MTA Doktori rtekezs Vltakozram villamos hajtsok hlzatcsatlakozsi tulajdonsgainak optimalizlsa Veszprmi Kroly a mszaki tudomny kandidtusa Budapest 2009 iiKsznetnyilvnts KsznetemetfejezemkiaVillamosEnergetikaTanszkVillamosGpeksHajtsok Csoportjbandolgozsszeskollgmnak,akikkzvetvevagykzvetlenlsegtettek munkmban, aminek eredmnye ez az rtekezs. KlnszeretnmkifejezniksznetemetDr.SchmidtIstvnsDr.HunyrMtys kollgimnak,akikldozatosmunkvalmentoraimkntsegtettekattlkezdve,hogya tanszkrekerltem.Idtsfradtsgotnemkmlvesegtettekakutatsaimban, publikciimban, a disszertci lektorlsban, hatalmas tapasztalatukkal, szakmai tudsukkal s tisztnltsukkal. Ksznmcsaldomnak,hogymindigmellettemlltakazeddigiletsszakmai plymsorn:Szleimnek,akikfelneveltek,tanttattaksembertfaragtakbellem. Felesgemnek, aki igazi trsam az letben. Gyerekeimnek, akik br nem volt mindig elegend idm rjuk, mgis szmtalan rmet okoztak. Nlklk nem jutottam volna el idig iiiTartalomjegyzk Ksznetnyilvnts ...................................................................................................................ii Tartalomjegyzk........................................................................................................................iii Jellsek jegyzke ..................................................................................................................... vi Bevezets.................................................................................................................................... 1 A kitztt kutatsi feladatok, helyk a szakterleten, motivcik......................................... 1 1. Hlzatra csatlakozs feszltsg szablyozn keresztl ................................................... 5 1.1. Az impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse ............................. 6 1.1.1. A fogyaszt ramirnynak rzkelse .................................................................... 7 1.1.2. A kapcsolk ramirny fgg vezrlse................................................................... 7 1.1.3. A tranzisztorok tlram vdelme motoros terhels esetn....................................... 9 1.1.3.1. A mretezs elmleti httere ........................................................................... 10 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa .................................................... 12 1.2.1. Az idelistl eltr tpll feszltsg hatsa.......................................................... 12 1.2.2. Lehetsgek tirisztoros feszltsg szablyozval .................................................. 13 1.2.3. Lehetsgek IGBT-s feszltsg szablyozval ...................................................... 14 1.2.3.1. Jelfeldolgozsi krdsek.................................................................................. 14 1.2.4. Kompenzlsi mdszerek....................................................................................... 15 1.2.4.1. lland amplitdra szablyozs.................................................................... 15 1.2.4.2. Kompenzls a feszltsgvektor forgsi sebessgnek figyelembevtelvel . 17 1.2.4.3. A fizikai megfontolsok matematikai igazolsa.............................................. 19 1.2.4.4. Mdostott mdszer tbb felharmonikus kompenzlsra.............................. 20 1.2.4.5. Mdszer az sszes felharmonikus kompenzlsra ........................................ 22 1.2.4.6. A mdszerek sszehasonltsa ........................................................................ 24 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal............ 25 1.3.1. A szksges teljestmnyelektronikai kapcsols kivlasztsi szempontjai ............ 25 1.3.2. A feszltsg inverter............................................................................................... 26 1.3.3. A vltakozram szaggat.................................................................................... 26 1.3.3.1. Tirisztoros vltakozram szaggat .............................................................. 27 1.3.3.2. IGBT-s ISZM vltakozram szaggat......................................................... 27 1.3.4. A feszltsg inverter s az ISZM vltakozram szaggat sszehasonltsa ...... 28 1.3.4.1. Motor vesztesgek........................................................................................... 28 1.3.4.2. A teljestmnyelektronika vesztesgei ............................................................ 30 1.3.4.3. Mrsi eredmnyek ......................................................................................... 30 sszefoglals az 1.1., 1.2. s 1.3. fejezetekhez: 1. tzis (ISZM szaggat) ................... 33 Irodalomjegyzk az 1.1., 1.2. s 1.3. fejezetekhez ........................................................... 34 Irodalmi elzmnyek.................................................................................................... 34 Az 1. tzishez kapcsold sajt publikcik................................................................ 34 1.4. Szinkrongp kefenlkli gerjesztjnek tpllsa feszltsgszablyozn keresztl..... 36 1.4.1. A kefenlkli gerjeszts elve, megvalstsi lehetsgei....................................... 36 1.4.2. A jrulkos vesztesgek szmtsa s sszehasonltsa tirisztoros s IGBT-s szaggat esetn ................................................................................................. 36 1.4.2.1. A jrulkos vesztesgek kzelt szmtsa.................................................... 37 1.4.2.2. A jrulkos vesztesgek pontos szmtsa tirisztoros szaggat esetn ........... 42 1.4.3. Kefenlkli forgdids gerjeszt optimalizlsa ISZM szaggats tpllsnl .... 48 1.4.3.1. Optimalizls egy adott szlipre ....................................................................... 51 1.4.3.2. Adott tartomnyra tlagosan optimlis Si rtk vlasztsa ............................. 55 iv1.4.4. A gerjeszts ered hatsfoknak meghatrozsa.................................................... 57 sszefoglals az 1.4. fejezethez: 2. tzis (Kefenlkli gerjeszt) ................................ 59 Irodalomjegyzk az 1.4. fejezethez .................................................................................. 60 Irodalmi elzmnyek.................................................................................................... 60 A 2. tzishez kapcsold sajt publikcik.................................................................. 61 Feszltsg inverteres vltakozram hajtsok optimlis vektor szablyozsai ............. 62 2. Megjul energiaforrsok villamos hajtsainak optimlis ramvektor szablyozsai s alkalmazsaik ......................................................................................................... 62 2.1. Mezorientlt ramvektor szablyozsok ..................................................................... 64 2.1.1. Egyenram gp..................................................................................................... 64 2.1.2. llandmgneses szinuszmezs szinkrongp........................................................ 64 2.1.3. Kalicks forgrsz aszinkrongp.......................................................................... 65 2.1.4. Csszgyrs forgrsz, ktoldalrl tpllt aszinkrongp................................... 66 2.2. Hlzatorientlt ramvektor szablyozsok.................................................................. 67 2.3. Az ramvektor szablyozsok megvalstsi lehetsgei ............................................. 68 2.4. Ktoldalrl tpllt csszgyrs aszinkron szlgenertor ramvektor szablyozsai .. 70 2.4.1. ltalnos elmleti lers ......................................................................................... 70 2.4.1.1. Vektorbrk, nyomatkkpzs ........................................................................ 71 2.4.1.2. llandsult zem alapharmonikusokkal ......................................................... 72 2.4.2. A mezorintlt ramvektor szablyozsok megvalstsa..................................... 73 2.4.2.1. Kzvetlen nyomatk s fluxus szablyozs .................................................... 74 2.4.2.2. Mezorientlt ramvektor szablyozs fzisramokkal .................................. 74 2.4.2.3. Mezorientlt szablyozs d-q rotor ram komponensekkel .......................... 75 2.4.3. Az llrsz fluxus lktetse.................................................................................... 75 2.4.3.1. A jelensg fizikai oka ...................................................................................... 75 2.4.3.2. A jelensg hatsnak cskkentsre javasolt mdszerek................................ 76 2.4.4. Szimulcis eredmnyek........................................................................................ 76 2.5. A hlzati csatlakozst tmogat jrulkos szolgltatsok ramvektor szablyozott hlzati ramirnytkkal ...................................................................................... 78 2.5.1. A jrulkos szolgltatsok elvi alapjai ................................................................... 79 2.5.2. A lehetsges szablyozsi mdszerek .................................................................... 80 2.5.3. A lktet hatsos teljestmny hatsa..................................................................... 81 2.5.4. A kompenzlsok alkalmazsa gyakorlati esetekre ............................................... 82 2.5.4.1. Felharmonikus ramok s medd teljestmny kompenzlsa ramirnyts egyenram hajts esetn .......................................................................... 83 2.5.4.2. Aszimmetria s medd teljestmny kompenzlsa........................................ 84 2.6. Elektromechanikus energiatrolk alkalmazsa a hlzathoz kapcsolds optimalizlsra ................................................................................................ 86 2.6.1. A lendtkerekes energiatrol rendszer elmleti sszefggsei ........................... 87 2.6.2. A lendtkerekes energiatrol mkdsi hatrai .................................................. 88 2.6.3. A lendtkerekes energiatrol villamos hajtsa s szablyozsa.......................... 90 2.6.3.1. Ersram kapcsolsok ................................................................................... 90 2.6.3.2. Szablyozs ..................................................................................................... 91 2.6.4. A lendtkerekes energiatrol rendszer vizsglata szimulcival ........................ 92 2.6.4.1. Tkletes kompenzci ................................................................................... 93 2.6.4.2. pG fzisnak hatsa........................................................................................ 94 2.6.4.3. Fordulatszm korltozsok periodikusan ........................................................ 94 2.6.4.4. Az sszes korlt elrse................................................................................... 94 vsszefoglals a 2. fejezethez: 3. tzis (ramvektor szablyozsok)............................... 97 Irodalomjegyzk a 2. fejezethez........................................................................................... 98 Irodalmi elzmnyek........................................................................................................ 98 A 3. tzishez kapcsold sajt publikcik.................................................................... 100 3. Hatkony kzvetlen szablyozsok................................................................................. 