FI79209C - Anordning foer styrning av en trefasig inverter som matar vaexelstroemmotorn vid en hiss. - Google Patents

Description

79209

LAITTEISTO HISSIN VAIHTOVIRTAMOOTTORIA SYÖTTÄVÄN KOLMIVAIHEISEN INVERTTERIN OHJAAMISEKSI - ANORDNING FÖR STYRNING AV EN TREFASIG INVERTER SOM MATAR VÄXELSTRÖMOTORN VID EN HISS

Tämän keksinnön kohteena on laitteisto hissin vaihtovirta-moottoria syöttävän kolmivaiheisen invertterin ohjaamiseksi, jossa invertterissä tehoaste on toteutettu puoli johdekytki-millä, ja johon laitteistoon kuuluu sinänsä tunnettu ohja-uselektroniikkayksikkö nopeuden ohjearvon ja takometrigene-raattori nopeuden oloarvon muodostamiseksi, jännitteenmit-tauselimet vaihejännitteiden mittaamiseksi invertterin ulostulosta, sinänsä tunnetut pulssileveysmodulaattorit, ohjaimet invertterin tehoasteen puolijohdekytkimien ohjaamiseksi pulssileveysmodulaattoreista saatavilla ohjaussignaaleilla sekä nopeussäätäjä roottorivirran taajuuden ja ohjearvojännitteiden taajuuden muodostamiseksi nopeuden oloarvosta ja ohjearvosta.

Taajuusohjattu vaihtovirtamoottori on kehittynein ratkaisu esimerkiksi hissimoottorikäyttöihin. Taajuusohjauksella hyötysuhde pysyy korkeana kaikilla moottorin nopeuksilla ja verkon tehokerroin on lähes yksi. Taajuusohjaus soveltuu sekä vaihteettomiin että vaihteellisiin hisseihin ja kaikille nopeuksille. Lisäksi moottorina voidaan käyttää yksinkertaista ja kohtuullisen hintaista oikosulkumoottori-a. Hissikäytössä taajuusohjaukseen soveltuu parhaiten transistoreilla toteutettu transistori-invertteri, koska transistoreilla saavutetaan korkein kytkentätaajuus nykyisistä tehoelektroniikkakomponenteista. Myös GTO-tyristorit voivat tulla kysymykseen, sillä niiden kytkentääjät ovat suurinpiirtein yhtä pitkät, mutta päävirtakytkentä tulee kytkentäsuojien tähden monimutkaisemmaksi kuin transistoreilla.

Kokemusperäisesti on havaittu, että hyvä strategia oikosulkumoottorin ohjaamiseksi on magneettivuon pitäminen vakiona. Yleensä magneettivuohon liittyy hitautta. Jos magneettivuo muuttuu, niin systeemiin tulee aikavakio. Magneettivuon vakiointi voidaan tehdä pitämällä staattorin, roottorin tai ilmavälin magneettivuo vakiona. Edullisinta on 2 79209 pitää staattorin magneettivuo vakiona, koska moottorin magneettipiirin osien kyllästymisvaara on tällöin pienin.

Nykyään invertteritekniikassa käytetään käyrämuodon parantamiseen virtatakaisinkytkentää, jossa mitataan invertterin ulostulosta saatavat vaihevirrat. Virtatakaisinkytkennän haittana on hitaus. Hitaus aiheutuu siitä, että virtatakai-sinkytkennässä moottorin induktanssit aiheuttavat aikavakioita. Säätösilmukka on yleensä sitä hitaampi, mitä enemmän siinä on aikavakioita. Lisäksi virranmittause1 imet ovat kalliita, koska niiden tulee pystyä mittaamaan myös tasa-vi rtaa.

Jos invertterissä tehdään pulssileveysmodulaatio komparaattorin avulla sini- ja kolmiojännitevertailuna ilman takai-sinkytkentää, niin invertterin moottoriin syöttämä virta ei ole riittävän sinimuotoista esimerkiksi hissikäyttöön, koska tasasuunnatussa välijännitepiirissä, josta invertte-rillä vaihtosuuntaama11a saadaan moottoria syöttävä kolmivaiheinen vaihtojännite, jännite ei ole vakio, ja koska puolijohdekytkin ei seuraa viiveettömästi ohjausta. Kolmantena virhettä aiheuttavana tekijänä on se jännite-ero, joka aiheutuu puolijohdekytkimenä olevan tehoelektroniikkakompo-nentin yli jäävästä jännitteestä verrattuna siihen jännitteeseen, joka ilmenee toisella virran suunnalla, kun puoli-johdekytkimen rinnalla oleva diodi johtaa. Käytännössä virheet aiheuttavat moottoriin värinöitä, jotka esimerkiksi hissikäytössä huonontavat hissin suorituskykyä ja häiritsevät matkustajaa.

