FI116602B - Menetelmä verkkosuuntaajan yhteydessä ja verkkosuuntaaja - Google Patents

Description

116602

Menetelmä verkkosuuntaajan yhteydessä ja verkkosuuntaaja

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on itsenäisten patenttivaatimusten johdanto-osien mukaiset menetelmä verkkosuuntaajan yhteydessä ja verkkosuun-5 taaja.

Taajuusmuuttaja on laite, joka on tarkoitettu muodostamaan tulon vaihtojännitteestä lähtöön vaihtojännitettä, jonka taajuus ja amplitudi on säädettävissä. Yksi tavanomainen taajuusmuuttajatyyppi on jännitevälipiirillinen taajuusmuuttaja, jossa tulon vaihtojännite tasasuunnataan verkkosuuntaajalla 10 tasajännitevälipiiriin tasajännitteeksi. Yksinkertaisimmillaan verkkosuuntaaja on muodostettu ohjaamattomasta diodisillasta. Verkkosuuntaaja voidaan kuitenkin toteuttaa ohjattavilla komponenteilla, jolloin sitä kutsutaan yleisesti verkkovaih-tosuuntaajaksi.

Tasajännitevälipiiriin on kytketty kondensaattori, joka tasaa jännitet-15 tä ja varastoi energiaa. Tasajännitevälipiirin tasajännitteestä muodostetaan edelleen vaihtojännitettä vaihtosuuntaajaosalla. Vaihtosuuntausosa kytkee ta-sajännitettä lähdössä olevaan kuormaan. Moduloimalla vaihtosuuntausosan kytkimiä voidaan lähdön kuormaan tuottaa toivottua jännitettä, jolla on haluttu taajuus ja amplitudi.

20 Suuritehoinen verkkosuuntaaja muodostetaan usein kytkemällä » » · *· useita erillisiä verkkosuuntausosia kiinteästi rinnan samaan tasajännitevälipii- : *·· riin. Jokainen rinnankytketty yksikkö lisää verkkosuuntaajan tehonkestoa omal- ta osaltaan, ja siten voidaan saada aikaan suuria tehoja käsittelemään kyke-nevä rakenne.

i‘ ‘: 25 Taajuusmuuttajassa käytettävien osien mitoitus toteutetaan vas- taamaan suurinta mahdollista tehoa. Usein kuitenkin huipputehoa käytetään varsin tilapäisesti, jolloin kaikki taajuusmuuttajan komponentit, kuten verk-: kosuuntaaja, verkkosuuntaajan verkkosuodattimet, tasajännitevälipiirin kon- '· .* densaattorit ja vaihtosuuntaaja ovat suurimman osan käyttöajastaan selkeästi 30 ylimitoitetut. Näin käyttöjen optimointi tiettyä toimintapistettä varten on vaikeaa, v : Useissa sovelluksissa, kuten momenttisäädetyissä tuuliturbiineissa, on kuitenkin tarve optimoida käytön hyötysuhde ja verkkovaikutukset laajalla : toiminta-alueella. Nopeussäädetyissä tuuliturbiineissa taajuusmuuttajaa käyte- j tään muodostamaan tuuliturbiinin pyörittämän generaattorin tuottamasta muut- 35 tuvataajuisesta jännitteestä vakiotaajuista jännitettä syötettäväksi verkkoon. Muuttuvan tuulen voimakkuuden mukaisesti generaattorilla tuotettavan sähkö- 116602 2 tehon suuruus vaihtelee laajalla alueella. Aikaisempien tunnettujen ratkaisujen yhteydessä, joissa taajuusmuuttaja ja tämän oheislaitteet on mitoitettu suurimman tehon mukaisesti, on ollut lähes mahdotonta tuottaa hyvälaatuista sähköä verkkoon tuulen nopeuden ollessa tiettyä minimirajaa pienempi. Verkko-5 vaihtosuuntaajan generoimat yliaaltovirrat ovat olleet yhtä suuret nimelliskuor-malla ja osakuormalla.

Tuuliturbiinikäyttöjen osalta laitteiden luotettavuus on erittäin tärkeää, sillä laitteet sijaitsevat kymmenien metrien korkeudella mastossa, ja usein hankalasti saavutettavassa maastossa, kuten merellä. Vikaantumisien yhtey-10 dessä huoltotoimenpiteet ovat hankalia suorittaa näistä olosuhteista johtuen. Taajuusmuuttajan käyttäminen tuuliturbiinin yhteydessä vähentää osaltaan vi-kaantumisriskiä turbiinin tehon ollessa suuri, eli tyypillisesti yli 1 MW. Tunnettujen ratkaisuiden eräs ongelmista onkin käytön keskeytyminen vikaantumisen yhteydessä.

