FI85634C - Anordning foer oeverspaenningsskydd av en likriktarbrygga som matar en likstroemsmotor och foer styrning av likstroemsmotorn vid noedbromsning. - Google Patents

Description

85634

LAITE TASASÄHKÖMOOTTQRIA SYÖTTÄVÄN TASASUUNTAUSSILLAN YLIJÄNNITESUOJAUKSEEN JA TASASÄHKÖMOOTTORIN OHJAAMISEKSI HÄTÄ-JARRUTUKSESSA - ANORDNING FÖR OVERSPÄNNINGSSKYDD AV EN LIK-RIKTARBRYGGA SOM MATAR EN LIKSTRÖMSMOTOR OCH FÖR STYRNING AV 5 LIKSTRÖMSMOTORN VID NÖDBROMSNING

Keksinnön kohteena on laite hilalta täysin ohjattavilla puolijohdekytkimillä toteutetun, nolladiodittoman, tasasäh-kömoottoria syöttävän tasasuuntaussillan ylijännitesuo-10 jaukseen sekä tasasähkömoottorin ohjaamiseksi hätäjarrutuksessa, jossa laitteessa on ainakin mainittujen, tasasuun-taussillassa olevien hilalta täysin ohjattavien puolijohde-kytkimien suojaamiseksi ylijännitteiltä sekä tasasähkömoottorin ohjaamiseksi hätäjarrutuksessa diodien kautta se-15 kä vaihtosähköpiiriin että tasasähköpiiriin kytketty kondensaattori sekä sen kanssa rinnankytketty hilalta täysin ohjattavan puolijohdekytkimen ja vastuksen sarjaankytkentä, jota puolij ohdekytkintä ohjataan ohjausyksiköllä.

• · » '·' · 20 Nykyisin tasasuuntaussillan ylijännitesuojaus sekä tasa- : sähkömoottorin ohjaaminen hätäj arrutuksessa on toteutettu erillisinä yksikköinä. Erityisesti hissin hätäpysäytyksessä ·:**: on jarrutus hoidettava mahdollisimman itsenäisesti ja riip- pumatta hissin muista järjestelmistä. Turvallisuusmääräykset ;*·' 25 edellyttävät joissakin maisssa sähköisen jarrutuksen käyttö- ä. Nykyään sähköinen jarrutus järjestetään kytkemällä moottorin napoihin jarruvastus joko sähkömekaanisella kytkimellä tai tyristoreilla. Eräs ratkaisu on esitetty FI-kuulutusjul-kaisussa 76226. Jarrutusmomentti on verrannollinen piirissä 30 kulkevaan virtaan eli se riippuu moottorin napajännitteestä ' ja jarrupiirin kokonaisvastuksesta. Muussa tapauksessa jar- : rutus tapahtuu pelkästään mekaanisella jarrulla.

.* ; US-julkaisussa 3 463 991 on esitetty tasasähkömoottorin *· '·' 35 jarrutuslaitteisto, jossa jarrutusvastus on yhdistetty dio- * * dien kautta moottorin napoihin ja ohjattavissa päälle puoli- 2 85634 johdekytkimellä, joka on sarjassa vastuksen kanssa. CH-julkaisussa 581 916 on esitetty ylijännitesuojalaitteisto, jossa on kolmivaiheverkkoon tasasuuntaajasillalla yhdistetty kondensaattori, jonka rinnalla on puolijohdekytkin.

5

Keksinnön tarkoituksena on saavuttaa keskitetty ylijännite-suoja- ja hätäjarrutusyksikkö. Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että puolijohdekytkintä ohjataan siten, että ainakin kahden vaihto- tai tasasähköpii-10 rissä olevan liitännän välisen jännitteen noustessa yli kondensaattorin jännitteen puolijohdekytkin avautuu mainitun liitäntöjen välisen jännitteen noustessa yli havahtumisarvon ja sulkeutuu jännitteen laskiessa alle sulkeutumisarvon, jotka arvot riippuvat pääjännitteen huippuarvosta ja ovat 15 pääjännitteen huippuarvoa suurempia, ja että hätäjarrutuksen aikana puoli j ohde kytkin ohjataan johtavaksi.

Keksinnön mukaisen laitteen sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä muissa patenttivaatimuksissa on mainittu.

