteiden aikana.
Esimerkiksi kytkinten sammutustilanteessa yhden kytkimen alkaessa katkaista virtaa ennen muita saman vaiheen kytkimiä, siirtyy osa virrasta muille vaiheen kytkinkomponenteille. Tämän virran kasvun mitoitettuun kytkin-20 kohtaiseen vaihevirtaan nähden on havaittu olevan jopa kymmeniä prosentteja. Tämä virran mahdollinen kasvaminen tulee ottaa huomioon invertteriä mitoi-;:· tettaessa. Haaravirtojen väliset erot pienentävät invertterin kuormitettavuutta, ·:·*: koska lähtövirta on rajoitettava sellaiselle tasolle, että kytkinkomponenttien het- : kellinen virtakestoisuus ei ylity siinäkään haarassa, jonka virta on suurin. Kytki- ♦ · · 25 miä ei siis voida mitoittaa pelkästään vaihevirran perusteella, sillä näin mitoitet- • · ... ; taessa kytkentätilanteissa tapahtuva virtojen siirtyminen saattaisi aiheuttaa kyt- kinkomponentin rikkoutumisen.
···’ Ongelman nykyisten jäykästi rinnankytkettyjen haarojen yhteydessä muodostaa myös se, että virheellisesti toimivaa yhden haaran tehokytkintä, ku-i 30 ten esimerkiksi IGBT-kytkintä ei voida tunnistaa.
* * I
. , Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kuristinsovitelma ♦ » *; ’ vaihtosuuntaajan lähtöä varten, joka välttää edellä mainitut epäkohdat, ja mah- i dollistaa kuristimien mitoittamisen aikaisempaa pienempikokoisiksi. Tämä tar- ' ·.; 35 koitus saavutetaan keksinnön mukaisella sovitelmalla, jolle on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
116178 4
Keksinnön mukainen sovitelma perustuu siihen ajatukseen, että yksivaiheiset kuristimet voidaan toteuttaa aikaisempaa pienempikokoisina siten, että kuristimen sydän muodostuu ikeettömästä rakenteesta. Tällaisella rakenteella saavutetaan aikaisempaa keveämpi rakenne, mutta silti samat ominai-5 suudet kuin tunnetuilla ikeellisillä rakenteilla.
Kuvioiden lyhyt selostus
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:
Kuvio 1 esittää perinteisiä yksi- ja kolmivaiheisia kuristinrakenteita; 10 Kuvio 2 esittää LCR-suodatinta vaihtosuuntaajan lähdössä;
Kuvio 3 esittää jänniteleikkuria vaihtosuuntaajan lähdössä;
Kuvio 4 esittää haarakohtaisia kuristimia vaihtosuuntaajan lähdössä; Kuvio 5 esittää läpisyttymistä vaihtosuuntaajan lähtövaiheessa, jossa haarat on kytketty jäykästi rinnan; 15 Kuvio 6 esittää läpisyttymistä vaihtosuuntaajan lähtövaiheessa, jos sa on keksinnön mukaiset haarakohtaiset kuristimet;
Kuvio 7 esittää jännitevälipiiritaajuusmuuttajaa;
Kuvio 8 esittää laakerivirtasuodinta,
Kuvio 9 esittää lähtökuristinyksikköä, jonka rakenne on rivimäinen; 20 ja
Kuvio 10 esittää lähtökuristinyksikköä, jonka kuristimet ovat toisiinsa ..7: nähden symmetrisesti.
Keksinnön yksityiskohtainen selostus
Kuviossa 4 on esitetty lähtökuristinjärjestelyn rakenne vaihtosuun- * · 25 taajan yhteydessä. Kuvion 4 rakenteessa kunkin vaiheen U, V, W lähtö käsit-:>t>: tää kolme haaraa, eli kolme rinnakkaista kytkinparia, joita ohjataan samanai kaisesti tarvittavan lähtövirran aikaansaamiseksi. Kuviossa 4 on esitetty, kuin-j ;’j ka kunkin vaiheen kytkimet on muodostettu kolme kytkinparia käsittävistä mo- II» · ,·*. duuleista 41, 42, 43, jotka on kytketty tasajännitevälipiiriin Udc. Keksinnön mu- '·’ 30 kaisesti sovitelma käsittää haarakohtaiset yksivaiheiset kuristimet LU1, LU2, i LU3, LV1, LV2, LV3, LW1, LW2, LW3, joiden kuristimien käämien ensimmäiset päät on sovitettu kytkettäväksi haarojen tehopuolijohdekomponenttien lähtöihin ;v. UU1, UU2, UU3, UV1, UV2, UV3, UW1, UW2, UW3. Nämä haarakohtaiset • · ; lähdöt muodostuvat normaaliin tapaan ylempien ja alempien tehokytkimien vä- » » » 116178 5 lisistä pisteistä. Näiden pisteiden potentiaalia ohjataan tehokytkimillä vuoroin jännitevälipiirin positiiviseen ja negatiiviseen potentiaaliin.
