FI116962B - Menetelmä vaihevirtojen mittaamiseksi vaihtosuuntaajassa - Google Patents

Description

Menetelmä vaihevirtojen mittaamiseksi vaihtosuuntaajassa - För mätning av fasströmmarna i en växelriktare

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 11 johdat nen menetelmä vaihevirtojen mittaamiseksi vaihtosuuntaajassa, joss 5 johdekytkimet suuntaavat välipiiristä otettua tasavirtaa pulssileve; kolmivaiheiseksi vaihtojännitteeksi, ja jossa vaihevirrat mitataan m piirin virtaa, kun aktiivinen kytkintila luo yksiselitteisen suhteen vä] vaihevirran välille.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 3 johdanto-* 10 vaihtosuuntaaja.

Mittauksen periaate tunnetaan mm. patenttijulkaisusta EP 0 502 22( kaisussa kuvataan ilmaisupiiriä, joka vaihejännitteitä ilmaisemalla \ jaksot, jolloin mainittu yksiselitteinen suhde välipiirin virran ja vai on olemassa. Ilmaisupiiri ohjaa seuranta ja pito-tyyppistä integroi 15 kolme kanavaa vuorotellen kytketään välipiirivirran anturipiiriin.

ohjataan niin, että se integroi eri vaihevirtojen osuudet välipiirin vir tosuuntaajan lähdössä vallitsee jännite, eli kun siinä vallitseva jän: kuin nolla. Tuloksena oleva signaali edustaa tehollista virtaa kyl ' vaiheisessa vaihtovirtakoneessa. Kahta muuta kanavaa ohjataan niin , 20 signaali jaksoittain seuraa omaa vaihevirtaansa, ja nämä signaalit) * * * kinten tilatietoon niin, että saadaan kolmivaihevirtojen yksilöllinen re • · • ♦ » * :*·*: Tunnettuun piiriin ja sillä toteutettuun mittausmenetelmään sisälly • * analogista signaalin käsittelyä. Sovelletun integrointiperiaatteen ylempi rajataajuus on matalalla, ja tämän vuoksi se sopii heikosti va 25 joilla on suuri dynamiikka, kuten esimerkiksi servosäädinsovellutuks • Tässä suhteessa esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada n : · tosuuntaaian vaihevirtoien mittaamiseksi, ioka mahdollistaa korkeam 2

Esillä olevan keksinnön mukaan tavoite saavutetaan mittaamalla i arvo samassa aktiivisessa kytkintilassa modulointijakson kahdess muodostamalla mitattujen arvojen tuloksena oleva keskiarvo.

Tämä mittausmenetelmä soveltuu optimaalisesti ajallisesti symmetris 5 joka normaalisti toteutetaan puolijohdekytkimien ohjauksella, ja ji selitetään varsin lyhyesti. Vakiomallisen kolmivaiheisen vaihtosuun deksan mahdollisen kytkintilan tavanomaisessa vektoritarkastelussa daan erottaa kaksi nollavektoria, joilla vaihejohtimiin ei kohdistu m ja kuusi aktiivista vektoria, joilla jännite vaikuttaa vaihejohtimissa. J 10 valtainen johtaminen vaihejohtimiin voidaan tällöin toteuttaa kahder visen vektorin pulssileveysmodulaatio-summauksella.

Modulointi toteutetaan tavallisesti kaksipuolisena modulointina, jo; jaksossa tapahtuu hyppy esimerkiksi nollavektorista ensimmäiseen j toriin, sitten toiseen aktiiviseen vektoriin, ja sitten toiseen nollavektc 15 toisen aktiivisen vektorin ja ensimmäisen aktiivisen vektorin kautti nollavektoriin. Tämä sekvenssi voidaan aina toteuttaa niin, että siirt; toreiden eli vektoritilojen välillä vaatii vain yhden kytkimen aktivoi voinnin, jolloin sekvenssi minimoi kytkinhaviöt.

Tästä nähdään, että ensimmäinen aktiivinen vektori eli kytkintila esi *:·*: 20 taa jokaisessa modulointijaksossa. Toinen aktiivinen tila esiintyy mj :Y: jokaisessa modulointijaksossa. Lisäksi aktiiviset kytkintilat ovat aja : : metrisesti jakaantuneet modulointijakson keskipisteen suhteen.

