Taajuusmuuttajakäytön aiheuttamien sähkömagneettisten häiriöiden tutkiminen

Abstract

Tehoelektroniikalla toteutetun metrokäytön on todettu aiheuttavan toimintahäiriöitä radan signalointilaitteisiin. Työn alkuosassa tutkitaan vaihtosuuntaajatekniikalla toteutetun metrokäytön synnyttämiä raiteiden ja akselien muodostamaan piiriin indusoituvia audiotaajuisia häiriöitä. Aluksi tarkastellaan kirjallisuuden pohjalta häiriöiden eri kytkeytymistapoja ja mahdollisia häiriölähteitä. Induktiivisesti kytkeytymien häiriöiden kytkeytymismekanismin ja mahdollisten häiriövuolähteiden selvittäminen luo pohjan kyseisen häiriön matemaattiselle käsittelylle. Varsinainen tutkimus tehtiin simuloimalla eri häiriövuolähteiden toimintaa ja mittaamalla syntyvä häiriöjännite. Analyysitulosten mukaan todettiin kyseisen vaihtosuuntaajatekniikalla toteutetun metrokäytön indusoiman häiriöjännitteen maksimiksi 5 mV. Työn jälkiosassa tutkitaan taajuusmuuttajan synnyttämiä radiohäiriöitä, niiden leviämistä syöttöverkkoon ja vaimentamista standardien määräämiin arvoihin. Tutkittava taajuusalue ulottuu 150 kHz:stä 30 MHz:iin. Aluksi tarkastellaan tutkittavan taajuusmuuttajan rakennetta ja toimintaa. Tältä pohjalta selvitetään radiohäiriön syntyä ja kulkeutumista syöttöverkkoon. Häiriövirtamittausten perusteella todettiin taajuusmuuttajan synnyttävän ensisijaisesti epäsymmetrisesti kytkeytyvän häiriön. Verkkoon leviävien häiriöiden vaimentamiseksi suunniteltiin yhteismuotoista häiriötä vaimentava suodatin. Tutkittaessa kyseisellä suodattimella varustetun taajuusmuuttajan synnyttämää häiriöjännitettä todettiin suodattimen vaimennus riittämättömäksi. Muutettaessa suodattimen rakennetta vaihekohtaisen vaimennuksen lisääminen paransi suotoa. Tästä voitiin päätellä taajuusmuuttajan synnyttävän myös tietyn suuruisen symmetrisen häiriöjännitteen. Häiriöiden vaimentamiseksi suodattimelta vaaditaan riittävän yhteismuotovaimennuksen lisäksi tietyn suuruinen vaihekohtainen vaimennus. /Kir10