SE529355C2 - Sätt att reglera trefasmotor med två par tyristorer - Google Patents

Description

- 5.29 355 z rande drivmoment. Detta kan vara både störande och till skada för styrenhetsystemet, den elektriska motorn och den motor- drivna lasten.

US-patentpublikationen 6,930,459 B2 beskriver ett sätt att minska påverkan av en DC-strömkomponent i lastströmmen hos en asynkronmotor genom att man använder två olika reglermetoder.

Det har visat sig vara svårt att helt avlägsna DC-komponenten genom att använda reglermetoder, eftersom reglerpunkten är in- stabil och DC-strömmen uppträder momentant.

Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt att eliminera eller åtminstone minska effekterna av en DC-komponent i en tvåfas trefas styrenhet.

Uppfinningen baseras på insikten att då det föreligger en möj- lighet att DC-komponenter uppträder i ström som tillförs den elektriska motorn justeras tändvinklarna för halvledare som är anordnade i faserna för att avlägsna DC-komponenten.

Enligt en första aspekt av uppfinningen åstadkommes ett sätt, såsom definieras i bifogade patentkrav 1.

Genom att helt enkelt justera ändvinklarna så att man lämnar ett område av tändvinklar i vilket DC-komponenterna uppträder behövs ingen komplicerad reglering. Därigenom åstadkommes ett sätt att reglera en motor som på ett enkelt och bekvämt sätt löser problemet med DC-komponenter som uppträder i tvåfas tre- fas styrenhetssystem.

I en föredragen utföringsform bestäms ett område av tändvink- lar i vilket DC-komponenter i den ström som tillförs den elek- triska motorn kan uppträda innan man justerar tändvinklarna för att lämna nämnda område av tändvinklar. Detta begränsar 529 355 3 . sättet till en del av driftområdet, vilket ökar dess effekti- vitet.

I en annan föredragen utföringsform söker man efter DC-kompo- nenter under drift och då man därefter har funnit en DC-kompo- nent justeras tändvinklarna så att man lämnar ett område av tändvinklar i vilket DC-komponenterna uppträder. Detta begrän- sar den uppfinningsenliga justeringen av tändvinklar till fall vid vilka DC-komponenter verkligen uppträder.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen åstadkommes en dator- programprodukt som är direkt_laddningsbar till internminnet hos en styrenhet för en trefasmotor.

Ytterligare föredragna utföringsformer definieras av bifogade patentkrav.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att beskrivas, såsom exempel, under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka figur 1 visar ett diagram över drivsteget och en trefasig elektrisk motor, figur 2 är ett tidsdiagram som visar motorspänning och -ström under vanlig drift av en elektrisk motor enligt uppfinningen, figur 3 är ett tidsdiagram som visar motorspänning och -ström då en DC-komponent uppträder under drift av en elektrisk motor enligt uppfinningen, figur 4 är ett oscilloskopdiagram som visar motorstartströmmar vid användande av känd reglering, och figur 5 är ett oscilloskopdiagram som visar motorstartströmmar då man använder ett sätt enligt uppfinningen. 1529 355 4 Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I det följande kommer en detaljerad beskrivning av en föredra- gen utföringsform av föreliggande uppfinning att ges.

I figur 1 visas tre fasledningar L1, L2 och L3 anslutna till en källa för en symmetrisk trefasspänning (ej visad) för mat' ning av en elektrisk trefasmotor M. Trefaskällan kan vara en nätspänning eller en trefasspänning skapad medelst en spän- ningsomriktare.

I serie med ledningen L1 är antiparallella halvledare V1 och V2 inkopplade, d.v.s. tvâ halvledare som är kopplade paral- lellt rygg mot rygg. I detta exempel är halvledarna tyristorer som styrs medelst en reglerenhet C så att de switchas mellan ledande och icke-ledande tillstånd, såsom är konventionellt.

Denna switchning reglerar den spänning och den ström som till- förs motorn M. Den spänning som skapas över dessa tyristorer betecknas Ul under det att fasströmmen betecknas il.

Parallellt med tyristorerna V1, V2 finns en inkopplad spän- ningsmätningsanordning Dl med två ingångar och en utgång. Ge- nom att ansluta ingångarna på mätanordningen Dl till ömse si- dor om tyristorerna mäts spänningen U1. Mätanordningen D1 tillhandahåller på sin utgång en digital signal X1 som repre- senterar den uppmätta spänningen Ul på följande sätt. Då spän- ningen U1 över tyristorerna V1, V2 är väsentligen noll, d.v.s. antingen då åtminstone en av tyristorerna leder eller under en nollgenomgâng av fasspänningen, är signalen X1 en logisk "1”.

