FI90295B - Järjestely pätö- ja/tai loisvirran ja/tai -tehon toteamiseksi vaihtosuuntaajassa, jossa on etukäteen annettu sisääntulotasajännite, erityisesti pulssivaihtosuuntaajassa - Google Patents

Description

1 90295 Järjestely pätö- ja/tai loisvirran ja/tai -tehon toteamiseksi vaihtosuuntaajassa, jossa on etukäteen annettu si-sääntulotasajännite, erityisesti pulssivaihtosuuntaajassa 5 Keksintö kohdistuu järjestelyyn hetkellisen tehon toteamiseksi etukäteen annetulla tulotasajännitteellä varustetun vaihtosuuntaajan yhdessä vaiheessa, erityisesti vaihtosuuntaajan yhdessä vaiheessa sekä sen edelleenkehittämiseen pätö- ja/tai loistehon, pätö- ja/tai loisvirran 10 toteamiseksi tässä vaiheessa tai näiden suureiden toteamiseksi koko vaihtosuuntaajaa varten.

Usein käytetään pätö- tai loisvirran mitta-arvoa esim. taajuudenmuuttajan syöttämien epätahtikoneiden kierroslukuheilahtelujen vaimentamiseksi. Tällöin on usein 15 mahdollisimman vitkastelematon vastaavan mitta-arvon toteaminen toivottavaa.

Eräs mahdollisuus muodostuu esim. siitä, että läh-töjännite muutetaan kaksivaiheisiksi komponenteiksi ja sitten tasoitetaan ja normitetaan vektorisuodattimen avul-20 la. Normitettu lähtöjännite kerrotaan sitten lähtövirtojen vastaavilla kaksivaihekomponenteilla ja se toimittaa pätö-tai loisvirran mitta-arvot tai käytettäessä normittamaton-ta lähtöjännitettä pätö- tai loistehon mitta-arvot. Tämä vaatii kaksivaihekomponentteihin muuttamista varten olevi-25 en vastaavien laskuelinten lisäksi myös itse vektorisuodattimen. Sikäli kuin tällaiset mitta-arvot vaihtosuuntaajan vaiheita varten tarvitaan yksittäin, ne täytyy laskea kaksivaihekomponenteista.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada näiden mit-30 ta-arvojen mahdollisimman edullinen välittäminen tällaisessa vaihtosuuntaajassa, erityisesti määrätyllä välipii-rijännitteellä varustetun välipiiritaajuudenmuuttajän kuormanpuoleisessa virtasuuntaajassa.

Tämä tehtävä ratkaistaan järjestelyllä, jolla on 35 patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkit ja jonka edullisen 2 90295 edelleenkehitysmuodon tunnusmerkit on esitetty alivaati-muksissa.

Lähtökohtana on tämän mukaisesti kytkentä, jossa yksittäistä vaihevirtaa vastaava mittasignaali on kytketty 5 kytkimelle, joka saatetaan toimintaan tälle vaiheelle toimivan vaihtosuuntaajan kytkentätilan määräävällä kytken-täsignaalilla. Kytkimen lähtösignaali antaa vaihetehon hetkellisen arvon tai keskiarvon muodostamisen jälkeen virran puolijakson yli vaiheen pätötehon.

10 Voidaan myös vaihevirtaa vaihtosuuntaajan ulos- menossa vastaava mittasignaali pätötehon toteamisen yhteydessä suoraan tai loistehon toteamisen yhteydessä vai-hekierron π/2 jälkeen kytkeä vastaavalle kytkimelle. Kytkimet saatetaan toimintaan vaihtosuuntaajan kytkimien kyt-15 kentätilan määräävillä signaaleilla. Kytkimien lähtösig- naalit yhteenlasketaan sitten summauselimessä, joka toimittaa pätö- tai loistehon vastaavan pulssileveysmoduloi-dun mitta-arvon.

Kuuden kuvion ja neljän sovellutusesimerkin avulla 20 selostetaan keksintöä lähemmin.

