FI119406B - Menetelmä ja järjestely taajuusmuuttajan yhteydessä - Google Patents

Description

119406

Menetelmä ja järjestely taajuusmuuttajan yhteydessä

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on itsenäisten patenttivaatimusten johdanto-osien mukaiset menetelmä ja järjestely taajuusmuuttajan kommutointi-5 viiveen mittaamiseen.

Taajuusmuuttajatekniikkaan perustuvissa sähkökoneen ohjausmenetelmissä on yleensä tavoitteena saada taajuusmuuttajan lähtöjännite tietyn ohjearvon suuruiseksi, jotta käyttäjän antama momentti-, vuo-, taajuus- tai jokin muu ohjearvo toteutuisi. Jännitteen ohjearvo voi siten 10 olla peräisin esimerkiksi virta- tai skalaarisäätäjältä, jolloin alimpana säätöluuppina on aina jännitesäätäjä. Joissakin tapauksissa varsinaista jännitesäätäjää ei tarvita, kuten esimerkiksi suoraan vääntömomentin säätöön perustuvissa menetelmissä, mutta tällöinkin keskimääräisen jännitteen toteutuminen yhden säätöjakson tai jännitepulssin aikana tulisi tuntea 15 mahdollisimman tarkasti, jotta konetta voitaisiin ohjata optimaalisesti. Niinpä moottorisäädön hyvä suorituskyky vaatii yleensä kunnollisen jännitetakaisinkytkennän.

Yleensä taajuusmuuttajan hetkellinen lähtöjännite päätellään kytkinasennon ja mitatun välipiirijännitteen perusteella. Keskimääräisen 20 lähtöjännitteen suuruus riippuu kuitenkin vaihekohtaisten jännitepulssien todellisista pituuksista, jotka voivat vaihdella kuolleesta ajasta riippuen. Niinpä pulssipituudet tulee mitata kuolleen ajan vaikutuksen eliminoimiseksi.

Mittauksessa käytetään yleensä komparaattoripiiriä, joka vertaa vaihejännitettä : :*; esimerkiksi DC-jännitteen puolikkaaseen. Tällöin keskimääräinen jännite tulee ··· · : 25 oikein lasketuksi, jos todellinen jännite muuttuu lineaarisesti (tai erittäin nopeasti) nousevan ja laskevan reunan aikana. Tilannetta on havainnollistettu • · kuvassa 1, jossa todellinen jännitepulssi vastaa pinta-alaltaan komparaattorin generoimaa signaalia (katkoviiva).

*lil Käytännössä jännite ei aina muutu lineaarisesti kytkimen käännön • · *·;·* 30 aikana. Ongelma esiintyy varsinkin silloin, kun kommutoivan vaiheen virta on :Y: lähellä nollaa, jolloin jännitteen muuttuminen voi olla hyvinkin epämääräistä.

;***: Tällöin lähtöjännitteen komparointi DC-jänniteen puolivälin perusteella voi t.\ . johtaa huomattavan suureen virheeseen toteutuneen pulssipituuden ** tulkinnassa. Esimerkiksi kuvan 2 tapauksessa todellisen jännitepulssin pinta- 35 ala on selvästi pienempi kuin komparaattorin generoiman signaalin (katkoviiva) avulla voisi päätellä.

119406 2

Hetkellisen vaihejännitteen komparoinnilla ei siten voida aina luotettavasti päätellä keskimääräisen lähtöjännitteen suuruutta. Käytännössä tämä on havaittavissa kuudentena yliaaltona momentissa ajettaessa pientä nopeutta (<30rpm), jolloin akselin liike on usein silmin nähden nykivää, jos 5 nopeussäätäjää ei ole viritetty kireäksi. Ongelmakohdat eli sektorinvaihdot, joissa jonkin vaiheen virta käy nollassa, näkyvät selvästi akselilla.

Vaihejännitteen komparointiin liittyvä ongelma luonnollisesti pahenee, kun kytkentätaajuutta kasvatetaan. Tämä merkitsee, että suuremmilla kytkentätaajuuksilla (>8kHz) moottorisäädön suorituskyvystä 10 täytyy tinkiä, mikäli jännitetakaisinkytkentä perustuu edellä esitettyyn perinteiseen komparointimenetelmään.

Komparointiin liittyvä ongelma voitaisiin välttää mittaamalla keskimääräinen vaihejännite esimerksi analogiaintegraattoreiden ja AD-muuntimien avulla. Tällaisen tekniikan ongelmana on mm. hinta sekä 15 analogiakomponenttien offset- ja gain virheet.

Yllä esitetty ongelma on aikaisemmin tunnettu, ja ongelmaa poistamaan tai sen vaikutuksia pienentämään on esitetty useita menetelmiä. Esimerkiksi julkaisussa US 5,206,802 esitetään menetelmä ja laite kytkin komponenttien kuolleen ajan kompensoimiseksi. Julkaisun 20 menetelmässä lasketaan erillinen kompensoinnin suorittamiseen tarvittava jännite, joka edelleen lisätään jänniteohjeeseen.

Julkaisussa US 4,547,719 puolestaan mitataan vaihtosuuntaajan lähdön jännitteitä, ja näistä jännitteistä muodostetaan takaisinkytkentäsignaali kuolleen ajan kompensoimiseksi.