Tämän keksinnön avulla on mahdollista poistaa edellämainitut epäkohdat. Keksinnön mukaiselle laitteistolle hissin vaihto-virtamoottoria syöttävän kolmivaideisen invertterin ohjaami- 3 79209 seksi on tunnusomaista se, että laitteistossa on käyräparvi-laskin, jolla muodostetaan ohjearvojännitteiden amplitudi roottorivirran taajuudesta ja ohjearvojännitteiden taajuudesta approksimoimalla lineaarisesti moottoria kuvaavaa va-kiovuokäyräparvea, kolmivaiheoskillaattori ohjearvojännitteiden muodostamiseksi ohjearvojännitteiden taajuudesta ja amplitudista sekä jännitesäätäjät pulssileveysmodulaattorei-den ohjausjännitteiden muodostamiseksi ohjearvojännitteistä ja invertterin ulostulosta saatavista oloarvojännitteistä.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusuodolle on tunnusomaista se, että nopeussäätäjässä on eroelin nopeuden oloarvon ja ohjearvon erotuksen muodostamiseksi, P-säätäjä ja I-säätäjä nopeuden oloarvon ja ohjearvon erotuksen säätämiseksi, yhteenlaskuelin P-säätäjän ja I-säätäjän ulostulosignaalien yhdistämiseksi nopeuden ohjearvoon roottorivirran taajuuden muodostamiseksi ja yhteenlaskuelin ohjearvojännitteiden taajuuden muodostamiseksi roottorivirran taajuudesta ja nopeuden oloarvosta.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että käyräparvilaski-messa on ohjearvojännitteiden amplitudin muodostamiseksi moottoria kuvaavan vakiovuokäyräparven avulla pieniä invertterin ohjearvojännitteiden taajuuksia lukuunottamatta ensimmäinen yhteenlaskuelin roottorivirran taajuuteen verrannollisen ensimmäisen korjauskomponentin yhdistämiseksi ohjearvojännitteiden taajuuteen, itseisarvovahvistin amplitudin itseisarvon muodostamiseksi negatiivisilla ohjearvojännitteiden taajuuksilla ja ensimmäinen säätöelin roottorivirran taajuudesta riippuvan ensimmäisen korjauskomponentin säätämiseksi, mainittujen pienten taajuuksien kohdalla olevan epälineaarisen kohdan approksimoimiseksi vaakasuoralla vii-- · vaosuudella toinen yhteenlaskuelin käyrän minimiä approksi moivan vaakasuoran osan muodostamiseksi positiivisilla ohjearvojännitteiden taajuuksilla, kolmas yhteenlaskuelin pe-ruskäyrän minimiarvon lisäämiseksi toisesta yhteenlaskueli- 4 79209 mesta saatavaan amplitudiarvoon negatiivisilla ohjearvojän-nitteiden taajuuksilla, toinen säätöelin roottorivirran taajuudesta riippuvan korjauskomponentin säätämiseksi ja kolmas säätöelin peruskäyrän minimiarvon säätämiseksi sekä amplitudin muodostamiseksi käyrän eri osissa kutakin käyrän osaa vastaavan haaran päässä diodi ja niihin kytketty diodikyn-nysvirheen korvauspiiri.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että kolmivaiheoski1-laattorissa on itseisarvoelin ohjearvojännitteiden taajuuden itseisarvon muodostamiseksi, jänniteohjattu oskillaattori taajuudeltaan ohjearvojännitteiden taajuuteen verrannollisen sakara-aallon muodostamiseksi, muistipiirit kunkin ohjearvojännitteen käyrämuodon tallettamiseksi, digitaalia-nalogiamuuntimet digitaalimuodossa olevien ohjearvojännitteiden muuttamiseksi analogisiksi jännitteiksi, ylösalas-laskuri muistipiirien osoitteen muodostamiseksi sekä komparaattori ohjearvojännitteiden taajuuden etumerkin ja siten moottorin pyörimissuunnan ilmaisemiseksi.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että kussakin jänni-tesäätäjässä on oloarvojännitteen muodostuspiiri oloarvo-jännitteen muodostamiseksi invertterin ulostulosta mitatusta jännitteestä sekä ohjausjännitteen muodostuspiiri pulssi leveysmodulaattorin ohjausjännitteen muodostamiseksi oloarvojännitteestä ja ohjearvojännitteestä.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että oloarvojännitteen muodostuspiiri on toteutettu pääasiassa kolmivaihejännitteestä kokoaaltotasasuunnatun sykkivän tasa jännitteen positiivisen jännitteen ja negatiivisen jännitteen yhdistävällä yhteenlaskuelimellä sekä invertterin ulostulosta 5 79209 mitatun jännitteen näin saatuun vaihtojännitteeseen yhdistävällä yhteenlaskuelimellä.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että ohjausjännitteen muodostuspiiri on toteutettu pääasiassa oloarvojännnitettä ohjearvojännitteeseen vertaavalla eroelimellä, tämän erotuksen integroivalla vahvistimella sekä yhteenlaskuelimellä, jonka avulla saatu erosuure on superponoitavissa ohjearvoon vaihtovirtamoottorin senhetkistä tilaa huomioivaksi ohjausjännitteeksi.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että kussakin ohjaimessa on viivepiiri puolijohdekytkimen kytkentäviiveen vuoksi sekä optoerottimella varustettu puolijohdekytkimen ohjainpiiri.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että invertteri on transistori-invertteri, jossa tehoasteen ohjattavina puolijohdekytkiminä ovat transistorit.

