(57)【要約】      （修正有）【課題】短い時間スペース内で変換器回路の変換器の不所望な飽和を補償する。【解決手段】変換器回路の動作方法が特定され、変換器回路は変換器装置と変圧器を有し、変圧器は一次巻線と二次巻線とを備えた少なくとも１つの巻線セットを有し、変換器装置はＡＣ電圧側で各巻線セットの一次巻線へ接続されている。変圧器の不所望な飽和を補償するために、変換器回路はＤＣ電圧を変圧器の各巻線セットの一次巻線へ意図的に与えるために使用される。【選択図】図３
2012120434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器回路は多数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器装置（１）を有し、変圧器(２)を有する変換器回路の動作方法において、
前記変圧器（２）は一次巻線（４）と二次巻線（５）とを備えた少なくとも１つの巻線セット（３）を有し、前記変換器装置（１）はＡＣ電圧側で各前記巻線セット（３）の前記一次巻線（４）へ接続されており、
ａ）各巻線セット（３）の前記磁束（Ψ）の大きさはしきい値（ΨＳ１）に関して監視され、前記磁束（Ψ）の極性が決定され、
ｂ）前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記大きさが前記しきい値（ΨＳ１）を超え、前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記極性が正であるならば、前記変換器装置（１）は調節可能な負のＤＣ電圧（ｕｃｏｍｐ）を前記各巻線セットの前記一次巻線（４）へ与え、
ｃ）前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記大きさがしきい値（ΨＳ１）を超え、前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記極性が負であるならば、前記変換器装置（１）は調節可能な正のＤＣ電圧（ｕｃｏｍｐ）を前記各巻線セット（３）の前記一次巻線（４）へ与え、
ｄ）前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記大きさが前記しきい値（ΨＳ１）に達しなくなるまで、ステップａ）乃至ｃ）が反復され、
ｅ）前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記大きさが前記しきい値を下回った後、および前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記極性が正である場合には、前記変換器装置（１）は前記与えられる負のＤＣ電圧（ｕｃｏｍｐ）の前記電圧／時間積分が予め規定可能な負の磁束値（−ΔΨｓ）よりも小さいか等しくなるまで、前記調節可能な負のＤＣ電圧（ｕｃｏｍｐ）を前記各巻線セット（３）の前記一次巻線（４）へ与え、
ｆ）前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記大きさが前記しきい値（ΨＳ１）を下回った後、および前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記極性が負である場合には、前記変換器装置（１）は前記与えられる正のＤＣ電圧（ｕｃｏｍｐ）の前記電圧／時間積分が予め規定可能な正の磁束値（ΔΨｓ）よりも大きいか等しくなるまで、前記調節可能な正のＤＣ電圧（ｕｃｏｍｐ）を前記各巻線セット（３）の前記一次巻線（４）へ与えるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、
ｊ）ステップｅ）乃至ｆ）の期間中に、各巻線セット（３）の前記磁束（Ψ）の前記大きさが前記しきい値（ΨＳ１）に関して監視され、前記磁束（Ψ）の前記極性が決定され、
ｋ）ステップｅ）の期間中に、前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記大きさが前記しきい値（ΨＳ１）を超え、前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記極性が正であるならば、ステップｅ）は一時停止され、前記方法はステップｂ）とｄ）で継続し、その後ステップｅ）とｆ）で継続し、
ｌ）ステップｆ）の期間中に、前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記大きさが前記しきい値（ΨＳ１）を超え、前記各巻線セット（３）を通る前記磁束（Ψ）の前記極性が負であるならば、ステップｆ）は一時停止され、前記方法はステップｃ）とｄ）で継続し、その後ステップｅ）とｆ）で継続するステップを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記磁束（Ψ）の前記大きさを監視し、前記磁束（Ψ）の前記極性を決定する動作は差電流しきい値（ｉＤｉｆｆ１）に関して差電流（ｉＤｉｆｆ）を監視することにより行われ、前記差電流（ｉＤｉｆｆ）は前記一次巻線（４）を通る前記電流（ｉ１）からおよび前記各巻線セット（３）の前記二次巻線（５）を通る前記電流（ｉ’２）から決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記磁束（Ψ）の前記大きさは前記磁束（Ψ）のモデルを使用して監視されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力用電子装置に関する。これは独立請求項の特徴部分の前段に記載された構成により変換器回路を動作させる方法に基づいている。
