DE102012010092A1 - Controller for use in controlling system for controlling motor of compressor i.e. variable speed compressor, has power factor correction unit including compensation transducer and providing power supply to inverter - Google Patents

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Abstract

The controller has an inverter (3) and a power factor correction unit (2) that includes a compensation transducer i.e. multi-phase compensation transducer, and provides power supply to the inverter. The compensation transducer includes phases, where each phase includes controllable switches e.g. MOSFETs, to be controlled in such a manner that a single phase of the controllable switches is switched over a switching period of the compensation transducer with 360 degree per N intervals. The compensation transducer comprises bridge rectifiers. An independent claim is also included for a method for controlling a motor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Regler und ein Verfahren zur Regelung eines Motors, insbesondere eines Motors für einen Verdichter. Mit Hilfe des Reglers und dem Verfahren nach der Erfindung ist es möglich den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen und die elektromagnetische Störungsleistung (EMI) des Motors zu verbessern.The present invention relates to a controller and a method for controlling a motor, in particular a motor for a compressor. With the aid of the regulator and the method according to the invention, it is possible to increase the efficiency of the engine and to improve the electromagnetic interference power (EMI) of the engine.

Ein Wechselstromsystem, das Leistung verbraucht, kann durch seinen „Leistungsfaktor” gekennzeichnet werden – das Verhältnis zwischen der tatsächlich in die Last fließenden Leistung (die Fähigkeit des Systems Arbeit zu leisten) und dem scheinbaren Leistung (das Produkt von Spannung und Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt). Der derart bestimmte Leistungsfaktor liegt zwischen 0 und 1 und ist eine dimensionslose Zahl. Im System gespeicherte Energie oder durch nicht-lineare Lasten verursachte Verzerrungen der Stromwellenform können den Leistungsfaktor vermindern, weil vorausgesetzt wird, dass die scheinbare Leistung größer ist als die tatsächliche Leistung. In vielen Fällen ist diese Situation unerwünscht, weil die bei niedrigen Leistungsfaktoren auftretenden höheren Ströme erhöhte Leistungsverluste und damit niedrigere Wirkungsgrade bewirken.An AC system that consumes power can be characterized by its "power factor" - the ratio between the actual power flowing into the load (the ability of the system to work) and the apparent power (the product of voltage and current at a given time) ). The power factor thus determined is between 0 and 1 and is a dimensionless number. Power stored in the system or current waveform distortions caused by non-linear loads can reduce the power factor because it assumes that the apparent power is greater than the actual power. In many cases, this situation is undesirable because the higher currents occurring at low power factors cause increased power losses and thus lower efficiencies.

Auch wenn passive Komponenten verwendet werden können, um den Leistungsfaktor eines spezifischen Wechselstromsystems zu verbessern, ist es auch möglich den Leistungsfaktor dynamisch aktiv zu ändern. Die Schaltung und das Regelungsverfahren, das von einer solchen Schaltung verwendet wird, sind als Leistungsfaktor-Korrekturstufe (PFC) bekannt. Die PFC-Stufe ermöglicht die Regelung der von einer Last verbrauchten Leistung in einer Weise, die den Leistungsfaktor des Systems ändern kann. Dies bedeutet eine Regelung der Strom- oder Spannungswellenform so, dass sie sich so proportional wie möglich zu einander verhalten, und damit einen Leistungsfaktor liefern, der möglichst nahe an Eins ist.Although passive components can be used to improve the power factor of a specific AC system, it is also possible to actively dynamically change the power factor. The circuit and control method used by such a circuit is known as a power factor correction (PFC) stage. The PFC stage allows control of the power consumed by a load in a manner that can change the power factor of the system. This means regulating the current or voltage waveform to behave as proportionally as possible to each other, thus providing a power factor as close to unity as possible.

Es ist üblich, dass Motoren von Verdichtern mit Hilfe von Pulsbreitenmodulation (PWM) gesteuert werden. In diesem Fall wird eine Eingangsspannung gleichgerichtet, und die gleichgerichtete Spannung wird an eine Leistungsfaktor-Korrekturstufe (PFC) geliefert, z. B. in der Form eines Spannungsverstärkerwandlers. In der PFC-Stufe wird die Spannung hochtransformiert, und die hochtransformierte Spannung wird an die Motorregelung geliefert, wo sie mit Hilfe eines Wechselrichters heruntertransformiert wird.It is common for motors to be controlled by compressors using pulse width modulation (PWM). In this case, an input voltage is rectified and the rectified voltage is supplied to a power factor correction (PFC) stage, e.g. In the form of a voltage amplifier converter. In the PFC stage, the voltage is stepped up and the step-up voltage is supplied to the motor control, where it is stepped down using an inverter.

Hochtransformierung der Spannung und nachfolgende Heruntertransformierung der Spannung bewirkt erhebliche Leistungsverluste im System, insbesondere wegen zu schnellem Umschalten von in der Motorregelung angeordneten Schaltern während der Heruntertransformierung der Spannung.Stepping up the voltage and then stepping down the voltage causes significant power losses in the system, especially because of over-switching of switches in the motor control during voltage step-downs.

Es ist ein Ziel von Ausführungen der Erfindung einen Regler zur Regelung eines Motors anzugeben, der imstande ist, verglichen mit Reglern nach dem Stand der Technik, den Energieverbrauch zu reduzieren.It is an object of embodiments of the invention to provide a controller for controlling an engine capable of reducing power consumption compared with prior art regulators.