25 Tunnettujen ratkaisuiden ongelmaksi muodostuu niiden : monimutkaisuus ja kustannusten lisääntyminen mittausten ja ··· · .***. takaisinkytkentöjen vuoksi.

·«·

Keksinnön lyhyt selostus • · * *£* Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja jär- *·«' 30 jestely, jotka välttävät edellä mainitut epäkohdat, ja mahdollistavat hetkellisen vaihejännitteen määrittämisen luotettavasti ja ilman kalliita komponentteja.

·***; Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä ja .*. laitteella, joille on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisten patenttivaati- • « « *· *j musten 1 ja 8 tunnusmerkkiosissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat * : 35 epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteina.

3 119406

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että mitataan tarkasti sellaisen kuvitteellisen DC-jännitteen suuruisen jännitepulssin pituus, jonka pinta-ala on todellisen jännitepulssin suuruinen ja jonka nousu- ja laskunopeudet ovat äärettömän suuria. Tällaisen jännitepulssin pituuden sekä DC-jännitteen suuruu-5 den perusteella voidaan edelleen laskea todellisen vaihejännitteen tarkka keskiarvo kaikissa tilanteissa. Keksinnössä jännitepulssin aikaintegraalin mittaus muunnetaan yksinkertaisten ja edullisten analogiakomponenttien avulla ajan-mittaukseksi, joka puolestaan on yksinkertainen toteuttaa digitaalisesti.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan määrittää 10 luotettavasti todellisen vaihejännitteen tarkka keskiarvo kaikissa tilanteissa ja toimintatiloissa käyttäen yksinkertaista menetelmää ja laitetta.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: 15 Kuvio 1 esittää vaihejännitteen komparointia ideaalisen jännitepuls sin yhteydessä tunnetun tekniikan mukaisesti;

Kuvio 2 esittää vaihejännitteen komparointia epäsäännöllisen jännitepulssin yhteydessä tunnetun tekniikan mukaisesti;

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan kyt-20 kennän periaatteellista kuvausta;

Kuvio 4 esittää signaalikaaviota kuvion 3 kytkennän toiminnasta; Kuvio 5 esittää ideaalisen ja todellisen jännitepulssin vertailua;

Kuvio 6 esittää tyypillisen kytkennän, jonka yhteydessä keksintöä • :*· sovelletaan; ja *·· t : .·. 25 Kuvio 7esittää keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan kyt- "··! kennän vaihtoehtoista suoritusmuotoa.

• · ···

Keksinnön yksityiskohtainen selostus • · ’·*.* Kuvion 3 kytkentä esittää periaatteellisella tasolla keksinnön • · · mukaisen menetelmän ja järjestelyn toimintaa. Kuviossa 3 esitetty kytkentä :y. 30 perustuu tasajännitevälipiirin alemman jännitetason eli miinuskiskon • · .···. potentiaalissa (0V) tapahtuvaan mittaukseen, jossa tasajännitevälipiirin ,**\ jännitettä eli DC-jännitettä Udc ja vaihejännitteitä Ua skaalataan käyttäen '•'*i vastuksia Ri ... R6 siten, että skaalauskerroin on sama kummallekin jännitteelle, eli 35 119406 4 + /?2 + Ä3 + /?4 Ä5 + /i6

Toisin sanoen mikäli vaihejännite Ua ja välipiirin jännite Udc olisivat saman suuruiset, olisi myös ensimmäisen resistanssi Ri ja toisen resistanssin R2 sekä 5 viidennen resistanssin R5 ja kuudennen resistansin R6 välisten pisteiden jännite saman suuruinen. Tämä skaalaaminen toteutetaan siis kuviossa 3 esitetyllä tavalla käyttäen resistiivistä jännitteenjakoa. On huomattava, että kuviossa 3 on esitetty selvyyden vuoksi ainoastaan yhden vaiheen kytkentä. On kuitenkin selvää, että jokaista vaihetta kohden voidaan suorittaa 10 samanlainen kytkentä.

Merkitään skaalauskertoimeksi k, jolloin R5+R6 15 Kytkennän toimintaa kuvaava signaalikaavio on esitetty kuviossa 4.

Aluksi kuviossa 3 esitetyn a-vaiheen lähdön kytkinkomponenttia ohjaava kytkinohje SWa_ref on nollassa ja transistori T1 ohjattu johtavaksi ajastuslogiikkapiirin tuottamalla ohjaussignaalilla G1 (G1>0), jolloin kondensaattorin C2 jännite on nolla. Hetkellä toi kytkinohje SWa ref vaihtaa ·:·: 20 tilaansa ohjaten a-vaiheen lähdön kytkinkomponenttia johtavaan tilaan ja • .*. samalla ajastuslogiikkapiiri ohjaa transistorin T1 johtamattomaksi (G1=0). ··· .·*·. Tämän jälkeen vaihejännite Ua alkaa kasvaa, minkä seurauksena kondensaattori C2 alkaa latautautua vastuksien R5 ja R6 sekä kondensaattorin • * · “V C2 muodostaman aikavakion mukaisesti.

