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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung, die einen an einen Inverter gelieferten Einschaltstrom unterdrückt.
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Stand der Technik
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Herkömmliche Inverter für allgemeine Zwecke werden mit einem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand ausgestattet, um einen großen Strom (Einschaltstrom) daran zu hindern, zu einem in der Hauptschaltung bereitgestellten Elektrolytkondensator zu fließen, wenn der Strom eingeschaltet wird. Während dem Betrieb verschieden von demjenigen, wenn der Strom eingeschaltet wird, arbeitet ein parallel mit dem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand verbundenes Relais, um auszuschließen, dass ein Strom zu dem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand fließt, um dadurch einen Verlust zu unterdrücken. Weitere Mechanismen werden angebracht, sodass das Relais getrennt wird, wenn ein Alarm erzeugt wird, sodass der Inverter von dem Dreiphasen-Wechselstrom isoliert wird und ein Schaden verhindert wird. Hier ist das Relais an einer Position platziert, wo ein Strom größtenteils in den Inverter fließt und somit wird die Temperatur des Relais sehr hoch. Somit ist es wichtig, den Temperaturanstieg des Relais zu unterdrücken.
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Es gibt zum Beispiel eine Technik, in der eine bestimmte Spannung an die Spule eines Relais angelegt wird, um das Relais anzuregen, und dann wird die an der Spule angelegte Spannung derart gesteuert, dass sie auf einen Bereich verringert wird, innerhalb dessen der angeregte Zustand beibehalten werden kann, sodass der Temperaturanstieg unterdrückt wird (siehe zum Beispiel Patentliteraturen 1, 2 und 3).
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. H06-38359
- Patentliteratur 2: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-186645
- Patentliteratur 3: DE 195 08 885 A1
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Zusammenfassung
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Technisches Problem
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In der Antriebsschaltung eines Stromrelais, das in Patentliteratur 1 beschrieben wird, wird eine Nennspannung an der Spule des Relais angelegt, um das Relais anzuregen, und nachdem die Anregung durchgeführt wurde, wird eine aus einer Einteilung der Nennspannung resultierende Spannung an der Spule angelegt, um den angeregten Zustand beizubehalten, wodurch der Temperaturanstieg unterdrückt wird. Da jedoch ein Spannungsteilungswiderstand in einer Schaltung zum Einteilen der Nennspannung verwendet wird, gibt es ein Problem, dass ein Verlust in dem Spannungsteilungswiderstand verursacht wird.
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Eine in Patentliteratur 2 beschriebene elektromagnetische Relais-Antriebsvorrichtung weist ein Problem darin auf, dass zusätzlich zu einer Stromquelle zum Erzeugen einer Spannung zum Anregen des Relais eine andere Stromquelle benötigt wird, um eine Spannung zum Beibehalten des angeregten Zustands zu erzeugen, was zu einem Anstieg der Anzahl von Schaltungen und Kosten führt.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Obige erreicht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist zum Verhindern einer Erzeugung von Verlusten und eines Temperaturanstiegs, während ein Kostenanstieg unterdrückt wird.
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Lösung des Problems
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Um die voran genannten Probleme zu lösen, ist eine elektrischen Stromwandlungsvorrichtung mit einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung gemäß Patentanspruch 1 konstruiert. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung erreicht einen Effekt zum Bereitstellen einer elektrischen Stromwandlungsvorrichtung mit einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung, die in der Lage ist zum Unterdrücken von Verlusten einer Schaltung, mit niedrigen Kosten.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Abbildung einer beispielhaften Konfiguration einer elektrischen Stromwandlungsschaltung, die eine Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
- 2 ist eine Abbildung einer beispielhaften Konfiguration der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung.
- 3 ist eine Abbildung einer beispielhaften Konfiguration einer Antriebsstromschaltung.
