 | Tähän artikkeliin tai osioon ei ole merkitty lähteitä, joten tiedot kannattaa tarkistaa muista tietolähteistä. Voit auttaa Wikipediaa lisäämällä artikkeliintarkistettavissa olevia lähteitä ja merkitsemällä neohjeen mukaan. |
 | Tämän artikkelin tai sen osanmääritelmä puuttuu tai on huonosti laadittu. Voit auttaa Wikipediaaparantamalla artikkelin määritelmää. Lisää tietoa saattaa ollakeskustelusivulla. Tarkennus:Määritelmä ei kerro oikein mitään. |
Taajuusmuuttaja (taajuudenmuuttaja, invertteriohjaus, moottorivaihtosuuntaaja, taajuudenmuutin) on sähkölaite, joka kytketään kahden erillisensähköverkon välille. Sähköverkkojenjännitteentaajuus jaamplitudi voivat poiketa toisistaan. Yleisin käyttökohde on kytkeä taajuusmuuttajavaihtosähkömoottorin tai -generaattorin ja valtakunnallisen sähköverkon väliin. Tällöin taajuusmuuttaja on osa moottori- tai generaattorikäyttöä, missä se vastaa vaihtelevalla nopeudella toimivan moottorin tai generaattorin ohjauksesta. Sähkömoottorikäyttö käsittää sähköverkon, sähkömoottorin sekä tarvittavan ohjauslaitteiston.
Moottorikäytössä taajuusmuuttajaa käyttämällä vaihtosähkömoottori saadaan pyörimään prosessin tarpeen mukaisellanopeudella, jolloin moottorilla suoritettava prosessi tehostuu ja virrankulutus vähenee usein huomattavasti. Jos vaihtosähkömoottori kytketään suoraan sähköverkkoon, moottori pyörii verkon taajuuden määräämällä nopeudella. Jos taajuusmuuttajaa ei käytetä, prosessin säädössä on käytettävä muita apukeinoja, esimerkiksivaihteistoja tai puhallin- ja pumppukäytöissä kuristimia. Taajuusmuuttajan avulla päästään portaattomaan säätöön moottorille syötettävää taajuutta muuttamalla.
Yhtenä suurimpana etuna taajuusmuuttajan käytössä onenergian säästö kun moottoria käytetään aina prosessin tarpeen mukaisella nopeudella. Energian säästö on erityisesti huomattava pumppu- ja puhallinkäytössä, joissa energian tarve pienenee suhteessa nopeuden kolmanteen potenssiin. Taajuusmuuttajalla aikaansaatu säästö on merkittävää myös tilanteissa, joissa kanavassa virtaavan nesteen tai kaasun virtausta muuten säädeltäisiin kuristamalla. Monissa pumpuissa säästöt ovat yli 50 % ja tämä merkitsee suurilla pumppaustehoilla myös suurta rahasäästöä. Taajuusmuuttajien käyttö lisääntyykin voimakkaasti juuri tästä syystä. Taajuusmuuttajan lisäetuina saavutetaan sähköverkon ja käyttölaitteistojen rasitusten pieneneminen (esimerkiksi kiihdytys- ja hidastustilanteet).
Taajuusmuuttajia voidaan käyttää monissa teollisuuden sovelluksissa, joissa on käytössävaihtosähkömoottoreita. Tyypillisimpiä sovelluksia ovatpumppu- ja puhallinkäytöt,hissit,kuljettimet,paperikoneidenvoimansiirrot sekä yleisesti kaikki vaihtosähköpohjaiseen voimansiirtoon perustuvat laitteistot kuten esimerkiksi modernitsähköveturit,laivojen potkurikäytöt,sähköautot jahybridiautot sekätuulivoimalat.
Taajuusmuuttajientehoalue ulottuu pienjännitteellä (400–690V) muutamistawateista aina useisiin megawatteihin.
Taajuusmuuttajan käytössä kulkuneuvojen oikosulkumoottorien ohjaukseen on suomalaisella OyStrömberg Ab:llä merkittävä osuus. 1970-luvun alussa Strömberg käynnisti vuosia kestäneen tutkimusohjelman, jota johti DIMartti Harmoinen ja joka tähtäsi vaihtovirtamoottorin taajuusmuuttajan kehittämiseen. Yksi tutkimusohjelman onnistumisen kannalta keskeisistä valinnoista oli päätös käyttää pulssinleveystekniikkaa moottoriin kierrosnopeuden säätöön.[1] Vuonna 1982 käyttöön otettuHelsingin metro oli maailman ensimmäinen taajuusmuuttajatekniikkaa ja oikosulkumoottoreita käyttävä suuren mittakaavan kulkuneuvosovellus maailmassa.[2][3]
Strömbergin kehittämä taajuusmuuttajateknologia siirtyi yrityskaupan myötä 1987 ruotsalaiselleASEA:lle ja edelleen vuonna 1988 tapahtuneen ASEA:n jaBrown, Boveri & Cie.:n fuusion myötä syntyneelleABB:lle. ABB:n taajuusmuuttajavalmistus sijaitsee edelleen Suomessa.
