FI121042B - Tehonsyöttölaitteen kunnon valvonta - Google Patents

Description

TEHONSYÖTTÖLAITTEEN KUNNON VALVONTA Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen tehonsyöt-tölaite sekä patenttivaatimuksen 5 johdannon mukainen menetelmä tehonsyöt-5 tölaitteen kunnon valvomiseksi.

Tehonsyöttölaitteiden, kuten taajuusmuuttajien päävirtapiirissä on komponentteja, joiden elinikä vaihtelee esimerkiksi käyttölämpötilan, käyttöjännitteen tai -virran mukaan. Tällaisia komponentteja ovat esimerkiksi taajuusmuuttajan tasa-jännitevälipiirikondensaattorit. Kondensaattorit ovat yleensä elektrolyyttikonden-10 saattoreita, ja niiden käyttöikä riippuu voimakkaasti esimerkiksi ympäristölämpö-tilasta. Kondensaattoreiden vanhentuessa niiden kapasitanssi pienenee, mikä johtaa yleensä taajuusmuuttajan päävirtapiirin vikaantumiseen.

Julkaisussa JP2007119100 on esitetty välipiirikondensaattorin kunnon valvonta moottorijarrutuksen aikaisen jarrukatkojan pulssisuhteen perusteella.

15 Tämän keksinnön tarkoituksena on ratkaista edellä esitettyjä tunnetun tekniikan ongelmia sekä jäljempänä keksinnön kuvauksessa esiin tulevia ongelmia. Tällöin keksinnössä tuodaan esiin tehonsyöttölaitteen kunnon valvonta, jonka avulla tehonsyöttölaitteen kuntoa on mahdollista valvoa tunnettua monipuolisemmin erilaisissa tehonsyöttölaitteen toimintatilanteissa.

20 Keksinnön mukaiselle tehonsyöttölaitteelle on tunnusomaista se, mitä on kerrottu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle tehonsyöttölaitteen kunnon valvomiseksi on tunnusomaista se, mitä on kerrottu patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa. Muille keksinnön piirteille on tunnusomaista se, mitä on kerrottu muissa patenttivaatimuksissa. Keksinnöl-25 lisiä sovellusmuotoja on myös esillä tämän hakemuksen selitysosassa. Hakemuksessa oleva keksinnöllinen sisältö voidaan määritellä myös toisin kuin jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa tehdään. Keksinnöllinen sisältö voi muodostua myös useammasta erillisestä keksinnöstä, erityisesti jos keksintöä tarkastellaan ilmaistujen tai implisiittisten osatehtävien valossa tai saavutettujen 2 hyötyjen tai hyötyryhmien kannalta. Tällöin jotkin jäljempänä olevien patenttivaatimuksien sisältämät määritteet voivat olla erillisten keksinnöllisten ajatusten kannalta tarpeettomia.

Keksinnön mukaisessa tehonsyöttölaitteessa päävirtapiirin topologia voi vaih-5 della. Päävirtapiirissä on kuitenkin ainakin yksi ohjattava elektroninen kytkin, kuten igbt -transistori, mosfet -transistori, tyristori, bipolaaritransistori tai SCR (silicon controlled rectifier) -kytkin. Keksinnön mukainen tehonsyöttölaite voi olla esimerkiksi DC/DC -muuttaja, AC/DC -muuttaja, DC/AC -muuttaja tai AC/AC -muuttaja. Tehonsyöttölaite voi olla myös esimerkiksi taajuusmuuttaja, 10 matriisikonvertteri tai H-siltakytkentäinen tasavirtamoottorin tehonsyöttölaite.

Keksinnön mukainen tehonsyöttölaite soveltuu käytettäväksi myös kuljetusjärjestelmän tehonsyöttöön. Tällainen kuljetusjärjestelmä voi olla vaikkapa hissijär-jestelmä, liukuporrasjärjestelmä, liukukäytäväjärjestelmä tai nosturijärjestelmä

Keksinnön mukainen tehonsyöttölaitteen sähkönsyöttö voi olla vaikkapa sähkö-15 verkko, generaattori, poittokenno, akku tai superkondensasattori.

Keksinnön mukainen kuorma voi olla esimerkiksi sähkömoottori, generaattori tai muu induktiivinen kuorma, vaikkapa sähkömagneettisen jarrun kela.

Keksinnön mukaiset ohjattavat elektroniset kytkimet (solid state switch) voivat olla esimerkiksi igbt -transistoreita, mosfet -transistoreita, tyristoreita, SCR -20 kytkimiä (silicon controlled rectifier), tai bipolaaritransistoreita.