103 3.1. A kzvetlen szablyozsok ltalnostsa................................................................... 104 3.1.1. A kzvetlen szablyozsok ltalnos lersa........................................................ 105 3.1.2. Az indirekt ram szablyozs ltalnos lersa .................................................... 107 3.2. Kalicks aszinkrongp kzvetlen nyomatk s fluxus szablyozsa .......................... 109 3.2.1. Az ltalnosts adaptlsa................................................................................... 109 3.2.2. Az ramkorltozs megoldsa.............................................................................. 110 3.3. llandmgneses szinkrongp kzvetlen nyomatk s fluxus szablyozsa.............. 112 3.3.1. Az ltalnosts adaptlsa................................................................................... 112 3.3.2. A kzvetlen szablyozs korltja ......................................................................... 112 3.4. Ktoldalrl tpllt csszgyrs aszinkrongp kzvetlen nyomatk s fluxus szablyozsa.................................................................................................... 114 3.4.1. Az ltalnosts adaptlsa................................................................................... 114 3.4.2. Nylt hurk medd teljestmny szablyozs....................................................... 115 3.5. Hlzatoldali ramirnyt kzvetlen hatsos s medd teljestmny szablyozsa .. 116 3.5.1. Az ltalnosts adaptlsa................................................................................... 116 3.5.2. Ktoldalrl tpllt aszinkron szlgenertor mindkt ramirnytjnak kzvetlen szablyozsa (alkalmazsi plda)..................................................................... 118 3.5.3. A teljestmny alapjel kvets dinamikja........................................................... 120 3.5.3.1. A problma (ANALZIS) .............................................................................. 120 3.5.3.2. A viselkeds javtsa (MEGOLDS) ........................................................... 121 3.5.3.3. A feszltsgvektor vlaszts hatkonysgnak mennyisgi jellemzse (SZINTZIS) ...................................................................................... 121 3.5.3.4. A szektorszm nvelsnek hatsa (ELREJELZS).................................. 124 3.5.3.5. A klnbz verzik szmszer sszevetse (SSZEHASONLTS) ....... 127 3.5.3.6. A j dinamikai viselkedshez szksges egyenfeszltsg ............................ 129 3.5.4. A hatsos teljestmny ellenttes viselkedse klnbz eljele esetn.............. 131 3.5.4.1. A jelensg...................................................................................................... 131 3.5.4.2. A jelensg oka ............................................................................................... 131 3.5.4.3. A jelensg hatsnak cskkentse................................................................. 133 sszefoglals a 3. fejezethez: 4. tzis (Kzvetlen szablyozsok)................................. 135 Irodalomjegyzk a 3. fejezethez......................................................................................... 136 Irodalmi elzmnyek...................................................................................................... 136 A 4. tzishez kapcsold sajt publikcik.................................................................... 137 Jellsek jegyzke viJellsek jegyzke ltalnos elvek Anagyszmangolnyelvpublikcimsazangolnyelvltalnoselterjedtsgemiatt megtartottamazangolnyelvjellseket,megadvaarvidtsangolnyelvjelentstis. Az brk nem rvidts jelleg megnevezseit magyarul adom meg. Hromfzis mennyisgek lersra, megjelentsre nagyrszt Park-vektorokat hasznlok. Jellsk fellhzssal trtnik. A mennyisgek dimenzija nagyrszt viszonylagos egysg (ve, pu: per-unit). A viszonyts alapja jellemzen a mennyisg nvleges rtke. A szoksoknak megfelelen Park-vektoros mennyisgekesetnerreacscsrtkhasznland.Hafizikaiegysgekvannak,azokSI rendszerbeliek. ltalban ll szimblumokat hasznlok. Akislbetsaz1-esszmmegklnbztetsecljblahollehet,rottlbett( l ) hasznlok, ahol nehzkes, ott dnttt l bett. ltalban a fogyaszti pozitv irnyokat hasznlom. Az ettl eltrt jellm. A kisbetk elssorban pillanatrtk jelleg vltozkat jellnek. A nagybetk elssorban amplitd jelleg vltozkat jellnek. A komplex mennyisgek kpzetes rsznek egytthatja: j Itt csak az ltalnosthat jellseket szerepeltetem. A specilis mennyisgek, paramterek jellst az adott helyen megadom. Jellsek jegyzke viiIndexek JelentsIndex szttor, llrszsemmi, s rotor, forgrszr, R hlzat, hlzatoldal (line)h, L,l , l gpoldal (machine)Megyendc vltakozac nvlegesn, nvl alapharmonikus1 llrszhez kttt koordintarendszer x,y forgrszhez kttt koordintarendszer rx,ry fzisok a, b, c R, S, T forg koordintarendszer,d tengely a fluxushoz rgztved, q forg koordintarendszer,p tengely a feszltsghez rgztve p, q induklti plusp lendtkerk (flywheel)FWgenertor G hengeres (cylindrical)c tekercsvesztesg, rzvesztesgt, Cu alapjelrefvezrl (control)c indtsi (starting)st vesztesg (loss)l , l szlsebessgv fmezm kzprtk (average)av maximummax, m minimummin kezdeti rtk0 gerjesztsi (excitation)ex szrsis idelisi optimlisopt kapcsolsi (switching)k, s szlipsl visszacsatolsv becslt rtkb elz rtke effektv rtkeff teljest reluktanciar JelentsIndex mgnesezm didsd szaggat (chopper)ch Blokkvzlat elemek JelentsJells ramirnyt (converter)C szablyz (controller)C impulzus szlessg modultorISZM gp (machine)M genertorG lendtkerk (flywheel)FW aszinkrongp (induction machine)IM szinkrongp (synchronous machine)SM szinkron genertorSG ktoldalrltplltaszinkron genertor(double-fed induction generator) DFIG szinkronS szr (filter)F dids hd (diode bridge)DB gerjesztsi (excitation)E transzformtorTR fordulatszm szablyozCW ram szablyozCI genertor szablyozsGC feszltsg szablyozCU gpoldali ramirnyt(machine side converter) CM hlzat oldali ramirnyt(line side converter) CL genertor oldali ramirnyt(genertor side converter) CG szinkronizlsSYNC szektor rzkelARC feszltsg inverter(voltage-source inverter) VSI villamos gp (electrical machine)EM Jellsek jegyzke viiiltalnos mennyisgek, paramterek, vltozk, jellsek JelentsJells induktivits L kondenztor C ellenlls R impedancia Z reaktancia X tehetetlensgi nyomatk hatsos teljestmny p medd teljestmny q szgsebessg , w tekercsfluxus nyomatk m feszltsg u ram i energia E fordulatszm n frekvencia f felharmonikus rendszm fzisszg gyjtsszg terhelsi szg kis szgeltrs fedsi szg kialvsi szg nyomatkszg x tengelytl mrt szg rx tengelytl mrt szg , alapharmonikus szg x=w1t laptszg idlland T id t szlip s hatsfok relatv bekapcsolsi viszony vals rsz Re kpzetes rsz Im konstans k Konkrt mennyisgek, paramterek, vltozk JelentsJells llrsz tranziens induktivits, reaktancia LX rotorkri tranziens induktivits, reakrancia 'rL'rXfmez induktivits,reaktancia Lm Xm llrsz szrsi induktivits L, Ls forgrszrsz szrsi induktivits Lrs hosszirny induktivits,reaktancia Ld

Xd keresztirny induktivits, reaktancia Lq Xq llrsz ellenlls R, Rs forgrsz ellenlls Rr gerjesztkri ellenllsinduktivits Rex,Lex fmez fluxus m llrsz fluxus , s forgrsz fluxus r nvleges indtsi id Tstn rotorkri resjrsi idlland Tr0 egyenfeszltsg Udc egyenram Idc gerjeszt ram Iex gerjeszt feszltsg Uex Bevezets 1Bevezets Azelmltvtizedektechnolgiaifejldsenagymrtkbenstbbszintenrintettea villamoshajtsokterlettis:gyorsabb,nagyobbteljestmnyteljestmnyflvezetk, nagyobbszmtsiteljestmny,villamoshajtsokhozoptimalizltperifrikkalrendelkez mikroszmtgpegysgek,stb.jelenteksjelennekmeg.Eztettelehetvasokkal kedvezbbtulajdonsgokkalrendelkezvltakozramszablyozotthajtsoknagymrtk trnyerst az egyenram hajtsokkal szemben. Ateljestmnyelektronikaiberendezsenkeresztltplltsmikroszmtgppel irnytottvillamoshajtsokegyrsztlehetsgetnyjthatnakolyanszablyozsielvek megvalstsra,amelyekmseszkzkkelnemvoltaklehetsgesek.Msrsztahlzatra csatlakoz,kapcsolzembenmkdteljestmnyelektronikaiberendezseknagymrtkben szennyezikahlzatot(felharmonikusok,meddteljestmnyigny).gyegyjabb megoldand feladat is keletkezik: ezek hatsnak cskkentse. ABudapestiMszakisGazdasgtudomnyiEgyetemVillamosEnergetikaTanszkn (sjogeldjein)1984-tafoglalkozomvltakozramvillamoshajtsokkalazonaziskoln alapulva,amitidrendbenDr. RczIstvn,Dr. HalszSndorsDr. SchmidtIstvn professzoroknevefmjelez.nllanfolytattamsfolytatokelmletitudomnyosmunkt, laboratriumi ksrleteket, szimulcis vizsglatokat, veszek rsz K+F munkkban vezetknt isezenaterleten.Vezetsemmelszmosdiplomatervezs,sikeresTDKmunka,egy egyetemi doktori s tbb PhD. kutatmunka folyt s folyik. Akutatsimunkkbltbbknyvisszletettakzremkdsemmel.Szmosegyb publikcibanisismertettemazelrteredmnyeket.Ezadoktoridisszertcia vltakozramvillamoshajtsokterletnakandidtusifokozatmegszerzseutnvgzett kutatsaim s az elrt eredmnyek sszefoglalja. Azltalamvgzettkutatmunkaegysgesvonulatnak,vnek,koherencijnakj jellemzjeazatny,hogygyakorlatilagazsszesterlet,amiveleddigfoglalkoztams amirlpublikltamakandidtusicmmegszerzseta(deiderthetjkakandidtusi rtekezsemtmjtis)egycsokorbafoghat:ajelendisszertcicmeal:a Vltakozramvillamoshajtsokhlzatcsatlakozsitulajdonsgainakoptimalizlsa. Annakellenreisigazezamegllapts,hogyadisszertcimtmakreiszertegazak,de mgisegyegysgetkpeznek,tlapolva,egymsrahatvaslefedveavltakozram hajtsok szmos terlett (I. tblzat). A kitztt kutatsi feladatok, helyk a szakterleten, motivcik Akitzttkutatsifeladatotrvidenazrtekezscmefogalmazzameg: Vltakozramvillamoshajtsokhlzatcsatlakozsitulajdonsgainakoptimalizlsa.A vizsglt terletek, szintek, feladatok a kvetkezk: Aszablyozottvltakozramhajtsokktnagycsoportbasorolhatk:afeszltsg szablyozottsafrekvenciavltshajtsok.Azltalamvizsglthajtsokisebbeakt kategriba esnek, a disszertci is ez alapjn kt f rszre tagozdik: Hlzatra csatlakozs feszltsgszablyoznkeresztl(1. fejezet);Feszltsginverteresvltakozramhajtsok optimlisvektorszablyozsai(2.s3. fejezet).Atzisekisehhezaktkategrihoz kapcsoldnak: sorrendben az els kett s a msodik kett. Bevezets 2I. tblzat. A vizsglt tmaterletek s sszefggseik.X: vizsglt; (X): megemltett Tzis1. AC szaggat2. Gerj.3. ramvekt. szab.4. Kzvetlen Tma Szaggat vezrlse Asziim. s harm. komp. Energiatakarkos szablyozs Jrulkos vesztesgek Optimlis kihasznls ltalnos lers Ktoldalrl tpllt genertor Jrulkos szolgltatsok Lendtkerk ltalnosts s alkalmazs Dinamika pl eljeltl fgg viselkeds 4/4XXXXX 2/4XXX Negyedek 1/4XX ElmletXXXXXXXXXXXX SzimulciXXXXXXXXX Vizsglati mdszer MrsXXXX Mkds optimalizlsXXXXXX Optimlis kihasznlsX Optimum elrse Optimlis nyomatkkpzs XXXX Jrulkos vesztesgek cskkentse XXX Energ. megtak. Energiatakarkos szablyozs X Teljestmny lktets kompenzlsa X Harmonikusok s aszimmetria komp. XX Cl Energia-minsg Meddigny csk-kents, kompenzls XXX TranzisztorXXXXXXXXXXXX TirisztorX(X)X Flvezet DidaXX MotorosXXXXXXX zem-llapot GenertorosXXXXXX KalicksXXXXX Aszink-ron Csszgyrs vagy tekercselt forgrsz XXXXX(X)X GerjesztettXX Motor Szinkron lland mgnesesXX(X)X SzaggatXXXXX Telj. elektr. Frekvencia vlt ISZM fesz. inverter XXXXXXXX Bevezets 3Afeszltsginverteresfrekvenciavltshajtsokatszmosterletenhasznljk klnbzkiptsben.Vizsglataimnagyrszeaszimmetrikusfelptsvltozatra vonatkozik,aholahlzatoldaliramirnytisaktv,feszltsginverterfelpts,gy ktirny energiaramls megvalstsra kpes. A szimmetria nemcsak a felptsre, hanem az alkalmazott irnytsi elvekre is vonatkozik: megfelel mdostsokkal az sszes irnytsi elvalkalmazhatahlzatoldalisamotoroldaliramirnytnlis.Aszimmetriaeggyel magasabb szintje az, hogy ezek az elvek brmely tbbnegyedes hajtsnl alkalmazhatk: akr szervohajtsokban,akrmodernvltozfordulatszmszlgenertorhajtsoknl,akr lendtkerekes hajtsoknl, hogy csak a vizsglt esetekre szortkozzunk. Br a frekvenciavlts hajtsok jval elterjedtebbek, vannak terletek, ahol a feszltsg szablyozsiselegendsradsulkedvezbbtulajdonsgoksviselkedsrhetelvele, mintfrekvenciavltalkalmazsval.Adisszertcisakutatsokegyikcljappenennek bizonytsa,afeszltsgszablyozsltjogosultsgnakhangslyozsa.Azerrevonatkoz tzisek (1. s 2.) egyrtelmen hinyptl j tudomnyos eredmnyeket tartalmaznak. Ahlzatracsatlakozsoptimalizlsnaktbbszintjertelmezhet,kutatsaim motivcijtezekadtk,vizsglataimezekreterjedtekki,tziseimezekhez kapcsoldnak. 