FI119493B - Taajuusmuuttajan virran mittausjärjestely - Google Patents

Taajuusmuuttajan virran mittausjärjestely Download PDF

Info

Publication number
FI119493B
FI119493B FI20061145A FI20061145A FI119493B FI 119493 B FI119493 B FI 119493B FI 20061145 A FI20061145 A FI 20061145A FI 20061145 A FI20061145 A FI 20061145A FI 119493 B FI119493 B FI 119493B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
current
bridge
capacitor
phase
measured
Prior art date
Application number
FI20061145A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20061145A0 (fi
FI20061145A (fi
Inventor
Jaakko Ollila
Risto Komulainen
Lasse Kortelahti
Original Assignee
Vacon Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacon Oyj filed Critical Vacon Oyj
Priority to FI20061145A priority Critical patent/FI119493B/fi
Publication of FI20061145A0 publication Critical patent/FI20061145A0/fi
Priority to EP07076042.6A priority patent/EP1936794A3/en
Priority to US12/000,439 priority patent/US7804288B2/en
Priority to CN2007101598050A priority patent/CN101207337B/zh
Publication of FI20061145A publication Critical patent/FI20061145A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI119493B publication Critical patent/FI119493B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

119493 TAAJUUSMUUTTAJAN VIRRAN MITTAUSJÄRJESTELY Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto taajuusmuut tajan virtojen mittaamiseksi. Erityisesti keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto taajuusmuuttajan, jossa on vaihtosähköverkkoon kytkettävä verkkosilta ja vaihtosähkökuormaan liitettävä kuormasilta sekä niiden välissä tasajännitevä-lipiiri, verkko- eli tulovirtojen ja moottori- eli lähtövirtojen mittaamiseksi.
10
Tunnettu tekniikka
Perinteisesti taajuusmuuttajan, jonka moottorisäädön suorituskyvyn halutaan olevan kohtuullisen hyvä, lähtövirrat on mitattu joko kahdella tai kol-15 mella virtamuuntimella. Säätöä varten lähtövirroista otetaan näytteet yleensä lähtöjännitteen nollavektorin puolivälissä, jossa mittaussignaalin yliaaltosisältö on pienimmillään. Tämän mittaustavan haittapuoli on sen kalleus, koska tarvitaan monta muunninta, jopa 3 kpl.
Fl-patenttijulkaisussa 116337 on esitetty laitteisto taajuusmuuttajan 20 lähtövirtojen mittaamiseksi, jossa käytetään yhtä tasajännitevälipiiriin sijoitettua virta-anturia taajuusmuuttajan tasasähköpiirin virtaa vastaavien signaalien muodostamiseksi sekä mittausyksikköä, jossa taajuusmuuttajan tasajänniteväli-piirin virta-arvot muutetaan virtaa vastaaviksi signaaleiksi. Mittausyksikössä on ··· sen lisäksi muisti, johon senhetkinen ja edellinen signaalin arvo tallennetaan, • · · 25 sekä eroelin kutakin ulostulon vaihevirtaa vastaavan virta-arvon muodostami- • · seksi peräkkäisten signaalien erotuksena. Menetelmällä on kuitenkin sellainen . ,·. lähtöjännitteen muodostukseen liittyvä rajoitus, että yhden modulointijakson ai- • · 1 Ϊ.'.' kana vain kahta kytkinparia moduloidaan.
’1·2 Taajuusmuuttajan syöttöverkon puoleinen virta mitataan yleensä 30 vain silloin kun taajuusmuuttajan verkkosilta on aktiivinen. Tunnetun tekniikan :;··1 mukaisesti käytetään tällöin virtamuuntimia vastaavasti kuin lähtöpuolellakin, joko 2 tai 3 kpl.
* • · • · 1 • · · • ·
Keksinnön yhteenveto • 35 * 1 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen mit- • 1 tausjärjestely taajuusmuuttajan virranmittaukseen, jolla järjestelyllä saadaan tieto sekä tulo- että lähtövirtojen hetkellisarvoista vain yhtä virta-anturia käyttä- 2 2 119493 en. Tulovirtatieto saadaan riippumatta siitä, onko käytössä aktiivinen vai passiivinen verkkosilta.
Keksinnön mukaisesti virta mitataan yhdellä välipiirissä sijaitsevalla virta-anturilla, joka on sijoitettu sarjaan välipiirin DC-jännitettä suodattavan kon-5 densaattorin tai sen rinnalle kytketyn pienemmän mittakondensaattorin kanssa. Anturi voi olla esimerkiksi rinnakkais- eli shunttivastus tai Hall-ilmiöön perustuva muunnin. Kondensaattorin virta voidaan joissakin tapauksissa päätellä myös suotokondensaattorin jännitteen mittauksen perusteella ilman erillistä virta-anturia.