Keksinnön mukaiselle laitteiston eräälle edulliselle sovel-utusmuodolle on myös tunnusomaista se, että invertteri on GTO-tyristori-invertteri, jossa tehoasteen ohjattavina puolijohdekytkiminä ovat GTO-tyristorit.

Nopeussäätäjä on integroivan säätäjän ansiosta nopea. Tämä on välttämätöntä hissikäytössä, koska nopeusvirhettä ei voida sallia. Käyräparvilaskin toteuttaa annetut staattori-vuon vakio-ominaiskäyrät likimääräisesti. Tarkkuus on kuitenkin riittävä hissikäyttöön. Lisäksi keksinnön mukaisen käyräparvilaskimen virittäminen on helpompaa kuin sellaisen laskimen, joka toteuttaisi annetut käyrät tarkas- 6 79209 ti. Kolmivaiheoskillaattorin asemesta voidaan ohjearvojän-nitteen muodostuksessa käyttää esimerkiksi servotekniikkaa. Oskillaattorin avulla on kuitenkin parempi tehdä moottori-käytön osatestejä ja tutkimustyötä.

Koska invertterin säädössä käytetään virtasäätäjien sijasta jännitesäätäjiä, on säätö nopeampi, koska jännitesäätäjissä ei ole virtasäätäjiin verrattuna induktiivisten ilmiöiden aiheuttamaa viivettä. Lisäksi vältytään kalliiden virran-mittauskomponenttien käytöltä invertterin ulostulossa. Invertterin tehoasteen erottaminen optoerottime 11a estää tehokkaasti häiriöiden pääsyn päävirtapiiristä ohjauspii-re ihin.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa

Kuvio 1 esittää hissikäyttöä, jossa vaihtovirtamoottoria syötetään taajuusmuuttajalla.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista nopeussäätäjää.

Kuviot 3a - 3c esittävät keksinnön mukaisen käyräparvilaski- men toimintaa ja rakennetta.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaista kolmivaiheoskillaattori-a.

Kuviot 5a-5b esittävät keksinnön mukaisen jännitesäätäjän toimintaa ja rakennetta.

Kuvio 6 esittää keksinnön mukaista puolijohdekytkimen ohjainta.

Seuraavassa selvitetään keksinnön mukaisen laitteiston ’ 79209 toimintaa tarkastelemalla kuvion 1 esittämää hissikäyttöä, jossa vaihtovirtamoottoria 10 syötetään taajuusmuuttajalla. Taajuusmuuttajan tehoastetta 8 syöttävä kolmivaiheinen jännite, jonka vaihe jännitteet ovat UR, US ja UT, tasasuun-nataan esimerkiksi diodeista koostuvalla tasasuuntaajalla 16 välijännitepiirin tasajännitteeksi. Välijännitepiirin tasa jännitettä suodatetaan kondensaattorilla Cl. Invertte-rin transistoreista Tl - T6 ja diodeista Dl - D6 muodostuva tehoaste 17 vaihtosuuntaa välipiirin tasajännitteen vaihtovirtamoottoria 10 syöttäväksi vaihtojännitteeksi, jonka vaihejännitteet ovat UA, UB ja UC. Diodit Dl - D6 ovat nolladiodeja, jotka muodostavat virtatiet induktiivisille virroille.

Vaihtovirtamoottori 10 käyttää akselin 12 avulla vetopyörää 13, joka nostoköysien avulla liikuttaa vastapainoa 14 ja hissikoria 15. Palaavalle energialle on tässä tapauksessa varattu jarrutusvastus Rl ja jarrutustransistori T7. Jarru-tustransistorin T7 ohjausta ei tässä yhteydessä käsitellä, koska se on itsenäinen laite, joka toimii välipiirin tasa-jännitteen noustessa yli asetellun rajan.