- 4 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Beispielhafte Ausführungsformen einer elektrischen Stromwandlungsvorrichtung mit einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
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Ausführungsform
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1 ist eine Abbildung einer beispielhaften Konfiguration einer elektrischen Stromwandlungsvorrichtung, die eine Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
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Die in 1 dargestellte elektrische Stromwandlungsvorrichtung empfängt Strom (Leistung) von einer Wechselstromquelle 1 und erzeugt eine Wechselspannung zum Antreiben eines Motors 5. Wie dargestellt enthält die elektrische Stromwandlungsvorrichtung eine Wandlerschaltung 2, die den von der Wechselstromquelle 1 gelieferten Wechselstrom gleichrichtet, um eine Gleichspannung zu erzeugen, einen Kondensator 3, der die von der Wandlungsschaltung 2 erzeugte Gleichspannung glättet, eine Inverterschaltung (Wechselrichterschaltung) 4, die die von dem Kondensator geglättete Gleichspannung umwandelt, um eine Wechselspannung zum Antreiben des Motors zu erzeugen, eine Antriebsstromschaltung 6, die Antriebsspannungen erzeugt, die an dem Gate jedes in der Inverterschaltung 4 enthaltenen Schaltelements anzulegen ist, und eine Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7, die zwischen der Wandlerschaltung 2 und dem Kondensator 3 angeordnet ist, um einen Strom (Einschaltstrom) zu unterdrücken (zu verringern), der in den Kondensator 3 fließt, wenn die elektrische Stromwandlungsvorrichtung aktiviert wird. Die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 ist auf der negativen Elektrodenseite (N) angeordnet und enthält einen Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 und ein Relais 72, das parallel mit dem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die in der Inverterschaltung 4 enthaltenen Schaltelemente IGBTs (bipolare Transistoren mit isoliertem Gate, engl.: Isolated Gate Bipolar Transistors).
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Obwohl eine detaillierte Darstellung in 1 ausgelassen wird, wird eine über dem Relais 72 (an einem Anschluss a und einem Anschluss b) angelegte Spannung von der Antriebsstromschaltung 6 geliefert. In dieser Konfiguration sind die Spannungen Vc1 und Vc2, die von der Antriebsstromschaltung 6 an die Inverterschaltung 4 geliefert werden, auch an das Relais 72 geliefert. Die Antriebsspannungen Vc1 und Vc2 sind konstante Spannungen und eine Steuerschaltung, die eine Steuerung in der Inverterschaltung 4 durchführt, erzeugt Signale (Antriebssignale), die jeweils an den Gates zum Antreiben der Schaltelemente anzulegen sind, aus den Antriebsspannungen Vc1 und Vc2.
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Obwohl eine Darstellung in 1 ausgelassen wird, ist die elektrische Stromwandlungsvorrichtung mit einer Funktion zum Schützen der Inverterschaltung 4 ausgestattet, sodass, wenn eine Fehlfunktion erfasst wird, ein Alarm erzeugt wird, und die Schutzfunktion aktiviert wird.
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2 ist eine Abbildung einer beispielhaften Konfiguration der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7. Zum Erleichtern der Beschreibung ist die Antriebsstromschaltung 6 auch in 2 dargestellt.
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Die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 enthält den Einschaltstrom-Unterdrückungswiederstand 71, das Relais 72, eine Steuereinheit 73, Dioden 74 und 75 und Transistoren 76, 77 und 78.
