Kaksikääminen oikosulkumoottori redundanttisessa taajuusmuuttajaohjauksessa
Kropsu, Jaakko (2019)
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
Tiivistelmä
ABB oy:n Moottorit ja Generaattorit -yksikkö halusi tutkia kaksikäämisen oikosulkumoottorin suorituskykyä redundanttisessa eli rinnakkaisessa taajuusmuuttajakäytössä. Redundanttinen moottori ja taajuusmuuttajasyöttö ovat kiinnostavia erityisesti sähköisen propulsion eli työntövoiman näkökulmasta. Oikosulkumoottori sisältää kaksi kolmivaiheista staattorikäämitystä, joita syötetään redundanttisesti kahdella taajuusmuuttajalla. Redundanttisen syötön on tutkittu aiheuttavan kuitenkin ongelmia moottorin ohjaukseen ja suorituskykyyn. Kahden käämin ohjauksessa taajuusmuuttajien välillä voi esiintyä häiriöitä, jotka kasvattavat moottorin häviöitä ja heikentävät säädön stabiilisuutta. Erillissäätö on kiinnostava säätötapa sen yksinkertaisuuden vuoksi, mutta tutkimustietoa sen toimivuudesta ei ole vielä paljoa saatavilla.
Työn teoriaosuudessa käsitellään kaksikäämisen oikosulkumoottorin induktanssit ja yliaaltojen syntymekanismit, sekä tutkitut kaksikäämisten staattorien asettelut. Fcsmek-ohjelmaa hyödyntäen suunniteltiin kaksikääminen staattori, ja moottorin toimintaa mallinnettiin kahdella taajuusmuuttajalla syötettynä erilaisilla käämien asetteluilla. Laskelmien perusteella valittiin paras käämien asettelu ja Fcsmek-laskelmaan perustuen valmistettiin kaksikäämisen moottorin prototyyppi, jonka suorituskyky selvitettiin mittauksilla.
Työssä vahvistettiin aikaisemmissa tutkimuksissa tehty havainto, että mallinnetuista kytkennöistä YY30-kytkentä sopii parhaiten kaksikäämisen staattorin asetteluksi. Prototyyppimoottorin mittauksissa selvisi, että matalan taajuuden 5. ja 7. yliaalto ovat hieman korkeammat kaksikäämimoottorissa verrattuna kolmivaiheiseen moottoriin, mutta suhteessa virran perusaaltoon yliaaltojen amplitudit ovat pieniä. Kaksikäämisessä oikosulkumoottorissa erillissäädöstä ja moottorin rakenteesta aiheutui muutaman asteen suuruista ylimääräistä lämpenemistä johtuen staattorikäämeissä kiertävistä kytkentätaajuisista yliaalloista ja virtojen epäsymmetriasta toisessa käämissä.
Työn teoriaosuudessa käsitellään kaksikäämisen oikosulkumoottorin induktanssit ja yliaaltojen syntymekanismit, sekä tutkitut kaksikäämisten staattorien asettelut. Fcsmek-ohjelmaa hyödyntäen suunniteltiin kaksikääminen staattori, ja moottorin toimintaa mallinnettiin kahdella taajuusmuuttajalla syötettynä erilaisilla käämien asetteluilla. Laskelmien perusteella valittiin paras käämien asettelu ja Fcsmek-laskelmaan perustuen valmistettiin kaksikäämisen moottorin prototyyppi, jonka suorituskyky selvitettiin mittauksilla.
Työssä vahvistettiin aikaisemmissa tutkimuksissa tehty havainto, että mallinnetuista kytkennöistä YY30-kytkentä sopii parhaiten kaksikäämisen staattorin asetteluksi. Prototyyppimoottorin mittauksissa selvisi, että matalan taajuuden 5. ja 7. yliaalto ovat hieman korkeammat kaksikäämimoottorissa verrattuna kolmivaiheiseen moottoriin, mutta suhteessa virran perusaaltoon yliaaltojen amplitudit ovat pieniä. Kaksikäämisessä oikosulkumoottorissa erillissäädöstä ja moottorin rakenteesta aiheutui muutaman asteen suuruista ylimääräistä lämpenemistä johtuen staattorikäämeissä kiertävistä kytkentätaajuisista yliaalloista ja virtojen epäsymmetriasta toisessa käämissä.