15 Tyypillisesti kaikissa verkkoon kytkettävissä tehokomponentteja kä sittävissä laitteissa on verkkosuodatin, jonka tehtävänä on tasoittaa verkkoon syötettävää tai sieltä otettavaa virtaa, eli säilyttää laitteen verkkovaikutus hyväksyttävällä tasolla. Verkkosuuntaajan verkkosuodatin on myös mitoitettu ni-mellistehon mukaisesti. Toimittaessa nimellistä pienemmillä tehoilla virtasuodin 20 ei kykene toimimaan optimaalisesti, sillä harmonisten virtakomponenttien . osuus kokonaisvirrasta kasvaa voimakkaasti tehon pienentyessä nimellisestä tehosta. Virtasäröä voidaan merkittävästi pienentää osakuormalla, mikäli suo- ” datin on mitoitettu osakuormatehon mukaisesti.

< · · 1 * » · • · Keksinnön lyhyt selostus i ’ 25 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laite, jotka välttävät edellä mainitut epäkohdat, ja mahdollistavat verkkosuuntaajan käyttämisen taloudellisesti aikaisempaa laajemmalla toiminta-alueella ja aikai-: sempaa luotettavammin. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella, joille on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäis-30 ten patenttivaatimusten 1 ja 10 tunnusmerkkiosissa.

: Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että verkkosuuntaaja toteute- ; taan modulaarisesti siten, että erillisiä moduuleita kytketään tarpeen mukaan : rinnan. Moduulien sisältäessä ne toiminnalliset osat, kuten verkkosuodattimen ! ! ja välipiirin kondensaattorin, jotka vaikuttavat verkkoon siirtyvien häiriöiden ' : 35 suuruuteen, saadaan verkkosuuntaajan verkkovaikutusta parannettua merkit tävästi ottamalla käyttöön kulloinkin tarvittava määrä verkkosuuntaajamoduu- 116602 3 leita. Lisäksi verkkosuuntaajan vikakestoisuus paranee oleellisesti, sillä verk-kosuuntaaja muodostuu keksinnön mukaisesti kokoonpantuna redundanttisek-si.

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

Kuvio 1 esittää taajuusmuuttajan periaatteellista kuvausta;

Kuvio 2 esittää yhden keksinnön mukaisen verkkosuuntaajamoduu-lin periaatteellista rakennetta; ja 10 Kuvio 3 esittää yhden vaihtosuuntaajamoduulin periaatteellista ra kennetta.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty taajuusmuuttajan perusrakenne. Tässä rakenteessa sekä verkkosuuntaaja että vaihtosuuntaaja on muodostettu modu-15 laarisiksi. Keksinnön mukaisen verkkosuuntaajan käyttäminen ei kuitenkaan vaadi välttämättä modulaarisuutta vaihtosuuntaajalta. Taajuusmuuttajan rakennetta on esitetty kuviossa 1 moottorikäytön yhteydessä, mutta selityksessä viitataan lisäksi tuuliturbiinikäyttöön, jossa kuvion 1 moottoria 1 käytetään generaattorina. Erityisesti kuviossa 1 on esitetty kolmivaiheista järjestelmää, jos- • · 20 sa taajuusmuuttaja on muodostettu keksinnön mukaisesti kolmesta rinnankyt- ketystä verkkosuuntaajamoduulista 3 ja kolmesta vaihtosuuntaajamoduulista 4.

:· On selvää, että esitetty vaiheluku ei ole rajoitettu kuvion esimerkkiin, kuten ei * * · · myöskään kuviossa esitetty moduulien rinnankytkentöjen määrä. Molemmat voivat vaihdella kulloisenkin tarpeen mukaisesti.

