Taajuusmuuttajan vaihtaminen pakkaajarobottiin

Tässä sähkövoimatekniikan insinöörityössä on käsitelty taajuusmuuttajan vaihtamisprosessia. Työ on tehty Oy Sinebrychoff Ab:n Keravan tuotantolaitokselle täyttöosastolle 0.33 litran lasipullon pakkaajarobottiin. Työssä on aluksi todettu olevan kahdenlaisia taajuusmuuttajia: suoria ja välipiirillisiä. Tämän jälkeen on käsitelty taajuusmuuttajan rakennetta yleisesti tutustumalla taajuusmuuttajan neljään pääosaan: tasasuuntaajaan, välipiiriin, vaihtosuuntaajaan sekä ohjauspiirin. Lisäksi on tutustuttu erilaisiin taajuusmuuttajan ohjaus- ja säätötapoihin kuten skalaariohjaus ja -säätö, vektorisäätö sekä suoravääntömomenttisäätö. Työssä on lisäksi käsitelty taajuusmuuttajien käyttökohteita, tulevaisuutta sekä niiden hyötyjä teollisuudelle. Työssä on käsitelty myös Vaconin taajuusmuuttaja tuotesarjoja NXS, NXP sekä NXL ja vertailtu niiden eroja ja käyttökohteita. Lisäksi on käsitelty Vaconin ”All in One” -ohjelmasovelluspakettia, joka sisältää seitsemän erilaista ohjelmasovellusta: perussovellus, vakiosovellus, paikallis/kauko-ohjaussovellus, vakionopeussovellus, PID-säätösovellus, erikoiskäyttösovellus, pumppu- ja puhallinautomatiikkasovellus. Lisäksi on tutustuttu valitun taajuusmuuttajan lajimerkkiavaimeen eli käsitelty kirjainten ja numeroiden merkitystä taajuusmuuttajamallille. Taajuusmuuttajan vaihtamisosiossa käsitellään vaihtamisprosessia aloittaen vanhan SEW Eurodrive - taajuusmuuttajan irrottamisesta sekä ohjausarvojen mittaamisesta. Tämän jälkeen käsitellään uuden VACON NXS -taajuusmuuttajan asentamista sekä valitun sovel-lusohjelman parametrien asettamista moottorille sopivaksi. Lisäksi työssä on tutustuttu vaihdettavan taajuusmuuttajan käyttöympäristöön ja piirretty uudestaan taajuusmuuttaja-käytön piirikuvat CADS-ohjelmalla, jotta piirikaavioissa liittimien numeroinnit vastaisivat uuden taajuusmuuttajan liittimien numeroita. Työn lopussa on käsitelty työn etuja yritykselle ja linjan toimivuudelle. Lisäksi on laskettu työn kannattavuutta yritykselle sekä laskettu aika, jolloin taajuusmuuttaja maksaa itsensä takaisin.

Verkkovaihtosuuntaajan vektorisäädön toteutus FPGA-piirillä

Verkkovaihtosuuntaajalla pystytään muuntamaan tasajännite vaihtojännitteeksi ja päinvastoin. Verkkovaihtosuuntaajan toiminta perustuu tehokytkinten ohjaukseen ja sopivan modulointimenetelmän käyttöön. Vektorisäädössä vaihtosuuntaajanvirrat ja jännitteet esitetään kompleksitasossa, jolloin virta- ja jännitekomponentit voidaan esittää vektoreina. Vektorisäädössä verkkovaihtosuuntaajan ohjaustoteutetaan laskemalla kompleksitasossa vektoreille arvot, jotka tuottavat vaihtosuuntaajan lähtöön halutun vektorin. Koska FPGA-piirit mahdollistavat nopean rinnakkaisen laskennan, soveltuvat ne hyvin vektorisäädön toteuttamiseen. FPGA-piirien rakenteesta johtuen on säätöjärjestelmän suunnittelussa huomioitava kiinteän pilkun lukujen riittävä bittileveys ja järjestelmän diskretointiaika. Työssä suunnitellaan verkkovaihtosuuntaajan vektorisäätö ja tutkitaan bittileveyden vaikutusta säädön toteuttamiseen FPGA-piirillä. Bittileveyden tarkasteluun esitetään käytettäväksi tilastollisia menetelmiä. Työssä tarkastellaan kiinteän pilkun järjestelmän ja liukulukujärjestelmän erosuureen tilastollisia tunnusmerkkejä sekä histogrammia. Tarkasteluissa huomattiin, että maksimivirhe itsessään ei tarjoa riittävästi tietoa erosuureen jakautumisesta. Näin ollen maksimivirhe ei ole kaikissa tilanteissa sovelias menetelmä riittävän bittitarkkuuden määrittämiseen. Työssä esitetään riittävän bittitarkkuuden määrittelemiseen käytettäväksi otossuureista otosvarianssia, keskipoikkeamaa ja vaihteluväliä.

