FI115575B - Menetelmä puoliohjatun tasasuuntaajan ohjaamiseksi ja tasasuuntaajarakenne - Google Patents

Description

115575

Menetelmä puoliohjatun tasasuuntaajan ohjaamiseksi ja ta-sasuuntaajarakenne

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on itsenäisten patenttivaatimusten 1 ja 5 5 johdanto-osien mukaiset menetelmä ja laite.

Jännitevälipiirillä varustetuissa suuritehoisissa taajuusmuuttajissa on tavallisesti invertteri- eli vaihtosuuntausosasta erillinen tasasuuntaaja, joka on toteutettu n-vaiheisena puoliohjattuna diodisiltana. Tasasuuntaajalla syötetään tasajännitevälipiirin kondensaattoriparistoa tasajännitteen muodostami-10 seksi välipiiriin. Tällaisen tasasuuntaajasillan alahaarat ovat diodeja ja ylähaa-rat ohjattavia komponentteja, tyypillisimmin tyristoreita.

Kytkettäessä tasasuuntaaja toimintaan, on ennen tyristoreiden ohjausta diodimoodiin varmistuttava siitä, että välipiirin kondensaattoriparisto on latautunut lähes täyteen loppujännitteeseen, sillä muutoin verkosta otettava 15 suuri virtapulssi saattaa polttaa suojasulakkeet. Lataus voidaan toteuttaa joko vastuksen tai tyristorien vaihekulmasäädön avulla. Tarkoituksena on siis toteuttaa kondensaattoripariston lataaminen täyteen jännitteeseen rajoittamalla välipiirin kondensaattoriin kulkevan virran suuruutta. Vasta kun välipiirin jännite on maksimijännitteessä tai tämän läheisyydessä, voidaan ylähaaran kom-20 ponentteja ohjata täydellä ohjauksella, jolloin ne vastaavat toiminnallisesti dio-deja, eli johtavat silloin kun se on mahdollista komponentin yli vaikuttavan jän-j*·*; niiteen puolesta. Mikäli ylähaaran komponentit toteutetaan diodeina, tulee vir- , , . taa rajoittaa resistiivisesti.

: . Julkaisussa US 6,038,155 esitetään integroitua piiriä, joka on tarkoi- .!'! 25 tettu ohjaamaan tasasuuntaajasillan ylähaaran tyristorien vaihekulmia konden- ; saattoripariston lataamista varten.

'··* Tunnetun tekniikan ongelmana on se, että tasasuuntaajan ohjaus on sidottu tiettyyn jännitetasoon, joka pyritään saavuttamaan tasajännitevälipii-riin. Tällöin tasasuuntaajasilta on mukautettava jokaiselle verkkojännitteelle ja 30 tasasuuntaajasillan ohjaimelle on tuotava tieto tavoitellusta jännitteestä. Lisäksi useissa ratkaisuissa tasasuuntaajasillan ohjauksessa on huomioitava välipiirin • i _ kondensaattoripatterin koko, syöttävän verkon taajuus, vaihejärjestys ja vai-

I I

. heiden lukumäärä. Tämä rajoittaa ohjaimen monikäyttöisyyttä ja sopeutumista v : muuttuviin olosuhteisiin, sillä muutokset on otettava aina huomioon käyttöönot- : : 35 tovaiheessa.

I t I

115575 2

Lisäksi tunnetun tekniikan laitteet kärsivät usein ongelmista, jotka aiheutuvat maasuluista sekä invertterin lähdössä kuin välipiirissä, sekä yleisistä häiriöistä syöttävässä verkossa. Taajuusmuuttajan tasasuuntausosan tulisi pystyä syöttämään tasajännitettä kondensaattoriparistolle ja edelleen vaih-5 tosuuntausosalle luotettavan toiminnan jatkamiseksi riippumatta syöttävän verkon taajuuden muutoksista tai jännitteen häiriöistä. Pahimmassa tapauksessa hetkellinen syöttävän jännitteen häiriötilanne, kuten taajuuden ja jännitetason pudotus aiheuttaa sen, että taajuusmuuttajan välipiirin jännite pääsee laskemaan. Häiriön poistuttua virtaa syötetään kondensaattoriparistolle edelleen 10 täydellä ohjauksella huolimatta siitä, että kondensaattoripariston jännite on laskenut. Tämä johtaa merkittävään ylivirtaan ja ylivirtasuojien palamiseen, joka johtaa käytön keskeytykseen.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laite, 15 jotka välttävät edellä esitetyt epäkohdat, ja mahdollistavat tasajännitteen tuottamisen aikaisempaa joustavammalla tavalla käyttäen yksinkertaisia piiriratkaisulta. Tämä tavoite saavutetaan menetelmällä ja laitteella, joille on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosis-sa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimus-20 ten kohteena.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että normaaliin n-vaiheisen ; puoliohjatun tasasuuntaussillan syöttämään tasajännitevälipiiriin yhdistetään ; erotusdiodeilla apuvälipiiri, jota syötetään normaalilla ohjaamattomalla n- vaiheisella diodisillalla. Apuvälipiiriä käytetään ohjauksessa tuottamaan refe-25 renssijännitetaso, johon tasajännitevälipiiri ladataan.