’··, 25 Kuviossa 1 esitetty taajuusmuuttaja sisältää ensimmäiset ohjausvä- » · lineet 9 verkkosuuntaajamoduulien ohjaamiseksi ja toiset ohjausvälineet 10 . , vaihtosuuntaajamoduulien ohjaamiseksi. Molemmat ohjausvälineet sisältävät tarpeelliset logiikat suuntaajien ohjaamiseksi sekä puolijohdekomponenttien '··* ohjaamiseen tarkoitetut ohjainpiirit. Kuviossa 2 on esitetty täsmällisempi kuva- :T: 30 us keksinnön mukaisesta kuvion 1 verkkosuuntaajamoduulista 3. Kuten kuvi- osta 2 Ilmenee, kuvion 1 signaalijohdin Sn on muodostunut useista ohjaussig-,· . naaleista, jotka ohjaavat verkkosuuntaajamoduulien 3 tehopuolijohdekom- ponentteja. Vastaavalla tavalla kuviossa 3, jossa esitetään täsmällisemmin ku-• vion 1 vaihtosuuntaajamoduulia 4, on esitetty toisten ohjausvälineiden 10 sig- 35 naalijohtimen Sm koostuminen useista tehopuolijohteiden ohjaussignaaleista.

116602 4

Kuten jo aikaisemmin mainittiin, keksinnön mukaisen menetelmän käyttö ei vaadi vaihtosuuntaajaosalta modulaarisuutta. Vaihtosuuntaaja voikin olla normaali vaihtosuuntaaja, joka on mitoitettu tietylle teholle.

Keksinnön mukaisesti ensimmäiset ohjausvälineet 9 on sovitettu oh-5 jaamaan kaikkia verkkosuuntaajamoduuleita 3. Siten jokainen verkkosuuntaa-jamoduuli saa saman ohjauksen, mikäli siihen on tarvetta. Vastaavalla tavalla kuvion 1 suoritusmuodossa toiset ohjausvälineet 10 on sovitettu ohjaamaan kaikkia vaihtosuuntaajamoduuleita 4.

Keksinnön menetelmän mukaisesti estetään tai sallitaan yhden tai 10 useamman verkkosuuntaajamoduulin käyttö, jolloin verkkosuuntaaja uudelleen konfiguroidaan verkkosuuntaajan toiminnan aikana. Käytön estäminen tai salliminen tarkoittaa sitä, että yhtä tai useampaa verkkosuuntaajamoduulia 3 lakataan käyttämästä. Tällöin verkkosuuntaajan läpi kulkeva virta ei pääse niiden moduuleiden kautta, joiden käyttö on estetty. Vastaavasti kaikki virta kulkee 15 niiden verkkosuuntaajamoduulien läpi joiden käyttö on sallittu.

Vastaavasti kuin verkkosuuntaajamoduulien 3 yhteydessä, kuviossa 1 esitetyn suoritusmuodon mukaisesti estetään tai sallitaan yhden tai useamman vaihtosuuntaajamoduulin 4 käyttö, jolloin vaihtosuuntaaja uudelleen konfiguroidaan toiminnan aikana. Taajuusmuuttajan läpi kulkeva virta kulkee siis 20 niiden verkko- ja vaihtosuuntaajamoduulien 3, 4 kautta, joiden käyttö sallitaan. Tällöin sekä taajuusmuuttajan verkkosuuntaaja että vaihtosuuntaaja voidaan • · · '· ’·' muodostaa tilanteen mukaan mahdollisimman optimaaliseksi, i ’· Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti verkkosuuntaajan ...·* verkkosuuntaajamoduuleiden käytön estäminen tai salliminen suoritetaan käyt- ’"‘i 25 tämällä ensimmäisiä kytkentävälineitä 5. Nämä kytkentävälineet ovat esimer- kiksi kolmivaiheisia kytkimiä, joita on keksinnön mukaisesti jokaisella verk-kosuuntaajamoduulilla. Ensimmäiset ohjausvälineet 9 on sovitettu ohjaamaan näitä kytkimiä kulloisenkin tarpeen mukaisesti. Käyttämällä kytkentävälineitä 5 : verkkosuuntaajamoduuleiden käytön sallimiseen tai estämiseen saadaan ai- * ’ · · ’ 30 kaan luotettava toiminta, sillä moduulit 3 ovat tällöin fyysisesti erotetut verkosta 2. Näin ollen ohjausvälineet 9 voivat tuottaa kaikille verkkosuuntaajamoduuleil-:: : le ohjeet riippumatta siitä, mitkä moduulit ovat toiminnassa.

