FI90295C - Järjestely pätö- ja/tai loisvirran ja/tai -tehon toteamiseksi vaihtosuuntaajassa, jossa on etukäteen annettu sisääntulotasajännite, erityisesti pulssivaihtosuuntaajassa - Google Patents

Description

1 90295 Jårjestely påto- ja/tai loisvirran ja/tai -tehon toteami-seksi vaihtosuuntaajassa, jossa on etukateen annettu si-sååntulotasajånnite, erityisesti pulssivaihtosuuntaajassa 5 Keksinto kohdistuu jårjestelyyn hetkellisen tehon toteamiseksi etukateen annetulla tulotasajånnitteellå va-rustetun vaihtosuuntaajan yhdesså vaiheessa, erityisesti vaihtosuuntaajan yhdesså vaiheessa sekå sen edelleenkehit-tåmiseen påto- ja/tai loistehon, påto- ja/tai loisvirran 10 toteamiseksi tåsså vaiheessa tai nåiden suureiden toteamiseksi koko vaihtosuuntaajaa vårten.

Usein kåytetåån påto- tai loisvirran mitta-arvoa esim. taajuudenmuuttajan syottåmien epåtahtikoneiden kierroslukuheilahtelujen vaimentamiseksi. Tålloin on usein 15 mahdollisimman vitkastelematon vastaavan mitta-arvon to-teaminen toivottavaa.

Erås mahdollisuus muodostuu esim. siitå, ettå låh-tojånnite muutetaan kaksivaiheisiksi komponenteiksi ja sitten tasoitetaan ja normitetaan vektorisuodattimen avul-20 la. Normitettu låhtojånnite kerrotaan sitten låhtovirtojen vastaavilla kaksivaihekomponenteilla ja se toimittaa påto-tai loisvirran mitta-arvot tai kåytettåesså normittamaton-ta låhtojånnitettå påto- tai loistehon mitta-arvot. Tåmå vaatii kaksivaihekomponentteihin muuttamista vårten olevi-25 en vastaavien laskuelinten lisåksi myos itse vektorisuodattimen. Sikåli kuin tållaiset mitta-arvot vaihtosuuntaa-jan vaiheita vårten tarvitaan yksittåin, ne tåytyy laskea kaksivaihekomponenteista.

Keksinnon tarkoituksena on aikaansaada nåiden mit-30 ta-arvojen mahdollisimman edullinen vålittåminen tållai-sessa vaihtosuuntaajassa, erityisesti mååråtyllå vålipii-rijånnitteellå varustetun vålipiiritaajuudenmuuttajan kuormanpuoleisessa virtasuuntaajassa.

Tåmå tehtåvå ratkaistaan jårjestelyllå, jolla on 35 patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkit ja jonka edullisen 2 90295 edelleenkehitysmuodon tunnusmerkit on esitetty alivaati-muksissa.

Låhtokohtana on tåmån mukaisesti kytkentå, jossa yksittåista vaihevirtaa vastaava mittasignaali on kytketty 5 kytkimelle, joka saatetaan toimintaan tålle vaiheelle toi-mivan vaihtosuuntaajan kytkentåtilan måårååvållå kytken-tåsignaalilla. Kytkimen låhtosignaali antaa vaihetehon hetkellisen arvon tai keskiarvon muodostamisen jålkeen virran puolijakson yli vaiheen påtotehon.

10 Voidaan myos vaihevirtaa vaihtosuuntaajan ulos- menossa vastaava mittasignaali påtotehon toteamisen yh-teydesså suoraan tai loistehon toteamisen yhteydesså vai-hekierron π/2 jålkeen kytkeå vastaavalle kytkimelle. Kyt-kimet saatetaan toimintaan vaihtosuuntaajan kytkimien kyt-15 kentåtilan mååraåvillå signaaleilla. Kytkimien låhtosig- naalit yhteenlasketaan sitten summauselimesså, joka toi-mittaa påto- tai loistehon vastaavan pulssileveysmoduloi-dun mitta-arvon.

Kuuden kuvion ja neljån sovellutusesimerkin avulla 20 selostetaan keksintoå låhemmin.

