SE467130B - Kraftaggregat foer generering av en i huvudsak sinusformad utspaenning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 467 130 2 Uppfinningen har till ändamål att undanröja den angivna nackdelen och tillhandahålla ett kraftaggregat av det inledningsvis beskrivna slaget vid vilket àterinkoppling sker efter en tidrymd som är avsevärt mindre än halva periodtiden för växelspänningen. Detta innebär att àterinkoppling sker nästan omedelbart efter det att en frånkoppling skett så att strömmen inte hinner sjunka nämnvärt under den förut- bestämda strömgränsen. Strömmen upprätthålls sålunda och tillräcklig energi tillföres motorn för start av denna. Ändamålet uppnås genom att kraftaggregatet enligt uppfinningen erhållit de i efterföljande patent- krav 1 angivna särdragen. Föredragna utföringsformer finns angivna i tillhörande underkrav.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i anslutning till ett utföringsexempel med hänvisning till bifogade ritningar på vilka: fig. l är ett blockschema för ett kraftaggregat enligt uppfinning- en och fig. 2 år ett praktiskt kretsschema över ett föredraget utförande där för uppfinningen oväsentliga delar utelämnats.

I fig. 1 visas ett blockschema för ett kraftaggregat enligt uppfinningen där en en våxelströmsgenerator 10 är anordnad att via en likriktaranordning ll generera en likspänning U mellan en plusanslut- ning 12 och en minusanslutning 13. Till plusanslutningen 12 är ansluten en ledare 14 medan till minusanslutningen 13 är ansluten en ledare 15.

Generatorn 10 är försedd med en fältlindning 16 och spänningen U regleras med hjälp av en regleranordning 17 som vid behov ökar eller minskar spänningen till fältlindningen 16.

Kopplingen i fig. l innefattar vidare en DC/AC- omvandlare 18 i 20, 21, 22 vilka på känt sätt bildar en brygga. Kopplingspunkterna mellan transis- torerna 19 och 20 respektive mellan transistorerna 21 och 22 bildar vilken ingår fyra halvledarströmställare av mosfettyp 19, bryggans utgångsanslutningar, mellan vilka kraftaggregatets utspänning uppträder. Ledare 23 och 24 förbinder kopplingspunkterna med var sin drossel 25, 26, sator 27 och vidare är förbundna med två anslutningar 28, vars motsatta ändar år sammankopplade med en konden- 29 vilka bildar kraftaggregatets utgångsterminaler.

En styranordning 30 är anordnad för att till halvledarströmstäl- larna 19, 20, 21, '22 -avge lämpliga kommuteringssignaler enligt ett förutbestämt program. Detta program innebär att varje halvperiod hos den sinusformade utspänningen tänks uppdelad i avsnitt och för varje avsnitt är lagrad en kombination av styrsignaler vilka för respektive 10 15 20 25 30 35 467 150 3 avsnitt bestämmer vilka strömställare som skall vara slutna och vilka som skall vara öppna för att utspänningen skall få den önskade sinus- formen. Hur detta praktiskt kan utföras kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till fig. 2.

För att hålla spänningen U uppe under varierande belastning är pá känt sätt anordnat ett kondensatorbatteri här representerat av en kondensator C som är ansluten till ledaren 14 liksom via ett lâgohmigt mätmotstánd R till ledaren 15. Spänningen över mätmotstàndet R bildar en av kraftaggregatets belastningsström beroende parameter som utnytt- jas för att stänga av aggregatet vid överström. Kopplingspunkten mellan mätmotstàndet R och kondensatorn C är sålunda ansluten till ett block 33 i vilket spänningen jämförs med ett referensvärde. Om referensvärdet överskrides avges från blocket 33 en signal till styranordningen 30 som 20, Denna fránkoppling är emellertid enligt uppfinningen medför att kommuteringssignalerna till halvledarströmställarna 19, 21, 22 uteblir. mycket kortvarig och följs nästan omedelbart av en àterinkoppling av kommuteringssignalerna. Detta kommer att beskrivas mer i detalj i anslutning till fig. 2.