Es ist ein weiteres Ziel von Ausführungen der Erfindung einen Regler für einen Motor anzugeben, der imstande ist, verglichen mit Reglern nach dem Stand der Technik, den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen.It is a further object of embodiments of the invention to provide a governor for an engine capable of increasing the efficiency of the engine as compared with prior art governors.

Es ist ein weiteres Ziel von Ausführungen der Erfindung einen Regler für einen Motor anzugeben, der imstande ist, verglichen mit Reglern nach dem Stand der Technik, elektromagnetische Störungsleistung (EMI) des Motors zu verbessern.It is a further object of embodiments of the invention to provide a governor for an engine capable of improving electromagnetic interference (EMI) performance of the engine as compared with prior art governors.

Es ist ein weiteres Ziel von Ausführungen der Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Motors anzugeben, das, verglichen mit Verfahren nach dem Stand der Technik, eine Erhöhung des Motorwirkungsgrades zulässt.It is a further object of embodiments of the invention to provide a method of controlling an engine that allows an increase in engine efficiency compared to prior art methods.

Es ist ein weiteres Ziel von Ausführungen der Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Motors anzugeben, das, verglichen mit Verfahren nach dem Stand der Technik, eine Verbesserung der elektromagnetischen Störungsleistung (EMI) des Motors zulässt.It is a further object of embodiments of the invention to provide a method of controlling an engine that allows for an improvement in the electromagnetic interference (EMI) performance of the engine as compared to prior art methods.

Nach einem ersten Aspekt sieht die Erfindung einen Regler zur Steuerung eines Motors vor, der einen Wechselrichter und eine Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung aufweist, wobei die Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung einen Kompensationswandler aufweist und zur Leistungsversorgung des Wechselrichters vorgesehen ist.According to a first aspect, the invention provides a controller for controlling a motor which has an inverter and a power factor correction device, wherein the power factor correction device has a compensation converter and is provided for supplying power to the inverter.

Der erste Aspekt der Erfindung betrifft einen Regler zur Steuerung eines Motors, z. B. ein Gerät, das zur Steuerung des Betriebs eines Motors vorgesehen ist. Dies kann z. B. auch die Steuerung der Motorgeschwindigkeit umfassen.The first aspect of the invention relates to a controller for controlling a motor, for. B. a device that is provided to control the operation of an engine. This can be z. B. also include the control of the engine speed.

Der Regler umfasst einen Wechselrichter und eine Leistungsfaktor-Korrekturstufe (PFC), die so angeordnet ist, dass der PFC Leistung an den Wechselrichter liefert. Der Wechselrichter wird normalerweise so angeordnet sein, das er direkt mit dem Motor verbunden ist, d. h. er liefert Leistung an den Motor.The controller includes an inverter and a power factor correction (PFC) stage arranged to provide the PFC with power to the inverter. The inverter will normally be arranged so that it is directly connected to the motor, i. H. he delivers power to the engine.

Die Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung ermöglicht die Regelung der von einer Last verbrauchten Leistung in einer Weise, die den Leistungsfaktor des Systems ändern kann. Dies bedeutet, dass die Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung die Strom- oder Spannungswellenform so regelt, dass sie proportionaler zueinander sind als ohne Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung und damit einen Leistungsfaktor liefern, der so nah wie möglich an Eins ist. Dies ist ein großer Vorteil, weil es die Verluste reduziert, die auf Grund von reaktiven Strömen auftreten, die dann entstehen, wenn der Leistungsfaktor kleiner als Eins ist. Damit wird die Leistung verbessert.The power factor correction device allows the control of the power consumed by a load in a manner that can change the power factor of the system. This means that the power factor correction device the current or Voltage waveform so that they are more proportional to each other than without power factor correction means and thus provide a power factor as close as possible to one. This is a great advantage because it reduces the losses that occur due to reactive currents that occur when the power factor is less than one. This improves performance.

Der PFC weist einen Kompensationswandler auf. Der Kompensationswandler ist ein heruntertransformierender Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler, und ist bekannt für seine Effizienz in Sachen Energieverluste. Normalerweise weist er einen steuerbaren Schalter, eine Diode, einen Induktor und einen Kondensator auf.The PFC has a compensation transformer. The compensation transformer is a step down DC-to-DC converter, and is known for its energy efficiency efficiency. It usually has a controllable switch, a diode, an inductor and a capacitor.

Da die Leistungsfaktor-Korrekturstufe (PFC) einen Kompensationswandler aufweist, wird die Spannung während der PFC-Stufe nicht hochtransformiert, sondern nur heruntertransformiert. Dadurch vermeidet man die Leistungsverluste, die bei herkömmlichen Reglern entstehen, wenn die Spannung zuerst hochtransformiert und nachfolgend heruntertransformiert wird. Entsprechend wird der Wirkungsgrad des Reglers im Vergleich zu Reglern nach dem Stand der Technik verbessert. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung eines Kompensationswandlers die Regelung des Motors mit Hilfe einer Pulsamplitudenmodulation (PAM). Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Reglers maximiert wird, hauptsächlich weil das schnelle Schalten, das bei der Regelung des Motors mit Hilfe eine Pulsbreitenmodulation (PWM) erforderlich ist, vermieden wird. Dadurch werden Energieverluste in den Schaltern minimiert. Zusätzlich wird bei einer Steuerung des Motors mit Hilfe von PAM die EMI-Leistung des Motors verbessert. Wenn also ein PFC mit einem Kompensationswandler verwendet wird, wird der Wirkungsgrad des Reglers erhöht und die Leistungsverluste werden minimiert.Since the power factor correction stage (PFC) has a compensation transformer, the voltage is not stepped up during the PFC stage, but only stepped down. This avoids the power losses that occur with conventional regulators when the voltage is first stepped up and then stepped down. Accordingly, the efficiency of the regulator is improved compared to prior art regulators. In addition, the use of a compensation transformer allows the motor to be controlled by pulse amplitude modulation (PAM). This has the advantage that the efficiency of the regulator is maximized, mainly because the fast switching required to control the motor by means of pulse width modulation (PWM) is avoided. This minimizes energy losses in the switches. In addition, controlling the motor using PAM improves the motor's EMI performance. So when a PFC is used with a compensation transformer, the efficiency of the regulator is increased and the power losses are minimized.