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Der Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 ist an einem Ende mit dem negativen Elektrodenseitenanschluss der Wandlerschaltung 2 und an dem anderen Ende mit dem negativen Elektrodenseitenanschluss des Kondensators 3 verbunden (siehe 1). Das Relais 72 ist parallel mit dem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 verbunden, und, wenn eine bestimmte Spannung an dessen interner Spule angelegt wird, wird das Relais angeregt (in Richtung der Spule), um die (beiden) Enden des Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstands kurzzuschließen. Die Steuereinheit 73 steuert die Transistoren 76 und 77, um die an dem Relais 72 anzulegenden Spannungen zu schalten. Die Diode 74 ist zwischen der Antriebsstromschaltung 6 und dem Relais 72 angeordnet, um den Strom davon abzuhalten, rückwärts zu der Antriebsstromschaltung 6 zu fließen. Die Antriebsspannung Vc2 von der Antriebsstromschaltung 6 wird an der Anode der Diode 74 angelegt. Die Diode 75 ist zwischen dem Transistor 78 und dem Anschluss b des Relais 72 angeordnet, um den Strom davon abzuhalten, rückwärts zu dem Transistor 78 zu fließen. Der Transistor 76 ist ein NPN-Typ-Transistor, dessen Kollektor mit dem Anschluss a des Relais 72 verbunden ist und dessen Emitter geerdet ist. Ein RA-Antriebssignal #1, das von der Steuereinheit 73 ausgegeben wird, wird an die Basis des Transistors 76 eingegeben. Der Transistor 77 ist ein N-Typ-FET (Feldeffekttransistor), dessen Drain mit dem Gate des Transistors 78 verbunden ist und dessen Source geerdet ist. Ein RA-Antriebssignal #2, das von der Steuereinheit 73 ausgegeben wird, wird in das Gate des Transistors 77 eingegeben. Der Transistor 78 ist ein P-Typ-FET und die Antriebsspannung Vc1 von der Antriebsstromschaltung 6 wird an der Source des Transistors 78 angelegt. Der Drain des Transistors 78 ist mit der Anode der Diode 75 verbunden und das Gate des Transistors 78 mit dem Drain des Transistors 77 verbunden.
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Eine Schaltung, die die Steuereinheit 73, die Dioden 74 und 75 und die Transistoren 76, 7 und 78 enthält, wird als Relaissteuerschaltung nachstehend bezeichnet.
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3 ist eine beispielhafte Konfiguration der Antriebsstromschaltung 6. Die Antriebsstromschaltung 6 enthält eine Diode 61, Kondensatoren 62, 65 und 66, eine Zener-Diode 63 und einen Widerstand 64.
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Die Diode 61 und der Kondensator 62 bilden eine Gleichrichterschaltung und wandeln einen von einer nichtgezeigten externen Wechselstromquelle gelieferten Wechselstrom, um eine Gleichspannung zu erzeugen. Die erzeugte Gleichspannung ist zum Beispiel 30 V und wird an die Inverterschaltung 4 und die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung als Antriebsspannung Vc1 geliefert.
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Die Zener-Diode 63, der Widerstand 64 und die Kondensatoren 65 und 66 bilden eine Spannungsteilungsschaltung, um die von der Diode 61 und dem Kondensator 62 erzeugte Gleichspannung zu teilen. Eine aus der Spannungsteilung resultierende Gleichspannung, mit anderen Worten die Spannung über dem Kondensator 66, wird an die Inverterschaltung 4 und die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 als die Antriebsspannung Vc2 geliefert.
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Der Betrieb der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 in der elektrischen Stromwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. 4 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 darstellt. 4 zeigt das RA-Antriebssignal #1 und das RA-Antriebssignal #2, die von der Steuereinheit 73 ausgegeben werden, die an dem Relais 72 angelegte(n) Spannung(en) (ob die Antriebsspannungen Vc1 und Vc2 angelegt werden oder nicht) und die Spannung über dem Relais 72.
