ILARI ÄIJÄLÄ JAETUNTEHON HYBRIDIJÄRJESTELMÄN MALLINTAMINEN

Transkriptio

1 IARI ÄIJÄÄ JAETUNTEHON HYBRIDIJÄRJESTEMÄN MAINTAMINEN Dplotyö Takataja: pofeo Hekk Tuua Takataja ja ahe hyväkytty Teto- ja ähköteknkan tedekuntaneuvoton kokoukea 5. aakuuta 008

2 II

3 III Alkuanat Tää dplotyö on tehty Tapeeen teknllen ylopton ähköenegateknkan latokella, oana työkoneden ähkötä enegan talteenottoa ja uudelleenkäyttöä kättelevää ENTAT-pojekta. ENTAT on Tapeeen ja appeenannan yloptojen yhtetyöpojekt, jota ahottavat TEKES ja pojekta teolluuoapuola edutava lkkuven työkoneden ytyfoou FIMA y. Työn tavotteena ol uodotaa ulontall jaetuntehon hybdjäjetelän tonnan ja ohjauenetelen takateluun. Haluan kttää koko ähköenegateknkan latoken henklökuntaa työn akana aaatan avuta ja hyvätä työlaptä. Työn ohjaajana ja takatajana toneelle pof. Hekk Tuualle etän ktoket ettän elenkntoeta ja onpuoleta tutkuaheeta. opuk haluan kttää vanhepan tueta ja kannutuketa koko opkelun akana. Tapeeella Ila Äjälä Havuetänkatu 7 B Tapee

4 IV TIIVISTEMÄ TAMPEREEN TEKNIINEN YIOPISTO Sähköteknkan koulutuohjela ÄIJÄÄ IARI: Jaetuntehon hybdjäjetelän allntanen Dplotyö, 104 vua Toukokuu 009 Pääane: Sähkökäyttöjen tehoelektonkka Takataja: Pofeo Hekk Tuua Avananat: Jaetuntehon hybd, okoulkuootto, planeettavahde, deelootto Tää dplotyöä on uodotettu ulontall jaetuntehon hybdjäjetelän tonnan ja ohjauenetelen takateluun. Mall on toteutettu kjalluulähteden pohjalta Matlab Sulnk-ohjeltolla. Työn alua luodaan ylekatau jaetuntehon hybdjäjetelän akenteeeen ja tontaan. Tään jälkeen uodotetaan jäjetelän koponentten ja yknketaen ohjaujäjetelän allt, ekä kootaan ne jaetuntehon hybdjäjetelän allk. Työn veeä oaa takatellaan ulontalln tontaa eekkulonten avulla. Mallnnettu jäjetelä kootuu deeloottota, planeettavahteeta, kahdeta okoulkukoneeta, ekä enegavaatota. Koka eneganäätö on yk täketä hybdjäjetelen kehtyken ja käytön tavotteta, on alln pytty ällyttäään koponentten hyötyuhteet ja nden uuttunen jäjetelän tontapteen uuttuea. Malln on pytty kuvaaaan yö koponentten dynakka ltä on kun e jäjetelän ohjauken ja käytön kannalta on oleellta. Deelootton pakokaaupäätöjä e työä ole takateltu. Jaetuntehon hybdä ähkökoneden, polttoootton, voanon vältyuhteden ja enegavaaton totu on vahvat dottu tona. Jäjetelän jäkevä tottanen edellyttää tetoa ajettavata kuoata ja huolellta paneututa koponenttvahtoehtojen onauukn koko nden käyttöalueella. Ohjauenetelällä ja ohjaujäjetelän tonnalla on uu vakutu jaetuntehon hybdjäjetelällä aavutettavaan hyötyuhteeeen. Polttoootton ja enegavaaton onauuken ahdollan tehokkaan hyödyntäen tavottelu, ekä tlanteen ukaan vahtuvat jäjetelän tonta-aluetta ajottavat tekjät akaanaavat jäjetelän ohjauketa onutkaen optonttehtävän. Kuoan onauuken huoonen on ettän täkeää yö jäjetelän ohjauta toteutettaea. Jaetuntehon hybdjäjetelä ahdolltaa polttoootton pyönopeuden potaattoan äädön kuoan nopeudeta ppuatta. Jäjetelän ähköen tehonon oa tekee kutenkn tehonon hyötyuhteeta anoataan haavältykllä toteutetun voanon hyötyuhdetta hekoan. Sten jaetuntehon hybd op etyet ellan ovellukn, joa penteet on käytetty hyötyuhteeltaan uhteellen hekolla oentnuuntella vautettua autoaattvahtetoa.

5 V ABSTRACT TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOOGY Degee poga n electcal engneeng ÄIJÄÄ IARI: Modelng of powe plt hybd yte Mate of Scence The, 104 p. May 009 Majo ubject: Powe electonc Exane: Pof. Hekk Tuua Key wod: Powe-plt hybd, nducton achne, planetay gea, deel engne In th Mate of Scence the ha been bult a ulaton odel fo powe-plt hybd yte. It ha been contucted fo bae of lteatue and ntenatonal eeache, and odeled ung Matlab Sulnk oftwae. The odel utable fo eeach of opeaton of powe-plt hybd and t contol yte. At ft n th wok taken an ovevew on powe-plt hybd, t tuctue and pncple of opeaton. Afte that bult odel fo coponent of yte and ple contol yte. In lat pat of wok exaned opeaton of the odel wth ulaton exaple. The odeled yte contuct of deel engne, planetay gea unt, two nducton achne, and enegy toage. Puue of fuel effcency one of the leadng taget of developent of hybd electc achne. Becaue of that, effcence of coponent have been ncluded n the coponent odel. The odel nclude alo dynac of coponent n th level that een appopate fo yte contol and opeaton. Eon of deel engne have not condeed n th wok. Szng of electc achne, engne, gea ato of tanon and capacty of enegy toage unt ae tongly bound to each othe n powe-plt hybd. Pope zng of yte eque knowledge of load cycle and caeful condeaton of coponent chaactetc n all opeatng ange. Contol ethod and contol yte opeaton ae bg ue n fuel econoy of powe-plt hybd. A fo effectve uage of engne and enegy toage unt and changng facto whch lt the opeaton ange of the yte ende t to coplex optzaton poble. Chaactetc of load potant to keep n nd alo when plannng the contol yte. The powe-plt hybd povde a oluton fo contnuouly vaable tanon ato, but electcal pat of tanon ake t le effcent than geabox. Fo th eaon, the powe-plt hybd utable epecally fo dve whee conventonally have been ued autoatc tanon wth elatvely low effcency toque convete.

