FI61252B - Ljuddaempningskrets foer tyristorstyrd elmotor - Google Patents

Description

rBl KUULUTUSJUUKAISU 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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on mm. se, että sarjaresonanssi-piiri voidaan tehdä suhteellisen pienillä kapasitanssi- ja induktanssi- 3 61252 arvoilla toimivaksi verrattuna tunnettuihin ratkaisuihin.

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.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää erästä tunnettua äänenvaimennusratkaisua,

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista äänenvaimennuspiiriä,

Kuviot 3 ja 4 esittävät käyrinä tyristorisi 1lan antamaa jännitteen aaltomuotoa sekä vastaavaa ankkurivirran muotoa.

Kuvio 5 esittää yksinkertaistettua kytkentää, joka vastaa periaatteellisesti keksinnön mukaista kytkentää.

Kuvio 6 esittää erästä sovellutusmuotoa, jossa vaimennetaan myös yliääniä ja

Kuvio 7 esittää keksinnön mukaista ratkaisua sovellettuna erääseen erikoistapaukseen.

^ 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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-