Keksinnön mukaisesti edelleen yksivaiheisten kuristimien toiset päät on sovitettu kytkettäväksi keskenään yhteen, jolloin saadaan aikaan vaihto-5 suuntaajan vaihelähtö U, V, W, joka edelleen kytketään kuormaan tämän ohjaamiseksi.
Keksinnön mukaisen sovitelman toimintaa kuvataan seuraavassa viitaten kuvioihin 5 ja 6. Kuviossa 5 on esitetty tunnetun tekniikan mukainen haarojen suora rinnankytkeminen virtakapasiteetin lisäämiseksi. Tällöin teho-10 puolijohdekomponenttien, jotka ovat edullisesti IGBT-kytkimiä tai vastaavia nopeita komponentteja, lähdöt on kytketty suoraan rinnakkain. Tällöin kytkennässä kaikkien ylempien V1, V3, V5 ja alempien V2, V4, V6 tehopuolijohteiden väliset pisteet ovat täsmälleen samassa potentiaalissa.
Koska kytkinkomponentit ja kytkinkomponentteja ohjaavat ohjainpii-15 rit poikkeavat aina jossain määrin toisistaan, pyrkivät komponentit samasta ohjauksesta huolimatta sammumaan ja syttymään eri aikaan ja eri nopeudella. Tästä seuraa tilanne, jossa esimerkiksi komponentin sammuttamisen yhteydessä joku kytkimistä pyrkii sammumaan ennen toista. Sammumistilanteessa esimerkiksi IGBT-kytkimessä komponentin yli oleva jännite pyrkii nousemaan 20 ennen virran pienenemistä. Koska kuitenkin kaikkien haarojen jännite on sama, ei jännite pääse nousemaan toivotulla tavalla, ja virtaa siirtyy ensiksi sam- ·:· mumaan alkaneelta komponentilta muiden haarojen komponenteille. Vaikka- • · · · ·:··· kaan tyypilliset viiveet eivät ole nanosekuntiluokkaa suurempia, aiheuttaa tämä : merkittäviä virransiirtymisiä muille komponenteille.
25 Kuviossa 6 on esitetty yhden lähtövaiheen keksinnön mukainen kyt- • · . . kentä, jossa on kolme haaraa. Kunkin kytkinparin väliseen pisteeseen on kyt- ketty kuristimet, ja näiden kuristimien toiset päät on edelleen kytketty toisiinsa * · vaihelähdön muodostamiseksi. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa edellä mainitut IGBT:iden ja hilaohjaimien epäideaalisuudet aiheuttavat IGBT kytkinten : 30 lähtöhaarojen välille hetkellisiä jännite-eroja, jotka vaikuttavat kuristimien yli, ja haarojen virrat muuttuvat toisiinsa nähden mainittujen jännite-erojen ja kuristi-: mien induktanssin määräämällä nopeudella. Käyttämällä kuristimia keksinnön I » * ‘•i/ mukaisella tavalla toisille kytkimille siirtyvän virran suuruutta saadaan pienen- I « ‘I’ nettyä merkittävästi, jolloin kytkimet voidaan mitoittaa tarkemmin ainoastaan : \: 35 kuormavirtaa silmällä pitäen.
• I ( > I »
» I
116178 6
Haarakohtaisten yksivaiheisten kuristimien käyttäminen mahdollistaa sellaisen menetelmän toteuttamisen, jolla voidaan määrittää tietyntyyppinen vikaantuminen rinnankytkettyjen tehopuolijohteiden yhteydessä. Tätä menetelmää selitetään edelleen viittaamalla kuvioihin 5 ja 6.
