FI61252B - LJUDDAEMPNINGSKRETS FOER TYRISTORSTYRD ELMOTOR - Google Patents

Description

rBl KUULUTUSJUUKAISU a1oc2 jSf w UTLAGG N I NOSSKRI FTrBl ADVERTISING JUICE a1oc2 jSf w UTLAGG N I NOSSKRI FT

C Patentti myönnetty 10 06 1932 *2M§ ^ Patent meddelat (51) Kv.ik.Va.3 H 02 M 1/14, H 02 P 7/28 SUOMI —FINLAND (21) Htwmilttk.mu.-fetunttnrtkiXn, T93301 (22) Hakamtapllva — Aiweknlngad·· 2U.10.79 (23) Aikupllvt—Gtkl|h*tad*| 2U.10.79 (41) Tulkit (ulklMkai — Bllvlt offantMg 2 5.OU. 8l Mäntti· I· raklitarlhalllbn ««NM*np-«i|ii-*H—n~.- ,6 02 82C Patent granted 10 06 1932 * 2M§ ^ Patent meddelat (51) Kv.ik.Va.3 H 02 M 1/14, H 02 P 7/28 FINLAND —FINLAND (21) Htwmilttk.mu.-fetunttnrtkiXn, T93301 ( 22) Hakamtapllva - Aiweknlngad ·· 2U.10.79 (23) Aikupllvt — Gtkl | h * tad * | 2U.10.79 (41) Interpreters (external - Bllvlt offantMg 2 5.OU. 8l Piston · I · raklitarlhalllbn «« NM * np- «i | ii- * H — n ~ .-, 6 02 82

Patent- och refiateratyrelMn ' ' Amöktn uttagd och utl.skrlftan pubOcarad (32)(33)(31) «tuoUwui —B«,ird prior It ·( (71) Elevator GmbH, Poststrasse 9, CH-6300 Zug, Sveitsi-Schweiz(CH) (72) Matti Kahkipuro, Hyvinkää, Suomi-Finland(FI) (7^) Oy Heinänen Ab (5I+) Tyristoriohjatun sähkömoottorin äänenvaimennuspiiri -Ljuddämpningskrets för tyristorstyrd elmotor Tämä keksintö kohdistuu tyristoriohjatun sähkömoottorin, kuten hissin tasavirtamoottorin äänenvaimennuspiiriin, johon piiriin kuuluu vähintään yksi kolmivaihejärjestelmän tyristorisilta sekä sen tyristoreita y1ivirtapiikei1tä suojaavat kommutointikuristimet.Patent- och refiateratyrelMn '' Amöktn uttagd och utl.skrlftan pubOcarad (32) (33) (31) «TuoUwui —B«, ird prior It · ((71) Elevator GmbH, Poststrasse 9, CH-6300 Zug, Switzerland-Switzerland (CH) (72) Matti Kahkipuro, Hyvinkää, Suomi-Finland (FI) (7 ^) Oy Heinänen Ab (5I +) The present invention relates to one of the thyristor bridges of the three-phase system and the commutation chokes protecting its thyristors from the overcurrent peak.

Nykyisin tyristorit liittyvät usein sähkömoottorikäyttöihin. Erikoisesti vaihtovirtahisseissä, joissa käytetään oikosulkumootto-reita käyttömoottoreina, voidaan säätää moottorin pyörimisnopeutta säätämällä esimerkiksi moottorin momenttia sen yhteen tai useampaan vaiheeseen kytkettyjen kuristuselinten avulla. Kuristuseli-minä toimivat tätä tarkoitusta varten kytketyt tyristorit esimerkiksi pareittain.Today, thyristors are often associated with electric motor drives. In particular, in AC elevators using short-circuit motors as drive motors, the rotational speed of the motor can be adjusted, for example, by adjusting the torque of the motor by means of throttling elements connected to one or more of its stages. Throttle members operate thyristors connected for this purpose, for example in pairs.

Tasavirtahissikäytöt ovat olleet perinteisesti Ward-Leonard-käyt-töjä. Tämän yleisesti tunnetun tekniikan mukaisesti tasavirtamootto- 2 61252 ria ohjataan tasavirtageneraattorilla. Puolijohdetekniikan kehittyessä on kuitenkin tullut taloudellisemmaksi korvata tasavirtagene-raattori tyristor.itasasuuntaajalla. Yleensä hissi käytössä olevat tasasuuntaukseen tarkoitetut tyristorisillat ovat yleisesti tunnettuja, kolmivaiheisia 12 tyristorin neljäkvadranttikäyttöjä, joskin on rakennettu tasasuuntaajia käyttämällä vähemmän tyristoreja.DC elevator drives have traditionally been Ward-Leonard drives. According to this well-known technique, the DC motor 2 61252 is controlled by a DC generator. However, with the development of semiconductor technology, it has become more economical to replace a DC generator with a thyristor rectifier. In general, the rectifier thyristor bridges used in elevators are commonly known, three-phase four-quadrant drives for 12 thyristors, although rectifiers have been built using fewer thyristors.