• · · * 25 Hetkellä ti jännite Uc2 saavuttaa alemman referenssijännitteen Urefi.

• · *·*·* jolloin vertailuelimen, kuten komparaattorin M1 lähtö S1 muuttuu nollasta maksimiarvoonsa. Tällöin referenssijännitteelle Urefi pätee: • · · * · · V (1) iV; 2 '0.

:*··; 30 • * · .* . missä R edustaa viidennen resistanssi R5 ja kuudennen resistanssin Re • · · *· *| rinnankytkennän suuruista resistanssia, eli • · 119406 5 β _

Rs +R6

Kun vastukset R2, Raja R4 sekä kondensaattori C2 on valittu siten, että Urefi « kUoc ja RC2 » ti - toi. niin tällöin vaihejännitteen muuttuessa 5 aikavälillä t0i ... ti on kondensaattorin jännite on huomattavasti pienempi kuin kUaja yhtälöstä (1) voidaan approximoida: υ«'=Έδ;)υ·ώ (2) 1 *01 10 Vaihejännitteen integraali aikavälillä toi... t| siis on (3) / k hi

Oletetaan että todellista vaihejännitettä vastaava ideaalinen 15 jännitepulssi, jonka amplitudi on DC-jännitteen suuruinen, alkaa hetkellä td (kuvio 5). Jotta ideaalisen- ja todellisen jännitepulssin pinta-alat olisivat samat aikavälillä toi... on yhtälön (3) nojalla ajanhetkelle td oltava voimassa •

·**· '1 jic TT

..·. U^-^)= )u.& = ,

··· .K

*01 ··· 1 : 20 • · ϊ.ϊ : joten td on • · · • · · !’"! --^-RC, (4) el 1 kUDC 1 R2+R3+R4 2 • · • « · • · * • » .**·. 25 Eli ideaalisen jännitepulssin nousuhetken td laskemiseksi riittää, ··· .·. että mitataan komparaattorin signaalin S1 nousevan reunan ajanhetki ti, jolloin • · · td saadaan vähentämällä tästä ajasta kytkennän komponenttiarvoista riippuva *...: vakio.

·*·.: Laskevan reunan mittaamiseksi täytyy kondensaattori C2 ladata • · 30 edullisesti ensin DC-jännitettä vastaavaan arvoon, eli vertailuarvoon kUDc· Kondensaattorin C2 jännite, eli alipäästösuodatettu skaalattu vaihejännite Uc2 119406 6 asettuisi kyllä luonnostaan tähän arvoon, jos jännitepulssi olisi riittävän pitkä integraattorina toimivan alipäästösuotimen aikavakioon RC2 verrattuna. Käytännössä minimipulssipituudet ovat kuitenkin usein liian pieniä, jotta tämä Uc2:n pysyvän tilan arvo saavutettaisiin riittävällä tarkkuudella jokaisen 5 vaihelähdön kytkimen käännön jälkeen. Niinpä tällainen alustaminen on yleensä tarpeen. Tämä tehdään keksinnön suoritusmuodon mukaisesti ohjaamalla transistori T2 johtavaan tilaan hilaohjeen G2 avulla ajanhetken ti jälkeen ennen seuraavaa laskevaa reunaa.

On huomattava, että kondensaattorin Ci tulee olla arvoltaan paljon 10 suurempi kuin kondensaattori C2, jotta C2:n latauksessa tarvittava virta ei vaikuttaisi merkittävästi kondensaattorin Ci jännitteeseen ja siten referenssijännitteisiin Urefi ja Uref2· Vaihtoehtoisesti kondensaattorin C1 jännitteen putoaminen voidaan estää puskuroimalla kondensaattorin yli vaikuttavaa jännitettä esimerkiksi sopivalla operaatiovahvistinkykennällä tai 15 jollain muulla jänniteseuraajalla.

Hetkellä t02 kytkinohje SWa_ref nollataan ja samalla transistori T2 ohjataan johtamattomaksi (G2-0). Tämän jälkeen vaihejännite Ua alkaa laskea, minkä seurauksena kondensaattori C2 purkautuu aikavakion RC2 mukaisesti. Hetkellä t2 jännite Uc2 laskee ylemmän referenssijännitteen Uref2 20 alapuolelle, jolloin komparaattorin M2 lähtö S2 nollautuu. Tällöin jännitteelle Uret2 pätee • · : rr . TT 1 \ur2-kUa , ::: uref2 = kuDCJ °dt (5)

t · C2 't R

··· • · * · « • · · : 25 Kun toinen resistanssi R2, kolmas resistanssi Raja neljäs resistanssi • m · R4 sekä toinen kondensaattori C2 on valittu siten, että kUoc - Uref2 « kUoc ja • · · RC2 » t2 - to2f niin tällöin vaihejännitteen muuttuessa aikavälillä t02 ... t2 voidaan kondensaattorin jännitettä approksimoida vakioarvolla kUoc yhtälön • · · m'.l' (5) integraalia laskettaessa, sillä kondensaattorin jännite alenee huomattavasti T* 30 hitaammin kuin vaihejännite. Yhtälön (5) likiarvoistuksena saadaan näin: ♦ · • ♦ # • · · • · **"· 1 %kTT —kTJ f t —t Λ k % υκη = kUDCf ^ KU°dt = WDC +— \uadt ref2 DC C2 · R { rc2 J dc rc2 J a • · « i ‘02 V * ✓ i «02 • M • « • «

