FI90700C - Menetelmä taajuusmuuttajan verkkosillan ohjaamiseksi - Google Patents

Description

90700

MENETELMA TAAJUUSMUUTTAJAN VERKKOSILLAN OHJAAMISEKSI

Keksinnon kohteena on menetelma taajuusmuuttajan verkkosillan 5 ohjaamiseksi syotettåessS tehoa takaisin verkkoon puolijohdekyt-kimien kautta, jotka on kytketty taajuusmuuttajan diodien rin-nalle.

Monissa sovellutuksissa tarvitaan tasajånnitelåhteenå kåytettå-10 vaM tasasuuntaussiltaa siten, etta tasajånnitelåhde kykenee seka ottamaan ettå antamaan tehoa. Tallainen tarve on esimerkiksi vakiojånnitteisestå syotosta tehdysså, vaihtosahkomoottoria ohjaavassa invertterissa, jos moottorin kuorma kykenee syotta-måån tehoa. Hissi edustaa tyypillistå kuormaa, jolla on kyky 15 syottaa tehoa. Kaksisuuntaisen tehonvirtauksen sovellutusalueena kyseeseen tulevat esimerkiksi transistori- ja tyristori-invert-terit vaihtovirtamoottorikåytoisså.

Nykyåån kaytetaan kaksisuuntaisena tasajannitelahteena usein 20 vaihtojånniteverkon ja tasajannitepiirin valillå kiertovirralli-sia ja -virrattomia tyristorisiltoja, joissa kuorman syottama teho syotetaan vaihtojanniteverkkoon. Kiertovirrattomalla tyris-torisillalla toteutettu kytkenta perustuu siihen, etta kahdesta sillasta toinen on johtava tehon virtaussuunnasta riippuen. 25 Vaihtoaika siltojen valilla on suhteellisen pitkå. Kiertovirra-ton kytkenta voidaan myos toteuttaa diodin ja tyristorisillan avulla siten, etta saSstomuuntajaa kaytetåån kiertavan tehon vålttåmiseksi. Talloin voidaan vaihtosuuntaava tyristorisilta pitSå koko ajan johtavana. Kiertovirrallisessa tyristorisilta-30 kytkennassa voidaan molemmat sillat pitaå myos koko ajan johta-vina. Talloin ei energian virtaussuunnan valvontaa tarvitse tehda erikseen. Tyristorikytkentojen haittana on tyristorien ohjauskytkentojen monimutkaisuus. Lisaksi tyristorien syttymi-seen ja sammumiseen tarvittava aika on suhteellisen pitka.

'· 35

Tasajannitelahteena kolmivaiheverkon ja tasajannitepiirin vålil-la kaytetaan myos kuvion 1 mukaista diodeista muodostuvaa sil-taa, jolla tasasuunnataan kolmivaihejannite tasajannitteeksi tehon virratessa kolroivaiheverkosta tasajannitepiiriin. Tasajan- i— 2 90700 nitteen vaihtosuuntaamiseksi kolmivaihejånnitteeksi tehon virra-tessa tasajånnitepiiristå kolmivaiheverkkoon diodisillan diodien rinnalle kytketaan transistorit. Transistorien ohjausjånnitteet muodostetaan diodeilla kolmivaiheverkosta siten, ettå kukin 5 transistori johtaa transistorin rinnalla olevan diodin johtamis-aikana. Transistorien johtamisaikoja lyhennetaan kiertavån tehon pienentåmiseksi kytkemållå kunkin transistorin ohjaimen kanssa sarjaan Zener-diodi.

10 Moottorin jarruttaessa taajuusmuuttajan tasajannitepiirin jånni-te pyrkii nousemaan, jolloin tasasuuntaussillassa olevat vaih-tosuuntaavat transistorit ohjataan johtaviksi, jolloin virta påasee kulkemaan tasajånnitepiiristå verkkoon pain. Kun ohjaus jannitteet muodostetaan kolmivaiheverkosta diodeilla. Tåmån 15 menetelman haittana on se, ettå ohjauskulman ollessa vakio syntyy aina kiertovirta tasajånnitepiirisså olevan kondensaatto-rin kautta. Ohjauspiiria on lisåksi muutettava erijannitteisissa verkoissa, koska ohjauskulmaa saadetaan Zener-diodeilla. Verkko-jannitteen vaihtelu muuttaa lisaksi ohjauskulmaa.