Vi lämnar nu blockschemat i fig. l och övergår till ett praktiskt fig. 2. För att skapa styrsignalkombinationer för inställning av de fyra halvledarströmställarna i kretsschema visat i varje avsnitt av den sinusformade utspänning som skall bildas jämförs på känt sätt samtidigt en sinusvàg och dess invers av utspänningens frekvens med en triangel- våg med samma amplitud som sinusvàgorna men med betydligt högre frek- vens. Helt kort är villkoret för att strömställarna skall öppnas för utmatning av energi att triangelvàgen befinner sig innanför den av sinusvàgorna bildade enveloppen.

Som framgått ovan delas alltså sinusvàgens båda halvperioder upp i ett antal intervall och för varje intervall fastställs en styrsignal- kombination som bestämmer vilka strömställare som skall vara slutna respektive öppna under intervallet. Styrsignalkombinationerna för alla intervall är lagrade i ett programmerbart minne 34 och består i utfö- ringsexemplet vardera av åtta digitala bitar. Varje kombination är tilldelad en 16-bitars adress och kombinationerna är anordnade i minnet så att de kan matas ut i den följd som medför att den önskade sinusfor- men för utspänningen kan skapas. Kombinationerna läses ut ur minnet 34 med hjälp av en räknare 35, 36 som stegas fram av en oscillator 37 som arbetar med frekvensen 3,27 Mhz. För att tillförsäkra att alla bitarna i en kombination hinner utläsas korrekt samlas de utlästa bitarna i en 10 15 20 25 30 35 467 130 4 låskrets 38, endast två 39, 40 återgivits varifrån den sedan klockas ut till åtta OCH-grindar varav i schemat. På OCH-grindarnas utgångar återfinns därefter de styrsignaler som bestämmer kopplingstillståndet hos de fyra halvledarströmställarna. och tillförs valts eller hur strömställarna är anordnade är oväsentligt för uppfin- Hur dessa styrsignaler omformas strömställarna liksom vilken typ av strömställare som ningen och kommer sålunda inte att beskrivas närmare. fig. l ett lâgohmigt mätmotstånd R kopplat i serie med kondensatorbatteriet C och den över motståndet uppträdande spänningen förs via ett av två motstånd 41, 42 och en kondensator 43 bildat filter till ingången på en optokopplare 44. Optokopplarens utgång är via ett motstånd 45 parallellt med en kondensator 46 ansluten till jord samt vidare till RESET-ingången på en För att detektera överström är liksom i bistabil vippa 47. Vippans klockingång Cl är via en ledare 48 ansluten till en utgång på räknaren 35, 36 så vald att klockfrekvensen blir ca 2 kHz. Vippans utgång är via en ledare 49 kopplad till ena ingången på en OCH-grind 50 medan den andra ingången på OCH-grinden är ansluten till matningsspänningen +5 volt. Utgângen på OCH-grinden är via en in- verterare 51 och en bufferkrets 52 kopplad till ena ingången på OCH- grinden 40 på vars utgång 53 en av bitarna i en digital styrsignal för halvledarströmställarna uppträder. Den andra ingången på OCH-grinden 40 är via en ledare 54 kopplad till utgången på en bufferkrets 55, vars ingång via en ledare 56 är kopplad till en av utgångarna på låskretsen 38.

Làskretsen styrs av klockpulser på en klockingång CLK vilka tillförs från en utgång på räknaren 35, 36 via en ledare 57, en in- verterare 58 och en ytterligare ledare 59. En av utgångarna på låskret- sen 38 är vidare via en ledare 60 kopplad till ingången på en buf- ferkrets 61 vars utgång via en ledare 62 är kopplad till en ingång på OCH-grinden 39. Den andra ingången på OCH-grinden 39 år ansluten till en ledare 63 som sammanbinder motsvarande ingångar på alla de åtta OCH- grindarna, varav endast två 39, 40 är visade, och som är ansluten till utgången på bufferkretsen 52. motstånd 64, ningsspänningen +15 volt.