Keksinnön mukainen ensimmäisen impedanssin kunnon valvonta voi olla toteutettu ohjelmallisesti esimerkiksi mikroprosessorilla tai ohjelmoitavalla logiikkapiirillä, ja se voi olla myös toteutettu vaikkapa integroidulla tai diskreetillä analogia-tai digitaalielektroniikalla.

25 Keksinnössä päävirtapiirin sähköisellä parametrilla tarkoitetaan esimerkiksi päävirtapiirin tehoa, jännitettä tai virtaa.

Eräässä keksinnön sovelluksessa välineet tehonsyöttöpiirin sähköisen paramet rin määrittämiseksi käsittävät virta-anturin. Virta-anturi voi olla esimerkiksi hall- anturi, magnetoresistiivinen anturi tai mittavastus.

3

Eräässä keksinnön sovelluksessa välineet tehonsyöttöpiirin sähköisen paramet-5 rin määrittämiseksi käsittävät jänniteanturin. Jänniteanturi voi olla esimerkiksi lineaarinen optoisolaattori tai mittavastus.

Keksinnössä ensimmäisellä ja toisella impedanssilla tarkoitetaan sähköistä komponenttia, joka on sovitettu vaikuttamaan päävirtapiirin virtaan tai jännitteeseen. Tällainen komponentti voi olla esimerkiksi vastus, kondensaattori, kuristin, 10 muuntaja ja myös jokin mainittujen komponenttien yhdistelmä. Lisäksi impedanssilla voidaan tarkoittaa myös jonkin mainitun sähköisen komponentin liitosta päävirtapiirissä.

Keksinnöllä saavutetaan muun muassa ainakin yksi seuraavista eduista: - Kun ensimmäisen impedanssin kuntoa valvotaan ohjattavan elektronisen 15 kytkimen toiminnan sähköiseen parametriin aiheuttaman muutoksen pe rusteella, ja kun sähkönsyöttö mainitun sähköisen parametrin aikaansaamiseksi on sovitettu tapahtumaan toisen impedanssin kautta, voidaan kunnonvalvonta suorittaa myös tilanteessa, kun tehonsyöttö kuorman ja tehonsyöttölaitteen välillä on katkaistu. Esimerkiksi hissimoottorille tehoa 20 syöttävän taajuusmuuttajan välipiirikondensaattorin kuntoa on keksinnön mukaisesti mahdollista valvoa myös tilanteessa, kun hissikori seisoo tyhjänä tasolla. Tällöin tilanne poikkeaa esimerkiksi sellaisesta tunnetun tekniikan mukaisesta kunnonvalvonnasta, jossa välipiirikondensaattorin kuntoa valvotaan moottorijarrutuksen aikana, sillä havaittaessa välipiiri-25 kondensaattorin vikaantuminen seuraava ajoa ei keksinnön mukaisesti tarvitse käynnistää, jolloin voidaan välttää mahdollinen kondensaattorin vikaantumisesta seuraava ajonaikainen hätäpysäytystilanne. Tällainen ajonaikainen hätäpysäytystilanne voisi muutoin aiheuttaa esimerkiksi matkustajien juuttumisen hissikoriin tasojen välille.

4 - Keksinnön mukaisesti on mahdollista valvoa ensimmäisen impedanssin kuntoa monipuolisesti erilaisissa käyttötilanteissa. Kunnon valvonta voidaan tällöin suorittaa esimerkiksi tehonsyöttölaitteen valmistuksen yhteydessä, tai kunnon valvonta voidaan suorittaa tehonsyöttölaitteen käyttä-5 jän antaman syötteen perusteella. Valvonta voidaan myös suorittaa esi merkiksi määrävälein tapahtuvana kunnon tarkistuksena.

Piirustusten esittely

Seuraavassa keksintöä kuvataan tarkemmin sovellusesimerkkien avulla viitaten oheisiin kuvioihin, joista 10 Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista taajuusmuuttajaa

Kuvio 2 esittää erästä toista keksinnön mukaista taajuusmuuttajaa

Kuvio 3 esittää päävirtapiirin sijaiskytkentää eräässä keksinnön mukaisessa välipiirikondensaattorin kunnon valvonnassa