I alla andra fall, d.v.s. då det föreligger en spänning över tyristorerna, är signalen X1 en logisk "0". Signalen X1 vida- rebefordras till reglerenheten C.

Ledningen Ll är ansluten till en av den elektriska trefas- motorns M fasanslutningar. 529 355 s För ledningen L2 finns motsvarande tyristorer V3, V4 och en strömmätningsanordning D2 som mäter spänningen U2 över tyris- torerna. Mätanordningen tillhandahåller informationen om spän- ningen som en digital signal X2 till reglerenheten C. Ledning- en L2 är ansluten till en andra av motors M fasanslutningar.

För ledningen L3 finns inget motsvarande arrangemang. I stäl- let är denna ledning ansluten direkt till motors M tredje fas- anslutning.

Driften av motorn kommer nu att beskrivas under hänvisning till figurerna 2 och 3.

Signalerna X1 och X2 används som referenser av reglerenheten C för att tända tyristorerna, d.v.s. för att göra dem ledande.

Tyristorerna tänds vid en tändvinkel "a", som i figurerna 2 och 3 beräknas från den negativa flanken av respektive signal X1, X2. Spänningarna över motoranslutningarna justeras genom att man justerar tändvinkeln a; med en tändvinkel på 0 grader, d.v.s. då tyristorerna leder hela tiden, är motorspänningen 100% av maximum och med en tändvinkel på 180 grader, d.v.s. med tyristorerna alltid icke-ledande, är motorspänningen 0%.

Genom att gradvis öka eller minska tändvinkeln d justeras spänningen över motoranslutningarna i motsvarande grad.

Såsom visas i figur 2, då ingen DC-komponent föreligger kommer referenssignalernas X1, X2 periodtid TO att vara lika med hal- va spänningsperiodtiden. Med en frekvens på 50 Hz blir TO lika med 10 millisekunder. Detta innebär också att integralen för fasströmmen över en spänningsperiod är noll.

Då en DC-komponent uppträder ändras formerna på spännings- och strömkurvorna. Denna förändring kommer nu att beskrivas under hänvisning till figur 3, där en positiv DC-komponent har in- troducerats. Dessutom ändras tidsperioderna för referenssigna- lerna. I figur 3 betecknas den första perioden efter att 529 355 e DC-komponenten uppträtt T1 under det att den andra perioden betecknas T2. Med den positiva DC-komponenten är Tl > TO under det att T2 < TO. Uppträdandet av en DC-komponent kan på detta sätt detekteras exempelvis genom att T1 är längre än T2 eller genom att man detekterar att T1 och T2 skiljer sig från TO.

Alternativt kan de ledande perioderna för tyristorerna, be- tecknade T3 för den första perioden och T4 för den andra peri- oden, analyseras. Det faktum att T3 > T4 indikerar att en DC-komponent föreligger.

DC-komponenter uppträder vid vissa tändvinklar a. Med en stor tändvinkel a och låg påförd motorspänning kommer endast en ty- ristor i taget att leda. En ström, il för fas L1 eller i2 för fas L2 flyter då mellan den fas som har en ledande tyristor och den fas som inte har några tyristorer, d.v.s. ledning L3.

Då spänningen minskar och tändvinkeln d minskar kommer vid en viss övre tändvinkel a = al strömmarna il och i2 att börja överlappa varandra, vilket skapar strömmar även mellan de två faserna Ll och L2. Med en tändvinkel a < al föreligger en risk för DC-komponenter. Det finns även en nedre tändvinkel d = a2 under vilken risken för DC-komponenter avlägsnas. Följaktligen finns ett område al < a < a2 i vilket det föreligger en risk för DC-komponenter.

Värdena på al och a2 beror bland andra parametrar på kommute- ringen av halvledarna och kretsens impedans. I ett typiskt fall är al = 45°och a2 = 90°.

Under startdrift, då en DC-komponent hos motorströmmen har upptäckts i det ovannämnda tändområdet, minskas tändvinkeln omedelbart, varigenom man påför en större spänning på motorn M. Detta ökar i sin tur vridmomentet och styrenheten kommer snabbt att lämna det tändvinkelområde i vilket DC-komponenter uppträder. Reglering kan därefter återgå till vanlig drift då DC-komponenten inte längre föreligger. 1 529 355 7 Genom att begränsa det område i vilket man letar efter DC-kom- ponenter kan en mer effektiv reglering åstadkommas. Vidare kommer påverkan av interferens ej att initiera justering av tändvinklar.