Invertterin tehoastetta 17 ohjataan keksinnön mukaisella laitteistolla, johon kuuluvat ohjauselektroniikkayksikkö 1, takometrigeneraattori 11, pulssileveysmodulaattorit 6a - 6c, jännitteenmittauselimet 9a - 9c, nopeussäätäjä 2, käyräparvi laskin 3, kolmivaiheoskillaattori 4, jännitesää-täjät 5a - 5c sekä invertterin tehoasteen 17 puolijohdekyt-kinten ohjaimet 7a - 7f. Nopeussäätäjän 2 tulosuureina ovat takometrigeeraattorista 11 saatava moottorin pyörimisnopeuden oloarvo v ja ohjauselektroniikkayksiköstä 1 saatava nopeuden ohjearvo v*. Ohjauselektroniikkayksikön 1 toiminta nopeuden ohjearvon v* muodostamiseksi on alan ammattimiehelle tunnettua tekniikkaa. Nopeussäätäjän 2 lähtösuureina ovat ohjearvojännitteiden taajuus fs ja roottorivirran β 79209 taajuus fr. Ohjearvojännitteiden taajuus fs ja roottorivir-ran taajuus fr ovat tulosuureita käyräparvilaskimelle 3, jossa muodostetaan ohjearvojännitteiden amplitudi As.

Ohjearvojännitteiden taajuus fs viedään myös amplitudin As ohella kolmivaiheoskillaattoriin 4, jossa muodostetaan kolmen vaiheen ohjearvojännitteet Va*, Vb* ja Vc*. Ohjearvo jännitteistä Va*, Vb* ja Vc* ja taka is inkytkentäsuureina jännitteenmitauselimistä 9a, 9b ja 9c mitatuista jännitteistä Va, Vb ja Vc saadaan jännitesäätäjissä 5a, 5b ja 5c pulssileveysmodulaattoreiden 6a, 6b ja 6c ohjausjännitteet Va’, Vb’ ja Vc'.

Pulssileveysmodulaattoreista 6a, 6b ja 6c saadaan optoiso-laattorein ja kelluvin virtalähtein varustettujen transis-toriohjainten 7a, 7c ja 7e sisäänmenosignaalit Ai, Bl ja Cl sekä kunkin transistorinavan toisen transistorin ohjaimen 7b, 7d ja 7f ohjaussignaalit A2, B2 ja C2, jotka ovat ohjaussignaalien Ai, Bl ja Cl komplementtisignaaleita. Esimerkiksi ohjaussignaali A2 saadaan ohjaussignaalin Ai komplementtisignaalina esimerkiksi komparaattorin avulla. Pulssileveysmodulaattoreiden 6a - 6c rakenne on alan ammattimiehelle tunnettua tekniikkaa, eikä niiden toimintaa selosteta tarkemmin. Transistroriohjaimet 7a - 7f ohjaavat invertterin tehoasteen 17 transistoreitä Tl - T6.

Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisemmin keksinnön mukaista laitteistoa. Nopeussäätäjän 2 pääpiirteet on esitetty kuviossa 2. Nopeussäätäjän 2 tulosuureina olevien nopeuden ohjearvon v* ja nopeuden oloarvon v erotus lasketaan eroelimessä 18. Erosignaali syötetään P(proportional ) -säätä jän 19 ja I( integral)-säätäjän 20 sisäänmenoihin. Erosignaalin taso säädetään sopivaksi potentiometrillä TMI ennen I-säätäjään 20 syöttämistä. Elektroninen kytkin SI tarvitaan, jotta I-säätäjä 20 saadaan alkuarvoonsa hissin 9 79209 käynnistyessä. P-säätäjän 19 ulostulosignaalia säädetään potentiometrillä TM2. I- ja P- säätökomponentit yhdistetään nopeuden ohjearvon v* kanssa yhteenlaskuelimessä 21, joka muodostaa näiden termien summasta roottorivirran taajuuden fr. Koska yleisesti pätee, että staattorijännitteen taajuus saadaan yhdistämällä roottorivirran taajuuteen moottorin kierrosluvun ja napapariluvun tulo, saadaan ohjearvojännitteiden taajuus fs yhteenlaskuelimessä 22 yhdistämällä nopeuden oloarvo v roottorivirran taajuuteen fr.

Selvitetään seuraavaksi keksinnön mukaista menetelmää invertterin ohjearvojännitteiden amplitudin As muodostamiseksi tarkastelemalla aluksi kuvion 3a mukaista oikosulku-moottoria kuvaavaa vakiovuokäyräparvea. Kuvion 3a käyräparvi esittää moottorin staattorijännitteen eli invertterin ohjearvojännitteiden amplitudia As moottorin staattorijännitteen eli invertterin ohjearvojännitteiden taajuuden fs funktiona eri roottorivirran taajuuksilla frO - fr4 staat-torin magneettivuon ollessa vakio. Roottorivirran taajuuden fr arvolla nolla saadaan peruskäyrä frO, jonka minimiarvo on ohjausjännitteiden amplitudin minimiarvo. Käyräparven oleellisesti U-muotoiset käyrät koostuvat suurten positiivisten ja negatiivisten ohjearvojännitteiden taajuuksien fs muodostamista lineaarisista osista ja pienten positiivisten ja negatiivisten taajuuksien fs muodostamista epälineaarisista osista.

