FI121644B - Värähtelyn vaimennusjärjestely - Google Patents

Description

Värähtelyn vaimennusjärjestely Tekniikan ala Tämä keksintö liittyy ei-toivottujen värähtelyjen vaimennusjärjestelyyn laivojen 5 sähköverkoissa.

Tekniikan taso Sähkövoimaa tuotetaan generaattoreilla, jotka on yhdistetty sähkövoimansiirto-verkkoon. Siirtoverkko välittää tuotetun sähkövoiman kulutuskohteisiin, kuten sähkö-10 moottoreille, lämmityslaitteille, valaisimille jne.. Sähkövoimaa ei voida taloudellisella tavalla varastoida, joten tuotettu sähkövoima on kulutettava saman tien. Toisin sanoen kulutetun energian on täsmättävä tuotetun energian kanssa.

Generaattorit ovat sähkön tuottamiseen tarkoitettuja sähkömoottoreita, joiden roottorit pyörivät tietyllä nopeudella. Generaattoreiden tuottama taajuus on tavallisesti 15 sama kuin sähkövoimansiirtoverkon taajuus. Tavallisesti siirtoverkon taajuus on 50 Hz. Koska sähköverkon kulutus muuttuu jatkuvasti, eli verkko on dynaamisessa tilassa, sähköverkon on siedettävä jonkin verran epätasapainoa tuotetun sähköenergian ja kulutetun sähköenergian välillä. Tämä epätasapaino näkyy verkon taajuuden pienenä vaihteluina. Generaattoreiden ja sähköä käyttävien sähkömoottoreiden pyöri-20 mismassat pystyvät kompensoimaan pieniä ja lyhytkestoisia epätasapainotilanteita, sillä pyöriviin massoihin on varastoitunut energiaa hitausmomentin muodossa.

Nykyään käytetään taajuusmuuntajia useissa sovelluskohteissa. Taajuusmuunta-jalla sähkövoimansyöttö saadaan mitoitettua täsmälleen sähkömoottorin tai muun sähkölaitteen kulutustarvetta vastaavaksi. Esimerkiksi ilman puhaltimen oikosulku-25 moottoria ei tarvitse ajaa koko ajan täydellä nopeudella, jos suurin osa käyttöajasta riittää ajettavaksi vajaalla pyörimisnopeudella. Taajuusmuuntajakäytöllä pystytään säästämään huomattavasti energiaa. Normaalissa taajuusmuuntajassa vaihtojännite muunnetaan tasajännitteeksi, joka muunnetaan takaisin toiseksi vaihtojännitteeksi. Toista vaihtojännitettä käytetään sähkövoiman syöttämiseksi kuormaan, kuten säh-30 kömoottoriin. Toista vaihtojännitettä pystytään myös ohjaamaan. Taajuusmuuntaja- 2 käyttö kuitenkin katkaisee sähkömoottorin ja sähköntuotannon välisen suoran yhteyden, siten että sähkömoottorin pyörimishitausmomentti ei enää pysty osallistumaan pienempien verkon kuormanvaihteluiden kompensoimiseen.

Generaattorikokonaisuus käsittää voimanlähteen, kuten dieselmoottorin, ja säh-5 kömoottorin joka toimii generaattorina. Voimanlähdemoottori on kytketty sähkö-generaattoriin tavallisesti joustavan kytkimen kautta, joka vaimentaa voimanlähteen vääntövärähtelyjen etenemistä sähkögeneraattoriin. Kuitenkin varsinkin alimmat vääntövärähtelytaajuudet etenevät sähkögeneraattoriin ja aiheuttavat ei-toivottuja värähtelyjä generaattorin ulostulojännitteen taajuudessa. Koska generaattorit on kytketit) ty rinnakkain paikallisverkkoon, kunkin generaattorin värähtelyt vaikuttavat toisiinsa, mistä voi aiheutua huomattavia värähtelyjä paikallisverkkoon sekä myös verkon kuorimiin. Tästä voi aiheuta sähkövoiman syöttökatkoja, mekaanisia vikoja ja sähköviko-ja.

Haitallisten värähtelyjen vaimentamiseen on olemassa ratkaisuja, jotka vaimenta-15 vat voimanlähdemoottorin, kuten polttomoottorin, värähtelyjä. Näillä ratkaisulla kampiakselin ei-toivottuja värähtelyjä voidaan vaimentaa. Nämä järjestelyt ovat voiman-lähdemoottorikohtaisia, ja ne eivät pysty vaimentamaan värähtelyjä, jotka ovat edenneet paikallisverkkoon asti.