En jämförelse mellan känd drift och drift enligt det uppfin- ningsenliga sättet kommer nu att göras under hänvisning till figurerna 4 och 5. I figur 4 visas ett oscilloskopdiagram som visar motorstartströmmar il och i2 då man använder känd reg- lering. Man ser här att DC-komponenten finns kvar under en be- tydande tid. I figur 5 som är ett oscilloskopdiagram som visar motorstartströmmar il och i2 då man använder ett sätt enligt uppfinningen elimineras emellertid snabbt DC-komponenten genom att man ökar den påförda motorspänningen. Detta resulterar i en momentant ökad motorström, vilken efter att man når fullt motorvarvtal snabbt minskar till en vanlig driftström.

I fallet av stoppdrift minskas i stället snabbt den påförda motorspänningen då en DC-komponent i motorströmmen påträffas, vilket flyttar driften från det tändvinkelområde i vilket DC-komponenter uppträder.

En föredragen utföringsform av ett sätt att reglera en ström hos en trefasig elektrisk motor enligt uppfinningen har be- skrivits. Fackmannen inom teknikområdet inser att denna kan varieras inom ramen för bifogade patentkrav.

Självkommuterande tyristorer har beskrivits som den föredragna typen av halvledare som används i en styrhet som implementerar sättet enligt uppfinningen. Det inses att även andra typer av halvledare kan användas, såsom gate turnoff-tyristorer (GTO- tyristorer).

Claims (9)

529 355 s Patentkrav

1. Sätt att reglera en ström hos en trefas elektrisk motor medelst en trefasig styrenhet, varvid spänningarna (U1, U2) hos två av de tre faserna regleras medelst justering av tändvinklar (d) hos halvledare anordnade i nämnda faser (Ll, L2), vilket sätt innefattar följande steg: - att man bestämmer en möjlighet att DC-komponenter uppträder i ström som tillförs den elektriska motorn, och - att man justerar tändvinklarna så att man lämnar ett område av tändvinklar i vilket DC-komponenter uppträder.

2. Sätt enligt patentkravet 1, innefattande det ytterliga- re steget att man bestämmer ett område av tändvinklar i vilket DC-komponenter i ström som tillförs den elektriska motorn är möjliga innan man justerar tändvinklarna så att man lämnar nämnda område av tändvinklar.

3. Sätt enligt patentkravet 2, vid vilket området av tänd- vinklar är mellan 45° och 90°.

4. Sätt enligt patentkravet 1, innefattande det ytterliga- re steget att man under drift letar efter DC-komponenter och att man efter att ha påträffat en DC-komponent justerar tänd- vinklarna så att man lämnar ett område av tändvinklar i vilket DC-komponenterna uppträder.

5. Sätt enligt patentkravet 3, innefattande det ytterliga- re steget att man bestämmer ett område av tändvinklar i vilket DC-komponenter i ström som tillförs den elektriska motorn är möjliga före steget att man letar efter DC-komponenter, varvid letandet efter DC-komponenter begränsas till nämnda omrâde av tändvinklar. 529 355 9

6. Sätt enligt patentkravet 4 eller 5, vid vilket steget att man letar efter DC-komponenter innefattar att man jämför tidsperioden (TO) för successiva icke-ledande och ledande pe- rioder för halvledarna med ett i förväg bestämt värde.

7. Sätt enligt patentkravet 4 eller 5, vid vilket steget att man letar efter DC-komponenter innefattar att man jämför tidsperioderna (T1, T2) för successiva icke-ledande och ledan- de perioder för halvledarna med varandra.

8. Sätt enligt patentkravet 4 eller 5, vid vilket steget att man letar efter DC-komponenter innefattar att man jämför tidsperioderna (T3, T4) för två successiva ledande perioder för halvledarna med varandra.

9. Dataprogramprodukt som är direkt nedladdningsbar till internminnet hos en styrenhet för en trefasmotor, vid vilken spänningarna (Ul, U2) för två av de tre faserna regleras me- delst justering av tändvinklar (alfa) hos halvledare anordnade i nämnda faser (L1, L2), k ä n n e t e c k n a d a v programvarukoddelar för att utföra stegen hos sättet enligt patentkravet 1.