6 VI Sälly 1. Johdanto Jaetuntehon hybd Rakenne Tontapeaate Koponentten totu Jäjetelän koponentten allntanen Deelootto Iu- ja pakoaja Moottooa ja en tuottaa vääntöoentt Tuboahdn Oaalln lohkokaavo Okoulkuootto Sähkökoneden äätö Suuntajallat ja välp Suuntaajallat Suuntaajen hävöt Välp Enegavaato ja hakku Planeettavahde Jäjetelän ohjau Sulontall Yhteenveto 87 ähdeluettelo.. 89 te: Sulontpaaeteja

7 VII Meknnät ja lyhenteet Meknnät Γ η 0 η c η e η f η g η η η t η tax κ ϑ 1 ϑ ϑ 3 ϑ 4 λ v ρ τ τ θ θ k ψ ψ ψ ω ω c ω e ω k ω ω ω ω tc gaafunkto planeettavahteen hyötyuhde aunkopyöältä kehäpyöälle, kun planeetankannatn on lukttu kopeon hyötyuhde polttoootton kokonahyötyuhde täytöate (voluetnen hyötyuhde) poen hyvyyuhde polttoootton tenen hyötyuhde polttoootton ekaannen hyötyuhde tubnn hyötyuhde tubnn akhyötyuhde pakokaaun entooppvako ulan läpötla ennen kopeoa ulan läpötla uajaa oottota potuneen pakokaaun läpötla tubnta potuvan pakokaaun läpötla uhteellnen la-polttoaneuhde polttoaneen they polttoootton oentnuutoken vve oottoakavako avauuvekton aeakula koodnaatton aeakula agnetontvuo oottovuo taattovuo ootton ähkönen kulanopeu planeetankannatten kulanopeu ootton kulanopeu koodnaatton kulanopeu oottovuon kulanopeu kehäpyöän kulanopeu aunkopyöän kulanopeu ahten kulanopeu

8 VIII ω Tax ootton kulanopeu, jolla aavutetaan täytöateen huppuavo AFR la polttoaneuhde AFR aja la polttoaneuhteen alaaja-avo AFR toch la polttoaneuhde tokoetella eokella c p lan onaläpökapateett vakopaneea [J/(g K)] c u tubnn ven nopeu c u,opt tubnn ven optaalnen nopeu co φ tehokeon C C R D E E on E off f f aja f f va H l c dc dc_g e pukau h jau l uc vuoto ) I j J c J e J l J MG1 kapatan ta kondenaatto kondenaatton nellkapatan Puluhde ootton yötetyn polttoaneen ältää enega kytkentäenega johtotlaan kytkennää kytkentäenega etotlaan kytkennää ukutuäää yhtä työtahta koht [ 3 /ku] ukutuäään yläaja kytkentätaajuu ukutuäään vetaluavo hyötyuhteen lakennaa polttoaneen alep läpöavo kapatann vta välpn kondenaatton vta ähkökoneden taavak uutettu uavta ajaetann vta pukauvatuken vta uuntaajen hävötä vataava välpn vta autahävöetann kautta kulkeva vta jauvatuken vta kelavta ootton agnetontvta oottovta taattovta planeettavahteen peuvältyuhde upekondenaatton vta vuotovta kuoavan huppuavo vta agnääykkkö planeetankannatten htauoentt polttoootton htauoentt kuoan htauoentt MG1:n htauoentt

9 IX J MG J J J tc k k k g K K σ σ e & c & e MG:n htauoentt kehäpyöän htauoentt aunkopyöän htauoentt ahten htauoentt ootton kytkentäkeon taatton kytkentäkeon hlaohjauken jäykkyykeon vältyuhde kehäpyöältä kuoalle vältyuhde MG1:ltä aunkopyöälle nduktan agnetont-nduktan ootto-nduktan ootton hajanduktan ootton tenduktan taatto-nduktan taatton hajanduktan taatton tenduktan utahdn akana ylnten enevän lan aa kopeon aavta ootton aavta & f polttoaneen aavta & t M la M n 1 n e n p N p p 1 p p 3 p 4 P P ρ P e P P P w P t tubnn aavta uajan laaa lan oolaa odulont-ndek hetkellnen pyönopeu ootton pyönopeu [1/] ootton pyönopeu [p] ylnteen lukuäää napapaluku pane ukanavaa ennen kopeoa [ba] pane uajaa [ba] pane pakoajaa [ba] pane pakoputkea tubnn takana [ba] teho okoulkuootton hankauhävöteho ootton akelteho ndkotu teho Dodn takavan aheuttaat hävöt kytkentähävöteho tenen teho

10 X Q 1 Q t R R ak R ce R e R R pukau R R R vuoto w SR t t 0 t od t t T ρ T c T e T cop T f T T l T MG1 T MG T T T ähk T tub u c u dc u e u u u u 1 u 6 u 0, u 7 ootton tuotu läpöäää oottota potunut läpöäää kehäpyöän äde aunkopyöän äde tubnn äde oolnen kaauvako [(ba d 3 )/(ol K)] dodn johtotlan etan kytknkoponentn johtotlan etann ekvvalenttnen ajaetan autahävöetan pukauvatuken etan oottoetan taattoetan vuotovtaetan uuntaajan vahekohtanen kytkentäfunkto planeettavahteen hetkellnen vältyuhde aka nollavekton kytkentäaka odulontjakon ketoaka van nouuaka takavan ketoaka okoulkuootton hankauhävöoentt planeetankannatten vääntöoentt polttoootton oentt kopeon oentt ktkan aheuttaa hävöoentt ootton vääntöoentt, kun ekaana hävötä e ole huootu kuoan oentt MG1:n oentt MG:n oentt kehäpyöän vääntöoentt aunkopyöän vääntöoentt ähkönen vääntöoentt tubnn oentt kapatann yl vakuttava jännte välpn jännte ajaetann yl vakuttava jännte agnetontjännte oottojännte taattojännte vektoäädetyn kaktaoen uuntaajan aktvvektot uuntaajan nollavektot

11 XI V ak V ce V d V f V V R V t V tuc V uc V 0 dodn johtotlan jännte kytknkoponentn johtotlan jännte ootton kutlavuu dodn johtotlan jännte van ollea nolla uajan tlavuu kondenaatton nelljännte kytknkoponentn johtotlan jännte van ollea nolla upekondenaattopaketn napajännte upekondenaattopaketn lähdejännte jännte, jolla kytknkoponentn paaett on äätetty Muut alandekt α, β avauuvekton eaal- ja agnääakelen uuntaet koponentt taattokoodnaattoa ac vahtouue, vahtovtapuolen uue a, b, c kolvahejäjetelän vaheuueet d, q avauuvekton koponentt oottovuokoodnaattoa dc taauue, taavtapuolen uue deel deelootton uue entooppnen paunta ta putu n äänenouue kuoa kuoan uue out ulotulouue lag vttaa vektoodulonna ohjevekton takana olevan aktvvekton lead vttaa vektoodulonna ohjevekton edellä olevan aktvvekton MG1 MG1:n uue MG MG:n uue n uueen nellavo off etotlaan kytkentä on johtotlaan kytkentä ef ohjeavo uc upekondenaatton uue Yländekt ψ oottovuokoodnaatto * ohjeavo

12 XII yhenteet ac AP dc D IGBT KP MG1 MG PK PWM Re S UC vahtovta aunkopyöä taavta dod nulated-gate bpola tanto kehäpyöä planeettavahteen aunkopyöälle kytketty ähkökone planeettavahteen kehäpyöälle kytketty ähkökone planeetankannatn pulnleveyodulont eaaloa kytknkoponentt upekondenaatto

