FI112414B - Menetelmä vaihtosuuntaajan yhteydessä - Google Patents

Description

! 112414

Menetelmä vaihtosuuntaajan yhteydessä

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on menetelmä vaihtosuuntaajan yhteydessä vaihtosuuntaajan käsittäessä tasajännitevälipiirin, optimikytkentätaulu-5 kon ja ulostulon tehokytkimet.

Taajuusmuuttaja on laite, jota käytetään tyypillisesti moottorin ohjaamiseen. Taajuusmuuttaja koostuu tyypillisesti kahdesta suuntaajasta, joiden välillä sijaitsee tasajännite- tai tasavirtavälipiiri. Taajuusmuuttajan suuntaajat voidaan toteuttaa siten, että ne pystyvät toimimaan ainoastaan tasa-10 suuntaajana tai siten, että ne voivat toimia tarvittaessa sekä tasa- että vaihtosuuntaajina. Esimerkki tasasuuntaajasta on diodisilta, ja esimerkki sekä tasa-että vaihtosuuntaukseen soveltuvasta suuntaajasta on transistorein toteutettu suuntaajasilta. Vaihtosuuntaajaa käytetään tyypillisesti säätämään taajuus-muuttajan välipiiristä moottorille siirtyvää tehoa. Vaihtosuuntaajalla moottorin 15 ohjaaminen voidaan toteuttaa luotettavalla tavalla siten, että moottori toteuttaa tarkasti esimerkiksi halutun nopeus- tai vääntömomenttiohjeen. Vaihtosuuntaajaa voidaan käyttää myös sähköverkosta taajuusmuuttajan välipiiriin viilaavan tehon säätämiseen. Tähän tarkoitukseen käytettyä vaihtosuuntaajaa nimitetään tavallisesti verkkovaihtosuuntaajaksi. Verkkovaihtosuuntaajalla voi-20 daan tehokkaasti hallita sähköverkon ja taajuusmuuttajan välillä siirtyvät pätö-· ja loistehot.

f Verkkovaihtosuuntaajaa käytetään korvaamaan taajuusmuuttajan : diodisiltatasasuuntaajaa erityisesti sellaisissa käyttökohteissa, missä moottorin : : jarrutusenergia halutaan vaihtosuunnata takaisin sähköverkkoon. Verkkovaih- 25 tosuuntaajan verkkovirran käyrämuoto on mahdollista saada hyvin sinimuotoi-seksi, minkä vuoksi se soveltuu oivallisesti kohteisiin, joissa taajuusmuuttajan aiheuttama sähkön laadun huononeminen on saatava alhaiseksi.

.. . Nykyisten nopeiden tehopuolijohdekomponenttien ja signaalipro- sessorien avulla on mahdollista toteuttaa vaihtosuuntaajan säätäminen dy- • · ’ 30 naamisesti nopealla tavalla käyttäen suoraan vääntömomentin säätöön (DTC, : : : direct torque control) perustuvia ratkaisuja. Aikaisemmin tunnettu DTC- säätöön perustuva verkkovaihtosuuntaaja on esitetty kuvion 1 lohkokaaviossa. . \ Kuvion 1 ratkaisussa puolijohdetehokytkinsillan kytkentäohje muodostetaan DTC-periaatteen mukaisesti käämivuovektorin itseisarvon ja vääntömomentin '·** 35 perusteella käyttäen DTC-lohkoa 13. Verkkovaihtosuuntaajan laskennallinen käämivuovektori lasketaan jänniteintegraalilla 2 112414 ψ = Jm dt, (1) ja tehoon verrannollinen vääntömomentti lasketaan virtavektorin ja käämivuo-5 vektorin ristitulolla *e = \ψ x *T| · (2) Välipiirijännitesäätäjä 11 tuottaa vääntömomenttireferenssin reref 10 mitatun välipiirijännitteen ja välipiirijännitereferenssin eron perusteella. Käämi-vuon itseisarvon referenssi |^j muodostetaan loistehosäätäjällä 12 vertailemalla estimoitua loistehoa <7est ja loistehoreferenssiä qtei. Verkkovaihtosuun-taajien yhteydessä käytetään tyypillisesti alipäästösuodatinta 14 vaihtosuuntaajan ja verkon välissä. Suodattimen ollessa tyypiltään L-suodatin, loistehon 15 estimointiin käytetään yhtälöä 9est=(^v**T)». (3) missä ω on verkon perusaaltoa vastaava sähköinen kulmataajuus ja ψν on 20 verkon käämivuovektori. Verkon käämivuovektori estimoidaan yhtälöllä ; .·. Ψν = Ψ - Li, (4) 1« · • * · » » » missä l on verkkosuodattimen induktanssi.