Kuvio 1 esittåå tålloin tasasuuntaajan, jota kåyte-tåån kuormanpuoleisena virtasuuntaajana vålipiirivaihto-suuntaajassa, jolla on mååråtty vålipiirijånnite. Kuvio 2 selventåå keksintoå sitå tapausta vårten, jossa yksittåis-25 tå vaihetta vårten hetkellinen teho, påtoteho ja påtovirta tulee todeta. Kuviossa 3 on kuvattu kytkentå koko kuvion 1 mukaisen taajuudenmuuttajan påtotehon ja påtovirran kiin-nittåmiseksi. Kuvio 4 esittåå kytkentåå tållaisen virta-suuntaajan loisvirran ja påtovirran samanaikaiseksi totea-30 miseksi, jolloin on esitetty tålloin kåytetty koordinaatin kiertolaite kuviossa 5. Kuvio 6 esittåå erityisen edullis-ta kytkentåå mitta-arvojen vålittåmiseksi loisvirtaa ja påtovirtaa vårten.

Kirjaimilla R, S, T ja U, V, W on kuvattu ohjaamat-35 toman tasasuuntaajan kytkennån 1 kautta kåytånnosså vakio- li 3 90295 na pysyvåån vaihtovirtaverkkoon liitettyja vålipiiritaa-juusmuuttajan liitåntoja tai tåmån vålipiiritaajuusmuutta-jan kuormanpuoleisia ulosmenoja. Sopivien mittauselinten vålityksellå muodostetaan mitta-arvot iy, iv, vaihevir-5 toja vårten ulosmenoissa U, V ja W.

Kuormanpuoleisessa muuttajassa 2 on jokainen ulos-meno U, V, W kulloinkin puolijohdinkytkimen (esim. tran-sistorien) T^, T^ tai Tvi' TV2 tai TW1' TW2 vålityksellå yhdistetty vuorottaisesti valipiirin positiiviseen tai 10 negatiiviseen napaan, jonka piirin tasasuuntaajasillasta 1 toimitettu valipiirijånnite pidetåån vakiona. Ohjaussig-naalit kolmea puolijohdinkytkintå vårten on merkitty vii-temerkein SUf Sv, Sw. Jokaiseen kytkimeen on yksittåisten transistoreiden kanssa vastarinnan kytketty paluutyodio-15 dit. Muut itseståån selvat yksityiskohdat (ohjaimet, våli-neet potentiaalierottamiseksi jne.) on jatetty pois ku-viosta 1.

Tasasuuntaajan 2 lahtojannitteet on niiden vai-heasemassa mååratty kytkentaimpulsseilla. Transistorikyt-20 kimien kåytto mahdollistaa talloin erityisesti korkeataa-juisen vaihtokytkennan kautta molempien valipiirinapojen vålissa pulssileveysmoduloidun, erityisesti sinimuotoisen låhtojannitteen muodostamisen. Låhtovirrat ovat tallaises-sa tapauksessa kulloisenkin kuormituksen impedanssisuhtei-25 den måaraåmat ja såatyvåt vapaasti. Hetkellinen teho ilme-nee silloin vaiheoikeasta kulloisenkin lahtovirran kerto-misesta nåin muodostetulla jånnitteella, jonka sopivalla tasoituksella muodostettu keskiarvo jokaisessa jannitteen puolijaksossa ilmoittaa kulloisenkin vaiheen påtotehon, 30 samalla kun vaiheen kulloinenkin loisteho on otettavissa vaihevirran tuotteesta 90° siirretyllå jånnitteella.

Talloin kuviossa 2 kåytetåån kytkentåsignaalia Sy, joka panee toimintaan vaiheelle U toimivan vaihtosuuntaa-jan kytkimen Ty^ ja Ty2' mY°s napaisuus-vaihtokytkimenå 35 muodostetun kytkimen Ny siirtåmiseksi, ja kytkimeen Ny 4 90295 johdetaan vaihevirtaa vastaava mittasignaali. Taman napai-suuden vaihdon huomioon ottaen esittaa kytkentåsignaali Sy pulssileveysmoduloitua ja valipiirijannitteelle normitet-tua vaihejånnitettå ja kytkin toimii pulssileveyskertojana 5 jannitteelle ja virralle.