13 1 1. Johdanto Veakona lääntyvä huol folten polttoaneden käytötä yntyven hldokdpäätöjen vakutuketa latoon, ktyvät päätöajat ja kohoava polttoaneden hnta on otvonut ajoneuvo- ja työkonevaltaja etään enetelä polttoaneenkulutuken ja päätöjen vähentäeen. Monen työkoneden työyklt ältävät paljon ajovoanon hdatu- ja taakanlakulkketä, joden akana taakan ja työkoneen potentaal- ja lke-enega uutetaan penteä käytöä läök. Enegan talteenotolla laku- ja hdatulkkeden akana on ahdollta vähentää onen työkoneden enegankulututa ekttävät. Sähkötä enegan talteenottoa hybdjäjetelen avulla on tutkttu vevuokyenen puolvältä lähten. Sähköeä talteenotoa jautuenega uutetaan laku- ja hdatulkkeden akana kuoan akellle kytketyllä ähkökoneella ähköenegak ja vaatodaan akutoon ta upekondenaattopakettn. Noto- ja khdytytlantea aa ähkökone to oottona ottaen enegaa enegavaatota ja uuttaen en ekaanek enegak kuoalle. Hybdjäjetelä enegavaaton pääaallnen käyttötakotu on jautuenegan lyhytakanen vaatont, ekä enegantuottotapeen taaanen. Sähkökoneet, uuntaajat ja enegavaato kavattavat hybdjäjetelän kokoa penten jäjeteln veattuna. Hybdjäjetelen pääaallena enegalähteenä to yleenä polttoootto, kä ahdolltaa ptkät käyttöjakot aalla, kun jäjetelän koko pyyy kohtuullena. Jautuenegan talteenotto yö vähentää jäjetelän jäähdytytavetta ja ähkökone ahdolltaa peneptehoen polttoootton käytön, kä oaltaan penentää eoa tlantapeea ja panoa penteten- ja hybdjäjetelen välllä. Tää dplotyö on tehty oana Tapeeen teknllen ylopton ja appeenannan teknllen ylopton yhtetä ENTAT- tutkuhanketta. Hankkeen tavotteena on kehttää enetelä työkoneden enegankulutuken vähentäeen. Tään työn tavotteena on kehttää ulontall jaetuntehon hybdjäjetelän äädön ulontn ja jäjetelän hyötyuhteen takateluun elaa ohjauenetelä käytettäeä. Työä e takatella enegavaatojen allntata ekä nden kytkentää jäjetelään kovnkaan takat, koka ENTAT-pojektn puttea on nätä aheta aaan akaan enellään kak uuta dplotyötä. Työn toea luvua luodaan ylekatau jaetuntehon hybdjäjetelän akenteeeen, tontaan ja ohjaupeaatteeeen. Kolannea luvua takatellaan lähen jäjetelän koponentten tontaa ja uodotetaan allt ykttälle koponentelle. Neljänneä luvua kootaan ykttäten koponentten allt hybdjä-

14 jetelän allk ja uodotetaan kokonauudelle yknketanen äätöjäjetelä. Veeä luvua takatellaan alln tontaa eekkulonten ja koponentten allen tuottaen hyötyuhdekäyätöjen avulla.

15 3. Jaetuntehon hybd.1. Rakenne Hybdjäjetelen kak peutapauta ovat kuvaa.1 olevat aja- ja nnakkahybdt. Sajahybdeä e ole ekaanta tehontojäjetelää polttoootton ja kuoan välllä. Kakk polttooottolla tuotettu teho uutetaan geneaatton avulla ähköenegak, jolla yötetään kuoaan kytkettyä oottoa, ta e vaatodaan enegavaatoon yöhepää käyttöä vaten. Mekaanen kytkennän puuttuea kuoan ja polttoootton välltä vodaan polttoootton pyönopeutta äätää pahaan hyötyuhteen aavuttaek täyn kuoan nopeudeta ppuatta. Sajahybd on akenteeltaan ekä jäjetelän ohjauken kannalta hyvn yknketanen. Hattapuolena ajahybdä on tavttaven ähkökoneden uu koko ja uuntaajlta vaadttava uu tehonketo. Koka polttooottolla tuotettu teho etään kuoalle kahden ähkökoneen ja kahden uuntaajan kautta, kavavat tehonon hävöt uhteellen uuk, vakka ykttäten koponentten hyötyuhde onkn hyvä. [1] Kuva.1. Saja- ja nnakkahybdjäjetelät Rnnakkahybdeä polttoootton teho etään kuoalle ekaanen voantojäjetelän kautta. Tehonon hävöt pyyvät penenä, utta polttoootton pyönopeu on dottu kuoan pyönopeuteen. Polttoootton pyönopeutta e voda ohjata vapaat ja voantojäjetelään tavtaan uea tapauka vahteto kuoan ja polttoootton väln. Polttoootton nnalle kytkettyä ähkökonetta käytetään jaututlantea geneaattona ottaaan jautuenegaa talteen ja huppukuotutlantea en avulla avutetaan polttooottoa. Sähköko-

16 4 neta tavtaan van yk ja koka ähkökonetta käytetään anoataan polttoootton apuna, ekä anoana kuoalle tehoa tajoavana voanlähteenä kuten ajahybdä, e vo olla elvät penep kun ajahybdjäjetelän ähkökoneet. [1] Kola hybdjäjetelen tyypp on kuvaa. oleva ja tää työä käteltävä jaetuntehon hybd. Jaetuntehon hybdjäjetelällä pytään hyödyntäään aanakaet nnakka- ja ajahybden hyvät onauudet. Jäjetelä kootuu polttooottota, geneaattota, ähköoottota ekä ähkökoneet ja polttoootton tona ekä kuoaan kytkevätä, potaattoan vältyuhteen uutoken ahdolltavata tehonjakolatteeta. Sähkökoneta yöttävät uuntaajat on kytketty yhteeen välpn, johon on kytketty yö enegavaato joko uoaan ta hakkuteholähteen kautta. Jaetuntehon hybdä oa polttoootton tehota etään kuoalle tehonjakolatteen kautta ekaanet kuten nnakkahybdäkn. oppuoa polttoootton tehota uunnetaan geneaattolla ähköenegak, joka yötetään kuoan kana aalle akellle kytketylle ähköoottolle ta enegavaatoon yöhepää käyttöä vaten kuten ajahybdä. Koka van oa polttoootton tehota etään kuoalle ähkötä että, pyyvät ähköet hävöt elvät penepnä kun ajahybdjäjetelää. Sähkökoneet ja uuntaajat vodaan yö tottaa huoattavat penek kun ajahybdä. [] Kuva.. Jaetuntehon hybd Jaetuntehon hybdjäjetelän ytenä on tehonjakolate, johon polttoootto, ähkökoneet ja kuoa on kytketty. Jaetuntehon hybdjäjetelä kättelevä julkaua tehonjakolatteena on ueten planeettavahde. Sk tääkn työä kektytään takateleaan jäjetelää, joa tehonjako on toteutettu planeettavahteen avulla. Planeettavahde on akenteeltaan uhteellen yknketanen ja penkokonen ekaannen late, joka ahdolltaa vältyuhteen potaattoan uutoken kuoan ja polttoootton välllä ja jonka hyötyuhde tehonoa on hyvä. Tehonjako vodaan toteuttaa yö ueaata planeettapyöätötä kootuvan vahteton avulla, jollon vältyuhdealueeta aadaan laajep ja polttoootton pyönopeutta vodaan ohjata vapaan. [, 3, 4, 5, 6, 7]

17 5 Tää työä e ole takateltu tään tettyä ovellukohdetta, ekä vahteton vältyuhdealueen laajentaelle ten tään työn puttea ole tavetta. Työä on k kektytty anoataan yknketapaan ahdolleen tapaukeen. Peaatepo planeettavahteeta on kuvaa.3. Planeettavahde kootuu aunkopyöätä, kehäpyöätä, planeettapyötä ekä planeetankannatteta, johon planeettapyöät on kytketty. Vahteen akelella vakuttaven oentten uhteet tona äääytyvät aunkopyöän ja kehäpyöän haalukujen uhteeta el vahteen peuvältyuhteeta. Sten oentten uhteet pyyvät vakona akeleden pyönopeukta ja vahteen kautta ettävätä kokonatehota ppuatta ja tehontouhde akeleden välllä vahtelee akeleden pyönopeuken ukaan. Tää työä takateltavaa jäjetelää polttoootto on kytketty planeetankannattelle, geneaatto (MG1) aunkopyöälle ja ootto (MG) ekä kuoa kehäpyöälle. Mekaanen tehonon planeetankannattelta kehäpyöälle ahdolltaa geneaattolla aunkopyöälle tuotettu tukoentt. Geneaattolta vaadttava oentt ppuu polttoootton oentta ekä planeettavahteen peuvältyuhteeta ja geneaatton pyönopeu halututa kuoan ja polttoootton nopeukta. Kuotuken ja pyönopeuken vahdellea tehonon uunnat vahteen akelella vahtelevat ja oleat ähkökoneet vovat toa tlanteen ukaan joko oottona ta geneaattona. Taken planeettavahteen tontaa takatellaan alaluvua 3.6. [3] Kuva.3. Planeettavahde Planeettavahteen ahdolltaan potaattoan vältyuhteen uutoken anota polttooottoa vodaan jaetuntehon hybdjäjetelää käyttää kapealla keolukualueella pahaan hyötyuhteena tuntuaa, lähe kuten ajahybdjäjetelääkn. Koka polttooottolta e vaadta laajaa, taata vääntö- ta tehoaluetta, vodaan en tonta optoda kapealle keolukualueelle ja hyötyuhdetta aadaan nän paannettua. [3] Hattapuolena jaetuntehon hybdä on jäjetelän onutkauu. Sähkökoneden tyypn ja nellpyönopeuden, ekä planeettavahteton peuvältyuhteen ja ahdollten knteden vältyuhteden valnta nn, että jäjetelän kokonahyötyuhde aadaan ahdollan hyväk, on onutkata. Planeettavahteen kautta tona kytkettyjen ähkökoneden ja polttoootton pyönopeudet ovat kytkök-