.···. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella saavutetaan täydel linen riippumattomuus syöttävän jännitteen taajuudesta ja amplitudista. Ohja-. > usten toteuttaminen perustetaan apuvälipiirin jännitetasoon, jolloin mitään ab- *;;; soluuttista jännitettä ei tarvitse määrittää tai tietää.

*·;·' 30 Apujännitevälipiiriä ja tämän suuntaajasiltaa voidaan lisäksi käyttää ·:·: syöttämään teholähdettä, joka tuottaa apujännitettä sitä tarvitseville piireille.

·:*· Apujännitevälipiiriin voidaan lisäksi sijoittaa transienttijännitesuoja, jolloin yhtä .:. suojaa voidaan käyttää leikkaamaan kaikista syöttävistä vaiheista jännitepiikit.

» · 115575 3

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmä toteuttavaa lohko-5 kaavioesitystä;

Kuvio 2 esittää lataustilan piiriratkaisua;

Kuvio 3 esittää lataustilan käyrämuotoja;

Kuvio 4 esittää kytkentää, jolla voidaan toteuttaa siirtyminen latausti-lasta dioditilaan; 10 Kuvio 5 esittää dioditilan piiriratkaisua; ja

Kuvio 6 esittää piiriratkaisua hilavirran ohjaamiseksi.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan jakaa toimintansa perusteella kahteen toimintatilaan, eli latauskaan, jossa tasasuuntaussiltaa ohjataan 15 lataamaan jännitevälipiirin kondensaattoripatteria, ja dioditilaan, jossa tasasuuntaussiltaa ohjataan syöttämää täyttä jännitettä tasajännitevälipiirin kon-densaattoripatterille.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisena lohkokaaviona keksinnön mukaisen ratkaisun toimintaa ja rakennetta yhden vaiheen osalta. Kuten tun-20 nettua, tasasuuntaajapiirin pääosan muodostavat siltakytketyt tasasuuntaus-komponentit V21 ja V22. Näistä komponenteista V21 on hilalta sytytettävä komponentti, erityisesti tyristori, ja V22 diodi. Vaiheen sisääntulo Uin syötetään kuviossa 1 esitetyllä tavalla näiden komponenttien välille. Siltakytkennällä ta-sasuunnataan syötettävä jännite tasajännitevälipiiriin, ja jännite varastoituu vä-25 lipiirin positiivisen kiskon DC+ ja negatiivisen kiskon DC- välille kytkettyyn kon-densaattoriin tai kondensaattoripatteriin CB. Kuten mainittua, kuviossa 1 on esitetty rakennetta ainoastaan yhden vaiheen osalta. On kuitenkin selvää, että vaiheiden lukumäärän kasvaessa kytketään kaikkien vaiheiden siltakytkennät samaan välipiiriin.

30 Tasajännitevälipiirin positiivinen kisko DC+ on edelleen kytketty keksinnön mukaisesti ensimmäisen erotusdiodin V23 välityksellä apuvälipiirin ·:**: positiiviseen kiskoon Aux+. Vastaavasti tasajännitevälipiirin negatiivinen kisko DC- on kytketty toisen erotusdiodin V24 välityksellä apuvälipiirin negatiiviseen • » · kiskoon Aux-. Apuvälipiiriin muodostetaan tasasuunnattu jännite diodeilla V25, 35 V26, jotka muodostavat ohjaamattoman siltakytkennän vaihejännitteen Uin ta- 115575 4 sasuuntaamiseksi. Vastaavalla tavalla kuin tasajännitevälipiiriin kytkettyjen siltojen yhteydessä, kaikki tasasuunnattavan jännitteen vaiheet syöttävät samaa apuvälipiiriä. Näin ollen apuvälipiiriin saadaan normaaliin tapaan tasasuunnat-tu jännite, joka esimerkiksi kolmivaiheisen jännitteen yhteydessä on kuusipuls-5 sinen jännite.

Erotusdiodien V23 ja V24 yhtenä tarkoituksena on erottaa tasajänni-tevälipiiri apuvälipiiristä siten, että virta ei pääse kulkemaan apuvälipiiristä tasajännitevälipiiriin. Mikäli välipiirejä ei olisi erotettu toisistaan, virta kulkisi apuvälipiiristä tasajännitevälipiiriin ja tämän mahdollisesti suureen kondensaatto-10 riin. Virta olisi tällöin huomattavan suuri, ja vahingoittaisi virtapiirin komponentteja.