Vaihejännitteen integraali aikavälillä to2... t2 siis on 119406 7 h nr' }u,dt —f-t/*,-(ÄC2-(i2-ta)px

toi K

Oletetaan, että todellista vaihejännitettä vastaava edellä mainittu 5 ideaalinen jännitepulssi, jonka amplitudi on DC-jännitteen suuruinen, päättyy hetkellä t^ (katkoviiva kuviossa 5). Jotta ideaalisen- ja todellisen jännitepulssin pinta-alat olisivat samat myös aikavälillä toa ·· t2, on ajanhetkelle tC2 oltava voimassa

% RC

10 M'.,-<«,) = .

toi k joten ajanhetkelle tc2 saadaan (.,=(, +——-ÄC,=i,--^-RC, (6) “ 2 k Ux 2 2 R,+R,+R, 2 15

Yhtälöiden (4) ja (6) perusteella ideaalisen jännitepulssin pituus siis on tel =*!-*,--Rl~R* RC2 , (7) c2 C1 2 1 R2+R, + R< 2’ ·*· 20 jolloin keksinnön menetelmän ja järjestelyn mukaisesti ideaalisen ·,·*· jännitepulssin pituus voidaan laskea ajanhetkien t-ι ja t2 sekä referenssijännitteiden valinnasta riippuvan vakiotermin perusteella.

Käytännössä on järkevää valita referenssijännitteet Ur0fi ja Uref2 ··· siten, että Urefi = kUDc - Uref2, mikä merkitsee, että vastuksien R2 ja R4 tulee 25 olla yhtäsuuria. Tällöin kuvan 3 komponenttiarvoista riippuva termi häviää .*··. yhtälöstä (7), eli saadaan • ♦ ··· •\0 tc2-tcx=h-tx (8) ·#· • · • · • · · .*!: 30 Toisin sanoen, sellaisen DC-jännitteen suuruisen ideaalisen • ·· jännitepulssin pituus, jonka pinta-ala on todellisen jännitepulssin suuruinen, t · voidaan laskea komparoimalla alipäästösuodatettua jännitettä kuvan 3 119406 8 kytkennän mukaisesti. Tällöin alipäästösuodatetulle jännitepulssille saatu pituus vastaa ideaalisen jännitepulssin pituutta, eli keskimääräinen vaihejännite voidaan laskea suoraan kaavasta: 5 u = ^-ΐίΐ[/ , (9) missä T on kyseisen jännitepulssin sisältävä a-vaiheen yksi modulointijakso.

Käytännössä vaihejännitteen keskiarvon laskenta perustuu edullisimmin yhtälöön (9), joten tässä esitetty menetelmä ei välttämättä vaadi 10 tyypillisesti käytettyihin moottorisäädön algoritmeihin mitään muutoksia.

Keksinnön mukaisesti määritetään siten ajat t| ja t2 kuvion 3 mukaisen kytkennän avulla sen sijaan, että käytettäisiin perinteistä vaihejännitteen hetkellisarvoihin perustuvaa komparointia. Toisin sanoen, näitä keksinnön mukaisesti määritettyjä aikoja käytetään korvaamaan aikaisemmin 15 vaihejännitteen hetkellisarvosta määritetyt ajat.

Kuviossa 3 on esitetty ajastuslogiikan 31 käyttäminen kytkinten T1 ja T2 ohjaamiseksi kondensaattorin C2 alustamiseksi. Ajastuslogiikka saa tuloinaan kytkinohjeen SWa_ref sekä vertailuelinten M1 ja M2 lähdöt S1 ja S2.

Ajastuslogiikan toimintaa kuvataan tarkemmin seuraavassa viitaten kuvioihin 3 20 ja 4 yhden pulssin ajalta. Hetkellä toi vaihelähdön kytkinkomponettia ohjaava ·:··: kytkinohje SWa_ref muuttaa tilansa ylös, jolloin ajastuslogiikka 31 siirtää . .*. lähiöstä G1 alas ja siirtää siten kytkimen T1 estävään tilaan. Tämä saa aikaan sen, että vaihelähdön nouseva jännite alkaa ladata kondensaattoria C2.

·"·. Kondensaattorin C2 jännite nousee ja se ylittää ensimmäisen • * · j'V 25 referenssijännitteen Urefi, jolloin komparaattori M1 muuttaa lähtönsä S1 tilan ::i.: ylös. Tätä jännitteiden ylityshetkeä on merkitty kuviossa 3 ensimmäisellä • · '**·* ajanhetkellä ti.

Kun ajastuslogiikka havaitsee signaalin S1 nousemisen, se ohjaa • · \v lähtönsä G2 ylös pienen viiveen jälkeen. Ylhäällä oleva lähtö G2 ohjaa ··· 30 kytkimen T2 johtavaan tilaan, jolloin kondensaattori C2 varautuu jännitteeseen ;v. kUoc- Kondensaattorin C2 varautuessa sen jännite ylittää myös toisen .···. referenssijännitteen IW, joten myös komparaattorin M2 lähtö S2 nousee ylös.