25 Perinteisesti virtavektorisäätömenetelmien sovelluskohde on ollut » ' ' erillisellä PWM-modulaattorilla varustettujen sähkömoottorikäyttöjen säätö.

:...: PWM-modulaattorilla varustetun sähkömoottorikäytön virtavektorisäädön peri aate on esitetty kuviossa 3. Virtasäätäjät 31, 32 tuottavat jännitevektorirefe-j \.' renssin, joka pyritään toteuttamaan PWM-modulaattorilla 33, joka ohjaa ulos- 30 tulon tehokytkimiä 34. Ratkaisu on esitetty esimerkiksi julkaisussa Harnefors .λ, L., ”0n Analysis, Control and Estimation of Variable-speed drives”, Väitöskirja,

Osa I, sivu 44, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 1997.

**;·* Kuviossa 1 esitetyn kaltainen verkkovaihtosuuntaajan suora DTC- i ; : säätömenetelmä ei aktiivisesti säädä suuntaajan virtoja. Seurauksena suun- 35 taajan virrat voivat olla epäsinimuotoiset ja sisältää huomattavasti alempia harmonisia komponentteja kuten 5. ja 7. harmoninen. Suuntaajan syöttämät 3 112414 harmoniset virtakomponentit vahvistuvat erityisesti, jos verkkosuodattimena käytetään L-suodattimen asemesta LCL-suodatinta.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, joka 5 välttää edellä mainitut epäkohdat, ja mahdollistaa verkkovaihtosuuntaajaan ohjaamisen aikaisempaa tarkemmalla tavalla käyttäen samoja mittauksia kuin aikaisemmin. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa määritetään synkroninen suorakulmainen dq-koordinaatisto, 10 mitataan vaihtosuuntaajan ulostulon vaihevirrat, muunnetaan vaihtosuuntaajan vaihevirrat synkroniseen dq-koordi-naatistoon synkronisten suorakulmaisten virtavektorikomponenttien aikaansaamiseksi, alipäästösuodatetaan synkroniset virtavektorikomponentit alipääs-15 tösuodatettujen virtavektorikomponenttien aikaansaamiseksi, muodostetaan dq-koordinaatiston q-akselin suuntainen virtarefe- renssi, muodostetaan dq-koordinaatiston d-akselin suuntainen virtarefe- renssi, 20 tuotetaan vääntömomenttireferenssi vertaamalla q-suuntaista virta- • '· referenssiä alipäästösuodatettuun q-suuntaiseen virtavektorikomponenttiin, : tuotetaan käämivuon itseisarvon referenssi vertaamalla d-suun- : : ’ : täistä virtareferenssiä alipäästösuodatettuun d-suuntaiseen virtavektorikompo- nenttiin ja : 25 muodostetaan tehokytkimien kytkinohjeet vääntömomenttiohjeen ja ...., vuo-ohjeen perusteella käyttäen optimikytkentätaulukkoa.

• ·

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen, että verkkovaih- , tosuuntaajan lähtövirtaa säädetään aktiivisesti, minkä seurauksena keksinnön ♦ * « : mukaisella säätömenetelmällä saavutetaan huomattavasti aikaisempia ratkai- 30 suja sinimuotoisempi verkkovirta. Keksinnön mukaisessa menetelmässä virta-säätäjät tuottavat jännitevektorireferenssin asemesta käämivuon itseisarvon referenssin ja vääntömomenttireferenssin. Yksittäiset jännitevektorit valitaan : edelleen mainittujen referenssisuureiden perusteella DTC-algoritmilla optimi- kytkentätaulukkoa käyttäen.