Insgesamt ist es ein großer Vorteil, dass der PFC einen Kompensationswandler aufweist.Overall, it is a great advantage that the PFC has a compensation transformer.

Der Kompensationswandler kann ein Mehrphasen-Kompensationswandler sein, d. h. der Kompensationswandler kann zwei oder mehr Phasen aufweisen. In diesem Fall sind zwei oder mehr Grundkompensationswandlerschaltungen zwischen einem Eingang und einer Last parallel angeordnet, in diesem Fall einem zu steuernden Motor. Mehrphasen-Kompensationswandler sind imstande sehr schnell auf Belastungsänderungen zu reagieren, ohne dass die Schaltverluste erhöht werden. Zusätzlich ergibt sich eine erhebliche Reduktion der Schaltwelligkeit im Verhältnis zu einer Konfiguration mit einem Einphasen-Kompensationswandler.The compensation transformer may be a polyphase compensation converter, i. H. the compensation transformer may have two or more phases. In this case, two or more basic compensation conversion circuits are arranged in parallel between an input and a load, in this case a motor to be controlled. Multi-phase compensation converters are able to respond very quickly to load changes without increasing the switching losses. In addition, there is a significant reduction in switching ripple relative to a single phase compensation transformer configuration.

Alternativ kann der Kompensationswandler ein Einphasen-Kompensationswandler sein.Alternatively, the compensation transformer may be a single-phase compensation converter.

Der Kompensationswandler kann N Phasen aufweisen, wobei N eine ganze Zahl und N ≥ 2 ist, und jede Phase zumindest einen steuerbaren Schalter aufweist, und die steuerbaren Schalter in einer solchen Weise gesteuert sind, dass die Ein-Phasen der steuerbaren Schalter bei 360°/N Intervallen über eine Schaltperiode des Kompensationswandlers verschoben sind. Nach dieser Ausführung wird der Kompensationswandler synchron betrieben. Dies ermöglicht es dem Kompensationswandler so schnell auf Belastungsänderungen zu reagieren als würde ein Einphasen-Kompensationswandler N Male schneller geschaltet. Die dadurch entstehenden Schaltverluste werden aber vermieden. Zusätzlich wird der Laststrom auf N Phasen verteilt, wobei die Wärmeverluste auf jedem der Schalter auf mehrere Komponenten verteilt werden.The compensation transformer may have N phases, where N is an integer and N≥2, and each phase has at least one controllable switch, and the controllable switches are controlled in such a way that the on-phases of the controllable switches are at 360 ° / N intervals are shifted over a switching period of the compensation converter. According to this embodiment, the compensation converter is operated synchronously. This allows the compensation transformer to respond to load changes as quickly as if a single-phase compensation converter switched N times faster. The resulting switching losses are avoided. In addition, the load current is distributed to N phases, with the heat losses on each of the switches being distributed among several components.

Mindestens eine der Phasen kann mindestens einen zusätzlichen steuerbaren Schalter aufweisen. Normalerweise weist jede Phase eines Mehrphasen-Kompensationswandlers einen steuerbaren Schalter, eine Diode, einen Induktor und einen Kondensator auf. In dieser Ausführung wird aber die Diode von mindestens einer der Phasen durch einen steuerbaren Schalter ersetzt, und die betreffende Phase weist damit zwei steuerbare Schalter, einen Induktor und einen Kondensator auf. Dadurch werden die im Kompensationswandler entstehenden Verluste weiter reduziert und der Wirkungsgrad des Reglers wird weiter verbessert.At least one of the phases may have at least one additional controllable switch. Typically, each phase of a polyphase buck converter comprises a controllable switch, a diode, an inductor and a capacitor. In this embodiment, however, the diode of at least one of the phases is replaced by a controllable switch, and the relevant phase thus has two controllable switches, an inductor and a capacitor. As a result, the losses occurring in the compensation transformer are further reduced and the efficiency of the regulator is further improved.

Der Kompensationswandler kann zusätzlich zumindest einen Brückengleichrichter aufweisen. Vorzugsweise wird der Brückengleichrichter zwischen einem Eingang und der(n) Phase(n) des Kompensationswandlers angeordnet.The compensation transformer may additionally have at least one bridge rectifier. Preferably, the bridge rectifier is arranged between an input and the phase (s) of the compensation converter.

Jeder Brückengleichrichter kann vier Dioden aufweisen, die in einer Brückenstruktur angeordnet sind. Alternativ kann mindestens einer der Brückengleichrichter mindestens einen steuerbaren Schalter aufweisen. Nach dieser Ausführung ist/sind eine oder mehrere der Dioden von mindestens einer Gleichrichterbrücke durch einen steuerbaren Schalter ersetzt. Dies vereinfacht die Steuerung des Kompensationswandlers und reduziert die im Kompensationswandler entstehenden Verluste.Each bridge rectifier may have four diodes arranged in a bridge structure. Alternatively, at least one of the bridge rectifiers may have at least one controllable switch. According to this embodiment, one or more of the diodes of at least one rectifier bridge is replaced by a controllable switch. This simplifies the control of the compensation transformer and reduces the losses incurred in the compensation transformer.