Tyristori käyttö soveltuu muuten hissi käyttöön, mutta ongelmana on ollut tyristoriohjauksen jännitteen epätasaisuus nostomoottorin navoissa. Tämä jännitteen epätasaisuus aiheuttaa nostomoottoriin äänen, joka häiritsee hissin käyttäjää ja muita hissin läheisyydessä olevia henkilöitä ja näin huonontaa tuotteen laatua.Thyristor operation is otherwise suitable for elevator operation, but the problem has been the unevenness of the thyristor control voltage at the terminals of the hoist motor. This unevenness of voltage causes a noise in the hoist motor which disturbs the elevator user and other persons in the vicinity of the elevator and thus degrades the quality of the product.

Häiritsevän äänen vaimentamiseksi on eräässä tunnetussa ratkaisussa käytetty mm. kuvan 1 mukaista kytkentää. Kytkennässä tyristorit muodostavat nostomoottoria varten tarvittavan tasasuuntaus-sillan. Lisäksi tyristorit suojataan kommutointikuristimilla, joiden yksinomaisena tehtävänä on suojata tyristoreita y1ivirtapiikeiItä, kun virta vaihtuu tyristorilta toiselle. Äänenvaimennus tapahtuu äänisuodattimella, joka koostuu nostomoottorin toiseen napaan kytketystä kuristimesta ja moottorin kumpaankin napaan kytketystä kondensaattorista. Äänisuodatin toimii aiipäästösuodattimena ja suodatus on sitä parempi, mitä suurempi on kuristimen induktanssi ja mitä suurempi on kondensaattorin kapasitanssi. Tämän ratkaisun epäkohtana f on sen kalleus ja vajaa toiminta. Koska kuristimen kautta menee koko moottorin tasavirta ja sen induktanssi on suhteellisen suuri, niin se on siis kovin kallis. Lisäksi ratkaisulla ei saada täydellistä äänenvaimennusta aikaan, jota seikkaa rajoittaa mm. se että kondensaattori jouduttaisiin tekemään äärettömän suureksi.In order to attenuate the annoying sound, in a known solution, e.g. connection according to figure 1. In connection, the thyristors form the rectifier bridge required for the hoist motor. In addition, thyristors are protected by commutation chokes, the sole function of which is to protect the thyristors from overcurrent spikes when the current changes from one thyristor to another. The sound is attenuated by a sound filter consisting of a choke connected to one pole of the hoisting motor and a capacitor connected to both poles of the motor. The sound filter acts as a low-pass filter, and the higher the inductance of the choke and the higher the capacitance of the capacitor, the better the filtering. The disadvantage of this solution f is its high cost and inadequacy. Since the entire motor passes direct current through the choke and its inductance is relatively high, it is therefore very expensive. In addition, the solution does not achieve complete sound attenuation, which is limited by e.g. the fact that the capacitor would have to be made infinitely large.

Tämän keksinnön avulla on tarkoitus poistaa edellä esitetyt epäkohdat, jotka esiintyvät tyristorikäyttöisissä sähkömoottoreissa, sekä aikaansaada ratkaisu, jolla kyseinen häiriöääni voidaan poistaa tehokkaasti ja edullisesti. Keksinnön mukaiselle äänenvaimennuspii-rille on tunnusomaista se, että moottorin napoihin on kytketty vähintään yksi sinänsä tunnettu sarjaresonanssipiiri ja että piiriin j kytketyt kommutointikuristimet toimivat samalla ainoana serjavaimennus-( kuiristimena, sekä että sarjaresonanssipiirin resonanssitaqjuus pn pulssi-luku, joka on sopivimmin 6, kertaa syöttävän verkon taajuus.The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks present in thyristor-driven electric motors and to provide a solution by which such interference sound can be removed efficiently and advantageously. The sound attenuation circuit according to the invention is characterized in that at least one series resonant circuit known per se is connected to the motor terminals and that the commutation chokes connected to the circuit j act as a single series attenuator, and that frequency.

Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on mm. se, että sarjaresonanssi-piiri voidaan tehdä suhteellisen pienillä kapasitanssi- ja induktanssi- 3 61252 arvoilla toimivaksi verrattuna tunnettuihin ratkaisuihin.The advantage of the solution according to the invention is e.g. the fact that the series resonant circuit can be made to operate with relatively small capacitance and inductance values 3,61252 compared to known solutions.

