Taajuusmuuttajan verkkovirran yliaallot pienitehoisissa kolmivaihekäytöissä

Abstract

Pienitehoisessa taajuusmuuttajassa verkkojännite tasasuunnataan yleisesti diodisillalla. Taajuusmuuttajaa kuormitettaessa diodisilta aiheuttaa sen, että verkosta otettava virta on epäsinimuotoista ja sisältää runsaasti eri kertalukujen yliaaltoja. Tällainen virta vääristää verkon jännitettä sekä aiheuttaa häviöitä, resonansseja ja toimintaepävarmuutta sähkönjakeluverkkoon liitetyissä laitteissa ja komponenteissa. Työssä on tarkasteltu pienitehoisen kolmivaiheisen taajuusmuuttajan tulovirrassa esiintyviä yliaaltoja ja keinoja niiden rajoittamiseksi. Laitevalmistajien osalta syynä aiheen tutkimiseen ja kiinnostavuuteen ovat lähinnä uudet yliaaltoja käsittelevät standardit. Työssä onkin tutustuttu tarvittavin osin standardoinnin nykytilaan sekä seurattu standardeja valmistelevien työryhmien työtä ja tätä kautta perehdytty alaa käsittelevien standardien tulevaisuudennäkymiin Euroopan Unionin alueella. Käsittely on kohdistettu kolmivaiheisiin laitteisiin. Standardi IEC 61000-3-2 asettaa yliaaltorajat ammattikäyttöön tarkoitetuille laitteille, kun laitteen tuloteho on korkeintaan 1 kW. Tällä tehoalueella riittää kolmivaihelaitteille kuristimilla suoritettu passiivinen suodatus täyttämään asetetut viranomaisvaatimukset. Tähän liittyen on suunniteltu kolmivaihekuristin, joka on tarkoitettu käytettäväksi taajuusmuuttajasarjan lisävarusteena tehoalueella 0.12…2.2 kW.

The supply voltage is currently rectified by a diode bridge in low-power frequency converter. If a frequency converter with a diode bridge is loaded, the line current is non-sinusoidal. This kind of current contains a great deal of different order harmonics and distorts the supply voltage. The drawbacks of harmonics and distortion are among other things extra losses, harmful resonances and common operation instability in the instruments and components attached to the supply system. This thesis deals with the three-phase low-power frequency converter's line current harmonics and means to restrict them. Equipment manufacturers are mostly interested in this subject because of new standards. That is why it has also been familiarized with present state and scenarios of standardization during this work. In this thesis I have got acquainted to the current stage of the standardization as well as charted the work of the groups preparing the standards. By this I have been familiarized with the views of the standards in the future in the European Union. The discussion has been concentrated on three-phase equipment. Standard IEC 61000-3-2 sets the harmonic limits for professional equipment, when the rated maximum input power is 1 kW. For three-phase equipment in this power range passive filtering made by chokes is enough to fulfil the authority requirement. Because of this the three-phase choke has been designed in order to use it as an accessory instrument for frequency converters in the power range of 0.12…2.2 kW.