Die vorliegende Erfindung betrifft zusätzlich einen Verdichter mit einem Regelsystem zur Steuerung eines Motors des Verdichters, wobei das Regelsystem einen Regler nach dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Der Verdichter ist vorzugsweise ein Verdichter mit variabler Geschwindigkeit. Zum Beispiel kann der Verdichter zwischen einer Minimalgeschwindigkeit und einer Maximalgeschwindigkeit steuerbar sein. Die Maximalgeschwindigkeit kann x Male die Minimalgeschwindigkeit sein, wobei es möglich sein muss die Spannungsversorgung des Motors in einem 1:x Verhältnis zu steuern, z. B. 1:5, 1:3, 1:2 usw. In dem Fall, wo die Maximalgeschwindigkeit zwei Mal die Minimalgeschwindigkeit ist, kann der Verdichter z. B. zwischen 2000 U/Min. und 4000 U/Min. steuerbar sein.The present invention additionally relates to a compressor having a control system for controlling a motor of the compressor, the control system comprising a controller according to the first aspect of the invention. The compressor is preferably a variable speed compressor. For example, the compressor may be between a minimum speed and a maximum speed be controllable. The maximum speed can be x times the minimum speed, whereby it must be possible to control the power supply of the motor in a 1: x ratio, eg. B. 1: 5, 1: 3, 1: 2, etc. In the case where the maximum speed is twice the minimum speed, the compressor z. B. between 2000 U / min. and 4000 rpm. be controllable.

Alternativ kann der Verdichter ein Verdichter mit fester Geschwindigkeit sein.Alternatively, the compressor may be a fixed speed compressor.

Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Motors, das die folgenden Schritte aufweist:

  • – Lieferung einer Eingangsspannung an einen Regler, der eine Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung aufweist,
  • – Heruntertransformierung der Eingangsspannung mit Hilfe eines Kompensationswandlers, der Teil des Reglers ist, wobei eine Ausgangsspannung erzielt wird,
  • – Zuführen der Ausgangsspannung zu einem Motor, wobei die Geschwindigkeit des Motors gesteuert wird.
According to a second aspect, the invention relates to a method for controlling an engine, comprising the following steps:
  • Supply of an input voltage to a regulator having a power factor correction device,
  • Down-conversion of the input voltage by means of a compensation transformer, which is part of the regulator, whereby an output voltage is achieved,
  • - Supplying the output voltage to a motor, wherein the speed of the motor is controlled.

In dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung, wird die Eingangsspannung zuerst einem Regler zugeführt, der eine Leistungsfaktor-Korrekturstufe (PFC) und einen Kompensationswandler aufweist. Der Kompensationswandler kann vorzugsweise Teil des PFC sein. Die Eingangsspannung wird dann mit Hilfe des Kompensationswandlers heruntertransformiert, wobei eine Ausgangsspannung erhalten wird, die dann dem Motor zugeführt wird. Die Geschwindigkeit des Motors wird dabei mit Hilfe der heruntertransformierten Ausgangsspannung gesteuert.In the method according to the second aspect of the invention, the input voltage is first supplied to a regulator having a power factor correction (PFC) stage and a compensation converter. The compensation transformer may preferably be part of the PFC. The input voltage is then stepped down with the aid of the compensation converter, whereby an output voltage is obtained, which is then supplied to the motor. The speed of the motor is controlled by means of the stepped-down output voltage.

Die Leistungsfaktor-Korrekturstufe ermöglicht die Regelung der von einer Last verbrauchten Leistung in einer Weise, die den Leistungsfaktor des Systems ändern kann. D. h. die Strom- oder Spannungswellenformen werden so geregelt, dass sie proportionaler zueinander sind als ohne die Leistungsfaktor-Korrekturstufe, und damit einen Leistungsfaktor liefern, der möglichst nahe bei Eins ist. Dies ist ein großer Vorteil, weil dadurch die Verluste reduziert werden, die auf Grund von reaktiven Strömen entstehen, wenn der Leistungsfaktur kleiner als Eins ist. Dadurch wird der Wirkungsgrad verbessert.The power factor correction stage allows the regulation of the power consumed by a load in a manner that can change the power factor of the system. Ie. the current or voltage waveforms are controlled to be more proportional to each other than without the power factor correction stage, thus providing a power factor as close to unity as possible. This is a great advantage because it reduces the losses due to reactive currents when the power factor is less than one. This improves the efficiency.

Wie oben beschrieben, ist es von Vorteil, dass ein Kompensationswandler verwendet wird, da es dadurch lediglich erforderlich ist die Spannung herunterzutransformieren, d. h. es ist nicht notwendig zuerst die Spannung hochzutransformieren, z. B. mit Hilfe eines Spannungsverstärkerwandlers, und danach die Spannung wieder herunterzutransformieren. Dadurch werden der Systemwirkungsgrad erhöht und die Verluste reduziert. Dies ist oben näher beschrieben worden.As described above, it is advantageous that a compensation transformer is used, since it only requires that the voltage be stepped down, that is, the voltage transformer is reduced. H. it is not necessary to first up-transform the tension, e.g. B. with the help of a voltage amplifier converter, and then down the voltage again. This increases system efficiency and reduces losses. This has been described in more detail above.