35 Keksinnön mukainen säätömenetelmä ei käytä lisämittauksia eikä aseta laitteistolle mitään erityisvaatimuksia suoraan DTC-säätömenetelmään 4 112414 verrattuna. Perinteisistä erillistä PWM-modulaattoria käyttävistä virtavektori-säätömenetelmistä poiketen keksinnön mukainen menetelmä käyttää jännite-vektorin valinnassa DTC-algoritmia.

Kuvioiden lyhyt selostus 5 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää verkkovaihtosuuntaajaan suoran DTC-säädön lohkokaaviota (prior art);

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavaa lohko-10 kaaviotapa

Kuvio 3 esittää PWM-modulaattorilla ohjatun sähkömoottorin virta-vektorisäädön periaatteellista kaaviokuvaa (prior art).

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttava lohkokaavio on esitetty 15 kuviossa 2. Säätörakenne on kaskadisäätötyyppinen, jolloin säätö koostuu sisäkkäisistä säätösilmukoista. Uloimmat säätäjät ovat välipiirijännitesäätäjä 1 ja loistehosäätäjä 2. Välipiirijännitesäätäjä tuottaa q-suuntaisen virtareferenssin *q,ref Ja loistehosäätäjä 2 tuottaa d-suuntaisen virtareferenssin /d ref. Sisemmät säätäjät ovat synkronisessa suorakulmaisessa dq-koordinaatistossa toimivat 20 virtasäätäjät 3 ja 4, jotka tuottavat käämivuon itseisarvon referenssin ψ\κί ja * vääntömomenttireferenssin te K{ DTC:n jännitevektorin valinta-algoritmille. Si- : : : sin säätösilmukka, joka kuviossa 2 sisältyy DTC-lohkoon 5, muodostuu DTC:n : ” ’: käämivuon itseisarvon ja vääntömomentin hystereesisäädöstä.

:··| Avaruusvektoriteorian mukaisesti kolmivaihejärjestelmän suureet ;*··. 25 voidaan esittää yhtenä pyörivänä vektorina (esimerkiksi vektori s), joka voi- daan jakaa suorakulmaisiin komponentteihin (sä,sq). Edellä mainittu synkroni- ;Vj nen dq-koordinaatisto tarkoittaa siten koordinaatistoa, joka pyörii jonkin säh köisen ominaisuuden mukana ja tähän kiinnitettynä. Tyypillisesti synkroninen koordinaatisto kiinnitetään esimerkiksi pyörivään käämivuovektoriin. Tällöin 30 koordinaatiston d-akselin suunnaksi määritellään mainitun käämivuovektorin :' ‘: suunta ja q-akselin suunnaksi 90 astetta tästä suunnasta.

. Keksinnön menetelmän mukaisesti määritetään synkroninen suora- kulmainen dq-koordinaatisto. Synkroninen koordinaatisto valitaan edullisesti ’*··’ siten, että koordinaatiston d-akseli on yhdensuuntainen verkkovaihtosuuntaa- 5 112414 jän käämivuovektorin ψ kanssa. Käämivuovektorin suunta määritetään esimerkiksi käyttämällä moottorista laadittua tarkkaa mallia, jota voidaan myös soveltaa verkkovaihtosuuntaajan yhteydessä ilman fyysistä moottoria. Tällainen moottorimalli on tyypillisesti sisällytetty DTC-algoritmiin, joten käämivuo-5 vektorin suunta saadaan yksinkertaisesti mallia käyttämällä. Toinen vaihtoehto käämivuovektorin määrittämiseen on laskea se käyttämällä kaavan (1) jänni-teintegraalia. Verkon kulmanopeudella pyörivä synkroninen koordinaatisto voidaan sitoa verkkovaihtosuuntaajan käämivuovektorin asemesta myös muihin suureisiin, kuten esimerkiksi verkon käämivuovektoriin tai verkon jännitevekto-10 riin. Tällöin voidaan kuitenkin joutua käyttämään lisämittauksia.