:,.T Vastaavalla tavalla vaihtosuuntaajan vaihtosuuntaajamoduuleiden 4 ! : käytön estäminen tai salliminen toteutetaan käyttämällä toisia kytkentävälineitä j 35 8. Nämä kytkentävälineet ovat edullisesti kolmivaiheisia kytkimiä, jotka on jo kaisella vaihtosuuntaajamoduulilla. Toiset ohjausvälineet 10 on sovitettu oh- 116602 5 jaamaan näitä kytkentävälineitä vaihtosuuntaajamoduulien irrottamiseksi tai yhdistämiseksi moottoriin 1. Vaihtosuuntaajamoduulin irrottaminen moottorista tarkoittaa sitä, että tämän moduulin läpi ei voi kulkea virtaa ohjauksesta riippumatta.

5 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan verkkosuuntaajamoduu- lin käytön estäminen tai salliminen toteutetaan ohjausvälineillä 9. Tällöin ohjausvälineet ohjaavat halutun moduulin puolijohdekytkimet sellaiseen tilaan, että virta ei kulje kyseisen moduulin läpi. Toisin sanottuna sellaisen moduulin, jonka halutaan olevan poissa rinnankytkennästä, modulointi lopetetaan. Puolijohde-10 kytkimet voidaan tällöin esimerkiksi avata. Näin kyseinen verkkosuuntaajamo-duuli ei muodosta osaa taajuusmuuttajan virtatiestä. On kuitenkin huomattava, että mikäli moduulin aktiivinen käyttäminen lopetetaan lopettamalla modulointi, niin tehopuolijohdekomponenttien rinnakkaiset nolladiodit saattavat kuitenkin johtaa virtaa. Tämä seikka on huomioitava esimerkiksi eliminoimalla nollavirrat 15 jollain siihen soveltuvalla tunnetulla menetelmällä.

Keksinnön menetelmän edullisen suoritusmuodon mukaisesti verk-kosuuntaaja uudelleen konfiguroidaan vasteellisena tehosignaalille tai loiste-hosignaalille. Tällöin esimerkiksi sähkömoottorikäytön yhteydessä säätöjärjestelmä antaa tiedon ohjausvälineille 9, 10 muuttuvasta tehon tarpeesta. Tehon 20 tai loistehon tarpeen kasvaessa luonnollisesti lisätään verkko- ja vaihtosuun-taajamoduuleiden määrää, mikäli tehon kasvamishetkellä oleva konfiguraatio “ ei riitä kasvavaa tehoa tai loistehoa siirtämään. Vastaavasti tehon pienentyes- ·· sä voidaan moduulien määrää pienentää. On huomattava, että verkkosuuntaa- jamoduulien ja vaihtosuuntaajamoduulien aktiivisen määrän muuttaminen to-" 25 teutetaan riippumatta toisistaan, mikäli keksinnön mukaisen verkkosuuntaajan yhteydessä käytetään kuviossa 1 esitetyn kaltaista modulaarista vaihtosuun-taajarakennetta. Riippumattomuus takaa sen, että molemmat yksiköt toimivat mahdollisimman optimaalisesti, sillä joissain käyttötilanteissa toisen yksikön virta on suurempi kuin toisen. Esimerkiksi moottorille tulee aina syöttää mag--·[ 30 netointivirtaa, mikä lisää vaihtosuuntaajamoduulien kuormitusta verkkosuun- taajamoduuleihin nähden. Vastaavasti haluttaessa syöttää verkkoon loistehoa v : kompensoivaa virtaa, tulee verkkosuuntaajamoduulien virrasta vaihtosuuntaa- ,.. · jaosan virtaa suurempi.

\ : Tehosignaalin lisäksi konfigurointi voidaan toteuttaa vasteellisena .·, | 35 momenttiohjeen muuttumiselle. Momenttiohjetta käytetään sekä generaattori- että moottorikäyttöjen yhteydessä säätösuureena, joka saadaan tyypillisesti 116602 6 suoraan ylemmiltä ohjausjärjestelmiltä ohjausyksiköiden käyttöön. Muita mahdollisia signaaleita tehon muuttumisen indikoimiseen ovat virran ja nopeuden oloarvot sekä koneen tai verkon laskennallinen teho. Lisäksi tuuliturbiinien yhteydessä ylemmän tason säätö käyttää hyväksi tietoa tuulen nopeudesta. Tuu-5 Ien nopeus vaikuttaakin suoraan tuuliturbiinikäytöllä tuotettavan tehon määrään. Näin ollen myös tuulen nopeutta voidaan käyttää ohjaussignaalina rinnankytkettyjen moduulien määrän mitoittamiseen.