Lataustilassa tasajännitevälipiirin jännitettä nostetaan hallitusti tavoitetasolle. Tyypillisesti lataustilanteen alkaessa välipiirin kondensaattoriparisto tai kondensaattori on kokonaan tai lähes varaukseton. Kondensaattorin latauk-15 sen nopeutta säädetään ohjaamalla tasajännitevälipiiriin kytkettyjen hilalta sytytettävien komponenttien eli tyristorien sytytyshetkeä verkkojaksoon verrattuna. Tunnetulla tavalla tyristori voidaan sytyttää anodijännitteen ollessa suurempi kuin katodijännitteen. Tyristoria ei kuitenkaan voida aktiivisesti sammuttaa, vaan se sammuu silloin, kun tyristorin läpi kulkeva virta lakkaa. Tätä sam-20 mumistilannetta kutsutaan luonnolliseksi kommutoinniksi.

Lataustilan piirit käynnistetään kuvion 1 esimerkkitapauksessa akti-' : voimalla signaali "System Enable", joka välitetään latauspiiristölle 10. Tämä pii- : ri syöttää optoerottimen 11 ja ajopiirin 12 kautta lyhyitä pulsseja tyristorin hilalle sellaisina ajankohtina, että tyristori syttyy juuri hieman ennen kuin se sammuu » · · _ 25 luonnollisen verkkokommutoinnin vaikutuksesta. Tästä on seurauksena, että tasajännitevälipiirin kondensaattoripatteriin kulkee verkkojaksosta leikattu vir- *; tapulssi, joka kohottaa patterin napajännitettä.

Virtapulssin amplitudi riippuu virtaa rajoittavasta induktanssista sekä siitä, kuinka paljon ennen kommutointiajankohtaa hilapulssi annetaan. Keksin- 30 nön mukaisesti vaihevirtaa mitataan virtamuuntajalla T1 ja mikäli virtapulssi on « liian suuri, myöhennetään hilapulssin ajankohtaa, jolloin seuraavan virtapulssin amplitudi ei enää suurene. Tällä menettelyllä mahdollistetaan ennalta tunte-·": mattoman ja erittäin suurenkin kondensaattoripatterin lataaminen samalla vir- ··. taa rajoittaen ja toisaalta estetään syöttösulakkeiden palo siinä tapauksessa, 35 että tasajännitevälipiiri olisi oikosulussa.

115575 5

Hilapulssien ajankohtaa aikaistetaan keksinnön mukaisesti koko ajan, jolloin kondensaattoripatterin jännite lähestyy apuvälipiirin tasasuunnat-tua jännitettä. Kun jännite-ero näiden jännitteiden välillä on keksinnön mukaisesti havaittu tarpeeksi pieneksi, siirrytään dioditilaan, ja aktivoidaan tästä in-5 formoiva signaali "System Ready". Tällöin tyristorit ohjataan johtamaan mak-simiajan, eli toimimaan kuten tyristorien paikalla olevat diodit toimisivat.

Dioditilassa dioditilan piiristössä 14 keksinnön mukaisesti verrataan hetkellistä vaihejännitettä eli tyristorin V21 anodijännitettä apuvälipiirin positiivisen kiskon Aux+ jännitteeseen. Kun tämä ero on alle ennalta määrätyn rajan, 10 annetaan kuvion 1 mukaisesti optoerottimen 13 ja ajopiirin 12 kautta tyristorille hilavirtaa. Virta jatkuu niin kauan, kunnes mainittu jännitteiden ero kasvaa suuremmaksi kuin mainittu ennalta määrätty raja. Jatkuvan hilavirran vaikutuksesta tyristori syttyy välittömästi, kun sen anodijännite ylittää katodijännitteen. Hilavirtaa tuotetaan siis keksinnön mukaisesti siitä hetkestä alkaen, kun anodi-15 jännite on kasvanut tietyn rajajännitteen päähän apuvälipiirin positiivisen kiskon jännitteestä, siihen hetkeen asti, kun anodijännite tippuu tämän saman rajan alapuolelle. Rajajännitteeksi voidaan valita esimerkiksi 12 V.

Tyristori sammuu luonnollisen verkkokommutoinnin seurauksena ja hilavirta lakkaa kulkemasta, kun tyristorin anodijännite on mainitun 12 V pie-20 nempi kuin apuvälipiirin positiivisen kiskon jännite. Tämä apuvälipiirin positiivisen kiskon jännite seuraa erotusdiodien ansiosta tasajännitevälipiirin jännitettä : apuvälipiirin omasta kuormituksesta riippumatta. Tämän keksinnön mukaisen : V piirteen mukaisesti tyristoreille ei syötetä hilavirtaa silloin, kun ne ovat es- tosuuntaan biasoituja, joten vuotovirtahäviöiden kasvu estyy.