• · 'V Seuraavaksi hetkellä to2 kytkinohje SWa ref muuttaa tilansa alas, ja V*: ohjaa vaiheen a lähdön kytkintä vastaavasti. Kun ajastuslogiikka havaitsee 35 mainitun kytkinohjeen tilan muuttumisen, se ohjaa lähdöllään G2 kytkinkomponentin T2 estävään tilaan, jonka ansiosta kondensaattorin C2 119406 9 jännite Uc2 alkaa pienentyä. Kondensaattorin purkautuessa niin, että jännite Uc2 muuttuu pienemmäksi kuin toinen referenssijännite IW, muuttaa toinen komparaattori M2 lähtönsä tilan alas. Tämä on esitetty kuviossa 4 tapahtuvan toisella ajanhetkellä t2. Kun ajastuslogiikka havaitsee tämän muutoksen, 5 muuttaa se pienen hetken kuluttua lähtönsä G1 ylös, ja ohjaa siten kytkintä T1 purkamaan kondensaattorin C2 varauksen. Kondensaattorin C2 jännitteen Uc2 pudotetessa ensimmäisen referenssijännitteen Urefi alapuolelle komparaattorin M1 lähtö S1 siirtyy alas. Näin ajastuslogiikka on valmis toimimaan seuraavan pulssin yhteydessä vastaavalla tavalla.

10 Kuviossa 3 on edelleen esitetty pulssipituuden mittauslohko 32.

Tämä mittauslohko saa sisääntulonaan komparaattoreiden M1 ja M2 lähdöt S1 ja S2. Mittauslohko laskee ajanhetkien ti ja t2 välisen eron, eli signaalin S1 nousevan reunan (= ti) ja signaalin S2 laskevan reunan (= t2) välisen ajan

Kuviossa 3 on esitetty lohko 33, joka laskee keskimääräisen 15 vaihejännitteen Ua_ave jo aikaisemmin kuvaillulla tavalla.

On huomattava, että kuvion 3 kytkentä on vain esimerkinomainen ja se tilalla voitaisiin käyttää myös esimerkiksi operaatiovahvistimiin perustuvaa kytkentää saman idean toteuttamiseksi. Kondensaattorin C2 initialisoinnissa tarvittavat transistorit ja niiden ohjauslogiikka voidaan myös jättää pois, mikäli 20 aikavakio RC2 voidaan valita riittävän lyhyeksi minimipulssipituuteen verrattuna. Optimaalisessa tilanteessa aikavakion tulee olla kuitenkin sellainen, ***** että kondensaattorin jännite saavuttaa referenssijänniteen Urefi tai Uref2 vasta ϊβϊ1: sen jälkeen, kun vaihejännite on jo asettunut pysyvän tilan arvoonsa.

:***· Kuviossa 3 esitetyssä suoritusmuodossa mittaukset toteutetaan

«M

* .1. 25 jännitevälipiirin alemman jännitetason potentiaalissa. On kuitenkin selvää, että ··· · : .·. mittauksen suorittaminen voidaan toteuttaa mielivaltaisessa potentiaalissa !··[ välillä Uref2 - Urefi ·· Udc - (Uref2 - Urefi)· Kuviossa 7 on esitetty suoritusmuoto, jossa mittaus on toteutettu välipiirin alemmasta potentiaalista poikkeavassa . . potentiaalissa Uref. Kuvion 7 erona kuvion 3 suoritusmuotoon on se, että • · t 30 resistanssit Ri ja R3 sekä kondensaattori Ci on jaettu kahteen osaan Ria, Rib *·· J3 R3ai R3b j3 Cia, Cib- ϊ V: Kun mittauspotentiaaliksi Uref valitaan Uref = Udc/2, saadaan jaettujen .'2. resistanssien arvoiksi suhteessa kuviossa 3 esitettyyn seuraavaa ··· j 35 Ria = Rib = R1/2 2 R3a = R3b = R3/2 119406 10

Kondensaattorien arvot voidaan puolestaan valita esimerkiksi siten, että Cia = Cib = Ci. Kuten edellä mainittiin, mittauspotentiaali Uref voidaan valita mielivaltaisesti edellä annettujen rajojen sisällä. Jännitteenjaon 5 toteuttavan resistanssiketjun resistanssien suuruudet tulee luonnollisesti valita käytettävän mittauspotentiaalin vaatimalla tavalla. Mittauspotentiaalin tuottaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi erillisellä jännitesäätäjällä tiettyyn kiinteään arvoon suhteessa jännitevälipiirin ylempään ja alempaan potentiaaliin. Kuvion 7 kytkennän toiminnan tarkempi selvittäminen ei ole 10 välttämätöntä, sillä toiminta vastaa oleellisilta osiltaan kuvion 3 yhteydessä selitettyä toimintaa.Kuviossa 6 keksinnön mukainen järjestely on esitetty tyypillisessä ympäristössä, eli osana moottoria ohjaamaan sovitetun taajuusmuuttajan ohjainpiiristöä. Kuviossa on esitetty periaatteellisella tasolla taajuusmuuttajan tasasuuntausosa 61, tasajännitevälipiiri 62 ja lähdön 15 kytkinkomponentit eli vaihtosuuntausosa 63. Kuviossa on edelleen esitetty, kuinka kuvioissa 3 tai 7 esitetty piiristö on sijoitettu lohkoon 64. On huomattava, että mainittu lohko käsittää jokaista kolmea vaihetta varten oman kuvioissa 3 tai 7 esitetyn piiristön. Näin ollen lohko 64 saa sisääntulokseen jokaisen vaiheen kytkinohjeet SWa ref, SWbref, SWcref, tasajännitevälipiirin 20 ylemmän Udc ja alemman jännitetason 0V, sekä jokaisen taajuusmuuttajan lähtövaiheen jännitteen Ua, Ub, Uc. Keksinnön mukaisesti näistä lähtöarvoista lasketaan jokaiselle vaiheelle keskimääräinen vaihejännite Ua_ave. Ub_ave, *.!.* Uc_ave·

