Oikosulkumoottorikäytön kokonaishäviöiden pienentäminen vaihtosuuntaajan kytkentätaajuuden valinnalla

Abstract

Tässä työssä tutkitaan vaihtosuuntaajan kytkentätaajuuden vaikutusta oikosulkumoottorik käytön kokonaishäviöihin. Jännitevälipiirillisellä taajuusmuuttajalla syötetylle oikosulkumoottorille kehitetään simulointimalli, jonka avulla voidaan analysoida vaihtosuuntaajan kytkentätaajuuden ja käytön toimintapisteen vaikutusta taajuusmuuttajassa ja oikosulkumoottorissa syntyviin häviöihin. Lisäksi työssä toteutetaan käytön tulotehon minimin löytävä hakumenetelmäpohjainen kytkentätaajuuden valinta-algoritmi. Simuloituja vaihtosuuntaajan häviöitä verrataan kirjallisuudessa esitetyillä analyyttisillä menetelmillä saatuihin tuloksiin. Oikosulkumoottorin osalta simuloituja yliaaltojen aiheuttamia häviöitä verrataan sekä analyyttisesti että elementtimenetelmällä laskettuihin tuloksiin. Simulointien avulla esitetään, kuinka kytkentätaajuus vaikuttaa käytön häviöihin ja kuinka käytön toimintapiste vaikuttaa häviöiden kannalta optimaalisen kytkentätaajuuden arvoon. Lopuksi kytkentätaajuuden säätöalgoritmin toimintaa havainnollistetaan pysyvässä tilassa ja muuttuvassa toimintapisteessä.

This thesis deals with the influence of the inverter switching frequency on the total power losses of an induction motor drive. A simulation model is developed for a voltage source converter and an induction motor in order to analyze the effect of the inverter switching frequency and the operating point of the drive on the losses dissipated in the converter and the induction motor. In addition, a search algorithm is implemented for the switching frequency giving the minimum input power of the drive. Simulated inverter losses are compared with the results of analytical methods presented in literature. Losses induced in the induction motor by harmonics are compared with the results of both analytical methods and the finite element method. The impact of the switching frequency on drive losses and the impact of the operating point on the optimal switching frequency value are also presented. Finally, the operation of the switching frequency control is illustrated in a steady state and as the operating point changes.