Näinollen voidaan siis käyttää huomattavasti halvempia komponentteja. Toisaalta kommutointi kuristimet voivat olla lähes samanlaisia, kuin tunnetuissakin ratkaisuissa, mutta näille tulee toinenkin tehtävä äänisuodatuksen sarjavaimennuskuristimina. Lisäksi etuna on se, että sarjaresonanssipiirin muodostaessa täyden oikosulun tietyllä, eniten häiriöääntä aiheuttavalla taajuudella, on ääni-vaimennus tehokkaampaa kuin ennestään tunnetuissa ratkaisuissa, joissa moottorin napoihin kytketyn kondensaattorin vaimennus ei ole millään taajuudella täydellinen. Tämä ratkaisu on tasavirtamoottorille erityisen edullinen, koska perustaajuuden eli eniten häiritsevän taajuuden vaimen.tamiseen riittää yksi ainoa sarjaresonanssipiiri. Jos joudutaan vaimentamaan perustaajuuden kerrannaisia, riittää näillekin yksi piiri kutakin varten. Tasavirtahisseissä on edullista saada häiriö-äänet minimoiduiksi, koska tasavirtakäytöt ovat yleensä kalliita ja vaatimustaso on sen vuoksi erittäin kova.Thus, considerably cheaper components can be used. On the other hand, commutation chokes can be almost similar to those in known solutions, but they also have another function as series attenuation chokes for sound filtering. A further advantage is that when the series resonant circuit forms a full short circuit at a certain frequency that causes the most interference, the sound attenuation is more effective than in previously known solutions in which the attenuation of the capacitor connected to the motor terminals is not complete at any frequency. This solution is particularly advantageous for a DC motor, since a single series resonant circuit is sufficient to attenuate the fundamental frequency, i.e. the most disturbing frequency. If you have to attenuate multiples of the fundamental frequency, one circuit is enough for each of them. In DC elevators, it is advantageous to minimize interference noises because DC drives are generally expensive and the level of requirement is therefore very high.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissaThe invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which

Kuvio 1 esittää erästä tunnettua äänenvaimennusratkaisua,Figure 1 shows a known sound attenuation solution,

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista äänenvaimennuspiiriä,Figure 2 shows a sound attenuation circuit according to the invention,

Kuviot 3 ja 4 esittävät käyrinä tyristorisi 1lan antamaa jännitteen aaltomuotoa sekä vastaavaa ankkurivirran muotoa.Figures 3 and 4 show in curves the voltage waveform given by your thyristor 1lan and the corresponding anchor current shape.

Kuvio 5 esittää yksinkertaistettua kytkentää, joka vastaa periaatteellisesti keksinnön mukaista kytkentää.Figure 5 shows a simplified connection which corresponds in principle to the connection according to the invention.

Kuvio 6 esittää erästä sovellutusmuotoa, jossa vaimennetaan myös yliääniä jaFigure 6 shows an embodiment in which supersonics and

Kuvio 7 esittää keksinnön mukaista ratkaisua sovellettuna erääseen erikoistapaukseen.Figure 7 shows a solution according to the invention applied to a special case.