10 Keksinnön mukaisesti sijoitetun virta-anturin mittaustuloksessa nä kyy askelmainen muutos aina kun joko verkko- tai kuormasillan tehokytkimen asento muuttuu. Virranmuutoksen suuruus on sama kuin jonkun tulo- tai lähtö-vaihevirran hetkellisarvo. Kyseinen vaihe voidaan keksinnön mukaisesti päätellä tehokytkinten asennoista ennen ja jälkeen muutoksen. Lisäksi, ottamalla 15 huomioon että sekä tulo- että lähtövirran muutosvauhti on arvioitavissa suhteellisen tarkasti kunkin tulo- tai lähtöjännitevektorin voimassaolon aikana, voidaan virtojen hetkellisarvot halutulla ajanhetkellä laskea. Näin päästään likimain samaan tilanteeseen kuin perinteisillä useaan virtamuuntimeen perustuvilla järjestelmillä, joissa näyte virroista otetaan esimerkiksi kaksi kertaa modulointijakson 20 aikana, nollavektorin alussa ja puolivälissä.
Keksinnön mukaisen menetelmän käyttö edellyttää aktiivisen verk-kosillan ja kuormasillan tehokytkinten ohjausten synkronointia toisiinsa jotta näyte virroista saadaan otetuksi halutulla tavalla, v Yksityiskohtaisesti keksinnön mukaiselle ratkaisulle tunnusomaiset 25 piirteet on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.
φ • · . Piirustusten lyhyt kuvaus • » · *·· 1 2 · · • · **’ Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerk- , 30 kien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa • · ·
Kuvio 1 esittää passiivisella verkkosillalla varustetun taajuus-muuttajan pääpiiriä
Kuvio 2 esittää aktiivisella verkkosillalla varustetun taajuus- • · muuttajan pääpiiriä * . 35 Kuvio 3 esittää kuormasillan sinikolmiomodulointia ja lähtövirtoja ] | välipiirissä, 2 " Kuvio 4 esittää verkkosillan sinikolmiomodulointia ja tulovirtoja väli- piirissä, 3 119493
Kuvio 5 esittää vaihekytkimen kääntämistä, välipiirin virtaa ja näytteenottoa virrasta
Kuvio 6 esittää 3-vaiheisen oikosulkumoottorin yksinkertaistettua 1-vaiheista sijaiskytkentää 5 Kuvio 7 esittää moottorivirtojen muutosnopeuksia aktiivivektoreiden aikana.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus 10 Kuvio 1 esittää normaalia kolmivaiheisen PWM-taajuusmuuttajan pääpiiriä, jossa on syöttöpuolen suotokuristin Lac, diodeista D1-D6 koostuva verkkosilta 10 syöttöverkon kolmivaiheisen vaihtojännitteen tasasuuntaamiseksi tasajännitevälipiirin tasajännitteeksi Udc. tasajännitteen suotokondensaattori Coc, kolmesta tehopuolijohteilla toteutetusta vaihekytkimestä koostuva kuorma-15 silta 11, joka muodostaa välipiirin tasajännitteestä kolmivaiheisen lähtöjännit-teen Uu, Uv, Uw sekä ohjausyksikkö 12. Vaihekytkin koostuu ylä- ja alahaaran ohjattavista tehopuolijohdekytkimistä, edullisesti IGBT:istä V11 - V16, sekä niiden rinnalle kytketyistä diodeista D11 - D16. Kuviossa esitetyn syöttöverkon puoleisen suotokuristimen Lac asemesta käytetään yleisesti myös tasajännite-20 välipiiriin sijoitettua DC-kuristinta, joka ratkaisu on tämän keksinnön kannalta samanveroinen.
Vaihekytkin yhdistää lähtövaiheen joko U+ (yläasento) tai U- (ala-asento) -kiskoon. Kytkimen kääntö esim. yläasennosta ala-asentoon tapahtuu kuvion 5 ·> mukaisesti siten, että ensin ylähaaran johtavana olleen IGBT:n ohjauspulssi «··· 25 lakkaa ja ns. kuolleen ajan to kuluttua alahaaran IGBT:n ohjauspulssi alkaa. Ohjauspulssit muodostetaan ohjausyksikön ns. modulaattorissa.
• · . .·. Tämän keksinnön mukainen virranmittaus toteutetaan yhdellä virta-anturilla, • · ·
joka sijaitsee välipiirin suotokondensaattorin kanssa sarjassa mitaten sen virtaa **** ie. joka on kuvion mukaisesti verkkosillan puoleisen tasajännitevälipiirin virran L
30 ja kuormasillan puoleisen tasajännitevälipiirin virran iM erotus.
♦ · · • · · ···
Kuviossa 2 on esitetty aktiivisella verkkosillalla varustetun PWM-taajuusmuuttajan pääpiiri, joka eroaa kuvion 1 esittämästä pääpiiristä lähinnä • · siinä, että ohjausyksiköllä 22 ohjattava verkkosilta 20 koostuu kolmesta saman-• , 35 laisesta tehopuolijohteilla V21 - V26 ja diodeilla D21 - D26 toteutetusta vaihe- ] [ kytkimestä kuin kuormasilta 11. Verkkovirran suotoyksikkönä on kuviossa esi- :.**i tetty pelkästään kuristin Lac.
4 119493