Keksinnön mukainen käyräparvilaskin laskee invertterin ohjearvojännitteiden amplitudin As käyttäen kuviossa 3b esitettyä vakiovuokäyräparven lineaarista approksimaatiota. Kuvassa 3b käyrä 0 on kuvion 1 peruskäyrän frO approksimaatio. Käyrän 0 minimi on KO. Tämä amplitudi As on voimassa roottorivirran taajuuden fr ollessa nolla. Kun vaakasuora akseli tulkitaan siten, että negatiiviset ohjearvojännitteiden taajuudet fs vastaavat toista pyörimissuuntaa, niin 10 79209 jotta jännite olisi oikea myös negatiivisilla taajuuksilla fs, niin suorasta pitää ottaa itseisarvo. Jos käyrään 0 lisätään roottorivirran taajuuteen fr verrannollinen korja-uskomponentti K1 ja otetaan itseisarvo, saadaan likiarvo kuvan 1 käyräparvelle pieniä ohjearvojännitteiden taajuuksia fs lukuunottamatta.

Pienillä ohjearvojännitteiden taajuuksilla fs käyrien pohjan korkeus on verrannollinen roottorivirran taajuuteen fr lisättynä peruskäyrän minimiarvolla KO. Koko likiarvoi-nen käyrä i saadaan muodostettua yhdistämällä itseisarvoltaan suurten ohjearvojännitteiden taajuuksien fs käyrä itseisarvoltaan pienten ohjearvojännitteiden taajuuksien fs käyrään.

Kuviossa 3c on esitetty kuvion 3b mukaisen vakiovuokäyrä-parven lineaarisen approksimaation toteuttava käyräparvi-laskin. Sisääntulosuureet ovat moottorin staattorijännitteen eli invertterin ohjearvojännitteiden taajuus fs ja roottorivirran taajuus fr. Itseisarvoltaan suurilla ohjearvo jännitteiden taajuuksilla fs ohjearvojännitteiden amplitudi As saadaan yhdistämälllä ohjearvojännitteiden taajuus fs roottorivirran taajuudesta fr saatavaan korjauskompo-nenttiin Kl, jota voidaan säätää trimmerillä TM3, yhteen-laskuelimessä 23. Näin saatava ohjearvojännitteiden amplitudi viedään positiivisilla ohjearvojännitteiden taajuuksilla fs diodiin D7 ja diodikynnysvirheen korjauspiiriin 27, jonka ulostulosta saadaan amplitudi As. Tämän jälkeen amplitudi As ohjataan kolmivaiheoskillaattorilie 4, jossa invertterin ohjearvojännitteet voidaan muodostaa. Diodikynnysvirheen korjauspiiri 27 muodostuu vahvistimesta 28, diodista Dll ja vastuksesta R2. Negatiivisilla ohjearvo-jännitteiden taajuuksilla fs amplitudi viedään ensin itse isarvovahvistimeen 24, jossa negatiivisesta amplitudista saadaan positiivinen, ja sitten diodin D8 kautta diodikyn- n 79209 nysvirheen korjauspiiriin 27.

Pienillä ohjearvojännitteiden taajuuksilla fs muodostetaan ohjearvojännitteiden amplitudi As viemällä roottorivirran taajuudesta fr muodostettava korjauskomponentti K2 ensin yhteenlaskuelimeen 25 korjauskomponentin K2 yhdistämiseksi peruskäyrän minimiarvoon KO. Positiivisilla rootto-virran taajuuden fr arvoilla saadaan vahvistimesta amplitudi, joka muodostuu korjauskomponentin K2 ja peruskäyrän minimiarvon KO summasta kuvion 3b mukaisesti. Amplitudi As viedään diodin D9 kautta diodikynnysvirheen korjausDiiriin 27. Negatiivisilla roottorivirran taajuuden fr arvoilla yhdistetään yhteenlskuelimestä 25 saatu suure uudelleen peruskäyrän minimiarvoon KO yhteenlaskuelimessä 26, josta saaatu amplitudi ohjataan korjauspiiriin 27 diodin D10 kautta amplitudin As muodostamiseksi. Roottorivirran taajuudesta fr muodostettavaa korjauskomponenttia K2 voidaan säätää trimmerillä TM4. Peruskäyrän minimiarvoa KO voidaan säätää trimmerillä TM5.