Kuviossa 6 on edelleen esitetty, kuinka keskimääräisistä : 25 vaihejännitteistä muodostetaan avaruusvektori us ave lohkolla 65 ja edelleen :*X tämä avaruusvektori integroidaan integrointilohkolla 66 vuovektorin ψ.

• · · • · · · .*··. aikaansaamiseksi. On huomattava, että kuviossa 6 ei ole esitetty sitä seikkaa, että tyypillisesti ennen vaihejännitevektorin integroimista vuovektorin aikaansaamiseksi, jännitteestä vähennetään staattoriresistanssin jännitehäviö. 30 Tätä vuovektoria voidaan edelleen käyttää säätötarkoituksiin sen antaessa **:** tarkkaa tietoa ohjattavan sähkökoneen sähköisestä tilasta. Keksinnön :V; menetelmän ja järjestelyn ansiosta tämä jännitteen integraali on aikaisempaa i"‘t: tarkempi, ja mahdollistaa siten aikaisempaa luotettavamman koneen X ; ohjaamisen.

* ! 35 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yl- 119406 11 lä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

* · · · • * * aaa • * · • * • · • · a a aaa « i t • ·· a • aaa · · aaa * • · · • · « a aaa • a » a · * a · a Φ a a a a a a a a a a a a a a a a • * a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a aa a a a a a

Claims (21)

119406 Patentti vaati m u kset

1. Menetelmä jännitevälipiirillisen taajuusmuuttajan tuottaman vaihe-jännitteen jännitepulssin tehollisen ajan määrittämiseksi, jolloin vaihejännitteen jännitepulssit muodostetaan jännitevälipiirin ylemmästä ja alemmasta jännite-5 tasosta (Udci 0), joiden välillä on jännite-ero (Upc), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa muodostetaan jännitevälipiirin jännitteestä (Udc) vertailujännite (kUoc) skaalaamaalla jännitevälipiirin jännite pienemmäksi jännitteeksi käyttäen skaalauskerrointa (k), 10 muodostetaan ensimmäinen referenssijännite (Urefi) ja toinen refe- renssijännite (Uref2) siten, että ensimmäinen referenssijännite on pienempi kuin toinen referenssijännite, ja toinen referenssijännite on pienempi kuin vertailu-jännite (kUDc), skaalataan vaihelähdön jännitettä skaalauskertoimella (k), 15 kytketään vaihelähtö ylempään jännitevälipiirin jännitetasoon (Udc), alipäästösuodatetaan skaalattua vaihelähdön jännitettä alipääs-tösuodatetun vaihelähdön jännitteen (Uc2) muodostamiseksi, verrataan alipäästösuodatettua vaihelähdön jännitettä ensimmäiseen referenssijännitteeseen (Urefi) vaihelähdön jännitepulssin noustessa 20 alemmasta jännitevälipiirin jännitetasosta (0), havaitaan ensimmäinen ajanhetki (ti), jolloin alipäästösuodatettu * vaihelähdön jännite ylittää ensimmäisen referenssijännitteen (Urefi), kytketään vaihelähtö alempaan jännitevälipiirin jännitetasoon (0), ··· verrataan alipäästösuodatettua vaihelähdön jännitettä toiseen refe-j.·*· 25 renssijännitteeseen (Uref2) vaihelähdön jännitepulssin laskiessa ylemmästä jännitevälipiirin jännitetasosta (UDc), :***: havaitaan toinen ajanhetki (t2), jolloin alipäästösuodatettu vaiheläh- ·«· dön jännite alittaa toisen referenssijännitteen (Urera). . lasketaan jännitepulssin tehollinen aika ensimmäisen ja toisen ajan- ,*·*. 30 hetken välisestä ajasta ja vakiotermistä, jonka suuruuden määrää referenssi- • · *** jännitteiden suuruudet, jolloin tehollinen aika määrittää lähtöjännitepulssia vas- • · \v taavan ideaalisen pulssin pituuden, jonka amplitudi on välipiirin jännite-eron suuruinen ja jonka nousu- ja laskunopeus ovat äärettömän suuret.