* ** • * * • · * : ·* Ensimmäinen aktiivinen kytkintila mahdollistaa ensimmäisen vaihe\ : **· sen välipiirin mittauksen avulla, ja toinen aktiivinen kytkintila mah • * * : 25 vaihevirran mittaamisen välipiirin mittauksen avulla.

. .·. Jos nyt tarkastellaan ensimmäistä vaihevirtaa, niin se mitataan esillä • « · non mukaan kaksi kertaa jokaisessa modulointijaksossa, ja muod< • « 3 Tämän johdosta esillä oleva keksintö mahdollistaa vaihtosuuntaaja ajallisesti oikean ja täydellisen mittauksen jokaisessa modulointijak joaa pohjan hyvin yksinkertaisen ja nopean ohjaus- ja säätöjärjestelm varten. Virtavektorin (lähtö- tai vaihevirtojen) kolmen mitatun kom] 5 ei esiinny mitään vaihevirheitä (aikasiirtymiä), eikä virtavektorin asei suhteen esiinny mitään vaihevirheitä (aikasiirtymiä) vaikuttavaan j verrattuna. Sellaiset aikasiirtymät tai vaihevirheet ovat muutoin < mittausmenetelmissä, joissa mitataan välipiirin virtaa, koska eri virr räkkäin.

10 Eräässä edullisessa suoritusmuodossa välipiirin virran arvo ja siten m ran arvo mitataan monta kertaa saman aktiivisen kytkintilan jokaises: näistä mittauksista muodostetaan keskiarvot erikseen jokaista tilaa \ muodostuu erillinen keskiarvo, jonka jälkeen luodaan tuloksena ole\ keskiarvojen keskiarvona. Tämä lisää menetelmän epäherkkyyttä vai 15 häiriöille.

Keksinnön sovellettavuus ei kuitenkaan rajoitu edellä kuvattuun kyt joka myös ilmenee eri suoritusmuotojen seuraavassa esitetystä sei viitataan oheisiin piirustuksiin.

Kuvassa 1 on vaihtosuuntaajan lohkokaavio, jossa keksinnön mukai ·:··: 20 on toteutettu.

• · ♦ • * · M Kuvassa 2 on taulukko vaihtosuuntaajan mahdollisista kytkintiloista tetty tuloksena olevat jännitevektorit, välipiirin virrat, ja vaihejohtim I*' jännitteet • « • ··

Kuva 3 havainnollistaa kolmivaihekoneen jännitevektoreiden sijainth 25 Kuvassa 4 on taulukko kytkinsekvensseistä ja siinä on esitetty ti * * * ‘••v jännitevektorit, jotka esiintyvät pulssileveysmodulaatiossa jänniteve] tamiseksi, iolla on vaihteleva suunta ia amplitudi vaihtovirtakoneessa 4

Kuvassa 1 esitetty vaihtosuuntaaja käsittää ohjaamattoman tasasuur jälkeen oleva välipiirin kondensaattori 3 syöttää tasajännitepiiriä 4, j suuntaajasi lta 5. Vaihtosuuntaajasilta käsittää ohjatut puolijohdeky T3, T4, T5 ja T6, jotka pulssileveysmoduloinnin avulla muuntamat 5 jännitteen kolmivaiheiseksi vaihtojännitteeksi lähtö- eli vaihejohtim Esitetyssä suoritusmuodossa puolijohdekytkimet ovat IGBT-tyyppiä Byte Polar Transistor). Tavalliseen tapaan transistorien rinnalle on 1 kaissuuntaiset suojadiodit. Vaihtosuuntaajan kolmivaiheinen lähtöjä syötetään kuormaan, joka on kolmivaiheisen epätahtimoottorin, kolr 10 talähdeverkon, tai vastaavan muodossa.