Kuvio 1 esittää tällöin tasasuuntaajan, jota käytetään kuormanpuoleisena virtasuuntaajana välipiirivaihto-suuntaajassa, jolla on määrätty välipiirijännite. Kuvio 2 selventää keksintöä sitä tapausta varten, jossa yksittäis-25 tä vaihetta varten hetkellinen teho, pätöteho ja pätövirta tulee todeta. Kuviossa 3 on kuvattu kytkentä koko kuvion 1 mukaisen taajuudenmuuttajän pätötehon ja pätövirran kiinnittämiseksi. Kuvio 4 esittää kytkentää tällaisen virta-suuntaajan loisvirran ja pätövirran samanaikaiseksi totea-30 miseksi, jolloin on esitetty tällöin käytetty koordinaatin kiertolaite kuviossa 5. Kuvio 6 esittää erityisen edullista kytkentää mitta-arvojen välittämiseksi loisvirtaa ja pätövirtaa varten.

Kirjaimilla R, S, T ja U, V, W on kuvattu ohjaamat-35 toman tasasuuntaajan kytkennän 1 kautta käytännössä vakio- li 3 90295 na pysyvään vaihtovirtaverkkoon liitettyjä välipiiritaa-juusmuuttajän liitäntöjä tai tämän välipiiritaajuusmuutta-jan kuormanpuoleisia ulosmenoja. Sopivien mittauselinten välityksellä muodostetaan mitta-arvot iy, iv, i^ vaihevir-5 toja varten ulosmenoissa U, V ja W.

Kuormanpuoleisessa muuttajassa 2 on jokainen ulos-meno U, V, W kulloinkin puolijohdinkytkimen (esim. transistorien) T02 tai Tv^, TV2 tai TW1, Tw2 välityksellä yhdistetty vuorottaisesti välipiirin positiiviseen tai 10 negatiiviseen napaan, jonka piirin tasasuuntaajasillasta 1 toimitettu välipiirijännite pidetään vakiona. Ohjaussignaalit kolmea puolijohdinkytkintä varten on merkitty vii-temerkein SUf Sv, Sw. Jokaiseen kytkimeen on yksittäisten transistoreiden kanssa vastarinnan kytketty paluutyödio-15 dit. Muut itsestään selvät yksityiskohdat (ohjaimet, välineet potentiaalierottamiseksi jne.) on jätetty pois kuviosta 1.

Tasasuuntaajan 2 lähtöjännitteet on niiden vai-heasemassa määrätty kytkentäimpulsseilla. Transistorikyt-20 kimien käyttö mahdollistaa tällöin erityisesti korkeataa-juisen vaihtokytkennän kautta molempien välipiirinapojen välissä pulssileveysmoduloidun, erityisesti sinimuotoisen lähtöjännitteen muodostamisen. Lähtövirrat ovat tällaisessa tapauksessa kulloisenkin kuormituksen impedanssisuhtei-25 den määräämät ja säätyvät vapaasti. Hetkellinen teho ilmenee silloin vaiheoikeasta kulloisenkin lähtövirran kertomisesta näin muodostetulla jännitteellä, jonka sopivalla tasoituksella muodostettu keskiarvo jokaisessa jännitteen puolijaksossa ilmoittaa kulloisenkin vaiheen pätötehon, 30 samalla kun vaiheen kulloinenkin loisteho on otettavissa vaihevirran tuotteesta 90° siirretyllä jännitteellä.

Tällöin kuviossa 2 käytetään kytkentäsignaalia Sy, joka panee toimintaan vaiheelle U toimivan vaihtosuuntaajan kytkimen T^q ja T^ r myös napaisuus-vaihtokytkimenä 35 muodostetun kytkimen Ny siirtämiseksi, ja kytkimeen Ny 4 90295 johdetaan vaihevirtaa vastaava mittasignaali. Tämän napaisuuden vaihdon huomioon ottaen esittää kytkentäsignaali Sy pulssileveysmoduloitua ja välipiirijännitteelle normitettua vaihejännitettä ja kytkin toimii pulssileveyskertojana 5 jännitteelle ja virralle.

