LAAKERIVIRRAT TAAJUUSMUUTTAJAKÄYTÖSSÄ
Mäki-Valtari, Juha-Matti (2010)
Mäki-Valtari, Juha-Matti
2010
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
Tiivistelmä
Taajuusmuuttajakäyttöisten oikosulkumoottoreiden laakerivirrat saattavat lyhentää laakereiden elinikää merkittävästi etenkin, kun taajuusmuuttajien IGBT-kytkimien jännitteen muutosnopeudet kasvavat jatkuvasti.
Työn tavoitteena oli selvittää laakerivirtojen syntymekanismit ja menetelmät laakerivirtojen ehkäisemiseksi. Lisäksi työn tavoitteena oli toteuttaa taajuusmuuttajakäyttöön yhteismuotoinen suodin, jolla kiertävät laakerivirrat voidaan poistaa.
Kaikkien laakerivirtatyyppien pääasiallinen syy on taajuusmuuttajan vaihejännitteiden muutokset sähköistä maata vasten ja niistä muodostuva yhteismuotoinen eli common mode -jännite. Yhteismuotoinen jännite aiheuttaa yhteismuotoisen virran taajuusmuuttajakäyttöön, mikä aiheuttaa yhdessä yhteismuotoisen jännitteen kanssa kolmen tyyppisiä laakerivirtoja; kapasitiivisia laakerivirtoja, akselin maadoitusvirtoja ja kiertäviä laakerivirtoja.
Laakerivirtojen rajoittamiseksi on kehitetty vuosien mittaan lukuisia menetelmiä. Työssä esitellään tunnettuja laakerivirtojen rajoitusmenetelmiä sekä niiden ominaisuuksia. Lisäksi työssä tarkastellaan tarkemmin yhteismuotoisten kuristimien mitoituksessa huomioon otettavia seikkoja.
Osana työtä suoritettiin taajuusmuuttajalla ohjatulla 525 kW:n tehoisella oikosulku-moottorilla mittauksia, joissa tutkittiin yhteismuotoisten kuristimien vaikutusta yhteismuotoiseen virtaan ja akselijännitteeseen. Mittauksissa vertailtiin myös yhteismuotoisten kuristimien sijoittamista taajuusmuuttajan välipiiriin ja vaihtosuuntaajan moottorilähtöön. Lisäksi mittauksissa tutkittiin du/dt-suotimen vaikutusta yhteismuotoiseen virtaan ja akselijännitteeseen.
Työn tuloksena saatiin käsitys laakerivirtojen syntymekanismeista ja mahdollisista laakerivirtojen rajoitusmenetelmistä. Tutkimuksessa on esitetty myös menetelmä, jolla kiertävien laakerivirtojen rajoitusmenetelmiä voidaan vertailla. Työssä ei pystytty määrittämään yhteismuotoista induktanssia, jolla kiertävät laakerivirrat voidaan poistaa.
Työn tavoitteena oli selvittää laakerivirtojen syntymekanismit ja menetelmät laakerivirtojen ehkäisemiseksi. Lisäksi työn tavoitteena oli toteuttaa taajuusmuuttajakäyttöön yhteismuotoinen suodin, jolla kiertävät laakerivirrat voidaan poistaa.
Kaikkien laakerivirtatyyppien pääasiallinen syy on taajuusmuuttajan vaihejännitteiden muutokset sähköistä maata vasten ja niistä muodostuva yhteismuotoinen eli common mode -jännite. Yhteismuotoinen jännite aiheuttaa yhteismuotoisen virran taajuusmuuttajakäyttöön, mikä aiheuttaa yhdessä yhteismuotoisen jännitteen kanssa kolmen tyyppisiä laakerivirtoja; kapasitiivisia laakerivirtoja, akselin maadoitusvirtoja ja kiertäviä laakerivirtoja.
Laakerivirtojen rajoittamiseksi on kehitetty vuosien mittaan lukuisia menetelmiä. Työssä esitellään tunnettuja laakerivirtojen rajoitusmenetelmiä sekä niiden ominaisuuksia. Lisäksi työssä tarkastellaan tarkemmin yhteismuotoisten kuristimien mitoituksessa huomioon otettavia seikkoja.
Osana työtä suoritettiin taajuusmuuttajalla ohjatulla 525 kW:n tehoisella oikosulku-moottorilla mittauksia, joissa tutkittiin yhteismuotoisten kuristimien vaikutusta yhteismuotoiseen virtaan ja akselijännitteeseen. Mittauksissa vertailtiin myös yhteismuotoisten kuristimien sijoittamista taajuusmuuttajan välipiiriin ja vaihtosuuntaajan moottorilähtöön. Lisäksi mittauksissa tutkittiin du/dt-suotimen vaikutusta yhteismuotoiseen virtaan ja akselijännitteeseen.
Työn tuloksena saatiin käsitys laakerivirtojen syntymekanismeista ja mahdollisista laakerivirtojen rajoitusmenetelmistä. Tutkimuksessa on esitetty myös menetelmä, jolla kiertävien laakerivirtojen rajoitusmenetelmiä voidaan vertailla. Työssä ei pystytty määrittämään yhteismuotoista induktanssia, jolla kiertävät laakerivirrat voidaan poistaa.