Kuormasillan vaihekytkinten asennot määritetään ohjausyksikön ns. pulssinleveysmodulaattorissa (PWM). Yleisesti tunnettu modulointiapa on sini-kolmiomodulointi, jota on käytetty esimerkkinä tämän keksinnön mukaisen menetelmän kuvauksessa ja jonka periaatteellinen toteutus ja keksinnön mukai-5 sesti mitattavan virta-signaalin ie muodostuminen sitä käytettäessä on esitetty kuviossa 3.
Sinikolmiomoduloinnissa jokaisella vaihejännitteellä on oma sinimuotoinen referenssisignaalinsa (Uuref. Uvref, Uwret). joita verrataan yhteiseen kolmiosignaaliin Uam- Vertailun tuloksena saadaan kuvion 3 mukaisesti kolme 10 vaihekytkinten asento-ohjetta U, V ja W, joissa ”1 "-asento tarkoittaa sitä että pääpiirissä ylähaaran ohjattava tehopuolijohdekytkin johtaa ja ”0”-asennossa alahaaran kytkin johtaa. Kolmiosignaalin jaksonaikaa nimitetään kytkentäjak-soksi, jonka aikana jokainen vaihekytkin tekee yhden edestakaisen asennonmuutoksen. Kytkinasentoja, joissa vaihekytkimet ovat eri asennoissa, nimite-15 tään aktiivivektoreiksi (esim. t2 -13) ja vastaavasti kytkinasentoja, joissa jokainen vaihekytkin on samassa asennossa, nollavektoriksi (esim. L -12).
Kuviossa näkyy myös keksinnön mukaisesti sijoitetun virta-anturin näkemä tieto lähtövirroista. Esimerkiksi aikavälillä ti -12, jolloin kaikki vaihekytkimet ovat ala-asennossa, on välipiirin kuormasillan puoleinen virta (iM) 0. Tällöin virta-anturin 20 virta on sama kuin välipiirin verkkosillan puoleinen virta i|_. Vastaavasti esimerkiksi aikavälillä t2 -13, jolloin U-vaihekytkin on yläasennossa ja muut vaihekytkimet ala-asennossa, on välipiirin kuormasillan puoleinen virta sama kuin U-: vaiheen virta iu, jolloin virta-anturin virta ie — ·ι_ - iu· Taulukossa 1 on esitetty v kuvion 1 merkintöjen mukaisesti kaikkien eri kytkinasentojen ja ic-signaalissa ♦ ··· 25 näkyvien lähtövaihevirtojen välinen riippuvuudet, joiden perusteella lähtövirrat voi rekonstruoida vaihekohtaisesti. Verkkovirtaa ei tässä tapauksessa voi re- • · konstruoida vaihekohtaisesti eikä siihen normaalisti ole diodisillalla varustetussa • · · Ϊ.Ι taajuusmuuttajassa tarvettakaan.
• · ··· 30 TAULUKK01 • · · • ♦ · ·*· **:·' UVW ie U VW ie • · * * 0 0 0 II 110 II + iw • · • . 10 0 L - iu 011 II + iu ♦ · : 0 10 II iv 10 1 II + iv
• M
0 0 1 II - iyy 111 iL
5 119493
Kuvio 4 esittää kuvion 2 mukaisen aktiivisen verkkosillan vaihekyt-kinten asennot määräävän sinikolmiomoduloinnin periaatteellista toteutusta ja keksinnön mukaisesti mitattavan virtasignaalin ie muodostumista. Sinikol-5 miomoduloinnissa jokaisella vaihejännitteellä on oma sinimuotoinen referens-sisignaalinsa (LWf, Usref, Uiret), joita verrataan yhteiseen kolmiosignaaliin UAv-Vertailun tuloksena saadaan kuvion 4 mukaisesti kolme vaihekytkinten asento-ohjetta R, S ja T, joissa Ί ’’-asento tarkoittaa sitä että pääpiirissä ylähaaran ohjattava tehopuolijohdekytkin johtaa ja "0”-asennossa alahaaran kytkin johtaa.
10 Kuviossa näkyy myös keksinnön mukaisesti sijoitetun virta-anturin näkemä tieto lähtövirroista. Esimerkiksi aikavälillä tn - ti2, jolloin kaikki vaihekytkimet ovat ala-asennossa, on välipiirin verkkosillan puoleinen virta (ij 0. Tällöin virta-anturin virta on sama kuin välipiirin kuormasillan puoleinen virta negatiivisena (-Im). Vastaavasti esimerkiksi aikavälillä ti2 - ti3, jolloin R-vaihekytkin on ylä-15 asennossa ja muut vaihekytkimet ala-asennossa, on välipiirin verkkosillan puoleinen virta sama kuin R-vaiheen virta iLi, jolloin virta-anturin virta ie = iu - im-Taulukossa 2 on esitetty kuvion 2 merkintöjen mukaisesti kaikkien eri kyt-kinasentojen ja ic-signaalissa näkyvien tulovaihevirtojen väliset riippuvuudet, joiden perusteella tulovirrat voi rekonstruoida vaihekohtaisesti.
20 TAULUKKO 2 lii RST ic R S T ic • * ’*··*. 0 0 0 - iM 110 - h - I’m • · 100 iu - Im 011 - iu - Im • · : 0 10 Il2 - Im 10 1 - iL2 - Ϊμ • · · ·...· 0 0 1 ii_3 - Im 111 - Im Lähtövirtojen rekonstruointi virta-anturin signaalista perustuu kolmi- :]]*: 25 vaihejärjestelmän yleiseen luonteeseen (sekä tulo- että lähtövirtojen summa on : 0) ja sinikolmiovertailuun pohjautuvan modulaattorin ominaisuuksiin. Näyte ta- • ·· ] sajännitevälipiirin virrasta (ic-virrasta) otetaan tämän keksinnön mukaisesti vai- . hekytkinten kääntöjen yhteydessä kuviossa 5 esitetyllä tavalla. Kuviossa on esitetty tyypillinen tehokytkinten ohjausjärjestys, jossa esimerkiksi vaihekytki-30 men asento-ohjeen kääntyessä ylhäältä alas lopetetaan aluksi johtavana olleen 6 119493 ylähaaran IGBT:n ohjauspulssi ja ns. kuolleen ajan to (esimerkiksi 2ps) jälkeen aloitetaan alahaaran ohjauspulssi.