Jos tulotasajännite (välipiirijännite) ja vaihtosuuntaajan ulosmenoperusvärähtelyn amplitudi ovat tunnettuja, niin tämä pulssitettu kytkimen ulosmenosignaali on suora mitta hetkelliselle teholle tässä vaiheessa ja jo-10 kaisessa puolijaksossa mitattu keskiarvo antaa pätötehon. Tämän keskiarvon muodostuksen suorittaa tasoituselimeksi kytketty operaatiovahvistin 4.

Jännitteen amplitudin huomioon ottamiseksi on muodostettu jälkeen kytketty ominaiskäyräelementti 5, joka 15 vertaa kytkimen ulosmenosignaalia vaihtosuuntaajan oh jauksen käänteisarvoon (mahdollisesti edelleen ottaen huomioon jännitteen normittamisen välipiirijännitteeseen). Tämän johdosta syntyy silloin signaali tämän vaiheen pätö-virtaa varten.

20 Jos käytetään tätä kytkentää vaihtosuuntaajan kaik kiin vaiheisiin, niin voidaan tehojen tai virtojen yhteen-laskemisen avulla muodostaa vastaava mittasignaali koko vaihtosuuntaajan pätöteholle ja pätövirralle.

Vastaava kytkentä on kuvattu kuviossa 3, jolloin on 25 valittu sellainen kytkinten Ny, Nv ja Nw muodostaminen virtojen i^, iv ja iw mittasignaaleja varten, että kytkimet itse on muodostettu yksinkertaisiksi päälle/pois-kyt-kimiksi ja napaisuuden vaihto saadaan siten, että kulloisetkin mittasignaalit johdetaan vakiotekijän -1/2 kanssa 30 kytkimen ulosmenosignaaleja varten yhteenlaskuelimeen. Yh-teenlaskuelimenä käytetään tällöin jo mainittuja, tasoi-tuselimenä kytkettyjä operaatiovahvistimia 4.

Jos taajuudenmuuttajan kuormanpuoleista nollapistettä ei ole liitetty, niin on voimassa yhtälö iy + iv + 35 iw = 0 ja tekijällä -1/2 arvotettuja mittasignaale ja ei 5 90295 tarvitse ottaa huomioon. Näin päästään yksinkertaistettuun kytkentään, kuten kuviossa 4 on esitetty.

Siellä on kulloinenkin mitta-arvo iy, iv ja iw johdettu pätötehon toteamiseksi kulloinkin kytkimeen My, Mv, 5 jolloin jokainen kytkin saatetaan toimintaan sovitetun vaihtosuuntaajan vastaavan vaiheen U, V, W kytkinsignaa-lilla Sy, Sv, Sw. Näiden kytkimien ulosmenoissa on nyt ulosmenosignaalit, jotka kuvaavat tämän ulosmenon pulssi-leveysmoduloituja arvoja pätö- tai loisteholle. Vastaavat 10 mitta-arvot koko vaihtosuuntaajaa varten muodostetaan siten, että kytkimen ulosmenosignaaleista muodostetut vaihe-pätövirrat lisätään suoraan yhteenlaskuelimessä 4 tuloksena olevaan pätövirta-mitta-arvoon.

Tällä tavoin muodostetussa mitta-arvossa on pulssi-15 leveyskertomisen johdosta ylivärähtelyjä, jotka kuitenkin tasoittamalla voidaan poistaa sitä helpommin, mitä korkeampi on pulssileveysmodulaation toimintataajuus. Erityisesti pulssivaihtosuuntaajassa riittää sen vuoksi vähäinen, operaatiovahvistimen 4 (yhteenlaskuelimen) RC-kytken-20 nän välityksellä toteutettu tasoitus.

