Testmiljö för frekvensomriktare

Abstract

Energiatehokkuus on keskeinen tekijä nykypäivän teollisuudessa. Yhdistämällä energiatehokkaita teknologioita ja prosesseja yritykset voivat vähentää energiakustannuksiaan ja samalla edistää kestävämpää tulevaisuutta. Tämä saavutetaan optimoimalla energiajärjestelmiä ja ottamalla käyttöön uusia tai vanhempia, mutta kustannustehokkaampia teknologioita, kuten lämpöpumppuja ja taajuusmuuttajia.

Tämä opinnäytetyö tarjoaa kattavan yhteenvedon eri näkökohdista, jotka on otettava huomioon suunniteltaessa testausympäristöä taajuusmuuttajille. Suuritehoisten sähkölaitteiden testilaboratoriolla on suuret vaatimukset testitilalle, ja on tärkeää ymmärtää, mihin eri vaatimukset perustuvat. Taajuusmuuttajien testausympäristö on monimutkainen kokonaisuus, joka suunnitellaan aina käyttötarkoituksen mukaan, siksi on tärkeää ymmärtää komponenttien perusominaisuudet ja rajoitukset.

Kaikilla puolijohteilla on häviöitä, ja häviöiden vähentäminen sekä tehokkuuden parantaminen ovat taajuusmuuttajien kehityksen suurimpia tutkimusalueita. Tämä opinnäytetyö selittää eri komponentit taajuusmuuttajissa ja muissa puolijohdesovelluksissa. Työn tavoitteena on tuoda esiin eri näkökohdat, joilla on merkittävä rooli testausympäristössä. Työ toimii ohjeistuksena projekteille, joissa suunnitellaan testausympäristöä.

Taajuusmuuttajateollisuudessa on useita kilpailijoita, joilla on erilaisia tuotevalikoimia eri kokoisille taajuusmuuttajille. Tämä työ keskittyy megawatin luokan taajuusmuuttajiin. Teoriaosuudessa selitetään eri puolijohdekomponenttien ja tasajännitesäätökytkentöjen toiminta ja rakenne. Tulokset tarjoavat esimerkkejä eri kytkennöistä ja tehosuunnista, jotka ovat mahdollisia esitellyssä testausympäristössä.

Energieffektivitet är en central faktor i dagens industri. Genom att kombinera energieffektiva teknologier och processer kan företag minska sina energikostnader och samtidigt främja en mer hållbar framtid. Detta uppnås genom att optimera energisystem och införa nya eller äldre mer kostnadseffektiva teknologier, såsom värmepumpar och frekvensomriktare.

Detta examensarbete beskriver olika aspekter som inverkar planering av en testmiljö för frekvensomriktare. Högpresterande elektriska apparater har stora krav på testmiljön, och det är viktigt att förstå vad dessa krav grundar sig på. Testmiljöer för frekvensomriktare är komplexa helheter som alltid planeras enligt användningsområde, därför är det viktigt att förstå komponenternas grundläggande egenskaper och begränsningar.

Alla halvledare har förluster, och att minska dessa förluster samt förbättra effektiviteten är ett av de största forskningsområdena inom utvecklingen av frekvensomriktare. Detta examensarbete förklarar olika komponenter i frekvensomriktare och andra halvledarapplikationer. Målet med arbetet var att belysa olika aspekter som har en betydande roll i testmiljön. Arbetet fungerar som en vägledning för projekt där testmiljöer planeras.

Inom frekvensomriktarindustrin finns det flera konkurrenter med olika produktportföljer för frekvensomriktare av olika storlekar. Detta arbete fokuserar på frekvensomriktare i megawattklassen. Teoridelen förklarar funktionen och uppbyggnaden av olika halvledarkomponenter och likspänningsjusteringskopplingar. Resultaten ger exempel på olika kopplingar och effektriktningar som är möjliga i den presenterade testmiljön.

Energy efficiency is a central factor in today's industry. By combining energy-efficient technologies and processes, companies can reduce their energy costs while promoting a more sustainable future. This is achieved by optimizing energy systems and implementing new or older, but more cost-effective technologies, such as heat pumps and frequency converters.

This thesis describes various aspects that influence the planning of a test environment for frequency converters. High-performance electrical devices have significant requirements for the test environment, and it is important to understand where these requirements are based. Test environments for frequency converters are complex entities that are always planned according to the area of use, therefore it is important to understand the basic properties and limitations of the components.

All semiconductors have losses and reducing these losses as well as improving efficiency are among the largest research areas in the development of frequency converters. This thesis explains the different components in frequency converters and other semiconductor applications. The aim of the work was to highlight various aspects that play a significant role in the test environment. The work serves as a guide for projects where test environments are planned.

In the frequency converter industry, there are several competitors with different product portfolios for frequency converters of various sizes. This work focuses on frequency converters in the megawatt class. The theoretical part explains the function and structure of various semiconductor components and DC voltage adjustment circuits. The results provide examples of different circuits and power directions that are possible in the presented test environment.