· 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • ·· 35 että menetelmä käsittää vaiheen, jossa valitaan ensimmäisen referenssijännit- • · 119406 teen suuruus vertailujännitteen ja toisen referenssijännitteen erotuksen suuruiseksi (Urert = kUoc - Uref2). jolloin mainittu vakiotermi on nolla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vertailujännitteen muodostaminen jännitevälipiirin jännitteestä käsit- 5 tää vaiheen, jossa vertailujännite muodostetaan resistiivisellä jännitteenjako-kytkennällä.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että ensimmäisen ja toisen referenssijännitteen muodostaminen käsittää vaiheet, jossa mainitut referenssijännitteet muodostetaan vertailujännitteen 10 muodostamisen yhteydessä resistiivisellä jännitteenjakokytkennällä.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihelähdön jännitteen skaalaaminen käsittää vaiheen, jossa vaihelähdön jännitettä skaalataan resistiivisellä jännitteenjakokytkennällä.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen vaihelähdön kytkemistä ylempään jännitevälipiirin jännitteeseen alustetaan alipäästösuodin asettamalla tämän jännite vastaamaan jännitevälipiirin alempaa jännitettä.

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että ennen vaihelähdön kytkemistä alempaan jännitevälipiirin jännitteeseen alustetaan alipäästösuodin asettamalla tämän jännite vas-taamaan vertailujännitettä (kltac)·

8. Järjestely jännitevälipiirillisen taajuusmuuttajan tuottaman vaihe-jännitteen jännitepulssin tehollisen ajan määrittämiseksi, jolloin vaihejännitteen • ;*; 25 jännitepulssit muodostetaan jännitevälipiirin ylemmästä ja alemmasta jännite- ··· · : tasosta (Udc, 0), joiden välillä on jännite-ero (Udc). tunnettu siitä, että jär- ··· · .*··. jestely käsittää välineet vertailujännitteen (kUoc) muodostamiseksi jännitevälipiirin . jännitteestä (Udc) skaalaamaalla jännitevälipiirin jännite pienemmäksi jännit- 30 teeksi käyttäen skaalauskerrointa (k), *···* välineet ensimmäisen (Urefi) ja toisen (Uref2) referenssijännitteen :Y: muodostamiseksi siten, että ensimmäinen referenssijännite on pienempi kuin • · toinen referenssijännite, ja toinen referenssijännite on pienempi kuin vertailu- ··· jännite (kUDC), • · · *· “ 35 välineet vaihelähdön jännitteen skaalaamiseksi skaalauskertoimella (k), 119406 välineet vaihelähdön kytkemiseksi vuoroin ylempään jännitevälipiirin jännitetasoon (UDc) ja alempaan jännitevälipiirin jännitetasoon (0), välineet skaalatun vaihelähdön jännitteen alipäästösuodattamiseksi alipäästösuodatetun vaihelähdön jännitteen (Uc2) muodostamiseksi, 5 välineet alipäästösuodatetun vaihelähdön jännitteen vertaamiseksi ensimmäiseen referenssijännitteeseen (Urefi), välineet ensimmäisen ajanhetken (ti) havaitsemiseksi, jolloin ali-päästösuodatettu vaihelähdön jännite ylittää ensimmäisen referenssijännitteen (Urefi), 10 välineet alipäästösuodatetun vaihelähdön jännitteen vertaamiseksi toiseen referenssijännitteeseen (Uref2). välineet toisen ajanhetki (t2) havaitsemiseksi, jolloin alipäästösuoda-tettu vaihelähdön jännite alittaa toisen referenssijännitteen (Uref2), välineet tehollisen ajan laskemiseksi ensimmäisen ja toisen ajan-15 hetken välisestä ajasta ja vakiotermistä, jonka suuruuden määrää referenssi-jännitteiden suuruudet, jolloin tehollinen aika määrittää lähtöjännitepulssla vastaavan ideaalisen pulssin pituuden, jonka amplitudi on välipiirin jännite-eron suuruinen ja jonka nousu- ja laskunopeus ovat äärettömän suuret.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestely, tunnettu siitä, et-20 tä välineet vertailujännitteen (kUoc) muodostamiseksi jännitevälipiirin jännitteestä käsittävät resistiivisen jännitteenjakokytkennän (R1; R2, R3, R4), joka on kytketty jännitevälipiirin ylemmän ja alemman jännitetason välille, jolloin vertaili]: lujännite on sovitettu muodostumaan ensimmäisen (R1) ja toisen (R2) resis- :***: tanssin väliseen pisteeseen resistanssien ollessa sarjassa järjestyksessä en- ··· : j*: 25 simmäinen resistanssi (R1), toinen resistanssi (R2), kolmas resistanssi (R3) ja ··· · i .·. neljäs resistanssi (R*) ensimmäisen resistanssien ollessa kytketty jänniteväli- ]···] piirin ylempään jännitteeseen ja neljännen resistanssin ollessa kytketty jännite- • * välipiirin alempaan jännitteeseen.

, . 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen järjestely, tunnettu • * · *£’ 30 siitä, että välineet ensimmäisen (Urefi) ja toisen (Uref2) referenssijännitteen *···* muodostamiseksi käsittävät resistiivisen jännitteenjakokytkennän (R1f R2, R3, R4), joka on kytketty jännitevälipiirin ylemmän ja alemman jännitetason välille, .***. jolloin ensimmäinen referenssijännite on sovitettu muodostumaan kolmannen .· . ja neljännen resistanssin väliseen pisteeseen ja toinen referenssijännite on so- t · · *·35 vitettu muodostumaan toisen ja kolmannen resistanssin väliseen pisteeseen. • t 119406

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että toinen resistanssi ja neljäs resistanssi ovat samansuuruisia, jolloin vakio-termi on nolla ja ideaalisen pulssin pituus on ensimmäisen ja toisen ajanhetken välinen aika.