Tosin pulssivaihtosuuntaajan kytkinsignaalien puls-sileveyssuhde määrää ulosmenojännitteen perusvärähtelyjen amplitudin, niin että yhteenlaskuelimen ulosmenosignaali vaihtosuuntaajan modulointiasteen kautta on verrannollinen 25 pätötehoon. Sen vuoksi on pätövirran välittämiseksi yhteenlaskuelimen jälkeen kytketty ominaiskäyräelin 5, jonka kautta yhteenlaskuelimestä toimitettua mitta-arvoa verrataan vaihtosuuntaajan ohjauksen käänteisarvoon. Vastaava, nyt vaihtosuuntaajan modulointiasteesta riippumaton omi-30 naiskäyräelimen 5 ulosmenosignaali voidaan luonnollisesti tuottaa myös muulla tavoin; erityisesti on mahdollista suorittaa tämä vertaus modulointiasteen käänteisarvoon digitaalisella tavalla tätä mitta-arvoa käsittelevässä koneen ohjauksessa, esim. mikroprosessorissa. Myöskin ana-35 logiakytkimien My, My, Mw sijasta ja yhteenlaskuelimen 4 6 90295 sijasta voidaan käyttää vastaavia digitaalisia yksikköjä.

Loisvirran toteamiseksi voidaan menetellä samalla tavalla, jolloin tosin on tarpeen kiertää mittasignaaleja iy, iv ja iw vaiheenkiertäjän 6 välityksellä niiden vaihe-5 asennossa 90°. Tällä tavoin vaihesiirretyt mitta-arvot syötetään vastaaviin kytkimiin By, By ja Bw, jotka samoin saatetaan toimintaan vaihtosuuntaajakytkimen kytkinasennon määräävillä kytkentäsignaaleilla Sy, Sy ja Sw. Liittyvä yhteenlaskuelin, joka voi olla mahdollisesti tasoituksen 10 saavuttamiseksi muodostettu RC-kytkennällä varustetulla operaatiovahvistimella 7, toimittaa sitten mitta-arvon loisvirtaa varten, joka esim. pulssivaihtosuuntaajän tapauksessa samoin on otettu ominaiskäyräelimen 8 kautta yhteenlaskuelimessä 7.

15 Kuvio 5 esittää vaiheen kiertäjän esimerkkiä, jossa alkuperäiset mitta-arvot iy, iy ja iw kulloinkin vastaavien kertomis- ja yhteenlaskuelinten välityksellä voidaan koota uudeksi mitta-arvojen järjestelmäksi, joka nyt on kierretty määrän π/2. Tämä kytkentä ei aiheuta käytännössä 20 lainkaan vaihe- ja amplitudivirheitä.

Itsestään selvää on, että pätö- ja loisvirran tämä toteaminen ei ole rajoitettu vain kuvattuun kolmivaiheiseen tapaukseen, vaan sitä voidaan käyttää myös muulla vaiheluvulla varustettuun vaihtosuuntaajaan. Jos kuorman 25 nollapistettä ei ole liitetty, vaan se on vapaa, niin voidaan, koska kaikkien lähtövirtojen summa on silloin nolla, ainakin yksi vaihevirta laskea toisista virroista, minkä johdosta tarvittavien rakenne-elementtien määrä pienenee. Tällainen pieneneminen on mahdollisesti myös muissa ta-30 pauksissa mahdollista, esim. jos tarkasti symmetrisen kuorman perusteella laskennallisesti todettavia suhteita on yksittäisten vaihevirtojen välillä, jotka sallivat välittää tiettyjä vaihevirtoja laskennallisesti jäljellä olevien vaihevirtojen kautta.

35 Niin ilmenee esim. kolmivaiheisessa tapauksessa 7 90295 nollapisteen ollessa vapaa erittäin yksinkertainen kytkentä, jos kaupan olevia mikropiirejä käytetään analogiakyt-kiminä, joissa neljä yksittäistä analogiakytkintä yhdistetään yhdeksi ainoaksi rakenne-elementiksi. Tällainen muo-5 dostelma on kuvattu kuviossa 6.

Vahvistuskytkennät 10 ja 11 aiheuttavat tällöin ensiksi loisvirran toteamista varten tarvittavan 90° vaihe-kiertymisen, jolloin lähdetään ainoastaan invertoiduista mitta-arvoista iy, iw. Tämän johdosta vaihesiirretty mit-10 ta-arvo iy tai iw toisaalta kulloinkin pulssileveysmodu-loidaan kytkinten By ja Bw kautta kytkinsignaalilla Sy ja Sw ia johdetaan operaatiovahvistimen 7 (yhteenlaskuelin) invertoivaan sisääntuloon. Toisaalta nämä mitta-arvot kytkinten Bvi ja BV2 kautta myös kytkinsignaalilla Sy pulssi-15 leveysmoduloidaan ja johdetaan yhteenlaskuelimen 7 ei-in- vertoivaan sisääntuloon, joka siten vapaan nollapisteen ehtoa (iv = -iy - iw) vastaavasti laskee vastaavan loisvirran ulosmenossa V. Kytkimet Bw, Bw, By^ ja By2 on tällöin yhdistetty yhdeksi ainoaksi integroiduksi kytkennäk-20 si.