^ 61252^ 61252

Vaikka hissikäytössä olevat tyristorisi 1lat ovatkin yleensä 12 tyristorin käyttöjä, tämän tekstin piirustuksissa on esitetty kuitenkin selvyyden vuoksi vain toinen kuuden tyristorin tasa-suuntaussi1loista. Tämä ei mitenkään muuta asian periaatteellista luonnetta. Kuvion 1 mukaisessa ennestään tunnetussa ratkaisussa on komponentit merkitty selvyyden ja lyhyyden vuoksi samoilla viitenumeroilla kuin keksinnön mukaisessakin ratkaisussa kuviossa 2. Samoilla viitenumeroilla merkityistä komponenteista voidaan käyttää samaa nimitystä, vaikkakaan komponentit eivät vastaa toisiaan arvoiltaan ja ominaisuuksiltaan. Ennestään tunnetun ratkaisun toimintaperiaate on jo aikaisemmin selitetty. Kuvion 2 mukaisessa keksinnön ratkaisussa tyristorit 1-6 muodostavat moottoria 12 Varten tarvittavan tasasuuntaussi1lan 14. Kuristimet 7, Θ ja 9 ovat yleisesti tunnettuja tyristorisillan kommutointikuristimia, joiden tehtävänä on suojata tyristoreita 1-6 y1ivirtapiikei1tä, kun virta vaihtuu tyristorilta toiselle. Keksinnön luonteen mukaan nämä kuristimet 7, 8 ja 9 saavat tässä toisenkin tehtävän, joka selostetaan tarkemmin jäljempänä. Sarjaresonanssipiiri 16, johon kuuluu kuristin 10 ja kondensaattori 11 kytkettynä keskenään sarjaan, on kytketty moottorin 12 napoihin. Kuviossa 2 vielä näkyvä komponentti 13 on moottorin magnetoimiskäämi, jonka avulla saadaan moottorin magnetointi yleisesti tunnetulla tavalla.Although your thyristor 1s in elevator use are generally 12 thyristor drives, only one of the six thyristor rectifiers is shown in the drawings of this text for clarity. This in no way alters the fundamental nature of the matter. In the previously known solution according to Fig. 1, the components are denoted by the same reference numerals for clarity and brevity as in the solution according to the invention in Fig. 2. The components denoted by the same reference numerals may have the same name, although the components do not correspond in value and properties. The operating principle of the previously known solution has already been explained earlier. In the solution of the invention according to Figure 2, thyristors 1 to 6 form the rectifier terminal 14 required for the motor 12. The chokes 7, ovat and 9 are generally known thyristor bridge commutation chokes, the function of which is to protect thyristors 1 to 6 from current surges when switching current from one thyristor to another. According to the nature of the invention, these chokes 7, 8 and 9 have a second function here, which will be described in more detail below. A series resonant circuit 16 comprising a choke 10 and a capacitor 11 connected in series with each other is connected to the terminals of the motor 12. The component 13 still visible in Fig. 2 is a motor magnetizing coil, by means of which the motor is magnetized in a generally known manner.

Jotta keksintö ymmärrettäisiin paremmin on ensin tunnettava tarkemmin tyristorisillan 14 antaman jännitteen ja virran aaltoisuu-den yleinen luonne. Kuviot 3 ja 4 ovat tämän selvittämiseksi. Kuviossa 3 käyrä 17 esittää tyristorisillan 14 antaman jännitteen aaltomuotoa sellaisessa tapauksessa, että moottorin 12 vastasähkömoto-rinen voima on nolla ja ankkurivirta 18 on pieni. Kuvio 4 esittää tapausta, jolloin moottorin 12 vastasähkömotorisen voiman 19 voittamiseksi tarvitaan tyristori si1lasta 14 isompi jännite 20, jolloin myös ankkurivirta 21 on isompi kuin edellisessä tapauksessa. Ankkuri-virta ei kuitenkaan ole riippuvainen jännitteen tasosta vaan vaih-telee kuormituksen mukaisesti.In order to better understand the invention, it is first necessary to know in more detail the general nature of the voltage and current ripple provided by the thyristor bridge 14. Figures 3 and 4 are for this purpose. In Fig. 3, the curve 17 shows the waveform of the voltage provided by the thyristor bridge 14 in the case that the counter-electric motor force of the motor 12 is zero and the anchor current 18 is small. Fig. 4 shows a case where in order to overcome the counter-electric motor force 19 of the motor 12, a voltage 20 larger than the thyristor silk 14 is required, in which case the anchor current 21 is also larger than in the previous case. However, the anchor current does not depend on the voltage level but varies according to the load.

Kuvioiden 3 ja 4 perusteella havaitaan, että häiritsevä jännite on epäsymmetristä kolmioaaltoa 17 ja 20. Mikäli kyseessä oleva tyristori-järjestelmä toimii 50 Hz:n verkossa, niin jänniteaallon 17 ja 20 taajuuskomponentit ovat 300 Hz ja sen kerrannaisia. 300 Hz:n taajuus- 5 61252 komponentti on kuitenkin suurin ja niin muodoin häiritsevä ääni on lähes yksinomaan 300 Hz:n taajuista. Kyseessä oleva keksintö perustuu siihen, että suodatetaan vain häiritsevä 300 Hz:n taajuus pois kuvion 2 mukaisella kytkennällä. Suodatus tapahtuu kuristimen 10 ja kondensaattorin 11 muodostamalla sarjaresonanssipiiri1lä 16. Tällöin kuristimet 7, 8 ja 9 saavat samalla uuden tehtävän. Kuristimet muodostuvat häiriöjännitteen vaimentamisen sarjaelimeksi, jota voidaan nimittää sarjavaimennuskuristimeksi 15. Tätä esittää tarkemmin kuvio 5, joskin periaatteellisesti. Kuristin 22 on kuristimien 7, 8 ja 9 sijaiskytkentä ja toimii sarjavaimennuskuristimena. Häiriö-jännitteen vaimentamisen kannalta voidaan kuristin 22 ajatella yhtä hyvin sijoitetuksi tyristorisi lian 14 ja moottorin 12 väliin.Based on Figures 3 and 4, it is observed that the interfering voltage is an asymmetric triangular wave 17 and 20. If the thyristor system in question operates in a 50 Hz network, then the frequency components of the voltage wave 17 and 20 are 300 Hz and multiples thereof. However, the 300 Hz frequency component is the largest and thus the interfering sound is almost exclusively of the 300 Hz frequencies. The present invention is based on filtering out only the interfering 300 Hz frequency by the circuit of Fig. 2. The filtering takes place by the series resonant circuit 16 formed by the choke 10 and the capacitor 11. In this case, the chokes 7, 8 and 9 are given a new function at the same time. The chokes form a series element for attenuating the interference voltage, which can be called a series damping choke 15. This is shown in more detail in Figure 5, although in principle. The choke 22 is a substitute connection for the chokes 7, 8 and 9 and acts as a series damping choke. In terms of interference voltage attenuation, the choke 22 can be thought of as equally positioned between the dirt 14 of your thyristor and the motor 12.

