FI117528B - Jäähdytetty monivaiheinen kuristinkokoonpano - Google Patents

Description

117528 ' '1 . ..

Jäähdytetty monivaiheinen kuristinkokoonpano

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy jäähdytettyihin monivaiheisiin kuristinkokoonpanoi-hin.

5 Vaihtosuuntaajan, kuten esimerkiksi taajuusmuuttajan vaihtosuun taajan, yhteydessä on tunnettua käyttää ns. lähtökuristinta.

Taajuusmuuttajan lähtökuristin rajoittaa muuttajan lähtöjännitteen derivaattaa du/dt suojaten siten taajuusmuuttajan syöttämää laitetta. Kun syötettävä laite on moottori, suojaa lähtökuristin moottorin käämityksiä osittaispur-10 kauksilta ja rajoittaa muuttajan pulssimuotoisen kolmivaihelähtöjännitteen muodostaman yhteismuotojännitteen moottorissa aiheuttamia laakerivirtoja.

Suurivirtaisissa taajuusmuuttajakokoonpanoissa on tunnettua kytkeä kytkinkomponentteja rinnan tarvittavan virtakestoisuuden saavuttamiseksi.

Näin ollen taajuusmuuttajakytkentä voi käsittää kutakin vaihetta kohti useita 15 lähtöhaaroja.

Hakemusjulkaisussa WO 2004/019475 A1 "Vaihtosuuntaajan lähtö-kuristinsovitelma ja menetelmä tämän yhteydessä" on esitetty vaihtosuuntaajan lähtökuristinkokoonpano, jossa kutakin vaihtosuuntaajalähdön vaiheen haaraa kohti on aikaansaatu vastaava kuristinkäämi. Julkaisussa esitetään ko-20 koonpano, jossa kukin vaihe käsittää kolme kuristinkäämiä, jotka on asetettu symmetrisesti kolmion muotoon, jolloin kunkin vaiheen rinnakkaisten haarojen välinen magneettinen kytkentä on pieni ja symmetrinen. Rakenteella, jossa : lähdön kutakin haaraa kohti on aikaansaatu vastaava kuristinkäämi, saadaan ·»· · tasattua lähdön eri haarojen kytkinkomponenttien virtoja, ja helpotettua kytkin- : 25 komponenttien läpisyttymisen valvontaa.

·’.·! Lähtökuristinkokoonpanoa voidaan jäähdyttää siinä syntyvien hävi- • · ♦ *V öiden kehittämän lämmön poistamiseksi. On tunnettua sijoittaa kuristinkäämin i sisälle jäähdytyselementti siten, että jäähdytysaineen virtaus johdetaan kuris- • · ***** tinkäämin sisälle sen ensimmäisestä aksiaalisesta päästä, ja ulos kuristinkää- -i 30 mistä sen toisesta aksiaalisesta päästä. Jäähdytysaine siis virtaa kuristinkää- i min aksiaalisessa suunnassa sen läpi. Kuristinkäämin aksiaalisella suunnalla ··· Σ..,ί tarkoitetaan tässä suuntaa, joka on olennaisesti yhdensuuntainen kuristimen . v. sisään käytössä muodostuvan magneettivuon kanssa.

· · .·’.*, Jäähdytettyjen lähtökuristinkokoonpanojen ongelmana on niiden 35 monimutkaisuus. Kutakin kuristinkäämiä varten täytyy aikaansaada jäähdy- *:”: tyselementti, jolla on sekä tuloliitäntä että lähtöliitäntä jäähdytysainetta varten.

• * · • · · • · * * 117528 2 ; Näin ollen kolmivaiheisessa vaihtosuuntaajakokoonpanossa, jossa on kolme lähtöhaaraa kutakin vaihetta kohti ja yksi kuristinkäämi kutakin haaraa kohti, on kaikkiaan kahdeksantoista jäähdytysaineliitosta. Tällainen kokoonpano vaatii paljon tilaa, ja on monimutkainen ja kallis valmistaa.

5 Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on kehittää kuristinkokoonpano, jolla yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan kuristin-kokoonpanolla, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisessä patenttivaatimuksessa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten pa-10 tenttivaatimusten kohteena.

Keksintö perustuu siihen, että kuristinkokoonpanon kunkin vaiheen ensimmäisen käämin läpi kulkee sama jäähdytyselementti. Keksinnön mukaisen kuristinkokoonpanon etuna on sen yksinkertaisuus. Lisäksi keksinnön mukainen kuristinkokoonpano voidaan suunnitella ulkomitoiltaan vastaavia tun-15 nettuja kuristinkokoonpanoja pienemmäksi.