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Wenn die Wechselstromquelle 1 angeschaltet wird, um eine Versorgung mit der Wechselspannung zu starten, wird die elektrische Stromwandlungsvorrichtung aktiviert und ein von der Wandlerschaltung 2 zu dem Kondensator 3 fließender Einschaltstrom. Somit setzt die Steuereinheit 73 in der Relaissteuerschaltung die RA-Antriebssignale #1 und #2 auf einen L-(niedrigen; engl.: low)-Pegel zu einem Zeitpunkt, wenn die Versorgung der Wechselspannung für die Wandlerschaltung 2 gestartet wird, und das Relais 72 wird offengehalten. Als Resultat wird der Einschaltstrom aufgrund der Funktion des Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstands 71 unterdrückt. Wenn eine bestimmte Zeitperiode von dem Start der elektrischen Stromwandlungsvorrichtung abläuft, setzt die Steuereinheit 73 die RA-Antriebssignale #1 und #2 auf einen H-(hohen)-Pegel. Wenn die RA-Antriebssignale #1 und #2 auf einen H-Pegel gesetzt werden, wird der Transistor (nachstehend als TR bezeichnet) 76 und der TR 77 angeschaltet, und dementsprechend wird der TR 78 angeschaltet. Als Resultat werden die Antriebsspannungen Vc1 und Vc2 von der Antriebsstromschaltung 6 an das Relais 72 geliefert. Die Spannung über dem Relais 72 (Spannung über RA) wird zu diesem Zeitpunkt Vcl, was das Relais 72 anregt (das Relais 72 in einem geschlossenen Zustand setzt). Wenn das Relais 72 geschlossen ist, wird der Strom davon abgehalten, durch den Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 zu fließen und ein an dem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 verursachter Verlust kann vermieden werden.
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Wenn das Relais 72 geschlossen ist, wenn mit anderen Worten eine RA-Anregungszeit (eine Zeitperiode, die für das Relais 72 benötigt wird, um in einen geschlossen Zustand zu gelangen) läuft von der Zeit, zu der die RA-Antriebssignale #1 und #2 auf einen H-Pegel gesetzt werden, setzt die Steuereinheit 73 das RA-Antriebssignal #2 auf einen L-Pegel, während das RA-Antriebssignal #1 an einen H-Pegel gehalten wird. Deshalb wird der TR 77 ausgeschaltet und der TR 78 wird auch ausgeschaltet. Als Resultat wird nur die Antriebsspannung Vc2 von der Antriebsstromschaltung 6 an dem Relais 72 angelegt, was die Spannung über dem Relais veranlasst, Vc2 zu werden. Die Antriebsspannung Vc2, die eine Spannung höher als die Retentionsspannung für das Relais 72 ist, behält den geschlossenen Zustand des Relais 72 bei. Somit fließt kein Strom durch den Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 und dadurch wird kein Verlust an dem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 erzeugt. Da die Antriebsspannung Vc2 eine Spannung kleiner als die Eintrittsspannung Vc1 ist, kann zusätzlich die an dem Relais 72 erzeugte Wärmemenge unterdrückt werden, und der an dem Relais 72 verursachte Verlust kann unterdrückt werden. Da weiterhin die Antriebsspannungen der zwei Pegel, die von der Antriebsstromschaltung 6 an die Inverterschaltung 4 geliefert werden, verwendet werden, um die an dem Relais 72 anzulegende Spannung zu erzeugen, führt keine weitere Schaltung zum Erzeugen der an dem Relais anzulegenden Spannung benötigt, wodurch ein Kostenanstieg verringert werden kann.
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Wenn die Versorgung der Spannung von der Wechselstromquelle 1 gestoppt wird, setzt die Steuereinheit 73 die RA-Antriebssignale #1 und 2 auf einen L-Pegel. Als Resultat wird die an dem Relais 72 angelegte Spannung 0 V, wodurch das Relais 72 in einen offenen Zustand gesetzt wird.