Jos tulotasajånnite (valipiirijånnite) ja vaihto-suuntaajan ulosmenoperusvåråhtelyn amplitudi ovat tunnet-tuja, niin tåmå pulssitettu kytkimen ulosmenosignaali on suora mitta hetkelliselle teholle tåsså vaiheessa ja jo-10 kaisessa puolijaksossa mitattu keskiarvo antaa patotehon. Taman keskiarvon muodostuksen suorittaa tasoituselimeksi kytketty operaatiovahvistin 4.

Jannitteen amplitudin huomioon ottamiseksi on muo-dostettu jalkeen kytketty ominaiskayraelementti 5, joka 15 vertaa kytkimen ulosmenosignaalia vaihtosuuntaajan oh- jauksen kaånteisarvoon (mahdollisesti edelleen ottaen huomioon jannitteen normittamisen valipiirijånnitteeseen). Tamån johdosta syntyy silloin signaali tåmån vaiheen påto-virtaa vårten.

20 Jos kåytetaan tata kytkentaå vaihtosuuntaajan kaik- kiin vaiheisiin, niin voidaan tehojen tai virtojen yhteen-laskemisen avulla muodostaa vastaava mittasignaali koko vaihtosuuntaajan påtoteholle ja patovirralle.

Vastaava kytkenta on kuvattu kuviossa 3, jolloin on 25 valittu sellainen kytkinten Ny, Nv ja Nw muodostaminen virtojen i^, iv ja iw mittasignaaleja vårten, ettå kytki-met itse on muodostettu yksinkertaisiksi paalle/pois-kyt-kimiksi ja napaisuuden vaihto saadaan siten, ettå kulloi-setkin mittasignaalit johdetaan vakiotekijan -1/2 kanssa 30 kytkimen ulosmenosignaaleja vårten yhteenlaskuelimeen. Yh-teenlaskuelimenå kåytetaan tålloin jo mainittuja, tasoi-tuselimenå kytkettyjå operaatioVahvistimia 4.

Jos taajuudenmuuttajan kuormanpuoleista nollapis-tettå ei ole liitetty, niin on voimassa yhtålo iy + iv + 35 iw = 0 ja tekijållå -1/2 arvotettuja mittasignaale ja ei 5 90295 tarvitse ottaa huomioon. Nain pååståån yksinkertaistettuun kytkentåån, kuten kuviossa 4 on esitetty.

Siellå on kulloinenkin mitta-arvo iy, iv ja iw joh-dettu patotehon toteamiseksi kulloinkin kytkimeen My, My, 5 Mw, jolloin jokainen kytkin saatetaan toimintaan sovitetun vaihtosuuntaajan vastaavan vaiheen U, V, W kytkinsignaa-lilla Sy, Sv, Sw. Nåiden kytkimien ulosmenoissa on nyt ulosmenosignaalit, jotka kuvaavat taman ulosmenon pulssi-leveysmoduloituja arvoja pato- tai loisteholle. Vastaavat 10 mitta-arvot koko vaihtosuuntaajaa vårten muodostetaan siten, ettå kytkimen ulosmenosignaaleista muodostetut vaihe-påtovirrat lisåtaån suoraan yhteenlaskuelimesså 4 tulokse-na olevaan påtovirta-mitta-arvoon.

Talla tavoin muodostetussa mitta-arvossa on pulssi-15 leveyskertomisen johdosta ylivarahtelyja, jotka kuitenkin tasoittamalla voidaan poistaa sita helpommin, mita kor-keampi on pulssileveysmodulaation toimintataajuus. Erityi-sesti pulssivaihtosuuntaajassa riittåa sen vuoksi våhai-nen, operaatiovahvistimen 4 (yhteenlaskuelimen) RC-kytken-20 nan valityksellå toteutettu tasoitus.

Tosin pulssivaihtosuuntaajan kytkinsignaalien puls-sileveyssuhde maaraå ulosmenojånnitteen perusvaråhtelyjen amplitudin, niin etta yhteenlaskuelimen ulosmenosignaali vaihtosuuntaajan modulointiasteen kautta on verrannollinen 25 patotehoon. Sen vuoksi on påtovirran valittåmiseksi yhteenlaskuelimen jalkeen kytketty ominaiskayraelin 5, jonka kautta yhteenlaskuelimesta toimitettua mitta-arvoa verra-taan vaihtosuuntaajan ohjauksen kaanteisarvoon. Vastaava, nyt vaihtosuuntaajan modulointiasteesta riippumaton omi-30 naiskayråelimen 5 ulosmenosignaali voidaan luonnollisesti tuottaa myos muulla tavoin; erityisesti on mahdollista suorittaa tåma vertaus modulointiasteen kaanteisarvoon di-gitaalisella tavalla tatå mitta-arvoa kasittelevasså ko-neen ohjauksessa, esim. mikroprosessorissa. Myoskin ana-35 logiakytkimien My, My, Mw sijasta ja yhteenlaskuelimen 4 6 90295 sijasta voidaan kåyttaå vastaavia digitaalisia yksikkojå.