Jokainen aktiivisen verkkosillan tai kuormasillan vaihekytkimen kääntö aiheuttaa muutoksen virta-anturin mittaamaan virtaan ie. Keksinnön 5 mukaisesti ensimmäinen näyte mitattavasta virrasta otetaan samalla hetkellä kuin johtavan IGBT:n hilaohjauspulssi lopetetaan, esimerkiksi kuvion 5 ajanhet-kiliä ti ja t3. Vastaavasti toinen näyte otetaan sopivan viiveen jälkeen syttyvän IGBT:n ohjauspulssin aloittamisen jälkeen, kuvion esimerkissä ajanhetkillä t2 ja U. Viive (t2 - ti ja U -13 kuviossa 5) on edullisesti niin pitkä että IGBT:n sytyttä-10 misen jälkeiset värähtelyilmiöt ovat rauhoittuneet, esimerkiksi 5ps. Tätä luokkaa oleva viive on niin lyhyt, etteivät mitattavat tulo- ja lähtövirrat ehdi sinä aikana muuttua merkittävästi, joten niiden kannalta ensimmäinen ja toinen näyte ovat käytännössä samanaikaisia.
Näytteenottoa häiritsevien värähtelyiden suuruus ja kesto riippuvat 15 mm. moottorikaapelin kapasitanssista johon puolestaan kaapelin pituus vaikuttaa. Värähtelyiden mahdollisesti aikaansaama satunnaisvirhe näytteenottoon voidaan eliminoida käyttämällä kuviossa 5 esitettyä integroivaa näytteenottope-riaatetta. Menetelmässä muodostetaan määrätyn mittausperiodin ti, esim. 3ps, aikana mitattavan signaalin aikaintegraali ja näytteenotto suoritetaan periodin 20 lopussa.
Edelläkuvatuilla näytteenottoperiaatteilla saadaan kaksi kertaa kyt-kentäjakson aikana lähtövirtojen muutosvauhdin huomioonottaen käytännössä • :*: samanaikaiset näytteet kahdesta vaihevirrasta joiden perusteella saadaan myös • «I t ·*· kolmannen vaihevirran hetkellisarvo lasketuksi. Esimerkiksi kuvion 3 ajanhetkil- ···· 25 lä t3 ja t6 mitataan näytteet lähtövirroista iu ja - iv, joista saadaan lasketuksi kol-mas virta iw — - iu - iv (verkkosillan puoleisen tasavirran arvo on tässä tapauk- • · sessa selvitetty nollavektorin ti -t2 ja/tai t4 - ts aikana, joten sen osuus mittaus- • f » tuloksista voidaan eliminoida). Näytteiden perusteella saadaan selville myös ’··** mittaustulos vaihevirran muutosvauhdista (esim. iu-virran muutosvauhti di/dt 30 aikavälillä t2 ... t3 saadaan lasketuksi suoraan näiden ajanhetkien virtanäytteis-tä). Muiden vaihevirtojen muutosvauhti saadaan lasketuksi riittävällä tarkkuu- • * * della kuvioiden 6 ja 7 ja niihin liittyvien selitysten mukaisesti.
Aktiivisen verkkosillan tapauksessa näytteenotto tulovirroista toimii vastaavasti kuin edelläkuvattu lähtövirtojen näytteenotto. Jotta yhteys virta- • ^ 35 anturin mittaustuloksen ja siihen liittyvän tulo- tai lähtövirran välillä toimisi tämän * * keksinnön mukaisella tavalla täytyy verkkosillan ja kuormasillan modulaattorei- \*·: den tässä tapauksessa olla tahdistetut toisiinsa siten, että vain jommankumman sillan vaihekytkin kääntää asentoa kerrallaan.
7 119493
Kuviossa 6 on esitetty 3-vaiheisen oikosulkumoottorin, jollaista taajuusmuuttajalla normaalisti ohjataan, yksivaiheinen pelkistetty sijaiskytkentä, josta tämän keksinnön mukaisesti mitatun moottorivirran muodostumisen kan-5 naita vähämerkitykselliset komponentit on jätetty pois. Kuviossa on käytetty seuraavia merkintöjä: - U-0 = vaihejännite - U1 = vasta-SMV (sähkömotorinen voima) - L$ = virran muutosta rajoittava reaktanssi (lähinnä staattorin 10 ja roottorin hajareaktanssien summa) - R2VS = roottoripiirin resistanssi
Kuvion perusteella voi nähdä että moottorin virran muutosvauhti on laskettavissa, kun moottoria syöttävä vaihejännite, vasta-SMV ja staattorin hajareaktanssi ovat tunnettuja:
Kuviossa 7 on esitetty kuinka virran muutosvauhdin määrittämiseksi tarvittavat tiedot ovat johdettavissa moottoripiirin tapauksessa. Kuviossa on 20 yksinkertaisuuden vuoksi esitetty täyden lähtöjännitteen tilanne, ns. "six step” jännitekuvio. Kuviossa on esitetty: • .·. - Vaihekytkinten U, V ja W asennot/potentiaalit, jotka vaihtelevat välillä U+ • · ·
