Kaksikäämikoneen erillissäätö
Kinnunen, Janne J. (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202001071268
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202001071268
Tiivistelmä
Turvallisen toiminnan takaamiseksi sähköisten propulsiojärjestelmien tulee olla redundantteja. Kustannustehokas ja tilaa säästävä vaihtoehto on toteuttaa redundanttius monivaiheisen kaksikäämikoneen avulla. Siinä kahta galvaanisesti toisistaan erillään olevaa kolmivaiheista staattorikäämiryhmää ohjataan itsenäisillä taajuusmuuttajilla.
Työn tavoitteena oli tutkia virtaestimoidun erillissäädön soveltuvuutta kaksikäämikoneiden ohjaukseen. Erillissäädössä käytetään virtaestimaattia mitatun virran asemesta, eikä virtatietoja jaeta säätöjen kesken. Virtaestimaatilla saadaan poistettua säätöjen välinen haitallinen kytkeytyminen, joka on tyypillinen ongelma kaksikäämikonekäytöissä. Erillissäätö on edullinen ja helposti käyttöönotettava menetelmä, mutta sen käytöstä kaksikäämikoneiden ohjaukseen löytyy vain vähän tutkimustietoa.
Työn teoriaosuudessa tarkastellaan vaihtosähkö- ja kaksikäämikoneiden teoriaa, mallintamista ja säätömenetelmiä. Lisäksi esitellään erillissäädön käytöstä kaksikäämikoneiden ohjaukseen tähän mennessä saatua tutkimustietoa.
Työssä osoitettiin mittauksin virtaestimoidun erillissäädön toimivuus kaksikäämi-induktiokoneen ohjaukseen, koneen eri toiminta-alueilla. Toimivuus osoitettiin myös erillisillä syöttömoduuleilla ja erisuuruisilla DC-jännitteillä. Lisäksi osoitettiin, että erillissäädön ongelmana pidetty dynaamisen suorituskyvyn heikkeneminen saadaan poistettua virtaestimaatilla ja identifiointiajon jälkeen tehtävillä moottorimallia parantavilla parametrikorjauksilla. To ensure safe operation in ships and marine technology, redundancy in electric propulsion is needed. An effective way to achieve redundancy is to use a dual three-phase machine, in which two three-phase winding sets are galvanically isolated and supplied with two independent frequency converters.
The aim of this thesis was to study the usability of separate current control with dual three-phase machines. Instead of measured current, a current estimate is used in the separate control and there is no data sharing between the two separate converters. Cross-coupling between the converters is a common problem in dual three-phase machine drives and is mitigated by using the separate control with current estimation. The separate control is a cost-effective and easy method to build up, but there are few scientifically documented data available on this topic.
The theoretical part in this thesis consist of the theory, modelling and control methods of the alternating current- and dual three-phase machines. Available research data on the separate control are also shown.
The measurements showed that the separate control is a suitable method for controlling dual three-phase machines. Current estimation and manipulation of parameters after identification run is necessary to guarantee reliable operation in different operation points of the machine. This method also eliminates issues associated with a decrease of the dynamic performance in dual three-phase machines. It was also shown, that it is possible to use independent supply-converters to supply the motor inverters with different voltage levels without problems.
Työn tavoitteena oli tutkia virtaestimoidun erillissäädön soveltuvuutta kaksikäämikoneiden ohjaukseen. Erillissäädössä käytetään virtaestimaattia mitatun virran asemesta, eikä virtatietoja jaeta säätöjen kesken. Virtaestimaatilla saadaan poistettua säätöjen välinen haitallinen kytkeytyminen, joka on tyypillinen ongelma kaksikäämikonekäytöissä. Erillissäätö on edullinen ja helposti käyttöönotettava menetelmä, mutta sen käytöstä kaksikäämikoneiden ohjaukseen löytyy vain vähän tutkimustietoa.
Työn teoriaosuudessa tarkastellaan vaihtosähkö- ja kaksikäämikoneiden teoriaa, mallintamista ja säätömenetelmiä. Lisäksi esitellään erillissäädön käytöstä kaksikäämikoneiden ohjaukseen tähän mennessä saatua tutkimustietoa.
Työssä osoitettiin mittauksin virtaestimoidun erillissäädön toimivuus kaksikäämi-induktiokoneen ohjaukseen, koneen eri toiminta-alueilla. Toimivuus osoitettiin myös erillisillä syöttömoduuleilla ja erisuuruisilla DC-jännitteillä. Lisäksi osoitettiin, että erillissäädön ongelmana pidetty dynaamisen suorituskyvyn heikkeneminen saadaan poistettua virtaestimaatilla ja identifiointiajon jälkeen tehtävillä moottorimallia parantavilla parametrikorjauksilla.
The aim of this thesis was to study the usability of separate current control with dual three-phase machines. Instead of measured current, a current estimate is used in the separate control and there is no data sharing between the two separate converters. Cross-coupling between the converters is a common problem in dual three-phase machine drives and is mitigated by using the separate control with current estimation. The separate control is a cost-effective and easy method to build up, but there are few scientifically documented data available on this topic.
The theoretical part in this thesis consist of the theory, modelling and control methods of the alternating current- and dual three-phase machines. Available research data on the separate control are also shown.
The measurements showed that the separate control is a suitable method for controlling dual three-phase machines. Current estimation and manipulation of parameters after identification run is necessary to guarantee reliable operation in different operation points of the machine. This method also eliminates issues associated with a decrease of the dynamic performance in dual three-phase machines. It was also shown, that it is possible to use independent supply-converters to supply the motor inverters with different voltage levels without problems.