Der Schritt des Zuführens der Ausgangsspannung zu dem Motor kann die Steuerung der Geschwindigkeit des Motors mit Hilfe von Pulsamplitudenmodulation (PAM) umfassen. Wie oben beschrieben, hat dies den Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Reglers maximiert wird, hauptsächlich weil das schnelle Schalten, das bei der Steuerung des Motors mit Hilfe von Pulsbreitenmodulation (PWM) erforderlich ist, vermieden wird. Dadurch wird der Energieverlust in den Schaltern minimiert. Zusätzlich verbessert die Steuerung des Motors mit Hilfe von PAM die EMI-Leistung des Motors.The step of supplying the output voltage to the motor may include controlling the speed of the motor by pulse amplitude modulation (PAM). As described above, this has the advantage that the efficiency of the regulator is maximized, mainly because the fast switching required in the control of the motor by means of pulse width modulation (PWM) is avoided. This minimizes the energy lost in the switches. In addition, controlling the motor using PAM improves the engine's EMI performance.

Das Verfahren kann mit Vorteil mit Hilfe eines Reglers nach dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt werden.The method can be advantageously carried out with the aid of a regulator according to the first aspect of the invention.

Der Schritt des Zuführens der Ausgangsspannung zu dem Motor kann die Zuführung der Ausgangsspannung zu einem Motor eines Verdichters umfassen.The step of supplying the output voltage to the motor may include supplying the output voltage to a motor of a compressor.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. The drawings show:

1 ein Blockdiagramm eines Reglers nach einer Ausführung der Erfindung, 1 a block diagram of a controller according to an embodiment of the invention,

2 ein Schaltbild eines, Kompensationswandlers zur Anwendung in einem Regler nach einer ersten Ausführung der Erfindung, 2 1 is a circuit diagram of a compensation converter for use in a regulator according to a first embodiment of the invention;

3a–3c Schaltbilder eines Kompensationswandlers zur Verwendung in einem Regler nach einer zweiten Ausführung der Erfindung, 3a - 3c Circuit diagrams of a compensation transformer for use in a regulator according to a second embodiment of the invention,

4 ein Schaltbild eines Kompensationswandlers zur Verwendung in einem Regler nach einer dritten Ausführung der Erfindung, 4 a circuit diagram of a compensation converter for use in a controller according to a third embodiment of the invention,

5 ein Schaltbild eines Kompensationswandlers zur Verwendung in einem Regler nach einer vierten Ausführung der Erfindung, 5 a circuit diagram of a compensation converter for use in a controller according to a fourth embodiment of the invention,

6 ein Schaltbild eines Kompensationswandlers zur Verwendung in einem Regler nach einer fünften Ausführung der Erfindung. 6 a circuit diagram of a compensation converter for use in a controller according to a fifth embodiment of the invention.

1 ist ein Blockdiagramm eines Reglers nach einer Ausführung der Erfindung. Eine Eingangswechselspannung wird einem Gleichrichter 1 zugeführt, und die gleichgerichtete Spannung wird einer Leistungsfaktor-Korrektur (PFC) 2 mit einem Kompensationswandler zugeführt. In dem Kompensationswandler wird die Spannung heruntertransformiert und anschließend einem Wechselrichter 3 zugeführt. Der Wechselrichter 3 umfasst normalerweise eine Reihe von steuerbaren Schaltern, z. B. sechs Feldeffekttransistoren (FET), z. B. in der Form von Metalloxydhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET). Die steuerbaren Schalter des Wechselrichters 3 werden zur Steuerung einer Spannung verwendet, die vom Wechselrichter 3 einem Motor 4 zugeführt wird. In dem in 1 gezeigten Regler ist der Motor 4 ein Verdichtermotor. 1 Fig. 10 is a block diagram of a regulator according to an embodiment of the invention. An AC input voltage is a rectifier 1 supplied, and the rectified voltage is a power factor correction (PFC) 2 supplied with a compensation converter. In the compensation transformer, the voltage is stepped down and then an inverter 3 fed. The inverter 3 normally includes a number of controllable switches, e.g. B. six field effect transistors (FET), z. In the form of metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET). The controllable switches of the inverter 3 are used to control a voltage supplied by the inverter 3 an engine 4 is supplied. In the in 1 shown regulator is the motor 4 a compressor motor.

2 zeigt ein Schaltbild eines Kompensationswandlers 5 zur Verwendung in einem Regler nach einer ersten Ausführung der Erfindung. Der in 2 gezeigte Kompensationswandler 5 ist ein zweifach verschachtelter Kompensationswandler, d. h. er weist zwei Phasen 6, 7 auf, die zwischen den mit einer Last, in diesem Fall einem Wechselrichter (3 in 1), verbundenen Eingangsanschlüssen 8 und Ausgangsanschlüssen 9 parallelgeschaltet sind. 2 shows a circuit diagram of a compensation converter 5 for use in a regulator according to a first embodiment of the invention. The in 2 shown compensation transformer 5 is a doubly nested compensating transducer, ie it has two phases 6 . 7 on that between those with a load, in this case an inverter ( 3 in 1 ), connected input terminals 8th and output terminals 9 are connected in parallel.

Jede der Phasen 6, 7 umfasst einen steuerbaren Schalter 10, 11, eine Diode 12, 13 und einen Induktor 14, 15. Die steuerbaren Schalter 10, 11 haben die Form von FET, und werden derart synchron gesteuert, dass ein Schalter 10, 11 offen ist, während der andere Schalter 11, 10 geschlossen ist, wobei jeder Schalter für die Hälfte der Dauer einer Schaltperiode des Kompensationswandlers 5 geschlossen ist. Damit werden die Ein-Phasen der steuerbaren Schalter 10, 11 über eine Schaltperiode des Kompensationswandlers bei 180° geschaltet, und jede Phase wird mit einem Tastverhältnis von 50% betrieben.Each of the phases 6 . 7 includes a controllable switch 10 . 11 , a diode 12 . 13 and an inductor 14 . 15 , The controllable switches 10 . 11 have the form of FET, and are controlled so synchronously that a switch 10 . 11 open, while the other switch 11 . 10 is closed, each switch for half the duration of a switching period of the compensation converter 5 closed is. This turns the on-phases of the controllable switches 10 . 11 is switched over a switching period of the compensation converter at 180 °, and each phase is operated with a duty cycle of 50%.