18 6 ä tona. Koka akeleden oentten uhteet pyyvät vakona ja ppuvat planeettavahteen peuvältyuhteeta, vakuttaa vahteen vältyuhteen valnta tehontouhteeeen ähköen ja ekaanen etn välllä. Tehontouhde puoletaan vakuttaa ähkökoneden totukeen ja kokoon. Sähköen tehontoetn hyötyuhde on hekop kun ekaanen, joten tehontouhde vakuttaa yö jäjetelän kokonahyötyuhteeeen. Jaetuntehon hybdä kuoan, olepen ähkökoneden ekä polttoootton oentt ja nopeudet kytkeytyvät planeettavahteen kautta tona, kä tekee ohjaujäjetelätä onutkaean kun nnakka- ta ajahybdeä. [3].. Tontapeaate Jaetuntehon hybdjäjetelää kuoan tehontave vodaan täyttää tuottaalla tavttava teho polttooottolla, ottaalla e enegavaatota ta käyttäällä yhtä akaa olepa. Polttooottolla ekä kuallakn jäjetelään kytketyllä ähkökoneella on oat tehtävänä, jotka pokkeavat jäjetelän ohjauken kannalta totaan. [1, 3] Polttoootton vate oentt- ja pyönopeuohjeden uutokn on ähkökonen veattuna hda. Sähköootton hyötyuhde e yökään oakuoalla hekkene yhtä nopeat kun polttoootton. Sk kuoan oentn nopen uutokn vataanen kannattaa jättää kuoan akellle kytketyn ähkökoneen tehtäväk ja käyttää polttooottoa htaan uuttuvalla teho-ohjeella tuottaaan kuoan ottaa kekääänen teho. Kehäpyöän akellle kytketyn ähkökoneen tehtävänä on nopen kuoaoentn uutokn vataaen läk ottaa enegaa talteen jaututlantea ja avutaa polttooottoa huppukuotutlantea. [1, 3] Aunkopyöän akellle kytketyn ähkökoneen tehtävä on tuottaa ekaanen tehonon planeetankannattelta kehäpyöälle ahdolltava tukoentt. Planeettavahteea kahden akeln pyönopeudet äääävät kolannen akeln nopeuden. Kehäpyöän pyönopeu äääytyy kuoan tavtean pyönopeuden peuteella, joten planeetankannatten ja aunkopyöän pyönopeudet on dottu tona. Polttoootton tehoa äädetään kuoan ottaan tehon peuteella, ja polttoootton nopeudenäätö vodaan toteuttaa aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen nopeutta äätäällä. [1, 3] Aunkopyöän ja kehäpyöän akelelle kytketyt ähkökoneet MG1 ja MG uodotavat yhdeä ajahybdjäjetelää vataavan ähköen tehontoetn polttooottolta kuoalle. Rnnakkahybdjäjetelää vataava oa uodotuu polttooottolta planeettavahteen kautta ekaanet kuoalle tyvätä tehota ja enegavaatota kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen MG kautta ettävätä tehota. Sähköet polttooottolta kuoalle ettävän tehon ouu polttoootton tehota ppuu polttoootton ja edelleen aunkopyöän akellle kytketyn ähkökoneen MG1 vääntöoentta, ekä aunkopyöän pyönopeudeta. Jo kuoan pyönopeu pyyy ptkä akoja taaena ta vahtelee anoataan vähän, vodaan planeettavahde vautaa kytkellä, jolla aunkopyöä aadaan lukttua planeetankannatteen

19 7 ta vahteen koteloon. Tällön aunkopyöälle kytketty ähkökone, ekä tä yöttävä uuntaaja vodaan kytkeä po käytötä ja planeettavahde to knteällä vältyuhteella. [1, 3] Kuotutlanteeta, ohjautavata ja jäjetelän akenteeta ppuen jäjetelää vodaan käyttää e tavolla: [1, 3] 1) Jaetuntehon hybdnä, jollon tehoa etään ekä ähkötä, että ekaanta että. Polttoootton pyönopeutta vodaan ohjata kuoan nopeudeta ppuatta. Tehontouhde ähköen ja ekaanen etn välllä ekä ähkökoneden ool ppuu kuoan ja polttoootton pyönopeukta, ekä hetkelletä kuotuketa. ) Polttoootto autettuna, geneaatto vapaat pyöen ta kytken avulla otettuna, pelkätään akutota enegana ottavan kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen avulla. 3) Rnnakkahybdnä aunkopyöä lukttuna. Polttooottoa käytetään tuottaaan htaan uuttuva ouu kuoan tehota ja kehäpyöälle kytkettyä ähkökonetta kuotutlanteeta ppuen joko ottaaan talteen jautuenegaa ta avutaaan polttooottoa. Tää tlaa vältyuhde kuoan ja polttoootton välllä on knteä ja kuoan nopeu on uoaan veannollnen polttoootton pyönopeuteen. 4) Aunkopyöä lukttuna, pelkätään polttoootton avulla. Tää työä uodotettu jaetuntehon hybdn all e ällä aunkopyöän ekaanta luktuahdolluutta..3. Koponentten totu Jaetuntehon hybdjäjetelän koponentten totu tulee tehdä kokonauutena. Tää alaluvua käydään lyhyet läp e koponentten totukeen vakuttava tekjötä ja vaatuka, jotka totukea ptää huooda. Polttoootto Polttoootton totukea täken huootava aa on tavttava teho. Pyönopeu ja vääntöoentt vodaan ovttaa kuoan pyönopeuteen opvak voanon vältyuhteden valnnalla. Polttoootton hyötyuhde on tavallet pahallaan, kun kuotu on uu ja pyönopeu pyönopeualueen puolväln tuntuaa. Kuoan tavtea kekääänen teho jää uen hyvn penek veattuna hupputehontapeeeen. Tätä euaa, että ona penteä ajoneuvo- ja työkonekäytöä polttoootto to uuen oan ajata van kaukana pahaan hyötyuhteen tuottavata tontapteetä. [8] Hybdjäjetelä ähkökoneta ja enegavaatoon vaatotua enegaa vodaan käyttää avutaaan polttooottoa huppukuotutlantea. Sten polttoootto vodaan tottaa peneäk ja e käy uuean oan ajata lähepänä optaal-