: 20 ·.1' · Keksinnön mukaisesti saaadaan tasasähkökäytön suuntaajasil- lan ylijännitesuoja toimimaan käytön sähköisenä jarruna il-man, että tarvitaan erillistä jarruyksikköä tai lisäkompo-nentteja. Koska laite voi ottaa tarvitsemansa energian yk-; 25 sikön kondensaattorista, se toimii esim. hätäjarrutustilan- teessa riippumatta ulkoisista jännitteistä aina, kun moottorin napajännite on riittävä, jotta ohjauselektroniikka saisi tarvitsemansa energian vastuksen kautta. Kyseiseen napajännitteen raja-arvoon voidaan vaikuttaa vastuksen koon valin-·1-' 30 nalla.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esi-merkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 1· 35 Kuvio 1 esittää ylijännitesuoja- ja hätäjarrutusyksikköä.

3 85634

Kuvio 2 esittää ylijännitesuojan ohjausyksikköä.

Kuvio 3 esittää tasasuuntaajaa ja tasasähkömoottoria.

5 Kuvio 4 esittää erästä ylijännitesuojan kytkentää päävirta-piiriin.

Hilalta täysin ohjattavilla tehokomponenteilla toteutetuilla nolladiodittomilla tasasuuntaussilloilla tarkoitetaan tässä 10 siltoja, joiden toiminta ei salli hilalta täysin ohjattavien eli hilalta sytytettävien ja sammutettavien kytkinkomponent-tien (esim. GTO-tyristorit ja tehotransistorit) rinnalle nolladiodeja, tai joissa parasiittisten nolladiodien toiminta on estetty kytkinkomponenttien kanssa sarjaan kyt-15 ketyillä toisilla komponenteilla. Tällainen silta on esimerkiksi kuvion 3 kaksi- tai nelikvadranttinen PWM-tasa-suuntaussilta B2, joka muodostuu hilalta täysin ohjattavista puolijohdekytkimistä K1 - K6. Tasasähköpiirissä on suoda-tuskuristin L. PWM-ohjauksella pyritään sekä tasasähkömoot-'·1 ‘ 20 torin M että verkon L1 , L2 ja L3 puoleisia yliaaltoja mini- t »| ’ moimaan. Tällaisille silloille on ominaista, että tasasäh- ’·“· köpiirin virtatien katketessa esimerkiksi virheohjauksen tai suo jaustoiminnan vuoksi mainitun piirin suurehko induk-tanssi pyrkii generoimaan ylijännitetransientin, jolta sil-25 tojen komponentit on suojattava. Suurista induktansseista ja välipiirin virroista johtuen suojan on pystyttävä absorboimaan melko suuria energioita.

Keksinnön mukaisen, kuviossa 3 esitetyn keskitetyn ylijänni- 30 tesuoja- ja hätäjarrutusyksikön S1 perusrakenne on esitetty '·" ' kuviossa 1 . Liittimet 1 - 3 on kytketty tasasuuntaussiltaan * · : B1 , jossa on diodit D1 - D6. Liitin 7 on kytketty tasajänni- • 1 1 tepiirin +-napaan kytketyn diodin D7 ja --napaan kytketyn • · · .1 diodin D8 kautta, ja liitin 8 vastavasti diodien D9 ja D10 • 1 1 •’· 35 kautta. Transistoria T1 ohjataan kuvion 2 mukaisen ohjausyk- 1 sikön CO avulla.

4 85634

Ylijännitesuojauksessa yksikölle on ominaista, että se aktivoituu kahden liitännän 1-3 tai 7-8 välisen jännitteen noustessa yli kondensaattorin C1 jännitteen. Kondensaattorin 5 C1 rinnalle kytketty transistori T1 avautuu yksikön kondensaattorin C1 jännitteen noustessa yli havahtumisarvon ja sulkeutuu jännitteen laskiessa alle sulkeutumisarvon. Edellinen arvo on hystereesikomparaattorin M2/1 käytön vuoksi jälkimmäistä jonkin verran suurempi, mikä on ominaista 10 kyseiselle kaksipistesäädölle. Transistorin T1 havahtu-misraja on aina jonkin verran verkon pääjännitteen huippuarvoa suurempi. Tämä on toteutettu kuvion 2 mukaisella ohjauselektroniikalla, jossa verkkojännitteiden 4-6 pääjännitteen huippuarvo mitataan diodeista D1" - D6" koos-15 tuvan diodisillan B1" ja erovahvistimen M1/3 ja siihen liittyvien vastusten R5, R5', R6 ja R7 avulla. Diodisilta pidetään koko ajan johtavana vastuksen R4 avulla. Jännite ladataan diodin D20 ja vastuksen R8 kautta kondensaattoriin C2, jonka kanssa on kytketty rinnan vastus R9 sekä Zener-diodi * · n V : 20 Z1, joka rajoittaa tämän vertailujännitteen maksimiarvon * m : sillan sallimaan arvoon.