Ledarna 54 och 62 är via respektive 65 anslutna till en ledare 66 ansluten till mat- Funktionen hos det_a1lmänt i fig. l och mer i detalj i fig. 2 skall nu beskrivas. Det förutsätts att genera- och att spänningen U uppträder över ledarna 14 och 15. Därvid genereras på icke visade utföringsexemplet torn 10 roterar, exempelvis driven av motorn i en husbil, 10 15 20 25 30 35 5 467 150 visat sätt även de för elektronikkomponenterna erforderliga matnings- +5 volt och +15 volt. Oscillatorn 37 arbetar och matar klockpulser med frekvensen 3,27 MHz till räknaren 35, 36 tiden stegas upp till dess den når sin högsta räkneposition varifrån spänningarna, såsom de särskilt markerade spänningarna (två kapslar). Denna fungerar så att den hela den börjar om från början. För varje steg ger den en adress till minnet 34 och innehållet làskretsen 38. tidigare nämnts utgör innehållet en åtta-bitars digital kombination av 21, 22 bestämmer vilka strömställare som skall vara slutna och vilka som skall i denna adress matas ut till Som styrsignaler för halvledarströmställarna 19, 20, (fig. 1) som vara öppna under ett förutbestämt intervall i någon av halvperioderna i den sinusformade utspänningen. När en klocksignal avges från räknaren 35, 36 på ledaren 57 matar làskretsen 38 ut sin information till OCH- grindarna 39, 40 (liksom till de övriga sex ej visade) och tillstånden på utgången av OCH-grindarna utgör den önskade styrinformationen för halvledarströmställarna. När sålunda räknaren kontinuerligt stegas upp kommer de olika kombinationer av styrsignaler efter varandra att matas ut som erfordras för att ge utspänningen den önskade sinusformen.

Om en större ström än den kraftagregatet kan hantera tas ut från en last kommer strömmen genom mätmotstàndet R när den går mot konden- satorn C att ge upphov till en spänning över ingången på optokopplaren 44 som är tillräckligt stor för att generera ett ljusflöde i optokopp- laren som aktiverar en ljuskänslig diod varigenom en transistor ak- tiveras som ger hög nivå på optokopplarens utgång. Därmed nollställs vippan 47 vilket ger hög nivå på utgången av OCH-grinden 50, låg nivå på utgången av inverteraren 51 och låg nivå på utgången av bufferkret- sen 52. Detta ger låg nivå på en av ingångarna hos OCH-grindarna 39, 40 (och de övriga sex) vilket medför att alla styrsignaler stoppas.

Efter en tidrymd av ca 0,5 ms (motsvarande frekvensen 2 kHz) kommer en klockpuls på ledaren 48 som ettställer vippan 47 och ger låg nivå på den ena ingången på OCH-grinden 50 vilket medför att OCH- 40 etc. på nytt får hög nivå på de till anslutna ingångarna. Nu kan sålunda information från làskretsen 38 på grindarna 39, ledaren 63 nytt passera OCH-grindarna 39, 40 etc. för styrning av halvledarström- ställarna. Återinkoppling av dessa sker sålunda efter en kort tidrymd av storleksordningen- 0,5 ms, vilket ligger väl inom den halvperiod om 10 ms där överström detekterades och aggregatet kopplades från. Skulle på nytt överström detekteras kan flera återinkopplingar göras inom en halvperiod för utspänningen vilket medför att induktiva laster såsom 467 130 6 motorer och liknande kan startas och drivas med det beskrivna aggre- gatet. Vid en sådan last är ju startströmmen hög medan driftströmmen är betydligt lägre. Sådana upprepade àterstarter sker med tidsmellanrum som bestäms av den omnämnda klockpulsfrekvensen på ca 2 kHz. ffß I»