*·· * I I
. ja U- **". - Virtuaalisen tähtipisteen potentiaali 0 on sama kuin lähtöjännitteiden kes- I 25 kiarvo, joten se vaihtelee kuvion tapauksessa välillä U+/3 ja U-/3. Tilan- * '* teessä, jossa kaikki lähtökytkimet ovat samassa asennossa, virtuaalisen tähtipisteen potentiaali on määritelmänsä mukaisesti sama kuin vaihe- • · · kytkintenkin potentiaali (ei esitetty kuviossa) - Moottoria syöttävä vaihejännite, esim. kuviossa esitetty U, on ko. lähtö-: 30 jännitteen ja virtuaalisen tähtipisteen välisen jännitteen erotus, joka kuvi- on tapauksessa vaihtelee välillä 4/3*U+ ja 4/3*U-. Kaikkien vaihekytkin- • » · / . ten ollessa samassa asennossa myös kaikki vaihejännitteet ovat 0.
** I - Moottorin vasta-smv:n sinimuotoinen kuvaaja U1, joka voidaan joko las kea moottorimallin perusteella tai vaihtoehtoisesti käyttää sen likiarvona ·:**: 35 vaihejännitteen U perusaaltoa (joka on verrannollinen sini-kolmio modu- laattorissa käytettyyn siniaaltoon). Virran estimointiin tarvittavana lyhyenä ajanjaksona tästä yksinkertaistuksesta johtuva virhe on vähäinen 8 119493 - Vaihejännitteen U ja vasta-smv:n U1 välisen erotuksen jännitekuvio, joka on kuvion 6 ja siihen liittyvän selostuksen mukaisesti verrannollinen vai-hevirran muutosvauhtiin diu/dt. Kuvion yksinkertaistetussa tapauksessa vaihekytkimet eivät ole koskaan samassa asennossa, jollaisessa tilan- 5 teessä kyseisten jännitteiden erotus ja vaihevirran muutosvauhti on luon nollisesti vasta-SMV:n hetkellisarvon suuruinen - Muiden vaihevirtojen muutosvauhdit div/dt ja diw/dt vastaavalla tavalla laskettuna.
Koska vaihevirtojen muutosten summa on 0 ja niiden muutosvauh-10 tien keskinäiset suuruudet voidaan laskea edelläesitetyllä tavalla, saadaan yhden mitatun vaihevirran muutoksen perusteella lasketuksi myös muiden vaiheiden virtamuutokset samalla aikavälillä. Näin on mahdollista rekostruoida jokaisen vaihevirran hetkellisarvo etu- tai jälkikäteen jokaisessa lähtöjännitevektorin lähimmässä muutoskohdassa (ajanhetket t-i, t2... t7 jne. kuviossa 3) tai millä ta-15 hansa halutulla ajanhetkellä.
Aktiivisen verkkosillan tapauksessa virtamuutosten laskenta toimii vastaavalla tavalla: - kuvion 6 vasta-SMV:tä vastaa estimoitu verkkojännite, joka saadaan verkkosillan modulaattorista ja virran muutosta rajoittavaa reaktanssia 20 vastaa suotokuristin Lac - kuvion 7 mukainen logiikka toimii täysin vastaavasti kuin moottorin puolella.
:t\i Perinteinen hyväksi havaittu virranmittaushetki sijaitsee nollavekto- ·:· rin puolivälissä (= kolmion kärjessä, jollainen on esim. noin ajanhetkien U · ts • · · 25 puoliväli kuviossa 3). Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan sama tulos (laskemalla tässä tapauksessa ajanhetkillä U ja t5 mitattujen ja las- . .·, kettujen virtojen keskiarvo).
• * · ·*· • · · * · *** Suuritehoisissa taajuusmuuttajissa, joissa suotokondensaattorin kapasitanssi . 30 on hyvin suuri ja se koostuu useista rinnankytketyistä komponenteista, virta- • ♦ · anturi voi olla edullista kytkeä sarjaan erillisen, suotokondensaattorien rinnalle kytketyn mittakondensaattorin kanssa. Mitattava virta on tällöin mittakonden-saattorin ja muun kondensaattoripariston kapasitanssien rinnankytkennän suh- • · teessä pienempi kuin todellinen kuvioiden 1 ja 2 mukainen virta ie.
• . 35 Silloin kun välipiirin suotokondensaattori on hyvin pieni, esim. pa- [ * tenttijulkaisun Fl 108819 mukaisesti, voidaan virta päätellä keksinnön erään • · · '· “ suoritusmuodon mukaisesti suotokondensaattorin jännitteen mittauksen perus- 9 119493 teella ilman erillistä virta-anturia siihen perustuen, että kondensaattorin jännitteen muutosnopeus on suoraan verrannollinen kondensaattorin virtaan.
Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutus-5 muodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.
• · • · · • · · • · · · * · · * • · · · * · • · • · · • · 1 ··» • · · * · • · • · « • 1 » • · · • « · M1 • · • · • · 1 « • · • 1 1 • · · · • · · * · • · · • · · • ·