Kuvio 4 esittää taajuusmuuttajan tasasähkövälipiirin jännitteen muutosta 15 Kuviossa 1 on esitetty eräs keksinnön mukainen taajuusmuuttaja 1. Taajuus-muuttaja on sovitettu syöttämään tehoa sähköverkon 11 ja sähkömoottorin välillä. Taajuusmuuttajan päävirtapiirissä on kuormasilta 7, jossa on liitäntä sähkö-moottorille 8. Päävirtapiirissä on kuormasiltaan liitetty tasajännitevälipiiri 9, 9’. Tasajännitevälipiiriin on sovitettu välipiirikondensaattori 3. Tasajännitevälipiiriin 20 on sovitettu myös ohjattava elektroninen kytkin 2, joka tässä on igbt-transistori. Ohjattavan elektronisen kytkimen kanssa sarjaan on sovitettu tehovastus 13, ja ohjattavan elektronisen kytkimen 2 ja tehovastuksen 13 sarjaankytkentä on sovitettu tasajännitevälipiirin positiivisen 9 ja negatiivisen 9’ välipiirikiskon välille. Taajuusmuuttajan päävirtapiirissä on myös verkkosilta 10, jossa on liitäntä pää-25 virtapiirin sähkönsyötölle. Sähkönsyöttö on sovitettu tapahtumaan sähköverkosta 11. Verkkosilta 10 on liitetty tasajännitevälipiiriin 9,9’. Sähkönsyötön liityntään on sovitettu kontaktori 12, tehonsyötön katkaisemiseksi sähköverkon 11 ja sähkömoottorin 8 välillä. Sähkönsyötön liityntään kontaktorin 12 koskettimien rinnal- 5 le on sovitettu vastukset 4 välipiirikondensaattorin 3 esivaraamiseksi tilanteessa, kun kontaktorin koskettimet ovat auki. Taajuusmuuttajassa on välipiirikondensaattorin sekä välipiirikondensaattorin liitoksen valvonta 6, joka on sovitettu valvomaan välipiirikondensaattorin sekä liitoksen kuntoa ohjattavan elektronisen 5 kytkimen 2 kytkentäpulssin tasasähkövälipiirin jännitteeseen aiheuttaman muutoksen perusteella. Tällöin kontaktorin 12 koskettimien ollessa auki mainittu valvonta 6 ohjaa elektronista kytkintä 2, joka kytkeytyy hetkeksi johtavaan tilaan muodostaen kytkentäpulssin. Ohjattavan elektronisen kytkimen 2 sulkeutuessa virta alkaa kulkea tehovastuksen 13 läpi ja välipiirijännite alkaa laskea aikavakio olla, joka riippuu välipiirikondensaattorin kapasitanssista. Kytkimen avautuessa välipiirijännite alkaa vastaavasti kasvaa. Välipiirijännitteen muutoksen nopeuden perusteella voidaan tarkkailla välipiirikondensaattorin sekä kondensaattorin liitoksen toimintakuntoa, sillä välipiirikondensaattorina tässä käytettävän elektrolyyttikondensaattorin vikaantuminen pienentää kondensaattorin kapasitanssia. 15 Tällöin kapasitanssin pieneneminen sekä huono liitos voidaan tunnistaa välipiirijännitteen muutosnopeuden kasvusta. Välipiirijännitettä mitataan positiivisen 9 ja negatiivisen 9’ välipiirikiskon välille sovitetulla lineaarisella optoisolaattorilla 5.

Kuviossa 4 on esitetty välipiirijännitteen 14 muutosta ajan funktiona. Hetkellä 15 ohjattava elektroninen kytkin 2 kytkeytyy johtavaan tilaan, jolloin välipiirijännite 20 alkaa laskea. Hetkellä 16 välipiirijännite 14 on laskenut määrättyyn ensimmäiseen raja-arvoon, jolloin elektroninen kytkin 2 avautuu, ja tällöin välipiirijännite alkaa kasvaa, saavuttaen hetkellä 17 määrätyn toisen raja-arvon. Ajat, jotka kuluvat määrättyjen ensimmäisen ja toisen raja-arvon saavuttamiseen määritetään, ja määritettyjen aikojen perusteella arvioidaan välipiirikondensaattorin 3 25 sekä kondensaattorin liitoksen kuntoa.

Kuviossa 2 on esitetty eräs toinen keksinnön mukainen taajuusmuuttaja 1. Tämä eroaa kuvion 1 sovellusesimerkissä kuvatusta taajuusmuuttajasta siten, että taajuusmuuttajan päävirtapiirin sähkönsyötön liityntään on sovitettu muuntaja 4 kuvion 1 sovellusesimerkissä kerrotun vastuksen sijasta, ja välipiirikondensaat-30 torin 3 esivaraaminen tapahtuu tällöin sähköverkosta 11 muuntajan kautta.