Moottorinohjaukseen tarkoitettujen signaaliprosessoreiden vertailu

Työssä tarkastellaan kolmen eri valmistajan signaaliprosessoriperheitä. Työn tavoitteena on tutkia prosessoreiden teknistä soveltuvuutta suunnitteilla olevaan taajuusmuuttajatuoteperheeseen. Työn alkuosassa käydään taajuusmuuttajan rakenne läpi ja selostetaan oikosulkumoottorin yleisimmät ohjausmenetelmät. Työssä selvitetään myös signaaliprosessorin ja integroitujen oheispiirien toimintaa. Työn painopiste prosessoreiden teknisten ominaisuuksien vertailussa. Työssä on vertailtu muun muassa prosessoreiden sisäistä rakennetta, käskykantojen ominaisuuksia, keskeytysten palveluun kuluvaa aikaa ja oheispiirien ominaisuuksia. Oheispiirien, erityisesti analogiadigitaalimuuntimen halutunlainen toiminta on moottorinohjausohjelmiston kannalta tärkeää. Työhön sisällytetyt prosessoriperheet on pisteytetty tarkasteltujen ominaisuuksien osalta. Vertailun tuloksena on esitetty haettuun tarkoitukseen teknisesti soveltuvin prosessoriperhe ja prosessorityyppi. Työssä ei kuitenkaan voida antaa yleistä paremmuusjärjestystä tutkituille prosessoreille.

Moottorimalliton skalaarisäätö

Työssä tutkitaan nopeusanturittoman vaihtovirtakäytön skalaarisia ohjaus- ja säätömenetelmiä. Työn alussa esitetään perusteoriat taajuusmuuttajista ja oikosulkumoottoreista. Tämän jälkeen esitellään yleisimmin kirjallisuudessa esiintyneet skalaariohjaukset ja –säädöt. Vektorisäätöä ja erityisesti moottoriparametrien vaikutusta säädön toimivuuteen esitellään lyhyesti. Työn tavoitteena on ACS800 taajuusmuuttajan skalaarisäädön tutkiminen. ACS800:n nykyinen skalaarisäätö on liian sidoksissa vektorisäätöön, joten simulointien ja kirjallisuustutkimuksen tarkoituksena on täysin vektorisäädöstä eriytetyn skalaarisäädön kehitysmahdollisuuksien tutkiminen. Kirjallisuudessa esiintyneiden säätöjen avulla muodostetaan diskreettiaikainen toteutus skalaarisäädölle vaihtovirtakäytössä, jossa on käytössä virran ja välipiirijännitteen takaisinkytkentä. Säädettävää moottoria mallinnetaan jatkuvaaikaisella L-sijaiskytkennällä. Välipiirin mallinnus toimii myös jatkuva-aikaisena lukuun ottamatta välipiirin tasavirtakomponenttia, joka muodostetaan virran takaisinkytkennän ja PWM-modulaattorin kytkinasentojen avulla. Simuloinnin tarkoituksena on mallintaa skalaarisäädön suurimpia ongelmia, kuten virta- ja välijännitesäätöä. Tuloksista voidaan päätellä, että perussäädöt toimivat moitteettomasti, mutta erityisesti virtasäätöä tulisi kehittää.

High Performance Electrical Drive System for a Biomechanical Test and Rehabilitation Equipment

Suunniteltiin ja rakennettiin suoraa vääntömomenttisäätöä soveltava taajuudenmuuttajakäyttö oikosulkumoottorin ohjaukseen korvaamaan passiivinen jarrukäyttö. Laite on kuntoutuslaite, jolla tehdään lihasvoiman mittauksia ja voimaharjoituksia. Selvitettiin kaupallisten moottoreiden ja taajuudenmuuttajien suoritusominaisuuksia ja tämän perusteella valittiin käyttöön sopivat laitteet. Työssä esitetään kaksi oikosulkumoottorin ohjaustapaa: vektorisäätö ja suora vääntömomenttisäätö. Merkittävin osa tästä työstä käsittelee - tarkan turvallisuussuunnitelman lisäksi - kuntoutuslaitteen prototyypin komponentteja, kokoamista ja suoritustestien tuloksia.