Menetelmän mukaisesti mitataan vaihtosuuntaajan ulostulon vaihe-virrat. Virtavektorin määrittämiseen riittää kahden vaihevirran mittaus, mikäli oletetaan että vaihtovirtajärjestelmässä ei ole nollajohdinta. Siten keksinnön mukaista menetelmää esittävässä kuviossa 2 on esitetty ainoastaan vaiheiden 15 A ja C virtojen zA ja ic mittaus.

Mitatut vaihevirrat zA ja zc muunnetaan keksinnön mukaisesti synkroniseen dq-koordinaatistoon. Koordinaatistonmuunnos tehdään edullisesti siten, että mitatut vaihesuureet muunnetaan koordinaatistonmuunnoselimellä 6 ensin stationaariseen xy-koordinaatistoon, jossa virtavektori voidaan esittää 20 suorakulmaisina komponentteina z'x ja zy. Mitatut stationaarikoordinaatiston virrat L ja z' muunnetaan edelleen koordinaatistonmuunnoselimellä 7 verkon kulmataajuudella pyörivään synkroniseen dq-koordinaatistoon. Koordinaatis-: : : tomuunnos xy-koordinaatistosta dq-koordinaatistoon voidaan tehdä trigono- : metristen funktioiden avulla 25 • j L = i cosO + L sin# y (5) " < i = -i sin# + z’ cos# , ·*> ma / j’·'; missä Θ on stationaarisen koordinaatiston ja synkronisen koordinaatiston väli- • » nen kulma. Koordinaatistomuunnoksissa voidaan myös hyödyntää jännitein-' · 30 tegraalia eli käämivuota ψ käyttämällä muunnokseen kaavoja ’...' . _ ψ · i • · d \ψ\ i.i i (6) . ·". Ψ x i 6 112414 missä J = ix + jiy. Tällöin vältytään trigonometristen funktioiden laskennalta ja verkkovaihtosuuntaajaan vuovektorin tarkan kulman selvittämiseltä. Kaavassa (6) ristitulo tulee ymmärtää skalaarioperaattoriksi Ψ*ϊ = ψχΐχ -ψνϊχ, sillä ristitulon tuottaman vektorin suunnalla ei tässä tapauk- 5 sessa ole mielekästä fysikaalista tulkintaa.

Koordinaatistomuunnokset voidaan tehdä usealla eri tavalla, joista kaksi on esitetty edellä esimerkinomaisesti yhtälöissä (5) ja (6). Koordinaatistomuunnosten yhteydessä voidaan tehdä myös muita signaalinkäsittelyope-raatioita kuten esimerkiksi alipäästösuodatus.

10 Verkkovaihtosuuntaajaan vääntömomentti voidaan laskea käämi- vuovektorin ja virtavektorin ristitulona. Synkronisessa koordinaatistossa esitettynä vääntömomentin lauseke saa muodon te =ψχϊ = ^dzq -ψ^ . (7) 15

Verkkovaihtosuuntaajan vuovektoriin kiinnitetyssä synkronisessa dq-koordi-naatistossa vuovektorilla ei luonnollisesti ole q-akselin suuntaista komponenttia. Näin ollen dq-koordinaatistossa toimittaessa y/q=0 ja ^d=|j^|, jolloin vääntömomentin lauseke voidaan esittää 20 . ... K=¥i\=\W\h ' (8) joten suuntaajan vääntömomenttia voidaan asetella q-suuntaisella virralla.