Kuviossa 4 on esitetty nykyaikainen ratkaisu kolmivaiheos-killaattorin toteuttamiseksi. Tulosuureina ovat ohjearvo-jännitteiden taajuus fs ja amplitudi As. Itseisarvoelimessä 29 muodostetaan ohjearvojännitteiden taajuuden fs itseisarvo, joka sen jälkeen syötetään jänniteohjattuun oskillaattoriin 30. Tämän lähtönä on sakara-aalto, jonka taajuus vastaa ohjearvojännitteiden taajuuta fs. Ylösalaslaskurin 33, jonka laskusuunnan määrää komparaattori 34 ja jonka tulosuureena oleva sakara-aalto saadaan oskillaattorista 30, rinnakkaismuotoista lähtöä käytetään kolmen muistin 31a - 31c osoitteena. Komparaattori 34 ilmaiseen ohjearvo-jännitteiden taajuuden fs etumerkin ja siten ohjattavan moottorin pyörimissuunnan. Muistipiireihin 31a - 31c on tallennettu kunkin ohjearvojännitteen käyrämuoto 120 asteen vaihe-erolla toisistaan, jolloin saadaan symmetrinen digi- 12 79209 taalikoodattu kolmivaihejärjestelmä muistien 31a - 31c ulostuloihin. Digitaalisanat johdetaan kolmeen identtiseen digitaalianalogiamuuntimeen 32a - 32c vastaavien analogisten ohjearvojännitteiden Va*, Vb* ja Vc* aikaansaamiseksi. Jännitteiden Va*, Vb* ja Vc* amplitudin säätö tapahtuu tässä vaiheessa kätevästi digitaalianalogiamuuntimien 32a - 32c referenssisisäänmenojen kautta käyräparvi laskimesta 3 tulevan amplitudiohjeen As avulla. Lopputuloksena on siis kolme amplitudiltaan ja taajuudeltaan säätyvää analogista ohjearvojännitettä Va*, Vb* ja Vc*, jotka muodostavat symmetrisen kolmivaihejärjestelmän.

Kuvioissa 5a ja 5b on esitetty edistyksellisen, superpo-nointiperiaatteella toimivan jännitesäätäjän toimintaa ja rakennetta. Kuvion 5a mukainen jännitesäätäjä soveltuu keksinnön mukaisessa invertterin ohjauslaitteistossa puls-sileveysmodulaatioasteelle menevän yhden vaiheen ohjausjän-nitteen säätöön. Tarkastellaan seuraavassa keksinnön mukaisen jännitesäätäjän toimintaa kuvioiden 5a ja 5b avulla vaiheessa A. Jännitesäätäjän tulosuureina ovat takaisinkyt-kentäsuureena saatava invertterin ulostulosta mittauseli-mellä 9a mitattu jännite Va sekä ohjearvojännite Va*. Jännitesäätäjä koostuu oloarvojännitteen muodostuspiiristä 35 ja pulssileveysmodulaattorin ohjausjännitteen Va' muodostuspi iristä 36. Oloarvojännitteen muodostuspiirissä 35 yhteenlaskuelin 37 muodostaa kuvion 5b synteettisen nolla-tason VO. Synteettinen nollataso VO, jonka taajuus on kolminkertainen perustaajuuteen verrattuna, saadaan yhdistämällä tasasuuntaajalla 16 kokoaaltotasasuunnatun sykkivän tasajännitteen, joka esiintyy kondensaattorin Cl navoissa, kuviossa 5b esitetyt positiivinen jännite pUl ja negatiivinen jännite nUl vaihtojännitteeksi VO. Yhteenlaskuelimessä 38 yhdistetään oloarvojännitteeksi synteettisen nollatason vaihtojännite VO invertterin ulostulosta mitattuun jännitteeseen Va.

13 79209

Pulssileveysmodulaattorin ohjausjännitteen muodostuspiiris-sä 36 muodostaa eroelin 39 oloarvojännitteen ja ohjearvo-jännitteen Va* erotuksen, jota erotusta säädetään integroivalla vahvistimella 40. Vahvistimen 40 vahvistusta voidaan muuttaa trimmerin TM6 avulla. Yhteenlaskuelimessä 41 super-ponoidaan ohjearvojännite Va* sekä ohjearvojännitteen Va* ja oloarvojänitteen erotuksesta muodostettu korjauskompo-nentti pulssileveysmodulaattorin 6a ohjausjännitteeksi Va'. Eroelimenä 39 toimii yhteenlaskupiiri, jonka toinen sisään-tulosuure on negatiivinen. Muissa vvaiheissa olevien jänni-tesäätäjien 5b ja 5c toiminta on samanlainen kuin vaiheessa A olevan jännitesäätäjän 5a.

Tässä yhteydessä on huomioitava varastoitumisajän (storage time) vaikutus. Kun siis virrallisena olevalta transistorilta poistetaan kantavirta, niin tämä transistori johtaa vielä parikymmentä mikrosekuntia. Tänä aikana ei parina olevaa transistoria saa vielä avata, jottei synny oikosul-kutilannetta. Vasta kannan varauksen loputtua transistori lakkaa johtamasta. Kuviossa 6 esitetty tehoasteen transistorin ohjain koostuu viivepiiristä 42 sekä varsinaisesta ohjainpiiristä 43. Epäsymmetrinen viive transistorin ohjaukseen saadaan hystereesiveräjän 44 avulla, jotta transis-torinavan toinen transistori, esimerkiksi T2 ei ala johtaa ennenkuin transistori Tl on lakannut johtamasta. Kytkennän viiveen määrää vastuksen R3 ja kondensaattorin C2 tulo.