Claims (22)

119493
1. Menetelmä taajuusmuuttajan lähtövirran mittaamiseksi, jossa taajuusmuuttajassa on vaihtosähköverkkoon kytkettävä 5 verkkosilta (10, 20), vaihtosähkökuormaan liitettävä, ohjattava kolmivaiheinen kuormasilta (11) sekä niiden välissä tasajännitevälipiiri, jossa on suotokondensaattori, jossa kuormasillassa on kussakin vaiheessa ohjattavat puolijohdekytkimet, joita ohjataan pulssinleveysmoduloinnilla, 10. u n n e 11 u siitä, että lähtövaiheiden virrat määritetään tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin virrasta mitattujen näytteiden avulla, - näytteet suotokondensaattorin virrasta mitataan kuormasillan vaihekytkinten kääntöjen yhteydessä, ja 15. menetelmässä otetaan kulloinkin ensimmäinen näyte mitattavasta virrasta samalla hetkellä kuin johtavan puolijohdekytkimen hilaohjauspulssi lopetetaan ja toinen näyte otetaan viiveen jälkeen syttyvän puolijohdekytkimen ohjauspulssin aloittamisen jälkeen, jossa viive on sellainen, ettei mitattava lähtövirta ehdi sinä aikana olennaisesti muuttua. 20
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä aktiivisella . . verkkosillalla (20) varustetun taajuusmuuttajan yhteydessä, jossa myös • · · verkkosilta on ohjattavilla puolijohdekytkimillä varustettu kolmivaiheinen ··.: ohjattava silta, 25 tunnettu siitä, että - myös tulovaiheiden virrat määritetään tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin virrasta mitattujen näytteiden avulla. · · • · • · ··
3. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 2 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että • · » .···, - verkkosillan ja kuormasillan tehokytkinten ohjaukset on synkronoitu ’** toisiinsa, ja • · · v : - näytteet suotokondensaattorin virrasta mitataan sekä verkko- että • · · kuormasillan vaihekytkinten kääntöjen yhteydessä. 35 • · ·
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, • · tunnettu siitä, että 119493 - tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin virta mitataan sen kanssa sarjaan kytketyllä virranmittausanturilla.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että - tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin virta määritetään sen rinnalle kytketyn, kapasitanssiltaan pienemmän mittakondensaattorin virtaa mittaavan virranmittausanturin avulla.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, jossa virran mittaustulos lasketaan mitatun välipiirin suotokondensaattorin jännitemuutoksen perusteella.
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että virranmittaussignaalista muodostetaan aikaintegraali ennen näytteenottoa.
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattujen näytteiden ja jännitevektorien 20 muutoshetkien välisen ajan perusteella lasketaan lähtö- ja tulovirtojen muutosnopeutta (di/dt). • · • · ·
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, ····' tunnettu siitä, että mitattujen virran muutosnopeuksien 25 perusteella lasketaan kaikkien lähtö- ja tulovirtojen arvot halutulla ajanhetkellä. • · ϊ.:.ί
10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1- 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtö- ja tulovirtojen arvo estimoidaan laskettujen hetkellisarvojen perusteella nollavektorin puolivälissä. 30 • · # • · .···.
11. Laitteisto taajuusmuuttajan lähtövirran mittaamiseksi, jossa taajuusmuuttajassa on vaihtosähköverkkoon kytkettävä : verkkosilta (10, 20), vaihtosähkökuormaan liitettävä, ohjattava kolmivaiheinen kuormasilta (11) sekä niiden välissä tasajännitevälipiiri, jossa on ;y: 35 suotokondensaattori, • · jossa laitteistossa on ohjausyksikkö, 119493 jossa kuormasillassa on kussakin vaiheessa ohjattavat puolijohdekytkimet ja ohjausyksikössä on modulaattori, joka ohjaa puolijohdekytkimiä pulssinleveysmoduloinnilla, tunnettu siitä, että 5. ohjausyksikkö määrittää lähtövaiheiden virrat tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin virrasta mitattujen näytteiden avulla. - näytteet suotokondensaattorin virrasta mitataan kuormasillan vaihekytkinten kääntöjen yhteydessä, ja - ohjausyksikkö ottaa kulloinkin ensimmäisen näytteen mitattavasta 10 virrasta samalla hetkellä kuin johtavan puolijohdekytkimen hilaohjauspulssi lopetetaan ja toisen näytteen viiveen jälkeen syttyvän puolijohdekytkimen ohjauspulssin aloittamisen jälkeen, jossa viive on sellainen, ettei mitattava lähtövirta ehdi sinä aikana olennaisesti muuttua.