Verkkosuuntaajan konfigurointi käytön aikana voidaan tehdä lisäksi vasteellisesti tietyn moduulin vikaantumiselle. Usein moduuleissa käytettävissä 10 tehopuolijohdekomponenteissa on itsessään komponenttien vikaantumisen havaitsevia, ja siitä säätöpiirille signaloivia piirejä. Kun ylemmän tason säätöjärjestelmä saa tiedon tällaisesta vikaantumisesta, voidaan kyseisen moduulin ohjauksesta huolehtivat ohjausvälineet konfiguroida siten, että tämä asia otetaan huomioon, ja tämän moduulin ohjaaminen lopetetaan kaikissa tapauksis-15 sa. Näin keksinnön mukainen taajuusmuuttaja tuottaa redundanttisen varmistuksen taajuusmuuttajan toimintaan.

Keksinnön mukaisesti jokainen verkkosuuntaajamoduuli käsittää verkkosuodattimen 21, jollainen on esitetty kuvion 2 esimerkissä pelkistettynä ja ainoastaan induktansseja käsittävänä suodattimena. Tällöin moduulien li-20 säämisen tai poistamisen yhteydessä myös taajuusmuuttajan tuottama verkkovaikutus muuttuu. Verkkovaikutus, eli laitteen verkkoon tuottama särövirran * · " suhteellinen osuus, on sitä pienempi, mitä lähempänä kunkin verkkosuuntaa- ·· jän mitoitettua tehoa tai virtaa toimitaan. Toisin sanoen, jos verkkosuuntaajan 'j* kokonaisvirta on jakaantuneena esimerkiksi kolmen verkkosuuntaajamoduulin •i 25 välille ja kokonaisvirran suuruus on sellainen, että kaksi moduulia riittää sen käsittelemiseen, on verkkovaikutuksen kannalta huomattavasti edullisempaa käyttää ainoastaan näitä kahta verkkosuuntaajamoduulia. Virtasärön suuruus suhteessa virran kokonaisarvoon kasvaa merkittävästi virran pienentyessä ni-mellisestä arvosta. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella saadaan • λ* 30 siten parannettua verkkovaikutusta huomattavasti.

; Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti verkkosuuntaaja : : käsittää lisäksi verkkosuuntaajamoduulikohtaiset toiset kytkinvälineet 6 moduu- lien 3 erottamiseksi yhteisestä tasajännitevälipiiristä 11. Kuvion 1 suoritusmuo-’ : dossa on esitetty myös vaihtosuuntaajamoduulikohtaiset toiset kytkinvälineet 7 j 35 vaihtosuuntaajamoduulien 4 erottamiseksi yhteisestä tasajännitevälipiiristä 11.

Nämä toiset kytkinvälineet ovat esimerkiksi erottimet, joita käytetään virratto- 116602 7 man moduulin irrottamiseen taajuusmuuttajan tasajännitevälipiiristä. Kun tietty moduuli on kytketty kytkinvälineillä 5 tai 8 irti verkosta 2 tai kuormasta 1, se voidaan erottaa kokonaisuudessaan jännitteisistä taajuusmuuttajan osista käyttäen mainittuja toisia kytkentävälineitä 6, 7. Nämä kaksivaiheiset tasajänni-5 tevälipiirin 11 erottavat kytkinvälineet 6, 7 ovat esimerkiksi moottoroituja sula-ke-erottimia. Tällainen sulake-erotin saa toimintaansa varten apujännitteen verkkoon kytketyltä apujännitelähteeltä. Tämä apujännitelähde, jota ei ole esitetty kuvioissa, tuottaa apujännitteen myös muille piireille, kuten ohjausvälineille. Apujännitelähde voi olla myös erillinen, ainoastaan sulake-erottimien ohja-10 ukseen tarkoitettu 230 V apujännitelähde. Suoritusmuodon mukaisesti ohjaus-välineet 9, 10 on sovitettu ohjaamaa kytkinvälineitä 6, 7. Ohjausvälineiden kautta suoritetaan siten signalointi, joka ohjaa toimilaitetta avaamaan nämä kytkinvälineet. Vastaavalla tavalla ohjausvälineet 9, 10 ohjaavat myös kytkin-välineitä 5 ja 8, joilla vastaavat moduulit 3, 4 kytketään rinnan verkkoon 2 ja 15 moottoriini.

