Vastarinnankytketyn kytkinparin käyttäminen verkkovaihtosuuntaajassa

Abstract

Verkkovaihtosuuntaajassa käytetään tyypillisesti vaihekohtaisten jänniteohjeiden muodostamiseen vastarinnankytkettyä IGBT:n ja nolladiodin yhdistelmää. Kytkinparien avulla jänniteohje kytketään halutun ohjauskuvion mukaisesti vuorotellen positiiviseen ja negatiiviseen potentiaaliin. Tämän työn tavoitteena oli kehittää ratkaisu virran hallitsemiseksi sähköverkosta välipiirin päin, nolladiodin toiminnasta poiketen.

Työssä tutkittiin vaihtoehtoisia kytkimiä verkkovaihtosuuntaustopologiaan sijoitettavaksi ja todettiin sovelluksen kannalta sopivimmaksi kytkimeksi RB-IGBT (Reverse Blocking IGBT). Tutkittavaksi verkkovaihtosuuntaustopologiaksi muodostui kokonaisuus, missä jokaisen vastarinnankytketyn IGBT ja nolladiodi -parin tilalla käytetään vastarinnankytkettyä RB-IGBT paria. Nolladiodin korvaavalla RB-IGBT:lla käytettiin kiinteää +15 V hilajänniteohjetta. Muilta osin verkkovaihtosuuntaajaa ohjattiin kuten aikaisemminkin. RB-IGBT:lla toteutetun verkkovaihtosuuntaustopologian häviötehoa verrattiin perinteisen verkkovaihtosuuntaustopologian vastaaviin suureisiin. Virrantiheys- ja hyötysuhdevertailun perusteella todettiin, että tutkitulla RB-IGBT:lla varustettu topologia ei ole tällä hetkellä vielä häviöteknisesti riittävän hyvä. Topologia itsessään todettiin toimivaksi, joten voidaan todeta topologiassa olevan tulevaisuuden potentiaalia.

Työssä syvennyttiin myös virran katkaisukyvyn mahdollistamiin lisäominaisuuksiin, kuten avattavan kytkimen käyttämiseen ylivirtalaukaisussa ja virtareitin äkillisestä katkaisemisesta aiheutuviin seurauksiin. Todettiin, että virran katkaisutilanteessa verkkosuotimesta aiheutuva kytkimien yli myötäkytkeytynyt jännitepiikki on erittäin suuri ja se aiheuttaa kytkimien tuhoutumisen ilman erillistä suojauspiiriä. Lisäksi tutkittiin verkkovaihtosuuntaajan toimintaa varauksettoman välipiirin osalta, tilanteessa missä vaihtosuuntaajan tuloliittimille oli kytketty verkkojännite. Kyseinen uusi ominaisuus todettiin käyttökelpoiseksi, kunhan vuotovirtojen aiheuttama tehohäviö saadaan hallitusti jäähdytettyä.