FI65692C - Foerbaettring vid tyristorriktardrift - Google Patents

Description

65692

PARANNUS TYRISTORISUUNTAAJAKÄYTTÖÖN - FÖRBÄTTRING VID TYRISTOR-RIKTARDRIFT

Tämän keksinnön kohteena on parannus tyristorisuuntaajakäyt-töön, jossa tyristorisuuntaaja käyttää kuormitusta kuten sähkökonetta, jonka rinnalle on lisätty sarjaresonanssipiiri.

Ennestään tunnetaan tyristorisuuntaajakäyttöjä, joissa tyristo-risuuntaajat ovat verkkokommutoituja. Tällä tarkoitetaan sitä, että vaihtojänniteverkko suorittaa johtavan tyristorin sammutuksen. Verkkokommutoitujen tyristorisuuntaajäin luonnollisin käyttösovellutus on tasavirtamoottorikäytöt. Tyristorisuuntaa-jille on olemassa myös muita käyttömuotoja riippuen siitä, miten ne kytketään toisiinsa nähden. Esimerkiksi täysin ohjattu tyristorisuuntaaja voi toimia myös vaihtosuuntaajana. Lisäksi voidaan esimerkiksi kytkeä kaksi tyristorisuuntaajaa vastakkain, jolloin tasavirtamoottorikäytöstä voidaan muodostaa neli-kvadranttinen.

Tyristorisuuntaajista voidaan myös muodostaa · syklokonverttori eli ns. suora taajuusmuuttaja. Syklqkonvertterin jokainen vaihe muodostuu kahdesta vastakkain kytketystä, verkkokommutoidusta tyristorisuuntaajasta. Eräs syklokonvertterin periaatekytkentä on esitetty kuviossa 3. Tässä tapauksessa syklokonvertteri muodostuu kuudesta 1- tie -3-sykesuuntaajasta. Syklokonvertterin kuormituksena on hidaskäyntinen vaihtovirtakone. Kuormitukseen saatu jännite muodostuu ohjaamalla kunkin vaiheen tyristori-suuntaajia 120°:een vaihekulmassa sinimuotoisella ohjearvolla.

Edellä on kerrottu muutamista tyristorisuuntaajien sovellutus-muodoista, joiden käyttöä kuitenkin rajoittavat nykyisten tyristorisuuntaajien verkkokommutoinnin aiheuttamat epäkohdat. Niinpä suuntaajien toimiessa tasasuuntaajana saadaan kuormitukseen halutun tasajännitteen lisäksi runsas joukko yliaaltoja. Vastaavasti syklokonvertterikäytössä ei lähtöjännite ole puhdasta siniaaltoa, vaan sisältää joukon yliaaltoja. Sekä tasa-virtamoottorikäytössä että syklokonvertterikäytössä nämä yliaallot rajoittavat käyttöominaisuuksia. Yliaaltojen johdosta sähkökoneessa syntyy lisähäviöitä ja erilaisia voimia, jotka aiheuttavat tärinää ja melua sekä huonontavat koneen kehittämää I 2 65692 ί vääntömomenttia. Lisäksi syklokonverttereissa joudutaan lähtö-jännitteen taajuus rajoittamaan verraten alhaiseksi, jotta j kuormituksena olevan sähkökoneen ominaisuudet eivät huononi si ; i i liiaksi. Vielä eräänä epäkohtana on se, että tyristorisuuntaa- jan toimiessa vaihtosuuntaajana voi eräissä häiriötilanteissa j syntyä ns. kippausilmiö, joka vastaa tyristorin kannalta lähes ! i oikosulkua. ! Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellämainitut epäkoh- ' dat ja aikaansaada teknillisesti ja taloudellisesti hyödynnettävissä oleva parannus tyristorisuuntaajakäyttöön sekä saada käyttö luotetavaksi ja sopivaksi eri tilanteisiin. Keksinnön mukaiselle tyristorisuuntaajakäytölle on tunnusomaista se, että sarjaresonanssipiirin komponentit ovat siten valitut, että piirin latausvaihe ja purkausvaihe ovat yhtä pitkät ja että tyristorien johtaessa resonanssipiiri latautuu sellaisella pulssilla, joka vastaa kuormaan menevää pulssia.

Keksinnön eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, että kuormituksen rinnalle lisätyn piirin komponentit ovat siten valitut, että purkausvaiheessa kuorman kautta menevä virtapulssi on yhtä suuri kuin verkosta latausvaiheessa kuormaan menevä virtapulssi ja että virtapulssi pystyy sammuttamaan tyristorin ja syöttämään virtaa.

Keksinnön eräälle toiselle edulliselle sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, että sarjaresonanssipiirn komponentit ovat siten valitut, että purkaus- ja latausvaiheen pituus on l/(2*p*f), jossa p = suuntajan pulssiluku ja f = verkon taajuus .

Keksinnöstä käytetään seuraavassa nimitystä kuormituskommutoitu tyristorisuuntaaja vastakohtana verkkokommutoituun tyristori-suuntaajaan. Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on mm. se, että kuormi t.uskornmutoidussa tyristorisuuntaa jassa saadaan kuormaan yhden pulssin asemesta aina kaksi pulssia. Tällöin laitteen ominaisuudet lähestyvät suuremman pulssiluvun omaavista, verkkokommutoiduista suuntaajista rakennetun, huomattavasti kalliimman tyristorikytkennän ominaisuuksia. Tosin kuormituskommu-toidussa tapauksessa jälkimmäinen pulssi on edellisen suuruinen 3 65692

Ja ohjaamaton. Verrattaessa kuormituskommutoitua laitetta vastaaviin verkkokommutoituihin laitteisiin on huomattavissa ominaisuuksien selvä paremmuus. Kuormitukseen saatu jännitteen ja virran käyrämuoto on oleellisesti parempi kuin verkkokommutoiduissa vastaavissa laitteissa. Toisin sanoen yliaaltojen aiheuttamat haittailmiöt ovat vähentyneet. Tällöin on etuna myös se, että syklokonvertterissa voidaan käyttää suurempaa syöttötaajuutta. Kuvioissa 4 ja 5 esitetty sekä verkkokommutoidun että kuormituskommutoidun syklokonvertterin virran käyrä-muodot. Käyrämuodon paraneminen käy kuvioista selvästi ilmi. Vielä eräänä etuna on se, että vaihtosuuntauskäytössä esiintyvän kippausilmiön esiintymismahdollisuus on oleellisesti vähentynyt .

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista kytkentää, jossa on kaksi vastakkain kytkettyä tyristorisuuntaajaa, kuvio 2 esittää kuviosta 1 vastaavaa kytkentää, kun tyristori-suuntaajina on käytetty 2- tie -6 -sykesuuntaajia.

kuvio 3 esittää erästä tavanomaista, verkkokommutoidun syklo-konvertterin periaatekytkentää, jossa on käytetty 1-tie -3-sykemuuntajia, kuvio 4 esittää tavanomaisen, verkkokommutoidun syklokonvertte-rin virran käyrämuotoa ajan funktiona ja kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen, kuormituskommutoidun syklo-konvertterin virran käyrämuotoa ajan funktiona.

Käsillä oleva keksintö perustuu siihen, että normaalisti verkkokommutoituna toimiva tyristorisuuntaaja muutetaan toimimaan kuormituskommutoituna. Tämä saadaan yksinkertaisesti aikaan lisäämällä kuormituksen, joka on esitetty sähkömoottorin kääminä 4 rinnalle piiri 1, joka toimii sarjaresonanssipiirinä. Kuviossa 1 on esitetty tällä tavoin muutetun kahden vastakkain-kytketyn tyristorisuuntaajän 5, 6 kytkentä. Ohjausperiaatteesta 4 . 65692 riippuen kytkentä kuvaa joko tasavirtakäyttöä tai syklokonvert-terin yhden vaiheen kytkentää. Kuviossa 1 suuntaajina on käytetty 1- tie -3-sykesuuntaajia. Kuormituskommutoidun tyristo-risuuntaajan toiminta-ajatus selviää kuvioiden 1 ja 2 avulla.

Kun esimerkiksi tyristori Tl tai tyristorit Tll ja T16 johtavat, muodostuu resonanssipiirin 1 ja kuorman 4 kautta virtatie. Tyristorien kautta kulkee sekä kuorman että resonanssipiirin virta. Tällöin latautuu resonanssipiiri 1, joka muodostuu ainakin yhdestä kondensaattorista 2 ja ainakin yhdestä kuristimesta 3, jotka on kytketty keskenään sarjaan. Resonanssipiiri 1 ei voi kuitenkaan purkautua edellä mainittujen tyristoreiden Tl,

Tll ja T16 kautta, koska nämä ovat purkautumisvirralle esto- j suuntaiset. Resonanssipiiri 1 purkautuu siis kuorman 4 kautta. j

Kun resonanssipiirin purkautumisvirta saavuttaa kuorman virran, ! tyristoreiden Tl tai Tll, T16 kautta kulkeva virta on nolla ja nämä tyristorit sammuvat. Virta kulkee nyt resonanssipiirin 1 ja kuormituksen 4 muodostamassa piirissä. Kun seuraavat tyristorit, esimerkiksi T2 ja Tll ja T12, sytytetään, tapahtuma toistuu näiden tyristoreiden kohdalla. On tärkeää, että resonanssipiirin komponentit 2, 3 ovat oikein valitut ja juuri tähän valintaan kiinnitetäänkin tässä keksinnössä erityistä huomiota.

Verrattaessa keksinnön mukaista ratkaisua esimerkiksi äänenvai-mennuspiiri1lä varustettuun tyristoriohjattuun sähkömoottorikäyttöön (saman hakijan suomalainen patenttihakemus n:o 793301) on erona aivan toinen toimintaperiaate ja toisenlainen mitoitusperiaate, vaikka molemmissa laitteissa kuormituksen rinnalle on liitetty sarjaresonanssipiiri. Vastaavasti on alan kirjallisuudessa esitetty erilaisia suodatinpiirejä, jotka on toteutettu sarjaresonanssipiirikytkennöillä, mutta näiden piirien toimintatarkoitus ja niillä saavutettavat tulokset ovat aivan toisenlaisia kuin tämän keksinnön mukaisen sarjaresonans-sipiirin vastaavat toiminnot.

Alan ammattimiehelle on selvää, etteivät keksinnön erilaiset sovellutusmuodot rajoitu yksinomaan edellä esitetyn esimerkin mukaiseen tyristorisuuntaajakäyttöön, vaan eri sovellutusmuodot voivat vaihdella jälj empänä esitettävien patenttivaatimusten pui tteissa.

Claims (3)

65692

1. Parannus tyristorisuuntaajakäyttöön, jossa tyristorisuun-taaja käyttää kuormitusta (4) kuten sähkökonetta, jonka rinnalle on lisätty sarjaresonanssipiiri (1), tunnettu siitä, että sarjaresonanssipiirin komponentit (2,3) ovat siten valitut, että piirin latausvaihe ja purkausvaihe ovat yhtä pitkät ja että tyristorien johtaessa resonanssipiiri latautuu sellaisella pulssilla, joka vastaa kuormaan menevää pulssia. i

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tyristorisuuntaajakäyttö, tunnettu siitä, että kuormituksen (4) rinnalle lisätyn piirin (1) komponentit (2,3) ovat siten valitut, että purkaus-vaiheessa kuorman (4) kautta menevä virtapulssi on yhtä suuri kuin verkosta latausvaiheessa kuormaan (4) menevä virtapulssi ja että virtapulssi pystyy sammuttamaan tyristorin ja syöttämään virtaa.

3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen tyristorisuuntaaja-käyttö, tunnettu siitä, että sarjaresonanssipiirin (1) komponentit (2,3) ovat siten valitut, että purkaus- ja lataus-vaiheen pituus on l/(2’p’f), jossa p = suuntaajan pulssiluku ja f = verkon taajuus.