1. szint: Akapcsolzembenmkdteljestmnyelektronikaiberendezsek(idertveatirisztoros kapcsolsokatis)hlzatragyakorolthatsaszmosproblmtokozhat:meddteljestmny igny,felharmonikusok,elektromgneseskompatibilits(EMC).Aproblmkmrtkes fajtja ersen fgg a hlzatra kapcsold ramirnytnl alkalmazott beavatkozs mdjtl (gyjtsksleltets,impulzusszlessgmodulciISZM).Abeavatkozsfajtjtaz alkalmazottflvezetsannaktulajdonsgaibefolysoljk.Avizsglataimbanelssorban tranzisztoros (IGBT-s) teljestmnyelektronikai berendezseketvizsgltam, a tirisztoros vltozatok csak sszehasonltsokban szerepelnek, kimutatva a tranzisztoros vltozatok sokkalelnysebbtulajdonsgait.Kikapcsolhatflvezetelemeketalkalmazvaa beavatkozsmdjaagyjtsvezrlsnltbbszempontblsokkaloptimlisabbISZM vezrlslehet(1.s2. tzis).Ajavasoltj,azeddigieknljobbvezrlsielvjelentsen javtja a berendezs mkdst (1. tzis). 2. szint: Kihasznlvaamodernmikroszmtgpesirnytsoknyjtottalehetsgeket,ahlzatra hats javtsa nemcsak a beavatkozs mdjnak optimalizlsn keresztl rhet el, hanem a hlzatrakapcsoldramirnytoptimlisvezrlsvel,szablyozsval.Modern szablyozsi,vezrlsielveketfejleszthetnkkisvalsthatunkmeg,amelyekkelaz ramirnyt mkdse s mkdsnek hatsa optimalizlhat (3. s 4. tzis). Radsul az ramirnytk megfelel vezrlsvel jrulkos, eddig ki nem hasznlt kompenzlsi feladatok is elvgezhetk (1. s 3. tzis) 3. szint: Ugyancsakkihasznlvaamodernmikroszmtgpesirnytsoknyjtottalehetsgeket,a hlzatrahatsjavtsa nemcsakahlzatiramirnythatsnakoptimalizlsnkeresztl rhet el, hanem a teljestmnyelektronika msik oldaln lv motor (terhels) mkdsnek optimalizlsvalis.Modern,jszablyozsielveketfejleszthetnkkisvalsthatunk meg:Egyikilyenlehetsgazenergiatakarkosszablyozsokterlete,amelyek minimalizljkahlzatblfelvettenergit,cskkentikajrulkosvesztesgeket. Bevezets 4Clszermegvizsglnialehetsgesteljestmnyelektronikaikapcsolsok alkalmazhatsgtstulajdonsgaitazenergiatakarkossgszempontjbl (1. tzis), ami eddig nem trtnt meg. Ennekegymsikvetleteabeptettberendezsekoptimliskihasznlsais.A bemutatott,jmegkzeltstalkalmazoptimliskihasznlstatervezssorn isfigyelembekellvenni(2. tzis),veleamszakioptimummellett gazdasgossgi optimum is elrhet. A msik lehetsg a vltakozram gp optimlis nyomatkkpzsnek biztostsa, amellyel adott nyomatk az optimumnak megfelel ram felvtelvel fejthet ki. Ide tartozik az sszes vizsglt s tovbbfejlesztett optimlis vektor szablyozs (3. s 4. tzis).Azeddignemismertjjelensgekfeldertse,vizsglatahatkony eszkzket szolgltat a tervezs s a mkds optimalizlshoz. Rendszer szint: Vannakrendszerszintvetleteiisahlzatracsatlakozsoptimalizlsnak.Ezeknagy rsztaszlenergiahasznostsnakjelentselretrseinduklta,aholahlzatra csatlakozsoptimalizlsaalapkvetelmnyafenttrgyaltmindhromszinten.Ezrtis dedikltama3. tzistkifejezettenerreaterletre,sezrtmutattambetbb alkalmazsi pldt is ezen a terleten (4. tzis): Ennekegyikelemeargtaismertktoldalrltplltaszinkrongpalkalmazsnak renesznsza.Termszetesenazalkalmazottteljestmnyelektronikatalakult, modernebb lett, ami a fentebb elmondottak szerint jelents hatssal van a hlzatra csatlakozsoptimalizlsnakelsszintjre.Amegalkotottltalnoselmleti lers megalapozza a vizsglatokat. Az alkalmazott s tovbbfejlesztett modern irnytsielvekoptimlishlzatcsatlakozstteszneklehetv,optimalizls rhet el a msodik s a harmadik szinten is. (3. s 4. tzis) Egy msik fontos terlet a szolgltatott energia minsgnek s a rendelkezsre lls mrtknekjavtsaenergiatrolkalkalmazsval.Azltalamkutatottterletre ezekblalendtkerkillikbele.Szmoskedveztulajdonsgamiattelszeretettel alkalmazzk. Hajtsa egy 2/4-es hajts, amiben ugyanazok az elvek hasznlhatk a gpkzeliirnytsokra,mintazegybhajtsoknl.Arendszerirnytspedig rendszerszintoptimumotbiztosthattbbszempontblis.Elssorbana korltoksatartalkokmegfelelkezelsretettemjjavaslatokat. Rendszerszinten gondolkozva a teljestmnyelektronika felptse, topolgija is optimalizlhat. (3. tzis) 1.1. Impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse 51. Hlzatra csatlakozs feszltsg szablyozn keresztl Brafrekvenciavltkalkalmazsaegyeduralkodaszablyozott-vezrelt vltakozramvillamoshajtsoknl,szmosesetbenszksgeslehetcsakafeszltsg nagysgnakvltoztatsra:pl.aszinkronmotoroklgyindtsa,energiatakarkos szablyozsa,szinkrongpkefenlkligerjesztjnekvltozfeszltsgtpllsa.De nemcsakahajtsos-gpesalkalmazsokatlehet megemlteni,hanembrmelyolyanesetetis, amikorvezrelhet-szablyozhatvltakozfeszltsgrevanszksg(pl.vltakozram vltoztathatfeszltsg,torztsmentestpforrs).Afogyasztrajutfeszltsgnagysgt s minsgt frekvenciavltval is vltoztatni tudjuk, de a szaggat egyszerbb, olcsbb lehet s vannak esetek, amikor jobb tulajdonsgokkal rendelkezik a frekvenciavltknl. Avltakozramszaggathagyomnyoskapcsolsatirisztorokblplfel (1.1.1. bra), [1-1]. Ebbl kvetkezik vezrlsi elve (50Hz-esgyjtsvezrls) s (htrnyos) tulajdonsgai:nagyfelharmonikustartalom,nagymeddignysmintmajdltnifogjuk, korltozott beavatkozsi lehetsgei. fUllf =fllUU11 1.1.1. bra. Tirisztoros szaggat. 1.1.2a bra. IGBT-s szaggat. Avltakozramszaggatmodernmegoldsaikikapcsolhatflvezett tartalmaznak. Az1.1.2a brnazIGBT-kblfelptettkapcsolsegyiklehetsges,ltalamisjavasolts vizsgltvltozatalthat(aszinkronmotorttpllva).Avezrlsielveimpulzusszlessg modulci(ISZM),amelynekkapcsolsifrekvencijaviszonylagnagy(10kHz-es nagysgrend)lehet.Azsszeselnyeebblkvetkezik:kisfelharmonikustartalom,ezrt kisebb jrulkos vesztesg a motorban; zrus jrulkos medd igny. Kifejlesztettemsmegvalstottamegyaz1.1.2a brnakmegfelelIGBT-sISZM vezrlsszaggattDSP-nalapulirnytegysggel(1.1.2b bra).Akzltmrseketezen vgeztem. Meghajt Meghajt Meghajt Meghajt SZR IM R S T CS3CS1 CS4 CS2 T1T2T3 T4 T5 T6 T7 T8 1 mI 2 mI TIRI 1.1. Impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse 6 1.1.2b bra. DSP irnyts IGBT-s vltakozram szaggat. 1.1. Az impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse [1-S1], [1-S2], [1-S3], [1-S5], [1-S6], [1-S8] j, a teljes tartomnyban mkd vezrlsi elvet dolgoztam ki s valstottam meg azIGBT-sISZMvezrlsvltakozramszaggatkapcsolelemeinekvezrlsre. Ennekkiegsztsekntmegoldstadtamaszaggatrl tplltaszinkronmotoroshajts tlramvdelmeskikapcsolsasornfellpnagyramokproblmjra.A megoldsok mkdst a megvalstott berendezsen mrsekkel bizonytottam. A kt ramirnyra kpes kapcsolkat az 1.1.2a bra alapjn szembe kapcsolt IGBT-kkel svelkellenprhuzamosankapcsoltdidkkallehetmegvalstani.Az1.1.2a brnlthat kapcsolsahromfzisranzvenemszimmetrikus,hanemktszimmetrikus(egyfzis) flbl tevdik ssze. Belthat, hogy ezzel a vltozattal is megoldhat a szimmetrikus ISZM vezrls kevesebb kapcsolval. A vezrlsi elv alapjai a kvetkezk: A kt fl egyidejleg s azonosan vezrelend. A soros s prhuzamos kapcsolk ellentemben vezrelendk.Asoroskapcsolkbekapcsolsaesetnafogyasztra(motorra)ateljeshlzati feszltsg jut. A prhuzamos kapcsolk bekapcsolsakor pedig arra nulla feszltsg jut. A vezrls megvalstsnl kt dologra kell gyelni [1-6]: Nem szabad a tplls fzisait rvidre zrni. Az induktv fogyaszt (motor) ramt nem szabad megszaktani. A szaggat mkdsbl kvetkezik, hogy a fogyaszt (motor) fzisrama is tartalmaz felharmonikusokat,lktet,alapharmonikusnaknulltmenetekrnyknpillanatrtke tbbszriseljeletvlthat.Afentikvetelmnyeknekmegfelelvezrlshezfelttlenl szksgvanafzisramokrzkelsre.[1-2]-beneztfelnemismerveafzisfeszltsgek 1.1. Impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse 7rtkei szerint engedlyeztk a tranzisztorok ki- s bekapcsolst, ami egy az alapharmonikus fzisszgtl(1)fggtartomnybannemtettelehetvaszaggatszemet.[1-7]szerinti megoldsbanugyanrzkeltkafzisramokat,deamkdstgyegyszerstettk,hogy amennyibenazaktulisfzisramegynullakrlikissvonbellrejutott,akkormindkt sorostranzisztortbekapcsoltkaprhuzamosakatpedigkikapcsoltk,azram alapharmonikusnakeljelvltsaebbenazllapotbanmentvgbesaszaggatsakkor indult meg jra, amikor az ram aktulis rtke az ellenkez eljel oldalon kilpett a svbl. Ez a vezrlsi md klnsen alacsonyabb szaggatsi frekvencik esetn torztja az ram- s feszltsgalakot s az idelisnl rosszabb mkdst biztost (nagyobb felharmonikus tartalom alacsonyabb rendszm felharmonikusokkal). Azltalamjavasoltsmegvalstottmdszerafogyaszt(motor)vezreltfzisaiban foly ramok (Im1, Im2) eljelnek pontos s gyors rzkelsn alapul [1-S5], lehetv tve a szaggats zemet s gy az ram nulla tmenett mindkt ramirnyban s brmely kapcsol vezetse esetn. 1.1.1. A fogyaszt ramirnynak rzkelse Azltalamkidolgozottsmegvalstotthatkony,gyors,pontosramirnyrzkelsi mdszer a kvetkez: A vezrelt motor fzisokba ellenprhuzamos didk lettek beiktatva, azok vezet irny feszltsgesse szolgltatta az informcit az ram eljelrl. Ez az rzkel ramkr tovbbi elemeivelegyttkb.10mAfelettteszilehetvazrameljelnekrzkelst,0,5s-nl rvidebbidalatt(ezeksokkaljobbparamterek,mintamitaszablyozsiclrabeptett hall-elemesramvltkkalellehetrni).AjavasoltShottkydidkalkalmazsamrskliaz ramrzkelsmiattjelentkeztbbletvesztesgeket.A10mAalattiramoknl flperidusonkntegyszerbekvetkeztvesrammegszaktsokcsupnjelentktelen alaktorzulsteredmnyeznekamotorrajutfeszltsgbensafzisramokban.A10mA alattiinduktvrammegszaktsamiattfellpfeszltsgcscsokatfmoxidvarisztorok korltozzk (1.1.2a bra). 1.1.2. A kapcsolk ramirny fgg vezrlse Kapcsol alatt a kt IGBT-bl s velk ellenprhuzamosan kapcsolt didkbl felptett ktramirnyflvezetskapcsoltrtem.Akapcsolkvezrlseazaktulisramirnytl fgg. Az alkalmazott elvek s lpsek a kvetkezk: Ahhoz,hogyafogyasztramabrmikor,akapcsolsiperidusonbelliseljelet vlthasson, a kapcsol bekapcsolt llapotnl mindkt tranzisztort be kell kapcsolni. tkapcsolskorakikapcsolandkapcsolaktulisramirnyhozfelesleges tranzisztora kikapcsolhat. Utnaabekapcsolandkapcsolaktulisramirnytvivtranzisztortkell bekapcsolni. Ezutnakikapcsolandkapcsolvezettranzisztoraiskikapcsolhat(azelzleg bekapcsolt tranzisztor tveszi az ramt). Utols lpsknt a bekapcsoland kapcsol ellenkez irnyban vezet tranzisztort is be kell kapcsolni. Avezrlsidbelifolyamataaz1.1.3. brnlthatalehetsgesngyfleramirny esetre.AztkapcsolstazUcvezrljelindtja(ISZMvezrljel:Uc=1sorosbe;Uc=0 prhuzamos be) s a clk 1MHz-es rajel idzti. 