Diodi D12 tarvitaan, jotta poiskytkentä olisi viiveetön. Sisääntulosignaali A on jokin ohjainten sisääntulosignaa-leista Ai, A2, Bl, B2, Cl tai C2.

Ohjainpiirissä 43 on kaksi kelluvaa teholähdettä. Negatiivinen lähde tarvitaan, jotta saataisiin tehokas negatiivinen kantavirta poiskytkennän nopeuttamiseksi. Nämä kaksi kelluvaa jännitettä aikaansaadaan tasasuuntausdiodeilla i4 79209 D13 - D20 ja suodatuskondensaattoreilla C3 ja C4. Ohjain-piirin 43 virtalähteenä toimii suurtaajuinen hakkurivirta-lähde 45, jonka muuntajan TRI toisiossa on riittävän monta käämiä tarpeellisten kelluvien virtalähteiden muodostamiseksi. Energia syötetään muuntajasta TRI. Optoerotin 46 syöttää vastuksen R4 kautta ohjaimen päätetransistoreita T8 jA T9. Nämä transistorit muodostavat kaksoisemitteriseuraa-jakytkennän.

Diodi D21 on ns. Baker-diodi. Se estää varsinaisen teho-transistorin ohjautumisen kyllästykseen. Tämä pienentää ja vakioi varastoitumisaikaa. Edelleen transistorin poiskyt-kentäteho vähenee diodin ansiosta. Vastus R4 tarvitaan, jotta Baker-diodi D21 toimisi oikein. Kohta O/E on oskil-laattorielektroniikan maa. Diodi D22 on optoeristimen 46 suojadiodi. Ohjaimen ulostulosignaaleina saadaan esimerkiksi transistoria Tl ohjaavat signaalit C, B ja E.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu ainoastaan yllä esitettyyn esimerkkiin, vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Transistoreilla toteutetun transistor i-invertterin ohella voidaan keksinnön mukaista laitteistoa käyttää myös esimerkiksi GTO-tyristoreilla toteutettavassa GTO-tyristori-invertterissä.

Claims (10)