20 8 ta tontaptettään el paealla hyötyuhteella. Pdeällä akavälllä kakk latteen tavtea enega on kutenkn takotu tuottaa polttooottolla. Sen ptää kyetä kattaaan vähntään kuoan tavtea kekääänen teho ja jäjetelää yntyvät kekäääet hävöt. [4, 8] Jäjetelän hyötyuhteen kannalta hyvä vahtoehto vo olla polttoootto valtenen nn, että e aavuttaa pahaan hyötyuhteena vaadttavan kekäääen tehon kohdalla. Tällaella totukella polttoootton yleenä jää velä ekttävä tehoeev, jota vodaan hyödyntää hetkellä huppukuotutlantea ta tlantea, joa enegavaaton vaautla on yytä ta toeta pääyt lakeaan nn ala, ette ähkökoneta voda käyttää avutaaan polttooottoa. Keolukualueen yläpäätä, jolla polttoootton hyötyuhde hekkenee, vodaan hyödyntää yö tlantea, joa aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen pyönopeualueen ajat tlapäet ajottavat kuoan pyönopeutta. Polttoootton totukeen vakuttaa yö käytettävä olevan enegavaaton ja ähkökoneden koko. Polttooottolla ja MG:lla ptää joka tlanteea pytyä tuottaaan kehäpyöälle kuoan vaata vääntöoentt. Saon enegavaaton ptää kyetä yöttäään jäjetelään polttoootton tehon ja kuoan tehon eotu. Joakn tlantea polttoootton kavattanen aattaa olla paep vahtoehto kun MG:n ta enegavaaton kavattanen. Vankn akuton eneganvaatontkapateetn läänen kavattaa hybdjäjetelän kokoa ja panoa voakkaat. Eekk ajoneuvokäytöä käytettävä oleva tla ja ajoneuvon kokonapanon kavanen aattavat pakottaa tnkään enegavaaton kapateetta. Akutolla on yö ekttävä ouu hybdjäjetelän valtukutannukta, joten taloudellet ekatkn aattavat puoltaa peneän enegavaaton ja uueptehoen polttoootton käyttöä.[4, 9] Sähkökoneet Aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen tehtävänä jäjetelää on tuottaa aunkopyöälle tukoentt, joka ahdolltaa ekaanen tehonon planeetankannattelta kehäpyöälle. Sen totu äääytyy polttoootton huppuoentn ja planeettavahteen peuvältyuhteen ukaan. Koneen on kyettävä tuottaaan aunkopyöälle polttooottolta välttyvää akoentta vataava oentt pyönopeualueella, joka äääytyy planeettavahteen peuvältyuhteen ekä kehäpyöän ja polttoootton pyönopeualueden peuteella. Koka tää työä polttoootton nopeutta oletetaan äädettävän MG1:n oentlla, ptää en pytyä tuottaaan ttävä oentt polttoootton pyönopeuden uuttaeen yö llon, kun polttoootto tuottaa akoenttna. ähteeä [4] on nopeudenäätöä vaten MG1:n akoentt totettu 40 % polttooottolta aunkopyöälle välttyvää akoentta uueak. [3, 4, 10] Kentänhekennyaluetta e voda MG1:n ohjaukea hyödyntää, elle polttoootton oentta aalla ajoteta, ta elle MG1:tä ole elut yltotettu. Rajotettaea

21 9 polttoootton oentta ja tehontapeen pyyeä aalla vakona, ptää polttoootton tontaptettä tää uuelle pyönopeuklle, jollon hyötyuhde hekkenee. Sähkökoneen oentn yltottanen puoletaan kavattaa en kokoa ja panoa voakkaat. Polttoootton tuottaa oentt on ana aanuuntanen, joten yö MG1:n oentn uunta on nopeta pyönopeuden uutotlanteta lukuun ottaatta vako. Ideaalnen oenttkäyän uoto MG1:lle ol käyä, joka on taanen nollata aknopeuteen ekä potveen että negatveen pyöuuntaan. [3, 10] MG1:n jäähdytykeä on huootava, että e aattaa joutua toaan ptkä akoja hyvn penellä pyönopeudella polttoootton akoentta vataavalla oentlla. Okoulkuootton ootton häkkkäätykeä yntyvät vtaläpöhävöt lättävät oottoa. Ketoagneettootton oottoa e vataava hävötä ynny ja ten ketoagneettootton ootton jäähdytytave on elvät okoulkuoottoa penep. Sähkökoneden jäähdytytä uunnteltaea tällä aattaa olla ektytä. Ketoagneettoottot ovat yleenä yö hyötyuhteeltaan paepa ja kooltaan penepä kun vataavat okoulkuoottot. [3, 10] Kuoan akellle kytketyn ähkökoneen oenttkäyän uoto äääytyy kuoan tavtean oentn peuteella. MG:n oentn ja polttooottolta kehäpyöälle välttyvän oentn ptää yhdeä joka tlanteea kattaa kuoan oentt. Kentänhekennyaluetta vodaan hyödyntää, jo kuoa on vakotehotyyppnen. Jo kuoan teho vahtelee, vodaan e huooda tottaalla kone käyttötavan ukaan eekk jakottakäyttöön ta lyhytakaeen käyttöön. [3, 11, 1] Hybdjäjetelää uunnteltaea yö voantojäjetelän akenne ja ähkökoneden jotuahdolluudet vakuttavat nden totukeen. Sähkökoneen onauukta enten kokoon vakuttaa koneen nelloentt. Sten pyttäeä penkokoeen ja kevyeen jäjetelään, ähkökonek kannattaa valta koneet, joden nelloentt on penehkö ja pyönopeu uu, jo e onntuu lan ylääää vältyuhdepotata voanoa. Planeettavahde Planeettavahteelta vaadttava oentnketo äääytyy polttoootton huppuoentn ukaan. Hävöden noek planeettavahteen peuvältyuhde ja planeettavahteen ja kuoan välä olevan voanon vältyuhde ol hyvä valta nn, että kuoan tehon ja pyönopeuden ollea kekääää avoaan polttoootto to lähellä pahaan hyötyuhteena tontaptettä ja ähköet ettävän tehon ouu pyyy penenä. Polttoootton hyötyuhde on pahallaan uuella oentlla, jollon yö aunkopyöälle kytketyltä ähkökoneelta vaadtaan uuta oentta. Suuella aunkopyöän pyönopeudella MG1:n teho kavaa uuek, jollon ähköen tehonon hävöt kavavat. Vahteen peuvältyuhteen valnnaa ptää ottaa huooon yö MG1:n pyönopeualue, joka yhdeä peuvältyuhteen kana ääää aavutettava olevan vältyuhdealueen.[, 3]

22 10 Enegavaato Enegavaaton totukea ptää huooda kuoan tehoykl, ekä polttoootton totu ja ohjautapa. Näden peuteella vodaan lakea enegavaatolta vaadttava eneganvaatontkapateett ja tehonantokyky, joden peuteella vodaan valta enegavaaton tyypp. Myö enegavaaton odotettava oleva ketokä ekä vuoa, että latau-pukauyklen ääänä tulee huooda. [41]

23 11 3. Jäjetelän koponentten allntanen Kuvaa 3.1 on allnnetun jäjetelän ylän taon lohkokaavo. Sähkökonena planeettavahteen aunko- ja kehäpyöällä on 75 kw:n nelnapaet okoulkukoneet. Planeetankannattelle on kytketty non 96 kw:n deelootto. Kuoa on kytketty MG:n kana planeettavahteen kehäpyöälle. Okoulkukoneta yöttävät uuntaajat on kytketty yhteeen välpn, johon yö enegavaato on ltetty hakkuteholähteen kautta. Suuntaaja ohjataan vektoäädöllä nopeutakankytkettynä. Okoulkukoneden (MG1 ja MG), polttoootton ja kuoan alleta aadaan planeettavahteen akelella vakuttavat vääntöoentt. keyhtälöt ältävä planeettavahteen all tuottaa akeleden kulanopeudet. MG1:n- ja MG:n äätö-lohkot antavat ulotulonaan uuntaajen jännteohjeet. Suuntaajat ja välp-lohkoa on okoulkukoneta yöttävät deaallla kytknkoponentella allnnetut kaktaoet kolvaheuuntaajat ekä välp, johon kuankn uuntaajan dc-puol on kytketty. ohkon ulotulona aadaan okoulkukoneden yöttöjänntteet, ekä välpn jännte enegavaatolle. Enegavaatona alla on hakkuteholähteen kautta uuntaajen välpn kytketty upekondenaatto. Sähkökoneden kulanopeuohjeet, ekä polttooottolle yötettävän polttoaneäään ohjeavo aadaan luvua 4 käteltävältä ohjaujäjetelältä. Seuaava alaluvua takatellaan kuvan 3.1 lohkojen ältöä taken. Kuva 3.1. Ylän taon lohkokaavo allnnetuta jäjetelätä