1.1. Impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse 8 1.1.3. bra. tkapcsolsok a motorramok eljeltl fggen. Avezrlsfolyamatbrjtaz1.1.4. bramutatja.Avezrlbemenetekakvetkezk: Im1sIm2eljele,UcsENABLE(engedlyezs).Ajelfolyambrnfeltntettema tnylegesen vezet tranzisztorokat s a ngy vezrl bemenet aktulis rtkeit (az X rtk az adott helyen kzmbs rtket jell). Brmelyik fzisram eljele is vltozik meg, a vezrls tkerlafolyamatbraegymsikgra,amelyikazutnmeghatrozzaatranzisztorokj kapcsolsi sorrendjt. Ha nincs vltozs (csak Uc vltozik), a vezrls a folyamatbra azonos gn jr oda-vissza a soros s a prhuzamos kapcsolsi llapotok kztt. 1.1.4. bra. A kapcsolk vezrlsnek folyamatbrja. (X: mindegy; 1: pozitv, aktv; 0: negatv, inaktv) 1.1. Impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse 9Mivelabemenjeleksarendszerllapotaegyrtelmenmeghatrozzaakvetkez llapotot,avezrlslegegyszerbbenegyszinkronsorrendihlzattalvalsthatmeg. ramkrileg ezt egy visszacsatolt memrival oldottam meg [1-S5]. Ahajtsteljeskivitelezsemegtrtnt.Fbbismrvei:Un=380V;In=12A;fkmax=6kHz (maximliskapcsolsifrekvencia);irnytegysgeegyDSP(TMS32010)alap mikroszmtgp. Mkdsnek bemutatsra az 1.1.5. brn lthat a feszltsg s az ram Park-vektor plyja 50%-os kivezrlsre (a relatv bekapcsolsi viszony =50%), fk=4kHz. a) Feszltsg. b) ram. 1.1.5. bra. Park-vektorok 50%-os kivezrlsre. 1.1.3. A tranzisztorok tlram vdelme motoros terhels esetn [1-S2], [1-S8] AzIGBT-ktlramvdelmenemlehetegyedi,nehogymegszaktsavalamelyikfzis induktvmotorramt.Egyszeroptocsatolvallevlasztottmeghajtramkrklettek hasznlva,amelyeknemrendelkeznekkzvetlentlramvdelemmel.AzENABLEjelen keresztlhatvaaCS3sCS4ramrzkelkjeleitfelhasznlvaatlramjelmaximum3 lpsutn(1.1.4. bra)kikapcsoljaasoroskapcsolkat(prs)amielegendenrvidid ahhoz, hogy az IGBT-k elviseljk a tlramot. Aproblmaakkorvan,haafogyasztegyaszinkronmotorsatlramokasokig fennll. Ilyenkor a rendszer hossz ideig az 1.1.4. bra als krben meghatrozott llapotban marad,amiaprhuzamoskapcsolkbekapcsolstjelenti.Azokrvidrezrnakegyforg felmgnesezettvillamosgpet.Ilyenkorszintntlramlphetfel,hiszenamotorbantrolt mgnesesenergiaegyrszeakisrtkllrszellenllsonemsztdikfel.Amotor alapharmonikuskapocsfeszltsgnekugrsszermegvltozsanagyllrszramotindta kis llrsz reaktancin. Radsul ez a jelensg zemszer kikapcsolskor is fellp. Afolyamatvizsglatraszimulcikatvgeztem(motoradatok:1.3.II. tblzat).Egy wsl=2%szlip-frekvencisllandsultzemesetnbekvetkeztartsmotorkapocs-rvidzr esetn5pu(tszrsnvleges)tlramlpettfel.Azgymkdtlramvdelem(vagy kikapcsols) nem hatkony, vltoztatni kell a stratgin: Amotornemmaradhathosszideigrvidrezrtllapotban.Ugyanakkorazinduktv motorramnemszakthatmeg,aznagytlfeszltsgetokozna.Ezadtaaztletet,hogya motorkapcsairakttttlfeszltsglevezetthasznljakennekmegakadlyozsrasa mgneses energia egy rsznek hv alaktsra (ezek nem azonosak az 1.1.2a brn szerepl, akapcsolkkalprhuzamosanktttkisenergitelfogyasztanikpestlfeszltsg R S TRS T 1.1. Impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse 10levezetkkel,azokakapcsolsitlfeszltsgekmegfogsraalkalmasak).Aszksges mdostsok a kvetkezk: Ersramkr:amotorkapcsainafzisokkz(mindhromvonalra)megfelelen mretezetttlfeszltsglevezettkellelhelyezni.Amretezsegyikparamterea megfogsi feszltsg szint. Ha ez kisebb, mint a motor zemi feszltsge, akkor vezrelten kelltudnibeiktatniamegkvntidpontban(egy-egysorosflvezetskapcsol vezrlsvel).Eztlzottanelbonyoltanavezrlst,gyorskapcsolkkellennek,a megfelelen gyors mkdtetshez hardverbl kellene azokat vezrelni. E nehzsgek miatt amretezssornazzemifeszltsgnlnagyobbmegfogsifeszltsgszintvlasztsra trekedtem. A kapcsolk vezrlse: meg kell vltoztatni az ENABLE jel tiltsa s fennmaradsa esetn akapcsolsifolyamatot:kikellkapcsolniaprhuzamoskapcsolkat.Eznemignyel hardvermdostst,csupnaszinkronsorrendihlzatotmegvalstmemriatartalmt kell trni. A szksges mdostst az 1.1.6. bra mutatja. STARTOFFT3,T4T7,T8XXXXXX01XXX0XXX1 1.1.6. bra. A kapcsolk vezrlsnek mdostsa. 1.1.3.1. A mretezs elmleti httere Atlfeszltsglevezetketmreteznikellamegfogsifeszltsgresadissziplt energira, amelyek sszefggnek egymssal. Amegfogsifeszltsgmegvlasztstktmennyisgbefolysolja:avdelem mkdsekorfellpramcscsnagysga(imax)satlfeszltsglevezetndisszipland energia(E).Mindketttamegengedhetrtkrekellleszortani.rtkeikaterhelstlis fggenek. Szimulcisvizsglatokkalmeghatroztamsszefggseiket.Az1.1.7. brnadott terhelsre(wsl=0,02)Esimaxlthatamegfogsifeszltsg(Uz)fggvnyben.Mivela tlfeszltsglevezetkafzisokkzkapcsoldnak,amegfogsifeszltsgviszonylagos rtkei a nvleges vonali rtkre lettek viszonytva. Uz nvelsvel az eldissziplt energiban maximummutatkozik,amiegyszerfizikaimegfontolssalmagyarzhat:amkdsiid cskken, a disszipcis teljestmny nvekszik, ezek az energira ellenttesen hatnak [1-S8]. Clszer Uz-t a maximumon tlra, 0,4pu fl lltani. Uz nvelsvel imax cskken, ami rthet is,hiszenilyenkorazllrszreaktancirajutfeszltsgklnbsgcskken.EgyadottUz szint felett (kb.0,6pu az adott terhelsre) imax nem vltozik, ekkor tlram nem keletkezik, Uz elgenden nagy ahhoz, hogy az ramot gyorsan s tlram nlkl lecskkentse. Mindkt brzolt mennyisg a terhels nvelsvel kiss cskken, ami rszben az ekkor kialakulkisebbfluxus-szinttelmagyarzhat(nagyobbfeszltsgessazllrsz ellenllson) [1-S8]. 1.1. Impulzusszlessg modullt vltakozram szaggat vezrlse 11 1.1.7. bra. Az Uz feszltsg rtknek hatsa. Az 1.1.7. bra alapjn egyrtelm, hogy Uz nvelse mindkt mennyisget a megkvnt irnybamdostja(cskkenti).Uznvelsnekaflvezetkmegengedhetfeszltsg ignybevteleszabkorltot.EzekalapjnegyUeff=430Vnvlegesfeszltsgtlfeszltsg levezettvlasztottam(Uz1,13pu),amelyanvlegesfeszltsgennemszlalmeg,de megfogsi feszltsge alatta van a flvezetk megengedhet feszltsg ignybevtelnek. Ez utbbinl azt is figyelembe kell venni, hogy a megfogsi feszltsg az ram nvekedsvel n [1-S8] (a mrt brkon 800V fl is nvekszik). Amegvalstottberendezsenmrseketvgeztem.Azeddigvizsgltmunkapontban felvtelt ksztettem a kikapcsolskor kialakul motor feszltsgrl s ramrl (1.1.8. bra). A korltozs a vonali irnyokra merleges egyenesek mentn vrhat. A felvtelen a korltozott vonali feszltsg maximuma tbb mint 800V. Az ram gyorsan megsznik a nagy Uz miatt s nincstlram.Agyorsmkdsmiattakorltozshatszgbliscsakegyoldalltszika feszltsgvektor plyjn. a) Feszltsg.b) ram. 1.1.8. bra. A mrt Park-vektorok. Aktbraugyanabbanamunkapontban,denemegyidbenkszlt.Ahlzati feszltsg jelents -5-s s 7-es rendszm felharmonikusokat tartalmazott. 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 121.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa [1-S3], [1-S9], [1-S10], [1-S11] Tbbmdszertdolgoztamkisvalstottammegahlzatifeszltsgbenlv aszimmetriasfelharmonikusokkompenzlsra.Kimutattam,hogyazIGBT-s vltakozramszaggaterreaclraissokkaljobbanhasznlhat,minta hagyomnyostirisztorosvltozat(felharmonikusszrsrecsakezhasznlhat).A mdszerekkifejlesztsetbblpsbentrtnt,egymsraplve,fokozatosanjavtva tulajdonsgaikat,kiterjesztvehatsukat svglkidolgozvaalegkedvezbbmegoldst. Kimutattam,hogyarendszmkompenzltfelharmonikusokbl(idertveaz aszimmetriaesetnmegjelennegatvsorrendsszetevtis=-1-esrendszmmal) fknt-+2rendszmfelharmonikuslesz.Akompenzlsielvekmkdsta megvalstott berendezsen mrsekkel bizonytottam. 1.2.1. Az idelistl eltr tpll feszltsg hatsa Azidelistlvaleltrstafeszltsgfelharmonikusoksafeszltsgaszimmetrija okozza. A felharmonikusok keletkezse s hatsa jl ismert, itt elssorban az aszimmetrival foglalkozom. Az ltalnosts rdekben az aszimmetria ltal okozott (az aszimmetrit ler) negatv sorrend sszetev is felharmonikusnak tekinthet =-1-es rendszmmal. Ahromfzisfeszltsgrendszeraszimmetrijtkivltokokazenergiatermelss elosztsrendszernekbrmelyikrszbenelfordulhatnak,pl.aszimmetrikustranszformtor tekercsek,aszimmetrikussorosimpedancik,jelentsegyfzisvagyaszimmetrikus hromfzisterhelsekformjban.Afogyasztkkzlazaszinkronmotorokrendkvl rzkenyekafeszltsgaszimmetrira.Hagyomnyosanegpekaszimmetrikustpllsaa szimmetrikussszetevkmdszerveltrgyalhat.Azrussorrendsszetevketeleve kihagyhatjukavizsglatbl,mivelazaszinkronmotorokllrsztekercselsevagy deltakapcsols, vagy fldeletlen csillag-kapcsols. Mr kis mrtk feszltsg aszimmetria esetnisanegatvsorrendramokmeglepennagyrtkeklehetnek,ugyanisavelk szembeni impedancia nagyon kicsiny elssorban a helyettest vzlatban szerepl) s 2 /( R'2tag miatt. A negatv sorrend ramok: jelents tbbletvesztesget okoznak mr nhny szzalkos aszimmetria esetn is, a teljes motoros fordulatszm tartomnyban cskkentik a tengelyrl levehet nyomatkot (belertve az indtnyomatkot is), azllrszramokeltrnagysgamiatthelyitlmelegedseketsteltseketered-mnyezhetnek, jelentsen megnvelhetik a gp rezgs s zaj szintjt. Haazaszimmetriaoktnemllmdunkbanmegszntetni,akkoramotorblkivehet teljestmnytlekellrtkelni(vagyfordtva,adottmechanikaiteljestmnyheztlmretezett motortkellalkalmazni).AzaszimmetriamrszmtelszrazszakAmerikaiszabvny definilta (NEMA MGI-14 Motors and Generators): az aszimmetriaszzalkos rtke vonali mennyisgekreegyenlakzepes(tlagos)rtktlvallegnagyobbskalreltrsneksa kzepesrtknekaviszonyval.5%aszimmetriafelettamotormkdsenemjavasoltaz adotthlzatrl.Ezttmasztjaala[1-S9],[1-S10]publikcikbankzltlevezetett sszefggs,amelyszerint5%-osnegatvsorrendfeszltsg% 60 40 P*t -ostbblet tekercsvesztesget is eredmnyezhet a nvleges zemi vesztesgre vonatkoztatva. 5%aszimmetriafelett,vagyhaazaszimmetrianagysgavltozsazokanem szntethet meg, akkorclszer jrulkos berendezssel kompenzlni az aszimmetrit. Tbb fogyaszttellt,nagyobbteljestmnyhlzatesetnakisebbtpusteljestmnysoros 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 13kompenzci javasolhat [1-8]. Ez nem tmja az rtekezsnek. Egy motor esetn, klnsen haannaklgyindtststlramvdelmtisbiztostanikell,clszerlehetolyan feszltsgszablyozkzbeiktatsa,amelyikenafogyasztteljesteljestmnyethalad.A feszltsgszablyozsvallehetvvlhatazaszimmetriakompenzlsais(prhuzamos kompenzls).Ezzelamdszerrelcsakcskkentenilehetafeszltsget.Haafogyaszt tpllshozszksgvanahlzatnvlegesfeszltsgre,transzformtorbeiktatsais szksgesa berendezs sahlzatkz.A transzformtorszksgestpusteljestmnynek cskkentse rdekben auto-transzformtor alkalmazsa javasolt. 1.2.2. Lehetsgek tirisztoros feszltsg szablyozval A flvezets feszltsgszablyoz ma mr klasszikusnak tekinthet megoldsa az ellen-prhuzamostirisztorprokblfelptettvltakozramszaggatkapcsols(1.1.1. bra). Ekkorazaszimmetriakompenzlshozelengedhetetlenahromfzisegymstlfggetlen gyjtsvezrlse[1-3].Akapcsolsegyikkzismerthtrnya,hogyjelentsamplitdj, alacsony rendszm felharmonikusok lpnek fel, s a szablyozs viszonylag bonyolult. Ezzel felharmonikusokatkompenzlninemlehetsges.Kevsbismeretesazonban,hogyaz aszimmetriakompenzlsraaszablyozskorltozottlehetsgekkelrendelkezik.Az 1.2.1. brnszemlltetjkazt,hogyanlehetsgesegyaszimmetrikusfeszltsgrendszer kompenzcija.Afeladatotakkorlehetknnyensviszonylagltalnosanmegoldani,ha abblindulunkki,hogyamotorfeszltsgeit(c b aU , U , U )sramait(c b aI , I , I )sikerlt tkletesen szimmetrizlni. Az mr rgen s tbb publikciban(pl. [1-1]-ben) is bizonytst nyert, hogy egy R-L kr vagy egy indukcis motor esetn a tirisztor prok j kzeltssel egy-egyvltoztathatreaktancival(Xt1a,Xt1b,Xt1c)modellezhetkegyalapharmonikusokra vonatkozhelyettestvzlatban.Azadottfzisramokramerleges 1 tX I j feszltsg sszetevkkelrendkvlsokfleaszimmetrikusfeszltsgrendszerllthatel.(A valsgbanafeladatfordtott:adottaszimmetrikusfeszltsgrendszerhezsadott szimmetrikus feszltsgignyhez kell meghatrozni, hogy milyen 1 tX I jfeszltsgekkel lehet azignytkielgteni.)Azbrblazonnalmegllapthatjuk,hogyadottmotorfzisszg (munkapont)esetnazaszimmetrikusrendszerfeszltsgvektorainakvgpontjaicsakaI jirnybanhzottegyenesekenmozoghatnak,vagyisazegyenesrenemespontokesetbena tkletes szimmetria nem valsthat meg. Hogy egy aszimmetrikus vezrlssel mgis milyen mrtkbenlehetcskkenteniazeredetilegmeglvaszimmetrit,arraaz1.2.1. brn bemutatott vizsglati mdszer nem alkalmas. ImReaUbUcUaIcIbIb 1 t bjX IhaUhbUhcUIajXt1aIcjXt1c 1.2.1. bra. Kompenzls tirisztoros szaggatval. 