*:*: Jänniteseuraajan M1/4 kautta mainittu jännite ohjataan edel- :*·*; leen vastuksen R10 kautta erovahvistimeen M1/2, jossa kysei- ·*.·. 25 nen jännite vähennetään vahvistimen M1/1 ja vastuksien R11 ja R12 avulla mitatusta kondensattorin C1 jännitteestä. Ero-vahvistimeen Ml/2 on kytketty vastukset R10 ja R13 - R15 erotuksen laskemiseksi sinänsä tunnetulla tavalla. Mainittu erotus ohjataan vastuksen Rl 6 kautta komparaattoriin M2/1 , 30 jonka --napaan tuodaan jännitteestä +Vd vastuksilla R17 ja • * R18 muodostettu referenssijännite. Komparaattori on takai- sinkytketty vastuksella R19, ja se havahtuu eron kasvaessa *·*. yli havahtumisarvon ja avaa suojatransistoria ohjaavan / · transistorin FET vastuksen R20 kautta ja edelleen itse tran-

• 35 sistorin T1, josta kuviossa 2 näkyy kollektori C, emitteri E

« ’*’* ja kanta B. Emitteri ja kanta can erotettu vastuksella R21 5 85634 transistorin T1 sammumisen nopeuttamiseksi. Kondensaattori C1 purkautuu nyt tehovastukseen R, jonka rinnalla on suoja-diodi D11 , kunnes hystereesikomparaattori M2/1 vaihtaa tilaansa.

5 Sähköisen jarrutuksen virtapiiri muodostuu moottorista M ja suodatusinduktanssista L sekä diodien D7 - D10 muodostamasta sillasta, purkausvastuksesta R ja transistorista T1 . Kun transistori T1 ohjataan johtavaksi, jarrutusvirta pääseee 10 kulkemaan näiden kautta riippumatta moottorijännitteen napaisuudesta. Hätäjarrutuksen aikana poistetaan ohjaukset sillan B2 komponenteilta, jolloin ko. virtapiiri on ainoa mahdollinen.

15 Ohjauspiiri ottaa tarvitsemana energian suojapiirin kondensaattorista ylösvetovastuksen R1 ja diodin D21 kautta tai verkosta diodisillan B1" kautta vastuksien R2 ja R3 sekä diodien D18 ja D19 avulla. Syöttöjännite +Vd saadaan kondensaaattorin C3 navoista, ja Zener-diodi Z2 pitää maini- • · * ’·* ‘ 20 tun jännitteen vakiona.

• « · • « · • · » •

Tarkastellaan seuraavaksi lähemmin kuvion 1 yksikön toi-mintaa kuvion 3 tasasuuntaussillan kanssa sekä ylijännite-suojauksessa että hätäjarrutuksessa. Silta syöttää tasa-25 sähkömoottoria M, jonka kanssa sarjassa on induktanssi L ja rinnalla kondensaattori CM. Verkkojännitteen kytkeytyessä kondensaattoriin C1 latautuu verkon pääjännitteen maksimiarvo. Kun kahden tai useamman liittimen 1, 2, 3, 7 tai 8 välinen jännite ylittää kondensaattorin jännitteen, virta “· 30 siirtyy kulkemaan kyseisten liitinhaarojen johtosuunnassa olevien diodien ja kondensaattorin C1 kautta. Virta kulkee : kondensaattorin kautta, kunnes transistori avautuu. Näin virralle avautuu aina kulkutie jännitteen noustessa nor- • · * ; maalia suuremmaksi päävirtapiirin minkä tahansa komponentin '· 'j 35 yli. Kuvion 1 yksikölle onkin ominaista, ettei sen toiminta ' "· riipu liittimien 1, 2, 3, 7 tai 8 päiden välisen jännitteen 6 85634 napaisuudesta, ja siten se soveltuukin myös silloille, joissa päävirtapiirin haaravirta Id voi kulkea molempiin suuntiin nuolien mukaisesti.