Der Kompensationswandler 5 weist zusätzlich einen Brückengleichrichter 16 mit vier Dioden auf. Der Brückengleichrichter 16 richtet die Eingangswechselspannung gleich und führt den Phasen 6, 7 Gleichspannung zu.The compensation converter 5 also has a bridge rectifier 16 with four diodes on. The bridge rectifier 16 directs the AC input voltage equal and leads the phases 6 . 7 DC voltage too.

Wenn der Schalter 10 geschlossen und der Schalter 11 offen ist, ist der Induktor 14 mit der Spannungsquelle verbunden, wobei Energie im Induktor 14 gespeichert wird, während der Induktor 15 in die Last entladen wird, in diesem Fall den Wechselrichter (3 in 1). Entsprechend, wenn der Schalter 11 geschlossen und der Schalter 10 offen ist, ist der Induktor 15 mit der Spannungsquelle verbunden, wobei Energie im Induktor 15 gespeichert wird, während der Induktor 14 in die Last entladen wird.When the switch 10 closed and the switch 11 is open, is the inductor 14 connected to the voltage source, with energy in the inductor 14 is stored while the inductor 15 into the load, in this case the inverter ( 3 in 1 ). Accordingly, if the switch 11 closed and the switch 10 is open, is the inductor 15 connected to the voltage source, with energy in the inductor 15 is stored while the inductor 14 is discharged into the load.

Es muss bemerkt werden, dass, auch wenn 2 einen Kompensationswandler 5 mit zwei Phasen 6, 7 zeigt, es nicht ausgeschlossen ist, dass der Kompensationswandler 5 drei oder mehr Phasen aufweisen kann. In diesem Fall sollten die steuerbaren Schalter der einzelnen Phasen derart gesteuert werden, dass Ein-Phasen der steuerbaren Schalter über eine Schaltperiode des Kompensationswandlers 5 mit 360°/N Intervallen geschaltet werden.It must be noticed that, even if 2 a compensation converter 5 with two phases 6 . 7 shows, it is not excluded that the compensation converter 5 may have three or more phases. In this case, the controllable switches of the individual phases should be controlled such that on-phases of the controllable switches over a switching period of the compensation converter 5 be switched at 360 ° / N intervals.

Die 3a–3c zeigen Schaltbilder eines Kompensationswandlers 5 zur Verwendung in einem Regler nach einer zweiten Ausführung der Erfindung. Ähnlich zu der in 2a–2c gezeigten ersten Ausführung weist der Kompensationswandler 5 nach den 3a–3c zwei Phasen 6, 7, die zwischen Eingangsanschlüssen 8 und Ausgangsanschlüssen 9 parallelgeschaltet sind, und einen Brückengleichrichter 16 auf. Jede Phase 6, 7 weist einen steuerbaren Schalter 10, 11, eine Diode 12, 13 und einen Induktor 14, 15 auf. Die steuerbaren Schalter werden wie oben unter Hinweis auf 2 synchron betrieben.The 3a - 3c show circuit diagrams of a compensation transformer 5 for use in a regulator according to a second embodiment of the invention. Similar to the in 2a - 2c shown first embodiment, the compensation converter 5 after the 3a - 3c two phases 6 . 7 that between input terminals 8th and output terminals 9 are connected in parallel, and a bridge rectifier 16 on. Every phase 6 . 7 has a controllable switch 10 . 11 , a diode 12 . 13 and an inductor 14 . 15 on. The controllable switches are as indicated above 2 operated synchronously.

In dem Schaltbild der 3a–3c sind beide steuerbare Schalter 10, 11 direkt mit dem negativen Eingangsanschluss 8 verbunden, wobei der positive Eingangsanschluss direkt mit dem positiven Ausgangsanschluss verbunden ist. Der in 3a–3c gezeigte Kompensationswandler 5 lässt sich einfacher steuern als der Kompensationswandler 5 der 2. Dies, weil ein oberspannungsseitiger Treiber nicht erforderlich ist, da sich die steuerbaren Schalter 10, 11 auf ein Masse-Potential beziehen.In the diagram of the 3a - 3c are both controllable switches 10 . 11 directly to the negative input terminal 8th connected, wherein the positive input terminal is connected directly to the positive output terminal. The in 3a - 3c shown compensation transformer 5 is easier to control than the compensation transformer 5 of the 2 , This is because a high-side driver is not required because the controllable switches 10 . 11 refer to a ground potential.

3a zeigt einfach das Schaltbild mit der ganzen Leitungsführung zwischen den Komponenten der Schaltung. 3b zeigt eine Situation, in der der steuerbare Schalter 11 geschlossen ist, während der steuerbare Schalter 10 offen ist. Dabei wird Energie im Induktor 15 gespeichert, wogegen zuvor im Induktor 14 gespeicherte Energie in die Last entladen wird, in diesem Fall einen Wechselrichter (3 in 1). Durchgezogene Linien zeigen Teile des Schaltbilds, durch die ein Strom fließt, wogegen punktierte Linien Teile des Schaltbilds zeigen, durch die kein Strom fließt. 3a simply shows the wiring diagram with the whole wiring between the components of the circuit. 3b shows a situation where the controllable switch 11 is closed while the controllable switch 10 is open. In the process, energy is in the inductor 15 stored, whereas previously in the inductor 14 stored energy is discharged into the load, in this case an inverter ( 3 in 1 ). Solid lines show parts of the circuit diagram through which a current flows, whereas dotted lines show parts of the circuit diagram through which no current flows.