5 Vikatilanteissa, joissa vain yksi rinnankytketyistä IGBT-kytkimistä V2 ohjautuu virheellisesti johtavaksi tai jää johtavaksi muiden V4 ja V6 sammuessa, samalla kun vastakkaisen haaran tehokytkimet V1, V3 ja V5 ovat ohjattuina tai ohjataan normaalisti johtavaksi, kulkee vikavirta kokonaisuudessaan tämän yhden kytkimen V2 kautta. Tällainen tilanne on esitetty kuviossa 5 perinteisen 10 suoran haarojen rinnankytkennän yhteydessä. Tällöin virta kasvaa niin suureksi, että kyseinen IGBT V2 menee kyllästymättömään tilaan, ja rajoittaa vikavirran hilajännitteensä mukaiseen arvoon. Kuviossa 5 on esitetty, kuinka vikavirta kulkee myös kytkinten V3 ja V5 kautta ja kytkimen V2 läpi tasajännitevälipiirin negatiiviseen kiskoon.
15 Jos IGBT-kytkinten lähtöhaarat kytketään jäykästi rinnan, kulkee vastakkaisessa haarassa sama vikavirta, lisättynä tai vähennettynä kuormavir-ralla lM, useamman rinnakkaisen IGBT:n V1, V3 ja V5 kautta, jolloin kunkin yksittäisen IGBT:n virta jää vastaavasti pienemmäksi. Tällöin myös näiden IGBT:iden päästöjännite jää vain muutamaan volttiin, eli se poikkeaa vain vä-20 hän päästöjännitteestä normaalilla kuormavirralla, mikä vaikeuttaa oleellisesti vian havaitsemista.
··· Vikavirran kulkuun voidaan vaikuttaa kuristinsovitelmalla, jossa kyt- • j ketään kuristin jokaiseen IGBT-kytkinparin lähtöhaaraan, ja kytketään haarat : .·. rinnakkain vasta kuristimien jälkeen, kuten kuviossa 6 on esitetty. Tämä ei vai- 25 kuta vikavirran suuruuteen oleellisesti, mutta vaikuttaa virran kulkuun siten, et- * * . . tä siinä haarassa, jossa kaikki rinnakkaiset tehokytkimet V1, V3 ja V5 on ohjat- tu johtaviksi, vikavirta kulkee aluksi vain yhden tehokytkimen V1 kautta, siirtyen ’**’ vasta vähitellen muille rinnankytketyille kytkimille V3 ja V5 kuristimien induk tanssien ja kytkimien päästöjännitteiden erojen määräämällä nopeudella. Täl-: 30 löin sen tehokytkimen V1, jonka kautta koko vikavirta aluksi kulkee, päästöjän- nite muodostuu oleellisesti suuremmaksi kuin vastaavassa vikatilanteessa il-: !·, man haarakohtaisia kuristimia. Kyseisen IGBT:n päästöjännite laskee vähitel-
Ien virran siirtyessä myös rinnakkaisille IGBT:ille V3 ja V5, mutta sopivalla ku-ristimien mitoituksella saadaan päästöjännite viipymään riittävän korkealla ta-; 35 solia niin pitkään, että vikatilanne voidaan havaita IGBT:n kollektorijännitteen mittaukseen perustuen. Kuristimen mitoituksella pyritään päästöjännite saa- 116178 7 maan esimerkiksi noin 7-10 volttia suuremmaksi kuin päästöjännite normaalilla kuormavirralla.
Tämä menetelmä toimii siis siten, että määritetään ennalta jännite-raja ja aikaraja, joita käytetään vikatilanteen indikointiin. Jänniteraja on se jän-5 nite, jonka yläpuolella komponentin päästöjännitteen tulee olla, jotta vikatilanne voidaan luotettavasti todeta. Aikarajaa käytetään, jotta vikatilanteen indikointi ei toimisi virheelliseesti normaaleissa kytkentätilanteissa, jolloin IGBT:n päästöjännite on lyhyen aikaa edellä mainitun jänniterajan yläpuolella. Edelleen menetelmässä määritetään haarojen tehopuolijohdekomponenttien ohjaustiedot. 10 Komponenttien ohjaustiedot saadaan esimerkiksi suoraan ohjauksen suorittavalta prosessorilta.