24 Deelootto f Deeloottoea ylnte täytetään utahdn akana pelkällä lalla. Polttoane uhkutetaan ylnten ännän yläkuolokohdan tuntuaa ja e yttyy paneen ja lan kokoonputaen euaukena yntyneen läön vakutuketa. Mootton tehoa äädetään ylnten uhkutettavalla polttoaneääällä, joten laäään ajottanen vtauta kutaalla, kuten ottooottoa, e ole tapeen. Yläaja oottoa palavalle polttoaneääälle ja ten ootton teholle äääytyy ylnteä työtahdn akana olevan laäään ukaan. Ilaäään läänen ahtaalla ahdolltaa uuean polttoaneäään uhkuttaen ylnten ja kavattaa ootton tehoa. [13] Polttoootton hyötyuhde vodaan jakaa teoeetteen teeen hyötyuhteeeen η t, ekaaneen hyötyuhteeeen η, ja poen hyvyyuhteeeen η g. Teoeettnen tenen hyötyuhde η t on oottoa akaan työk uuttuvan läpöäään Q 1 -Q uhde ootton yötetyn polttoaneen ältäään läpöääään Q 1, kun poe oletetaan täyn adabaattek el oletetaan, että poea e tapahdu läpöhävötä: [13] Q1 Q η t = (3-1) Q1 Mootton tuotu läpöäää Q 1 on ylnten yötetyn polttoaneen enegaältö ja oottota potunut läpöäää Q on pakokaaujen ukana oottota potuneen ja ulan ukana ootton tuodun läpöäään eotu. Teoeetten teen hyötyuhteen avulla vodaan lata tenen teho P t : [13] P t = ηt & f H (3-) l joa & on polttoaneen aavta ootton ja Hl on polttoaneen alep (tehollnen) läpöavo. Mekaannen hyötyuhde on äätelän ukaan ootton akellta tatun tehon P e uhde kaaun ännänpäähän kohdtaaan työtä tekevään tehoon el ndkotuun tehoon P. [13] Pe η = (3-3) P Poen hyvyyuhde on ndkodun tehon P uhde teeen tehoon P t. [13] P η g = (3-4) Pt Edellten avulla ootton kokonahyötyuhteelle η e aadaan. [13] η = η η η (3-5) e t g Mootton hyvyyuhteeeen vakuttava tekjötä ovat: [13] läpöhävöt ekaanten akenteden kautta jäähdytyneteeeen ja ypäövään laan

25 13 ylnten huuhtelun vajavauu, el pototahdn akana ylten jää pakokaaua lälakeon ja palaen epätäydellyy palaajan ptuu ja ytytyennakko, el e kunka hyvn laajenevan kaaun enegaältö onntutaan uuttaaan työtahdn akana ekaanek enegak kaaujen vtauvatuket Edellä antuta ekttävät ovat läpöhävöt ja epätäydellnen palanen. Hyvyyuhteen η g ja teoeetten teen hyötyuhteen η t tulona aadaan hyötyuhde η, joka vataa ndkoduta tehota lakettua hyötyuhdetta. Hyötyuhteen η avulla ootton kokonahyötyuhde vodaan ettää uodoa: [13] η = η η (3-6) e Myö hyötyuhdetta η kututaan uen teek hyötyuhteek. Tääkn työä teellä hyötyuhteella takotetaan jatkoa ndkotua tehoa vataavaa hyötyuhdetta η. Mekaana hävötä oottoa aheuttavat: [13] ootton äet ktkat apulatteden käyttö hydaulet hävöt el öljyn, jäähdytyneteen ja polttoaneen puppau ylnten huuhtelun ja ahtaen vaata teho Täytöate kuvaa utahdn akana ylnten aadun ja ulkolan paneeeen ja läpötlaan eduodun kaauäään uhdetta ylnten kutlavuuteen. Täytöateella on huoattava vakutu ootton hyvyyuhteeeen, ja tä kautta e vakuttaa yö hyötyuhteeeen. Täytöateen avoon vakuttaa u- ja pakokanaven uotolu ja venttlakenne, ekä ulan vtaunopeu ja vankn vtaunopeu uventtlen kohdalla. Polttoootton akennetta on havannolltettu kuvaa 3.. [13] Kuva 3.. Polttoootton halklekkau Paa hyötyuhde polttooottoella on yleenä täydellä kuoalla ta lähellä tä pyönopeualueen puolväln tuntuaa. Tehollen kekpaneen ja kuotua-

26 14 teen noutea ootton ekaannen hyötyuhde yleenä paanee, koka ktkan ja apulatteden aheuttaen hävöden uhteellnen ouu tuotetuta tehota lakee. Kevyllä kuotuklla uuep oa ootton tehota kuluu ktkahävöden vottaeen ja läk penenevä polttoaneäää hekentää palata, jollon hyvyyuhde hekkenee. Suulla pyönopeuklla taa ekaannen hyötyuhde lakee aahtauvoen kavaea ja nden aheuttaan laakeen kuotuken ja ktkahävöden kavun euaukena. [13] Sulonteja vaten uodotettn all kutlavuudeltaan 4.9 ltaeta, non 96kW:n hupputehon kehttävätä, tuboahdetuta deeloottota. Mootton all pyttn ptäään ahdollan yknketaena, jotta ulontajat evät kava kohtuuttoan ptkk. Mall toteutettn kekavoallna, joka e huoo ootton kapakeln kulaa, ekä nopeta, yhden kapakeln keoken akana tapahtuva uutoka eekk vtauäää ta ylnten läpötloa. Se tuo kutenkn en ootton ja ahten htauoentten ekä u- ja pakoajan paneen uutoten htauden vakutuken nopea oentn ja pyönopeuden uutotlantea. Deelootton kekavoall peutuu aan ja enegan älyvyyden lakn, ekä kaaujen yleeen tlanyhtälöön. Seuaavak käydään läp deelootton allntaea käytetyt yhtälöt ja alln akenne. Mall kootuu neljätä pääoata: uajata, oottota, pakoajata ja tuboahteta. Kaavokuva oottota on kuvaa 3.3. Kuvaa paneta on ektty p:llä, läpötloja ϑ :llä ja aavtoja & :llä. Saoja ekntöjä käytetään jatkoa yö yhtälöä, jolla oottoa on allnnettu. Kuva 3.3. Deelootto