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto aktiivisella verkkosillalla (20) varustetun taajuusmuuttajan yhteydessä, tunnettu siitä, että ohjausyksikkö määrittää myös tulovaiheiden virrat tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin virrasta mitattujen näytteiden avulla. 20
13. Jonkin patenttivaatimuksen 11-12 mukainen laitteisto, .. tunnettu siitä, että • * · :*y - verkkosillan ja kuormasillan tehokytkinten ohjaukset on synkronoitu • · · toisiinsa, ja * * 25 - näytteet suotokondensaattorin virrasta mitataan sekä verkko- että kuormasillan vaihekytkinten kääntöjen yhteydessä. • · · • · · ·*·
14. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siinä on virranmittausanturi, joka on sijoitettu 30 sarjaan tasajännitteen suotokondensaattorin kanssa, suotokondensaattorin • · .*··. virran mittaamiseksi. * · · • · t
• · · “ 15. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen laitteisto, t u n n e 11 u siitä, että 35. tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin virta määritetään sen « * rinnalle kytketyn, kapasitanssiltaan pienemmän mittakondensaattorin virtaa mittaavan virran mittausanturin avulla. 119493
16. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siinä on suotokondensaattorin jännitteen mittausvälineet, ja jossa ohjausyksikkö laskee virran mittaustuloksen mitatun välipiirin suotokondensaattorin jännitemuutoksen perusteella. 5
17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-16 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että virranmittaussignaalista muodostetaan aikaintegraali ennen näytteenottoa.
18. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-17 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mitattujen näytteiden ja vektorien muutos-hetkien välisen ajan perusteella lasketaan lähtö- ja tulovirtojen muutosnopeutta (di/dt).
19. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-18 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mitattujen virran muutosnopeuksien perusteella lasketaan kaikkien lähtö- ja tulovirtojen arvot halutulla ajanhetkellä.
20. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-19 mukainen laitteisto, 20 tunnettu siitä, että lähtö- ja tulovirtojen arvo estimoidaan laskettujen hetkellisarvojen perusteella nollavektorin puolivälissä. • · • · • · · "V
21. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11 - 15, 17 - 20 mukainen laitteisto, • ] 25 tunnettu siitä, että virranmittausanturi on välipiirissä sijaitseva shunttivastus. ♦ · · • ♦ ♦ ··· • M
22. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11 - 15, 17 - 20 mukainen laitteisto, s V: 30 tunnettu siitä, että virranmittausanturi on välipiirissä oleva Hall- :***: ilmiöön perustuva muunnin. «·· • « · • · e·· • · » Mt 119493
FI20061145A 2006-12-21 2006-12-21 Taajuusmuuttajan virran mittausjärjestely FI119493B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20061145A FI119493B (fi) 2006-12-21 2006-12-21 Taajuusmuuttajan virran mittausjärjestely
EP07076042.6A EP1936794A3 (en) 2006-12-21 2007-12-06 Current measuring arrangement of a frequency converter
US12/000,439 US7804288B2 (en) 2006-12-21 2007-12-12 Current measuring arrangement of a frequency converter
CN2007101598050A CN101207337B (zh) 2006-12-21 2007-12-21 变频器的电流测量装置和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20061145 2006-12-21
FI20061145A FI119493B (fi) 2006-12-21 2006-12-21 Taajuusmuuttajan virran mittausjärjestely

