FI93061C - Menetelmä ja laitteisto epätahtikoneen jättämän kompensoimiseksi - Google Patents

Description

93061

MENETELMÄ JA LAITTEISTO EPÄTAHTIKONEEN JÄTTÄMÄN KOMPENSOIMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä sekä patenttivaatimuksen 5 mukainen lait-5 teisto epätahtikoneen jättämän kompensoimiseksi.

Epätahtikoneen pyörimisnopeus poikkeaa tunnetulla tavalla jättämän verran syöttävän verkon taajuudesta. Moottorikäytössä pyörimisnopeus on hieman pienempi kuin moottoria syöttävä taajuus napapariluvulla jaettuna eli moottorin tahtinopeus ja 10 vastaavasti generaattorikäytössä pyörimisnopeus on hieman suurempi kuin verkon taajuus napapariluvulla jaettuna. Jättämän suuruuteen vaikuttaa koneen kuormitustila, mistä johtuen pyörimisnopeuden säätäminen johtaa usein monimutkaiseen säätöjärjestelmään, koska muuttuvia suureita ei voida aina tarkasti 15 mitata. Epätahtikoneen pyörimisnopeuden pitäminen vakiona erityisesti kuorman muuttuessa on tästä johtuen ollut ongelmallista.

Aikaisemmin tunnetaan useita säätöjärjestelmiä, joilla säädetään epätahtimoottorin pyörimisnopeus ohjearvoa vastaavaksi. 20 Nämä ovat usein johtaneet monimutkaisiin ja kalliisiin säätö-laitteistoihin, jotka eivät useinkaan olleet mahdollisia toteuttaa pienehköissä moottoreissa. Ehdotetut laitteistot ovat myös edellyttäneet moottorin pyörimisnopeuden mittaamista suoraan moottorin akselilta tai moottorin kuormitusvirran ·' 25 mittaamista.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi epätahtikoneen pyörimisnopeuden säätäminen kompensoimalla sopivasti säätösil-mukassa jättämän aiheuttama poikkeama syöttävän taajuuden ja pyörimisnopeuden olo- ja ohjearvojen välillä. Tämän toteutta-30 miseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan ominaispiirteet. Keksinnön mukainen laitteisto tunnetaan patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosan ominaispiirteistä. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on määritelty keksinnön muita sovellutusmuotoja.

2 93061

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saadaan aikaiseksi edullinen ja luotettava epätahtikoneen nopeuden säätöjärjestelmä. Moottorin nopeus voidaan määrittää esimerkiksi yksinkertaisella induktiivisella tunnistimella ilman moottorin akselille asen-5 nettavaa erillistä takometriä tai optista pulssianturia. Erityisesti sovellutuksissa, joissa moottorin aksiaalinen pituus on rajoitettu, tällä saavutetaan huomattava etu. Keksinnössä nopeustakaisinkytkentä suorittaa jättämän kompensoinnin digitaalisesti, jolloin toiminta on nopea ja tarkka. 10 Kytkentä toteutetaan muutamalla huokealla mikropiirillä.

Keksintöä kuvataan seuraavassa sen erään suoritusmuodon avulla viitaten piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen ohjauksen lohkokaaviota, - kuvio 2 esittää kompensoinnin toteuttavaa kytkentää, 15 - kuvio 3 esittää signaalien pulssimuotoja ja - kuvio 4 esittää moottorin nopeuden mittausjärjestelyä.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista epätahtimoottorin jättämän kompensointia. Kolmivaiheista epätahtimoottoria 1 syötetään johtimien 3, 4 ja 5 kautta taajuusmuuttajalla 2, joka muuttaa 20 tulojohtimiinsa R, S ja T yhdistetyn verkon vakiotaajuisen jännitteen ohjauksen määräämäksi moottorin syöttöjännitteeksi, jonka taajuus ja jännite ovat säädettävissä. Taajuusmuuttaja 2 koostuu esimerkiksi PWM-muuttajasta 6 ja sille ohjejännitteen us ja ohjetaajuuden fs muodostavasta säätäjästä 7. Moottorin 1 25 ja sitä ohjaavan taajuusmuuttajan 2 rakenne ja toiminta ovat alan tekniikasta tunnettuja järjestelmiä eikä niiden yksityiskohdilla ole vaikutusta hakemuksen kohteena olevan keksinnön toteutukseen.