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 141.2.3. Lehetsgek IGBT-s feszltsg szablyozval Ebbenazesetbenlnyegesenkedvezbbviselkedsreszmthatunk.Egyrszta keletkezfelharmonikusokrendszmaa(kapcsolsifrekvencialtalmeghatrozott)nagy rendszmoktartomnybatoldikel.Msrsztaszaggatvezrlseisjvalegyszerbb. Ekkorafeszltsgaszimmetriakompenzlsaafeszltsgvektoramplitdjnak szablyozsvallehetsges.Aszaggatszzalkosbekapcsolsiidejvelafogyasztrajut feszltsgkapcsolsiperidusravonatkoztlagrtkttudjukvezrelnimindenkapcsolsi peridusban. Azalkalmazottszaggatkapcsolskzeltlegpillanatrtkekben(kapcsolsi peridusravonatkoztlagrtkben)isamegkvntllandfeszltsgrtkrekpes szablyozni. A vezrlsi elv s a megvalsts is nagyon egyszer: rzkelve a tplls vagy a fogyasztfeszltsgnekPark-vektort,amegkvntfeszltsgamplitdnakmegfelelen kiszmolhataszksgesISZMbekapcsolsiviszonymindenkapcsolsiperidusban. Kiszmtsra kt mdszer jhet szba: Szablyozs:Azalapjelblsaterhelsfeszltsgblszmolthibajelet(gyors)PIsza-blyzvalfeldolgozvaennekkimeneteabeavatkozjel,arelatvbekapcsolsiviszony (kitltsi tnyez) lesz. Vezrls:Amegkvntfeszltsgamplitdbl(Uref)satpllsmrtfeszltsgamp-litdjbl (U) szmolhat:=Uref/U. 1.2.3.1. Jelfeldolgozsi krdsek Szrs AzirnytshozhasznltrzkeltfeszltsgrtketPark-vektorkomponensekblllt-jukel: 2y2xu u U + = .Aszablyozsalkalmazsakoraterhelsfeszltsgrevanszksg, de az az ISZM miatt kzvetlenl nem hasznlhat erre a clra, valamilyen szrs szksges. Apontosbeavatkozshozafogyasztrajutfeszltsgkapcsolsiperidusidrevett tlagravanszksg.EllltsnakegyikmdjaaPark-vektoramplitdpillanatrtknek kzvetlen szrsvel trtnhet (analg szrs). Mivel ez mindenkpp fzisksleltetst okoz, s gy nem az aktulis rtket mintavtelezzk, ez a mdszer nem hasznlhat. Aszrshardvermegvalstsahelyetthasznljukkiaszoftvernyjtottalehetsget, amiveltnylegesenafogyasztrajutfeszltsgkapcsolsi peridusidrevetttlagttudjuk kiszmolni. Ehhez a tplls feszltsgnek amplitdjt (U) kell mintavtelezni. Ez trtnhet afogyasztkapcsainis(ekkornemkellmdostaniazegybszablyozsokhozhasznlt rzkelsi helyen), csupn arra kell gyelni, hogy a mintavtelezs pillanata a soros kapcsolk bekapcsoltllapotbantrtnjen.Mivelamintavteliidztstisakapcsolsiperidus hatrozzameg,ezknnyenbiztosthat,csakrvidbekapcsolsiidnl(kismegkvnt feszltsgamplitdnl)addhatnakproblmk.Haarendszernekilyenmunkapontokbanis mkdniekell,akkoramrsipontotakapcsolkelkellhelyezni.Ebbenazesetbena kapcsolkvezetirnyfeszltsgesstisfigyelembekellvenni.Haarelatvbekapcsolsi viszony,aszablyozshozhasznltvisszacsatoltjelakvetkezkplettelszmolhat: Uv=U. A holtid cskkentse Ktfle holtid van: Beavatkozsi holtid: Az ISZM modultor kt programozhat szmllbl van megptve. Az egyik szolgltatja a mintavteli (s egyben kapcsolsi) frekvencinak megfelel rajelet, 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 15a msikkal pedig a kitltsi tnyez vltoztathat. A kitltsi tnyez megvltozsa mindig akvetkezkapcsolsiciklusbanjutrvnyre,egyelindultkapcsolsiciklustnem,vagy csak nehezen,ms hardverrel lehetne mdostani. A beavatkozsban gy keletkez holtid vltozsokesetn(aszimmetriaesetntermszetesenvltozikafeszltsgamplitd) lemaradst s hibt okoz a kialakult feszltsgben. rzkelsi holtid: A mintavteles rendszer mindig okoz egy mintavtelnyi holtidt, ami a mintavtelezs mdjtl fgg lemaradst eredmnyez az rzkelt jelben. Aholtidkhatsnakcskkentsreegyszerbecslsimdszerhasznlhat:Ha felttelezzk, hogy az rintett jel (rzkelt s beavatkoz jel) linerisan, az elz mintavteli ciklusbanrzkeltmeredeksggelvltozik,asoronkvetkezkapcsolsiciklushoz felhasznlt rtke a kvetkez sszefggssel becslhet az elz (Xe) s az adott mintavteli pillanatbanismertaktulis(X)rtkbl:Xb=X+(X-Xe)k.Akrtkeamintavtelezss beavatkozsmdjtlfgg.Pillanatrtketszolgltat,kzvetlenADtalaktsesetnk=0,5 szksges. A fent rszletezett beavatkozs esetn szintn k=0,5 rtket kell alkalmazni. Magasabbrendbecslsialgoritmusoktbbelzrtkfigyelembevteltignyliks ezzelapontossgesetlegjavulhat.Azonbanmrezzelazegyszerlinerisbecslsselis nagyon j eredmnyt lehet elrni (1.2.3. bra, 3 s 3 grbk) 1.2.4. Kompenzlsi mdszerek Avizsglatokegymestersgesen(toroidtranszformtorral)ellltottjelentshlzati aszimmetrivalterhelttpllsravonatkoztak.Atorztatlantpllscskkentett(fl) feszltsgvolt.Ezsemvolttkletesenszinuszos,jelents-5-ss7-esrendszm (tptranszformtor teltsi) felharmonikusokat tartalmazott.A kompenzls trivilis megoldsnak az lland amplitdra szablyozs tnt, elszr eztvalstottammegaksrletiberendezsen.Amlyebbvizsglatokblkiderlt,hogyez nem eredmnyez teljes kompenzlst, a mdszert mdostani kellett. 1.2.4.1. lland amplitdra szablyozs Avizsglatokhozhasznltsmegvalstottirnytsielvaszablyozsvolt.Azelz pontbanismertetettlinerisbecslsimdszertalkalmaztam.Egymunkapontraabecsls nlkli esetet is vizsgltam a becsls hatkonysgnak rzkeltetsre.Amegvalstottberendezsenmrseketvgeztem.Aterhelsknthromfzis ellenlls terhelst hasznltam (kb.10% krli terhels). A szaggat kimenfeszltsg Park-vektorkomponensekpillanatrtkeitartalmazzkakapcsolsifelharmonikusokat,gy kzvetlenlakompenzcimkdsnekrzkeltetsrenemalkalmasak.Akapcsolsi felharmonikusokatmsodrendszrvelkiszrveavektorkapcsolsiperidusidrevett tlagrtkeittudjukmegjelenteni.Azsszesbemutatottbraaszrtrtkekhasznlatval kszlt.AmegjelentsadatgyjteszkzegyHP54600trolsoszcilloszkpvolt.Ngy feszltsgalapjelrtkrekszltekfelvtelek:feszltsgPark-vektorplyk(1.2.2a bra), fzisfeszltsgekidfggvnyei(1.2.2b bra)sfeszltsgamplitdidfggvnyek (1.2.3. bra),valamintaPark-vektorplykbefutsnakidbelijellemzsreavektor szgnekidfggvnye(1.2.4a bra)safeszltsgvektorforgsiszgsebessge (1.2.4b bra).Lthat,hogyhiballandazamplitd(1.2.2a bra),afzisfeszltsgek idfggvnyeinemszinuszosak(1.2.2b bra).Eztafeszltsgvektoregyenetlen szgsebessgeokozza,amelynekpillanatrtkejelentseneltra250=314rad/s-osrtktl (2.2.4b bra).Aszgsebessgvltozsnakjellegemegegyezikatpllsamplitdjnak vltozsval (1.2.3. bra 1-es grbje). 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 16-100 0 100-1000100STR [V]1234 a) Feszltsg Park-vektor plyk. 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025-100-50050100 b) Fzisfeszltsgek idfggvnyei a 2-es esetre (zrussorrend sszetev nlkl). 1.2.2. bra. A feszltsgek alakulsa lland amplitdra szablyozs esetn. 01020 t [ms]0100[V]12334 1.2.3. bra. Feszltsg amplitd idfggvnyek. 10 20-3-2-10123t [ms][rad]0 a) A feszltsgvektor szgnek idbeli vltozsa. 0.005 0.015 0.025100200300400t[ms] w [rad/s] b) A vektor szgsebessge. 1.2.4. bra. A feszltsgvektor egyenetlen szgsebessgnek demonstrlsa. Akls1.jelvektorplyafelvtelekorazalapjelrtkeakkoravolt,hogyaszaggat teljesenkilettvezrelve,gyezavektorplyaatorztotttpllsbemutatsraszolgl.A tbbialapjelnlamegkvntllandamplitdmindenidpillanatbanalattavanatplls amplitdjapillanatrtknek.A3.jelplyhozabecslsnlkliesetetisberajzoltamaz amplitdidfggvnybeabecslsialgoritmushatkonysgnakbemutatsra(1.2.3. bra 51525 2f314uRuSuT t[s][V]51525 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 173 grbe).Mindavektorplykbl,mindafeszltsgamplitdidfggvnyeiblltszikaz llandamplitdraszablyozsmegfelelminsge.Aminemltszik,azavektorplyk idbeli befutsa. Az amplitd szablyozssal termszetesen a vektor szgt befolysolni nem tudjuk,atpllsbanmeglv,azaszimmetriasafelharmonikusokmiattinemegyenletes befutst (1.2.4. bra) ez a mdszer nem tudja kikompenzlni (1.2.I. Tblzat). 1.2.I. tblzat A mrt eredmnyek mennyisgi jellemzse. U1 [V]U-1/U1U3/U1 U-5/U1U7/U1 1.141,117,8%0,09%2,81%1,29% 2.102,88,45%8,92%0,79%0,65% 3.82,38,71%9,00%0,89%0,59% 3.81,88,10%8,97%0,86%0,88% 4.51,88,75%9,34%0,96%0,48% Lthat, hogy az lland amplitdra szablyozs a felharmonikusokat a nagyobb rend-szmok tartomnyba tolja el (-5. s 7. jelentsen cskken). A negatv sorrend sszetevt kb. felrecskkentisharmadikharmonikustgenerlhelyette.Egyszergeometriai megfontolsokkalbelthat,hogyazllandamplitdhozezaviszonykella-1s3 rendszmfelharmonikusokra.Abecslsnlkli,holtidtnemkikompenzleset(3)a nagyobbfrekvencis7.harmonikusnagyobbmegmaradrtkbentrelatbbitl(a gyorsabban vltoz sszetevnl nagyobb a holtid hatsa). 1.2.4.2. Kompenzls a feszltsgvektor forgsi sebessgnek figyelembevtelvel Fizikai elv: Anegatvsorrendsszetevtegyrsztazamplitdegyenetlensge,msrsztaz egyenetlenszgsebessghordozza(ld.1.2.3. bras1.2.4b bra).Csakamplitdban beavatkozva nem az lland amplitdra val szablyozs nyjtja a legkedvezbb eredmnyt a negatv sorrend sszetev kikompenzlsa szempontjbl. Ott, ahol a negatv sorrend miatt nagyobb a sebessge az eredeti tplls vektornak (szinuszos sszetevket felttelezve ez az ellipszis kistengelynek irnyban van), a negatv sorrend sszetev cskkentse rdekben nagyobbfeszltsgamplitdalapjeletlltunkbe(agyorsabbanthaladvektorhatsnak kompenzlst az idbeli tlagolst figyelembe vve a nagyobb amplitd eredmnyezi). Ott, aholalegkisebbasebessge(azellipszisnagytengelye),kisebbfeszltsgamplitd alapjelet lltunk be (a lassabban thalad vektor hatsnak kompenzlst a kisebb amplitd eredmnyezi).Mgltalnosabbanfogalmazva:afeszltsgamplitdalapjelrtkeegytt vltozzonatpllsvektornakszgsebessgvel.Eztafizikaielvettmasztjaalatpll feszltsgvektor szgsebessg s amplitd vltozsnak megegyez jellege (1.2.3. bra 1-es grbje s az 1.2.4b bra). Mennyisgi viszonyok (kzeltsekkel): Azelvmegvalstshozszksgvanafeszltsgvektoramplitdjnaksforgsi szgsebessgnekkifejezsre. t jw1 11e U u = s t jw1 11e U u = felttelezssel,egyszer levezetssel (ld. (1.2.9)): t w 2 cos U U 2 U U u1 1 12121 + + = ,(1.2.1) ( )22121 1uU U ww= .(1.2.2) A kompenzls alapja a pozitv sorrend amplitdtl val relatv eltrs: 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 181 x 2 cosUU2UU1 1Ut w 2 cos U U 2 U UUU u1121111 1 1212111 +||.|

\|+ = + += x 2 cosUU1 x 2 cosUU2 11111 + (x=w1t).(1.2.3) (Az els kzelts a msodrenden kis tag elhanyagolsa, a msodik pedig binomilis sor els kttagjnakfigyelembevtele.EzekkisU-1esetnelfogadhatak,gyaszrmaztatott sszefggsek erre az esetre rvnyesek.) A negatv sorrend sszetev kompenzlsa (1.2.3) relatv eltrs ktszeresnek mnusz egyszeresvellehetsges.Aktszeresszorzanegatvsorrendsszetevktoknak kompenzlshoz kell: amplitd eltrs s szgsebessg eltrs kompenzlsa.Mivelakompenzlstamrhetszgsebessgeltrsselakarjukmegvalstani, fejezzkkiaszksgesamplitdkompenzcitavektorszgsebessgnekw1-tlval relatv eltrsvel ((1.2.2) alapjn, az elbbiekhez hasonl kzeltseket alkalmazva): + ++ = x 2 cos U U 2 U Ux 2 cos U U U2ww w1 121211 12111x 2 cosUU211 .(1.2.4) Ez ppen a megkvnt kompenzci mrtkt adja. Ezek alapjn adott, relatv rtkben kifejezett U1ref alapharmonikus pozitv sorrend feszltsg mdosts elrshez a modulci mrtke a kvetkez (modulls alatt a tnyleges amplitd pillanatrtk mdostsi mrtkt rtem): ref 111U 1ww wM||.|

\|+= .(1.2.5) Agyakorlatimegvalstsszempontjblezaszaggatbekapcsolsiviszonytadja:=M. U1ref rtknek van fels korltja, hiszen M (s ) rtke egynl nagyobb nem lehet. A mdszer ltalnostsa felharmonikusok kompenzlsra: Mindafizikaielv,mindamennyisgiviszonyokltalnosthatksadaptlhatk felharmonikusokrais.Hasonllpsekkelskzeltsekkelrendszmfelharmonikust tartalmazfeszltsgvektorforgsisebessgresakompenzlshozszksgesmodulci mrtkre hasonl sszefggs kaphat: | | t w ) 1 ( cosUU) 1 (ww w11 11 ,(1.2.6) ref 111U 1w ) 1 (w w2 M((

+ = .(1.2.7) Azltalnostshelyessgnekellenrzsreazhasznlhat,hogyezekbl=-1-es helyettestssela(1.2.4)s(1.2.5)visszakaphat.Fizikaimegfontolsokkalazltalnostott kifejezsekakrkzvetlenlis(levezetsnlkl)felrhatk:szinkronforg koordintarendszerbenafelharmonikusokszgsebessgew1(-1).=-1esetn-1=-2, (1.2.4)-ben -2 helybe -1 rhat. 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 19A mdszer korltja: Amodulciltalnostott(1.2.7)kifejezsbllthat,hogyezzelamdszerrelcsak egyetlenfelharmonikus(idertvea=-1-esrendszmnegatvsorrendsszetevtis) kompenzlhat egyidejleg. Gyakorlati megvalsts: Agyakorlatimegvalstshozrzkelnikellaz =jue u feszltsgvektorforgsi sebessgt.Ezviszonylagbonyolultmveletekvgrehajtstsderivlstignyel.A ltszlag egyszerbb mdszer (1.2.8) abszoltrtk kpzst ignyel: 1 nn 1 nuu ut1t dtdw++ = .(1.2.8) Azltalamkifejlesztettmdszerkzeltseazabszoltrtkkpzslegbonyolultabb mvelett,angyzetgykvonstkikszbli.Brmelyvektorforgsiszgsebessge kifejezhet a kvetkez mdon: wdtdU1dtdUU1edtdjU edtdUUeu1dtu du222j j j2==|.|