Loisvirran toteamiseksi voidaan menetellå samalla tavalla, jolloin tosin on tarpeen kiertåå mittasignaaleja iy, iv ja iw vaiheenkiertåjån 6 vålityksellå niiden vaihe-5 asennossa 90°. Tållå tavoin vaihesiirretyt mitta-arvot syotetåån vastaaviin kytkimiin By, By ja BW/ jotka samoin saatetaan toimintaan vaihtosuuntaajakytkimen kytkinasennon måårååvillå kytkentåsignaaleilla Sy, Sy ja Sw. Liittyvå yhteenlaskuelin, joka voi olla mahdollisesti tasoituksen 10 saavuttamiseksi muodostettu RC-kytkennållå varustetulla operaatiovahvistimella 7, toimittaa sitten mitta-arvon loisvirtaa vårten, joka esim. pulssivaihtosuuntaajan ta-pauksessa samoin on otettu ominaiskåyråelimen 8 kautta yhteenlaskuelimesså 7.

15 Kuvio 5 esittåå vaiheen kiertåjån esimerkkiå, jossa alkuperåiset mitta-arvot iy, iy ja iw kulloinkin vastaavi-en kertomis- ja yhteenlaskuelinten vålityksellå voidaan koota uudeksi mitta-arvojen jårjestelmåksi, joka nyt on kierretty måårån π/2. Tåmå kytkentå ei aiheuta kåytånnosså 20 lainkaan vaihe- ja amplitudivirheitå.

Itseståån selvåå on, ettå påto- ja loisvirran tåmå toteaminen ei ole rajoitettu vain kuvattuun kolmivaihei-seen tapaukseen, vaan sitå voidaan kåyttåå myos muulla vaiheluvulla varustettuun vaihtosuuntaajaan. Jos kuorman 25 nollapistettå ei ole liitetty, vaan se on vapaa, niin voidaan, koska kaikkien låhtovirtojen summa on silloin nolla, ainakin yksi vaihevirta laskea toisista virroista, minkå johdosta tarvittavien rakenne-elementtien måårå pienenee. Tållainen pieneneminen on mahdollisesti myos muissa ta-30 pauksissa mahdollista, esim. jos tarkasti symmetrisen kuorman perusteella laskennallisesti todettavia suhteita on yksittåisten vaihevirtojen vålillå, jotka sallivat vå-littåå tiettyjå vaihevirtoja laskennallisesti jåljellå olevien vaihevirtojen kautta.

35 Niin ilmenee esim. kolmivaiheisessa tapauksessa 7 90295 nollapisteen ollessa vapaa erittåin yksinkertainen kytken-tå, jos kaupan olevia mikropiirejå kåytetåån analogiakyt-kiminå, joissa neljå yksittåistå analogiakytkintå yhdiste-tåån yhdeksi ainoaksi rakenne-elementiksi. Tållainen muo-5 dostelma on kuvattu kuviossa 6.

Vahvistuskytkennåt 10 ja 11 aiheuttavat tålloin en-siksi loisvirran toteamista vårten tarvittavan 90° vaihe-kiertymisen, jolloin låhdetåån ainoastaan invertoiduista mitta-arvoista iy, iw. Tåmån johdosta vaihesiirretty mit-10 ta-arvo iy tai iw toisaalta kulloinkin pulssileveysmodu-loidaan kytkinten By ja Bw kautta kytkinsignaalilla Sy ja Sw 3a johdetaan operaatiovahvistimen 7 (yhteenlaskuelin) invertoivaan sisååntuloon. Toisaalta nåmå mitta-arvot kytkinten By^ ja BV2 kautta myos kytkinsignaalilla Sy pulssi-15 leveysmoduloidaan ja johdetaan yhteenlaskuelimen 7 ei-in- vertoivaan sisååntuloon, joka siten vapaan nollapisteen ehtoa (iv = -iy - iw) vastaavasti laskee vastaavan loisvirran ulosmenossa V. Kytkimet Bw, Bw, By^ ja By2 on tal-ldin yhdistetty yhdeksi ainoaksi integroiduksi kytkennåk-20 si.