20

Suomalaisessa patentissa 78202 on esitetty menetelmå ohjauspuls-sien muodostamiseksi, joka perustuu vaihejannitteen mittaami-seen. Tassa keksinnossa vaihtojanniteverkkoon kytketyn tasasuun-taussillan tasasuuntauselimien rinnalle kytkettyjå vaihtosuun--.25 taavia puolijohdekytkimia ohjataan vertaamalla vaihejannitteen-seen verrannollista jannitetta vertailujannitteeseen, joka vertailujannite koostuu vaihejannitteistå itseisarvoltaan suu-rimpaan verrannollisesta jånnitteesta ja tasasuunnattuun jånnit-teeseen verrannollisesta jånnitteesta. Tålloin verkkosillan 30 puolijohdekytkimien ohjauskulma sååtyy automaattisesti oikeaksi. Ohjauskulma on myds pienin tarvittava, jolloin verkkohåiriot ovat pienet. Edellå mainitussa menetelmåsså on kuitenkin se heikkous, ettå se vaatii aina verkon vaihejånnitteet, jolloin nollattomassa verkossa on muodostettava keinotekoinen nolla 35 erillisellå muuntajalla. Tåmån haitan poistamiseksi viitataan 1 . vaatimuksen tunnusmerkkiosaan.

Nyt esitettåvållå keksinnollå saadaan transistoreiden ohjaus 3 907Q0 ilman nollaa, koska kaytetaan vain pååjånnitteitå. Sen ansiosta ei tarvitse kåyttåå erillistå muuntajaa ja lisaksi keksinto ei aiheuta oleellisia lisåkustannuksia.

5 Keksintoå selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joista kuvio 1 esittåå hissin nostomoottorin syottoon kåytettåvåå vakiojånnitteisellå tasasahkopiirilla varustettua taajuusmuut-10 tajaa.

kuvio 2 esittåå miten verkon pååjannitteista muodostetaan verkon påå jånnitteiden huippuarvojen itseisarvoon verrannolli-nen jånnite Uac2 ja pååjånnitteiden maksimiarvojen itseisar-15 voon verrannollinen jånnite Uacl.

kuvio 3 esittåå piirrosta edellå esitetyistå jånnitteistå.

kuvio 4 esittåå piirrosta, jolla valitaan oikea transistori-20 pari johtamaan.

Kuviossa 1 on transistorit Q1...Q6 ja ne muodostavat verkkosil-lan. Ne ohjataan johtaviksi silloin, kun moottori jarruttaa ja palaava energia sydtetåån verkkoon. Tållå keksinnollå saadaan ' 25 transistoreiden ohjaus ilman nollaa, koska kåytetåån vain påå-jånnitteitå.

