Sähkökäyttöinä ja kuormina toimivat taajuusmuuttajat sekä niiden ohjaus- ja mittausympäristö

Lähitulevaisuudessa on odotettavissa sähkön pientuotannon lisääntyminen tekniikan parantuessa ja laitteiden hintojen alentuessa. Myös tuulivoiman rakentaminen on vilkasta. Näissä tapauksissa taajuusmuuttajilla on vahva rooli tuotetun sähkön muuntamisessa sähköverkkoon sopivaksi. Lisäksi taajuusmuuttajien vahvat edut säädettävissä käytöissä ylläpitävät taajuusmuuttajien tarvetta eri sovelluksissa. Tämän opinnäytetyön aiheena oli Lapin ammattikorkeakoulun Kemin yksikköön toteutettavan taajuusmuuttajien ja moottorien oppimisympäristön suunnittelu ja käyttöönotto. Tavoitteena oli tarjota opiskelijoille ja yritysmaailman koulutettaville henkilöille monipuolinen mahdollisuus perehtyä taajuusmuuttajien ja oikosulkumoottorien toimintaan sekä niiden energian laatumittauksiin sähkökäytöissä. Työssä selvitettiin oikosulkumoottorien ja taajuusmuuttajien ominaisuuksia, ja millaisia toiminta-arvoja ja sähkönlaatuominaisuuksia niillä on. Oikosulkumoottorin toimintaa ja mitoitusta tutkittiin sekä moottorina että generaattorina käytettäessä. Taajuusmuuttajien toimintaperiaatteista käytiin läpi tavalliset yksi-kaksikvadranttiset ja nelikvadranttiset mallit. Oppimisympäristön suunnittelussa huomioitiin laitteiston monipuoliset käyttötarpeet ja ratkaisujen joustavuus. Tarvittava laitteisto mahdutettiin olemassa oleviin rajallisiin testihuonetiloihin, missä voimavirtapistorasioiden ja -jatkojohtojen avulla toteutettiin eri laitteiden ja mittauspisteiden ristikytkentä. Käyttöturvallisuuden varmistamiseksi testihuoneen hätä-seis-toteutus laajennettiin kattamaan kaikki muutkin huoneen laitteita syöttävät järjestelmät. Valvomopisteitä suunniteltiin kaksi, joihin sijoitettiin etävalvonta ja -ohjausjärjestelmät sekä energian laatumittauspisteet. Asennustöiden ohjaus suoritettiin yksityiskohtaisten työpyyntöjen avulla. Työn keskeiset tavoitteet saavutettiin ja suunniteltu järjestelmä saatiin käyttöönotettua kevätkauden lopulla 2014. Järjestelmä voidaan ottaa opetuskäyttöön syyskaudella opettajien perehdytyksen ja harjoitustehtävien suunnittelun jälkeen.In the near future it is expected that small scale electricity production will increase due to improved technology and lower equipment prices. In addition, construction of new windmills is nowadays very lively. In these cases single drives have a strong role in transforming the produced electricity into a form which is accepted by the electric power transmission network. The significant benefits of single drives in adjustable drives maintain the high demand for single drives in different applications. The objective of this thesis was to design and implement a learning environment for single drives and squirrel-cage motors for the Lapland university of applied sciences unit in Kemi. Target was to offer versatile opportunity for students and trainees from external corporates to get acquainted with the operation of single drives and squirrel-cage motors including electricity quality measurements related to them. In the thesis work the characteristics of squirrel-cage motors and single drives were studied along with their operational values and electricity quality attributes. The operation of squirrel-cage motor was examined both as motor and generator. The operational principles of one/two-quadrant and four-quadrant single drive applications were covered as well. The design of the system addressed various ways of usage and flexibility and extendibility of the solutions. Required equipment was fitted into existing test room facilities. The existing emergency stop circuit was extended to cover all systems feeding power to the equipment. Two remote control locations were designed that hosted remote monitoring and controlling as well as energy quality measurement points. Installation work was guided through detailed work orders. Key targets of the thesis were fulfilled as the designed system was implemented successfully during the spring time. The system can be taken into educational usage in the beginning of autumn after staff training and designing the exercises