Vaihtosähkösuodatus invertterin lähdössä

Abstract

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Sähkötekniikan koulutusohjelma Sähkövoimatekniikka Toni Hämäläinen Vaihtosähkösuodatus invertterin lähdössä Tutkintotyö 75 sivua + Liitteet 4 Työn ohjaaja Diplomi-insinööri Lauri Hietalahti Työn tilaaja Cargotec Finland Oy, valvojana Teknikko Jari Mäkelä Toukokuu 2010 Hakusanat Suodatus, Siirtofunktio, MATLAB ______________________________________________________________

TIIVISTELMÄ

Taajuusmuuttajalla syötettäviä sähköverkkojen määrä on lisääntynyt parissa vuosikymmenessä rajusti. Cargotecin konttilukissa on käytössä taajuusmuuttajalla syötetty verkko. Kuormituksien herkkyyden vuoksi taajuusmuuttajan invertterin aiheuttaman signaalin säröytymistä täytyy suodattaa vaihtosähkösuotimella. Tämän työn tarkoituksena on tutustua häiriön aiheuttajaan, selvittää erityyppisien suodattimien toimintaa ja käsitellä suodatinta fyysisenä kokonaisuutena. Työssä tarkastellaan kuormitusten syöttöä sekä konttilukin että yleisen sähkönjakeluverkon kannalta.

Työn simuloinnit ovat teoreettisia. Tarkoituksena on selkeiden kuvien ja laskenta hyvien esimerkkien avulla todentaa teoriaa. Konttilukin sähköverkosta rakennettiin MATLAB-ohjelmistolla malli. Mallin avulla simuloitiin erilaisia suodatin topologioita eri kuormitus- ja kytkentävariaatioilla. Simulaatioita vertailtiin keskenään, jolloin tuloksiin saatiin vertailtavuutta.

Tutkimusten päätyttyä selvisi, että alkuperäisessä simulaatiomallissa oli käytetty virheellistä suodatinmitoitusta. Virheen selvittyä tutustuttiin suodattimen matemaattiseen mitoittamiseen alan ammattilaisten johdolla. Matemaattinen mitoitus mahdollisti simulaation halutunlaisen toiminnan, mallin sähköverkko ei kuitenkaan täysin vastannut lukin oikeaa sähköverkkoa. Ohjelmistolla sai kuitenkin mallinnettua suodatintopologiat riittävällä tarkkuudella, jotta tulokset olivat luotettavia ja vertailukelpoisia. Lisäksi perehdyttiin suodattimien fyysiseen rakenteeseen ja standardien mukaiseen suojaukseen.

Työn tuloksena havaitsimme hyvin kuinka tarpeellinen laite suodatin on. Herkkää kuormaa syötettäessä suodatin tasoittaa säröytyneen vaihtosignaalin lähes puhtaaksi siniaalloksi. Signaalista poistetaan samalla haitallisia yliaaltoja, jotka aiheuttavat laitteiden toiminnalle haittaa. Tulevaisuudessa konttilukin suodattimen toimintaa kannattaa kiinnittää erityistä huomiota. Sen toiminta vaihtelevissa olosuhteissa saattaa tuottaa ongelmia. Erinomainen tutkimuskohde on suodattimen tärinän sietokyky ja sen parantaminen sekä suodatuksen vaikutusten muuttuminen ylikuormilla.