\| ==|.|

\| + = .(1.2.9) Kzeltse: ||.|

\|)` =tuutuuu1dtu du Imu1wxyyx2 2.(1.2.10) 1.2.4.3. A fizikai megfontolsok matematikai igazolsa Azeddigivizsglatoktartalmaztakugyanmennyisgilersokatis,deazokisfizikai megfontolson alapultak. A pontos vizsglatokhoz egyszer matematikai lerst szrmaztatok. Mivel mr az eddigiekbl is ltszik, hogy a negatv sorrend sszetev s a felharmonikusok egysgesenrhatkle,elegendcsakanegatvsorrendsszetevrefelrniaz sszefggseket, a tbbi felharmonikusra hasonl kifejezsek addnak. Negatvsorrendsszetevesetnazamplitdazalapharmonikusfrekvencia ktszeresvellktet.Akompenzlshozszksgesmodulcimrtknekezzelellenttesen kell vltoznia, nagysgt kell csak az elrend cl fggvnyben megvlasztani. Ha az eddig isvizsglt t jw1 11e U u = s t jw1 11e U u = komponensekvannak,amodulcimrtke idfggvnynek( )||.|

\| + = =2e eK 1 U x 2 cos K 1 U Mx 2 j x 2 jref 1 ref 1-nekkelllennie. Vizsgljuk meg, mi trtnik a komponensekkel: ( )( )ref 1x 3 j1jx1jx1x 3 j1jx1jx1ref 1x 2 j x 2 jjx1jx1U e U e U e U e U2Ke U e UU2e eK 1 e U e U((

+ + + + ==||.|

\| + + (1.2.11a) Ez alapjn a negatv sorrend sszetev eltntetshez 11UU2 K=szksges: 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 20 ref 111U x 2 cosUU2 1 M||.|

\| =(1.2.11b) Ezaddottkiafizikaimegfontolsokblisazalkalmazottkzeltsekkel.Kis mrtkbenvltozikapozitvsorrendsszetevis(akzeltsekhatsaittmutatkozik).A negatvsorrendsszetevpozitvsorrendharmadikharmonikusbatranszformldik,de megjelenik kis amplitdval negatv sorrend harmadik harmonikus is. Azelzsatovbbimdszerekvizsglathozsszrmaztatshozrjukfela modulls hatsra kiadd amplitd kifejezst (1.2.3) s (1.2.11b) felhasznlsval: ( )( ) x 2 cos U U U x 2 cosUU2 x 2 cos U U Ux 2 cosUU2 1 U U x 2 cos U u M u1 1 ref 121211 1 ref 111ref 1 1 1 ||.|

\| =||.|

\| + =(1.2.12) AkzeltsekkisU-1-reelfogadhatak.Haamodulcimrtknekkifejezsbl (1.2.11b) elhagynnk a 2-es tnyezt, az alkalmazott kzeltsekkel az lland amplitdra szablyozsaddikki: 1 ref 1U U M u (U1refrelatvrtk).Ekkor(1.2.11a)sszefggssel ellenrizhet,hogyanegatvsorrendsszetevnekcsakafelekompenzldik,ahogyaz 1.2.4.1. fejezetben is kaptuk. 1.2.4.4. Mdostott mdszer tbb felharmonikus kompenzlsra Fizikai elv: Akiindulsismtcsakegyfelharmonikuskompenzlsravonatkozik,demintmajd kiaddik,akifejlesztettmdszertbb,bizonyosfeltteleknekmegfelelfelharmonikus egyidej kompenzlsra is alkalmas. Hacsakafeszltsgvektoramplitdjttudjukszablyozni,vegykabelltand amplitdnagysgtolyannak,amimegfelelegyolyanfeszltsgrendszer feszltsgvektornakamplitdjnak,amelyellentteseljelleltartalmazzaa kikompenzland felharmonikust. Ezt a vlasztst negatv sorrend sszetev esetn (1.2.12) istmogatja,aholU-1eljelenegatv.Ugyanisbelthat(1.2.3)alapjn,hogyellenttes eljelnegatvsorrendsszetevesetnazamplitd idfggvnyeaszoksoskzeltsek alkalmazsval (1.2.12) vgeredmnyt adja (U1ref nlkl). Amdszeralapjagy(1.2.12)-velkifejezettamplitdalapjel.Mivel(1.2.12)eggyel tbbkzeltsttartalmazazeddigieknl(azutolslpsben),akompenzlspontossga kisebb lesz, mint az elz mdszer. Mennyisgi viszonyok: Az elvnek megfelel amplitd alapjelet geometriai megfontolsokkal kaphatjuk meg: rendszmfelharmonikusttartalmazfeszltsgrendszervektorplyja1 oldal szimmetritmutat.Arendszmfelharmonikustellentteseljelleltartalmazfeszltsg rendszervektorplyjaebblaszimmetriaszgfelvelelforgatva(visszaforgatva)kaphat meg, ez a szg: 1180211360 = = o o.(1.2.13a) 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 21Negatvsorrendsszetevesetn(=-1)=90.Akompenzlsgyakorlati megvalstsaegyszer:Mrjkstroljukatpllfeszltsgamplitdjnakszggel elbbirtkeitsazthasznljukazamplitdalapjelkpzshez.Azszgpontossgta tpllsfrekvencijnakpontossgasaszgfelbontstmeghatrozmintavtelifrekvencia befolysolja. (6kHz kapcsolsi frekvencia esetn 30 elz minta troland a negatv sorrend sszetev kompenzlshoz.) Mivelabeavatkozsszgholtidveltrtnik,ezamdszercsakllandsult llapotban, vagy lass vltozsok esetn alkalmazhat. A mdszer ltalnostsa tbb felharmonikus egyidej kompenzlsra: gytnik,amdszernekugyanazaproblmja,mintazelzpontbanismertetett mdszernek:azrendszmfgg,csakegyfelharmonikustlehetvelekompenzlni egyidejleg.Haazonbanfigyelembevesszkanegatvsorrendsszetevnkvli leggyakrabbanelfordulfelharmonikusrendszmokat(=1+gk;k=0;1;2;;g=6),akkor -ra a kvetkez sszefggs addik: gk1801 gk 1180o o= += .(1.2.13b) Vegykaztisfigyelembe,hogyavektorplytaszimmetriaszgfelnekpratlan egszszmtbbszrsvelvisszaforgatvaisugyanaztazamplitdtkapjuk.Vagyishaegy nagyobbrendszmfelharmonikusrakiaddszgnekegykisebbrendszm felharmonikusra kiadd elforgatsi szg pratlan egsz szm tbbszrse, akkor mindkettt kikompenzljaezamdszer.(1.2.13b)alapjnaszoksosg=6esetnezafelttelgyis kifejezhet, hogy a ktfle rendszmnak megfelel k abszolt-rtkek legyenek pratlan egsz szmtbbszrsk:pl.k1=1sk2=3,ami=-5;+7s=-17;+19rendszm felharmonikusoknakfelelmeg.Nagyobbrendszmok(skrtkek)felafelbontsra vonatkozmegfontolsokmiattcsakelmletbenmehetnkel.Ilyenszempontblgyakorlati jelentsgecsakak=1rtknekvan.Szerencsreazerrekiaddteljestia megfogalmazottfeltteltanegatvsorrendsszetevrekiaddelforgatsiszghz viszonytva: 180/6*3=180/2. Vagyisajrulkosvesztesgeklegnagyobbrszteredmnyezkisebbrendszm(-5; +7)snagyobbamplitdjfelharmonikusoksanegatvsorrendsszetevegyidejleg kompenzlhat ezzel a mdszerrel. A mdszer vizsglata: Amdszereredmnyessgnekvizsglatraszmtsokatvgeztemszinuszos komponensekettartalmazfeszltsgrendszerre.Atpllssszetevi(viszonylagos egysgekben):U1=1;U-1=0,1;U-5=0,05;U7=0,02.Amegkvntpozitvsorrendamplitd: U1ref=0,5.Akapcsolsifrekvencia6kHzvolt.Akompenzltfeszltsgvektorplyjaaz 1.2.5. brnlthat.Akapcsolsifelharmonikusokatnemtartalmazvektorplya megjelentshezkapcsolsiperidusidretrtntlagolstalkalmaztam(szrs).A kompenzlt feszltsg harmonikus sszetevit az 1.2.II. tblzat tartalmazza. 1.2.II. tblzat. A kompenzlt feszltsg sszetevi. U1U-1U3U-5U7 0,50,0020,0505 (10,1%) 0,011(2,2%) 0,0259(5,2%) 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 22-1 -0.5 0 0.5 1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8STR 1.2.5. bra. A kompenzlt feszltsgvektor plyja. A negatv sorrend sszetevt a mdszer csaknem teljesen kikompenzlta, azt fknt a 3.harmonikusbatranszformlta.Akompenzlsnemtkleteseredmnyeafizikai megfontolsoknlaz(1.2.12)kifejezsselkapcsolatospontossgimegjegyzsekkel magyarzhat. A -5. s 7. harmonikusok nem nullk, rtkeik kzeltleg felcserldtek: a -5. fknta7-betranszformldottsviszont.ltalnosan:a-edikfelharmonikus(idertvea negatv sorrendt is) fknt -+2 rendszmba transzformldott. A fknt arra vonatkozik, hogynemtisztn,hanemegybnagyobbrendszmfelharmonikusokisgenerldtak,de sokkal kisebb amplitdval (ld. 1.2.4.3. fejezet, az ottani levezets ms felharmonikusokra is kiterjeszthet). A kzeltleges felcserlds tipikusan cskkenti a jrulkos vesztesgeket: A kisebb rendszm felharmonikusbl (pl. -5) nagyobb rendszm (pl. 7) lesz, ami cskkenti a keletkez felharmonikus ramokat (velk szemben nagyobb az impedancia) s gy a jrulkos vesztesgeket;Anagyobbrendszmstipikusankisebbamplitdjfelharmonikusbl (pl. 7) kisebb rendszm (pl. -5) lesz, de a keletkez felharmonikus amplitdja kisebb, mint eredetileg volt.1.2.4.5. Mdszer az sszes felharmonikus kompenzlsra Fizikai elv: Azelzmdszerkiterjesztsejelvmegalkotshozvezetett:azamplitdalapjel olyan legyen, hogy tartalmazza a tpllsban meglv sszes felharmonikus hatst ellenttes eljellel. Mennyisgi viszonyok: Atpllstartalmazpozitvsorrendalapharmonikussszetevt(amplitdja: U1(t)=lland)sfelharmonikussszetevket,amelyeketkzsenazalapharmonikus amplitdtlvaleltrsseljellemezhetnk:) t ( U U ) t ( u ) t ( u ) t ( u1 1 + = + =.A kompenzls Uref(t)=A[U1U (t)](1.2.14) amplitd alapjellel lehetsges, ha U1ref=AU1 alapharmonikus kimen feszltsg szksges. A megvalstshoz szksges egyszer mveleteket az 1.2.6. bra mutatja. A szmtshoz szksg van a tplls alapharmonikusnak amplitdjra, ami egyszer alapharmonikus szrssel elllthat. 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 23*A ) t ( u=U1+U(t)A[U1+U(t)]_ Uref=A[U1-U(t)] +2AU1 1.2.6. bra. A kompenzlshoz szksges feszltsg amplitd alapjel szmtsa. Mivelezamdszerazelzpontbanismertetettmdszerkiterjesztse,apontossgi megfontolsok erre is ugyangy rvnyesek. A mdszer vizsglata: Mr az eddigiekbl is ltszik, de az tfog sszehasonltsbl(ld. ksbb) egyrtelm, hogyezamdszerrendelkezikalegkedvezbbjellemzkkel.Ezrteztvalstottammega ksrleti berendezsen. Avizsglatokhozugyanolyantpllfeszltsgethasznltam,mintazlland amplitdraszablyozsvizsglatnl(1.2.4.1. fejezet).Amegkvntalapharmonikus amplitd U1ref=50% volt.Akapcsolsifelharmonikusokatnemtartalmaz(szrt)feszltsgekalakulsaaz 1.2.7. brnlthat:afeszltsgvektorplyk(tpllsskompenzltkimenet)az 1.2.7a brn,akompenzltfzisfeszltsgekidfggvnyeiaz1.2.7b brn.sszehasonltva azllandamplitdraszablyozssal(1.2.2. bra),szembetnaklnbsg.Akompenzlt kimenetremindafeszltsgvektorplya,mindafeszltsgidfggvnyekrdekesen alakulnak. Atpllssakompenzltkimenetalapharmonikusraviszonytottszzalkos felharmonikustartalmtaz1.2.III. tblzatmutatja.Az1. soratpllsra,a2.s3. sora kompenzlt kimenetre vonatkozik (2-nl 3kHz, 3-nl 6kHz volt a kapcsolsi frekvencia). 1.2.III. tblzat. A kompenzls hatsa mennyisgileg. %U1U-1U3U-5U7U-11U13 110017,80,092,811,290,20,1 2501,7317,85 1,313,020,040,253500,817,91 1,253,040,060,24 -100 0 100[V]-1000100[V]STR a) Feszltsg Park-vektor plyk. 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025-100-50050100 b) A kompenzlt fzisfeszltsgek idfggvnye. 1.2.7. bra. A feszltsgek alakulsa. Avrakozsnakmegfeleleredmnyeketkaptam:arendszmfelharmonikusok fknt -+2 rendszm felharmonikusba transzformldtak. Ez kevsb egyrtelmen ltszik anagyobbrendszmakesetn,mertazokbaazalacsonyabbrendszmakkisrszeis uR uS uT t[s] [V] 1.2. Az idelistl eltr tpll feszltsg kompenzlsa 24transzformldik,radsulazokatamintavtelezsholtidejejobbantorztjafkntakisebb kapcsolsifrekvencin.Akapcsolsifrekvenciartknekjelentshatsavananegatv sorrend sszetev kompenzlsnak minsgre is. 1.2.4.6. A mdszerek sszehasonltsa A mdszerek tfog sszefoglal sszehasonltst az 1.2.IV. tblzat tartalmazza. Azelsngysszehasonltsiszempontjelentselnytmutatazutolskett mdszernl. Az utols minsthet a legjobbnak, hiszen csaknem minden szempontbl jobb a tbbinl.Azutolskettmdszernemteszklnbsgetafelharmonikusokkzt,aminemvrt kedveztlenhatstiseredmnyezhet:haatpllstartalmaz3.harmonikust,aztnegatv sorrendsszetevbetranszformlja.Szerencsreeznemgyakori,gyezahtrnynem tekinthet jelentsnek. 1.2.IV. tblzat. A mdszerek sszehasonltsa. Mdszer: lland amplitd (1.2.4.1. fejezet) Sebessg (1.2.4.2. fejezet) Mdostott (1.2.4.4. fejezet) Legjobb (1.2.4.5. fejezet) Kompenzlt harmonikusok: mind, de nem tkletesen csak egy +2 tbb +2 mind +2 Bemen adat: Amplitd usszetevk ux ,uy Amplitd uAmplitdk u s U1 Megvalsts:egyszer bonyolult szmtsok egyszeregyszer Zaj rzkenysg:nem rzkeny rzkeny (derivls) nem rzkenynem rzkeny Pontossgxpontos tbb kzelts kevsb pontos tbb kzelts kevsb pontos Holtid:egy mintavtelegy mintavtel tbb, pl.: 90 Csak llandsult llapotban , vagy a ksshez kpest lass vltozs esetn hasznlhat egy mintavtel Azvalszn,hogyafogyasztjrulkosvesztesgeiszempontjbloptimlis megoldsfggafogyaszt(motor)paramtereitl,amiazadottmotor(fogyaszt)esetn egyedileg vizsgland. 