Vaihtosuuntaajasiltaa ohjataan ohjauspiirillä 7, johon sisältyy pulssi! tori PWM ja ajopiiri transistorien ohjaamiseksi. Vaihtosuuntaajan k! on varustettu käyttöliittymällä 8, joka lähettää signaaleja säätö-ja ohj

Yksikkö 9 toimii säätimenä, joka taajuuden fc avulla valvoo vaihtc 15 mintoja, ja joka lähettää mahdollisia koijaussignaaleja, jotka muum veysmodulaattorin modulointitaajuudeksi fra ja lähetetään ohjauspii] pulssileveysmodulaattorille.

Lähdön vaihejännitteet U, V ja W synnyttävät vaihevirrat iu, iv ja i, suuntaajasillan kautta muuntuvat välipiirin summavirraksi id. Välipii 20 virta-anturilla 10 välipiirin virran id ilmaisua varten, ja ilmaistu sig :V: analogia/digitaali-muuntimelle 11, jota ohjataan pulssileveysmodulaa :***: toitu välipiirin virtasignaali johdetaan prosessoriyksikölle 12, joka ] ··· piirin virtojen id ja pulssileveysmodulaattorilta 7 saatavien kytkimiei :·/ perusteella laskee kolme vaihevirtaa iu, iv ja iw virtavektorin i muodc 25 johdetaan säätöyksikölle 9.

• · »

Esitettyä tyyppiä olevalla vaihtosuuntaajasillalla voidaan tunnetusti laista kytkintilaa tai tapaa johtaa jännitteitä vaihejohtimille U, V ja kintilat on esitetty taulukon muodossa kuvassa 2, ja niitä on tarkas 5 T2, Τ3 tarkastelu riittää, koska kolmea muuta transistoria T4, T5 komplementaarisesti transistorien Tl, T2 ja T3 suhteen.

Jos esimerkiksi tarkastellaan kuvassa 3 olevaa jännite vektoria u4, i siitä, että vaihejohtimiin U ja W on kytketty jännite. Tuloksena olev 5 u4 osoittaa vastakkaiseen suuntaan kuin U-käämi.

Nyt voidaan toteuttaa mielivaltainen jännite kolmelle vaihejohtime jännitevektorina u, kuten kuvassa 3 on esitetty. Tämän jännitteen suoritetaan pulssileveysmodulointi, eli annetussa aikajaksossa muod< ub ja toisessa annetussa aikajaksossa muodostetaan vektori U2, jolloi 10 teellinen pituus osoittaa tuloksena olevan jännite vektorin kulman, ja luuttinen pituus määrää jännitevektorin absoluuttisen arvon, eli tu amplitudin. Pulssileveysmodulointi toteutetaan siten, että tulokseni vektori u pyörii ajasta riippuvalla kulmalla Θ = G)t, joka määrää vaihe ja W muodostetun kolmivaihejännitteen taajuuden. Kolmivaiheji 15 dostamisen tuloksena syntyy virtavektori i, jolla tavallisesti on jänni teen vaihesiirto kulman φ verran, ja joka pyörii samalla taajuudella.

Tämän vuoksi vaihtosuuntaaja voi syöttää kolmivaihekonetta k vaihtovirralla, jonka amplitudia ja taajuutta voidaan säätää, jolloin koneen pyörimisnopeutta ja vääntömomenttia.

• · ,v, 20 Kuten mainittiin, pulssileveysmodulointi toteutetaan muodostamalli I·*·, rusvektoreita u, - 1¾ jaksollisesta jolloin ne vastaavat vaihtosuunte • * ΓΙ mien vastaavia tiloja. Tavallisesti käytetty modulointistrategia on esi I, ** Kuten tästä taulukosta nähdään, vektori toteutetaan sektorissa SI, • * :kytkinsekvenssin u0, tfe, u7, U2, U|, Uo avulla. Vektori uo vastaa tili : 25 teltavana olevat kolme transistoria ovat estotilassa. Tässä tilassa vai] kytketty irti välipiiristä. Seuraavana kytkintilana on u,, jossa transisto torit T5, T6 johtavat, ja jossa transistorit T2 ja T3 ovat estotilassa :***: tilassa jännite vaihejohtimella U on erisuuri kuin nolla, ja välipiirin - 6 jestyksessä, joissa jännite kytketään vaihejohtimille, ja kytkinsekve vektoriin u0, jossa vaihtovirtakone jälleen kytketään irti välipiiristä.