Vastaava järjestely, jossa on kytkimet My, Mw ja Mvi/ My2, kuitenkin ilman vaihekiertäjää 10, 11, on muodostettu myös pätövirran IW toteamista varten.

Kaikkiaan saadaan täten kytkentä, joka mahdollistaa 25 loisvirran ja pätövirran toteamisen minimaalisin kustan nuksin.

Claims (10)

1. Järjestely hetkellisen tehon toteamiseksi vaihtosuuntaajan (2), erityisesti pulssivaihtosuuntaajän yh- 5 dessä vaiheessa (U), tunnettu siitä, että vaihe-virtaa vastaava mittasignaali (iu) on kytketty kytkimelle (Ny), että kytkin (Ny) saatetaan toimintaan tälle vaiheelle (U) toimivan vaihtosuuntaajan (Tulf ) kytkentätilan määräävällä kytkentäsignaalilla (Sy) ja että tämän kytki-10 men ulosmenossa otetaan hetkellistä tehoa vastaava signaali (PU) (kuvio 2).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely pätö-ja/tai loistehon toteamiseksi vaihtosuuntaajan yhdessä vaiheessa, tunnettu siitä, että mittasignaali 15 (iy) on pätötehon toteamiseksi kytketty suoraan tai loistehon toteamiseksi vaihekierron π/2 jälkeen kytketty kytkimelle (My, By), jolloin pätöteho tai loisteho vastaa tasoitettua kytkimen ulosmenosignaalia (kuvio 4).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely pätö-20 ja/tai loisvirran toteamiseksi vaihtosuuntaajan vaiheessa, tunnettu välineistä (5) kytkimen ulosmenosignaalin vertaamiseksi vaihtosuuntaajan ohjauksen käänteisarvoon (r) (kuvio 2).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely vaih-25 tosuuntaajan hetkellisen tehon toteamiseksi, tunnettu siitä, että vaihtosuuntaajan useita tai kaikkia vaiheita varten hetkelliset tehot todetaan ja lasketaan yhteen summauselimessä (4) (kuvio 3).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely vaih-30 tosuuntaajaa varten, jossa on kuormanpuoleinen vapaa nollapiste, tunnettu siitä, että kytkin on muodostettu päälle/päältä pois -kytkimenä (My) (kuvio 4).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että ainakin yhtä vaihevirtaa ei 35 todeta, vaan se lasketaan toisien vaihevirtojen mittasig- <! 9 90295 naaleista (kuvio 6).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen menetelmä vaihtosuuntaajan pätö- ja/tai loistehon toteamiseksi, tunnettu siitä, että kulloinkin vaihevirtaa 5 vastaava mittasignaali on pätötehon toteamiseksi kytketty suoraan tai loistehon toteamiseksi kytketty arvon π/2 kiertämisen jälkeen vastaavalle kytkimelle (MUf Mv, Mw tai BUf Bv, Bw), jolloin summauselimessä yhteen lasketut kytkimen ulosmenosignaalit vastaavat pätötehoa tai loistehoa 10 (kuvio 4).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestely vaih tosuuntaajan pätö- ja/tai loisvirran toteamiseksi, tunnettu siitä, että summauselimeen on muodostettu välineitä (5, 8), jotka vertaavat kytkimen ulosmenosignaa- 15 lien yhteenlaskemisella syntynyttä mitta-arvoa vaihtosuun taajan ohjauksen käänteisarvoon (r) (kuvio 4).

8 90295

9. Jonkin patenttivaatimuksista 4-8 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kytkimen ulosmenosignaalit tasoitetaan.

10 90295