^ Verkkovaihtosuuntaajan jatkuvuustilan loisteho L-suodattimen ta- 25 pauksessa voidaan laskea kaavalla :,J q - {ϊμν · ϊ)ω , (9) ! missä verkon käämivuovektori on 30 ψν=ψ-Π . (10) ':' Sijoittamalla yhtälö (10) yhtälöön (9) saadaan I t t 7 112414 q = ((y/-Ll)»i)co = ((^·ί)-ΐ(/·ί))ω (11) = ((^·ϊ)-L\^\o , joka synkronisessa koordinaatistossa esitettynä on 5 q = (f Λ + Ψq^q -L[if )y. (12)

Verkkovaihtosuuntaajan vuovektoriin kiinnitetyssä synkronisessa koordinaatistossa toimittaessa = 0 ja ψά = ψ\, jolloin saadaan 10 ς = \ψ\ΐΛ-ΐ]^\Ζ]ο. (13)

Koska verkkosuodattimen induktanssi L on yleensä pieni, on yhtälön (13) jälkimmäisen termin merkitys pieni ensimmäiseen termiin verrattuna. Siten q-suuntaisen virran vaikutus loistehoon on pieni, ja verkkovaihtosuun-15 taajan loistehoa voidaan asetella d-suuntaisella virralla.

Keksinnön mukaisesti edelleen muodostetaan dq-koordinaatiston q-akselin suuntainen virtareferenssi zq ref ja d-akselin suuntainen virtareferenssi

Zdref- d-akselin suuntainen virtareferenssi zdref määritetään edullisesti käyttämällä loistehosäätäjää 2. Loistehosäätäjän tehtävä on tuottaa lähes vakiona ; i 20 pysyvä d-suuntaisen virran referenssi, joka saa verkkovaihtosuuntaajan teho- * ; kertoimen halutuksi kuten edellä on esitetty. Loistehosäätäjällä 2 ei ole mer- kiitäviä dynaamisia suorituskykyvaatimuksia. Koska verkkovaihtosuuntaajaan * : tehokertoimen ykkösenä pitävä d-suuntainen virtareferenssi on hyvin lähellä nollaa, on mahdollista jättää loistehosäätäjä kokonaan pois ja käyttää sen 25 asemesta kiinteää d-suuntaisen virran referenssiarvoa tai laskea sopiva refe-, v, renssiarvo avoimen piirin yhtälöllä.

: Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti virtareferenssi zdref tuotetaan vertaamalla estimoitua loistehoa #est ja loistehoreferenssiä qKf kes- · kenään. Vertaaminen suoritetaan siten, että referenssistä vähennetään esti- 30 moitu arvo. Vähennyksen tuloksena saatu erosuure toimii loistehosäätäjän 2 ; X sisääntulona ja säätäjän ulostulosta saadaan d-suuntainen virtareferenssi * · . ^d,ref ' 8 112414 Välipiirijännitesäätäjä 1 tuottaa q-suuntaisen virran referenssiarvon iq ref. Välipiirijännitesäätäjä 1 on verkkovaihtosuuntaajan tärkein säätäjä, ja yhdessä q-suuntaisen virtasäätäjän 3 kanssa se määrää välipiirijännitesäädön suorituskyvyn. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti q-akselin 5 suuntainen virtareferenssi muodostetaan käyttämällä välipiirin tasajänniteoh-jearvoa t/dc ref ja määritettyä vaihtosuuntaajan välipiirin jännitettä t/dc. Itse virtareferenssi tuotetaan vähentämällä tasajänniteohjearvosta välipiirin mitattu jännite, ja johtamalla aikaansaatu erosuure välipiirijännitesäätäjään, jonka ulostulosta saadaan virtareferenssi zqref kuten kuvion 2 lohkokaaviosta ilme- 10 nee.

Kuten aikaisemmin on jo esitetty, mitatut virrat on muunnettu samaan koordinaatistoon kuin muodostetut virtareferenssit. Näin mainittujen virtojen vertaaminen on järkevää, ja näiden perusteella toteutetaan edelleen keksinnön mukaisesti säätöpiirit, joiden ulostuloina saadaan vääntömomentti-15 referenssi ja käämivuon itseisarvon referenssi. Synkronisen koordinaatiston virran oloarvot id ja iq on alipäästösuodatettava ennen erosuureen laskentaa.

Alipäästösuodatus toteutetaan kuviossa 2 suodatuselimillä 8 ja 9.