27 Iu- ja pakoaja Iuajan pane vakuttaa ylnten täytöateeeen ja oottota aatavaan tehoon. Se vodaan lakea laaan peuteella kaaujen yleetä tlanyhtälötä: [14] p R ( t) t) = ϑ ( ) (3-7) V M ( t la p (t) = uajan pane [ba] R = oolnen kaauvako [(ba d 3 )/(ol K)] M la = lan oolaa [g/ol] V = uajan tlavuu [d 3 ] = uajan laaa [g] ϑ ( ) = lan läpötla uajaa [K] t Väljäähdytten on oletettu ptävän ootton ulan läpötla vakona. Väljäähdytten ja uajan aheuttaa panehävö ahten ja ootton välllä ppuu nelöllet nden kautta kulkevata aavata. Panehävö on kutenkn yleenä uhteellen pen, lähteen [15] ukaan yleenä 3 10 poentta, ekä llä ole ekttävää vakututa ootton dynakkaan, joten e on k jätetty huooatta. [14, 15] Paneen lakeeen tavttava laaa aadaan ntegoalla kopeota tulevan ja ootton enevän aavan eotuta: [14] ( ( t) = & ( t) & ( t ) dt (3-8) c e ) & c = kopeon aavta [g/] & e (t) = lan aavta ootton [g/] Pakoajan pane vakuttaa ahten tubnn tuottaaan vääntöoenttn ja en kautta kopeon tuottaaan ahtopaneeeen. Pakoajan aavalle ja paneelle pätee vataavat yhtälöt kun uajalle Moottooa ja en tuottaa vääntöoentt Tää lohkoa laketaan ootton tuottaa vääntöoentt uajan paneen, ulan läpötlan, ootton kulanopeuden ja ootton yötetyn polttoaneäään peuteella. ohkon ulotulona aadaan läk ootton aavta ja pakokaaun läpötla. Mootton aavtaa käytetään u- ja pakoajan paneden lakennaa. Pakoajan paneen lakeeen tavtaan yö pakokaaun läpötla. ohkokaavo oottota lan u- ja pakoajaa, ekä ahdnta on kuvaa 3.4. Seuaavak käydään läp oottooan alalohkojen ältö.

28 16 Kuva 3.4. Mootto lan u- ja pakoajaa ekä ahdnta Ilan aavta ootton Neltahten ootton tapaukea lan aavta ootton vodaan lakea yhtälöllä: [14] Vd ωe p ( t) & e ( t) = M laη f (3-9) π Rϑ ( t) V d = ootton kutlavuu [d 3 ] ω e = ootton kulanopeu [ad/] η f = täytöate Yhtälöä entyvä täytöate kuvaa vapaat hengttävän ootton ylnten vanneen noaalpaneen lan tlavuuden uhdetta ylnten kutlavuuteen. Täytöate ppuu ueta uuttujta pyönopeuden ollea ntä hallteva. Se vodaan yleenä ettää ttävällä takkuudella pyönopeuden toen ateen funktona, jonka huppukohta on non puolea akpyönopeudeta, ta akoentn kohdalla. Tää työä täytöateen aka pyönopeuden funktona on kuvattu yhtälöllä: [14, 15] η αω αω ω γ (3-10) f = e T ax e

29 17 Vakoketolle α ja γ on annettu avot α = -1e -5 γ = 0,8 Keon ω Tax on pyönopeu, jolla täytöate aavuttaa huppuavona. Malla en avo on 15 ad/ el 1194 p. Mootton tuottaa vääntöoentt Mootton tuottaa vääntöoentt laketaan ootton yötetytä polttoaneääätä kuvan 3.4 Mootton oentt-lohkoa. ohkon ältö on kuvaa 3.5. Vääntöoentn lakenta peutuu polttoaneen enegaältöön. Yhtälöt evenevät uotoon, joa oentt aadaan työtahdn alua ylnten ukutetuta polttoaneääätä f ootton ylnteluvuta ppuvalla vakolla k 1 ja teellä hyötyuhteella η ketoalla. Teen hyötyuhteen ppuvuu ootton pyönopeudeta luetaan kuvan Teen hyötyuhteen akavo-nen lohkon ältäältä käyältä. Kuotuken vakutu hyötyuhteeeen huoodaan vataavan neä alalohkoa, jonka ulotulona aadaan käyältä luettavata teen hyötyuhteen avota vähennettävä uuttuja a. Kuva 3.5. Mootton oentt Mootton tuottaaa oentta lakettaea ootton ajaa t yötetyn polttoaneen ältää enega aadaan lakettua polttoaneen läpöavon H l ja polttoaneäään avulla: [14] N E = f ne t H l (3-11) E = ootton yötetyn polttoaneen ältää enega [J] f = ukutuäää yhtä työtahta koht [ 3 /ku]

30 18 n e = ootton pyönopeu [keota/ekunt] N = ylnteen lukuäää t = aka [] H l = polttoaneen alep läpöavo [J/ 3 ] Yhtälöä 3-11 luku kak tavtaan jakajak, koka neltahtea oottoa jokaella ylntellä on työtaht anoataan joka toella kapakeln keokella. [14] Kun ootton yötetyn polttoaneen ältää enega jaetaan polttoaneen yöttäeen käytetyllä ajalla t ja keotaan ootton teellä hyötyuhteella, aadaan ndkotu teho: [14] E N P = η = η f ne H l (3-1) t Mootton tuottaa vääntöoentt T aadaan jakaalla ndkotu teho ootton kulanopeudella: [14] P N 1 f N H l T = = η f ne H l = η (3-13) ω πn π e e Kuvan 3.5 lohkokaavoa oleva keon k 1 on yhtälön (3-13) vakokeon NH l /(4π). Mäntäootton oentntuotto on luonteeltaan pulata. Ykttäen ylnten tuottaa oentt alkaa kavaa polttoaneen yttyeä palotlaa, ja työtahdn loppuea yö kyeen ylnten tuottaa oentt enee nollaan. Tätä euaa, että ootton oentt e kava välttöät oenttohjetta kavatettaea, vaan vata euaavan polttoaneenukutujakon jälkeen. Neltahtten oottoeden kekavoallea oentntuoton pulauudeta aheutuvaa vvettä allnnetaan uen yhtälöllä (3-14), jonka ukaan nelylnteen ootton oentnuutoken vve τ on non kapakeln keoken puolkkaan ptunen. [14] 4π τ ( ω) = 1...1,15 [] (3-14) Nω e Tää työä lohkon Vve ältään yhtälön (3-14) ketoena on käytetty avoa 1,15. Polttoaneäään ajotu Polttoaneäää, joka oottoa vo työtahdn akana palaa, ppuu ylnteä olevan lan ääätä. Sk polttoaneääää, jota ootton tuottaa oentt laketaan, ptää ajottaa lan aavan ukaan. Savutuken etäek yö ootton yötettävää polttoaneääää ptä ajottaa ajottaalla polttoaneenukutujäjetelälle annettavaa polttoaneohjetta. Moottoa allnnettaea on oletettu, että lan aavta ootton tunnetaan ja että polttoanejäjetelä toteuttaa ohjeena takat. Polttoaneenyöttöjäjetelää e ole ekeen allnnettu, vaan oentt la-