Vastaava jårjestely, jossa on kytkimet My, Mw ja Myi/ My2/ kuitenkin ilman vaihekiertajåå 10, 11, on muo-dostettu myos påtovirran IW toteamista vårten.

Kaikkiaan saadaan taten kytkenta, joka mahdollistaa 25 loisvirran ja påtovirran toteamisen minimaalisin kustan- nuksin.

Claims (10)

1. Jårjestely hetkellisen tehon toteamiseksi vaih-tosuuntaajan (2), erityisesti pulssivaihtosuuntaajan yh- 5 desså vaiheessa (U), tunnettu siitå, ettå vaihe-virtaa vastaava mittasignaali (i-u) on kytketty kytkimelle (Ny), ettå kytkin (Ny) saatetaan toimintaan tålle vaiheel-le (U) toimivan vaihtosuuntaajan (Tulf ) kytkentåtilan måårååvållå kytkentåsignaalilla (Sy) ja ettå tåmån kytki-10 men ulosmenossa otetaan hetkellistå tehoa vastaava signaa-li (PU) (kuvio 2).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jårjestely påto-ja/tai loistehon toteamiseksi vaihtosuuntaajan yhdesså vaiheessa, tunnettu siitå, ettå mittasignaali 15 (iy) on påtotehon toteamiseksi kytketty suoraan tai loistehon toteamiseksi vaihekierron π/2 jålkeen kytketty kytkimelle (My, By), jolloin påtoteho tai loisteho vastaa ta-soitettua kytkimen ulosmenosignaalia (kuvio 4).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jårjestely påto-20 ja/tai loisvirran toteamiseksi vaihtosuuntaajan vaiheessa, tunnettu vålineistå (5) kytkimen ulosmenosignaalin vertaamiseksi vaihtosuuntaajan ohjauksen kåånteisarvoon (r) (kuvio 2).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jårjestely vaih-25 tosuuntaajan hetkellisen tehon toteamiseksi, tunnettu siitå, ettå vaihtosuuntaajan useita tai kaikkia vaiheita vårten hetkelliset tehot todetaan ja lasketaan yhteen summauselimesså (4) (kuvio 3).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jårjestely vaih-30 tosuuntaajaa vårten, jossa on kuormanpuoleinen vapaa nol- lapiste, tunnettu siitå, ettå kytkin on muodos-tettu påålle/pååltå pois -kytkimenå (My) (kuvio 4).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jårjestely, tunnettu siitå, ettå ainakin yhtå vaihevirtaa ei 35 todeta, vaan se lasketaan toisien vaihevirtojen mittasig- i; 9 90295 naaleista (kuvio 6).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen mene-telma vaihtosuuntaajan pato- ja/tai loistehon toteamiseksi, tunnettu siitå, ettå kulloinkin vaihevirtaa 5 vastaava mittasignaali on patotehon toteamiseksi kytketty suoraan tai loistehon toteamiseksi kytketty arvon π/2 kiertåmisen jålkeen vastaavalle kytkimelle (MUf Mv, Mw tai BUf Bv, Bw), jolloin summauselimesså yhteen lasketut kyt-kimen ulosmenosignaalit vastaavat påtotehoa tai loistehoa 10 (kuvio 4).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jarjestely vaih tosuuntaa jan pato- ja/tai loisvirran toteamiseksi, tunnettu siita, etta summauselimeen on muodostettu valineita (5, 8), jotka vertaavat kytkimen ulosmenosignaa- 15 lien yhteenlaskemisella syntynyttå mitta-arvoa vaihtosuun- taajan ohjauksen kaanteisarvoon (r) (kuvio 4).

8 90295

9. Jonkin patenttivaatimuksista 4-8 mukainen jarjestely, tunnettu siitå, ettå kytkimen ulosmenosignaalit tasoitetaan.

10 90295