Kuvioiden lyhyt selostus

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

Kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista kuristin-20 kokoonpanoa ja siihen liitettyjä vaihtosuuntaajan kytkinkokoonpanoja; ja

Kuvio 2 esittää kuvion 1 kuristinkokoonpanon yhteen vaiheeseen lii- 5 • tetyn kytkinkokoonpanon kytkentäkaaviota.

• 1« ( • · · · [ ] Keksinnön yksityiskohtainen selostus • · · /7 Kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista jäähdy- * · · 25 tettyä kuristinkokoonpanoa, joka on kytketty kolmivaiheiseen vaihtosuuntaa- ···” jaan. Vaihtomuuttajan kukin vaihe käsittää kytkinkokoonpanon, jolla on kolme • » « lähtöhaaraa. Kuristinkokoonpanon kukin vaihe käsittää kolme kuristinkäämiä, eli kuristinkokoonpanossa on yhteensä yhdeksän erillistä kuristinkäämiä. Kun- kin vaiheen kuristinkäämit on asetettu symmetrisesti kolmion muotoon siten, :***: 30 että kuristinkäämien keskiviivat ovat keskenään yhdensuuntaisia ja sijaitsevat • · · tasasivuisen kolmion känissä.

» · ·

Kuristinkokoonpano käsittää lisäksi ensimmäisen jäähdytyselemen- • · *···* tin 11, toisen jäähdytyselementin 12 ja kolmannen jäähdytyselementin 13. Ku- ·:*·: kin jäähdytyselementti ulottuu suoraviivaisesti, ja ne ovat keskenään yhden- • · · • · t • t • · 117528 3 suuntaiset. Kunkin jäähdytyselementin ympärille on sijoitettu kolme kuristin-käämiä. Tietyn jäähdytyselementin ympärille asetetut kuristinkäämit on sijoitettu ennalta määrätyn aksiaalisen välimatkan päähän toisistaan. Kunkin käämin johdinkierrokset määrittelevät käämin sisälle putkimaisen käytävän, jossa vas-5 taava jäähdytyselementti ulottuu.

Ensimmäisen jäähdytyselementin 11 ympärille on asetettu ensimmäisen vaiheen U ensimmäinen käämi L1, toisen vaiheen V ensimmäinen käämi L2 ja kolmannen vaiheen ensimmäinen käämi L3. Toisen jäähdytyselementin 12 ympärille on asetettu ensimmäisen vaiheen U toinen käämi L4, toi-10 sen vaiheen V toinen käämi L5 ja kolmannen vaiheen toinen käämi L6. Kolmannen jäähdytyselementin 13 ympärille on asetettu ensimmäisen vaiheen U kolmas käämi L7, toisen vaiheen V kolmas käämi L8 ja kolmannen vaiheen W kolmas käämi L9.

Niiden kuristinkäämien, jotka on asetettu tietyn jäähdytyselementin 15 ympärille, keskiviivat sijaitsevat samalla suoralla. Esimerkiksi kuristinkäämien L1, L2 ja L3 keskiviivat sijaitsevat samalla suoralla.

Kuviossa 1 kuristinkäämit ovat poikkileikkaukseltaan pyöreitä, jolloin niiden keskiviivat ovat myös niiden symmetria-akseleita. Kunkin kuristinkäämin keskiviiva on aiemmin esitetyn määritelmän perusteella yhdensuuntainen ky-20 seisen käämin aksiaalisen suunnan kanssa. |

Kukin jäähdytyselementti 11, 12 ja 13 käsittää jäähdytysainekana-van, jossa kuristinkokoonpanoa käytettäessä virtaa jäähdytysainetta. Jäähdy-tysaine voi olla nestemäistä tai kaasumaista.

• · j Kuristinkokoonpanoa käytettäessä ensimmäisen jäähdytyselementin *:*: 25 11 sisällä kulkee ensimmäinen jäähdytysainevirtaus f 1, toisen jäähdytysele- mentin 12 sisällä kulkee toinen jäähdytysainevirtaus f2 ja kolmannen jäähdy- • tyselementin 13 sisällä kulkee kolmas jäähdytysainevirtaus f3. Kutakin jäähdy- * · · · tyselementtiä vastaava jäähdytysainevirtaus johdetaan kyseisen jäähdy- "··. tyselementin sisälle sen ensimmäisestä aksiaalisesta päästä, ja ulos sen toi- • · 30 sesta aksiaalisesta päästä.

. Ensimmäisen jäähdytyselementin jäähdytysainevirtaus f1 kulkee ku- • · · *;;;’ ristinkäämien L1, L2 ja L3 läpi. Vastaavasti virtaus f2 kulkee kuristinkäämien :···: L4, L5 ja L6 läpi ja virtaus f3 kuristinkäämien L7, L8 ja L9 läpi.