Keksinnön mukaisesti verkkosuuntaajamoduuli käsittää lisäksi tasa-jännitevälipiirin kondensaattorin C. Tällainen kondensaattori on esitetty kuviossa 2. Taajuusmuuttaja voidaankin toteuttaa tällöin siten, että varsinaisessa ta-sajännitevälipiirissä 11, johon verkkosuuntaajamoduulit ja vaihtosuuntaajamo-20 duulit kytketään, ei ole itsenäisiä kiinteitä kondensaattoreita lainkaan. Tällaisella ratkaisulla saavutetaan optimaalisuutta toiminnan kannalta, sillä tasajännite-. " välipiirin kapasitanssin suuruus saadaan optimoitua kulloisenkin tehotason mukaan eikä pääpiirissä ole tällöin yhtään komponenttia, jonka vikaantuminen :* voisi estää koko laitteiston käytön.

*: 25 Muutettaessa keksinnön mukaisesti kesken taajuusmuuttajan toi minnan vaihtosuuntaajan tai verkkosuuntaajan konfiguraatiota, tulee näiden ohjausvälineet myöskin konfiguroida vastaamaan kulloistakin tilannetta. Laitteen toiminnan takaamiseksi tulee ohjausvälineiden ja säätövälineiden tiedossa olla jatkuvasti kulloinenkin moduuliasetelma, sillä säätövälineissä säätämi-30 nen toteutetaan usein suhteellisarvoina. Suhteellisarvolaskenta vaatii toimiak-;·’ seen tiedon käytettävissä olevasta nimellisestä virta- tai tehokapasiteetista. Li- : · säksi ainakin ylemmän tason säätöjärjestelmän tulee voida tietää, kuinka mon- ’: ta moduulia on käyttökunnossa tehon rajoittamiseksi tarvittaessa.

' : Keksinnön mukaisessa laitteessa toimintavarmuutta voidaan edel- 35 leen nostaa toteuttamalla ohjausvälineet siten, että ohjausvälineitä on useam-: pia verkkosuuntaajamoduuleita ja vaihtosuuntaajamoduuleita kohti. Tyypilli- 116602 8 sessä tapauksessa ohjausvälineiden yksi ohjauskortti laskee tarvittavat ohjeet tehopuolijohdekomponenttien ohjaamista varten. Nämä ohjeet sitten kopioidaan muille ohjausvälineiden ohjauskortille, jotka puolestaan ohjaavat omia moduuleitaan. Redundanttisuuden lisäämiseksi myös useampi kuin yksi ohja-5 usvälineiden ohjauskortti voi olla vastuullinen tarvittavien ohjausten laskemisesta. Tällöin jokainen rinnakkaisista moduuleista määrittää itse oman ohjauksensa ohjattaville kytkinkomponenteille. Tämä on edelleen edullista häiriövirto-jen pienenemisen suhteen, sillä erillisten ohjausten ansiosta rinnakkaiset moduulit eivät käy synkronoidusti, jolloin eri moduuleiden tuottamat häiriövirrat ei-10 vät vastaa toisiaan.

Seuraavassa esitetään yksinkertaistettu esimerkki keksinnön toiminnasta olettaen käytössä olevan keksinnön mukaisen taajuusmuuttajan tuu-liturbiinin yhteydessä. Oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi lisäksi, että taajuusmuuttaja on muodostettu kolmesta verkkosuuntaajamoduulista ja kolmesta 15 vaihtosuuntaajamoduulista. Kunkin moduulin nimellinen teho on 500 kW, jolloin taajuusmuuttajan nimellisteho on 1500 kW.

Tuuli pyörittää aluksi tuuliturbiiniin yhdistetty oikosulkugeneraattoria lähellä tämän nimellispyörimisnopeutta siten, että generaattorin momenttia voidaan säätää arvoon, jolla saadaan aikaan noin 300 kW teho. Tuulen nope-20 us on siis niin pieni, että generaattorin nimellistehoon ei vielä ylletä. Esimerkiksi momentin säätöarvosta saadaan tieto, että tarvitaan vain yksi vaihtosuuntaa-*: jamoduuli ja vain yksi verkkosuuntaajamoduuli. Tällöin ylemmän tason säätö järjestelmä antaa tarvittavan tiedon ohjausvälineille yhden vaihtosuuntaajamo-;· duulin ja yhden verkkosuuntaajamoduulin kytkemisestä käyttöön. Ainoastaan *: 25 yhden moduulin käyttäminen voidaan toteuttaa kuten yllä on esitetty, eli avaa- maila ne moduulien kytkinvälineet tai ohjaamalla ainoastaan yhtä moduulia. ·. Yksinkertaisimmillaan moduuleiden erottaminen käytöstä toteutetaan irrotta malla ne AC-puolelta, eli verkkosuuntaajamoduulit verkosta ja vaihtosuuntaa-jamoduulit kuormasta.