Moottorin 1 ohjenopeus fR on kytketty taajuusmuuttajaan 2 30 ohjesisääntuloon tai muodostetaan taajuusmuuttajan sisällä ulkoisten ohjauskäskyjen mukaisesti. Epätahtimoottorin jättämän kompensoiva signaali C tuodaan johtimella 10 taajuus-muuttajan ohjausliittiraeen 11 siten, että se summautuu nopeu-sohjeeseen fR, jolloin muodostuu ohjetaajuus fs. Taajuusmuutta-35 jän ohjaus määrittelee sinänsä tunnetulla tavalla taajuusoh-

II

93061 3 jeen perusteella moottorin syöttöjännitteen suuruuden. Moottorin nopeutta mitataan pulssianturilla 12, joka antaa moottorin pyörimisnopeuteen verrannollisen taajuussignaalin nm. Pulssi-anturi toteutetaan edullisesti asentamalla moottoriin induk-5 tiivinen tunnistin, joka tunnistaa jarrupyörän hammastusta, roottorin jäähdytysripoja tai esimerkiksi tuulettajän siipiä. Erillistä takometriä tai optista anturia ei näin tarvita. Taajuusmuuttajan taajuusohje fs jaetaan napapariluvulla p jakajassa 8 ja siitä saatava moottorin tahtinopeuteen verran-10 nollinen signaali ns ja pulssianturilta saatava nopeuteen verrannollinen taajuussignaali nm johdetaan jättämäkompensaatto-riin 15 johtimilla 13 ja 14. Jättämäkompensaattorin 15 ulostulo C johdetaan edellä mainitulla tavalla taajuusmuuttajaan 2. Taajuusmuuttaja 2, moottori 1 ja pyörimisnopeutta mittaava 15 nopeusanturi 12 muodostavat keksinnön mukaisen järjestelmän ulomman säätösilmukan, joka säätää moottorin nopeutta.

Jättämäkompensaattori 15 muodostuu suromaelimestä 16, jännite/ taajuusmuuntimesta 17, vaihevertaajasta 18 sekä integraat-torista 9. Pulssianturilta 12 saatava taajuussignaali nm 20 johdetaan johtimella 14 vaihevertaajan 18 toiseen sisäänme-noon. Tahtinopeus ns saadaan jännitesignaalina taajuusmuuttajalta 2 ja johdetaan summaelimeen 16, jossa sen arvosta vähennetään vaihevertaajan 18 antama signaali ds. Summaimen 16 lähtösignaali johdetaan jännite/taajuusmuuntimeen 17, jossa 25 muodostetaan taajuussignaali ns', joka vastaa moottorin ohjeno-peutta fR. Vaihevertaaja 18 muodostaa vaihe-erosignaalin ds siihen tuotujen taajuussignaalien nm ja ns' välisen vaihe-eron perusteella kuviossa 3 esitetyllä tavalla. Vaihe-ero signaali ds johdetaan summauselimelle 16 sekä integraattorille 9, joka 30 muodostaa vaihe-erosignaalista korjaussignaalin C, joka viedään taajuusmuuttajan 2 korjaavaan ohjesisääntuloon li. Sum-main 16, jänniteohjattu oskillaattori 17 ja vaihevertaaja 18 muodostavat säädön sisemmän silmukan ja on rakenteeltaan ns. vaihelukittu silmukka.

35 Keksinnön mukainen nopeuden säätöjärjestelmä toimii seuraaval-la tavalla. Taajuusmuuttajalta 2 saatava signaali ns on verran- 4 93061 nollinen taajuusmuuttajan lähtötaajuuteen ja samalla moottorin tahtinopeuteen. Jänniteohjattu oskillaattori 17 tuottaa moottorin ohjenopeuteen verrannollisen taajuussignaalin n/ . Pulssianturilta 12 saadaan pulssijono nm, jonka taajuus on verran-5 nollinen moottorin 1 pyörimisnopeuteen. Vaihevertaaja 18 vertaa signaalien ns' ja nra pulssijonoja, minkä vertailun seurauksena vaihe-erosignaali ds kasvaa, jos moottorilta tulevat pulssit hidastuvat. Vaihe-erosignaali ds vähennetään signaalista ns, jolloin oskillaattorin 17 ulostulotaajuus ns' 10 laskee ja oskillaattori tahdistuu pulssianturilta saatavaan taajuuteen nm. Tahdistumisen aiheuttavan vaihe-erosignaalin keskiarvo on verrannollinen tahtinopeuden ja moottorin pyörimisnopeuden erotukseen eli jättämään. Integraattori 9 muodostaa korjaussignaalin C suodattamalla vaihe-erosignaalia ds. 15 Lisättäessä korjaussignaali C alkuperäiseen taajuusohjeeseen fR muodostuu suljettu nopeudensäätöpiiri, joka määrittää moottorin jättämän ja korjaa moottorin syöttötaajuutta vastaavasti. Moottorin staattisen tilan nopeus ei tällöin riipu kuormituksesta, vaan säätyy ohjetaajuutta fR vastaavaksi niin kauan 20 kuin moottori pystyy muodostamaan kuormitusta vastaavan momentin.