Kuvio 1 esittää esimerkkiä laivan sähköverkosta 1, jossa on generaattoreita 2, 3, 4 20 (voimanlähde ja sähkögeneraattori). Verkkoon on kytketty sähkömoottoreita 7, 8 moottorikohtaisten taajuusmuuntajien 5, 6 välityksellä. Sähkömoottoreiden akselit on yhdistetty laivan propelleihin 9, 10. Laivan sähkömoottorit ovat isoja, varsinkin kun niiden tehoa vertaa laivan sähköverkon kokoon. Verkon 1 ei-toivotut värähtelyt voivat aiheuttaa vikoja taajuusmuuttajissa ja muissa verkon kuormissa, kuten valaistukses-25 saja pistorasiakuormissa (ei esitetty kuvassa).

Keksinnön lyhyt kuvaus

Keksinnön tavoitteena on vähentää pienehkössä sähköverkossa, kuten laivassa, ilmeneviä haitallisia värähtelyjä. Tavoitteeseen päästään päävaatimuksissa esitetyin 30 keinoin. Alivaatimukset esittävät erilaisia keksinnön toteutusmuotoja. Ajatuksena on, 3 että paikallisverkon värähtelyjä voidaan vähentää ohjaamalla verkon kuormitusta siten, että värähtelyt vaimenevat. Ohjattava kuorma on esimerkiksi taajuusmuuttajan kautta sähkövoiman saava sähkömoottori. Kun taajuusmuuttajaa ohjataan sopivalla tavalla, taajuusmuuttaja ja sähkömoottori kuluttavat värähtelyjä, eli paikallisverkon 5 värähtely vaimenevat.

Keksinnön mukainen järjestely käsittää säätöyksikön , jossa on ensimmäinen rajapinta vastaanottamaan mittaussignaaleja, jotka sisältävät tietoa ei-toivotuista värähtelyistä, ja toinen rajapinta lähettämään ohjaussignaaleja värähtelyjen vaimentamiseksi. Säätöyksikkö on järjestetty muodostamaan ohjaussignaaleja vasteena mitta-10 ussignaalien tiedoille, jotka ohjaussignaalit on toiminnallisesti yhdistettävissä taajuusmuuttajan ohjaussignaaliin mainittujen värähtelyjen vaimentamiseksi hyödyntäen taajuusmuuttajaa ja taajuusmuuttajan kuormaa.

15 Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuksen kuvioiden avulla, joissa

Kuvio 1 esittää esimerkkiä laivan sähköverkosta,

Kuvio 2 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisesta järjestelystä ja 20 Kuvio 3 esittää vuokaavioesimerkkiä keksinnön mukaisesta menetel mästä.

Keksinnön kuvaus

Kuvio 2 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisesta järjestelystä. Kuvion esimerkki 25 esittää vain yhden taajuusmuuttajan 5 ja sähkömoottorin 7 ohjaamista paikallisverkon 1 värähtelyjen vaimentamiseksi, mutta on selvää, että myös useampaa taajuus-muuttajaa voidaan ohjata keksinnöllisellä tavalla. Taajuusmuuttajaa 5 ohjataan tavanomaisesti siten, että sähkömoottori 7 pyörii halutulla nopeudella. Haluttu pyörimisnopeus Wref annetaan taajuusmuuttajan ohjausyksikköön 11, joka edelleen ohjaa 4 taajuusmuuttajaa. Toteutunutta pyörimisnopeutta We seurataan takaisinkytkentäsil-mukan välityksellä vaikuttamaan Wref-arvoon. Järjestely käsittää säätöyksikön 12 vaimentamaan paikallisverkon värähtelyjä. Säätöyksikössä on ensimmäinen rajapinta 15 vastaanottamaan tietoa, joka sisältää tietoa ei-toivotuista värähtelyistä. Tämä 5 tieto on esimerkiksi kunkin generaattorin pyörimisnopeustietoa Wm (kuviossa esitetty selvyyden vuoksi vain yksi katkoviiva kuvaamaan generaattoreiden pyörimisnopeus-mittauksia) tai paikallisverkon taajuustietoa F. Paikallisverkon taajuuden mittaus on suositeltavampi tapa, sillä silloin tarvitaan vain yksi mittauspiste.

