Virranahto ja jänniterasitukset taajuusmuuttajakäytöissä

Nykyiset IGB-transistorit voivat tuottaa jopa 30 ns nousureunoja, jolloin jänniterasitus jakautuu hyvin epätasaisesti käämien ja kierrosten kesken. Tämä ja eristeissä esiintyvät ilmataskut asettavat käämikierrosten välisten eristeiden jännitekestävyyden koetukselle, ja aiheuttavat riskin osittaispurkaukselle. Urassa hajavuon epätasaisen jakauman aiheuttama virranahto on yleensä ollut esillä suurissa koneissa, jotka toimivat 50 Hz:llä. Nykyään taajuusmuuttajien soveltaminen on mahdollistanut nimellistaajuudeltaan satojen hertsien suurnopeuskoneiden käämitysten valmistamisen pyörölangasta, jolloin virranahto tulee merkittäväksi, koska kierroksia on muutama urassa. Työssä mitattiin jännitteen jakautumista 3.5 MW:n tuulivoimageneraattorin segmentissä käyttäen käämitysten syöttöön erilaisia jännitteen nousuaikoja, ja pyrittiin arvioimaan onko kyseinen kone vaarassa kokea osittaispurkauksia elinikänsä aikana. Työssä on myös käsitelty virranahtoa käyttäen finiittielementtimenetelmää simuloimaan ja vertaamaan erilaisia tilanteita käämitystavoissa pyörölankakoneessa. Tämä on myös osittain sovellettavissa muotokuparilla käämittyihin koneisiin. Käämivyyhdin vyyhdenpään alueella tehdyn johdinnipun 180 asteen kierron vaikutusta simuloitiin ja sen aiheuttamaa parannusta varmennettiin käytännön mittauksilla.

IGB-transistors can reach 30 ns rise times. When that happens, the voltage stresses will distribute unevenly amongst coils and turns. This and possible air pockets in insulation may stress turn insulation to its limits and pose a risk to partial discharge. Uneven distribution of stray flux in a slot is the cause of skin effect, which has been acknowledged in large machines that operate at 50 Hz. Present day frequency converters have made it possible to use random wound high speed machines with operating frequencies of hundreds of hertz. The skin effect may become substantial, because we have only a few turns in a slot. The voltage pulse distribution in a 3.5 MW windmill generator segment was measured and it was evaluated whether this type of a machine is at potential risk to experience partial discharges. The skin effect is also studied by simulating with 2-D FEM method and comparing different types of coil arrangements, which are in some parts applicable to form wound machines. The effect of 180 degrees turn at coil ends was simulated and the results were confirmed by measurements.