Kuviossa 2 on kuvattu erästä kuviossa 1 esitetyn jättämäkom-pensaattorin toiminnan toteuttava kytkentä. Moottorin syöttö-taajuuteen fs verrannollinen jännitesignaali ns (0...10 V) tuo-25 daan vahvistimien 21 ja 22 kautta jänniteohjattuun oskillaattoriin 23. Johtimella 24 tuodaan jättämää vastaava vaihe-erosignaali summauspisteeseen vahvistimelle 22, joka vähentää sen signaalista ns. Oskillaattorin 23 ulostulosta saadaan moottorin ohjenopeuteen verrannollinen taajuussignaali ns', joka 30 johdetaan vaihevertaajaan 25. Moottoriin kytketyltä pulssianturilta saatava signaali nm tuodaan vaihevertaajän toiseen tuloon. Vaihevertaajän 25 ulostulo 26 johdetaan suotimena toimivaan integraattoriin 27, jonka lähdöstä saadaan vahvistimen 28 kautta korjaussignaali C. Signaalilla ZS pidetään 35 integraattorin 27 lähtö nollassa, kun koneisto on pysäytettynä. Vaihevertaaja 25 ohjaa integraattorin 27 sisääntuloa taajuussignaalien n/ ja nm vaihe-eron perusteella siten, että

II

5 93061 integraattorin lähtö kasvaa, kun signaalin nm pulssi on jäljessä signaalin ns' pulssista.

Kuvio 3 esittää vaihevertaajaan tulo- ja lähtöpulsseja. Pulssianturilta saadaan esimerkiksi 24 pulssia kierroksella, 5 jolloin moottorin nopeus 1800 r/min vastaa pulssitaajuutta 720 Hz. Vaihevertaaja on toteutettu CMOS-piirillä, jolla on kolme-tilainen ulostulo. Alueen A mukaisessa tapauksessa signaali ns' aiheuttaa erosignaalin ds siirtymisen tilaan +1 ja vastaavasti signaalin nm pulssi aiheuttaa ds:n paluun tilaan 0. Vaihe-10 eron kasvaessa kasvaa myös ds:n pulssipituus. Vastaavasti jos moottorin nopeus pyrkii kasvamaan, signaalin nm pulssi vaihtaa ds:n tilaan -1 ja signaalin ns' pulssi takaisin tilaan 0, kuten on kuvattu alueessa B.

Kuviossa 4a on kuvattu pulssianturin asennus moottoriin. 15 Induktiivinen anturi 41 on kiinnitetty moottorin päätyyn asennetun jarrun runkoon kiinnityselimellä 42. Jarrupyörään 43 on muodostettu hampaat 44 ja anturi on sovitettu hampaiden 44 välittömään läheisyyteen. Kuvio 4b esittää leikkausta A-A kuviosta 4a.

20 Keksintöä on edellä selostettu sen erään suoritusmuodon avulla. Esitystä ei ole kuitenkaan pidettävä keksinnön suojapiiriä rajoittavana, vaan keksinnön sovellutusmuodot voivat vaihdella . seuraavien patenttivaatimusten määrittämissä rajoissa.

Claims (6)

1. 6 93061
2. 1. Menetelmä taajuusmuuttajalla tai invertterillä (2) syötetyn epätahtikoneen (1) nopeuden säätämiseksi ohjearvoa (fR) vastaavaksi, jossa menetelmässä muodostetaan moottorin (1) nopeu- 5 desta riippuva taajuussignaali (nm) ja moottorin nopeuden ohjearvoa (fR) korjataan moottorin jättämään verrannollisella korjaussignaalilla (C) , jota korjattua ohjearvoa käytetään taajuusmuuttajan tai invertterin taajuusohjeena (fs) , tunnettu siitä, että jättämään verrannollinen korjaussignaali (C) muo- 10 dostetaan olennaisesti moottorin nopeudesta riippuvan taajuus-signaalin (nm) ja invertterin taajuusohjeesta (fs) muodostetun toisen taajuussignaalin (n/) avulla.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että taajuussignaalit (nm,ns') muodostetaan pulssisignaaleiksi, 15 ja että korjaussignaalia muutetaan pulssisignaalien välisen vaihe-eron muuttuessa.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moottorin (1) nopeudesta riippuva taajuussignaali (nm) saadaan moottorin akselille asennetusta pulssitakometristä tai 20 akseliin kiinnitettyä rakenneosaa (44) tunnistavasta pulssi-anturista (41) . : 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jättämään verrannollinen suure muodostetaan vaihe-lukitulla silmukalla (16,17,18).
5. 5. Laitteisto taajuusmuuttajalla tai invertterillä syötetyn epätahtikoneen pyörimisnopeuden säätämiseksi ohjearvoa vastaavaksi, jossa on anturi (12) moottorin nopeuteen verrannollisen taajuussignaalin muodostamiseksi sekä invertterin taajuusoh-jeen (fs) muodostamiseksi summaelin (30), jolla jättämään ver- 30 rannollinen signaali (C) lisätään nopeuden ohjearvoon (fR), tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu oskillaattori (17) toisen taajuussignaalin (ns') muodostamiseksi taajuusohjeesta (fs), vaihevertailija (18) nopeuteen verrannollisen taajuus- II 7 93061 signaalin (nm) ja toisen taajuussignaalin (ns') välisen vaihe-eron määrittämiseksi sekä toinen summaelin (16) toisen taa-juussignaalin korjaamiseksi vaihe-eroa vastaavasti.
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, 5 että moottorin nopeuteen verrannollinen taajuussignaali saadaan moottorin pyörivää rakenneosaa (44) tunnistavasta anturista (41) . , *ό061 O