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 251.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal [1-S1], [1-S3], [1-S4], [1-S5], [1-S6], [1-S7] Kidolgoztamazaszinkronmotoroshajtsokfeszltsgszablyozssalelrhet energiatakarkosmkdsrehasznlhatteljestmnyelektronikaikapcsolsok kivlasztsnak elvi alapjait, amelyek megadjk azok clszer alkalmazsi terleteit. A vizsgltkapcsolsokazISZMfeszltsginvertersazISZMvltakozramszaggat voltak.Avlasztsalapjaazelrhetenergiamegtakartsoptimalizlsa.Kiaddott, hogy a kzel lland sebessg, ritkn indul hajtsok energiatakarkos szablyozsra nagyobbkivezrlsekenaszaggatsmegoldsegyrtelmenkedvezbb,mintaz inverterestplls.Avizsglatoksornakomplexrendszertvettemfigyelembe. Kitrtemaparamterrzkenysgreis:akapotteredmnyekkelkiterjesztettems ltalnostottamazelvalkalmazhatsgtmotortpustlsteljestmnytartomnytl fggetlenl.Azelvekaltmasztsramrseketvgeztem,amelyekigazoltka szmtsokbl kiadd tendencikat s elveket. Avillamoshajtsokenergiatakarkosszablyozsamrrgtaszleskrbenkutatott terlet[1-4],[1-5],[1-S4],amitarendelkezsrellenergiaforrsokegyrekritikusabb helyzeteskrnyezetvdelmimegfontolsok(alegtisztbbenergiaamegnemtermelt)is erstenek.Klnsenfontosfoglalkozniavillamosenergiajelentsrsztelfogyaszt aszinkronmotoroshajtsoknlelrhetenergia-megtakartssal:viszonylagkisszzalkos mrtk energia-megtakarts is jelents mennyisg energia megtakartst eredmnyezi. Aszinkronmotoroshajtsokbanazenergiatakarkosmkdstlegtbbszratpll feszltsgterhelstlfggcskkentsvelrikel,amicskkentiagpfluxustsazon keresztl a vesztesgeket [1-4], [1-5]. Aszinkronmotoroshajtsokenergiatakarkosszablyozsnakmegvalstsraszmos megoldsltezik[1-4].Azltalunkjavasoltsmegvalstottimpedanciaszablyozsi mdszer szmos kedvez tulajdonsggal rendelkezik [1-S5], [1-S6]. Mivel ennek kidolgozsa smegvalstsanemaznkizrlagostudomnyoseredmnyem,ennekrszleteivelnem foglalkozom.Adisszertcijelenfejezeteatpllshozszbajhetklnbz teljestmnyelektronikai kapcsolsokat vizsglja a lehetsges alkalmazsi terlet megadsa s az energia-megtakarts optimalizlsa cljbl. 1.3.1. A szksges teljestmnyelektronikai kapcsols kivlasztsi szempontjai Aszablyozottaszinkronmotoroshajtsoknagyrszefeszltsginverterkapcsols impulzusszlessg modulcis vezrls frekvenciavltrl tpllt (ld. a 2. s 3. fejezetek). Ez kivl lehetsget biztost a sebessg s a tpll feszltsg szablyozsra. De nincs mindig felttlenlszksgatpllsfrekvencijnakvltoztatsra.Ekkorjhetszbaa vltakozramszaggatalkalmazsaatpllfeszltsgvltoztatsra.Eztfknt lgyindtsrahasznljk,dealkalmasenergiatakarkosszablyozsmegvalstsra is.Ezta kt lehetsget vizsglom elssorban mszaki szempontbl.Emellett gazdasgossgi szempont is befolysolja a vlasztst:a beruhzs kltsge. A kt vizsglt teljestmnyelektronika alkatrsz kltsge kzel azonos, ami csak azrt nem jelent azonos beszerzsi rat, mert az invertereket sokkal nagyobb darabszmban gyrtjk. A kivlaszts mszaki szempontjai a kvetkezk: 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 26Szksges-eafordulatszmszlestartomnybanvalszablyozsa?Haigen,az inverter a trivilis vlaszts. Ha a hajts kzel lland fordulatszm s nincs igny a pontos fordulatszm tartsra, felmerlhetakrds,hogyinvertertvagyszaggattalkalmazzunk.Adntstaz hatrozzameg,hogyahajtsnakmilyengyakrankellindulniasmekkora indtnyomatkotignyel.Haahajtsgyakranindul,vagynagyindtnyomatkot ignyel,eztazinverterestpllstudjabiztostani,radsulveleazindtsi vesztesgekiskicsik.Haahajtsritknindul,avltakozramszaggatis alkalmazhat. Ha a hajts nem sorolhat egyrtelmen egyik kategriba sem, akkor egyedi vizsglatot ignyel a vlaszts. Aztazesetetvizsglom,amikormindktteljestmnyelektronikaszbajhet:aritkn indulkzelllandfordulatszmhajtsokat.Ilyenkorazelrhetenergia-megtakarts alapjn optimalizlhat a vlaszts. 1.3.2. A feszltsg inverter A jl ismert ktszint IGBT-s feszltsg inverter topolgival foglalkozom. A vezrlse ISZM,szinuszosmodulcival.Vannakennlenergiatakarkossgszempontjbljobb modulcis mdszerek, de egy kzelt sszehasonltsra ez is alkalmas s a ksrleti hajts is eztalkalmazza.Azenergiatakarkossgelrserdekbenakimenfeszltsg alapharmonikus amplitdja s frekvencija egymstl fggetlenl lltand. A motor zeme szempontjbl lnyeges felharmonikusok rendszmai a kvetkezk: =m2;2m1;3m2; 3m4;(1.3.1) Itt m a kapcsolsi s az alapharmonikus frekvencia hnyadosa: m=fk/f1. Ha m hrommal oszthatpratlanszm,akkorafelharmonikusokisszimmetrikushromfzisrendszert alkotnak s nem keletkeznek egyenram s szubharmonikus sszetevk s pros rendszm felharmonikusok sem. A feszltsg felharmonikusok amplitdi csak Bessel fggvnyekkel fejezhetk ki. Akapcsolsifrekvencitavizsglthajtsonbellthatminimlisrtkrevettem (2,9kHz), amelynl egyrtelmbbek a klnbsgek a vizsglt hajtsokra. A ksrleti hajts adatai az 1.3.I. tblzatban lthatk. 1.3.I. tblzat. A vizsglt feszltsg inverter adatai. Tpus Nvleges ram Nvleges feszltsg Nvleges teljestmny Frekvencia tartomny Microverter D 7,9/380 12A380V7,8kW0-100Hz 1.3.3. A vltakozram szaggat A vizsglt vltakozram szaggatk sajt fejleszts berendezsek. gy azokrl sokkal tbbettudok,ssokkalszabadabbantudomlltaniaparamtereiket,hogyazokagyri feszltsg invertervel azonosak legyenek. 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 271.3.3.1. Tirisztoros vltakozram szaggat Ezavltozat(1.1.1. bra)nemversenytrsaazISZMfeszltsginverternek.Ennla vezrlsmdjagyjtsksleltets,aminagymeddignnyeljrsnagyfelharmonikus tartalmat s gy jelents jrulkos vesztesget okoz. Ennekrzkeltetsremrseketvgeztemajelenfejezetbenavizsglatoktrgyt kpezaszinkronmotoron(1.3.II. tblzat)tirisztorossIGBT-sszaggatrlistpllvaazt, vltoztatvaatpllsfeszltsgt.Amunkapontmindktesetbenugyanazvolt (M=11,2Nm=0,42pu), amely nem a legjobb az ISZM szaggat elnyeinek kiemelse cljbl, mgis ltvnyos klnbsg jtt ki. 1.3.II. tblzat. A vizsglt aszinkronmotor adatai. Tpus Nvleges ram Nvleges feszltsg Nvleges teljestmny Nvleges fordulatszm VZ 112 M48,8/15,2A380/220V4kW1445/min Vltoztatvaamotoralapharmonikusfeszltsgt,az1.3.1. brtkaptamamotor vesztesgekre (Pl), a medd teljestmnyre (Q) s a motorram effektv rtkre (Ieffm). 1.3.1. bra. A tirisztoros s az IGBT-s szaggat sszehasonltsa. Vesztesgbenkb.50W(1,25%)aklnbsg,amitakisebbfelharmonikusramok okoznak.gyamotorrameffektvrtkeiskisebbazIGBT-sszaggatnl.Alegnagyobb klnbsgameddteljestmnybenvan.Minimlisvesztesgreszablyozsesetnis(Pl minimumnl)azIGBT-svltozatnakjelentsenkisebbmeddignyevan(aklnbsgkb. 1500VAr).Azbrnbejelltemaszinuszostpllshoztartozklnbzclfggvny optimlisszlipeketis(siaminimliseffektvramhoz,slaminimlisvesztesghez,sQa minimlismeddteljestmnyhez).AzISZMszaggatsokkaljobbanmegkzeltiazidelis szinuszos tpllst, ami klnsen Qmin elhelyezkedsben s rtkben mutatkozik meg. 1.3.3.2. IGBT-s ISZM vltakozram szaggat Az1. fejezettrgytkpezkapcsolstvizsgljuk(1.1.2a bra)az energiatakarkossg szempontjbl. 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 28Az 1.1. fejezetben lert vezrlsi md esetn a keletkez felharmonikusok rendszma a kvetkez: =(6n)k+1 k=1;2;(1.3.2) ahol: n egsz szm, az egy hlzati periduson belli kapcsolsok szmnak hatoda. A feszltsg felharmonikusok amplitdi analitikusan kifejezhetk [1-S1]: ) k sin(kUU U U1 = =(1.3.3) ahol a relatv bekapcsolsi viszony s U a tpll szinuszos feszltsg amplitdja. 1.3.4. A feszltsg inverter s az ISZM vltakozram szaggat sszehasonltsa Az1.3.1.fejezetalapjnaritknindulkzelllandfordulatszmhajtsokesetn mindkt talakt szba jhet. Ilyenkor jrulkos vesztesgeiksszehasonltsa tmpontot ad arra nzve, hogy energiatakarkos szablyozshoz melyik optimlis. Ebblaszempontblkthelyvan,aholklnbsglehet:ajrulkosmotor vesztesgekben s a teljestmnyelektronika vesztesgeiben. A kt lehetsg sszehasonltst szmtsokonalapulvateszemmeg,majdazeredmnyeketmrsekkelellenrzm.Az sszehasonlthatsgfelttele,hogyaszmtsoksamrsekazonos(vagylegalbbis hasonl) paramterekkel trtnjenek. 1.3.4.1. Motor vesztesgek Mindktesetreugyanaztazimpedanciaszablyozsonalapulenergiatakarkos szablyozst alkalmazva a motor alapharmonikus vesztesgei azonosak, csak a felharmonikus tbblet vesztesgek vizsglandk. Az alapharmonikus frekvencia mindkt hajtsra 50Hz. A szmtsi mdszer: Afelharmonikusvesztesgeketafelharmonikusfeszltsgekblsramokbllehet szmolni: Afelharmonikusfeszltsgekszaggatesetn(1.3.3)alapjnanalitikusan szmthatk.Amrsekhezvlasztottkapcsolsifrekvencia(2,9kHz)esetn(1.3.2)-ben n nem lesz egsz szm, de elfogadhat kzelts, ha a hozz legkzelebbi egsz szmot vlasztjuk a szmtsokhoz (n=10). Inverteresetnaz(1.3.1)rendszmfelharmonikusfeszltsgekaszinuszos modulcinakmegfelelkapcsolsikpblFouriersorfejtsselkiszmolhatk.(A feszltsgamplitdvltoztatsakorvgigszinuszosmodulcittteleztemfel,ami elnysazinverterrenzveavesztesgekszempontjbl.)Periodikuskapcsolsi kpets(1.3.1)szerintirendszmokatazm-refentebbmegadottfelttelesetn kapunk(hrommaloszthatpratlanszm).Amrsekhezvlaszthatkapcsolsi frekvencia(2,9kHz)esetnm=2900/50=58,amireafelttelnemteljesl.Ezrta szmtsokhozazehhezlegkzelebbi,afeltteleknekmegfelelm=57-et vlasztottam. Afelharmonikusfeszltsgekltalokozottfelharmonikusramokataz aszinkronmotor adott felharmonikusra rvnyes helyettest kapcsolsbl kaphatjuk meg.Akalicksforgrszbenafelharmonikusoknagyfrekvencijamiattaszkin-hatstfigyelembekellvenni.EztajlismertRogowskyformulvalkzeltettema ksrletimotorhoronyparamtereinekalkalmazsval.Amgnesezinduktivits telts okozta vltozst kzeltsekkel figyelembe vettem. 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 29A szmts eredmnye: Azgykiszmtottmotorfelharmonikustbbletvesztesgeket(PRrotor,Ptteljes)a ktfletpllsraaterhelnyomatkfggvnybenaz1.3.2. brnmutatombe.Aszaggats tpllsnak=50%bekapcsolsiviszonyesetn(M0,14pu)alegnagyobbajrulkos vesztesge.Kb.0,2punyomatkalattaszaggatokoztbbfelharmonikusvesztesget,dee terhels felett sokkal jobb, mint az inverteres tplls. Mindkt hajts gy van belltva, hogy ahasznltenergiatakarkosszablyozssalM=0,62punyomatknlrielamaximlis feszltsgt.Eflttazinverterestpllsfelharmonikusvesztesgeillandk(s maximlisak), a szaggats pedig nulla. 1.3.2. bra. A motor felharmonikus vesztesgeinek sszehasonltsa a ktfle tpllsra (szmts). Annakeldntsre,hogyaktfletpllskzlmelyiketkedvezbbvlasztania jrulkosvesztesgeksgyazenergiatakarkossgszempontjbl,aztkellvizsglni,hogy mennyit mkdik a hajts M=0,2pu nyomatk alatt s felett. A motor paramter rzkenysg vizsglata: Aszmtsoksornazadottmotorparamtereithasznltam.ltalnostscljbl megvizsgltam a vesztesgekre leginkbb hat s tnylegesen is viszonylag jelentsen vltoz motorparamterekhatstaszmtseredmnyre.Anvlegestl(azeddigiszmtsokban hasznltrtkektl)valjelents,mindktirnyeltrsketvizsgltam.Csakateljes jrulkos vesztesget brzoltam a vizsglt esetekre. Kt paramter vltozsnak hatst vizsgltam:A rotor ellenlls (RR), amely nagy hatssal van a jrulkos vesztesgek nagy rszt kitevrotorvesztesgekre(1.3.3. bra).Avizsglt50%-oseltrsagyakorlatban elfordulhatrtknlnagyobbatendenciajobbmegjelentsecljbl.Ahogy vrhat,ajrulkosvesztesgjkzeltsselarnyosanvltozikarotorellenlls rtkvel.gyaktfletpllsgrbinekmetszspontjaiskzelvltozatlan nyomatk rtknl maradt (0,2pu s 0,3pu kztt).Amgnesezsi(fmez)induktivits(Lm).(1.3.4. bra).Ennekhatsrasokkal kisebbmrtkbenvltozikajrulkosvesztesg,sgyaktfletpllsgrbinek metszspontja is. SZAGGAT 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 30 1.3.3. bra. A rotor ellenlls vltozsnak hatsa. 