5 Kuviossa 2 on erillinen ohjausliitäntä jarrutoiminnolle. Siinä jarruohjaussignaali Br on aktiivinen ollessaan alhaalla. Tällöin kytkimen K ja vastuksen R22 kautta komparaattorin M2/1 positiivinen sisäänmeno nousee negatiivista suuremmaksi riippumatta yksikön vahvistimen M1/2 ulostulos-10 ta. Tämän vuoksi komparaattorin M2/1 ulostulo nousee ylös ja purkaustransistori T1 pakko-ohjataan johtavaksi. Ohjaussignaalin Br ollessa ylhäällä kytkin K on auki. Kun ohjaussignaali on alhaalla aktiivinen, se takaa jarrutuksen kytkeytymisen automaattisesti vikatapauksissa (käytön apu-15 jännitteiden kadotesssa tai ohjaussignaalin katketessa). Koska ohjauselektroniikan nolla on kytketty yksikön negatiiviseen kiskoon, on ulkoinen jarruohjaussignaali normaalisti erotettava tästä. Erotukseen voidaan käyttää joko sähkömekaanista tai optista kytkintä K. Kytkin K voi olla myös suo- '·* 20 raan hätä jarrutuksen tunnistava elin, esim. rele tai pääkon- • · · V : taktorin avautuva apukosketin. Pääkontaktorilla, jota ei ole esitetty kuvioissa, tarkoitetaan laitetta, joka katkaisee ·:*·; pääsyötön 1, 2 ja 3 kuviossa 1 sekä L1 , L2 ja L3 kuvioissa 3 »t· j ::: Da 4.

25 Käytön syöttöjännitteiden kadotessa jarrutoiminto kytkeytyy myös aina päälle, kun verkosta mitattavan vertailujänmnit-teen alarajaa {jänniteseuraajan M1/4 ulostulo) ei rajoiteta. Toisin sanoen syöttöjännitteiden kadotessa mainittu ulostulo 30 putoaa nollaan, jolloin transistori T1 johtaa ja dynaaminen ·* * jarrutus on päällä, kunnes moottorin nopeus ja sitä vastaava napajännite on pudonnut suojan hystereesirajalle.

• -Ί · » · · / ; Koska yksikkö voi ottaa tarvitsemansa energian yksikön kon- « · • 35 densaattorista C1, se toimii esim. jarrutustilanteessa riip-♦ • · · · 7 85634 pumatta ulkoisista jännitteistä aina, kun moottorin pyörimisnopeus ja napajännite ovat riittäviä.

Ylijännitesuojaus toimii esimerkiksi kuvion 4 kaksikvadrant-5 tisen sillan sekä varsinaisten kytkinkomponenttien K1 - K6 että niiden kanssa sarjassa olevien diodien D1' - D6' yhteisenä ylijännitesuojana. Jos suojaus halutaan vain kytkinkomponenteille, on suojan diodisillan diodit D1 - D6 kytkettävä päävirtapiirin diodien ja kytkimien välisistä 10 pisteistä 15-20 kuten kuviossa 4 on esitetty, jolloin ylijännitesuojayksikön silta muodostuu päävirtapiirin diodeista D1 ' - D61 ja yksikön diodeista D1 - D6.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovel-15 lutusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edelläesitettyihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Kukin diodisillan haara voi muodostua myös useammasta rinnankytketystä diodista, ja kondensaattoreita voidaan samoin kytkeä useampia rinnan. Kek-*.1 ' 20 sinnön mukainen yhdistetty ylijännitesuoja ja jarrutusvastus · voi toimia myös muunlaisen tasasuuntaussillan yhteydessä ·"’· kuin mitä kuvioissa 3 ja 4 on esitetty.

