GTO-tekniikan soveltaminen liikennevälineen apukäyttövaihtosuuntaajaan

Abstract

Tasasähköverkosta syötettyjen kaupunkiliikennevälineiden ajo- ja apuenergian syöttö voidaan toteuttaa staattisten vaihtosuuntaajien avulla. Kuormittavina moottoreina voidaan tällöin käyttää kevyitä ja kestäviä oikosulkumoottoreita. Diplomityössä tarkastellaan hilalta sammutettavan tyristorin eli GTO:n soveltuvuutta liikennevälineen apukäyttövaihtosuuntaajan toteutukseen. Työssä selvitetään lyhyesti sovellutuksen invertterille asettamia erityisvaatimuksia. Tärkeimmät näistä ovat suuri jännitekestoisuus, kommutointikyvyn säilyminen myös alijännitteellä ja käyvän invertterin kyky käynnistää oikosulkumoottorikuorma. Tarkastelukohde on GTO-tyristori ja sen mahdollistama yksinkertainen vaihtosuuntaajakytkentä. Komponentin ominaisuuksia havainnollistetaan sekä transistorimallin että suojauspiirin sisältävän kytkintoiminnan avulla. Myös vaihtosuuntaajan kommutointitapahtuma analysoidaan lyhyesti. GTO-tekniikan huomattavimmat edut konventionaaliseen tyristoritoteutukseen verrattuna ovat tehoasteen yksinkertaisuus, nopeus ja kommutointikyvyn säilyminen syöttävän tasajännitteen muutoksista riippumatta. Työssä analysoidaan nopealle GTO-vaihtosuuntaajalle soveltuvaa pulssin leveysmodulaatiomenetelmää, sinikolmiovertailua. Osamodulaatioalueen, kytkentätaajuuden ja modulaatiosignaalin käyrämuodon vaikutuksia tarkastellaan tietokonesimulaation avulla. Tuloksien luotettavuuden lisäämiseksi suoritetaan joitakin vertailuja sekä kirjallisuustietoihin että tehtyihin kokeellisiin mittauksiin. Työssä perehdytään apukäyttöratkaisuun kuuluvan galvaanisen erotuksen toteutustapoihin. Nykyisin käytetyn pientaajuisen muuntajan vaihtoehdoksi esitetään vaihtosuuntaajan ja syöttöverkon väliin sijoitettavaa suurtaajuista DC-DC-muunnosta. Arvioidaan muutaman periaatteellisen ratkaisuvaihtoehdon keskeisiä teknisiä ominaisuuksia ja niiden kustannusvaikutuksia. /Kir09