Virrat zd ja /q alipäästösuodattamalla saadaan aikaiseksi alipäästö- suodatetut virtavektorikomponentit zd lpf ja zq lpf. Alipäästösuodatuksella pois- 20 tetaan virran kytkentätaajuinen väre. Kytkentätaajuisen virtaväreen voimakas vaikutus käämivuon itseisarvon referenssiin ja vääntömomenttireferenssiin ; *' estäisi säätömenetelmän tarkoituksenmukaisen toiminnan. Virtojen alipäästö- :.: : suodatukseen voidaan käyttää tavanomaisia diskreettejä suodatinalgoritmeja.

i : I Keksinnön mukaisesti tuotetaan vääntömomenttireferenssi re ref ι 'ι 25 vertaamalla q-suuntaista virtareferenssiä /q ref alipäästösuodatettuun q-suun- ·:· · täiseen virtavektorikomponenttiin zqlpf. Edullisesti vääntömomenttireferenssi : tuotetaan siten, että johdetaan q-suuntaisen virtareferenssin ja alipäästösuo- datetun q-suuntaisen virtavektorikomponentin erotus q-suuntaiseen virtasää-täjään, jolloin virtasäätäjän ulostulosta saadaan käytettävä vääntömomentti-]···. 30 referenssi /eref. Toisin sanoen virtasäätäjä 3 pyrkii minimoimaan q-suuntaisen virtareferenssin ja alipäästösuodatetun q-suuntaisen virtavektorikomponentin ‘•j ’ välisen erotuksen vaikuttamalla vääntömomenttireferenssin kautta vaihto- :' suuntaajan ulostulovirtoihin.

• ; ‘ Keksinnön mukaisessa menetelmässä tuotetaan käämivuon itseis- 35 arvon referenssi |^|ref DTC-lohkon käyttöön vertaamalla d-suuntaista virtareferenssiä zdref alipäästösuodatettuun d-suuntaiseen virtavektorikomponenttiin 9 112414 /dlpf. Edullisesti käämivuon itseisarvon referenssi tuotetaan vähentämällä d-suuntaisesta virtareferenssistä /dref alipäästösuodatettu d-suuntainen virta-vektorikomponentti id lpf. Vähennyksestä saatu erotus johdetaan edelleen d- suuntaiseen virtasäätäjään, jolloin virtasäätäjän ulostulosta saadaan käytettä-5 vä käämivuon itseisarvon referenssi \ψ\κί· Toisin sanoen d-suuntaisia virta- vektorikomponentteja käytetään käämivuon suuruuden säätämiseen, ja aikaansaatua käämivuon itseisarvon referenssiä käytetään edelleen suureena, jonka perusteella muodostetaan vaihtosuuntaajan kytkinohjeet sinänsä tunnettua DTC-menetelmää ja siihen liittyvää optimikytkentätaulukkoa käyttäen. 10 Edellä esitetyt säätäjät 1, 2, 3 ja 4 ovat tyypillisesti Pl-algoritmillä toimivia säätäjiä, mutta on huomattava, että käytettävä säätäjäalgoritmi voi olla mikä hyvänsä säädön tarkoituksenmukaisella tavalla toteuttava algoritmi.

Kuten jo aikaisemmin on mainittu, ulompien säätösilmukoiden tuottamia käämivuon itseisarvo- ja vääntömomenttisignaaleja käytetään keksinnön 15 mukaisesti tehokytkimien kytkinohjeiden muodostamiseen DTC-periaatteen mukaisesti. DTC-lohko 5 sisältää tunnetulla tavalla mallin moottorista tai muusta vastaavasta kuormasta. Tämän mallin perusteella lasketaan kuormassa vaikuttavat käämivuon ja vääntömomentin arvot.

Kuvion 2 DTC-lohko 5 sisältää myös vaihtosuuntaajassa käytettävät 20 tehokytkimet, jolloin lohkon ulostulona on suoraan tehokytkimien muodostamat jännitteet. Kuten kuviossa 2 on esitetty lohkon 5 ulostulosta mitataan keksin- “ nön menetelmän mukaisesti kahden vaiheen virrat iA, ic.