【背景技術】
【０００２】
通常の変換器回路は今日、少なくとも２つの切換え電圧レベルを切換える目的で既知の方法で接続される多数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器装置を具備している。このような変換器回路は典型的に例えば単相または三相のネットワークの形態であるＡＣ電圧ネットワークに接続されている。このような変換器回路はしばしば産業的な設備で使用され、変換器回路の変換器装置のＡＣ電圧側は変圧器を介してネットワークへ結合されており、他の応用分野及び可能な使用、例えば風力設備が当然ながら考えられる。図１は例示として従来技術によるこのような変換器回路を示している。
【０００３】
変圧器をＡＣ電圧ネットワークへ接続するとき、変圧器は飽和状態になる可能性がある。このような飽和は電圧が戻る時にも生じる可能性があり、それに続いてネットワークが故障する可能性がある。飽和の程度はネットワーク故障期間中の電圧／時間積分に基づき、即ち主にＡＣ電圧ネットワークにより与えられる。このような故障に続いて、または変圧器をＡＣ電圧ネットワークへ接続するとき、変圧器の磁束は典型的に大きなＤＣ成分を有し、これは飽和を生じさせる。しかしながら、変圧器の飽和は非常に望ましくない。図２は例示として図１による変換器回路の変圧器の巻線セットの磁束のこのような典型的な時間プロフィールを示している。
【０００４】
米国特許第6,577,111 B1は変換器回路を動作するための一般的なタイプの方法を特定しており、この方法は変換器回路の変圧器の不所望な飽和を補償することができるが、磁束を変圧器の磁束の公称値の大きさよりも低くなるように戻さない。
【発明の概要】
【０００５】
それ故、本発明の目的は、短い時間スペース内で変換器回路の変換器の不所望な飽和を補償することに使用されることができる変換器回路の動作方法を特定することである。
【０００６】
この目的は請求項１の特徴とする構成により実現される。従属請求項は本発明の有効な改良を特定している。
【０００７】
変換器回路は多数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器装置を具備し、変圧器を有し、変圧器は一次巻線と二次巻線とを備えた少なくとも１つの巻線セットを有し、変換器装置はＡＣ電圧側で各巻線セットの一次巻線へ接続されている。このような変換器回路を動作するための本発明による方法は以下のステップを有し、即ち、
ａ）各巻線セットの磁束の大きさはしきい値について監視され、磁束の極性が決定され、
ｂ）各巻線セットを通る磁束の大きさがしきい値を超え、各巻線セットを通る磁束の極性が正であるならば、変換器装置は調節可能な負のＤＣ電圧を各巻線セットの一次巻線へ与え、
ｃ）各巻線セットを通る磁束の大きさがしきい値を超え、各巻線セットを通る磁束の極性が負であるならば、変換器装置は調節可能な正のＤＣ電圧を各巻線セットの一次巻線へ与え、
ｄ）各巻線セットを通る磁束の大きさがしきい値より下になるまで、ステップａ）乃至ｃ）が反復され、
ｅ）各巻線セットを通る磁束の大きさがしきい値を下回った後、および各巻線セットを通る磁束の極性が正であるならば、変換器装置は与えられる負のＤＣ電圧の電圧／時間積分が予め規定可能な負の磁束値よりも小さいか等しくなるまで、調節可能な負のＤＣ電圧を各巻線セットの一次巻線へ与え、
ｆ）各巻線セットを通る磁束の大きさがしきい値を下回った後、および各巻線セットを通る磁束の極性が負であるならば、変換器装置は与えられる正のＤＣ電圧の電圧／時間積分が予め規定可能な正の磁束値よりも大きいか等しくなるまで、調節可能な正のＤＣ電圧を各巻線セットの一次巻線へ与える。
【０００８】
しきい値はそれより上では変圧器の飽和が開始する値である。変圧器の各巻線セットが飽和するとき、前述のステップａ）乃至ｄ）は有効に、正または負のＤＣ電圧を与え、即ち各巻線セットを通る磁束が飽和範囲から取除かれるという変換器装置による簡単で迅速な方法で前記飽和を補償させる。変圧器の各巻線セットの飽和がもはや存在しないならば、即ち各巻線セットを通る磁束の大きさがしきい値より下のなった後、ステップｅ）とｆ）によって、有効に各巻線セットの磁束が例えば変圧器の磁束の公称値の大きさよりも再度下回ることができる結果を生じ、磁束の公称値の大きさは例えば磁束値により減少されるしきい値である。本発明の方法はしたがって、全体として変圧器の飽和を補償し、各巻線セットを通る磁束を特に簡単な方法で磁束の公称値の大きさを下回るように戻す所望の効果を実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術による変換器回路を示す図である。
【図２】図１による変換器回路の変圧器の巻線セットの磁束の典型的な時間プロフィールを示す図である。
【図３】本発明による方法にしたがった変換器回路の変圧器の巻線セットの磁束の時間プロフィールを示す図である。
【図４】変圧器の通常のＴ等価回路を示す図である。
