Mikrokontrolleripohjainen säätöjärjestelmä kolmitasoiseen aktiivisuodattimeen
Kokkonen, Henri (2016)
2016
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-09-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201608204421
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201608204421
Tiivistelmä
Tämän diplomityön lähtökohtana on Merus Power Dynamics Oy:n tuotekehitysprojekti, joka pyrkii kehittämään markkinoille uudemman version nykyisestä 100 A rinnakkaisaktiivisuotimesta käyttämällä kolmitasotopologia. Kolmiotasotopologiaa hyödyntämällä pystytään käyttämään pienempiä komponentteja sekä kasvattamaan laitteiston suorituskykyä verrattuna perinteiseen kaksitasotopologiaan. Kolmitasoisia IGBT-moduuleja on saatavilla nykyään useilta toimittajilta ja niiden hinta alkaa olla kaupallisesti kannattavalla tasolla myös pienillä jännitetasoilla. Työn tarkoitus on luoda uusi yhteensopiva säätöohjelmisto koko Merus Power Dynamicsin aktiivisuodatintuoteperheelle. Tällöin yhtä ohjelmistoa voitaisiin käyttää sekä kolmijohdin- että nelijohdinversioissa sekä eri jännite- ja taajuusalueilla.
Säätöjärjestelmän tärkeimmät tehtävät ovat aktiivisuodattimen säätöalgoritmin suorittaminen AD-mittauksien pohjalta, IGBT-ohjauksien toteuttaminen sekä suojaustoiminnot. Näiden lisäksi säätöjärjestelmällä on myös muita tukitoimintoja, kuten kommunikointi ja tuulettimien ohjaus. Aktiivisuodattimen säätöjärjestelmän runko testattiin ensin Matlab Simulink –ohjelmistossa, jonka jälkeen samankaltainen säätöjärjestelmä toteutettiin piirilevyllä, johon oli sulautettu säätöjärjestelmän ytimenä toimiva Texas Instrumentin mikrokontrolleri.
Uuden sukupolven aktiivisuodatin rakennettiin Merus Power Dynamics Oy:n tiloissa, jossa testattiin sekä pelkän säätöjärjestelmän että kokonaisen laitteiston toiminta. Lopulta ensimmäinen prototyyppi vietiin asiakkaalle koekäyttöön, jossa todennettiin laitteen toiminta todellisessa toimintaympäristössään.
Työ jakaantuu kolmeen isompaan kokonaisuuteen. Ensimmäisessä kokonaisuudessa käsitellään aktiivisuodattimen teoriaa ja säätöjärjestelmän perusteita. Toisessa osassa käsitellään mikrokontrollerin valinnan lähtökohtia ja ominaisuuksia. Viimeisessä osiossa paneudutaan järjestelmän eri alueiden testaamiseen ja tuloksiin. Tulosten perusteella mikrokontrolleripohjainen säätöjärjestelmä todettiin testeissä toimivaksi. Laitteisto selviytyi kaikista testauskohteista aseteltujen tavoitteiden mukaisesti ja Merus Power Dynamics Oy:n tuotekehitysprojektia päästiin jatkamaan eteenpäin.
Säätöjärjestelmän tärkeimmät tehtävät ovat aktiivisuodattimen säätöalgoritmin suorittaminen AD-mittauksien pohjalta, IGBT-ohjauksien toteuttaminen sekä suojaustoiminnot. Näiden lisäksi säätöjärjestelmällä on myös muita tukitoimintoja, kuten kommunikointi ja tuulettimien ohjaus. Aktiivisuodattimen säätöjärjestelmän runko testattiin ensin Matlab Simulink –ohjelmistossa, jonka jälkeen samankaltainen säätöjärjestelmä toteutettiin piirilevyllä, johon oli sulautettu säätöjärjestelmän ytimenä toimiva Texas Instrumentin mikrokontrolleri.
Uuden sukupolven aktiivisuodatin rakennettiin Merus Power Dynamics Oy:n tiloissa, jossa testattiin sekä pelkän säätöjärjestelmän että kokonaisen laitteiston toiminta. Lopulta ensimmäinen prototyyppi vietiin asiakkaalle koekäyttöön, jossa todennettiin laitteen toiminta todellisessa toimintaympäristössään.
Työ jakaantuu kolmeen isompaan kokonaisuuteen. Ensimmäisessä kokonaisuudessa käsitellään aktiivisuodattimen teoriaa ja säätöjärjestelmän perusteita. Toisessa osassa käsitellään mikrokontrollerin valinnan lähtökohtia ja ominaisuuksia. Viimeisessä osiossa paneudutaan järjestelmän eri alueiden testaamiseen ja tuloksiin. Tulosten perusteella mikrokontrolleripohjainen säätöjärjestelmä todettiin testeissä toimivaksi. Laitteisto selviytyi kaikista testauskohteista aseteltujen tavoitteiden mukaisesti ja Merus Power Dynamics Oy:n tuotekehitysprojektia päästiin jatkamaan eteenpäin.