: DTC-lohko sisältää lisäksi sisimmät säätösilmukat, jotka ovat vuon ’ ja vääntömomentin hystereesisäädöt. Näiden säätöjen suorittamiseen käyte- ϊ 1 ♦ 25 tään moottorimallista saatuja todellisia arvoja, sekä synkronisten virtasäätäjien tuottamia referenssisuureita, joiden mukaisiksi sisimmät säätäjät pyrkivät mal-; ’'; lista saadut suureet säätämään.

Optimikytkentätaulukkoa käytetään tunnetulla tavalla siten, että ; mainituissa hystereesisäädöissä käytettyjen hystereesivertailujen tuloksien pe- " , 30 rusteella valitaan kulloisellakin säädön ajanhetkellä säädön kannalta tarkoituk- senmukaisin kytkinohjekombinaatio eli ulostulon jännitevektoriohje. Tämä ohje '.' ' toteutetaan tämän jälkeen käyttämällä ulostulon tehokytkimiä ohjaavia erillisiä ohjauspiirejä.

; Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti muodostettu ulos- ,' · , 35 tulojännite alipäästösuodatetaan. Tämä alipäästösuodatus on esitetty kuviossa 2 suodattimena 10. Suodatin 10 on tyypillisesti vaihekohtainen ja voi olla tyy- 10 112414 piltään yhdestä induktiivisesta komponentista muodostuva L-suodin, induktiivisesta komponentista ja kapasitiivisesta komponentista muodostettu LC-suodin tai esimerkiksi kahdesta induktiivisesta komponentista ja yhdestä kapasitiivisesta komponentista muodostuva LCL-suodin. Suodattimien käyttö verkko-5 vaihtosuuntaajan yhteydessä on erittäin suositeltavaa, sillä verkkoon syötettävän virran käyrämuodon on oltava muodoltaan varsin tarkasti sinikäyrän muotoa muistuttavaa.

Ohessa menetelmää on selitetty verkkovaihtosuuntaajan yhteydessä, mutta sitä voidaan soveltaa myös muihin vaihtovirtalaitteisiin, kuten esi-10 merkiksi LC-suodattimella varustettuun sähkömoottorikäyttöön.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

I i

Claims (11)

1. Menetelmä vaihtosuuntaajan yhteydessä vaihtosuuntaajan käsittäessä tasajännitevälipiirin, optimikytkentätaulukon ja ulostulon tehokytki-met, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa 5 määritetään synkroninen suorakulmainen dq-koordinaatisto, mitataan vaihtosuuntaajan ulostulon vaihevirrat (zA, ic), muunnetaan vaihtosuuntaajan vaihevirrat (zA, ic) synkroniseen dq-koordinaatistoon synkronisten suorakulmaisten virtavektorikomponenttien (z'd, iq) aikaansaamiseksi, 10 alipäästösuodatetaan synkroniset virtavektorikomponentit (zd, zq) alipäästösuodatettujen virtavektorikomponenttien (zdlpf, zqlpf) aikaansaamiseksi, muodostetaan dq-koordinaatiston q-akselin suuntainen virtarefe-renssi (zq ref), 15 muodostetaan dq-koordinaatiston d-akselin suuntainen virtarefe- renssi(zdref), tuotetaan vääntömomenttireferenssi (re ref) vertaamalla q-suuntaista virtareferenssiä (/ f) alipäästösuodatettuun q-suuntaiseen virtavektorikom-ponenttiin (zqlpf), 20 tuotetaan käämivuon itseisarvon referenssi (|j^| ) vertaamalla d- suuntaista virtareferenssiä (zdref) alipäästösuodatettuun d-suuntaiseen virta-vektorikomponenttiin (zd)pf )ja : muodostetaan tehokytkimien kytkinohjeet vääntömomenttiohjeen :(?e,ref) Ja vuo-ohjeen (|^| ) perusteella käyttäen optimikytkentätaulukkoa (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, .··*, että dq-koordinaatiston q-akselin suuntaisen virtareferenssin (z f) muodos- »· t taminen käsittää vaiheet, joissa ... muodostetaan välipiirin tasajänniteohjearvo (Udc ref), ‘,.; määritetään vaihtosuuntaajan välipiirin jännite (Udc) ja ‘' 30 verrataan tasajänniteohjearvoa (i7dc ref) välipiirin jännitteeseen (Udc) : synkronisen koordinaatiston q-suuntaisen virtareferenssin (zqref) aikaansaami- seksi.