1.3.4. bra. A mgnesez induktivits vltozsnak hatsa. A ktfle tplls kzti vlasztst a grbk metszspontja hatrozza meg. Mivel az alig mdosult,azeredetiszmtsokalapjnmegllapthathatr(M=0,2pu)ltalnosthats kiterjeszthet klnbz paramter s teljestmny motorok szles skljra. 1.3.4.2. A teljestmnyelektronika vesztesgei Erre nzve csak a minsgi viszonyokat s tendencikat vizsglom meg. Aflvezetsberendezsekvesztesgeielssorbanvezetsiskapcsolsivesztesgek. Mindktvesztesgfajtraegyrtelmenmegllapthatazatendencia,hogyaszaggatra nzve kedvezbbek, annak vlasztst tmogatjk: A vezetsi vesztesgek azonos teljestmny (ram) s azonos tranzisztorok s didk esetnelssorbanavezetsbenrsztvevflvezetkszmtlfggnek.Szaggat esetnezmindigktIGBTsktdida.Inverteresetnpedigmindighrom flvezetvezet(pl.kttranzisztorsegydida).Dehafigyelembevesszkaz egyenirnythd2vagy3didjnakvezetsivesztesgeitis,azinvertervezetsi vesztesgei meghaladjk a szaggatt. Akapcsolsivesztesgeketegyrsztakapcsolsbanrsztvevflvezetkszma, msrsztavezetsbebelpill.kilpelemekenmegjelenfeszltsgbefolysolja. Mindkt tnyezben jobb a szaggat:oEgykapcsolsiperidusbanltalban6flvezetveszrsztaz inverterben, 4 flvezet a szaggatban. oAzinverterbenanemvezetelemekenllandanazegyenfeszltsg jelenikmeg.Aszaggatnyitottflvezetinekfeszltsgepedig szinuszosan vltozik nulla s a hlzat vonali feszltsgnek cscsrtke kztt.RadsulazIGBTbekapcsolsivesztesgesokkalnagyobba kikapcsolsinl[1-S1],saszaggatnleztcskkentijelentsen (idelisannullra)azatny,hogyIGBT-inekbekapcsolsakorazram megindulsaabekapcsolsutnksleltetvetrtnik,gyakorlatilagnulla feszltsggel az IGBT-n. 1.3.4.3. Mrsi eredmnyek Azelmletivizsglatokseredmnyekigazolsramrseketvgeztemaz 1.3.I. tblzatbanspecifikltinverterrlvalamintasajtfejlesztsIGBT-svltakozram 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 31szaggatrl tpllt fentebb megadott (1.3.II. tblzat) aszinkronmotoron. Szmos kzelts s az idelistl val eltrs (dlt betkkel jellve a tovbbiakban) azt eredmnyezi, hogy a cl az elmletivizsglatokalapjnazoptimlistpllsimdvlasztsradefiniltklszably minsgi, tendencia jelleg ellenrzse lehet csak. Akapcsolsifrekvenciamindkttpllsimdnlaszmtsokhozhasznlt2,9kHz volt,amitazinverterenbellthatlegkisebbrtkhatrozottmeg(ezadjaalegjobban kirtkelhet eredmnyeket). A tplls alapharmonikus frekvencija minkt esetben 50Hz. Amrsekhezhasznltinverternemtartalmazzaajavasoltenergiatakarkos szablyozst.AmegkvntmunkapontravezreltenlltamrazllthatU1(f1)jelleggrbe mdostsval.Amaximlisalapharmonikusfeszltsgkzelbenamodulcinem tkletesen szinuszos. Amotorfelharmonikustbbletvesztesgeitprbltammrni.Amintaszmtsok eredmnyblltszik(1.3.2. bra)ezviszonylagkicsi,maximum20W-osnagysgrendben van,ami0,5%-aamotornvlegesteljestmnynek.Ennekpontosmrsenehzsgekbe tkzik egyrszt kis rtke miatt, msrszt ha meg is mrjk a bemen s kimen teljestmny klnbsgt, az az alapharmonikus vesztesgeket is tartalmazza.Azegyetlenszbajhetmrsimdszeramrtfelharmonikusfeszltsgekbls ramokbl val szmts. A felharmonikusok mrsre egy HP546000 digitlis oszcilloszkp FFTszolgltatsthasznltam.Sajnosezcsakafelharmonikusokamplitdjtkpes szolgltatni,afzistnem.Aminsgivizsglatokhozelegendpontossgthidal megoldskntafelharmonikusokfzisszgtazelzekbenismertetettszmtsokblvettem. Azelmletivizsglatok alapjnazoptimlistpllsimdvlasztsra definiltklszably ellenrzsre ez a megolds elegend pontossgnak bizonyult. Ezzel a mdszerrel az sszes felharmonikus nem mrhet a mszer tfogsi tartomnya miatt.Ezrtcsakaz(1.3.1)-bens(1.3.2)-bendefiniltfelharmonikusokelshrom csoportjtmrtemshasznltam.Ezelfogadhatkzelts,figyelembevveanagyobb rendszm felharmonikusok kis rtkt. Atendenciaellenrzsreprmunkapontmrseelegend.Hrommunkapontban trtntmrs:M=0,03pu;0,14pu;0,31pu.Amrtfelharmonikusspektrumokegy munkapontra az 1.3.5. s 1.3.6. brn lthatk. Ez a munkapontaz, ahol a szaggats tplls esetnafelharmonikusokalegnagyobbak:M=0,14;=0,5.Afelharmonikusokmrsnek pontossgtaziskorltozza,hogyazoszcilloszkplogaritmikuslptkbenkpes megjelenteni a spektrumokat. Pontokkal megjelltem a felharmonikusok szmtott rtkeit is. 50Hz 1x2.9kHz 2x2.9kHz 3x2.9kHz10dB0dB-10dBa., 20lg(U/56) 50Hz 1x2.9kHz 2x2.9kHz 3x2.9kHz10dB0dB-10dBb., 20lg(I/0.8) 1.3.5. bra. A vltakozram szaggat felharmonikus spektrumai. 1.3. A hlzati teljestmnyigny cskkentse energiatakarkos szablyozsokkal 32 50Hz1x2.9kHz2x2.9kHz3x2.9kHz 10dB 0dB -10dB a., 20lg(U/56) 50Hz 1x2.9kHz 2x2.9kHz 3x2.9kHz10dB0dB-10dBb., 20lg(I/0.8) 1.3.6. bra. A feszltsg inverter felharmonikus spektrumai. Aszaggatstpllsspektrumaiaz1.3.5. brnlthatk.(1.3.2)alapjnakapcsolsi frekvenciakrlktfelharmonikustvrnnk,deazoszcilloszkpspektrlisfelbontsanem elegend az egymshoz tl kzeli (f=2x50Hz) felharmonikusok megjelentsre. Jl lthat azonban,hogyk=2-re(prosk-ra)nincsfelharmonikus,ahogyazt(1.3.3)alapjnisvrhat =0,5esetn.Amrtfeszltsgfelharmonikusokamplitdjaviszonylagkzelvana szmtott rtkekhez. Ez kevsb igaz az ramokra. Valsznstheten ezt a szmtsoknl a szkin hats szmtsnak kzeltse okozza. Azinverterestpllsspektrumaiaz1.3.6. brnlthatk.Ittaholtvolabbvannak egymstl a felharmonikusok (f=4x50Hz), ott azok megklnbztethetk a mrt spektrumon is (m2; 3m2). Afentebblertmdonamrtfelharmonikusokblafelharmonikustbbletvesztesg szmolhat.Atrgyaltsjelltkzeltsekspontatlansgokmiattcsakminsgileg hasonlthatjuksszeaszmtottsmrtrtkeket.Ezrtazabszoltteljestmnyrtkek helyettazokmaximumravonatkoztatottrelatvrtkeitbrzoltamaz1.3.7. brn.Ahrom mrt munkapontot a krk (szaggat) s a keresztek (inverter) mutatjk. A mrt s a szmtott grbktendencijaazonos,amibizonytjaazelmletsaszmtsokalapjntett megllaptsok helyessgt: Ritkn indul, kzel lland sebessg hajtsok esetn kb. 0,2pu nyomatkfelett,nagyobbkivezrlseken,aszaggatstpllskedvezbbajrulkos vesztesgek szempontjbl. 1.3.7. bra. A szmtott s mrt felharmonikus vesztesgek sszehasonltsa. 1. tzis 33sszefoglals az 1.1., 1.2. s 1.3. fejezetekhez: 1. tzis (ISZM szaggat) Rvid kifejts: Kidolgoztam az IGBT-s vltakozram ISZM szaggat j vezrlsi elveit, feltr-tam alkalmazsnak j lehetsgeit. a) Vezrls: j, a teljes tartomnyban mkd ve-zrlsi elvet dolgoztam ki s valstottam meg a kapcsolelemek vezrlsre, kiegsztve atlramvdelem/kikapcsolsproblmjnakmegoldsval.b) Kompenzls:Tbb mdszert dolgoztam ki s valstottam meg a hlzati feszltsgben lv aszimmetria s felharmonikusokkompenzlsra.Amdszerekfokozatosjavtsvalkidolgoztama legkedvezbbmegoldst.c) Energiatakarkossg:Kidolgoztamazaszinkronmotoros hajtsokfeszltsgszablyozssalelrhetenergiatakarkosmkdsrehasznlhat teljestmnyelektronikai kapcsolsok kivlasztsnak elvi alapjait.Rszletes kifejts: KidolgoztamazIGBT-svltakozramISZMszaggatjvezrlsielveit,feltrtam alkalmazsnakjlehetsgeit,amelyhezakvetkezmdszereket,eszkzketselveket dolgoztam ki s azokkal a kvetkez j eredmnyekre jutottam: 1a.Vezrls:j,ateljestartomnybanmkdvezrlsielvetdolgoztamkisvalstottammegaz IGBT-sISZMvezrlsvltakozramszaggatkapcsolelemeinekvezrlsre. Ennekkiegsztsekntmegoldstadtamaszaggattlramvdelmeskikapcsolsa sornfellpnagyramokproblmjra.Amegoldsokmkdstamegvalstott berendezsenmrsekkelbizonytottam.[1-S1],[1-S2],[1-S3],[1-S5],[1-S6],[1-S8] (1.1. fejezet). 1b.Az aszimmetria s a felharmonikusok kompenzlsa: Tbbmdszertdolgoztamkisvalstottammegahlzatifeszltsgbenlv aszimmetriasfelharmonikusokkompenzlsra.Kimutattam,hogyazIGBT-s vltakozramszaggaterreaclraissokkaljobbanhasznlhat,minta hagyomnyostirisztorosvltozat(felharmonikusszrsrecsakezhasznlhat).A mdszerekkifejlesztsetbblpsbentrtnt,egymsraplve,fokozatosanjavtva tulajdonsgaikat,kiterjesztvehatsukatsvglkidolgozvaalegkedvezbbmegoldst. Kimutattam,hogyarendszmkompenzltfelharmonikusokbl(idertveaz aszimmetriaesetnmegjelennegatvsorrendsszetevtis=-1-esrendszmmal) fknt-+2rendszmfelharmonikuslesz.Akompenzlsielvekmkdsta megvalstott berendezsen mrsekkel bizonytottam. [1-S3], [1-S9], [1-S10], [1-S11] (1.2. fejezet). 1c.sszehasonlts energiatakarkossg szempontjbl: Kidolgoztamazaszinkronmotoroshajtsokfeszltsgszablyozssalelrhet energiatakarkosmkdsrehasznlhatteljestmnyelektronikaikapcsolsok kivlasztsnak elvi alapjait, amelyek megadjk azok clszer alkalmazsi terleteit. A vizsglt kapcsolsok az ISZM feszltsg inverter s az ISZM vltakozram szaggat voltak.Avlasztsalapjaazelrhetenergiamegtakartsoptimalizlsa.Kiaddott, hogyakzelllandsebessg,ritknindulhajtsokenergiatakarkos szablyozsra nagyobb kivezrlseken a szaggats megolds egyrtelmen kedvezbb, mint az inverteres tplls. A vizsglatok sorn a komplex rendszert vettem figyelembe. Kitrtemaparamterrzkenysgreis:akapotteredmnyekkelkiterjesztettems ltalnostottamazelvalkalmazhatsgtmotortpustlsteljestmnytartomnytl fggetlenl.Azelvekaltmasztsramrseketvgeztem,amelyekigazoltka 1. tzis 34szmtsokblkiaddtendencikatselveket.[1-S1],[1-S3],[1-S4],[1-S5],[1-S6], [1-S7] (1.3. fejezet). Irodalomjegyzk az 1.1., 1.2. s 1.3. fejezetekhez Irodalmi elzmnyek [1-1]Hunyr, M.:Aszinkronmotorokvezrlseprimeroldaliantiparalelkapcsols tirisztorprokkal, Elektrotechnika, 63. vf. 5-6. szm, pp189-200. (1970) [1-2]Mozder, A.JR.-Bose, B.K.:Three-PhaseACPowerControlUsingPower Transistors, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. IA-12, pp499-505, Sept/Oct. (1976) [1-3]Oyama, I.-Profumo, F.-Muljadi, E.-Lipo, T.A.:DesignandPerformanceofa DigitallyBasedVoltageControllerforCorrectingPhaseUnbalanceinInduction Machines, Ind. Appl. Soc. Annual Meeting Proc., pp578-583. Pittsburg (1988) [1-4]El-Sayed, M.-Hunyr, M.-Halsz, S.-Schmidt, I.:Energy-SavingControllersof InductionMotors,inProceedingsofthe6thPowerElectronicsConference, Budapest. pp119-124. (1990) [1-5]Hunyr, M.:ControllingProblemsoftheEnergy-SavingInductionMotorDrive,SHK-TELE, Vol.64. pp.24-28. March. (1991) [1-6]Bruneli, B.-Casadei, D.-Serra, G.: T-shaped LIM Driven by a Three-Phase PWM AC Chopper,inProceedingsoftheConferenceEPE'91,Florence,Vol.I.pp493-498. Sept. (1991) [1-7]Casadei, D.-Grandi, G.-Serra, G.:AnalysisofaThree-PhasePWMACChopperfor Variable-VoltageControlofInductionMotors,inProceedingsoftheConference ACEMP'92, Kudasadi , Vol.I. pp744-749. May (1992) [1-8]Campos, A.-Joos, G.-Ziogas, P.-Lindsay, J.: Analysis and Design of a Series Voltage CompensatorforThree-PhaseUnbalancedSources,IEEETrans.onInd.Electr., vol.39. No.2. pp159-167. (1992) Az 1. tzishez kapcsold sajt publikcik Knyv: [1-S1]Hunyr, M.-Kovcs, K.-Nmeth, K.-Schmidt, I.-Veszprmi, K.:Energiatakarkos shlzatbartvillamoshajtsok,Egyetemitanknyv,ISBN 963 420 569 0. Megyetemi Kiad, Budapest, p490. (1997) Folyirat: [1-S2]Veszprmi, K.-Hunyr, M.-Schmidt, I.: Impulzusszlessg-modullt vltakozram szaggatrltplltaszinkronmotoroshajtstlramvdelme, ELEKTROTECHNIKA (BUDAPEST), 90:(9), pp360-362. (1997) [1-S3]Hunyr, M.-Veszprmi, K.:PulsewidthmodulatedIGBTACchopper,Periodica Politechnica-Electrical Engineering, 45:(3-4), pp159-178. (2001) 1. tzis 35Konferencia cikk: [1-S4]Halsz, S.-Hunyr, M.-Molnr, T.-Veszprmi, K.-Vincze, K.:PowerSavinginthe VSI-FedInductionMotorDrive,ProcoftheAegeanConferenceonElectrical Machines and Power Electronics, ACEMP'92, Kusadasi, Trkorszg, vol.1. pp5-10. (1992) [1-S5]Hunyr, M.-Schmidt, I.-Veszprmi, K.-Molnr, T.-Gl, J.:AnalysisofControl StrategyofEnergy-SavingInductionMotorDriveFedbyThree-PhasePWMAC Chopper,ProcoftheInternationalConferenceonElectricalMachines,ICEM'94, Paris, Franciaorszg vol 3. pp257-262. (1994) [1-S6]Hunyr, M.-Schmidt, I.-Veszprmi, K.-Molnr, T.:PerformanceAnalysisofan Energy-SavingIGBTPWMACChopper-FedInductionMotorDriveControlledby DSP, Proc of the Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics, ACEMP'95, Kusadasi, Trkorszg, vol.1. pp327-332. (1995) [1-S7]Hunyr, M.-Schmidt, I.-Veszprmi, K.-Molnr, T.:In