|
Abstract:
|
Työssä tutkittiin erilaisten modulointimenetelmien vaikutuksia taajuudenmuuttajien aiheuttamiin yhteismuotoisiin jännitteisiin kolmella eri taajuudenmuuttajatopologialla, kaksitasoisella jännitevälipiirillisellä taajuudenmuuttajalla, kolmitasoisella jännitevälipiirillisellä taajuudenmuuttajalla ja matriisikonvertterilla. Yhteismuotoista jännitettä pidetään suurtaajuisten laakerivirtojen perimmäisenä aiheuttajana. Yhteismuotoisen jännitteen aiheuttaa taajuudenmuuttajien ohjaustapa, pulssinleveysmodulointi. Yhteismuotoinen jännite koostuu jyrkistä pulsseista, joiden nousunopeudet ovat suuria, ja se muuttuu aina, kun suuntaajien kytkimet vaihtavat tilaansa. Jyrkät pulssit yhteismuotoisessa jännitteessä aiheuttavat moottorikäytön yhteismuotoiseen virtapiiriin suurtaajuisen yhteismuotoisen virran, joka aiheuttaa kiertäviä laakerivirtoja ja akselin maadoitusvirtoja. Yhteismuotoisen jännitteen tasot puolestaan vaikuttavat moottorin hajakapasitanssien kapasitiivisen jännitteenjaon kautta kapasitiiviseen purkausvirtaan. Työn tavoitteena oli löytää kullekin topologialle optimaalisia modulointimenetelmiä, joiden avulla yhteismuotoisen jännitteen pulssien muutoksen suuruutta, esiintymistiheyttä sekä jännitetasoja saadaan pienennettyä ilman, että suuntaajien varsinaiset lähtöjännitteet säröytyvät liiaksi. Kaikki modulointimenetelmät perustuvat avaruusvektorimodulointiin, yhteensä menetelmiä tutkittiin 13. Tutkimus suoritettiin tietokonesimuloinnein. Simulointimalleissa kaksi- ja kolmitasoisten taajuudenmuuttajien välipiireihin oletettiin vakiotasajännitteet. Matriisikonvertterin osalta simulointiympäristöstä puolestaan pyrittiin luomaan parametreiltaan mahdollisimman hyvin muita topologioita vastaava. Simulointimalleissa käytettiin ideaalisia kytkinmalleja, jolloin jokaisella topologialla kytkennöistä muodostuu yhtä nopeita. Siten yhteismuotoisen jännitteen pulssien nousu-nopeutta mallintaa jänniteaskeleen muutoksen suuruus. Tutkimustulosten perusteella voidaan todeta erilaisten modulointimenetelmien vaikuttavan yhteismuotoisen jännitteen pulssien lukumäärään sekä muodostuviin jännitetasoihin. Jänniteaskeleiden muutoksen suuruuteen vaikuttaa ainoastaan käytettävä taajuudenmuuttajatopologia. Jokaiselle topologialle valittiin eri vertailukriteerit huomioiden potentiaalisin modulointimenetelmä, joiden aiheuttamaa yhteismuotoista virtaa simuloitiin yksinkertaisella yhteismuotoisen virtapiirin mallilla. Yhteismuotoisen virran simulointien perusteella parhaat tulokset saavutetaan kolmitasoisella taajuudenmuuttajalla, jolla yhteismuotoisen jännitteen askeleiden muutoksen suuruudet ovat tutkituista topologioista pienimmät. |