Kuviossa 2 esitetåån, miten verkon vaihejånnitteistå Ur, Us ja Ut vahvistimilla A1-A3 muodostetaan verkon pååjånnitteet Urs, ; '30 Ust ja Utr, joista muodostetaan verkon pååjånnitteiden huippuarvojen itseisarvoon verrannollinen jånnite Uac2 ja pååjånnitteiden hetkellisten maksimiarvojen itseisarvoon verrannollinen jånnite Uacl. Toisin sanoen, Uacl on suoraan tasasuunnattu . . verkkojånnite, jossa on 300Hz:n rippeli ja Uac2 on lisåksi 3‘5 suodatettu. Erojånnite Udiff muodostetaan siten, ettå se ilmoit-taa eron verkkojånnitteen ja tasajånnitepiirin jånnitteen Ude vålillå. Kun moottori jarruttaa, Ude pyrkii kasvamaan, kuten siis myos Udiff. Referenssijånnite Uref muodostetaan Uac2:sta ja 4 90700 ja Udiff:sta siten, etta kun moottoriin ei kulje virtaa ja siis Udiff on nolla, referenssijannite Uref = Uac2. Kun moottori jarruttaa, Uref pienenee sitS enemman, mita enemman Ude kasvaa. Al...A3 ovat differentiaalisia vahvistimia, jotka vaimentavat 5 verkkojSnnitteen ja muodostavat sydttdverkon påSjånnitteisiin verrannolliset jSnnitteet Urs, Ust ja Utr. A4...A6 ovat inver-toivia vahvistimia, joiden vahvistus on tasan yksi, joten niiden låhddsta saadaan paSjSnnitteisiin verrannolliset jSnnitteet vastakkaismerkkisina. Diodit D1....D6 muodostavat valitsimen, 10 jolla valitaan verkon paétjSnnitteistS itseisarvoltaan suurin, eli Uacl. A7, D7 ja Cl muodostavat huipunpitopiirin, jolla saadaan verkon paajSnnitteen huippuarvoon verrannollinen tasa-jannite Uac2. A8 on differentiaalivahvistin, jonka IShdosta saadaan vaimennettuna taajuusmuuttajan tasajannitepiirin jannite 15 Ude. Se johdetaan yhdesså Uac2:n kanssa differentiaalivahvisti-meen A9, jonka lahddsta siis saadaan tasajånnitepiirin ja verkon huippujMnnitteen erotus Udiff. Kun moottori jarruttaa, Ude pyrkii kasvamaan, kuten siis my5s Udiff. ReferenssijMnnite Uref muodostetaan Uac2:sta ja Udiff:sta siten, etta kun moottoriin ei 20 kulje virtaa ja siis Udiff on nolla, referenssijannite Uref = Uac2. Kun moottori jarruttaa, Uref pienenee sita enemman, mita enemman Ude kasvaa. Komparaattori Compi vertailee referenssijån-nitetta Uref ja jannitetta Uacl, jolloin komparaattorin lahto vaihtaa tilaa aina verkon paajannitteen huippuarvon kohdalla. 2$ Nain siis komparaattorin lahto muodostaa pulssin, jonka aikana siltaa Q1...Q6 ohjataan.

Kuviossa 3 on piirretty osa edelia esitetyista jannitteista. Differentiaalivahvistin A10 muodostaa referenssijannitteen Uref ‘30 siten, etta kun Udiff on nolla, Uref on yhta suuri kuin Uacl:n huippuarvo. Kun nyt komparaattorissa COMP1 verrataan referenssi-jannitetta ja Uaclrta, ei sen tila tassa tilanteessa muutu. Jos nyt tasajannitepiirin jannite nousee, joka tapahtuu moottorin jarruttaessa, referenssijannite laskee, sita alemmas, mita ..35 enemman moottori jarruttaa, ja aina verkon paajanniteen huippuarvon kohdalla COMPl:n lahddssa nakyy pulssi, joka on siis sita leveampi, mita suurempi Ude on.

li 5 90700

Kuviossa 4 on puskurivahvistin All, joka syottaå vastusjakajaa, josta saadaan jannite Uac3, joka on hieman vaimennettu jannite Uacl. Komparaattoreissa COMP2...7 verrataan tatå jSnnitetta Uac3 ja jokaista verkon pMajånnitettå ja påajånnitteen inversiota.