6

Kuviossa 3 on esitetty päävirtapiirin sijaiskytkentää eräässä keksinnön mukaisessa välipiirikondensaattorin kunnon valvonnassa. Välipiirikondensaattorin 3 jännite on esivarattu alkuarvoonsa toisen impedanssin 4 kautta. Kun ohjattava elektroninen kytkin 2 suljetaan, virta alkaa kulkea tehovastuksen 13 läpi ja väli-5 piirikondensaattorin jännite alkaa pienentyä. Kun ohjattava elektroninen kytkin 2 avataan, välipiirijännite alkaa kasvaa. Sähkönsyöttö välipiirijännitteen aikaansaamiseksi on tällöin sovitettu tapahtumaan toisen impedanssin 4 kautta; toisin sanoen virran syöttö välipiirikondensaattoriin 3 tapahtuu tällöin sähköverkosta 11 toisen impedanssin 4 kautta. Toinen impedanssi 4 sekä välipiirikondensaat-10 torin kapasitanssi määräävät jännitteen nousunopeuden. Tällöin välipiirikondensaattorin kapasitanssia ja täten myös kondensaattorin kuntoa valvotaan välipiirijännitteen muutosnopeuden perusteella.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten 15 määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Amattimiehelle on ilmeistä, että keksinnön mukaiseen tehonsyöttölaitteen pää-virtapiiriin voidaan sovittaa keksinnössä kuvatun lisäksi myös muita komponentteja, jotka mahdollisesti vaikuttavat päävirtapiirin sähköisiin parametreihin, kuten päävirtapiirin jännitteeseen ja virtaan ja näiden muutosnopeuteen.

Claims (6)

1. Kuljetusjärjestelmän tehonsyöttölaite (1), jossa on päävirtapiiri, johon on sovitettu ainakin yksi ohjattava elektroninen kytkin (2); ja johon päävirtapiiriin on sovitettu välipiirikondensaattori (3); 5 ja jonka päävirtapiirin sähkönsyöttöön on sovitettu toinen impedanssi (4); ja jossa tehonsyöttölaitteessa on jänniteanturi (5) välipiirijännitteen mittaamiseksi; ja että virran syöttö välipiirikondensaattoriin tapahtuu sähköverkosta (11) toisen impedanssin (4) kautta; 10 ja että tehonsyöttölaitteessa on välipiirikondensaattorin (3) kunnon val vonta; ja että ohjattavalla elektronisella kytkimellä (2) on aiheutettu muutos väli-piirijännitteeseen; tunnettu siitä, että välipiirikondensaattorin kunnon valvonta on sovitettu 15 valvomaan välipiirikondensaattorin (3) kuntoa välipiirijännitteen muutos nopeuden perusteella tilanteessa, kun tehonsyöttö kuorman (8) ja tehon-syöttölaitteen (1) välillä on katkaistu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tehonsyöttölaite, tunnettu siitä, että tehonsyöttölaite (1) on taajuusmuuttaja, jonka taajuusmuuttajan päävir- 20 tapiirissä on kuormasilta (7), jossa on liitäntä syötettävälle kuormalle (8); ja jossa päävirtapiirissä on kuormasiltaan liitetty tasasähkövälipiiri (9,9’); johon tasasähkövälipiiriin on sovitettu ainakin yksi välipiirikondensaattori; ja johon tasasähkövälipiiriin on sovitettu ohjattava elektroninen kytkin (2), tehovastuksen (13) kytkemiseksi positiivisen (9) ja negatiivisen (9’) väli-25 piirikiskon välille; ja että sähkönsyöttö tasasähkövälipiiriin on sovitettu ta pahtumaan päävirtapiirin sähkönsyöttöön sovitetun toisen impedanssin (4) kautta; ja että taajuusmuuttajassa on mainitun ainakin yhden välipiirikondensaattorin ja / tai välipiirikondensaattorin liitoksen kunnon valvonta (6), joka on sovitettu valvomaan mainitun ainakin yhden välipiirikonden-30 saattorin ja / tai välipiirikondensaattorin liitoksen kuntoa mainitun ohjatta- van elektronisen kytkimen (2) kytkentäpulssin välipiirijännitteeseen ja / tai välipiirivirtaan aiheuttaman muutoksen perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että taajuusmuuttajan päävirtapiirissä on verkkosilta (10), jossa on liitäntä 5 päävirtapiirin sähkönsyötölle; ja joka verkkosilta on liitetty tasasähköväli- piiriin (9,9’); ja johon sähkönsyötön liityntään on sovitettu vastus (4) väli-piirikondensaattorin (3) esivaraamiseksi; ja että taajuusmuuttajassa on mainitun ainakin yhden välipiirikondensaattorin ja / tai välipiirikondensaattorin liitoksen kunnon valvonta (6), joka on sovitettu valvomaan mai-10 nitun ainakin yhden välipiirikondensaattorin ja / tai välipiirikondensaatto rin liitoksen kuntoa mainitun ohjattavan elektronisen kytkimen (2) kytkentäpulssin tasasähkövälipiirin jännitteeseen ja / tai virtaan aiheuttaman muutoksen perusteella.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että 15 taajuusmuuttajan päävirtapiirissä on verkkosilta (10), jossa on liitäntä päävirtapiirin sähkönsyötölle; ja joka verkkosilta on liitetty tasasähköväli-piiriin (9,9’); ja johon päävirtapiirin sähkönsyötön liityntään on sovitettu kuristin ja / tai muuntaja (4) välipiirikondensaattorin (3) esivaraamiseksi; ja että taajuusmuuttajassa on mainitun ainakin yhden välipiirikondensaat-20 torin ja / tai välipiirikondensaattorin liitoksen kunnon valvonta (6), joka on sovitettu valvomaan mainitun ainakin yhden välipiirikondensaattorin ja / tai välipiirikondensaattorin liitoksen kuntoa mainitun ohjattavan elektronisen kytkimen (2) kytkentäpulssin tasasähkövälipiirin jännitteeseen ja / tai virtaan aiheuttaman muutoksen perusteella.