Menetelmässä edelleen määritetään haarojen tehopuolijohdekomponenttien kollektorijännitettä niissä tehopuolijohdekomponenteissa, jotka on ohjattu johtavaan tilaan. Kollektorijännitteen eli päästöjännitteen mittaaminen 15 voidaan suorittaa normaalilla tavalla käyttäen hyväksi ohjainpiireissä tai hilaoh-jaimissa tyypillisesti valmiina olevia mittauspiirejä. Siinä tehopuolijohdekompo-nentissa havaitaan vikatilanne, jonka kanssa sarjaankytketyn tehopuolijohde-komponentin kollektorijännite ylittää ennalta määrätyn jänniterajan ajanjaksoksi, joka on pidempi kuin ennalta määrätty aikaraja. Näin siis määrittämällä oh-20 jattujen kytkinten kollektorijännitettä voidaan päätellä, onko kyseisen kytkimen ala- tai yläpuolinen kytkin vahingossa jäänyt tai ohjautunut johtavaan tilaan.
Tämän menetelmän erään sovelluksen mukaisesti tehokytkimet • * t » sammutetaan vian havaitsemisen jälkeen, jolloin vikavirta katkeaa. Vaihtoeh- * · . toisesti tai tämän lisäksi voidaan myös tuottaa vikaantumisesta hälytyssignaali, ; 25 joka toimitetaan vaihtosuuntaajan tai vaihtosuuntaajalla käytettävän prosessin | [ operaattorin tietoon.
I ( | *; Keksinnön mukaisen sovitelman mukaisesti kuristimet on muodos- tettu yksivaiheisista ikeettömistä kuristimista. Toisin sanoen kuristimen käämitys on muodostettu sellaisen sydämen ympärille, joka ei sulkeudu. Kuviossa 1 j :: 30 on esitetty perinteinen yksi-ja kolmivaiheinen kuristin, joissa magneettinen sy- dänmateriaali on ikeellinen, eli sydänmateriaaliin muodostuva magneettivuo . pyritään saamaan sulkeutumaan sydäntä pitkin.
Kuviossa 9 ja 10 on esitetty keksinnön mukaisessa sovitelmassa I t ’··/ käytettäväksi soveltuvia kuristinrakenteita. Kuviosta 9 käy ilmi ikeettömän yksi- : ’ · *: 35 vaiheisen kuristimen rakenne, vaikkakin kuviossa on esitetty kokonainen kuris- tinyksikkö poikittaisprojektiona ja pystyprojektiona. Kuviosta ilmenee, kuinka
1 I
116178 8 yksittäinen kuristin on muodostettu käämimällä käämi 92 pylväsmäisen sydämen 91 ympärille. Kuristimen liittimet 94 on tuotu kuristimen toisesta pitkittäisestä päästä ja käämityksen ympärille on muodostettu metallisuoja 93 haja-kenttien leviämisen estämiseksi. Kuviossa 9 esitetty kuristinyksikkö käsittää 5 yhteensä yhdeksän yksivaiheista kuristinta. Tällainen määrä kuristimia tarvitaan kolmivaiheisen järjestelmän lähtöön, mikäli jokainen vaihe käsittää kolme erillistä haaraa, kuten kuvion 4 esimerkissä.
Kuristimen mekaanisen rakenteen tulee olla sellainen, ettei haara-kohtaisten kuristimien välillä ole merkittävää magneettista kytkentää, tai että eri 10 lähtövaiheiden kuristimien välillä ei ole magneettista kytkentää ja saman vaiheen rinnakkaisten haarojen välinen magneettinen kytkentä on pieni ja symmetrinen. Tällainen toteutus saadaan aikaan esimerkiksi kuviossa 9 esitetyllä rivimäisellä rakenteella, jossa kaikki yksittäiset kuristimet on suojattu metalli-suojalla 93.