5 TSlloin jokaisen påSjMnnitteen huippuarvon kohdalla yksi kompa-raattoreista antaa signaalin "1", muut ovat tllassa "O", eli saadaan tietaa, mikå pååjSnnitteistå on suurin. Komparaattorei-den lahddt viedåån sitten OR-piireihin, jotka valitsevat johta-maan kytkettavat transistorit. Niinpa esimerkiksi jos Urs on 10 suurin, COMP2 låhtd on ylhåållå ja Ql:tå seka Q4:aå vastaavat OR-piirit ovat myds ylhaSllå mahdollistaen Ql:n ja Q4:n johtami-sen, kun pulssi Up on "l"- tilassa. Talloin muodostuu virtatie R-vaihe...Ql..Cdc.-Q4..S-vaihe ja valipiirin kondensaattoriin Cdc varastoitunut jarrutusenergia purkautuu verkkoon. Komponen-15 tin valinnan jSlkeen on vielS AND-piiri, jolla komponentti paSstetaSn johtamaan vain, jos tasajSnnitepiirin jånnite on todella noussut, johtamalla pulssijannite toiseen ANDin tulolii-tSntSMn. Tåten siis OR-piirien lMhto valitsee johtavat transistorit ja pulssijånnite Up pulssin leveyden, joka on nolla, jos 20 tasajannite ei ole noussut eli moottori ei jarruta. Komparaatto-reista se, jonka påSjSnnite on suurempi kuin Uac3, vaihtaa tilaa osoittaen johtavaksi kytkettåvSn transistoriparin. Ohjauspulssit transistoreille saadaan AND-piireilla, joiden toinen tulo måeiråéi ohjauspulssin pituuden ja toinen valitun transistorin. On sel-25 vaå, ettS tassa piiri on esitetty yksinkertaistettuna ja siihen on lisSttava virhekytkentojen esto siten, etta vain yksi kompa-raattoreista 2....7 voi olla samanaikaisesti paalla.

Alan ammattimiehelle on selvSS, ettei keksintd rajoitu edellS 30 kuvattuihin esimerkkeihin vaan voi vaihdella patenttivaatimuk-sissa esitetysså laajuudessa.

-. -35

Claims (6)

6 90700

1. Menetelmå taajuusmuuttajan verkkosillan ohjaamiseksi sydtet-5 tåesså tehoa takaisin verkkoon puolijohdekytkimien kautta, jotka on kytketty taajuusmuuttajan tasasuuntaajan diodien rinnalle tunnettu siitå, ettå verkkosillan puolijohdekytkimien (Q1-Q6) ohjauspulssit muodostetaan verkon pååjånnitteistå (Urs, Ust ja Utr) ja tasavirtapiirin jånnitteesta (Ude) siten, etta 10 ohjauspulssin pituus maaratåan pååjånnitteiden (Urs,Ust ja Utr) ja tasavirtapiirin jannitteen (Udc) avulla ja ohjattava kytkin valitaan pååjånnitteiden avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma tunnettu 15 siitS, etta menetelmåsså muodostetaan referenssijånnite (Uref) pååjånnitteiden huippuarvoihin verrannollisesta jånnitteesta (Uac2) sekå pååjannitteen huippuarvon ja tasajånnitepiirin våliseen eroon verrannollisesta jånnitteestå (Udiff) siten, etta kun moottoriin ei kulje virtaa, niin referenssijånnite on yh-20 tåsuuri kuin pååjånnitteen huippuarvo (Uac2) ja pienenee tasavirtapiirin jannitteen (Udc) noustessa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelma tunnettu siitå, ettå pååjånnitteen huippuarvoon verrannollinen jånnite .-25 (Uac2) muodostetaan valitsimella (D1-D6), jolla valitaan verkon pååjånnitteistå itseisarvoltaan suurin jånnite (Uacl) ja huipun-pitopiirillå (A7,D7 ja Cl).

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmå tunnettu 30 siitå, ettå signaali oikeiden puolijohdekytkimien valitsemiseksi muodostetaan komparaattoreilla (COMP 2-7), jotka vertaavat jo-kaista verkon pååjånnitettå ja pååjånnitteen inversiota jånnit-teeseen (Uac3), joka on hieman pienempi kuin pååjånnitteiden hetkellisten maksimiarvojen itseisarvoon verrannollinen jånnite .35 (Uacl), sekå OR-piireillå (21), jotka on kytketty komparaatto-reiden låhtoihin.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelma tunnettu li 7 90700 siita, ettå ohjauspulssin pituuden maaraava signaali muodoste-taan komparaattorilla (COMP1), jossa verrataan pMajannitteistS itseisarvoltaan suurinta jannitetta (Uacl) referenssijannittee-seen (Uref). 5

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmå tunnettu siita, etta ensimmainen ja toinen signaali johdetaan AND-pii-reille (31) , joiden ulostulo maaraa puolijohdekytkimien ohjaus-pulssit. 10 15 20 -25 ''30 ‘.35 8 90700