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Wenn nachfolgend die elektrische Stromwandlungsvorrichtung erneut gestartet wird, setzt die Steuereinheit 73 die Antriebssignale #1 und #2 auf einen H-Pegel und, nach dem Ablauf der RA-Anregungszeit, setzt das RA-Antriebssignal #2 auf einen L-Pegel, sodass Relais 72 in dem geschlossenen Zustand geführt wird (die angelegte Spannung an dem Relais 72 ist Vc2). Falls in dieser Situation die Antriebsstromschaltung 6 aus irgendeinem Grund beschädigt wird und veranlasst wird, die Ausgabe der Antriebsspannungen Vc1 und Vc2 zu stoppen, werden auch die von der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 gelieferten Antriebsspannungen Vc1 und Vc2 0 V. Dann wird auch die an dem Relais 72 angelegte Spannung 0 V, was die Verbindung des Relais 72 blockiert und das Relais 72 wird in einen offenen Zustand gesetzt. Als Resultat kann die Inverterschaltung 4 geschützt werden. Falls zum Beispiel ein in der Inverterschaltung 4 enthaltener IGBT beschädigt wird, wird auch die Antriebsstromschaltung 6 in einigen Fällen beschädigt. In solch einem Fall wird auch die Ausgabe der Antriebsspannungen Vc1 und Vc2 gestoppt, was die an dem Relais 72 anzulegende Spannung veranlasst, 0 V zu werden, und somit wird das Relais 72 getrennt und in einen offenen Zustand gesetzt. Durch Setzen des Relais 72 in den offenen Zustand wird die Inverterschaltung 4 geschützt, was die Inverterschaltung 4 davon abhält, weiter beschädigt zu werden.
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Obwohl, wie oben beschrieben, die elektrische Stromwandlungsvorrichtung mit einer Schutzfunktion für die Inverterschaltung 4 ausgestattet ist, und dementsprechend, wenn eine Fehlfunktion erfasst wird, ein Alarm erzeugt wird und die Schutzfunktion aktiviert wird, gibt es potentiell einen Fall, in dem die Schutzfunktion nicht aktiviert wird oder die Erzeugung des Alarms aus ungeahnten Gründen verzögert wird, wie zum Beispiel der Fehler einer Schutzschaltung selbst, um die Schutzfunktion auszuführen. Sogar falls die Schutzfunktion nicht aktiviert wird, wenn die Antriebsstromschaltung 6 beschädigt wird, kann in der vorliegenden Ausführungsform die Inverterschaltung 4 durch Öffnen des Relais 72 geschützt werden, wodurch eine verbesserte Zuverlässigkeit des Systems erreicht wird.
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Auf die oben beschriebene Weise, in der elektrischen Stromwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ist die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 eingerichtet zum Steuern des parallel mit dem Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 71 verbundenen Relais 72 durch Verwenden der Antriebsspannungen, die von der Antriebsstromschaltung 6 zum Liefern an die Inverterschaltung erzeugt wird. Nachdem das Relais 72 in den geschlossenen Zustand gesetzt wurde, ist die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 zusätzlich eingerichtet zum Anlegen einer Spannung kleiner als die Spannung, die zum Anregen des Relais angelegt wird, an dem Relais 72, um den geschlossenen Zustand des Relais 72 beizubehalten. Dies stellt die Fähigkeit bereit zum Unterdrücken des Betrags eines Verlusts an dem Relais 72, während ein Kostenanstieg unterdrückt wird. Dies stellt weiterhin die Fähigkeit bereit zum Verhindern eines Temperaturanstiegs und Erreichen der Stabilität des Betriebs.
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Da die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 7 auf der N-Seite angeordnet ist, wird weiterhin die Notwendigkeit für eine Gestaltung unter Beachtung einer Isolationsdistanz eliminiert.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben ist die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich für eine elektrische Stromwandlungsvorrichtung und insbesondere geeignet zum Unterdrücken eines Einschaltstrom, der auftritt, wenn die elektrische Stromwandlungsvorrichtung gestartet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wechselstromquelle
- 2
- Wandlungsschaltung
- 3, 62, 65 und 66
- Kondensator
- 4
- Inverterschaltung
- 5
- Motor
- 6
- Antriebsstromschaltung
- 7
- Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung
- 61, 74, 75
- Diode
- 63
- Zehner-Diode
- 64
- Widerstand
- 71
- Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand
- 72
- Relais
- 73
- Steuereinheit
- 76, 77 und 78
- Transistor