15 Toinen mahdollisuus epätoivottujen magneettisten kytkeytymisten välttämiseksi on kuviossa 10 esitetty symmetrinen rakenne pystyprojektiona. Kuviosta ilmenee sydän 101, sydämen ympärille käämitty käämi 102 ja metalli-suoja 103. Tässä ratkaisussa saman lähtövaiheen rinnakkaisten haarojen kuristimet on kytketty symmetriseen muotoon. Kuvion 10 lähtökuristinyksikkö on 20 tarkoitettu vaihtosuuntaajalle, jossa on jokaisessa kolmessa vaiheessa kolme rinnakkaista haaraa. Tässä ratkaisussa eri vaiheiden kuristimien välinen mag-neettinen kytkentä on estetty metallisuojalla, eli yhden metallisuojan 103 sisä-·:··: puolella on symmetrisesti toisiinsa nähden asetellut yhden vaiheen yksittäiset • kuristimet.
•«· * 25 Ikeettömien kuristinten käyttämisen mahdollistaa se seikka, että pe- : rinteisten ikeellisten kuristimien yhteydessä suuritaajuinen magneettivuo ei sul- • »t keudu ikeen kautta. Näin ollen ikeettömällä kuristimella saavutetaan tarpeeksi • » suuri induktanssi suurilla taajuuksilla. Ikeettömän kuristimen merkittävänä etuna on pieni koko ja kevyt rakenne verrattuna aikaisempiin toteutuksiin. Näin ol-: 30 Ien myös valmistuskustannukset ovat merkittävästi aikaisempaa pienemmät.
Keksintöä on selitetty edellä liittyen vaihtosuuntaajiin, joissa on kol-; me rinnakkaista haaraa. On kuitenkin selvää, että keksintöä voidaan soveltaa myös sellaisessa yhteydessä, jossa haarojen lukumäärä poikkeaa kolmesta.
* * ‘ Alan ammattilaiselle on lisäksi ilmeistä, että keksinnön perusajatus voidaan ιοί .* 35 teuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä 116178 9 kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (4)

116178
1. Kuristinsovitelma vaihtosuuntaajan lähtöä varten, jolloin vaihtosuuntaajan vaihelähtö on sovitettu muodostumaan kahdesta tai useammasta 5 rinnakkaisesta haarasta, joista kukin käsittää lähdön ylemmän (V1, V3, V5) ja alemman (V2, V4, V6) tehopuolijohdekomponentin, joista ylempi on kytketty ta-sajännitevälipiirin positiiviseen jännitteeseen ja alempi negatiiviseen jännitteeseen komponenttien ollessa keskenään sarjassa, jolloin kunkin haaran lähtö muodostuu komponenttien välisestä pisteestä sovitelman käsittäessä haara- 10 kohtaiset yksivaiheiset kuristimet (L1, L2, L3), joiden kuristimien käämien ensimmäiset päät on sovitettu kytkettäväksi haarojen tehopuolijohdekomponent-tien lähtöihin ja toiset päät keskenään yhteen vaihtosuuntaajan vaihelähdön muodostamiseksi, tunnettu siitä, että yksivaiheiset kuristimet on muodostettu ikeettömän, pylväsmäisen sydämen (91; 101) ympärille.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että yksivaiheiset kuristimet on suojattu metallisuojalla (93) magneettisen kytkennän pienentämiseksi.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että yhden lähtövaiheen muodostavat yksivaiheiset kuristimet on sijoitettu 20 keskenään symmetrisesti ja että symmetrisesti sijoitetut kuristimet on suojattu metallisuojalla (103) magneettisen kytkennän pienentämiseksi.