: : : 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • ‘ että q-akselin suuntaisen virtareferenssin (zqref) muodostaminen käsittää vai- 112414 heet, joissa vähennetään tasajänniteohjearvosta (i/de ref) välipiirin jännite (t/dc) erosuureen aikaansaamiseksi, ja johdetaan aikaansaatu erosuure välipiirijännitesäätäjään (1), jolloin välipiirijännitesäätäjän ulostulosta saadaan käytettävä q-suuntainen virtarefe-5 renssi (/q ref).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että dq-koordinaatiston d-akselin suuntaisen virtareferenssin (idref) muodostaminen käsittää vaiheet, joissa muodostetaan loisteho-ohjearvo (qK{), 10 estimoidaan vaihtosuuntaajan loisteho (qest) ja verrataan loisteho-ohjearvoa estimoituun loistehoon synkronisen virtakoordinaatiston d-suuntaisen virtareferenssin (z'dref) aikaansaamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että d-akselin suuntaisen virtareferenssin (/dref) muodostaminen käsittää vai- 15 heet, joissa vähennetään loisteho-ohjearvosta (^ref) estimoitu vaihtosuuntaajan loisteho (qest) erosuureen aikaansaamiseksi, ja johdetaan aikaansaatu erosuure loistehosäätäjään (2) d-suuntaisen virtareferenssin (idref) aikaansaamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että vääntömomenttireferenssin (/eref) tuottaminen käsittää vaiheen, jossa .. vääntömomenttireferenssi (reref) tuotetaan vähentämällä q-suuntaisesta virta- ! , referenssistä (/qref) alipäästösuodatettu q-suuntainen virtavektorikomponentti ( Zq.Ipf )·

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että vääntömomenttireferenssin (reref) tuottaminen käsittää vaiheen, jossa johdetaan q-suuntaisen virtareferenssin (/q ref) ja alipäästösuodatetun q-suun-täisen virtavektorikomponentin (/qlpf) erotus q-suuntaiseen virtasäätäjään (3), jolloin virtasäätäjän ulostulosta saadaan käytettävä vääntömomenttireferenssi • ·’ (^e,ref)· : 30

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käämivuon itseisarvon referenssin (|^|ref) tuottaminen käsittää vaiheen, . · · . jossa käämivuon itseisarvon referenssi (|y7|ref) tuotetaan vähentämällä d-suun- taisesta virtareferenssistä (/d ref) alipäästösuodatettu d-suuntainen virtavektori-:;; : komponentti (id lp{). 112414

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käämivuon itseisarvon referenssin (|^|ref) tuottaminen käsittää vaiheen, jossa johdetaan d-suuntaisen virtareferenssin (/d ref) ja alipäästösuodatetun d-suuntaisen virtavektorikomponentin (zdlpf) erotus d-suuntaiseen virtasäätäjään 5 (4), jolloin virtasäätäjän (4) ulostulosta saadaan käytettävä käämivuon itseisar von referenssi (|^|ref)·

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toteutetaan tehokytkimien kytkinohjeet ulostulo-jännitteen muodostamiseksi ja alipäästösuodatetaan muodostettu ulostulojän- 10 nite.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihtosuuntaajan vaihevirtojen muuntaminen synkroniseen dq-koordinaa-tistoon käsittää vaiheet, joissa määritetään mitatuista vaihevirroista vaihtosuuntaajan virtavektorin 15 suorakulmaiset komponentit (z'x, iy) stationaarisessa xy-koordinaatistossa, ja muunnetaan stationaarisen koordinaatiston suorakulmaiset virta-vektorin komponentit (z'x, iy) synkroniseen dq-koordinaatistoon suorakulmaisten virtavektorikomponenttien (id, iq) aikaansaamiseksi. ) . 1 I I k * 1 · * 1 t « 112414