· • · * · ·

Claims (8)

1. Laite hilalta täysin ohjattavilla puolijohdekytkimillä toteutetun, nolladiodittoman, tasasähkömoottoria (M) syöttä-5 van tasasuuntaussillan ylijännitesuojaukseen sekä tasasähkö-moottorin ohjaamiseksi hätäjarrutuksessa, jossa laitteessa on ainakin mainittujen, tasasuuntaussillassa (B2) olevien hilalta täysin ohjattavien puolijohdekytkimien (K1-K6) suojaamiseksi ylijännitteiltä sekä tasasähkömoottorin ohjaa-10 miseksi hätäjarrutuksessa diodien (D1-D10,D1'-D6') kautta sekä vaihtosähköpiiriin (L1,L2,L3) että tasasähköpiiriin kytketty kondensaattori (C1) sekä sen kanssa rinnankytketty hilalta täysin ohjattavan puolijohdekytkimen <Tl) ja vastuksen (R) sarjaankytkentä, jota puolijohdekytkintä (Tl) ohja-15 taan ohjausyksiköllä (CO), tunnettu siitä, että puolijohdekytkintä ohjataan siten, että ainakin kahden vaihto- tai tasasähköpiirissä olevan liitännän (1-3,7-8) välisen jännitteen noustessa yli kondensaattorin (Cl) jännitteen puolijohdekytkin (Tl ) avautuu mainitun liitäntöjen välisen 20 jännitteen noustessa yli havahtumisarvon ja sulkeutuu jän-nitteen laskiessa alle sulkeutumisarvon, jotka arvot riipii puvat pääj änni tteen huippuarvosta ja ovat pääjännitteen ’ . huippuarvoa suurempia, ja että hätäjarrutuksen aikana puoli- [ johdekytkin (T1) ohjataan johtavaksi. * *25

*.* · 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu : : siitä, että laitteessa on diodeista (D1-D6,D11-D6') muodos tuva diodisilta (B1), joka on kytketty liitäntöjen (1-3) ·...: kautta vaihtosähköpiiriin (L1,L2,L3) sekä toiset diodit (D7- . : .30 D10), jotka yhdistävät kunkin tasasähköpiirissä olevan lii- * tännän (7-8) ainakin yhteen tasasähköpiirin napaan (+,-).

• « • · • · · ***’: 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, t u n - n e t t u siitä, että ohjausyksikössä (CO) on vastus (R1), .**35 jolla ohjausyksikkö ottaa tarvitsemansa energian kon densaattorista (C1), ja elimet (R2,R3,D18,D19) energian ot- 9 65634 tamiseksi ohjausyksikössä olevasta, vaihtosähköpiiriin kytketystä diodisillasta (B1").

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, t u n -5 n e t t u siitä, että ohjausyksikössä (CO) on diodisilta (B1") ja erovahvistinyksikkö (Ml/3,R5-R7,R5') pääjännitteen huippuarvon mittaamiseksi, Zener-diodi (Z1) näin muodostetun vertailujännitteen rajoittamiseksi, erovahvistinyksikkö (M1/2,R10,R13-R15) mainitun jännitteen vähentämiseksi kon- 10 densaattorista (C1 ) mitatusta jännitteestä sekä komparaat-toriyksikkö (M2/1,R16-R19), joka havahtuu mainitun eron kasvaessa yli havahtumisarvon ja avaa puolijohdekytkimen (Tl), jolloin kondensaattori (C1) purkautuu vastukseen (R). 15

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että komparaattoriyksikössä on hystereesikomparaat-tori, jolloin havahtumisarvo on suurempi kuin sulkeutumi-sarvo. • · · • · · 20

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, t u n - '·* n e t t u siitä, että hätä jarrutusta varten laitteessa on ’ ' kytkin (K), joka hätäjarrutuksessa jarruohjaussignaalin (Br) • * ollessa aktiivinen ohjaa puolijohdekytkimen (Tl) johtavaksi. : : : 25

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite, tun nettu siitä, että kytkin (K) ohjaa ohjausjännitteen (Vd) vastuksen (R22) kautta komparaattoriyksikköön (M2/1, R16-R19). .‘I! 30

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen laite, t u n - . n e t t u siitä, että ohjausyksikkö (CO) ohjaa syöttöjän- nitteiden katketessa puolijohdekytkimen (Tl) johtavaksi. ··» • · • * • · · • · • · • · · • ♦ · • « 10 85634