Kiertovirran vaikutukset verkkomuuntajassa

Abstract

Taajuusmuuttaja on tehoelektroniikkalaite, jolla voidaan optimoida sähkömoottorin pyörimisnopeus ja vääntömomentti käyttökohteen kannalta sopivaksi. Taajuusmuuttajan suuntaajan toiminta pakkokommutoituna mahdollistaa tehon suunnan muutoksen suuntaajassa. Pakkokommutoidun suuntaajan pääpiirin tasa- ja vaihtosuuntaukseen käytetään samaa ohjattua tehopuolijohteilla toteutettua suuntaajaa. Pakkokommutoitu suuntaaja on yleensä varustettu LCL-suotimella virta- ja jännitesärön minimoimiseksi.

Useamman pakkokommutoidun suuntaajan sovelluksissa suuntaajat yhdistetään välipiireistään yhteen vähintään yhden pakkokommutoidun suuntaajan ollessa kytkettynä kuormaan tai teholähteeseen. Johtuen pakkokommutoidun suuntaajan säädetystä moduloinnista sekä kuorman tai generaattorin loistehosta, muodostuu suuntaajavirtaan ylimääräisiä spektrikomponentteja perustaajuisten virtakomponenttien lisäksi. Yliaaltovirrat aiheuttavat lisähäviöitä pakkokommutoiduissa suuntaajissa ja verkon rajapinnan komponenteissa kuten muuntajissa ja suotimissa.

Työn tavoitteena oli tutkia järjestelmää, jossa kolme pakkokommutoitua suuntaajaa on yhdistetty kolmivaiheiseen tehomuuntajaan, jossa on yksi ensiö ja kolme toisiota. Suuntaajat eivät ole yhdistetty välipiireistään yhteen. Tämän lisäksi suuntaajien välipiireihin muodostuvat tehot ovat yhtäsuuret, mutta 120º vaihesiirrossa toisiinsa nähden. Tehon suuntaa voidaan myös muuttaa suuntaajien välipiireissä. Tästä johtuen tutkittava järjestelmä voi toimia suuntaajien välipiireihin liitettävänä kuormana tai teholähteenä. Kuormituksen loistehosta johtuen järjestelmän verkkorajapinnassa olevaan muuntajaan muodostuu häviöitä lisääviä kiertovirtoja, jotka rajautuvat muuntajatoisioiden puolelle häiritsemättä ensiötä.

Työn tuloksena saatiin muodostettua tutkittavaa järjestelmää kuvaava simulointimalli sekä prototyyppilaitteisto, joiden pohjalta kiertovirtojen syntyä ja vaikutusta voitiin tutkia järjestelmän muuntajassa. Lisäksi työssä saatiin johdettua kiertovirtojen syntyyn vaikuttavat tekijät ja kyseisten virtojen vaikutus tutkittavaan järjestelmään sekä erityisesti muuntajaan. Edellä mainituista tuloksista voitiin laskea muuntajan tehohäviöt vaihekohtaisesti.