Entsprechend zeigt 3c eine Situation, in der der steuerbare Schalter 10 geschlossen ist, während der steuerbare Schalter 11 offen ist. Dabei wird Energie im Induktor 14 gespeichert, wogegen zuvor im Induktor 15 gespeicherte Energie in die Last entladen wird. Wie oben beschrieben zeigen durchgezogene Linien Teile des Schaltbilds, durch die ein Strom fließt, wogegen punktierte Linien Teile des Schaltbilds zeigen, durch die kein Strom fließt.According to shows 3c a situation where the controllable switch 10 is closed while the controllable switch 11 is open. In the process, energy is in the inductor 14 stored, whereas previously in the inductor 15 stored energy is discharged into the load. As described above, solid lines show parts of the circuit diagram through which a current flows, whereas dotted lines show parts of the circuit diagram through which no current flows.

4 zeigt ein Schaltbild eines Kompensationswandlers 5 zur Verwendung in einer dritten Ausführung der Erfindung. Der Kompensationswandler 5 weist zwei Phasen 6, 7, die zwischen Eingangsanschlüssen 8 und Ausganganschlüssen 9 parallelgeschaltet sind, und einen Brückengleichrichter 16 mit vier Dioden auf. Jede der Phase 6, 7 umfasst einen steuerbaren Schalter 10, 11 und einen Induktor 14, 15, und die steuerbaren Schalter 10, 11 werden wie oben beschrieben synchron gesteuert. Die Phasen 6, 7 sind, wie auch in 2 gezeigt, zwischen den Eingangsanschlüssen 8 und den Ausgangsanschlüssen 9 verbunden. In dem Schaltbild nach 4 sind die Dioden 12, 13 des Kompensationswandlers 5 nach 2 durch steuerbare Schalter 17, 18 in der Form von FET ersetzt worden. Die zusätzlichen steuerbaren Schalter 17, 18 stellen sicher, dass die in dem Kompensationswandler 5 entstehenden Energieverluste im Verhältnis zum Kompensationswandler 5 der 2 reduziert werden, weil der Energieverlust in einem steuerbaren Schalter kleiner ist als der Energieverlust in einer Diode. Der Kompensationswandler 5 der 4 ist besonders geeignet für Systeme, die mit einem niedrigen Tastverhältnis arbeiten. 4 shows a circuit diagram of a compensation converter 5 for use in a third embodiment of the invention. The compensation converter 5 has two phases 6 . 7 that between input terminals 8th and output connections 9 are connected in parallel, and a bridge rectifier 16 with four diodes on. Each of the phase 6 . 7 includes a controllable switch 10 . 11 and an inductor 14 . 15 , and the controllable switches 10 . 11 are controlled synchronously as described above. The phases 6 . 7 are, as well as in 2 shown between the input terminals 8th and the output terminals 9 connected. In the diagram after 4 are the diodes 12 . 13 of the compensation transformer 5 to 2 through controllable switches 17 . 18 has been replaced in the form of FET. The additional controllable switches 17 . 18 make sure that in the compensation converter 5 resulting energy losses in relation to the compensation transformer 5 of the 2 be reduced because the energy loss in a controllable switch is smaller than the energy loss in a diode. The compensation converter 5 of the 4 is particularly suitable for systems that work with a low duty cycle.

5 zeigt ein Schaltbild eines Kompensationswandlers 5 zur Verwendung in einem Regler nach einer vierten Ausführung der Erfindung. Der Kompensationswandler 5 der 5 ist dem Kompensationswandler 5 der 4 sehr ähnlich. In dem Kompensationswandler 5 der 5 sind jedoch zwei der Dioden des Brückengleichrichters 16 durch steuerbare Schalter in der Form von FET ersetzt worden. Weil die durch FET entstehenden Energieverluste erheblich niedriger sind als die Energieverluste in einer Diode, ist zu erwarten, dass die Energieverluste im Kompensationswandler 5 der 5 niedriger sind als die Energieverluste im Kompensationswandler 5 nach 4. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Kompensationswandlers 5 erhöht. Außerdem sind in 5 nur die Dioden durch FET ersetzt worden, die mit Niederspannung verbunden waren, weil sich diese einfacher steuern lassen, wie oben in Verbindung mit 3a beschrieben. 5 shows a circuit diagram of a compensation converter 5 for use in a regulator according to a fourth embodiment of the invention. The compensation converter 5 of the 5 is the compensation converter 5 of the 4 very similar. In the compensation converter 5 of the 5 however, are two of the diodes of the bridge rectifier 16 has been replaced by controllable switches in the form of FET. Because the energy losses caused by FET are considerably lower than the energy losses in a diode, it is to be expected that the energy losses in the compensation transformer 5 of the 5 lower than the energy losses in the compensation transformer 5 to 4 , This will increase the efficiency of the compensation transformer 5 elevated. Also, in 5 only the diodes have been replaced by FETs connected to low voltage because they are easier to control, as discussed above in connection with 3a described.

