DC-oikosulkulaskenta taajuusmuuttajan jännitevälipiirissä

Abstract

Insinöörityön aiheena oli selvittää multidrive-taajuusmuuttajan jännitevälipiirissä tapahtuvan DC-oikosulun laskentametodi invertterimoduulien kapasitanssien toimiessa energialähteinä. Päätarkoituksena oli löytää laskentametodi, jonka avulla saadaan prospektiivinen oikosulkuvirta laskettua Excel-ohjelmalla. Tavoitteena oli luoda ohjelma, johon käyttäjä määrittelee ABB:n tuotteiden mukaisen taajuusmuuttajan ja jossa on mahdollista muuttaa komponenttien parametrejä, saaden tarpeeksi hyvän lopputuloksen. Ohjelman tarkoitus on helpottaa DC-oikosulkulaskelmien laskentaa, jolloin käyttäjän ei tarvitse tietää monimutkaisia simulaatio-ohjelmia tai komponenttiarvoja.

Työn toteuttamiseksi oli selvitettävä taajuusmuuttajan rakenne ja kaikki asiat, jotka vaikuttavat oikosulkulaskentaan. Käyttäjän määrittelemä taajuusmuuttajan rakenne haluttiin ratkaista yksinkertaistetulla sähköpiirimallilla, joka antaa tarpeeksi riittävän tuloksen. Tämän työn ongelman ratkaisemiseen käytettiin erilaisia laskentametodeja kuten differentiaali-, Laplace- ja diskreettisiä metodeja. Laskelmien oikeellisuus varmistettiin vertaamalla tuloksia realistisiin simulaatioihin, jotka on mallinnettu ABB:n tekemistä oikosulkutesteistä.

Diskreettisellä metodilla saatiin tulokseksi laskettua oikosulkuvirran huippuvirta ja sen aika. Simulaatio-ohjelman ja yksinkertaistetun piirin välillä syntyy virhettä, jonka parantamiseen täytyy käyttää korjauskertoimia. Virhettä syntyy määriteltäessä kiskostojen impedanssien arvoja, koska ne ovat riippuvaisia virtojen muutostiloista.

Insinöörityön ratkaistulla laskentametodilla saadaan laskettua symbolisesti tarkkoja arvoja, mutta kiskojen impdedansseille on luotava kertoimet, jotka muuttuvat simulaatio-ohjelman tikapuumallin mukaisesti.

The purpose of this study was to find a method how to calculate DC shortcircuit current in VFDs DC link where capacitors were the only energy sources. Main objective was to examine ways how to implement the calculations to Excel so that all the component values could be changed and the results are sufficient enough. The outcome of the Excel was to save working tim e from the ABBs workforce, so that the user wouldn’t need to know how simulations work or to find proper component values.

First, the study goes through the structures of VFDs and tries to find the most important things that have an effect on rail to rail DC sort circuit. The objective was to make a simplified circuit of VFDs structure which would then be used in calculations. To be ensured that the calculations were valid, ABBs realistic simulations and standards were used and compared to the results. Tackling the problem, mathematical methods like differentials, discrete and Laplace were used.

As result, this project obtained a method how to calculate reasonable peak value of the prospective short circuit current and the time when it happens. The research also found all the main boundaries which were important to know when doing DC-short-circuit calculations. Correction factors need to be implemented in order to fix the error value. Also,the frequency of the short-circuit current needs to be studied more and these results can be used to find proper correction factors to rail impedances.