3-vaiheisen tyristorisuuntaajan suunnittelu ja toteutus

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa kolmivaiheinen tyristorisuuntaaja Tampereen ammattikorkeakoulun sähkölaboratorion käyttöön. Työssä on selostettu vaihe vaiheelta laitteen koko suunnitteluelinkaari alustavista spesifikaatioista aina lopulliseen laitteistoon saakka.

Tyristorisuuntaajalla tarkoitetaan tässä yhteydessä laitetta, jonka avulla on mahdollista syöttää kolmivaiheisesta sähköverkosta tehoa DC-välipiiriin tai välipiiristä takaisin sähköverkkoon. Tehon suunta ja määrä ovat vapaasti aseteltavissa säätämällä tyristorisillan ohjauskulmaa. Tämän tyyppisiä laitteita on perinteisesti käytetty DC-moottorikäytöissä ja niiden jarrutusenergian talteenotossa. Tampereen ammattikorkeakoulun sähkölaboratoriossa laitteita käytetään useissa oppilastöissä.

Tässä työssä on käsitelty perinteistä verkkokommutoitua tyristorisuuntaajaa ja erityisesti tämän tyyppisen laitteen suunnittelunäkökohtia ja käytännön toteutusta. Työn erityisinä painoalueina ovat olleet prototyyppituotannon lisäksi laitteiston toimintavarmuuteen ja käyttöturvallisuuteen vaikuttavat näkökohdat, jotka tulee huomioida suunnitteluvaiheen aikana. Näiden lisäksi työssä on käyty läpi tyristorisuuntaajien teoriaa etenkin työssä toteutetun käytännön sovelluksen kannalta.

Työssä valmistettiin kaksi valmista yksikköä ja näihin varakortit tulevaisuuden huoltotarpeen varalta. Näiden yksiköiden ja varakorttien lisäksi laitteille laadittiin käyttöä ja huoltoa varten vaadittava dokumentaatio.

The purpose of this thesis was to design and produce a thyristor-based 3-phase six-pulse drive or controlled rectifier for use at Tampere University of Applied Sciences electrical laboratory. The scope of this thesis is the entire product development life cycle, from the initial specifications to the finished units.

A six-pulse drive as referred to in this context is a device which allows the transfer of electrical energy from a three phase mains power supply into a DC-bus or from the DC-bus back into the three phase mains supply. The direction and amount of power can be set freely by dialing the ignition angle of the thyristor bridge. These types of devices have been historically used in DC-motor drives and in their regenerative braking systems. The Tampere University of Applied Sciences electrical laboratory uses these devices in several student laboratory exercises.

This thesis deals with conventional grid commutated drives and the design aspects and practical considerations thereof. Special consideration is given to reliability and safety factors that need to be taken into account in the design process. Further attention is given to the theory of thyristor drives in relation to the practical applications explored in this thesis.

Two functional units and the necessary spare parts for their long term maintenance were produced as a part of this project. The requisite user guides and maintenance documentation for the two units were also produced.