5. Menetelmä tehonsyöttölaitteen kunnon valvomiseksi, jossa menetelmäs sä: sovitetaan tehonsyöttölaitteen (1) päävirtapiiriin ainakin yksi ohjattava elektroninen kytkin (2) sovitetaan tehonsyöttölaitteen päävirtapiiriin välipiirikonden-30 saattori (3) sovitetaan päävirtapiirin sähkönsyöttöön toinen impedanssi (4) sovitetaan virran syöttö välipiirikondensaattoriin (3) tapahtuvaksi sähköverkosta (11) toisen impedanssin (4) kautta 5. sovitetaan tehonsyöttölaitteeseen (1) jänniteanturi (5) välipii- rijännitteen mittaamiseksi sovitetaan tehonsyöttölaitteeseen välipiirikondensaattorin (3) kunnon valvonta aiheutetaan ohjattavalla elektronisella kytkimellä (2) muutos 10 välipiirijännitteeseen; tunnettu siitä, että katkaistaan tehonsyöttö kuorman (8) ja tehonsyöttölaitteen (1) välillä, ja tehonsyötön katkeamisen jälkeen valvotaan välipiirikondensaattorin (3) kuntoa välipiirijännit-15 teen muutosnopeuden perusteella

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että: sovitetaan taajuusmuuttajan (1) tasasähkövälipiiriin (9,9’) ainakin yksi ohjattava elektroninen kytkin (2) liitetään ohjattavan elektronisen kytkimen kanssa sarjaan te-20 hovastus(13) liitetään ohjattavan elektronisen kytkimen ja tehovastuksen sarjaankytkentä tasasähkövälipiiriin positiivisen (9) ja negatiivisen (9’) välipiirikiskon välille sovitetaan tasasähkövälipiiriin ainakin yksi välipiirikonden-25 saattori (3) sovitetaan taajuusmuuttajaan liitäntä päävirtapiirin sähkön-syötölle sovitetaan taajuusmuuttajan päävirtapiirin sähkönsyötön liitäntään toinen impedanssi (4) sovitetaan sähkönsyöttö tasasähkövälipiiriin (9,9’) tapahtumaan mainitun toisen impedanssin (4) kautta 5. sovitetaan taajuusmuuttajaan välineet (5) tasasähkövälipiirin virran ja / tai jännitteen määrittämiseksi sovitetaan taajuusmuuttajaan mainitun ainakin yhden välipiirikondensaattorin ja / tai välipiirikondensaattorin liitoksen kunnon valvonta (6) 10. valvotaan mainitun ainakin yhden välipiirikondensaattorin ja / tai välipiirikondensaattorin liitoksen kuntoa mainitun ohjattavan elektronisen kytkimen (2) kytkentäpulssin tasasähkövälipiirin jännitteeseen ja / tai virtaan aiheuttaman muutoksen perusteella