Samalla tavalla voidaan kuvassa 4 esitetyillä kytkinsekvensseillä toti täinen vektori jossain toisessa jännitesektorissa S2 - S6, jolloin tulok 5 sa taulukossa esitetyt välipiirin virrat.

Kuvan 4 mukaiset kytkinsekvenssit vaikuttavat niin, että jokainen tra kytkeytyy päälle ja pois kerran jokaisen kytkinsekvenssin aikana, ja · tilasta toiseen vaatii vain yhden transistorin tilan muutoksen. Toinen tegia, jota myös tavallisesti käytetään, on esitetty kuvassa 5. Tässä ak 10 reiden U2, U4 tai Ug väliin ei sijoiteta mitään nollavektoreita u7, ja ver 2 taulukossa esitettyihin kytkinsekvensseihin nähdään, että jokainen 1 kuljetaan läpi niin, että sekvenssin koko sarjassa on yksi jännitteel venssi johtaa pienempiin häviöihin kytkimissä, koska kytkettävin lukumäärä on pienempi, mutta se johtaa alhaisempaan teholliseen m( 15 teen ja siten suurempiin moottorin häviöihin. Näiden kahden modi välinen valinta on tämän vuoksi mitoituskysymys.

Kuten tähänastisesta selityksestä on käynyt ilmi, kaikissa esitetyissä seissä välipiirin virta liittyy yksiselitteisesti juuri muodostettuun j; Jokaisen kytkinsekvenssin kuluessa välipiirissä voidaan mitata kaksi *:·*: 20 jokainen vaihevirta voidaan mitata kaksi kertaa jokaisen kytkinsekve Tätä seikkaa käytetään hyväksi esillä olevan keksinnön mukaisessa r • « ;···. mässä, jota seuraavassa selitetään kuvan 6 selityksen yhteydessä.

a·· a* a « a a ** Kuva 6 käsittää kaksi käyräryhmää. Ylhäällä on esitetty vaihejohtim : *’ jännitteet, ja alhaalla on esitetty tuloksena olevat vaihevirrat ajan fi

aa· J

V ; 25 matkin käyräryhmät on esitetty kahden modulointijakson ajalta, eli 1 son ajalta, jotka ovat oleellisesti lyhyemmät kuin vaihejohtimien U, > na olevan kolmi vaihe virran perusjakso. Kuvassa esitetään tuloksen :1: tevektorin muodostaminen kuvan 3 sektorissa S6. Toteutettu kytk 7 = O, jonka jälkeen vektorit Uj ja Uj kytketään päinvastaisessa järjes tuloksena välipiirissä on virrat -iv ja iu. Modulointijakso lopetetaan lavektori Uq.

Modulointisekvenssin kuluessa vaihevirta iu mitataan kaksi kertaa,; 5 mitataan kaksi kertaa, aina keskellä sitä aikaväliä, joka liittyy kullois laan. Kuten kuvasta 6 käy ilmi, modulointikuvion symmetrian ansic tausta avulla muodostettujen keskiarvojen parit voidaan liittää m keskipisteeseen. Keskiarvojen muodostaminen tapahtuu prosessoris jolle syötetään aikaan liittyvät tiedot pulssileveysmodulaattorilta 7. 10 virta, joka ei suoraan näy välipiirin virtana, voidaan laskea muodost vojen avulla, koska näiden kolmen vaihevirran summa on nolla.

Kuvan 6 oikealla puolella on esitetty vaihtoehtoinen menetelmä m; tamiseksi. Tässä virrat iu ja -iv mitataan kaksi kertaa jokaisen jännin hetkillä, jotka ovat symmetriset kulloisenkin jännitevektorin kytkem 15 teen suhteen. Näistä kahdesta mitatusta arvosta muodostetaan kes' jännitevektorin osalta, ja lopuksi kytkettyjen jännitevektoreiden e reistä muodostetaan tuloksena oleva keskiarvo. Kuten kuvan 6 vasei olevan toimenpiteen osaltakin tuloksena on virran mittaus, joka voi< dulointijakson keskipisteeseen. Viimeksi kuvattu toimenpide vaatii i . 20 piirit, jos se tehdään analogisella kytkinteknologialla, tai enemmän/ [ / kentatehoa, jos se toteutetaan digitaalisella kytkinteknologialla, mut * * t ' ·' ·' parempi häiriön vaimennus kuin ensin kuvatulla toiminnalla.