25 Tyristori voi myös sammua verkkojännitteessä olevien lyhyiden lovi- en vaikutuksesta, jos ne ovat niin syviä, että tyristori biasoituu estosuuntaisesti. Kun tämä estosuuntainen jännite on suurempi kuin esimerkkinä mainittu 12 volttia, lakkaa hilavirta keksinnön mukaisesti kulkemasta. Hilavirta alkaa kui-tenkin kulkea välittömästi uudelleen, kun estosuuntainen jännite pienenee alle 30 mainitun 12 voltin. Tyristori on siis heti valmis syttymään, kun anodijännite ylittää katodijännitteen, ja se käyttäytyy niin muodoin näissäkin tilanteissa diodin tavoin.

Edellä kuvattu ilmiö esiintyy myös silloin, kun tasajännitevälipiirin, ja •j*. erotusdiodien vaikutuksesta myös apuvälipiirin, jännite esimerkiksi vaihtosuun- !..t 35 tausosan moottorijarrutuksen seurauksena nousee vähintään mainitun 12 vol tin verran yli verkosta tasasuunnatun arvon. Hilavirta lakkaa esitetyn mukaises- 6 11£575 ti kulkemasta, mutta tyristoritkaan eivät voisi syttyä, koska ne ovat estosuun-taan biasoituja.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti apujännitevälipiiriin on kytketty transienttisuoja, joka on sovitettu siten leikkaamaan kaikissa syöttävis-5 sä vaiheissa esiintyvät ylijännitteet. Suoritusmuodon mukaisella ratkaisulla tarvitaan siten ainoastaan yksi transienttisuoja kaikkien vaiheiden suojaamiseen.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti apuvälipiiri on sovitettu syöttämään jännitettä teholähteelle 15. Tällaista teholähdettä voidaan käyttää kaikkien apujännitettä tarvitsevien piirien syöttämiseen. Teholähde saa si-10 ten apuvälipiiristä valmiiksi tasasuunnattua jännitettä, jota teholähteessä voidaan edelleen prosessoida halutulla tavalla.

Seuraavassa keksinnön toimintaa on selitetty viitaten kuvioissa esitettyihin suoritusmuotoihin.

Lataustila 15 Kuviossa 2 on esitetty keksinnön suoritusmuoto, jossa kuvataan eri tyisesti toimintaa lataustilan yhteydessä. Latauksen synkronointipiiri muodostuu kuvion 2 suoritusmuodossa kahdesta integraattorista, joiden tehtävänä on suodattaa verkkojännitteestä kaikki mahdolliset häiriötekijät. Tyristorin hila-pulssin antohetken suhteessa vaihejännitteeseen määrää suoritusmuodossa 20 ramppikomparaattori, joka ohjaa optoerottimen ledin ja ajopiirin kautta hilavir-i taa.

j Vaihejännite pisteessä A johdetaan ensimmäiseen integraattoriin : ; : R1-C1, jonka lähdössä, pisteessä B, vaikuttaa vaimentunut kosiniaaltomuoto, eli aaltomuoto, joka on lähes 90 astetta vaihejännitettä jäljessä. Komparaatto- :v. 25 rilla A1 ilmaistaan aaltomuodon B nollanylityskohdat, joista invertoiden saa- .···. daan pisteessä C vaikuttava suorakulma-aalto. Integraattori R1-C1 on kytketty suojavastuksen R6 välityksellä komparaattorille A1. Pisteen C suorakulma on lähes 270 astetta jäljessä pisteen A vaihejännitettä. Suorakulma-aalto johde- ;;; taan toiseen integraattoriin R2-C2, jonka lähdössä, pisteessä D, vaikuttaa koi- » * 30 mioaaltoa muistuttava aaltomuoto. Pisteen D aaltomuoto on erittäin puhdasta, :··: eikä siinä näy jälkeäkään mahdollisista verkkojännitteen häiriöpiikeistä tai ko- ····· loista.

Pisteeseen E kuviossa 2 muodostetaan suoritusmuodon mukaisesti » · » hitaasti positiiviseen suuntaan kasvava ramppiaalto integraattorin R3-C3 avul-·"* 35 la. Integraationa ohjaa kytkin S1 referenssipotentiaaleista Lref ja Href. Lref on tasoltaan negatiivinen ja Href positiivinen. Integraattorin R2-C2 komponenttiar- 115575 7 vot on valittu siten, että pisteen D aaltomuoto pysyy koko määritellyllä sisään-tulojännitteiden taajuusalueella edellä mainittujen referenssipotentiaalien välillä.