4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-3 mukainen sovitelma, •: ”: tunnettu siitä, että lähdön tehopuolijohdekomponentit ovat IGBT-kytkimiä. * « 1 • · · • · · · * f I • 1 · » · t • · • · • » 1 » · 116178
FI20021514A 2002-08-22 2002-08-22 Vaihtosuuntaajan lähtökuristinsovitelma FI116178B (fi)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20021514A FI116178B (fi) 2002-08-22 2002-08-22 Vaihtosuuntaajan lähtökuristinsovitelma
EP05113013A EP1646120B1 (en) 2002-08-22 2003-08-21 Method in connection with an output choke of an inverter
AU2003255546A AU2003255546A1 (en) 2002-08-22 2003-08-21 Output choke arrangement for inverter, and method in conjunction therewith
DE60306661T DE60306661T2 (de) 2002-08-22 2003-08-21 Ausgangsdrosselanordnung für einen wechselrichter und verfahren in verbindung damit
DE60324035T DE60324035D1 (de) 2002-08-22 2003-08-21 Verfahren in Verbindung mit einer Ausgangssdrossel eines Wechselrichters
PCT/FI2003/000618 WO2004019475A1 (en) 2002-08-22 2003-08-21 Output choke arrangement for inverter, and method in conjunction therewith
AT05113013T ATE410809T1 (de) 2002-08-22 2003-08-21 Verfahren in verbindung mit einer ausgangssdrossel eines wechselrichters
AT03792442T ATE332587T1 (de) 2002-08-22 2003-08-21 Ausgangsdrosselanordnung für einen wechselrichter und verfahren in verbindung damit
EP03792442A EP1535386B1 (en) 2002-08-22 2003-08-21 Output choke arrangement for inverter, and method in conjunction therewith
US11/060,321 US6985371B2 (en) 2002-08-22 2005-02-18 Output choke arrangement for inverter, and method in conjunction therewith

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20021514A FI116178B (fi) 2002-08-22 2002-08-22 Vaihtosuuntaajan lähtökuristinsovitelma
FI20021514 2002-08-22

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20021514A0 FI20021514A0 (fi) 2002-08-22
FI20021514A FI20021514A (fi) 2004-02-23
FI116178B true FI116178B (fi) 2005-09-30

Family

ID=8564466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20021514A FI116178B (fi) 2002-08-22 2002-08-22 Vaihtosuuntaajan lähtökuristinsovitelma

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6985371B2 (fi)
EP (2) EP1646120B1 (fi)
AT (2) ATE410809T1 (fi)
AU (1) AU2003255546A1 (fi)
DE (2) DE60324035D1 (fi)
FI (1) FI116178B (fi)
WO (1) WO2004019475A1 (fi)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI117528B (fi) 2004-06-11 2006-11-15 Abb Oy Jäähdytetty monivaiheinen kuristinkokoonpano
ATE349102T1 (de) * 2004-09-09 2007-01-15 Abb Oy Steuerung ohne geschwindigkeitsfühler einer induktionsmaschine unter verwendung eines pbm- wechselrichters mit lc ausgangsfilter
DE112006004207A5 (de) 2006-12-21 2009-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichter mit Kurzschlussstrombegrenzung
US7564703B1 (en) * 2007-04-17 2009-07-21 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for synchronized parallel operation of PWM inverters with limited circulating current
EP2113928A1 (en) * 2008-04-28 2009-11-04 ABB Oy Inverter filter structure
TW201008574A (en) 2008-08-19 2010-03-01 Oncotherapy Science Inc INHBB epitope peptides and vaccines containing the same
FI20126218A (fi) 2012-11-20 2014-05-21 Vacon Oyj Tehoelektroniikkalaite
FI126026B (fi) 2012-12-13 2016-05-31 Vacon Oy Tehoelektroniikkalaite ja sen jäähdytysjärjestely
US20140203559A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 General Electric Company Connection for improved current balancing between parallel bridge circuits
FI11098U1 (fi) 2014-10-15 2016-01-19 Vacon Oy Tehoelektroniikkalaite
EP3583694B1 (en) * 2017-02-15 2021-04-07 ABB Power Grids Switzerland AG Semiconductor switch with magnetic coupling device
EP3376513B1 (en) 2017-03-13 2019-12-11 ABB Schweiz AG An arrangement of lcl filter structure
DE102017205004B4 (de) 2017-03-24 2022-12-08 Siemens Aktiengesellschaft Leistungsschalter

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4502106A (en) * 1983-10-17 1985-02-26 Sundstrand Corporation Current source sine wave inverter
JP2811872B2 (ja) * 1990-02-26 1998-10-15 富士電機株式会社 半導体装置の保護回路