• » 30 Kun tuulen nopeus ja voimakkuus kasvavat, voidaan koneen mo menttia säätää suuremmaksi, jolloin myös tuotettavan sähkötehon määrä kas-; : vaa. Edelleen momentin säätöarvosta saadaan tieto sähkötehon kasvamises- ta. Ylemmän tason säätöjärjestelmän muistissa on tieto, että järjestelmässä on ‘ ; kolme moduulia, joista yksi on käytössä. Tehon kasvaessa yli yhden moduulin ; 35 nimellisen tehon eli 500 kW, tulee moduuleita kytkeä kaksi rinnan, jolloin taa- : juusmuuttajan virta jakaantuu tasaisesti moduulien välille. Mikäli kaksi moduu- 116602 9 lia riittää tuotetun tehon käsittelemiseen, ei kolmatta moduulia tarvitse vielä kytkeä toimintaan. Kun tuuli edelleen voimistuu siten, että koneen momenttia voidaan edelleen kasvattaa ja samalla tuotettavaa tehoa, tulee vastaan raja, jossa kaksi rinnakkaista moduulia ei riitä. Esimerkin tapauksessa momentin 5 ylittäessä rajan, joka vastaa 1000 kW tehoa, tulee kolmaskin moduuli kytkeä rinnan tehon siirtämiseksi verkkoon. Kolmannenkin moduulin ollessa kytkettynä toimintaan ylemmän tason säätöjärjestelmän muistista ilmenee, että toimitaan ylimmällä tehotasolla. Tällöin taajuusmuuttajan kaikki moduulit on kytketty toimintaan, ja tehoa voidaan kasvattaa taajuusmuuttajan nimelliseen tehoon ja 10 samalla vaihtosuuntaajan nimelliseen tehoon asti.

Edellä esitetyssä esimerkissä on yksinkertaisuuden vuoksi oletettu, että sekä vaihtosuuntaajamoduulit että verkkosuuntaajamoduulit kytketään samanaikaisesti toimintaan ja pois toiminnasta. Käytännössä vaihtosuuntaaja ja verkkosuuntaaja konfiguroidaan itsenäisesti, johtuen aikaisemmin esitetyistä 15 seikoista. Lisäksi esimerkissä ei ole huomioitu mahdollisia vikaantumisia.

Tuulen ja tuotettavan tehon pienentyessä toiminta on vastaava, mutta moduulien lisäämisen sijasta moduuleita poistetaan käytöstä. Ylemmän tason säätöjärjestelmä osaa ohjata ohjausvälineitä vähentämään moduulien määrää silloin, kun tuotettava teho on pienempi kuin käytössä olevien moduu-20 lien yhteisteho vähennettynä yhden moduulin teholla.

Moduulien lisäämisen ja poistamisen yhteydessä myös verk- > · ·· kosuodattimien ja välipiirin kondensaattoreiden määrä muuttuu keksinnön mu kaisesti, jolloin taajuusmuuttajan aiheuttamat verkkovaikutukset voidaan opti-:· moida.

•j 25 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin- nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (12)