Kytkintä S1 ohjaavat AND-elimen D1 välityksellä suoritusmuodossa 5 signaalit ’’System Enable”, ’’Diode Mode” ja komparaattorin A3 kautta signaali “Current Sense”. Kun ensin mainittu on aktiivinen ja toinen ei-aktiivinen, kääntyy kytkin asentoon Href, jolloin pisteen E ramppiaalto lähtee kasvamaan potentiaalista Lref. Jos jälkimmäinen signaali muuttuu aktiiviseksi, kääntyy kytkin S1 takaisin asentoon Lref. Tällöin ramppiaalto lähtee laskuun.

10 Pisteen E ramppiaaltoa ja pisteen D kolmiomaista aaltomuotoa ver rataan komparaattorilla A2. Nouseva ramppiaalto leikkaa viimein kolmiomaisen aaltomuodon, jolloin tilaansa vaihtava komparaattori A2 ohjaa derivaattorin C4-R4 kautta lyhyen virtapulssin optoerottimen V1 ledin kautta. Syntyvä valo generoi vastaavasti hilavirtapulssin tyristorille.

15 Ensimmäinen leikkaus tapahtuu siis kolmioaallon laskevalla osuu della, lähellä sen minimikohtaa, joka on likimain samalla kohdalla kuin verkko-jännitteen minimikin. Se on kuitenkin jäljessä luonnollista verkkokommutointi-pistettä. Ensimmäinen hilapulssi sattuu siten ajankohtana, jolloin tyristori on jo jonkin aikaa ollut estosuuntaan biasoitu. Tämä tarkoittaa negatiivista syty-20 tysennakkoa, eikä tyristori voi syttyä.

Seuraavat leikkaukset tapahtuvat ramppiaallon kasvaessa kerta toi-' : sensa j älkeen a ikaisemmin, k unnes s aavutetaan k ommutointiajankohta. Tätä : seuraavan hilapulssin sytytysennakko muuttuu positiiviseksi ja se sytyttää tyvi,; ristorin, sillä se on nyt ensimmäistä kertaa päästösuuntaan biasoitu. Verkko- 25 jännitteen muutosnopeus on tällä ajanhetkellä melko suuri, joten tyristorin joh-: * * ‘: tamisaika, j a s iten myös e nergiasisältö, j ää lyhyeksi e nnen k ommutoitumista sammuksiin. Lyhyt johtoaika merkitsee myös pientä vaihevirtapulssia, joka jää normaaleissa olosuhteissa murto-osaan nimellisvaihevirrasta.

Mikäli tasajännitevälipiirin kondensaattorin kapasitanssi on kuitenkin 30 erittäin suuri tai välipiiri on täysin oikosulussa, saavutetaan nopeasti piste, jos- * * L' sa vaihevirta ylittää komparaattorin A3 referenssitason Ref. Tällöin kytkin S1 kääntyy hetkeksi asentoon Lref ja ramppiaalto laskee nopeasti diodin V2 ja *"·: vastuksen R5 ansiosta. Mitä suurempi on vaihevirran ylitys, sitä kauemmin ,··*. ramppiaallon laskeva osuus kestää. Virta pysyy tämän keksinnön mukaisen L. 35 toiminnon ansiosta sallituissa rajoissa, eikä sulakepaloa pääse tapahtumaan.

» » 115575 8

Kuviossa 3 on esitetty edellä selitetyt käyrämuodot graafisesti. Kuviosta 3 havaitaan, kuinka hilapulssin alkamisajankohta aikaistuu aaltomuotojen D ja E leikkauskohdan siirtyessä kolmiomaisen aaltomuodon positiivisempaan suuntaan. Kuviossa 3 on lisäksi esitetty kommutointihetki CP ja ensim-5 mainen pulssi FP.

Dioditilaan siirtymisen tunnistus

Kun tasajännitevälipiirin jännite nousee lataustilassa, on tarkoitus lopulta saavuttaa se jännitetaso, joka jo vallitsee apuvälipiirissä. Tämän vuoksi keksinnön mukaisesti toimittaessa ei tarvitse tietää verkkojännitteen suuruutta 10 vaan verrata näiden kahden välipiirin positiivisten kiskojen jännitteitä keskenään. Molempien välipiirien negatiiviset kiskot ovat samassa potentiaalissa johtuen alahaaran diodeista, eli diodeista, jotka on kytketty molempien välipiirien negatiiviseen kiskoon. Välipiirien positiivisten kiskojen jännitteiden vertailu toteutetaan esimerkiksi kuviossa 4 esitetyllä piiriratkaisulla.

