Taajuusmuuttajan virranrajoitusmallien vertailu

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2019-08-19
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
fi
Pages
9+61
Series
Abstract
Tässä diplomityössä tutkitaan eri virranrajoitusmallien vaikutusta taajuusmuuttajan elinikään ja suorituskykyyn. Työssä on tarkastelussa kahdeksan eri virranrajoitusmallia kahdelle eri taajuusmuuttajalle. Virranrajoitusmalleilla toteutetaan taajuusmuuttajan puolijohdekomponenttien ylikuormitussuojaus. Lähtövirran tehollisarvolle määritetään suurimmat mahdolliset arvot. Virta rajoitetaan näihin arvioihin, jos taajuusmuuttajan suunniteltu kuormitettavuus ylittyy. Taajuusmuuttajan elinikä määriteltiin vaihtosuuntaajan IGBT\hyp{}kytkimen eliniällä. Taajuusmuuttajille toteutettiin tehosyklitestit, joiden perusteella IGBT:n elinikä eri virranrajoitusmalleille laskettiin. Elinikä laskettiin mitatun jäähdytyselementin lämpötilan, laskettujen tehohäviöiden sekä simuloidun jäähdytyselementin ja liitoksen välisen lämpötilan avulla. Suorituskyky määriteltiin aikana, jolla taajuusmuuttaja saa kiihdytettyä moottorin levosta määriteltyyn loppunopeuteen tietyillä kuormitustyypeillä. Taajuusmuuttajille toteutettiin testit, joiden perusteella eri virranrajoitusmallien suorituskyvyt saatiin selville. Toteutettujen testien ja laskujen perusteella eri virranrajoitusmalleja vertailtiin keskenään. Elinikätulosten perusteella virran suuruudella sekä kestolla ja kytkentätaajuudella on suuri merkitys IGBT-kytkimen elinikään. Mitä suurempi virta ja kytkentätaajuus, sitä lyhyempi elinikä IGBT-kytkimellä on. Elinikätulosten perusteella ainoastaan virralla on merkittävä vaikutus taajuusmuuttajan suorituskykyyn. Mitä suurempi virta virranrajoitusmallilla on saatavilla, sitä parempi suorituskyky, eli moottori kiihtyy nopeammin.

In this thesis, the effect of different current limitation models on the lifetime and performance of the frequency converter are investigated. Eight different current limitation models for two different frequency converters are reviewed in this thesis. Current limitation models are used to implement the overload protection of semiconductor devices in the frequency converter. The maximum values for the output current are defined. The current is limited to these values if the designed loadability of the frequency converter is exceeded. The lifetime of the frequency converter was defined by the lifetime of the IGBT switch in the inverter. The lifetime of the IGBT for the different current limitation models was calculated based on power cycling tests performed to the frequency converters. The lifetime was calculated using the measured heat sink temperature, calculated power losses and simulated temperature between the heat sink and the junction. Performance was defined by the time it takes to accelerate the motor from standstill to a defined speed with different load types. Tests were performed to the frequency converters in order to determine the performance of the different current limitation models. Based on the performed tests and calculations, the different current limitation models were compared with each other. Based on the lifetime results, the magnitude and the duration of the current and the switching frequency have a great impact on the lifetime of the IGBT switch. The greater the current and the switching frequency, the shorter the lifetime of the IGBT switch. Based on the performance tests, only the magnitude of the current has a significant effect on the performance of the frequency converter. The higher the current available from the current limitation model the better the performance, that is, the motor accelerates faster.
Description
Supervisor
Kyyrä, Jorma
Thesis advisor
Leppäaho, Jari
Keywords
taajuusmuuttaja, virranrajoitusmalli, suojaus, elinikä, suorituskyky
Other note
Citation