116602

1. Menetelmä verkkosuuntaajan yhteydessä, jolloin verkkosuuntaaja käsittää kaksi tai useampia verkkosuuntaajamoduuleita, jotka on kytkettävis-5 sä keskenään rinnan, sekä ohjausvälineet verkkosuuntaajamoduulien ohjaamiseksi, tunnet-t u siitä, että kukin verkkosuuntaajamoduuli käsittää verkkosuodattimen (21) ja tasajännitevälipiirin kondensaattorin (C), jolloin menetelmä käsittää vaiheet, joissa 10 ohjataan ensimmäisillä ohjausvälineillä verkkosuuntaajamoduuleita, määritetään verkkosuuntaajaan tai sen käyttöön liittyvää suuretta tehosignaalin muodostamiseksi, ja estetään tai sallitaan yhden tai useamman verkkosuuntaajamoduu-lin käyttö verkkosuuntaajan uudelleen konfiguroimiseksi verkkosuuntaajan toils minnan aikana vasteellisena tehosignaalille.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä verkkosuuntaajan yhteydessä, tunnettu siitä, että verkkosuuntaaja käsittää lisäksi verkkosuuntaajamoduulikohtaiset ensimmäiset kytkinvälineet verk-kosuuntaajamoduuleiden vaihetulojen kytkemiseksi verkkoon, jolloin menetel-20 mä käsittää vaiheen, jossa yhden tai useamman verkkosuuntaajamoduulin käytön estäminen : tai salliminen käsittää vaiheen, jossa ohjataan ensimmäisiä verkkosuuntaaja- ; '· moduulikohtaisia kytkinvälineitä yhden tai useamman verkkosuuntaajamoduu- Iin erottamiseksi verkosta tai yhdistämiseksi verkkoon. •i 25 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä verkkosuuntaa- jän yhteydessä, tunnettu siitä, että yhden tai useamman verkkosuuntaa-jamoduulien käytön estäminen tai salliminen käsittää vaiheet, joissa ohjataan ensimmäisillä ohjausvälineillä verkkosuuntaajamoduuleita, joiden käyttö sallitaan, ja 30 ei ohjata niitä verkkosuuntaajamoduuleita, joiden käyttö estetään.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, jolloin verk-: kosuuntaajaa käytetään tuuliturbiinin yhteydessä, tunnettu siitä, että me- netelmä käsittää vaiheen, jossa ' ; määritetään tuulen nopeutta, jolloin tehosignaali muodostetaan tuu- ' ! 35 Ien nopeudesta riippuen. 116602

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, jolloin verkkosuuntaajaa käytetään tuuliturbiinin yhteydessä, joka tuuliturbiini on yhdistetty generaattoriin, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheen, jossa 5 määritetään tuuliturbiiniin yhdistetyn generaattorin momenttia, jolloin tehosignaali muodostetaan momentista riippuen.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, jolloin verkkosuuntaaja on yhdistetty moottoria tai sähkökonetta ohjaavaan laitteeseen, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheen, jossa muodoste- 10 taan moottorille momentti- tai nopeusohje, lasketaan sähkökoneen tai verkon vuo, jolloin tehosignaali muodostetaan mainitusta lasketusta vuosta ja lasketusta momentin oloarvosta.

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa 15 määritetään kunkin verkkosuuntaajamoduulin toimintakuntoa, ja estetään sellaisen moduulin ohjaus, joka ei ole toimintakunnossa.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheen, jossa jokaiselle verk-kosuuntaajamoduulille määritetään erillinen kytkinohje.

9. Verkkosuuntaaja, joka käsittää kaksi tai useampia verkkosuuntaajamoduuleita (3), ·: ensimmäiset ohjausvälineet (9) verkkosuuntaajamoduulien ohjaami seksi, I- kaikille verkkosuuntaajamoduuleille yhteisen tasajännitevälipiirin ·; 25 (11), t u n n e 11 u siitä, että verkkosuuntaaja käsittää lisäksi ·. määritysvälineet tehosignaalin määrittämiseksi verkkosuuntaajan tai sen käyttöön liittyvästä suureesta, välineet (5; 9) yhden tai useamman verkkosuuntaajamoduulin (3) ohjauksen estämiseksi tai sallimiseksi vasteellisena tehosignaalille siten, että t: 30 verkkosuuntaajan virta ei kulje mainitun yhden tai useamman verkkosuuntaa jamoduulin läpi verkkosuuntaajan uudelleen konfiguroimiseksi tämän toiminnan aikana, ja että kukin verkkosuuntaajamoduuli käsittää verkkosuodattimen (21) ja , tasajännitevälipiirin kondensaattorin (C). * 116602

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen verkkosuuntaaja, tunnettu siitä, että välineet yhden tai useamman verkkosuuntaajamoduulin ohjauksen estämiseksi tai sallimiseksi on muodostettu ensimmäisistä ohjausvälineistä (9).

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen verkkosuuntaaja, tunnettu 5 siitä, että välineet yhden tai useamman verkkosuuntaajamoduulin ohjauksen estämiseksi tai sallimiseksi käsittää verkkosuuntaajamoduulikohtaiset kytkinvä-lineet (5), jotka on sovitettu rinnankytkettyjen verkkosuuntaajamoduulien määrän muuttamiseksi.

12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 9-11 mukainen taajuus-10 muuttaja, tunnettu siitä, että jokainen verkkosuuntaajamoduuli käsittää lisäksi toiset kytkinvälineet (6) verkkosuuntaajamoduulien (3) erottamiseksi yhteisestä tasajännitevälipiiristä (11). 1 * 116602