15 Kuviossa 4 FET-kytkimen V9 drain-elektrodi on kytketty potentiaaliin J, eli apuvälipiirin positiiviseen kiskoon nähden 12 volttia negatiivisempaan potentiaaliin K. Kun tasajännitevälipiirin tyhjää kondensaattoripatteria aletaan ladata, vaikuttaa erotusdiodin V23 yli täysi apuvälipiirijännite ja FET-kytkin V9 on johtavassa tilassa vastuksien R9 ja R10 generoidessa FET-kytkimelle sen 20 source-elektrodiin nähden negatiivisen jännitteen. FET-kytkin V9 oikosulkee *Y · optoerottimen V10 ledin, jolloin valoa ei synny.

• Kun tasajännitevälipiirin jännite lähestyy apuvälipiirin jännitettä pois- : tuu FET-kytkimen hilaohjaus sekä edellä mainitun jännitteenjaon että zener- diodin V11 vaikutuksesta. Toimintapiste asetellaan tyypillisesti esimerkiksi noin v. 25 50 volttiin. Virta pääsee kulkemaan vastuksen R8 ja ledin V10 kautta ja Lediin V10 syttyy valo nyt sen merkiksi, että tarvittava lataustila on saavutettu. Samalla optoerotin generoi kuviossa 5 esitettävän "Enable"-signaalin sekä ulkoisen ”Ready”-signaalin ilmoittamaan, että tasasuunnin on valmis kuormitettavaksi.

;;; Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti tallennetaan muis- ';·* 30 tiin apuvälipiirin positiivisen kiskon jännite ja käytetään tätä jännitettä vertailu- jännitteenä positiivisen kiskon jännitteen tilalla. Jännitetason tallentamisesta on ·:·*: etua etenkin silloin, kun dioditilassa olevan tasasuuntaajan verkkosyöttö kat- keaa lyhyeksi aikaa esimerkiksi pikajälleenkytkennän seurauksena. Välipiiri-jännite saattaa invertterikuorman takia romahtaa hyvin nopeasti alle sen tason, *···’ 35 jossa on sulakkeiden kannalta turvallista jatkaa suoraan dioditilassa verk- kosyötön taas palatessa.

115575 9

Koska apuvälipiiri saa jännitesyötön erotusdiodien kautta tasajänni-tevälipiiristä, ei jännite-eron mittaaminen ole enää käyttökelpoinen varauduttaessa palaavaan syöttöjännitteeseen.

Tämän vuoksi jätetään suoritusmuodon mukaisesti muistiin se jän-5 niiteen a rvo, joka a puvälipiirissä vallitsee juuri ennen lataustilaan siirtymistä. Tähän muistitietoon on helppo verrata tasajännitevälipiirin jännitettä ja tehdä tarvittavat johtopäätökset. Muistielementtinä voi toimia esimerkiksi digitaalisesti aseteltava potentiometri.

Dioditilan piiriratkaisu 10 Dioditilan periaatteellinen piiriratkaisu on esitetty kuviossa 5. Kyt kennän merkittävänä osana on transistori V6, jonka emitted on 12 volttia negatiivisemmassa potentiaalissa K kuin apuvälipiirin positiivinen kisko J. Tähän edellytyksenä on kuitenkin se, että "Enable"-signaali on aktiivinen ja ohjaa siten kytkintä V50. Transistorin kollektorilla on optoerotin V7, jonka lähtö ohjaa 15 tyristorin hilavirtaa. Transistorin kanta on kytketty apuvälipiirisillan ylähaaran muodostavien diodien V25 ja V5 väliseen pisteeseen. Diodi V26 on tämän sillan alahaara. Kuviossa 5 on lisäksi esitetty vastukset R6 ja R7.

Transistorin V6 kantavilla on mahdollinen ainoastaan silloin, kun potentiaali pisteessä H ylittää riittävästi pisteen K potentiaalin. Näin tapahtuu sil-20 loin, kun vaihetulon jännitetaso ylittää parilla voltilla tason K. Kantavirran seu- :, · Tauksena optoerottimen V7 ledi syttyy ja se generoi hilavirran tyristorille.

♦ * · • » .* ,·, Hilavirran ohjaus • * · .···. Tyristorin hilavirtaa ohjataan esimerkiksi kuvion 6 mukaisella periaa- * · : V. tekytkennällä. Hilavirtakytkimenä toimii transistori V8, jonka emitteri on kytketty t · 25 transistorin apukatodipotentiaaliin nähden +16 voltin jännitteeseen M. Hilavirtaa rajoittaa hilavastus R8. Kytkentään kuuluu myös tunnetulla tavalla vastus R9.