Oikosulkujohdin 23 esittää sarjaresonanssipiiriä 16 300 Hz:n taajuudella. Näin voidaan kuvion 5 perusteella ymmärtää, että häiritsevä 300 Hz: n jännite jää kuristimen 22 yli, eikä moottorin napajännitteessä esiinny tätä komponenttia.The short-circuit conductor 23 represents a series resonant circuit at a frequency of 16,300 Hz. Thus, from Figure 5, it can be understood that the interfering 300 Hz voltage remains over the choke 22, and this component is not present in the motor terminal voltage.

Jos jossakin erikoistapauksessa 300 Hz:n vaimennus ei riitäkään, niin vaimennusta voidaan parantaa kytkemällä toinen sarjareso-nanssipiiri 24 300 Hz:n sarjaresonanssipiirin 16 rinnalle. Tätä tapausta esittää kuvion 6 mukainen kytkentä. Kun verkkotaajuus on 50 Hz, on seuraava kerrannaistaajuus 600 Hz, joka aiheuttaa häiriöääntä. Tällöin valitsemalla komponentit oikein sarjaresonanssipi iri in 24, voidaan tämäkin häiriöääni vaimentaa edellisen kaltaisesti. Seuraavien kerrannaistaajuuksien aiheuttamat häiriö-äänet ovat jo niin heikkoja, ettei niillä ole käytännössä mitään merkitystä.If, in some special case, the 300 Hz attenuation is not sufficient, then the attenuation can be improved by connecting a second series resonant circuit 24 in parallel with the 300 Hz series resonant circuit 16. This case is illustrated by the connection according to Figure 6. When the mains frequency is 50 Hz, the next multiplier frequency is 600 Hz, which causes noise. In this case, by selecting the components correctly in the series resonant iri in 24, this interference sound can be attenuated as before. The interference sounds caused by the following multiple frequencies are already so weak that they have virtually no significance.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellu-tusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä keksinnön mukaista äänenvaimennuspiiriä voidaan käyttää hyväksi myös vaihtovirtakäytöissä, joissa käyttömoottorin ohjaus on toteutettu tyristori kytkennä1lä.It will be clear to a person skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited exclusively to the example given above but may vary within the scope of the claims set out below. Thus, the sound attenuation circuit according to the invention can also be used in AC drives in which the drive motor is controlled by a thyristor connection.

Tällöin vain on huomattava, että sarjaresonanssipiiriä 16 vastaava piiri on kytkettävä erikseen jokaiseen vaiheeseen samoinkuin sarja-vaimennuspiiriä 15 vastaava piirikin. Lisäksi keksinnön mukaista äänenvaimennuspiiriä voidaan käyttää hyväksi myös yhdistetyissä vaihto- ja tasavirtakäytöissä. Kuviossa 7 on esitetty eräs tällainen tapaus. Käyttömoottorina on 2-nopeuden oikosulkumoottori 25, jonka suuren nopeuden käämiä 26 ohjataan vaihtovirtaa syöttävällä 3-vai-In this case, it only needs to be noted that the circuit corresponding to the series resonant circuit 16 must be connected separately to each phase, as must the circuit corresponding to the series attenuation circuit 15. In addition, the sound attenuation circuit according to the invention can also be used in combined AC and DC drives. Figure 7 shows one such case. The drive motor is a 2-speed short-circuit motor 25, the high-speed windings 26 of which are controlled by a 3-phase AC supply.