• » • 9 • *♦ Käytetyn kytkinteknologian mukaan ohjauspiirit 7, 8, 9 ja 12 voidaai :\ e roprosessoriohjattuna piirinä tai sovelluskohtaisena integroituna pi ]·;·. 25 toimintalohkoja ei ole fyysisesti erotettu toisistaan. Valitsemalla an; • * t sekapiirin menetelmä, myös analogia/digitaali-muunnin 11 voidaar , maan integroituun piiriin.

• i « • · ♦ M· 1 « ·

Claims (3)

8

1. Menetelmä vaihevirtojen (in, iv, iw) mittaamiseksi vaihtosuunta ohjatut puolijohdekytkimet (T1-T6) suuntaavat välipiiristä (4) ot pulssileveysmodulaatiolla kolmivaiheiseksi vaihtojännitteeksi, ja j< 5 mitataan mittaamalla välipiirin virtaa, kun aktiivinen kytkintila lue suhteen välipiirin virran ja vaihevirran välille, tunnettu siitä, että 1 (idc) arvo mitataan modulointijakson (Tsw) samassa aktiivisessa kytkii kahdessa eri tilassa (nh uj; Uö, u^, ja että muodostetaan mitattujen i na oleva keskiarvo.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att värdet av Ström mats flera ganger vid skilda tillfällen (ut, U]; u6, u6) under kopplartillstand, att ett skiit medelvärde bildas av dessa matta värdei separata tillständ, och att man genererar ett medelvärde av resi 5 medelvärde av de skilda medelvärdena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, eti ran arvo mitataan useita kertoja saman aktiivisen kytkintilan jokai (ui, Uj; Uö), että näistä mitatuista arvoista muodostetaan erillinen seen jokaista eri tilaa varten, ja että luodaan tuloksena oleva kesi keskiarvojen keskiarvona.

3. Vaihtosuuntaaja (1) ohjatuin puolijohdekytkimin (T1-T6), j pulssileveysmodulaatiota välipiiristä (4) saatava tasajännitteen vaihto kolmivaiheiseksi vaihtojännitteeksi, ja mittauslaitetta (10) vi hetkellisten arvojen mittaamiseksi, sekä ohjauslaitetta (7) aktivoimiseksi, kun aktiivinen kytkintila muodostaa yksiselite ·:«·: 20 välipiirin virran ja vaihevirran välille, tunnettu siitä, että ohjauslaite ;V: aktivoimaan mittauslaite modulointijakson (Tsw) saman aktiivisen • * ! .···. x3) kahden erillisen tilan (x2, x2’; x3, x3*) aikana, ja että vaihtoi :v, muunnin tuloksena olevan keskiarvon luomiseksi mitatuista arvoista. • 0 « « 00 : *·· Patentkrav »»0 0 0 0 • 0 0 25 1. Förfarande för att mätä fasströmmar (in, iv> iw) i en växelrikti . styrda halvledarkopplare (T1-T6) riktar likströmmen tagen frän en s::.5 med pulsbreddmodulation tili en trefasig växelspänning, och i vilken 9

3. Växelriktare (1) med styrda halvledarkopplare (T1-T6), varvid pulsbreddmodulation för att växelrikta likström i en mellankrets (4) vaxelspänning, och en mätanordning (10) för att mätä de moment; mellankretsens Ström, samt en styranordning (7) för att aktivera mätä 10 det aktiva kopplartillständet bildar en entydig kontakt mellan mellar och fasströmmen, kännetecknad av att styranordningen är planer mätanordningen under tvä skilda tillständ (x2, x2’; X3> X3’) under kopplartillstand (x2, x3) inom en modulationsperiod (Tsw), och innefattar en omvandlare för att generera ett resulterande med 15 uppmätta värdena. • · • » • · · * i · * « • I· « · * « • · » • a · • « « « « • « • » • » • 9Ψ • · Ψ • · » • · • · ♦ • » · M* « «M a «