Taajuusmuuttajamoduulien sulakesuojaus
Vähäjylkkä, Jari (2017)
2017
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
Tiivistelmä
Suuritehoiset taajuusmuuttajat koostuvat useista erillisistä tasasuuntaaja-, verkkosuun-taaja- ja invertterimoduuleista. Tavallisesti moduulit suojataan syötön puolelle sijoitetta-villa AC-sulakkeilla ja välipiirin puolella DC-sulakkeilla. Sulakkeilla pyritään suojaamaan moduuleita vaurioitumiselta tai rajoittamaan vaurioita. AC-sulakkeiden mitoituksella py-ritään suojaamaan tasasuuntaajan tai verkkosuuntaajan tehopuolijohteita. DC-sulakkeilla pyritään ainoastaan rajoittamaan vaurioita ja eristämään vikaantunut moduuli.
DC-sulakesuojauksen suunnittelussa on pohdittava eri vikaantumistapaukset läpi ja sen pohjalta päätettävä, milloin DC-sulakkeet ovat tarpeen asentaa moduulin yhteyteen. Pie-nemmissä taajuusmuuttajissa on usein mielekästä jättää osa DC-sulakkeista pois, kun taas suuremmissa taajuusmuuttajissa voi olla tarpeen asentaa ne kaikkiin moduuleihin. Täyttä varmuutta DC-sulakkeiden tarpeellisuudesta on hankala päätellä.
Tässä työssä selvitetään Ansys Simplorer -simulointityökalun avulla DC-sulakkeiden suorituskykyä yhden moduulin vikaantumistilanteessa, jossa moduulin sisällä syntyy jäykkä oikosulku välipiirin napojen välille. Näin voi tapahtua esimerkiksi välipiirin kon-densaattorin vikaantumisessa tai välipiirin kiskojen eristeiden vaurioiduttua.
Simulointi tehtiin kolmelle erikokoiselle taajuusmuuttajalle eri välipiirin jännitearvoilla. Taajuusmuuttajan syöttöä ja lähtöä ei ole kytketty vaan simuloinnissa on mukana ainoas-taan välipiiriin varastoitunut energia. Simulointia varten täytyi selvittää vikavirtapiirin eri komponenttien sähköiset arvot ja mitä arvoja piiristä halutaan mitata.
Simulointituloksista voitiin nähdä, miten sulakkeet toimivat eri kokoonpanoissa eri väli-piirin jännitteillä. Lisäksi voitiin havaita, miten yhden moduulin vikaantuminen näkyy muissa taajuusmuuttajan moduuleissa.
DC-sulakesuojauksen suunnittelussa on pohdittava eri vikaantumistapaukset läpi ja sen pohjalta päätettävä, milloin DC-sulakkeet ovat tarpeen asentaa moduulin yhteyteen. Pie-nemmissä taajuusmuuttajissa on usein mielekästä jättää osa DC-sulakkeista pois, kun taas suuremmissa taajuusmuuttajissa voi olla tarpeen asentaa ne kaikkiin moduuleihin. Täyttä varmuutta DC-sulakkeiden tarpeellisuudesta on hankala päätellä.
Tässä työssä selvitetään Ansys Simplorer -simulointityökalun avulla DC-sulakkeiden suorituskykyä yhden moduulin vikaantumistilanteessa, jossa moduulin sisällä syntyy jäykkä oikosulku välipiirin napojen välille. Näin voi tapahtua esimerkiksi välipiirin kon-densaattorin vikaantumisessa tai välipiirin kiskojen eristeiden vaurioiduttua.
Simulointi tehtiin kolmelle erikokoiselle taajuusmuuttajalle eri välipiirin jännitearvoilla. Taajuusmuuttajan syöttöä ja lähtöä ei ole kytketty vaan simuloinnissa on mukana ainoas-taan välipiiriin varastoitunut energia. Simulointia varten täytyi selvittää vikavirtapiirin eri komponenttien sähköiset arvot ja mitä arvoja piiristä halutaan mitata.
Simulointituloksista voitiin nähdä, miten sulakkeet toimivat eri kokoonpanoissa eri väli-piirin jännitteillä. Lisäksi voitiin havaita, miten yhden moduulin vikaantuminen näkyy muissa taajuusmuuttajan moduuleissa.