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 up I O\ \'] ...u (J l CI) 7 P a t e n t k r a v

1. Kraftaggregat för generering av en i huvudsak sinusformad utspän- ning som till storlek och frekvens är anpassad för drivning av nätmata- de apparater, innefattande organ en DC/AC-omvandlare (18) styrbara halvledarströmställare (19, 20, 21, (30) för att till halvledarströmställarna avge lämpliga kommuteringssignaler enligt ett (10) för alstring av en likspänning, innefattande 22) liksom en elektrisk styranordning förutbestämt program för att hälla dessa öppna och slutna pà sådant sätt att den önskade kurvformen för utspänningen erhålles, k ä n n e- t e c k n a t d ä r a v, att organ (R) är anordnade att avkänna en parameter knuten till aggregatets belastningsström och därvid samverka (30) ett förutbestämt värde kommuteringssignalerna uteblir men åter med styrorganen sä att när belastningströmmen överstiger inkopplas efter en tidrymd som är avsevärt mindre än halva periodtiden för utspänningen, varvid styrorganen (30) är inrättade att fortlöpande avge kommuteringssignaler med de avbrott som bestäms av att belastnings- strömmen överstiger det förutbestämda värdet.

2. Kraftaggregat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t om 50 eller 60 Hz lingsfrekvensen för kommuteringssignalerna uppgår till ca 2 kHz. d ä r a v, att vid normal nätfrekvens àterinkopp-

3. Kraftaggregat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att de likspänningsalstrande organen (10) uppvisar en utgàng med tvâ utgàngsanslutningar (12, 13) och innefattar en glättningskapa- citans (C) som i serie med en làgohmig mätresistans (R) är kopplad över utgàngsanslutningarna (12, 13), varvid spänningen över mätresistansen (R) utgör den till belastningsströmmen knutna parametern.

4. Kraftaggregat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att den elektriska styranordningen (30) innefattar ett minne (34) bildande av utspänningen, på varandra följande kombinationerna av till- i vilket det förutbestämda programmet är lagrat så att de för respektive frànslagna halvledarströmställare har motsvarande, pà varandra följande adresser i minnet, varjämte för utläsning av kom- binationerna räknarorgan (35, 36) är anordnade att stegvis räknas upp och för varje steg föra över respektive kombination till en láskrets (38) fràn vilken kombinationen klockas till ett logiskt nät innefat- tande ett antal OGH-grindar (39, logisk 40 etc.) så att varje bit i kom- som en ingàngarna pà (39, under normal binationen uppträder signal pà en av respektive OCH-grind 40 etc.) medan pà den andra ingången en signal uppträder som drift medger överföring av kom- 10 15 467 '(30 8 binationerna till halvledarströmställarna och vid överström bestämmer återinkopplingsfrekvensen.

5. Kraftaggregat enligt patentkravet 3 och 4, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att mätresistansen (R) är kopplad till ingången på en optokopplare (44) vars utgång är ansluten till en bistabil vippa (47) på sådant sätt att vid överström vippan nollställes, varjämte vippans utsignal via lämpliga grindorgan (50, 51) överföres till de andra ingångarna på de till láskretsen (38) anslutna OCH-grindarna (39, 40 etc.) för att ge dessa låg nivå och därmed förhindra att kom- muteringssignaler genereras. g

6. Kraftaggregat enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att ingången på optokopplaren (44) är kopplad till mätresis- tansen (R) via ett filter bestående av en kondensator (43) i serie med två, på ömse sidor om kondensatorn anslutna motstånd (41, 42), varvid kondensatorn är ansluten till ingången och motståndens fria ändar till respektive anslutning på mätmotstàndet (R). a: :i