 | Tätä artikkelia tai sen osaa on pyydetty parannettavaksi, koska se ei täytä Wikipedianlaatuvaatimuksia. Voit auttaa Wikipediaaparantamalla artikkelia tai merkitsemällä ongelmattarkemmin. Lisää tietoa saattaa ollakeskustelusivulla. Tarkennus:Teorian esitys pitäisi selkiyttää |
Taajuusmuuttajalla muokataan kiinteätaajuisesta ja -amplitudisestavaihtosähkösyöttöverkosta vaihtosähkömoottorille haluttu syöttötaajuus ja -jännite. Säätämällä moottorin syöttötaajuutta ja -jännitettä voidaan moottorin pyörimisnopeus ja sen tuottamavääntömomentti ohjata halutuiksi. Osalla taajuusmuuttajista voidaan myös millä tahansa nopeudella pyörivästä generaattorista tuleva teho ohjata kiinteätaajuiseen syöttöverkkoon.
Yleisin taajuusmuuttajatyyppi on toimintaperiaatteeltaan kolmivaiheinen, sisältäentasasuuntaajan, suodatus- jakapasitanssipiirin, joka samalla toimii sähköenergian välivarastona sekävaihtosuuntaajan. Ensimmäiseksi syöttötaajuus tasasuunnataan tarvittavaa tehoa vastaavalla, esimerkiksidiodi- taityristorisillalla tasajännitteeksi.Transistori ei voi korvata tyristoria tasasuuntauksessa, koska transistorin napaisuutta ei voida muuttaa. Tyristorilla voidaan tehdä osavaihetasasuuntausta säätämällä tyristorin syttymispistettä ja näin säätää esimerkiksi tehoa tasasuuntausvaiheessa. Tasasuuntaus saattaa aiheuttaa häiriöitä ja häviöitä syöttöverkkoon esimerkiksiloistehon vuoksi. Syöttöverkkoa suojataan tavallisestikuristinyhdistelmillä. Tasasuunnatun sähkötehon suodatus tapahtuu kuristinten jakondensaattorien yhdistelmillä. Tässä osassa on erityisen tärkeässä roolissakondensaattori, johon tasasuunnattu sähköteho syötetään ja jonka rooli on myös vakauttaa vaihtosuuntaajan syöttöä. Mikäli syöttöjännite on valmiiksi tasavirtaa, kuten esim.aurinkokennoissa, raitioteillä ja metroissa, ei tasasuuntausvaihetta tarvita. Tämä yksinkertaistaa kalustossa käytettävää taajuusmuuttajaa.
Vaihtosuuntauksessa käytetään kytkinkomponentteja, jotka muodostuvat ulostulovaiheiden lukumäärän mukaisesti tyristori- tai nykyisin käytetyimmistäIGBT-transistoripareista. Yksi komponentti kustakin parista johtaa kerrallaan nopeassa tahdissa käyttäen esimerkiksipulssinleveysmodulaatiota (engl.pulse width modulation, PWM). Syntynyt vaihtojännite on muodoltaan pulssileveydeltään vaihtelevaakanttiaaltoa, mutta ennen ulossyöttöä suodatettu jännite on lähelläsinikäyrää. Toimintaa voidaan kuvata esimerkiksi ajattelemalla, että moottorijohtimet kytketään vuorotellen vakautinkondensaattorin positiiviseen ja negatiiviseen kiskoon taajuudella, joka määräytyy tehokomponentin sytytystiheyden mukaan.
Taajuusmuuttajassa käytettävät tehopuolijohteet eroavat tavallisen elektroniikan käyttämistä komponenteista siinä, että niiden jännite- ja virtakestoisuudet ovat huomattavasti suurempia. Vaihtosuuntauksessa käytettävien kytkinkomponenttien ohjaamiseen tarvittava elektroniikka mitoitetaan muuttajalta vaadittavien ominaisuuksien mukaan. Vaativimmissa taajuusmuuttajissa tämä ohjauselektroniikka on kehitetty varsin pitkälle ja sisältää monipuoliset säätöohjelmistot.
Taajuusmuuttajan etuja ovat muun muassa pehmeä käynnistys, säädettävät kiihdytys- ja hidastusajat, moottorin tarkka nopeudensäätö, hyvä kauko-ohjausmahdollisuus, mahdollisuus ohjata ja seurata moottoriatietokoneella, mistä seuraa mahdollisuus korkeaanautomaatioasteeseen, yksinkertainen rakenne (ei mekaanisia osia juuri lainkaan), sekä alhaiset rakenneosa- ja työkustannukset.
Tunnettuja taajuusmuuttajavalmistajia ovat muun muassaABB,Bosch Rexroth[4],Danfoss, Delta,Mitsubishi,Siemens,Yaskawa jaOmron.[5] Vaasassa pääkonttoriaan pitäneen Vacon Oyj:n (Vaasa Control) liiketoiminta myytiin tanskalaiselle Danfossille. Kansainvälisen monialakonsernin ABB:n taajuusmuuttajavalmistusta on Helsingissä Pitäjänmäellä.
Kuvia tai muita tiedostoja aiheestaTaajuusmuuttajaWikimedia Commonsissa