Säätöyksikkö 12 on varustettu siten, että sillä on käytössä prosessitiedot generaatio toreista (polttomoottorista ja generaattorisähkömoottorista), taajuusmuuttajasta ja sähkömoottorista. Ei-toivotut värähtelyt ovat häiritseviä taajuuskomponentteja (toisin sanoen generaattorien pyörimisnopeusvärähtelyjä), jotka yhdistyvät paikallisverkossa). Kun järjestelyn eri laitteiden prosessitiedot on tiedossa, säätöyksikkö pystyy muodostamaan ohjaussignaalin Au, joka vaikuttaa taajuusmuuttajan 5 ohjaussignaa-15 liin u säätöyksikön toisen rajapinnan 16 kautta. Taajuusmuuttaja vaikuttaa vuorostaan sähkömoottorin 7 staattorijännitteeseen, siten että häiritsevät värähtelyt saadaan vaimenemaan taajuusmuuttajalla ja sähkömoottorilla. Toisin sanoen taajuusmuuttaja ja sähkömoottori kuluttavat/kompensoivat paikallisverkon häiritsevät värähtelyt.

Ei-toivotut värähtelyt eivät vaikuta sähkömoottorin tehonkulutukseen. Käytännössä 20 paikallisverkko on kolmivaiheinen, ja haitalliset värähtelyt eivät lisää tai vähennä siirrettävää pätötehoa. Näin ollen haitallisten värähtelyjen poisto ei myöskään vaikuta pätötehoon.

Ohjaussignaali Au voidaan järjestää vaikuttamaan toisen taajuusmuuttajan ohjausyksikköön joko Wref-signaalin kautta tai suoraan ohjausyksikön ohjaussignaaliin u. 25 Mikäli vaikutetaan Wref -signaaliin, ohjaussignaali Au yhdistetään taajuusmuuttajan ohjainyksikön referenssisignaalin muutosyksikköön 13. Mikäli vaikutetaan u -signaaliin, ohjaussignaali Au yhdistetään taajuusmuuttajan ohjaussignaalin muutos-yksikköön 14. Käytännössä ohjaussignaalin Au arvoa korotetaan hitaasti värähtelyjen poistamiseksi, jotta ei herätetä mahdollisia muita ei-haluttuja taajuuksia. Toisin 30 sanoen ohjaussignaalilla pyritään vähentämään haitallisia värähtelyn taajuuksia.

5

Kuvio 3 esittää vuokaavioesimerkkiä keksinnön mukaisesta menetelmästä paikallisverkon ei-toivottujen värähtelyjen vaimentamiseksi. Menetelmä on tarkoitettu suoritettavaksi edellä kuvatussa tai siihen rinnastettavissa järjestelyissä. Menetelmä käsittää mittausvaiheen, ohjaussignaalin muodostamisvaiheen ja taajuusmuuttajan ohja-5 ussignaalin muuttamisvaiheen. Mittausvaiheessa 31 kunkin paikallisverkon generaattorin pyörimisnopeudet mitataan tai paikallisverkon taajuus mitataan. Vasteena mittaukselle ohjaussignaalin muodostamisvaiheessa 32 muodostetaan ohjaussignaali. Taajuusmuuttajan ohjaussignaalin muuttamisvaiheessa 33 taajuusmuuttajan ohjaussignaali muutetaan vaimentamaa mainittuja värähtelyjä hyödyntäen taajuusmuuttajaa 10 ja taajuusmuuttajan kuormaa, kuten sähkömoottoria.

Keksinnöllinen järjestely voidaan toteuttaa eri tavoin. Säätöyksikkö 12 voi olla integroitu taajuusmuuttajan ohjainyksikköön 11 tai sitten se on erillinen yksikkö kuten kuviossa 2 esitetään. Säätöyksikkö voi olla myös integroitu taajuusmuuttajaan, joka käsittää ohjainyksikön. Säätöyksikkö voi olla elektroninen piiri, esimerkiksi ASIC-piiri, 15 tai säätöyksikkö on ohjelmakokonaisuus, joka on järjestetty ajettavaksi prosessoriyk-sikössä.