Transistorin V8 kantavirtaa ohjaavat optoerottimen V1 (kuvio 2) ja

• * I

V7 (kuvio 5). Koska optoerottimet ovat kytketty rinnan, voi kumpi tahansa ge-30 neroida aktivoituessaan hilapulssin.

Optoerottimen V7 toiminta on kuitenkin estetty lataustilassa (kuvio 5, signaali ’’Enable”), joten tällöin ainoastaan optoerotin V1 voi generoida hila-' pulsseja. Dioditilassa taas optoerottimen V1 toiminta on estetty (kuvio 2, sig- naali ’’Diode mode”).

115575 10

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.

5

Claims (7)

115575

1. Menetelmä puoliohjatun tasasuuntaajan ohjaamiseksi, tasasuuntaajan käsittäessä tasajännitevälipiirin positiivisen ja negatiivisen kiskon (Udc+, Udc-), 5 tasajännitevälipiirin kondensaattorin (CB), joka on kytketty tasajänni tevälipiirin positiivisen ja negatiivisen kiskon välille sekä vaihekohtaiset diodin (V22) ja hilalta sytytettävän puolijohdekomponentin (V21) sarjaankytkennät, jotka on kytketty tasajännitevälipiirin positiivisen ja negatiivisen kiskon välille siten, että diodin anodi on kytketty negatiivi-10 seen kiskoon, diodin katodi on kytketty hilalta sytytettävän puolijohdekomponentin anodille, ja hilalta sytytettävän puolijohdekomponentin katodi on kytketty positiiviseen kiskoon, jolloin diodien ja hilalta sytytettävien puolijohdekomponenttien väliset pisteet muodostavat kukin yhden vaiheen sisääntulon (U1) tasasuunnattavalle jännitteelle, tunnettu siitä, että tasasuuntaaja kä-15 sittää lisäksi apuvälipiirin, joka käsittää positiivisen ja negatiivisen kiskon (Aux+, Aux-), sekä vaihekohtaiset apuvälipiiriin kytketyt kahden diodin (V25, V26) sarjaankytkennät, joissa sarjaankytkennöissä ensimmäisen diodin (V26) anodi on kytketty apuvälipiirin negatiiviseen kiskoon, ensimmäisen diodin katodi on kyt-20 ketty toisen diodin (V25) anodille ja toisen diodin katodi on kytketty apuvälipiirin positiiviseen kiskoon (Aux+), jolloin kukin sarjaankytkettyjen diodien välinen ’; ; piste on kytketty yhteen tasasuunnattavan jännitteen sisääntuloon (U1), : ' ensimmäisen erotusdiodin (V23), joka on kytketty tasajännitevälipii- rin positiivisen kiskon (Udc+) ja apuvälipiirin positiivisen kiskon (Aux+) välille : 25 siten, että ensimmäisen e rotusdiodin k atodi o n k ytketty a puvälipiirin p ositiivi- seen kiskoon ja anodi tasajännitevälipiirin positiiviseen kiskoon, ja toisen erotusdiodin (V24), joka on kytketty tasajännitevälipiirin negatiivisen kiskon (Udc-) ja apuvälipiirin negatiivisen kiskon välille siten, että toisen erotusdiodin anodi on kytketty apuvälipiirin negatiiviseen kiskoon ja katodi ta-30 sajännitevälipiirin negatiiviseen kiskoon, jolloin menetelmä käsittää tasajännitevälipiirin latauksen aikana vaiheet, joissa : ‘ : muodostetaan sisääntuloista (U1) apuvälipiiriin tasasuunnattu jänni- » ':' ‘: te, joka toimii tavoitejännitteenä tasajännitevälipiirin jännitteelle, /:·. muodostetaan sytytyspulsseja vaihekohtaisesti hilalta sytytettäville ,···, 35 puolijohdekomponenteilleni), i » ) 115575 aikaistetaan sytytyspulsseja suhteessa syöttävän jännitteen verkko-jaksoon, jolloin hilalta sytytettävien puolijohdekomponenttien johtoaika ja tasa-jännitevälipiirin jännite kasvavat, määritetään vaihekohtaisesti sisääntulojen vaihevirtoja, 5 verrataan vaihevirtoja vaihevirtarajaan, myöhennetään sytytyspulsseja vaihevirran ollessa vaihevirtarajaa suurempi, verrataan tasajännitevälipiirin jännitettä tavoitejännitteeseen, ohjataan hilalta sytytettävät komponentit johtamaan täyden ajan talo voitejännitteen ja tasajännitevälipiirin jännitteen erotuksen ollessa ennalta määrättyä rajaa pienempi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa tallennetaan apuvälipiirin positiivisen kiskon jännite, 15 käytetään tallennettua jännitettä tavoitejännitteenä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa verrataan vaihekohtaisesti vaihejännitteitä apuvälipiirin positiiviseen kiskon jännitteeseen, 20 tuotetaan hilavirtaa vaihekohtaisesti hilalta sytytettävälle komponen tille vaihejännitteen ollessa apuvälipiirin positiivisen kiskon jännitettä ennalta Ύ : määrätyn arvon verran pienempää jännitettä suurempi. * ‘,· 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, :f| : että sytytyspulssien muodostaminen ja aikaistaminen käsittää vaiheet, joissa 25 muodostetaan kuhunkin tasasuunnattavan jännitteen vaihejännit- * I I teeseen verrannollinen oleellisesti kolmioaaltomainen jänniteaaltomuoto, .·· . muodostetaan vaihekohtaiset nousevat ramppijännitteet, joilla on * · * oleellisesti vakionousunopeus, verrataan vaihekohtaisesti kolmioaaltomaista jännitettä ramppijän- 30 nitteeseen, • » sytytetään johtavaksi hilalta sytytettävä puolijohdekomponentti ver- * i"' i tailun perusteella silloin, kun kolmioaaltomainen jännite on pienempi kuin mai- nittu ramppijännite, t. j. > määritetään vaihekohtaisesti sisääntulojen vaihevirtoja, * 4 * 35 verrataan vaihevirtoja vaihevirtarajaan, ja * * > t » 115575 \ pienennetään ramppijännitettä vaihevirran ollessa vaihevirtarajaa suurempi.

