190765. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés a kisfrekvenciás nzomatéklüktetések csökkentésére áraminverterrel táplált háromfázisú villamosgépeknél
3 190765 4 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés a kisfrekvenciás nyomatéklüktetéaek csökkentésére áraminverterrel táplált háromfázisú villamosgépeknél. A találmány olyan eljárás és kapcsolási elrendezés, melynek segítségével csökkenteni lehet az áraminverterrel táplált háromfázisú villamosgépek kisfrekvenciás nyomatéklOktetéseit. Az éraminverter a háromfázisú villamoBgép sztátor áram pillanat értékének adott alapjelre történő szabályozására alkalmas áramszabályozőval van ellátva. A kapcsolási elrendezés vezérelhető feszültségforrást, áraminvertert, inverter vezérlő egységet, áramszabályozót, áramalapharmonikus alapjel adót és aritmetikai egységet tartalmaz. A sztétor áram Park-vektor fázishelyzetét az éraminverter határozza meg, úgy, hogy az inverter vezérlő egység által meghatározott időpontokban a sztátor áram Park-vektort 60°-kal elfordítja. A sztátor áram pillanatértékét az áramszabályozó a vezérelhető feszültségforrás segítségével szabályozza az adott alapjelnek megfelelően. A találmány szerinti eljárás és kapcsolási elrendezés előnyösen felhasználható áraminverteres jármű hajtásoknál (vasúti és közúti járművek) az álló jármű egyenletes, lüktetésmentes nyomatékkai történő indítására. Ismeretes, hogy az áramszabályozóval ellátott áraminverterről táplált háromfázisú villamosgépeknél kisfrekvenciékon jelentős nyomatéklüktetés lép fel, ami egyenetlen fordulatszámot, ill. fordulatszám lengéseket idéz elő. Esetleges rezonancia esetén ez a gép, ill. a hajtás károsodásához is vezethet. Egy ilyen hajtás erősáramú hatás-vázlatát az 1. ábrán mutatja. Az Ut tápfeszültségből, amely egy vagy háromfázisú váltakozó, de lehet egyenfeszültség is, az 1 vezérelhető feszültségforrás, amely vezérelt áramirányítóból, vagy valamilyen szaggató kapcsolásból áll, és tartalmazza a gyújtásvezérlést is, változtatható kőzépértékű egyenfeszülteéget állít elő. Az 1 vezérelhető feszültségforrás a kimenetére csatlakozó 2 fojtótekerccsel egy vezérelhető áramgenerátort alkot, amely biztosítja a 3 éraminverter áramgenerátoros táplálását. A 3 áraminverter egy lehetséges megvalósítása látható a 2. ábrán. A 3 áraminverter tirisztorok és kommutéló körök segítségével megfelelő ütemben és sorrendben átkapcsolja a közbenső egyenáram kör áramát a 4 háromfázisú villamosgép, pl. kalickás aszinkron-motor, egyik fázisáról a másikra. Az eredő gerjesztés iránya a gépben minden kapcsolásnál 60s-kal elfordul. Végül is az egymást követő 60°-os ugrások hozzák létre a forgómezőt a motorban. A sztátor-áram I Park-vektor, végpontjának pályája a 3. ábrán láthatóan hatszög alakú. Kisfrekvenciékon (0-10 Hz), az az idő, amíg a sztétor-áram I Park-vektor, a hatszög oldalán végigfut, jóval rövidebb, mint ameddig a csúcspontban áll. A sztátoráram I Park-vektor, végpontja gyakorlatilag egy taktusnak megfelelő időt tölt egy csúcspontban. A taktus 60°-nak megfelelő időtartam, 360°-nak véve a sztátoráram I Park-vektor, egy teljes kór átfordulásának idejét, a 3 áraminverteren lezajló kommutáció kezdetétől a kővetkező kommutáció kezdetéig tart. Az előzőek értelmében a sztátor-áram I Park-vektor a 3. ábrán látható szabályos hatszög csúcspontjain „ugrál" körbe, hol elmaradva, hol megelőzve a kór mentén egyenletes sebességgel mozgó alapharmonikus sztátor-áram Park-vektort. Emiatt jelentős nagyságú lüktető nyomatékok lépnek fel, ami miatt kisfrekvenciékon a fordulatszám nem egyenletes, kis tömegek esetén jelentős fordulatszám-lengések alakulnak ki. A nagy lüktető nyomaték - idő területek rázzák a gépet. Ha a frekvenciájuk valamelyik mechanikai rezonancia frekvencia közelébe esik, akkor mechanikai károsodásokat is okozhatnak. Ezért ez az éllapot a hajtások nagy részében megengedhetetlen, akár azért, mert ilyen fordulatszámon kell szabályozni, akár az indulás miatt (pl. jármű hajtásoknál). A szakirodalomból ismeretes, hogy a nyomaték lüktetések kellemetlen hatásait a sztátor-áram un. impulzusmodulációjával ellensúlyozni lehet. Ez azt jelenti, hogy a 3. ábra látható sztátor-áram I Park-vektor, nem áll egyszerre 60°-ig egy csúcspontban, hanem a szomszédos csúcspontok között ideoda ugrál, így középértékben a hatszög oldaléra is kerülnek „pontok". Az egyes csúcspontokon való tartózkodási idők arányának megfelelő megválasztásával elérhető, hogy a sztátor-áram Park-vektor kőzépértéke megfelelő ütemben kövesse az alapharmonikust, ami a nyomatéklüktetések csökkentését eredményezi. Az ismertetett eljárással foglalkozik a DAS 2 236 763 lajstromszámú német szabadalmi leírás. Az ismertetett impulzusmoduléciós eljárás esetén, pillanatszerű kommutéciókat feltételezve, elméletileg tetszőlegesen kicsivé tehetők a lüktető nyomaték-idő területek. A gyakorlatban a kommutációs idők véges nagysága meghatározza a minimális impulzusszélességet. Ezért még optimális esetben is jelentős nyomatéklüktetések maradnak. Az említett eljárás további hátránya, hogy a lényegét alkotó, a taktuson belüli többszöri kommutáció járulékos veszteségeket okoz, mind a motorban (skin hatás, vasveszteség) mind az inverterben (kommutációs veszteségek). Jelen találmány szerinti eljárás célja, hogy az előzőekben ismertetett eljárások 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