6 zeigt ein Schaltbild eines Kompensationswandlers 5 zur Verwendung in einem Regler nach einer fünften Ausführung der Erfindung. Der Kompensationswandler 5 der 6 ist den Kompensationswandlern der 4 und 5 sehr ähnlich. In dem Kompensationswandler der 6 sind jedoch alle vier Dioden des Brückengleichrichters 16 durch steuerbare Schalter ersetzt worden. Dadurch werden die im Kompensationswandler 5 entstehenden Energieverluste noch weiter reduziert, wobei der Wirkungsgrad des Kompensationswandlers weiter erhöht wird. Zusätzlich weist der Kompensationswandler 5 nur eine Phase 6 auf. 6 shows a circuit diagram of a compensation converter 5 for use in a regulator according to a fifth embodiment of the invention. The compensation converter 5 of the 6 is the compensation transformer of the 4 and 5 very similar. In the compensation converter of 6 However, all four diodes of the bridge rectifier 16 have been replaced by controllable switches. This will be the compensation transformer 5 resulting energy losses even further reduced, the efficiency of the compensation converter is further increased. In addition, the compensation converter points 5 only one phase 6 on.

Claims (12)

Regler zum Steuern eines Motors (4), wobei der Regler einen Wechselrichter (3) und eine Leistungsfaktor-Korrektur (2) aufweist, und die Leistungsfaktor-Korrektur (2) einen Kompensationswandler (5) aufweist und zur Leistungsversorgung des Wechselrichters (3) vorgesehen ist.Controller for controlling an engine ( 4 ), where the controller is an inverter ( 3 ) and a power factor correction ( 2 ), and the power factor correction ( 2 ) a compensation transformer ( 5 ) and for the power supply of the inverter ( 3 ) is provided. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationswandler (5) ein Mehrphasen-Kompensationswandler ist.Regulator according to Claim 1, characterized in that the compensation transformer ( 5 ) is a polyphase compensation converter. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationswandler (5) N Phasen (6, 7) aufweist, wobei N eine ganze Zahl und N ≥ 2 ist, und jede Phase (6, 7) mindestens einen steuerbaren Schalter (10, 11) aufweist, wobei die steuerbaren Schalter (10, 11) derart gesteuert werden können, dass Ein-Phasen der steuerbaren Schalter (10, 11) über eine Schaltperiode des Kompensationswandlers (5) bei 360°/N Intervallen geschaltet werden.Regulator according to Claim 2, characterized in that the compensation transformer ( 5 ) N phases ( 6 . 7 ), where N is an integer and N ≥ 2, and each phase ( 6 . 7 ) at least one controllable switch ( 10 . 11 ), the controllable switches ( 10 . 11 ) can be controlled in such a way that one-phases of the controllable switches ( 10 . 11 ) over a switching period of the compensation transformer ( 5 ) at 360 ° / N intervals. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Phasen (6, 7) mindestens einen zusätzlichen steuerbaren Schalter (17, 18) aufweist.Regulator according to Claim 3, characterized in that at least one of the phases ( 6 . 7 ) at least one additional controllable switch ( 17 . 18 ) having. Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationswandler (5) mindestens einen Brückengleichrichter (16) aufweist.Regulator according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation transformer ( 5 ) at least one bridge rectifier ( 16 ) having. Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Brückengleichrichter (16) mindestens einen steuerbaren Schalter aufweist.Regulator according to Claim 5, characterized in that at least one of the bridge rectifiers ( 16 ) has at least one controllable switch. Verdichter mit einem Regelsystem zur Steuerung eines Motors (4) des Verdichters, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem einen Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Compressor with a control system for controlling an engine ( 4 ) of the compressor, characterized in that the control system comprises a controller according to one of the preceding claims. Verdichter nach Anspruch 7, wobei der Verdichter ein Verdichter mit variabler Geschwindigkeit ist.A compressor according to claim 7, wherein the compressor is a variable speed compressor. Verfahren zur Steuerung eines Motors (4), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Zufuhr einer Eingangsspannung zu einem Regler, der eine Leistungsfaktor-Korrektur (2) aufweist, – Heruntertransformieren der Eingangsspannung mit Hilfe eines Kompensationswandlers (5), der Teil des Reglers ist, wobei eine Ausgangsspannung erzielt wird, – Zufuhr der Ausgangsspannung zu dem Motor (4), wobei die Geschwindigkeit des Motors (4) gesteuert wird.Method for controlling an engine ( 4 ), the method comprising the steps of: - supplying an input voltage to a regulator that performs a power factor correction ( 2 ), - down-converting the input voltage by means of a compensation transformer ( 5 ), which is part of the regulator, whereby an output voltage is obtained, - supply of the output voltage to the motor ( 4 ), whereby the speed of the engine ( 4 ) is controlled. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt der Zufuhr der Ausgangsspannung zu dem Motor (4) die Steuerung der Geschwindigkeit des Motors (4) mit Hilfe von Pulsamplitudenmodulation umfasst.Method according to claim 9, wherein the step of supplying the output voltage to the motor ( 4 ) the control of the speed of the engine ( 4 ) by means of pulse amplitude modulation. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Verfahren unter Verwendung eines Reglers nach einem der Ansprüche 1–6 ausgeführt wird.A method according to claim 9 or 10, wherein the method is carried out using a regulator according to any one of claims 1-6. Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, wobei der Schritt der Zufuhr der Ausgangsspannung zu dem Motor (4) die Zufuhr der Ausgangsspannung zu einem Motor (4) eines Verdichters umfasst.The method of any of claims 9-11, wherein the step of supplying the output voltage to the engine ( 4 ) the supply of the output voltage to a motor ( 4 ) of a compressor.
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