15 79209

1. Laitteisto hissin vaihtovirtamoottoria syöttävän kolmivaiheisen invertterin ohjaamiseksi, jossa invertterissä tehoaste on toteutettu puolijohdekytkimillä, ja johon laitteistoon kuuluu sinänsä tunnettu ohjauselektroniikkayk-sikkö (1) nopeuden ohjearvon (v*) ja takometrigeneraattori (11) nopeuden oloarvon (v) muodostamiseksi, jännitteenmit-tauselimet (9a-9c) vaihejännitteiden mittaamiseksi invertterin ulostulosta, sinänsä tunnetut pulssileveysmodulaatto-rit (6a-6c), ohjaimet (7a-7f) invertterin tehoasteen (17) puolijohdekytkimien ohjaamiseksi pulssileveysmodulaatto-reista (6a-6c) saatavilla ohjaussignaaleilla (Al,A2,Bl,B2,Cl,C2) sekä nopeussäätäjä (2) roottorivirran taajuuden (fr) ja ohjearvojännitteiden taajuuden (fs) muodostamiseksi nopeuden oloarvosta (v) ja ohjearvosta (v*), tunnettu siitä, että laitteistossa on käyräparvilaskin (3), jolla muodostetaan ohjearvojännitteiden amplitudi (As) roottorivirran taajuudesta (fr) ja ohjearvojännitteiden taajuudesta (fs) approksimoimalla lineaarisesti moottoria kuvaavaa vakiovuokäyräparvea, kolmivaiheoskillaattori (4) ohjearvojännitteiden (Va*,Vb*,Vc*) muodostamiseksi ohjearvojännitteiden taajuudesta (fs) ja amplitudista (As) sekä jännitesäätäjät (5a-5c) pulssileveysmodulaattoreiden (6a-6c) ohjausjännitteiden (Va ' ,Vb',Vc' ) muodostamiseksi ohjearvojännitteistä (Va*,vb*,Vc*) ja invertterin ulostulosta saatavista oloar-vojännitteistä (Va,Vb,Vc).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nopeussäätäjässä (2) on eroelin (18) nopeuden oloarvon (v) ja ohjearvon (v*) erotuksen muodostamiseksi, P-säätäjä (19) ja I-säätäjä (20) nopeuden oloarvon (v) ja ohjearvon (v*) erotuksen säätämiseksi, yhteenlaskue- ie 79209 Iin (21) P-säätäjän (19) ja I-säätäjän (20) ulostulosignaalien yhdistämiseksi nopeuden ohjearvoon (v*) roottorivirran taajuuden (fr) muodostamiseksi ja yhteenlaskuelin (22) ohjearvojännitteiden taajuuden (fs) muodostamiseksi rootto-rivirran taajuudesta (fr) ja nopeuden oloarvosta (v).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että käyräparvi laskimessa (3) on ohjearvojännitteiden amplitudin (As) muodostamiseksi moottoria kuvaavan vakiovuokäyräparven avulla pieniä invertte-rin ohjearvojännitteiden taajuuksia (fs) lukuunottamatta ensimmäinen yhteenlaskuelin (23) roottorivirran taajuuteen (fr) verrannollisen ensimmäisen korjauskomponentin yhdistämiseksi ohjearvojännitteiden taajuuteen (fs), itseisarvo-vahvistin (24) amplitudin itseisarvon muodostamiseksi negatiivisilla ohjearvojännitteiden taajuuksilla (fs) ja ensimmäinen säätöelin (TM3) roottorivirran taajuudesta (fr) riippuvan ensimmäisen korjauskomponentin säätämiseksi, mainittujen pienten taajuuksien (fs) kohdalla olevan epälineaarisen kohdan approksimoimiseksi vaakasuoralla viivao-suudella toinen yhteenlaskuelin (25) käyrän minimiä approksimoivan vaakasuoran osan muodostamiseksi positiivisilla ohjearvojännitteiden taajuuksilla (fs), kolmas yhteenlasku-elin (26) peruskäyrän minimiarvon (KO) lisäämiseksi toisesta yhteenlaskuelimestä (25) saatavaan amplitudiarvoon negatiivisilla ohjearvojännitteiden taajuuksilla (fs), toinen säätöelin (TM4) roottorivirran taajuudesta (fr) riippuvan korjauskomponentin (K2) säätämiseksi ja kolmas säätöelin (TM5) peruskäyrän minimiarvon (KO) säätämiseksi sekä amplitudin (As) muodostamiseksi käyrän eri osissa kutakin käyrän osaa vastaavan haaran päässä diodi (D7-D10) ja niihin kytketty diodikynnysvirheen korjauspiiri (27).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kolmivaiheoskillaattorissa i7 79209 (4) on itseisarvoelin (29) ohjearvojännitteiden taajuuden (fs) itseisarvon muodostamiseksi, jänniteohjattu oskillaattori (30) taajuudeltaan ohjearvojännitteiden taajuuteen (fs) verrannollisen sakara-aallon muodostamiseksi, muistipiirit (31a-31c) kunkin ohjearvojännitteen käyrämuodon tallettamiseksi, digitaalianalogiamuuntimet (32a-32c) digitaalimuodossa olevien ohjearvojännitteiden muuttamiseksi analogisiksi jännitteiksi (Va*,Vb*,Vc*), ylösalaslaskuri (33) muistipiirien (31a-31c) osoitteen muodostamiseksi sekä komparaattori (34) ohjearvojännitteiden taajuuden (fs) etumerkin ja siten moottorin pyörimissuunnan ilmaisemiseksi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kussakin jännitesäätäjäs-sä (5a-5c) on oloarvojännitteen muodostuspiiri (35) oloar-vojännitteen muodostamiseksi invertterin ulostulosta mitatusta jännitteestä (Va) sekä ohjausjännitteen muodostuspiiri (36) pulssileveysmodulaattorin ohjausjännitteen (Va') muodostamiseksi oloarvojännitteestä ja ohjearvojän-nitteestä (Va*).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että oloarvojännitteen muodostuspiiri (35) on toteutettu pääasiassa kolmivaihejännitteestä kokoaaltotasa-suunnatun sykkivän tasajännitteen positiivisen jännitteen (pUl) ja negatiivisen jännitteen (nUl) yhdistävällä yhteen-laskuelimellä (37) sekä invertterin ulostulosta mitatun jännitteen (Va) näin saatuun vaihtojännitteeseen (VO) yhdistävällä yhteenlaskuelimellä (38).

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että ohjausjännitteen muodostuspiiri (36) on toteutettu pääasiassa oloarvojännnitettä ohjearvojännitteeseen (Va*) vertaavalla eroelimellä (39), tämän erotuksen 18 79209 integroivalla vahvistimella (40) sekä yhteenlaskuelimellä (41), jonka avulla saatu erosuure on superponoitavissa ohjearvoon (Va*) vaihtovirtamoottorin senhetkistä tilaa huomioivaksi ohjausjännitteeksi (Va').

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kussakin ohjaimessa (7a-7f) on viivepiiri (42) puolijohdekytkimen kytkentävii-veen vuoksi sekä optoerottimella (46) varustettu puolijohdekytkimen ohjainpiiri (43).

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että invertteri on transisto-ri-invertteri, jossa tehoasteen (17) ohjattavina puolijoh-dekytkiminä ovat transistorit (T1-T6).

10. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että invertteri on GTO-tyristori-invertteri, jossa tehoasteen ohjattavina puolijohdekytkiminä ovat GTO-tyristorit. 19 79209