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20061145A0 FI20061145A0 (fi) 2006-12-21
FI20061145A FI20061145A (fi) 2008-06-22
FI119493B true FI119493B (fi) 2008-11-28

Family

ID=37623767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20061145A FI119493B (fi) 2006-12-21 2006-12-21 Taajuusmuuttajan virran mittausjärjestely

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7804288B2 (fi)
EP (1) EP1936794A3 (fi)
CN (1) CN101207337B (fi)
FI (1) FI119493B (fi)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8350506B2 (en) 2009-04-02 2013-01-08 Vacon Oyj Frequency converter start-up

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI120280B (fi) * 2008-01-21 2009-08-31 Switch High Power Converters O Menetelmä tasajännitevälipiirin kondensaattorien kunnonvalvontaan
ATE547713T1 (de) * 2008-09-23 2012-03-15 Abb Oy Strommessung in einem wechselrichter und in einem frequenzwandler
KR101058683B1 (ko) * 2009-03-31 2011-08-22 삼성전기주식회사 서버용 전원 장치
DE102011076722B4 (de) * 2011-05-30 2019-11-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Stromermittlung in einer mehrphasigen Maschine
CN103001573B (zh) * 2011-09-13 2016-03-23 台达电子企业管理（上海）有限公司 中压变频驱动***
CN103076482A (zh) * 2011-10-26 2013-05-01 乐星产电(无锡)有限公司 电机电流检测装置以及电机电流检测方法
JP5883733B2 (ja) * 2012-07-06 2016-03-15 株式会社日立製作所 電力変換装置
DE102012217116A1 (de) * 2012-09-24 2014-03-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Ermittlung der Phasenströme einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter
CN103051204A (zh) * 2012-12-14 2013-04-17 台州富凌电气有限公司 一种工业振动棒专用变频器
JP6072222B2 (ja) * 2013-03-08 2017-02-01 三菱電機株式会社 パワーモジュール
JP6260329B2 (ja) * 2014-02-17 2018-01-17 オムロン株式会社 電流測定装置、その制御方法、制御プログラム、並びに記録媒体、および電力測定装置
CN106338645B (zh) * 2016-11-09 2019-06-04 广州视源电子科技股份有限公司 一种变频器的电流采样装置及其方法
GB2556946A (en) * 2016-11-29 2018-06-13 Bombardier Primove Gmbh A method and a device for determining a switching current of a converter and a method of control
EP3502722A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-26 KONE Corporation Method for maintenance of a frequency converter and software program realizing the same
DE102019119868B3 (de) 2019-07-23 2020-11-05 Danfoss Power Electronics A/S Verfahren zum Bestimmen eines Gleichrichterstufenausgangsstroms und/oder von netzseitigen Strömen eines Frequenzumrichters
DE102019217747A1 (de) * 2019-11-18 2021-05-20 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Ermitteln eines Inverterkurzschlusses zwischen zwei Phasen
CN115754657B (zh) * 2022-11-24 2024-06-18 国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司 一种串联式功率模块测试***及测试方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI108819B (fi) 2000-02-04 2002-03-28 Ricotec Oy PWM-taajuusmuuttaja
US4521840A (en) 1983-02-14 1985-06-04 Borg-Warner Corporation D-C Bus current monitoring system
FI90294C (fi) * 1990-05-03 1994-01-10 Kone Oy Menetelmä tasasuuntaajan tasajännitteen säätämiseksi
SE467130B (sv) * 1990-09-14 1992-05-25 Electrolux Ab Kraftaggregat foer generering av en i huvudsak sinusformad utspaenning
US5982136A (en) 1996-01-18 1999-11-09 International Rectifier Corporation Circuit for sensing current in power trains for motor control
DE19834315A1 (de) * 1998-07-30 2000-02-03 Ako Werke Gmbh & Co Schaltungsanordnung zur Messung und Begrenzung von Strömen in Umrichtern zur Speisung von Motoren
CN101222205B (zh) * 2001-09-29 2011-09-28 大金工业株式会社 电动机控制方法及其装置
FI116337B (fi) 2003-12-19 2005-10-31 Abb Oy Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi
JP4601044B2 (ja) * 2004-08-30 2010-12-22 日立アプライアンス株式会社 電力変換装置およびその電力変換装置を備えた空気調和機
FI121803B (fi) * 2005-05-03 2011-04-15 Vacon Oyj Taajuusmuuttajan valvontajärjestely

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8350506B2 (en) 2009-04-02 2013-01-08 Vacon Oyj Frequency converter start-up

Also Published As

Publication number Publication date
FI20061145A0 (fi) 2006-12-21
EP1936794A3 (en) 2016-09-07
US20080150515A1 (en) 2008-06-26
US7804288B2 (en) 2010-09-28
CN101207337B (zh) 2011-04-13
FI20061145A (fi) 2008-06-22
EP1936794A2 (en) 2008-06-25
CN101207337A (zh) 2008-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI119493B (fi) Taajuusmuuttajan virran mittausjärjestely
Green et al. Derivation of motor line-current waveforms from the DC-link current of an inverter
Asiminoaei et al. Application of discontinuous PWMModulation in active power filters
FI118583B (fi) Taajuusmuuttajan virran mittaus
Antonopoulos et al. On interaction between internal converter dynamics and current control of high-performance high-power ac motor drives with modular multilevel converters
Massoud et al. Three-phase, three-wire, five-level cascaded shunt active filter for power conditioning, using two different space vector modulation techniques
Ei-Barbari et al. Digital control of a four leg inverter for standalone photovoltaic systems with unbalanced load
Srikanthan et al. Improved hysteresis current control of three-level inverter for distribution static compensator application
Vashishtha et al. A survey: Space vector PWM (SVPWM) in 3φ voltage source inverter (VSI)
Grandi et al. Analysis of dead-time effects in multi-phase voltage source inverters
Petković et al. Cascaded H-bridge multilevel converter for a high-power medium-voltage impedance-admittance measurement unit
US4349867A (en) Control apparatus for a cycloconverter
CN107037359A (zh) 一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法
Izzeldin et al. Seven-level cascaded inverter based shunt active power filter in four-wire distribution system
Gupta et al. Control of 3-level shunt active power filter using harmonic selective controller
EP3637608B1 (en) Power conversion device
Prasad et al. Performance evaluation of three different inverter configurations of DVR for mitigation of voltage events
Knop et al. High frequency grid impedance analysis with three-phase converter and FPGA based tolerance band controller
JP4406909B2 (ja) Ａｃ−ｄｃコンバータ
Dahono et al. Analysis and Minimization of Harmonics in the AC and DC Sides of PWM Inverters
KR20160146363A (ko) 다상 인버터 장치의 선간전압 오차 보상방법
Andersen et al. Active three-phase rectifier with only one current sensor in the DC-link
He et al. Instant Startup and Grid Synchronization of Inverter Based Resources
JP7166507B1 (ja) 電力変換装置
Rahab et al. Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifier based DSOGI-VF Estimator for No-Ideal LineVoltages Conditions

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 119493

Country of ref document: FI

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: VACON OY

MM Patent lapsed