Keksinnöllinen järjestely vähentää huomattavasti paikallisverkossa olevaa ei-toivottua värähtelyjä, joista voi olla haittaa verkkoon kytketyille laitteille. Lisäksi värähtelyt voivat estää verkosta tai generaattorin pyörimisakselilta tehtäviä mittauksia, joita 20 käytetään esimerkiksi generaattoria pyörittävän polttomoottorin ohjaukseen, kuten sylinterien tasapainottamiseen, kuormituksen arvioimiseen jne.. Jos ei-toivotut värähtelyt eivät nimittäin liity pelkästään yhteen moottoriin, joten yksittäisen polttomoottorin ohjaukseen käytettävät mittaukset voivat sisältää ylimääräisiä ja mittauksen sotkevia komponentteja.

25 Edellä esitetyn kuvauksen ja sen esimerkkien valossa on selvää, että keksinnön mukainen toteutusmuoto voidaan saada aikaa monella eri ratkaisuilla. On selvää, että keksintö ei rajoitu pelkästään tässä tekstissä mainittuihin esimerkkeihin, vaan keksintö voidaan toteuttaa monilla erilaisilla toteutusmuodoilla.

Mikä tahansa keksinnöllinen toteutusmuoto voidaan siis toteuttaa keksinnöllisen 30 ajatuksen puitteissa.

Claims (12)

1. Värähtelyjen vaimennusjärjestely laivan sähköverkossa ilmenevien värähtelyjen vaimentamiseksi, tunnettu siitä, että järjestely käsittää säätöyksikön (12), jossa on ensimmäinen rajapinta (15) vastaanottamaan mittaussignaaleja paikallisverkon gene- 5 raattorin pyörimisnopeudesta tai paikallisverkon taajuudesta, jotka mittaussignaalit sisältävät tietoa sähköverkon generaattorien ei-toivotuista vääntövärähtelyistä, ja toinen rajapinta (16) lähettämään ohjaussignaaleja värähtelyjen vaimentamiseksi, joka säätöyksikkö on järjestetty muodostamaan ohjaussignaaleja vasteena mittaussignaalien tiedoille, jotka ohjaussignaalit on toiminnallisesti yhdistettävissä taajuusmuuttajan 10 ohjaussignaaliin mainittujen värähtelyjen vaimentamiseksi hyödyntäen taajuusmuuttajaa ja taajuusmuuttajan kuormaa.

2. Vaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää kaksi tai useampia sähköverkkoon liitettyä ja säätöyksiköllä (12) ohjattavaa taajuusmuuttajaa ja kyseisen taajuusmuuttajan kuorman yhdistelmää.

3. Vaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että ohjaussignaalit on järjestetty muuttamaan taajuusmuuttajan ohjainyksikön referenssisignaalia tai ohjausyksikön muodostamaa ohjaussignaalia.

4. Vaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää taajuusmuuttajan ohjainyksikön referenssisignaalin muutosyksikön ohjaussignaalin yh- 20 distämiseksi referenssisignaaliin.

5. Vaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää taajuusmuuttajan ohjaussignaalin muutosyksikön säätöyksikön muodostaman ohjaussignaalin yhdistämiseksi taajuusmuuttajan ohjaussignaaliin.

6. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että säätöyksikkö on in-25 tegroitu taajuusmuuttajan ohjainyksikköön.

7. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että säätöyksikkö on integroitu taajuusmuuttajaan, joka käsittää ohjainyksikön.

8. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että säätöyksikkö on elektroninen piiri.

9. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että säätöyksikkö on ohjelmakokonaisuus, joka on järjestetty ajettavaksi prosessoriyksikössä.

10. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että säätöyksikkö on ASIC -piiri.

11. Jonkin vaatimuksen 1-10 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että taajuus- muuttajan kuorma on taajuusmuuttajan kautta sähkövoiman saava sähkömoottori.

12. Menetelmä vaimentamaan sähköverkon generaattoreiden vääntövärähtelyistä aiheutuvia ei-toivottuja värähtelyjä, joita ei-toivottuja värähtelyjä ilmenee paikallisessa sähköverkossa, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet:

10 Mittausvaiheen kunkin paikallisverkon generaattorin pyörimisnopeuden mittaamiseksi tai paikallisverkon taajuuden mittaamiseksi, Ohjaussignaalin muodostamisvaiheen ohjaussignaalin muodostamiseksi vasteena mittausvaiheen mittaukselle ja Taajuusmuuttajan ohjaussignaalin muuttamisvaiheen taajuusmuuttajan ohjaussig- 15 naalin muuttamiseksi vaimentamaa mainittuja ei-toivottuja värähtelyjä hyödyntäen taajuusmuuttajaa ja taajuusmuuttajan kuormaa. 20