【図５】変圧器の磁化電流／磁束特性曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のこの及び他の目的、利点及び特性は図面を伴った本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明白になるであろう。
【００１１】
図面で使用されている参照符号及びそれらの意味は参照符号のリストで要約された形態でリストされている。原理上、同じ部品には図面で同じ参照符号が与えられている。前述の実施形態は例示により本発明の主題を表しており、何等限定効果をもたない。
【００１２】
［本発明の実施方法］  
冒頭で既に述べたように、図１は、多数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器装置１を有し、さらに変圧器２を有する既知の変換器回路を示しており、その変圧器２は通常一次巻線４と二次巻線５とを備えた少なくとも１つの巻線セット３を有し、変換器装置１はＡＣ電圧側で各巻線セット３の一次巻線４へ接続されている。図１では、変圧器２は例示により単相設計を有し、それ故単一の巻線セット３のみを有する。
【００１３】
変換器回路を動作するための本発明による方法は以下のステップを有している。  
ａ）各巻線セット３の磁束Ψの大きさはしきい値ΨＳ１に関して監視され、磁束Ψの極性が決定され、
ｂ）各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１を超え、各巻線セット３を通る磁束Ψの極性が正であるならば、変換器装置１は調節可能な負のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを各巻線セットの一次巻線４へ与え、
ｃ）各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１を超え、各巻線セット３を通る磁束Ψの極性が負であるならば、変換器装置１は調節可能な正のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを各巻線セット３の一次巻線４へ与え、
ｄ）各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１より下になるまで、ステップａ）乃至ｃ）が反復され、
ｅ）各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値を下回った後、および各巻線セット３を通る磁束Ψの極性が正であるならば、変換器装置１は与えられる負のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐの電圧／時間積分が予め規定可能な負の磁束値−ΔΨｓよりも小さいか等しくなるまで、調節可能な負のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを各巻線セット３の一次巻線４へ与え、
ｆ）各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１を下回った後、および各巻線セット３を通る磁束Ψの極性が負であるならば、変換器装置１は与えられる正のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐの電圧／時間積分が予め規定可能な正の磁束値ΔΨｓよりも大きいか等しくなるまで、調節可能な正のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを各巻線セット３の一次巻線４へ与えるステップを有する。
【００１４】
しきい値ΨＳ１は変圧器２の飽和が開始する値である。変圧器２の各巻線セット３が飽和するとき、前述のステップａ）乃至ｄ）は有効に、正または負のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを与え、即ち各巻線セット３を通る磁束Ψが飽和範囲から取除かれるという変換器装置１による簡単で迅速な方法で前記飽和を補償させる。変圧器２の各巻線セット３の任意の飽和がもはや存在しないならば、即ち各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１に達しなくなった後、ステップｅ）とｆ）によって、有効に各巻線セット３の磁束Ψが例えば変圧器２の磁束Ψの公称値ΨＮｏｍの大きさよりも再度下回ることができる結果を生じ、磁束Ψの公称値ΨＮｏｍの大きさは例えば磁束値ΔΨｓにより減少されるしきい値ΨＳ１であり、即ちΔΨＳ＝ΨＳ１−ΨＮｏｍである。
【００１５】
本発明の方法はしたがって、全体として変圧器２の任意の飽和を補償し、各巻線セット３を通る磁束Ψを特に簡単な方法で磁束Ψの公称値ΨＮｏｍの大きさを下回るように戻す所望の効果を実現する。
【００１６】
ステップｅ）で述べた電圧／時間積分は以下のように計算される。  
∫ｕｃｏｍｐｄｔ  
ここで、ステップｅ）によれば、変換器装置１はその後、与えられる負のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐの電圧／時間積分が予め規定可能な負の磁束値−ΔΨｓよりも小さいか等しくなるまで、即ち∫ｕｃｏｍｐｄｔ≦−ΔΨｓになるまで調節可能な負のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを各巻線セット３の一次巻線４へ与える。
【００１７】
さらに、ステップｆ）で述べた電圧／時間積分は以下のように計算される。  
