research

Slutsteg för effektregulator

Abstract

Syftet med detta examensarbete var att hitta en lämplig huvudkomponent som passar för en effektregulator. Effektregulatorn kopplas till elvärmen i hus, såsom golvvärme och radiatorer. Effektregulatorns funktionsidé är att jämna ut strömtopparna mellan dag- och nattströmmen. I detta arbete kommer man att undersöka hur en IGBT-transistor lämpar sig för användning som huvudkomponent. Huvudkomponentens uppgift är att arbeta ihop med styrkretsens signaler som styr dess effekt. Man kommer att studera teorin bakom olika transistorer för att kunna framställa en fungerande lösning. Arbetet påbörjades med att bekanta sig med teorin för olika transistorer samt olika elvärmesystem. Olika kopplingsmetoder för växelströmskopplingar undersöktes också. Efter att man fått en tillräckligt god teoretisk kunskap för att utföra arbetet gjorde man en del mätningar. Under mätningarna matades transistorn med en styrsignal från en funktionsgenerator och man mätte transistorns värme-egenskaper och kylbehov. IGBT- transistorns höga temperatur var ett problem som måste lösas genom att utveckla ett tillräckligt effektivt kylelement. Även färdiga kylelement testades men de var otillräckliga. Efter att man hade ett fungerande kylelement gjorde man ett 20 minuters test där man körde en hel driftcykel på 20 minuter med maximal effekt för att försäkra sig om att kretsen fungerar stabilt. Alla mätningar utfördes i Arcadas automationslaboratorieutrymmen och man använde mätutrustning såsom oscilloskop, multimetrar och en värmekamera.The purpose of this thesis was to find a suitable main component for a power regulator. The power regulator will be connected to the electrical heating in households such as floor heating and radiators. The working principle of the power regulator is to smoothen the current peaks between day and night electricity. This thesis will focus on whether an IGBT-transistor will be suitable to use as the power regulators main component. The main components task is to function together with the control signals from the control circuit and to regulate its power. Theory about different kinds of transistors will be stud- ied to be able to produce a working solution. The work began by studying the theory of different transistors and electrical heating systems. Different types of alternating current connections were also studied. Different kinds of measurements were done after a good enough understanding of the theory was established. A function generator produced the control signal to the transistor during the measurements. The measurements included temperature properties of the transistor and whether it was necessary to use a heat sink. The temperature of the IGBT-transistor was a problem that had to be solved by develop- ing a heat sink that was efficient enough. Two commercial heat sinks were also ordered and tested but they were not efficient enough. After the temperature problem was solved a full 20-minute test of the circuit was made at full power. This was done to ensure that the circuit functioned properly and that it was stable. All measurements were done at Ar- cada’s automation laboratory facilities and measuring equipment such as an oscilloscope, multimeters and a thermal camera were used.Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli löytää sopiva pääkomponentti jota voitaisiin käyttää tehonsäätimessä. Tehonsäädin kytketään kotitalouksien sähköiseen lämmitykseen kuten lattialämpöön tai lämpöpattereihin. Tehonsäätimen tehtävä on tasata virtahuippuja jotka esiintyvät päiväsähkön vaihtuessa yösähköksi. Tämän opinnäytetyön keskeisin tarkoitus on selvittää voidaanko IGBT-transistoria käyttää tehonsäätimen pääkomponenttina. Pää- komponentin tehtävä on toimia yhdessä ohjauspiirin kanssa sekä reguloida ohjauspiirin tehoa. Toimivan ratkaisun saavuttamiseksi eri transistorien toimintateoriaa tullaan selvit- tämään. Työ alkoi tutustumalla eri transistorien teoriaan ja käyttötoimintaan sekä erilais- ten sähkölämmityksien toimintaan. Työn aikana selvitettiin myös erilaisia vaihtovirta- kytkentöjä. Hyvän teoreettisen tietämyksen saavuttamisen jälkeen suoritettiin eri mitta- uksia. Mittausten aikana ohjaussignaali syötettiin IGBT-transistorille käyttämällä funk- tiogeneraattoria. Mittauksien aikana selvitettiin IGBT-transistorin lämpöominaisuuksia sekä mahdollista tarvetta transistorin ulkoiseen jäähdytykseen. IGBT-transistorin korkea toimintalämpötila muodostui ongelmaksi joka ratkaistiin kehittämällä ulkoinen jäähdy- tyselementti. Mittausten aikana testattiin myös kahta valmista jäähdytyselementtiä joiden jäähdytysteho osoittautui riittämättömäksi. Kun lämpötilaongelma oli ratkaistu suoritet- tiin 20 minuutin pituinen käyttökoe täydellä teholla varmistaakseen että piiri toimi va- kaasti. Kaikki mittaukset suoritettiin Arcada ammattikorkeakoulun automaatiolaborato- rion mittaustiloissa. Mittauksissa käytettiin mittalaitteita kuten oskilloskooppia, yleismit- tareita sekä lämpökameraa

    Similar works