:V: Jäähdytyselementit 11, 12 ja 13 ovat osa kuristinkokoonpanon " • · .**·. 35 jäähdytysjärjestelmää. Kukin jäähdytyselementti on sovitettu liitettäväksi jääh- ♦*. dytysjärjestelmän muihin osiin jäähdytyselementin ensimmäiseen aksiaaliseen * · *· ♦ * « ♦ ♦ · • · 117528 4 päähän aikaansaatavan ensimmäisen jäähdytysaineliitoksen ja jäähdytysele-mentin toiseen aksiaaliseen päähän aikaansaatavan toisen jäähdytysaineliitoksen välityksellä.

Kuvion 1 mukainen jäähdytetty kuristinkokoonpano on sovitettu lii-5 tettäväksi jäähdytysjärjestelmän muihin osiin kuudella jäähdytysaineliitoksella.

Vastaavassa tunnetun tekniikan mukaisessa kuristinkokoonpanossa jäähdy-tysaineliitoksia tarvitaan kaksi kutakin kuristinkäämiä kohti, eli yhteensä kahdeksantoista.

Kuristinkokoonpanon jäähdytysjärjestelmä voi käsittää pumpun 10 jäähdytysaineen virtauksen aikaansaamiseksi.

Kunkin kuristinkäämin sisälle on aikaansaatu vastaava rau-tasydänelementti 15. Kukin rautasydänelementti 15 sijaitsee vastaavan jäähdy-tyselementin ympärillä. Eri kuristinkäämien rautasydänelementit 15 on erotettu toisistaan ilmaväleillä 16, jolloin rautasydänelementtien 15 välinen magneetti-15 nen vastus on suuri.

Kunkin kuristinkäämin ensimmäinen pää on liitetty vaihtosuuntaajan vastaavan kytkinkokoonpanon vastaavaan lähtöhaaraan. Ensimmäisen vaiheen U ensimmäisen kuristinkäämin L1 ensimmäinen pää on siis liitetty vaihtosuuntaajan ensimmäisen kytkinkokoonpanon S1 ensimmäiseen lähtöhaa-20 raan U1, kuristinkäämin L4 ensimmäinen pää on liitetty kytkinkokoonpanon S1 toiseen lähtöhaaraan U2, ja kuristinkäämin L7 ensimmäinen pää on liitetty kytkinkokoonpanon S1 kolmanteen lähtöhaaraan U3. Toisen vaiheen V kuristin-käämit L2, L5 ja L8 on liitetty vastaavalla tavalla ensimmäisistä päistään vaih-: tosuuntaajan toisen kytkinkokoonpanon $2 ensimmäiseen V1, toiseen V2 ja ϊ *:* : 25 kolmanteen V3 lähtöhaaraan, ja kolmannen vaiheen W kuristinkäämit L3, L6 ja L9 on liitetty vastaavasti ensimmäisistä päistään vaihtosuuntaajan kolmannen : kytkinkokoonpanon S3 ensimmäiseen W1, toiseen W2 ja kolmanteen W3 läh- • · · · töhaaraan.

.···. Kunkin vaiheen kuristinkäämien toiset päät on yhdistetty, jolloin ku- • · 30 ristinkokoonpanolla on vain yksi lähtö kutakin vaihetta kohti. Ensimmäisen vaiheen U kuristinkäämien L1, L4 ja L7 toiset päät on siis yhdistetty vaiheen U lähdöksi, toisen vaiheen V kuristinkäämien L2, L5 ja L8 toiset päät on yhdistet- • *·"1 ty vaiheen V lähdöksi, ja kolmannen vaiheen W kuristinkäämien L3, L6 ja L9 :V: toiset päät on yhdistetty vaiheen W lähdöksi.

:***: 35 Kuvio 2 esittää kuvion 1 kuristinkokoonpanon ensimmäiseen vai- • · · heeseen U liitetyn kytkinkokoonpanon S1 kytkentäkaaviota. Kytkinkokoonpano • · * * • · t • · · 5 1 1 7528 S1 käsittää kolme rinnakkaista kytkinparia, joita ohjataan samanaikaisesti tarvittavan lähtövirran aikaansaamiseksi. Ensimmäisen kytkinparin muodostavat kytkimet T1 ja T2, toisen kytkinparin muodostavat kytkimet T3 ja T4, ja kolmannen kytkinparin muodostavat kytkimet T5 ja T6.

5 Kunkin kytkimen rinnalle on liitetty vastaava nolladiodi. Kytkintä T1 vastaa nolladiodi D1, kytkintä T2 vastaa nolladiodi D2, ja niin edelleen. Kunkin kytkinparin lähtö, joka sijaitsee kyseisen kytkinparin kytkimien välisessä pisteessä, on liitetty kytkinkokoonpanon vastaavaan lähtöhaaraan. Esimerkiksi kytkimien T1 ja T2 välinen piste on liitetty lähtöhaaraan U1.