5. Tasasuuntaajarakenne, joka käsittää tasajännitevälipiirin positiivisen ja negatiivisen kiskon (Udc+, Udc-), 5 tasajännitevälipiirin kondensaattorin (CB), joka on kytketty tasajänni tevälipiirin positiivisen ja negatiivisen kiskon välille sekä puoliohjatun tasasuuntaussillan, jossa on vaihekohtaiset diodin (V22) ja hilalta sytytettävän puolijohdekomponentin (V21) sarjaankytkennät, jotka on kytketty tasajännitevälipiirin positiivisen ja negatiivisen kiskon välille 10 siten, että diodin anodi on kytketty negatiiviseen kiskoon, diodin katodi on kytketty hilalta sytytettävän puolijohdekomponentin anodille, ja hilalta sytytettävän puolijohdekomponentin katodi on kytketty positiiviseen kiskoon, jolloin diodien ja hilalta sytytettävien puolijohdekomponenttien väliset pisteet muodostavat kukin yhden vaiheen sisääntulon (U1) tasasuunnattavalle jännitteelle, tun-15 n e 11 u siitä, että tasasuuntaajarakenne käsittää lisäksi apuvälipiirin, joka käsittää positiivisen ja negatiivisen kiskon (Aux+, Aux-), sekä vaihekohtaiset apuvälipiiriin kytketyt kahden diodin (V25, V26) sarjaankytkennät, joissa sarjaankytkennöissä ensimmäisen diodin (V26) anodi on ; kytketty apuvälipiirin negatiiviseen kiskoon, ensimmäisen diodin katodi on kyt- 20 ketty toisen diodin (V25) anodille ja toisen diodin katodi on kytketty apuvälipiirin . positiiviseen kiskoon, jolloin kukin sarjaankytkettyjen diodien välinen piste on ; kytketty yhteen tasasuunnattavan jännitteen sisääntuloon, ·' ensimmäisen erotusdiodin (V23), joka on kytketty tasajännitevälipii- v,: rin positiivisen kiskon (Udc+) ja apuvälipiirin positiivisen kiskon (Aux+) välille 25 siten, että ensimmäisen erotusdiodin katodi on kytketty apuvälipiirin positiivi-i' ·': seen kiskoon ja anodi tasajännitevälipiirin positiiviseen kiskoon, ja toisen erotusdiodin (V24), joka on kytketty tasajännitevälipiirin negatiivisen kiskon (Udc-) ja apuvälipiirin negatiivisen kiskon välille siten, että toisen erotusdiodin anodi on kytketty apuvälipiirin negatiiviseen kiskoon ja katodi ta-30 sajännitevälipiirin negatiiviseen kiskoon.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tasasuuntaajarakenne, tun- nettu siitä, että tasasuuntaajarakeen käsittää lisäksi transienttiylijänni-tesuojan, joka on kytketty apuvälipiirin positiivisen ja negatiivisen (Aux+, Aux-) kiskon välille. » » 115575

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen tasasuuntaajarakenne, tunnettu siitä, että tasasuuntaajarakenteen yhteyteen on sovitettu teholähde (15), jolloin apuvälipiiri on sovitettu syöttämään jännitettä teholähteelle. t » 115575