12. Jonkin edeltävän Patenttivaatimuksen 8-11 mukainen järjeste ly, tunnettu siitä, että välineet vaihelähdön jännitteen skaalaamiseksi käsittävät resistiivisen jännitteenjakokytkennän (R5, Re), joka on kytketty vaihe-lähdön ja jännitevälipiirin alemman jännitetason välille siten, että viides resistanssi (R5) on kytketty vaihelähtöön, jolloin skaalattu vaihejännite on sovitettu 10 muodostumaan viidennen resistanssin (R5) ja kuudennen resistanssin (Re) väliseen pisteeseen.

13. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että skaalauskärroin (k) on muodostettu resistanssien suhteista siten, että k = —R2 . + R-2 + Ä3 +

14. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-13 mukainen järjeste ly, tunnettu siitä, että välineet skaalatun vaihelähdön jännitteen alipääs-tösuodattamiseksi käsittävät kondensaattorin, joka on kytketty kuudennen resistanssin rinnalle, jolloin alipäästösuodatettu vaihelähdön jännite muodostuu kondensaattorin yli.

15. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-14 mukainen järjeste- *:*·: ly, tunnettu siitä, että välineet alipäästösuodatetun vaihelähdön jännitteen : vertaamiseksi ensimmäiseen referenssijännitteeseen (Urefi) ja välineet ensim- ·"*· mäisen ajanhetken (^) havaitsemiseksi käsittävät ensimmäisen vertailuelimen ··· : (M1), jonka ensimmäinen tulo on kytketty ensimmäiseen referenssijännittee- :*!·! 25 seen (Urefi) ja toinen tulo on kytketty alipäästösuodatettuun vaihelähtöön • · t (Uc2). jolloin vertailuelimen lähtö (S1) on sovitettu muuttamaan lähtönsä tilaa *** alipäästösuodatetun vaihelähdön muuttuessa suuremmaksi kuin ensimmäinen . . referenssijännite ja havaitsemaan siten ensimmäisen ajanhetken (ti). • · ·

16. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-15 mukainen järjeste- 30 ly, t u n n e 11 u siitä, että välineet alipäästösuodatetun vaihelähdön jännitteen ·*:*: vertaamiseksi toiseen referenssijännitteeseen (Uref2) ja välineet toisen ajanhet- • · .*··. ken (t2) havaitsemiseksi käsittävät toisen vertailuelimen (M2), jonka ensimmäi- nen tulo on kytketty toiseen referenssijännitteeseen (Uret2) ja toinen tulo on kyt-*· " ketty alipäästösuodatettuun vaihelähtöön (Uc2). jolloin vertailuelimen lähtö (S2) " " 35 on sovitettu muuttamaan lähtönsä tilaa alipäästösuodatetun vaihelähdön muut- 119406 tuessa pienemmäksi kuin toinen referenssijännite (Uref2) ja havaitsemaan siten toisen ajanhetken (t2).

17. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-16 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää lisäksi välineet (T1) alipääs- 5 tösuodattimen alustamiseksi ennen vaihelähdön kytkemistä ylempään jännite-välipiirin jännitteeseen siten, että alipäästösuodattimen jännite asetetaan vastaamaan jännitevälipiirin alempaa jännitettä.

18. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-17 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää lisäksi välineet (T2) alipääs- 10 tösuodattimen alustamiseksi ennen vaihelähdön kytkemistä alempaan jännitevälipiirin jännitteeseen siten, että alipäästösuodattimen jännite asetetaan vastaamaan vertailujännitettä (kUDc) jännitettä.

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välineet alipäästösuodattimen alustamiseksi käsittää kytkinkomponentin 15 (T1) ja tätä ohjaaman sovitetun ajastuslogiikan, kytkinkomponentin ollessa sovitettu purkamaan kondensaattorin (C2) varauksen ja ajastuslogiikan ollessa vasteelleen vaihelähdön kytkinohjeelle.

20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välineet alipäästösuodattimen alustamiseksi käsittää kytkinkomponentin 20 (T2) ja tätä ohjaaman sovitetun ajastuslogiikan, kytkinkomponentin ollessa so vitettu varaamaan kondensaattorin (C2) vertailujännitteeseen (kUDc) ja ajastus-logiikan ollessa vasteelleen vaihelähdön kytkinohjeelle.

21. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-20 mukainen järjeste- :***: ly, tunnettu siitä, että järjestely käsittää lisäksi pulssipituuden mittauspiirin, *«· : 25 joka on vasteelleen ensimmäiselle ja toiselle ajanhetkelle näiden välisen ero- ··· · : .·. tuksen laskemiseksi. • · · ··· · • · · • · » 1 ··« • · • · t • · · • m f « · · • · • 1 * » • · · • 1 · • 1 #· • · • « ··· • · • · · • ·· • · · „ 119406