∫ｕｃｏｍｐｄｔ  
ここで、ステップｆ）によれば、変換器装置１はその後、与えられる正のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐの電圧／時間積分が予め規定可能な正の磁束値ΔΨｓよりも大きいか等しくなるまで、即ち∫ｕｃｏｍｐｄｔ≧ΔΨｓになるまで調節可能な正のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを各巻線セット３の一次巻線４へ与える。
【００１８】
しかしながら、変換器は飽和から磁束を回収する変圧器へＤＣ電圧を与えることにより非常に速い方法で飽和を減少させることができる。プロセスで生じる直流電流はこれが生じる時間を限定する。
【００１９】
本発明の別の改良によれば、本発明による方法は好ましくは以下のさらに別のステップを含んでいる。即ち、
ｇ）ステップｅ）およびｆ）期間中に、各巻線セット３の磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１に関して監視され、磁束Ψの極性が決定され、
ｈ）ステップｅ）の期間中に、各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１を超え、各巻線セット３を通る磁束Ψの極性が正であるならば、ステップｅ）は一時停止され、方法はステップｂ）とｄ）で継続し、その後ステップｅ）とｆ）で継続し、
ｉ）ステップｆ）の期間中に、各巻線セット３を通る磁束Ψの大きさがしきい値ΨＳ１を超え、各巻線セット３を通る磁束Ψの極性が負であるならば、ステップｆ）は一時停止され、方法はステップｃ）とｄ）で継続し、その後ステップｅ）とｆ）で継続するステップを含んでいる。
【００２０】
ステップｇ）を伴って前述のステップｈ）は、変圧器２の各巻線セット３の飽和がステップｅ）の期間中に正の磁束Ψで生じるならば、この飽和は負のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを与え、即ち各巻線セット３を通る磁束Ψが飽和範囲から取除かれるという変換器装置１による簡単で迅速な方法で補償されることを確実にする。変圧器２の各巻線セット３の飽和が前述のステップｆ）の期間中に負の磁束Ψで生じるならば、ステップｇ）を伴って前述のステップｉ）は、正のＤＣ電圧ｕｃｏｍｐを与え、即ち各巻線セット３を通る磁束Ψが飽和範囲から取除かれるという変換器装置１による前記飽和の補償を可能にする。
【００２１】
しきい値ΨＳ１に関して磁束Ψの大きさを監視し、磁束Ψの極性を決定する動作は好ましくは差電流しきい値ｉＤｉｆｆ１に関して差電流ｉＤｉｆｆを監視することにより行われ、差電流ｉＤｉｆｆは特に巻線比を考慮に入れ、一次巻線４を通る電流ｉ１からおよび各巻線セット３の二次巻線５を通る電流ｉ’２から決定される。このことに関して、図４は変圧器２の通常のＴ等価回路図を示しており、これは一次巻線４を通る電流ｉ１、二次巻線５を通る電流ｉ’２、各巻線セット３の主インダクタンスＬｈ１を通る差電流ｉＤｉｆｆを示している。差電流ｉＤｉｆｆは変圧器の関連される巻線セット３の磁化電流である。さらに図５は変圧器２の磁化電流／磁束特性曲線を示しており、それは差電流しきい値ｉＤｉｆｆ１がしきい値ΨＳ１とどのようにして接続されているかを明示している。差電流しきい値ｉＤｉｆｆ１に関して差電流ｉＤｉｆｆを監視するために、差電流ｉＤｉｆｆ１はそれ故、一次巻線４を通る電流ｉ１と二次巻線５を通る電流ｉ’２から決定されさえすればよく、一次巻線４を通る電流ｉ１と二次巻線５を通る電流ｉ’２は測定されている。差電流ｉＤｉｆｆはその後、差電流しきい値ｉＤｉｆｆ１に関して監視されることができ、これは図５による差電流ｉＤｉｆｆと磁束との接続を使用して図５によるしきい値ΨＳ１と接続される。差電流ｉＤｉｆｆは一次巻線４を通る電流ｉ１と二次巻線５を通る電流ｉ’２とを使用して非常に簡単な方法で決定されることができるので、しきい値ΨＳ１に関して磁束Ψの大きさを監視し、磁束Ψの極性を決定する動作は差電流しきい値ｉＤｉｆｆ１に関して差電流ｉＤｉｆｆを監視することにより簡単な方法で有効に実行されることができる。
【００２２】
しきい値ΨＳ１に関して磁束Ψの大きさを監視し、磁束Ψの極性を決定する動作が磁束Ψのモデルを使用して実行されることも考えられ、それにおいて磁束Ψは一次巻線４を横切る電圧から、または各巻線セット３の二次巻線５の電圧から決定され、ここでは、通常は、次式のように表される。  
Ψ＝∫ＵＭａｇｄｔ  
ＵＭａｇは通常、変圧器２の磁化電圧である。これは変圧器のインピーダンスと漂遊インピーダンスを考慮して、当業者に知られている方法により測定された電圧及び電流から計算されることができる。さらに、監視動作についてのしきい値ΨＳ１と磁束ΔΨＳは例えば図５に示されている変圧器の磁化電流／磁束特性曲線を使用して予め規定されることができる。
【符合の説明】
【００２３】
１・・・変換器装置、２・・・変圧器、３・・・巻線セット、４・・・一次巻線、５・・・二次巻線。
【図１】
2012120434.tif 000003
【図２】
2012120434.tif 000004
【図３】
2012120434.tif 000005
【図４】
2012120434.tif 000006
【図５】
2012120434.tif 000007
【外国語明細書】
2012120434000001.pdf