10 Kytkinkokoonpanon S1 tuloon tuodaan tasajännite Udc, joka vaihto- suunnataan kytkinkomponenttien T1 - T6 avulla tavalla, joka on alalla täysin tunnettu. Kytkinkomponentit T1 - T6 voivat olla esimerkiksi IGBT-transistoreja. Kytkinkokoonpanot S2 ja S3 ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin kytkinko-koonpano S1.

15 Keksintöä on selitetty edellä liittyen kolmivaiheiseen kuristinkokoon- panoon, joka käsittää kolme kuristinkäämiä kutakin vaihetta kohti. On kuitenkin selvää, että keksintöä voidaan soveltaa myös sellaisessa yhteydessä, jossa kuristinkokoonpanon vaiheluku tai kuristinkäämien määrä vaihetta kohti poikkeaa kolmesta.

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

• · · • · « *** * • · • · • # · • ♦· ··*, ·♦···· • ♦ • · ♦ * · · *·· · ··· ··«· ...

··* • * ♦ · • · · ' • · · * · ♦ • · * • · • · • · · • : * · 1 • · · "'ή * * *·« ' ’ .

• · • · ··♦ . - \ • ·. -¾ ····· • · 1 · ···.

• · • ·

Claims (9)

117528

1. Jäähdytetty monivaiheinen kuristinkokoonpano, joka käsittää ensimmäisen käämin (L1,L2,L3) kutakin vaihetta (U,V,W) kohti, sekä ensimmäi-5 sen jäähdytyselementin (11), kunkin ensimmäisen käämin (L1,L2,L3) käsittäessä useita johdinkierroksia siten, että johdinkierrokset määrittelevät kunkin käämin (L1,L2,L3) sisälle olennaisesti putkimaisen käytävän, t u n n e tt u siitä, että ensimmäinen jäähdytyselementti (11) ulottuu kunkin ensimmäisen käämin (L1,L2,L3) putkimaisessa käytävässä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuristinkokoonpano, tunnet tu siitä, että ensimmäinen jäähdytyselementti (11) käsittää jäähdy-tysainekanavan, joka on sovitettu vastaanottamaan viilaavaa jäähdytysainetta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kuristinkokoonpano, tunnettu siitä, että ensimmäinen jäähdytyselementti (11) on sovitettu sellaiseksi, että 15 kokoonpanoa käytettäessä kunkin ensimmäisen käämin (L1,L2,L3) sisällä kulkee sama jäähdytysainevirtaus (f1).

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuristinkokoonpano, tunnettu siitä, että ensimmäinen jäähdytyselementti (11) on sovitettu käsittämään ainoastaan kaksi jäähdytysaineliitosta.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuristinkokoon pano, tunnettu siitä, että ensimmäinen jäähdytyselementti (11) ulottuu olennaisesti suoraviivaisesti, jolloin ensimmäisten käämien (L1,L2,L3) keskivii- : .·. vat sijaitsevat olennaisesti samalla suoralla. * · ·

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuristinkokoon- • · . 25 pano, tunnettu siitä, että kuristinkokoonpano lisäksi käsittää toisen / (L4,L5,L6) ja kolmannen (L7,L8,L9) käämin kutakin vaihetta (U,V,W) kohti, se- • * · kä toisen (12) ja kolmannen (13) jäähdytyselementin, jolloin toinen jäähdy-···· tyselementti (12) ulottuu toisten käämien (L4,L5,L6) sisällä ja kolmas jäähdy- tyselementti (13) ulottuu kolmansien käämien (L7,L8,L9) sisällä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kuristinkokoonpano, t u n n e t- :.·[ϊ tu siitä, että kunkin vaiheen (U) ensimmäinen (L1), toinen (L4) ja kolmas (L7) käämi on sijoitettu symmetrisesti niin, että niiden keskiviivat ovat yhdensuun-täiset ja sijaitsevat tasasivuisen kolmion kärjissä. • · ·

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen kuristinkokoonpano, • · *·;** 35 tunnettu siitä, että kunkin vaiheen (U) käämien (L1,L4,L7) toiset päät on 9 ***** .' • · · • · · • * 9 m 117528 ' yhdistetty, jolloin kuristinkokoonpanolla on vain yksi lähtö kutakin vaihetta kohti.

9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuristinkokoon-pano, tunnettu siitä, että kuristinkokoonpano on kolmivaiheinen. • · a a a • · · · a a a a **« a • · • a • a · • »· • · * a • 1 1 • · · • · · · a aaa a Mia • aa • a «a • a1 a • a a • a a • a a «a » • a a a a a a a aa a a a • · a aa a a aa ..·! •a a a a . · · a • . a a a a a a · a i • a a a 117528