CA2074176A1 (en) 1990-11-19 1992-05-20 Ronald Rohner Method and device for switching inverters in parallel
JP2985431B2 (ja) * 1991-10-15 1999-11-29 松下電器産業株式会社 トランジスタの過電流保護回路
IT1264619B1 (it) * 1992-06-18 1996-10-04 Int Rectifier Corp Metodo e dispositivo per la protezione da corto circuiti di dispositivi a transistore di potenza
JPH06319267A (ja) * 1993-04-30 1994-11-15 Nissin Electric Co Ltd インバータ駆動用直流過電流検出装置
EP1326085A3 (en) * 1993-11-08 2007-11-14 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Apparatus for inspecting electric component for inverter circuit
US5687049A (en) * 1996-01-26 1997-11-11 International Rectifier Corporation Method and circuit for protecting power circuits against short circuit and over current faults
JP3704400B2 (ja) * 1996-07-03 2005-10-12 ファナック株式会社 モータのインバータ駆動制御装置における異常診断方法
US6122184A (en) * 1997-06-19 2000-09-19 The Texas A&M University System Method and system for an improved converter output filter for an induction drive system
JP3605269B2 (ja) * 1997-10-02 2004-12-22 三菱電機株式会社 インバータの保護装置
DE19861015A1 (de) * 1998-12-30 2000-07-06 Frisia Steuerungen Gmbh Anordnung zur Einspeisung von elektrischem Strom in ein 3-phasiges Stromnetz
DE19908124C2 (de) * 1999-02-25 2003-04-30 Aloys Wobben Wechselrichter ohne Oberschwingungen
JP2001037244A (ja) * 1999-07-26 2001-02-09 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
DE19947476A1 (de) * 1999-10-01 2001-04-05 Bosch Gmbh Robert Umrichter für die Umformung von elektrischer Energie
US6291987B1 (en) * 1999-10-28 2001-09-18 General Electric Company Method and system for detecting incipient failures in a power inverter
DE10013672A1 (de) * 2000-03-20 2001-10-18 Siemens Ag Stromrichterschaltung

Also Published As

Publication number Publication date
ATE410809T1 (de) 2008-10-15
EP1535386B1 (en) 2006-07-05
FI20021514A (fi) 2004-02-23
DE60306661D1 (de) 2006-08-17
FI20021514A0 (fi) 2002-08-22
DE60306661T2 (de) 2006-11-09
DE60324035D1 (de) 2008-11-20
EP1646120A3 (en) 2006-07-12
WO2004019475A1 (en) 2004-03-04
ATE332587T1 (de) 2006-07-15
US20050141253A1 (en) 2005-06-30
EP1646120A2 (en) 2006-04-12
EP1646120B1 (en) 2008-10-08
US6985371B2 (en) 2006-01-10
EP1535386A1 (en) 2005-06-01
AU2003255546A1 (en) 2004-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6985371B2 (en) Output choke arrangement for inverter, and method in conjunction therewith
US10630201B2 (en) Module for a multilevel converter
KR100661473B1 (ko) 전력변환장치
KR100537590B1 (ko) 직류전압 중간회로를 구비한 컨버터 회로장치
EP2495859A2 (en) DC power supply
Luo et al. Modern IGBT gate driving methods for enhancing reliability of high-power converters—An overview
EP3514933B1 (en) Power conversion device
US10530243B2 (en) Power conversion device with malfunction detection
Pulsinelli et al. Power losses distribution in SiC inverter based electric motor drives
CN1269305C (zh) 交流电动机的控制设备
Haider et al. Analysis and evaluation of active/hybrid/passive dv/dt-filter concepts for next generation sic-based variable speed drive inverter systems
JP2017118806A (ja) 電力変換装置および制御方法
Zhou et al. Impact of parasitic and load current on the attenuation of motor terminal overvoltage in SiC-based drives
JPH114150A (ja) 半導体装置とこの半導体装置を用いた電力変換装置
WO2022167388A1 (en) Interleaved power converter
US6580248B2 (en) Damping or resonant peaks in an electric motor which is operated using a converter with an intermediate voltage circuit, by means of a transformer-coupled damping resistance, and a corresponding electric motor
WO2021049091A1 (ja) 電力変換装置、鉄道車両電気システム
CN110601523B (zh) 一种逆变器、控制方法及计算机设备
KR100280226B1 (ko) 고압 절연게이트바이폴라트랜지스터용 게이트 구동장치
CN104620493B (zh) 改善的切换保护电流辅助谐振电路
FI121986B (fi) Menetelmä vaihtosuuntaajan lähtökuristimen yhteydessä
Leuzzi et al. Comparison of two possible solution for reducing over-voltages at the motor terminals in high-speed AC Drives
KR19980020600A (ko) 영전압 스위칭 3-레벨 보조 공진 폴 인버터
WO2024004208A1 (ja) 電力変換装置
JP2023166163A (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 116178

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed