FI71047C - Anordning foer reglering av en asynkronmaskin - Google Patents

Description

ΓΓΖ&71 KUULUTUSjULKAISU η1ΠΛΓ? ™ UTLÄGGNINGSSKRIFT /IU47 c (45) Ρ~ te .iti r.:·7: tty

retort z? Me3":t IV? 10 io°C

v (51) Kv.lk.*/lnt.CI.* H 02 P 5/34 (21) Patenttihakemus — Paeentansölcning 772769 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag 20.09.77 (H) (23) Alkupäivä — Giltlghetsdag 20.09.77 (41) Tullut julkiseksi — Bllvlt offentlig 05.04.78

Patentti-ja rekisterihallitus /44) Nähtiväksipanon ja kuul.juikaisun pvm. — 18.07 86

Patent- och registerstyrelsen V ' Anshkan utlagd och utl.skriften publlcerad * ‘ * (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begird prforltet 04.1 0.76

Saksan 1i i ttotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskiand(DE) P 2644748.3-32 (71) Zinser TextiImaschinen Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Postfach 1480, Ebersbach, Saksan 1iittotasavalta-Förbundsrepubiiken Tyskland(DE) (72) Horst Wolf, Albershausen, Saksan 1iίttotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (74) Forssan δ Salomaa Oy (54) Laite epätahtikoneen säätöä varten - Anordning för regiering av en asynkronmaski n

Keksintö koskee laitetta epätahtikoneen säätöä varten. Keksintö käsittää myös epätahtikoneen.

Keksinnön tehtävänä on aikaansaada säätö epätahtlkonetta varten, millä voidaan yksinkertaisella ja käyttövarmalla tavalla saavuttaa annetulla kierrosluvulla kuormituksesta riippumattoman, suunnilleen vaklosuurulsen magnetolntlvirran tarkka noudattaminen, siten että myöskin hyvin nopeissa kuormltuksenmuutoksls-sa, esimerkiksi käytettävään kuormaan johtavan kytkinakselin murtuessa, el voi syntyä mitään vaarallisia muutoksia epätahtikoneen napajännitteeseen.

Epätahtikoneen staattorljännite (napajännite) pidetään tämän menetelmän avulla suunnilleen vakiona annetulla kierrosluvulla kuormituksesta ja staattorivir-rasta riippumatta, jolloin el esiinny häiritseviä jännltehulppuja (voltage peaks) ja jännitelaskuja (voltage drops), ja näin myös erittäin äkillisissä kuormituksenmuutoksissa. Staattorljännitteen jatkuvan, likimääräisen vaklona-pltämieen johdosta jää myös magnetointlvlrta kullakin kierrosluvulla suunnilleen vakioksi. Täten saa epätahtikone erittäin hyvän dynaamisen käyttäytymisen, mikä vastaa suunnilleen tasavirta-sivuvirtakoneen dynaamista käyttäytymistä ja sähköisten komponenttien vahingoittumiset ja tuhoutumiset ylijännltteen johdosta estetään, koska sellaisia ylijännitteitä ei voi esiintyä, ei myös- 2 71047 kään hyvin lyhytaikaisten jännitehuippujen muodossa. Staattorijännitteen pysyvyys, mikä keksinnöllä saavutetaan, syntyy periaatteessa siten, että suhde I /Δf ( I - etaattorivirta, AF roottorijättämätaajuus) pidetään vakiona 8 8 roottorijättämätaajuuden käytännössä hitauksettomalla muutoksella, minkä johdosta staattorin ja roottorin raudan kyllästyerajan alapuolella magnetoin- tivirta Iu pidetään suunnilleen vakiona, koska I 0 ja siten on verrannol- ' 8 linen arvoon Ίμ (0 = magneettivuo).

Keksinnön mukainen säätö toteutetaan vaatimuksessa 1 määritellyllä laitteella.

Annetulla kierrosluvulla kuormasta riippumattoman, suunnilleen vaklosuurulsen magnetolntivirran käyttö on tunnettua tasavirta-sivuvirtakonelsta. Kun tämä keksinnön mukaan onnistuu myös epätahtlkonelssa, saadaan tälle epätahtikoneel-le suunnilleen samanlainen dynaaminen käyttäytyminen kuin tasavirta-sivuvirtakoneessa, jolloin kuitenkin epätahtikoneen oleellisesti yksinkertaisemman rakenteen johdosta saadaan kustannussäästöjä, pienempi paino, tukevammat käyttöominaisuudet ja paljon vähäisemmät huoltotyöt.

Staattorljännitesäätäjä voidaan vaikeuksitta muodostaa siten, että se toimii käytännössä ilman hitautta ja sen mukaan, jopa epätahtikoneen äkillisessä kuormltuksenmuutoksessa, säätimen avulla staattisen vaihtosuuntaajan kautta, jonka taajuus on samoin säädettävissä käytännössä ilman hitautta, koska sen ohjattavat virtaventtiillt, kuten tyristorit tai vastaavat, ovat ohjattavissa käytännössä ilman hitautta, vaikutetaan heti roottorljättämätaajuuteen ja siten roottorivastukseen, tarkoituksella pitää epätahtikoneen magnetolntlvlrta vakiona, siten että koneen napajännite el saa mitään vaarallisia arvoja. Jos epätahtikoneen kierroslukua muutetaan, el magnetolntlvlrta normaalisti kiinnostavalla kierroslukualueella, jolloin roottorltaajuus on ensi sijassa 10-100 Hz (roottoritaajuuden määrittelystä katso sivu 11, rivit 8-10 ylhäältä), muutu ollenkaan tai muuttuu vain vähän. Mikäli roottoriklerrosluku on hyvin pieni tai hyvin suuri, muuttuu magnetolntlvlrta kierrosluvusta riippuen, koska silloin vastuksen, minkä läpi magnetolntlvlrta kulkee, el voida ajatella muuttuvan enemmän kuin verrannollisesti roottoritaajuuteen. Mutta myös sellaisilla harvoin tarvittavilla kierroslukualueilla on vakiokierrosluvulla magnetointi-virta samoin kuormituksesta riippumaton, siten että myös sellaisilla kierros-lukualueilla keksintöä voidaan samoin edullisesti käyttää.

3 71047

On tarkoituksenmukaista, jos epätahtikoneen roottorivirta välittömästi äkillisen kuormanmuutoksen jälkeen el muutu ollenkaan tai merkittävästi hyvin lyhyenä aikana, esimerkiksi 0,05-0,2 sekuntia, mikä vaikeuksitta voidaan saavuttaa kierroslukusäätäjän sopivalla hitaudella tai muulla tavalla, etupäässä vaihtosuuntaajan eteen kytketyllä induktanssilla. Vaihtosuuntaajan eteen kytketyn virtaohjättävän tasasuuntaajan tapauksessa on sellainen induktanssi joka tapauksessa tarkoituksenmukainen erilaisten taajuuksien erottamiseksi klerroslukusäätäjällä ohjatun virtaohjättävän tasasuuntaajan ja vaihtosuuntaajan välillä, jotta vaihtosuuntaajaan toimitetaan jatkuva tasavlrta, mikä on suunnilleen vakio vaihtosuuntaajan kommutolntlajan yli.

Epätahtlkone voi olla yleistä rakennetta, edullisesti kolmivaihevaihtovirta-kone, mutta myös muut epätahtikoneet tulevat kysymykseen, etupäässä kaksivaiheiset, nelivaiheiset tai muut epätahtikoneet. Epätahtikoneessa voi edullisesti olla oikosulkuroottori, mikä antaa erittäin yksinkertaisen ja tukevan konerakenteen. Kuitenkin voidaan käyttää myös multa roottorlrakennetapoja.

Edullisesti voi laitteessa olla staattinen virtaohjattava verkkovirtatasasuun-taaja, jota ohjataan klerroslukusäätäjällä virtasäätäjän kautta, kuten on tunnettua tasavirta-sivuvirtakoneiden kierroslukusäädölle. Kierroslukusäätä-jällä virtasäädön kanssa ohjattu lähtötasavirta tästä verkkovirtatasasuuntaa-jasta voidaan sitten johtaa induktanssin kautta taajuusohjattuun staattiseen vaihtosuuntaajaan, jonka lähtötaajuus määrätään yhdistäjän lähtöjännitteellä ja se on etupäässä verrannollinen tämän yhdistäjän lähtöjännitteeseen. Kuitenkin myös muut virtaohjattavat tasasuuntaajat tulevat kysymykseen.

Piirustuksessa esitetään keksinnön suorltusesimerkkl, jolloin piirustus esittää keksinnön mukaisen laitteen erään edullisen suorituseslmerkin lohkokaaviota.

Piirustuksessa merkitään numerolla 10 kierrosluvultaan muuttuvaa, säädettävää epätahtikonetta, jolloin tässä edullisessa suoritusesimerklssä on kysymys kolmivaiheisesta vaihtovirtakoneesta, joka voi toimia sekä moottorina että generaattorina, kuten myöhemmin lähemmin selitetään. Siinä voi edullisesti olla oikosuljettu roottori. Sen roottoriakselilta 9 käytetään kuormitusta 8 ja takogeneraattoria 28. Tämä takogeneraattori 28 tuottaa epätahtikoneen 10 roottorin kierrosluvun kanssa verrannollisen tasajännitteen joko suoraan tai 4 71047 tuottamalla kolmivaihevirtaa, mikä tasasuunnataan. Epätahtlkoneen 10 syöttö tapahtuu katkaisimken 13 kautta primäärisestä kolmivaiheverkosta 12, mikä on esimerkiksi 380 V ja 50 tai 60 Hz. Kytklnkaavion katkoviivalla ympäröity osa 11 vastaa rakenteeltaan tavallista täysin ohjattua, virtasäädöllä ja käynnis-tys-jarrutusautomatiikalla varustettua kolmlvalhesiltaa, joka usein on tavallinen tasavlrtasivuvlrtakonellla ja jota voidaan edullisesti käyttää epätahtlkoneen syöttöä ja kierroslukusäätöä varten uudenlaisen magnetointivirtasäädön yhteydessä.

Epätahtlkoneen 10 kierroslukua voidaan säätää portaattomasti esitetyn kytkennän avulla hyvin suurella kierroslukualueella. Esimerkiksi voidaan roottori-taajuus säätää portaattomasti välillä 2-90 Hz, mikä luonnollisesti on vain esimerkki. Epätahtlkoneella voi olla myös suuri teho, mikä on esimerkiksi 100 kW ja vielä enemmän. Epätahtlkone voi edullisesti toimia käytömoottorina, mutta se voi muuttumattomalla kytkennällä toimia myös generaattorina joko erilleen käytön avulla tai jarrutuksessa, koska staattiset virtasuuntaajat 14,19 tunnetulla tavalla voivat kuljettaa molemmat energiasuunnat ja tällöin siirtyminen tapoahtuu täysin automaattisesti ja ilman ylimääräisiä kytkinlaitteita, jolloin virran suunta säilytetään ja ainoastaan staattorijännite muuttaa etumerkkiä, mikä riippuu pyörivän kentän suunnanmuutoksesta roottorin suhteen, siten että energlasuunta muuttuu vastaavasti.

Kolmlvalheverkko 12, mikä toimittaa syöttövirtaa, on katkaisimen 13 kautta liitetty ohjattuun tasasuuntaajaan 14, joka muuttaa kolmivaihevlrran vaihtuvan vlrranvolmakkuuden omaavaksi tasavirraksi, siten että sen ohjaussyöttöjä ohjataan kierroslukusäätäjästä 15 vlrranrajoittimen 16 kautta, joka säätölaitteella 22 säädettävästl rajoittaa etaattorlvlrran esimerkiksi maksimaallseetl 1,5-kertäiseen nimellisvirtaan, virransäätäjän 17 kautta ja muuntajan 18 kautta, joka muuntaa virransäätäjän 17 ulostulevan taeavirran ohjauslmpulsselksi, siten että tasasuuntaajan 14 ulosmenossa esiintyy tasavirta, minkä vlrranvol-makkuus joka tilanteessa asettuu siten, että roottorlkierrosluku asetetaan haluttuun arvoon. Tässä taeavlrraesa on kysymys jatkuvasta tasavlrrasta.

Epätahtlkoneen 10 kierrosluvun haluttu arvo on säädettävissä halutun arvon säätölaitteelle 20.

Kummassakin säätäjässä 15 ja 17 voi edullisesti olla tolmlnnanvahvlstin, joka 5 71047 kondensaattorin 60,60' ja vastuksen 61,61’ sarjassa olevalla takaisinkytken-nällä saa PΙ-ominaisuudet, suten että tässä edullisessa suorituseslmerkiesä on säätäjissä 15 ja 17 kysymys Pl-säätäjistä.

Takogeneraattorilla 28 mitattu roottorin kierrosluvun todellinen arvo johdetaan johdon 7 ja säädettävän vastuksen 7' kautta roottorikierroslukuun verrannollisena jännityksenä kohtaan 26', jossa todellisen arvon ja halutun arvon säätölaitteella 20 asetetun kierroslukuarvon välinen ero ja siten kierrosluku-säätöpoikkeama muodostuu, jota korjataan jatkuvasti kierroslukusäätäjällä 15 ja virtasäätäjällä 17 muuttamalla tasasuuntaajan 14 tasavirtaa ja siten epä-tahtikoneen 10 staattorlvlrtaa. Tämä säätöpiiri on huomattavasti hitaampi kuin alla kuvattu käytännöllisesti katsoen hitaukseton magnetolntivirtasäätö-piiri. Säätäjä 15 toimittaa halutun arvon johdossa 36 tasasuuntaajaan 14 ja siten staattiseen taajuusohjattuun vaihtosuuntaajaan 19 ja epätahtikoneeseen 10 menevään staattorivirtaan. Kohdassa 17' muodostuu johdon 23 kautta toimitetun todellisen arvon ja säätäjän 15 toimittaman halutun virta-arvon välinen ero säätöpolkkeamana virtasäätäjälle 17. Johtoon 23 on väliinkytketty säädettävä vastus 23' ja tasasuuntaaja 23".

Johdossa 7 oleva, roottorikierrosluvun kanssa verrannollinen jännitysslgnaali johdetaan kohdan 26' lisäksi myös yhdistäjään 41 ja magnetointivirtasäätäjän 42 edessä olevaan kohtaan 50. Kohtaan 50 johdetaan myös epätahtlkoneen 10 napajännitteen kanssa verrannollinen tasavirtaslgnaali, mikä tulee johdon 44 kautta, joka sisältää tasasuuntaajan 43. Magnetointivirtasäätäjään 42 ja yhdistäjään 41 meneviin johtoihin 44,45,46 voi olla väliinkytketty ei-esitetyt säädettävät vastukset, haluttujen vakioiden ci»c2,c3 säätämiseksi siten, että kohtaan 50 johdetaan johdon 44 kautta signaali c.,u (u “staattorinapajännite) ja johdon 46 kautta signaali c2,ul yhdistäjään 41 johdetaan johdon 45 kautta signaali c,.uT (uT“roottorikierrosluvun kanssa verrannollinen ulostulo-jännite takogeneraattorista 28). c2 ja c3 voivat tietenkin olla yhtä suuria. Säätäjässä 42 voi olla P-omlnalsuudella varustettu toimlntavahvistln 47, siten että ulostulo vahvistimesta 47 on takaisinkytketty ohjausslsäänmenoon johdon 49 kautta, joka sisältää ohmisen vastuksen 48. Kohdassa 50 muodostuu ero - c^u^ säätöpoikkeamana. Suurestivahvistava toimlntavahvistln 47 toimittaa silloin ulostulopuolelle säätöpoikkeaman kanssa verrannollisen tasajänniteslg-naalin, joka määrää roottorijättämätaajuuden ja se johdetaan yhdistäjän 41 toiseen slsäänmenoon yhdistettäväksi johdon 45 kautta tulevaan tasajännlteslg- 6 71047 naaliin c^u^· Säätäjä 42 on rakennettu siten, että roottorijättäinätaajuus jää aina pienemmäksi kuin koneen 10 vääntömomentti-roottoritaajuus-käyrän kääntö-pisteen ja synkronipisteen välinen taajuusero, niin ettei kone 10 sallituilla kuormituksilla ylitä kääntöjättämää. Säätäjällä 42 säädetty magnetointivirta säädetään vakioarvoon vakiosuuruisella kierrosluvulla, eli kun uL = vakio.

Hyvin laajalla kierroslukualueella jää magnetointivirta riippumattomaksi kuormituksesta.

Koneen 10 napajännite muodostuu vapaasti staattorivlrtaa ja roottorijättämä-taajuutta vastaten taajuusriippuvilla moottorlreaktansseilla, mutta pidetään kuitenkin suunnilleen vakiona säätäjällä 42 roottorljättämätaajuuden vaikutuksella annetulla kierrosluvulla. Säätö on asetettu siten, että jokaisella halutun arvon säätäjällä asetetulla kierrosluvulla nimellievääntömomentilla esiintyy suunnilleen optimaalinen roottorijättämätaajuus, jotta käytetään konetta 10 optimaalisesti hyväksi. Kohtaan 50 synnytetty jännite-ero CjUs - c2ul aikaansaa tällöin sen, että koneen 10 napajännite muuttuu verrannollisena kierroslukuun, esimerkiksi 4,4 V/Hz. Vakiokierrosluvulla pidetään napajännite jatkuvasti suunnilleen vakiona säätäjällä 42 kuormituksesta riippumatta, eli että ei myöskään esiinny mitään häiritseviä jännitehuippuja.

Yhdistäjän ulostulo on johdolla 51 liitetty jännltetaajuusmuuntajaan 52, jonka ulostulo toimittaa vakiotaajuuden omaavia ohjaussykäyksiä, joiden taajuus on verrannollinen muuntajan 52 slsäämnenojännltteen kanssa. Nämä ohjaussykäykset johdetaan sykäysjakajan (sytytysjakaja) 53 kautta staattisen vaihtosuuntaajan 19 virtaventtiileihin, mikä vaihtosuuntaaja muodostaa 6-sykäyksisen, täysin ohjatun kolmlvalhevirtaslllan epätahtlkoneen 10 staattorikoImivaihevirran tuottamiseksi. Virtaventtiilit voivat olla tyristoreja.

Esitetyssä kytkimessä on myös käynnistys-jarrutus-automatiikka 33, joka samoin on tavallinen tasavirta-sivuvirtakoneiden kierroslukusäätölaitteissa. Tämä käynnistys-jarrutus-automatiikka 33 on sisäänmenopuolelta liitetty vaihe-val-vontakytklmeen 34, jota puolestaan ohjataan ohjausjännltelaltteella 35. Tämä käynnlstys-jarrutusautomatllkka 33 on tunnettu ja siksi sitä el tarvitse lähemmin selittää. On vain mainittava, että se vaikuttaa johdon 27 kautta käynnistyksessä ja jarrutuksessa säätäjään 15, vlrranrajolttlmeen 16 ja muuntajaan 18 käynnistyksen ja jarrutuksen vaatimalla tavalla. Epätahtlkoneen 10 käynnistämiseksi on lisäksi edullista, että magnetolntlvlrtasäätäjä 42 käynnistyksen 7 71047 alussa antaa roottorijättämän, mikä saavutetaan vain lyhytaikaisesti käynnistystä varten kytkettävän säätölaitteen avulla» joka antaa käynnistystä varten magnetolntlvlrta-säätäjälle 42 magnetointlvirran säätöpoikkeaman.

Kierroslukusäädön toiminta on jo selitetty. Seuraavassa selitetään lähemmin magnetointlvirran säätöä.

Magnetointlvlrrassa on kysymys puhtaasta lolsvirrasta. Vektoreilla esitettynä Is = ])u + IL (Is*=staattorivlrta, 1^-roottorivirta, I^magnetolntlvirta). Epä-tahtikoneen moitteetonta käyttöä varten on, samoin kuin tasavirta-sivuvir-takoneessa, välttämätöntä, että aina on riittävä magnetolntlenergia. Tasavir-ta-sivuvirtakoneessa on se kuitenkin suhteellisen yksinkertaista, koska on erillisesti luoksepäästävät ankkurointi- ja magnetolntlnavat, että saadaan vakiosuurulnen magnetolntl kuormituksesta riippumatta. Epätahtlkoneessa on sitä vastoin kalkkia virtoja varten, siis myös roottorivirtaa varten (rootto-rivirta on vääntömomentln kanssa verrannollinen kuormltusvlrta) ja magnetoin-tlvirtaa varten yhteiset sieäänmenonavat, siten että epätahtlkoneen magnetoin-tivirtaan ei vakioklerrosluvulla aluksi voida vaikuttaa tai sitä el voida pitää vakiona roottorivlrrasta riippumatta. Tämä voidaan kuitenkin tehdä mag-netointlvirtasäätäjällä 42. Edellytys on tällöin jokaisessa lyhytaikaisessa kuormituksessa, esimerkiksi 0,1-0,2 sekuntia, vielä suunnilleen vakio staat-torivirta, minkä tässä kytkimessä aikaansaa vlrtasuuntaajien 14,19 taajuus-kytkentää ja tasavirran tasoittamista varten kalkissa olosuhteissa tarpeellinen induktanssi 24. Epätahtlkoneessa esiintyvä staattorivlrran jako magnetoin-tivirtaan ja roottorivirtaan (kuormltusvlrta) toimitetaan magnetointivirta-säätäjällä 42 muuttamalla roottorljännitetaajuutta, eli staattorikolmivaihe-kentän taajuuden ja roottorltaajuuden välistä eroa, jolloin roottorljättämä-taajuus kuitenkin aina jää pienemmäksi kuin tämän koneen 10 kääntöjättämätaa-juus. Vakio magnetointivirta ja siten vakio emk (vektorina sähkömotorinen voima) saavutetaan muuttamalla roottorivirtaa. Roottorivirtaan vaikutetaan toisaalta roottorivastuksella R «R0.(f /Af) ja tällöin roottorijättämätaa-juudella Af siten, että magnetointivirta aina ja kuormituksesta riippumatta saa epätahtikoneelle asetetun optimaalisen arvonsa (R^ - roottorin kokonais-vastus, f - staattorivlrran taajuus, At « roottorijättämätaajuus, R2 * koneen oma roottorlsuuruus vastusta varten). Magnetointlvirran optimaalinen arvo on aina saavutettu, kun epätahtlkoneen 10 kytkinruuvelssa on kuhunkin roottori-kierroslukuun kuuluva staattorijännite (napajännite) esim. 4,4 V/Hz.

8 71047

Magnetointivirran säädön tarkoituksena on toisaalta aikaansaada epätahtikoneen 10 suotuisa dynaaminen käyttäytyminen suunnilleen tasavirta-sivuvirtakoneen käyttäytymistä vastaten ja toisaalta on tämän magnetointisäädön tehtävänä annetulla kierrosluvulla pitää napajännite suunnilleen vakiona myös äkillisessä kuormitusmuutoksessa. Napajännite muuttuu luonnollisesti kyseisessä tapauksessa asetetun roottorikierrosluvun kanssa, nimittäin suunnilleen verrannollisesti roottorikierrosluvun kanssa. Magnetointivirtasäätäjällä 42 onnistuu vakioklerrosluvulla pitää magnetolntivlrta suunnilleen vakiona, kuten tässä selitetään. Oletetaan, että epätahtikone 10 käyttää kuormitusta vakioklerrosluvulla. Jos silloin esiintyy äkillinen kuormitusväheneminen, esimerkiksi tapahtuu kuormituksen poisputoamlnen tai sen käyttöakseli murtuu, jää Induktanssin 24 johdosta staattorivirta suunnilleen vakioksi vielä lyhyeksi ajaksi, esimerkiksi parhaiten 0,05-0,2 sekunniksi. Myös roottorikierros-luku voi tänä lyhyenä aikana muuttua ainoastaan vähäpätöisestl. Säätäjä 42 toimii tällöin ilman hitautta siten, että napajännite kuormituksen poisputoa-mlseeta ja vähäpätöisestä kierroslukulisäyksestä huolimatta pysyy aina verrannollisena kierrosluvun kanssa. Tämän se saavuttaa siten, että se vähäisen kierroslukullsäyksen suhteen verrannollisena kohonneen takogeneraattorln ulostulojännitteen vaikutuksen mukaan lisää vastaavasti ilman hitautta epätahtikoneen sisäistä vastusta. Sisäisen vastuksen lisäys saavutetaan rootto-rijättämätaajuutta (säätäjän 42 ulostulo) vähentämällä, mitä el määrätä suoraan kuormalla, kuten muuten tavallista. Samanaikaisesti, mutta tietyllä hidastuksella kierroslukusäätäjän ja virtasäätäjän kautta, vähennetään staat-torivirtaa ja siten epätahtikoneen vääntömomenttia niin paljon, että asetettu haluttu kierrosluku taas saavutetaan, eli vääntömomenttl ja kuormitusmomentti ovat taas tulleet yhtä suuriksi. Ilman säätäjää 42 nousisi kuormitusmuutoksen seurauksena staattorljännite voimakkaasti, mikä esimerkiksi voisi helposti johtaa vaihtosuuntaajan 19 vlrtaventtlllien rikkoutumiseen. Magnetointivirta-säätäjä 42 pitää kuitenkin staattorijännitteen suunnilleen vakiona huolimatta äkillisestä kuormitusvalhtelusta. Kuormitusvähenemisen kanssa alkaa roottori heti kohottaa kierroslukuaan sillä seurauksella, että roottorijättämä tulee pienemmäksi, minkä johdosta koneen 10 sisäinen vastus voimakkaasti lisääntyy ja staattorljännite alkaa vastaavasti jyrkästi kohota. Tämä staattorijännitteen nousu on paljon nopeampi kuin roottorikierrosluvun nousu, siten että säätäjän 42 sieäänmenoon aiheutetaan sellainen säätöpolkkeama, että laitteilla 42,42,52,53 vaihtosuuntaajan 19 ohjaustaajuutta käytännöllisesti katsoen ilman hitautta kohotetaan niin paljon, että roottorin jättämätaajuus tulee 9 71047 s taat torit aa j uuden lisäyksen seurauksena jonkin verran korkeammaksi. Jättämä-taajuuden lisääntyessä vähenee kuitenkin koneen sisäinen vastus, minkä johdosta sen staattorljännite taas laskee. Säätöpolkkeama kohdassa 50 pienenee täten taas niin, että jättämätaajuus tulee pienemmäksi, staattorljännlte kohoaa taas jne. Nämä säätäjällä 47 aikaansaadut toimenpiteet seuraavat niin nopeasti, että staattorljännlte täten, jopa äkillisissä kuormitusmuutoksissa, säädetään suunnilleen vakioarvoon jatkuvasti ja ilman jännitehuippujen syntymistä. Siten säädetään myös magnetointivlrta suunnilleen vakioarvoon kuormituksesta riippumatta, siten että voidaan myös puhua magnetolntivlrran säätämisestä, vaikkakaan itse magnetolntlvlrtaa ei mitata, vaan sen sijaan koneen 10 napajännitettä. Koneen 10 sisäinen vastus muuttuu ajallisesti keskimäärin vastaten kuormitusmuutoksen johdosta esiintyvää staattorlvlrtamuutosta. Äkillisestä kuormltuksenpolstumlseeta huolimatta estetään siis epätahtikoneen 10 staattorijännitteen mainittava kohoaminen ja siten pidetään myös magnetoin-tivirta kuormituksesta riippumatta lähes vakiona. Aikaansaadaan siis, että mielivaltaisissa kuormitusmuutoksissa, jopa kalkkein nopeimmlssa muutoksissa, staattorivirta ja magnetointivlrta annetulla kierrosluvulla pysyvät suunnil-len vakioina eikä mitään vaarallisia ylijännitteitä voi syntyä. Kierrosluku-säätö on huomattavasti hitaampi kuin magnetolntlvirtasäätä ja vähentää kuvatun alkutapahtuman mukaan staattorlvlrtaa niin kauan, kunnes staattorivirta taas on sovitettu epätahtikoneen vähentyneeseen tai puuttuvaan kuormitukseen. Laskevan staattorijännitteen johdosta, mikä kuitenkin säätäjän 42 suuren vahvistuksen takia on ainoastaan hyvin pieni, laskee tällöin jättämätaajuus jatkuvasti. Jos toisaalta esiintyy äkillinen kuormitusnousu, esimerkiksi äkillinen kuorman lisäys, kohoaa heti roottorijättämätaajuus, joten koneen 10 sisäinen vastus pienenee voimakkaasti ja staattorljännlte pienenee jne., siten että säätäjä 42 käytännöllisesti katsoen ilman hitautta säätää samoin suunnilleen vakion staattorijännitteen ja siten suunnilleen vakion magnetolntl-virran. klerroslukusäätäjä 15 kohottaa silloin kierrosluvun vakionapitämlsek-si staattorlvlrtaa niin kauan, kunnes se on saavuttanut suuruuden, mikä vaaditaan nyt tarvittavaa korkeampaa vääntömomenttia varten.

Voidaan myös kuvata esitettyä olosuhdetta siten, että kun staattorljännlte (epätahtikoneen 10 napajännite) on suurempi tai pienempi kuin kyseessäolevaa roottorikierroslukua vastaava arvo, niin suurentaa tai vastaavasti pienentää magnetolntivirtasäätäjä 42 ulosmenossaan roottorijättämätaajuutta siten, että etukäteen annettu suhde napajännitteen ja roottorlklerrosluvun välillä pide- 10 _ 71047 tään aina hyvin ahtaissa rajoissa säätämällä napajännitettä ja siten magne-tolntivlrtaa. Luonnollisesti haluaisi ensi vaiheessa myös epätahtikoneen vääntömomentti ja siten kierrosluku muuttua roottorljättämätaajuuden muutoksen seurauksena. Kierroslukua säädetään kuitenkin kierroslukusäätäjän 15 avulla vlrtaeäätäjän 17 kanssa aina haluttuun arvoon ottaen huomioon kierroslukusäätäjän aikavakio, mikä pääasiassa määrätään induktanssilla 24.

Kun halutun arvon säätölaitteella 20 tehdään kierroslukumuutos epätahtikonee-seen, muuttuu takogeneraattorllla 28 ja siten epätahtlkoneella 10 ja magne-tointlvlrtasäätäjällä 42 ohjattu vaihtosuuntaajan 19 ulosmenotaajuus, samalla kun jatkuvasti vaikutetaan staattorivirtaan kierroslukusäätäjällä 15 niin kauan, kunnes roottorin uusi kierrosluku on säädetty, jolloin roottorin jättämätaajuus säädetään eri suureksi kuormituksen mukaan, koska säädetyllä kierrosluvulla magnetointivirta säädetään vakioarvoon säätäjällä 42.

Myös ilman mitään lisätoimenpiteitä mahdollinen epätahtikoneen 10 muuttaminen moottorikäytöstä generaattorikäyttöön ja päinvastoin tarjoaa tasavirtakoneeseen verrattuna muita teknisiä ja taloudellisia etuja. Tasavirtakoneessa tekee tämä siirtyminen tarpeelliseksi magnetolnti- tai ankkurivirran napojen-valhdon tai toisen vastarinnan olevan vlrtausuuntaajän. Sitävastoin tapahtuu esitetyssä kytkimessä siirtyminen täysin automaattisesti ilman llsäkytkinlait-teita ja kytklnkomponentteja, jolloin vlrtaussuunta säilytetään.

Epätahtikoneen magnetointlvirtasäädön eräs etu on myös se, että myös rootto-rljättämätaajuus epätahtikoneen 10 vaklovääntömomentllla moottorikierroelu-vusta riippumatta on suunnilleen vakio ja muuttuu siis käytännössä ainoastaan vääntömomentista riippuen. Tämä aiheuttaa myös huomattavia etuja käynnistykselle ja säädön stabillisuudelle dynaamisissa tapahtumissa. Voidaan siis saavuttaa, että vallitsevalla nlmellisvirralla ja vastaavasti vallitsevalla nlmelliskuormituksella on epätahtikoneen käynnille suotuisin roottorljättämä-taajuus. Tämä voidaan ilman muuta saavuttaa vakioiden c^>c2 3a c3 sopivalla määräämisellä, jolloin yleensä c^ ja voivat olla yhtä suuria.

Kuten kytkennästä ilman muuta havaitaan, vastaa magnetointlvirtasäätäjän 42 kulloinenkin ulostulo roottorljättämätaajuutta. Koska säätäjä 42 tässä edullisessa suoritusesimerkissä on suureetivahvistava P-säätäjä, on tässä säätäjässä kysymyksessä ainoastaan hyvin pieni suhteelllsuusalue, siten että pysyvissä 11 71047 käyttöolosuhteissa on säätöpoikkeama käytännössä nolla ja siten käytännössä c^ug yhtä suuri kuin aelvää, että säädetyn magnetolntivirran suuruus parhaiten suunnataan epätahtikoneen valmistajan Ilmoittamaan nimellismagne-tolntiln. P-säätäjän sijasta voidaan käyttää myös muita säätäjiä, parhaiten PI-säätäjiä. PI-säätäjää varten riittää se, että kuviossa kytketään kondensaattori sarjaan vastuksen 48 kanssa.

6-sykäykslnen kone-vaihtosuuntaaja 19 tahdistetaan siis staattoritaajuudelle yhtälöä f f. + Af (f staattoritaajuus, fT roottorltaajuus) vastaten S L 8 Li virtajakajan 53 kautta. A f voi ottaa positiivisia arvoja (moottorikäyttö) ja negatiivisia arvoja (generaattorikäyttö), Parhaiten voi tällöin vaihekommu-tolntl tapahtua kondensaattoreilla valhejärjestys-kommutointlperlaatteen mukaan. Virtaventtilleissä ajallisesti esiintyvät virta- ja jännitemuutokset ovat niin pieniä, että normaaleja tyristoreja voidaan käyttää virtaventtii-lelnä. Induktanssilla 24 on tällöin myös tehtävänä pitää virta suunnilleen vakiona kommutoIntiajän yli ja kytkeä pois erilaiset taajuudet virtasuuntaa-jien 14,19 välillä.

Vaikkakin koneen 10 kierrosluku voi olla säädettävä halutun arvon säätölaitteella 20, tarjoaa keksintö myös etuja, jos kierrosluvun aeetteluarvo el ole säädettävä ja staattoritaajuus eroaa verkkotaajuudesta.

Niin kauan kuin takogeneraattorln 28 jännite kohtaan 50 vievässä johdossa 46 kohoaa verrannollisesti roottorlkierrosluvun kanssa ja staattorijännite voi tällöin kohota verrannollisesti roottorlkierrosluvun kanssa, koska verkkota-easuuntaaja 14 mahdollistaa tämän, kohoaa epätahtikoneen maksimaalisesti luovutettava teho roottoriklerroslukuun verrannollisesti ja laskee pienenevällä roottorlkierrosluvulla verrannollisena tähän. Keksinnön edelleenkehittely mahdollistaa sitäpaitsi yksinkertaisella halvalla tavalla toisen, korkeamman kierroslukuasettelualueen järjestämisen tämän klerroslukuasettelualueen yhteyteen, missä epätahtikoneen maksimaalisesti luovutettava teho pysyy vakiona.

Tämä onnistuu yksinkertaisesti siten, että johdosta 7 kohtaan 50 haarautuvaan johtoon 46 välilnkytketään etupäässä säädettävä, ei-esitetty jännityksenra-joittaja, joka etukäteen määrätyllä kierrosluvulla estää takogeneraattorln 28 tuottaman jännityksen nousun johdossa 46, jos roottorlkierrosluku kohoaa vielä lisää, eli pitää jännitteen johdossa 46 vakiona tällä ylemmällä kier-roslukualueella, mitä vastoin tällä ylemmällä kierroslukualueella kohtaan 26' 12 71 047 johtavassa, vastuksella 7' varustetussa johdossa takogeneraattorin 28 tuottama jännite muuttuu jatkuvasti verrannollisena roottorlkierxoelukuun. Johdossa 46 olevalla sellaisella jännitysrajoittimella saa epätahtlkone tällä ylemmällä kierroslukualueella, jossa jännityksenrajolttaja pitää jännityksen vakiona virtahaarassa 46, käyttäytymisen, mikä vastaa suunnilleen tasavlrta-8ivuvirtakoneen käyttäytymistä kierroslukualueella, jota merkitään kenttä-heikennysalueeksl, mitä vastoin sillä muulla kierroslukualueella, jossa vlr-tahaaran 46 jännite muuttuu verrannollisesti takogeneraattorln 28 ulostulo-jännitteen kanssa, on käyttäytyminen, mikä vastaa suunnilleen tasavlrta-slvu-vlrtakoneen käyttäytymistä nk. roottorisäätöalueella.

Yhdistäjä 41 yhdistää siihen johdetut signaalit. Jos magnetointivlrtasäätä-jästä 42 yhdistäjään toimitettu signaali on negatiivinen, kuten on laita generaattorikäytössä epätahtikoneen 10 napajännltevalhdon johdosta, niin vastaa tämä negatiivisen signaalin yhdistämistä oletettuun positiiviseen, tako-generaattorin 28 johdon 45 kautta yhdistäjään johtamaan signaaliin. Negatiivista yhdistystä voidaan myös merkitä vähennykseksi, siten että yhdistyksellä tietenkin myös voidaan tarkoittaa vähentäjän toimintatapaa. Sen sijaan että tällä tavalla yhdistetään negatiivisesti, voidaan myös järjestää siten, että magnetointlvlrtasäätäjä el muuta napaisuuttaan siirryttäessä moottorikäytöstä generaattorikäyttöön, jolloin täytyy kuitenkin vaihtokytkeä yhdistäjä tässä siirtymisessä yhdistäjästä vähentäjäksi tai tämän sijasta voidaan magnetoin-tivirtasäätäjästä 42 yhdistäjään menevään johtoon kytkeä generaattorikäytössä muuttaja, joka muuttaa säätäjän 41 ulostulosignaalin ainoastaan generaattori-käytössä.

Claims (4)

13 71047

1. Laite frekvenssiohjättävän staattisen vaihtosuuntaajan (19) kautta muutettavalla staattorivirralla syötettävän epätahtlkoneen (10) säätämiseksi, jonka koneen kierrosluku on säädettävä ja roottorijättämätaajuus on ohjattava, tunnettu siitä, että staattorijänniteeäätäjä (42) on järjestetty staattorijännitteen ja siten epätahtlkoneen (10) magnetointivirran hitauksettomaksi säätämiseksi, johon säätäjään sisäänmenoslgnaalina syötetään staattorijännitteen kanssa verrannollisen ensimmäisen jännitteen ja epätahtlkoneen (10) roottorin kierrosluvun kanssa verrannollisen toisen jännitteen välinen ero, että staattorijännitesäätäjän (42) ulostulo, joka on verrannollinen roottorijättämätaajuuteen, on liitetty yhdistäjän (41) toiseen sisään-menoon, jonka yhdistäjän (41) toinen sisäänmeno on yhdistetty roottorin kierroslukua lukevan takogeneraattorin (28) ulostuloon ja että yhdistäjän (41) ulostulo on yhdistetty vaihtosuuntaajan (19) taajuusohjaussisäänmenoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaihtosuuntaajan (19) eteen on kytketty induktanssi (24) virran muutosnopeuden pienentämiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siltä, että staattorijännitesäätäjä (42) on Pl-säätäjä.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen johtoon (46), joka johtaa roottorikierrosluvun oloarvon kohtaan (50), jossa muodostuu staattorljännltesäätajään (42) johdettava säätöpoik-keama, on väliinkytketty jännitteenrajoittaja, joka ennaltamäärätystä kierrosluvusta lähtien pitää jännitteen tässä johdossa (46) vakiona vielä kohoavalla roottorikierroeluvulla.