31 19 ketaan uoaan polttoaneohjeeta. Polttoaneääää ajotetaan anoataan yhdeä pakaa ja alln elkeyttäek ajotu on jotettu deelootton alln kuvaa 3.5 etettyyn Mootton oentt-lohkoon, vakka okeap pakka lle olkn polttoaneäään ohjeavon äätyken yhteydeä. [13, 15] Polttoaneäään ajotuta vaten laketaan utahdn akana ylnten enevän lan aa e aavan ja ootton kulanopeuden avulla. & e e = (3-15) ωe N π Polttoaneen ukutuäään yläaja f aja aadaan jakaalla ylnten enevä laäää la/polttoaneuhteen aja-avolla. Vääntöoentn lakennaa la- ja polttoaneäää kätellään uodoa 3 /ku, kun taa polttoaneäään yläaja on velä uodoa g/ku. Polttoaneäään yläajan f aja ykkkö ptää uuttaa okeaan uotoon jakaalla polttoaneäää polttoaneen theydellä, jollon aadaan: f 1 ρ e aja = (3-16) AFRaja pa ρ pa = polttoaneen they [g/ 3 ] AFR aja = la/polttoaneuhteen aja-avo ähteen [14] ukaan deeloottoeden la/polttoaneuhde (AFR) vahtelee tyypllet kuotuketa ppuen välllä ähteen [15] ukaan ootton yötettyä polttoaneäää ol avutuken etäek yytä ajottaa nn, että AFR e alta avoa. Hyvn kkaalla eokella (kun AFR < 6) tää työä yöhen käytettävä yknketatettu pakokaaun läpötlan yhtälö (yhtälö 3-) e yökään enää pdä pakkaana. joten la/polttoaneuhteen alaajak AFR aja on ulonnea aetettu avo 6. Tenen hyötyuhde Tetä hyötyuhdetta votan kohtuullella takkuudella allntaa ootton kulanopeuden toen ateen funktolla, jonka huppukohta on akoentn kohdalla. Tää työä tenen hyötyuhde kutenkn luetaan taulukkoon tallennetulta käyältä, jonka uoto on valttu nn, että ootton hyötyuhdekäyän uoto noudattelee AGCO Su Powen 49 CWA ootton onakulutukäyää. Kuvaa 3.5 kyenen taulukko on Teen hyötyuhteen akavo- neä lohkoa. [14, 16] Kavatettaea kuotuta vakopyönopeudella polttoootton hyötyuhde paanee tettyyn pteeeen at, jonka jälkeen hyötyuhde alkaa lakea. Koka alla la/polttoaneuhteen alaaja on uhteellen kokealla ja ootton hupputehon uhde kutlavuuteen elko atala, on paa hyötyuhde kullakn pyönopeudella oletet-

32 0 tu aavutettavak kyeen pyönopeuden täydellä kuotukella, ta hyvn lähellä tä. [17, 18] Hyötyuhteen hekkenenen penllä kuotuklla on alla huootu ootton yötettyyn polttoaneääään veannollella uuttujalla a, joka vähennetään käyältä luetuta teen hyötyuhteen avota. Muuttujan a avo laketaan kuvan 3.5 Kuotuken vakutu hyötyuhteeeen-oaa. Muuttujan avo äätetään ketoalla ootton yötetyn polttoaneäään poentuaalta pokkeaaa vetaluavotaan vakolla k, jolle alla on annettu avo 0,04. Nän ollen ootton yötetyn polttoaneäään ollea eekk 50 poentta vetaluavotaan, on alla tenen hyötyuhde kak poentta käyältä luettua avoa penep. f f va a = k (3-17) f va f = ootton yötetty polttoaneäää, ukutuäää f va = polttoaneäään vetaluavo Polttoaneäään vetaluavo f va laketaan kuvan 3.5 pa-äään vetaluavolohkoa. ohkoa laketaan ootton täytöate yhtälöä 3-10 käyttäen jonka jälkeen ootton aavalle laketaan vetaluavo yhtälön 3-9 avulla. Maavan vetaluavon lakennaa yhtälöä 3-9 käytetään kutenkn uajan paneen tlalla hukkapotn avautupanetta. Maavan vetaluavon ja ootton kulanopeuden avulla laketaan polttoaneäään vetaluavo yhtälötä 3-15 ja 3-16 käyttäen aalla tavalla, kun polttoaneäään yläaja lakettn Polttoaneäään ajotu -oaa. Suulla pyönopeuklla uajan pane alla nouee hean hukkapotn avautupanetta uueak, jollon teen hyötyuhteen huppuavo aavutetaan jo vähän ennen täyttä kuotuta, non 98 poentn kuoalla. Mekaanet hävöt Kuvan 3.4 Ktkahävöt-lohkoa on allnnettu ootton ekaana hävötä. ähteen [19] ukaan ekaana hävötä vodaan avoda yhtälöllä: np T f = (3-18) α n + βn n + γ p e p T f = ktkan aheuttaa hävöoentt [N] n p = ootton pyönopeu [p] ähteeä takatellun ootton oottota ppuvlle ketolle α, β ja γ on annettu avot: α = -0,0106 β = 0,7148

33 1 γ = -1680,5 Kyeen ootton 50 poentn kuoak on anttu 800 ft-lb, el 1084 N. Sten en huppuoentt ol non 170 N, joka on lähe nelnketanen tää työä allnnettavan ootton huppuoenttn nähden. Mootton kokoluokan kavaea hankauhävöden on oletettu kavavan oentta väheän. Mallnnetun non 550 N:n vääntöoentn tuottavan ootton hankauhävöden on oletettu olevan kolanne lähteeä etetyn ootton hankauhävötä. Mootton akellta aatava vääntöoentt T e on ootton tuottaan oentn T ja ekaana hävötä kuvaavan hävöoentn T f eotu. T = T T (3-19) e f Polttoaneen aavta ja uhteellnen la-polttoaneuhde Pakokaaun läpötlan lakentaan (kuva 3.4) tavtaan ootton yötettävän eoken uhteellnen la-polttoaneuhde λ v. Sen lakeeen tavttava polttoaneen aavta & aadaan ketoalla polttoaneen ukutuäää polttoaneen theydellä ja e- f kunnn akana tuleven työtahten ääällä. ωe N & f = fρ pa (3-0) π Suhteellnen la - polttoaneuhde aadaan jakaalla hetkellnen la-polttoaneuhde AFR tokoeten eoken uhteella AFR toch. [0] AFR λ v = (3-1) AFR toch Deelpolttoaneen tokoeten eoken la/polttoaneuhde vahtelee hean polttoaneen kootuuken ukaan. Stokoetelle eokelle uen käytettyjä avoja ovat 14,5 ja 14,6. Tää työä käytetään avoa 14,6. [1,, 3 4] Pakokaaun läpötla Pakokaaun läpötlaa ϑ 3 tavtaan pakoajan paneen lakeeen. Pakokaaun läpötlaan vakuttaa on aa, eekk ootton hyötyuhde hetkelleä tontapteeä ja ylntenenäen ekä jäähdytyneteen läpötlat, ja k en takka allntanen on onutkata. Deelootton pakokaaujen läpötla ppuu kutenkn pääaaa la/polttoaneuhteeta. Pakokaaun läpötlaa het pakoventtln ulkopuolella (kuva 3.4) vodaan avoda yhtälöllä: [14] a ϑ ( t) = ϑ ( t) + a λ ( t a (3-) 3 1 v ) + 3

34 ϑ ( ) = oottota potuneen pakokaaun läpötla 3 t λ v = uhteellnen la-polttoaneuhde Ketolle a 1, a, ja a 3 vodaan lähteen [14], ukaan antaa euaavat avot a 1 = 500K a = - a 3 = 100K Tuboahdn Kuvaa 3.6 on tuboahten halklekkau. Ahdn kootuu pakokaaun pyöttäätä tubnta (oan), laa ootton uajaan ahtavata kopeota (nnen), ekä nätä yhdtävätä akelta. Kuva 3.6. Tuboahten halklekkau [5] Ahdn vodaan jakaa koleen pääoaan, jotka ovat tubnn pyyvän tlan all, kopeon pyyvän tlan all, ekä ahten pyöven oen htauoentt. Sten anoa ootton käytökeen uutotlantea vakuttava ahten oa on htauoentt. [14] Tubn Ahten pyönopeu e juukaan vakuta tubnn kautta vtaavaan pakokaaun aavtaan, vaan e ppuu pääaaa tubnn yl jäävätä pane-eota. Tubnn aavta aadaan valtajan ttauklla äättäätä tubnkatata paneuhteen funktona. Tubnn tuottaa oentt laketaan pakokaaun aavan ja läpötlan, ekä tubnn yl olevan pane-eon ja tubnn hyötyuhteen avulla. [14] Kun kaaun paunta tubna oletetaan entooppek (hävötön ja adabaattnen), on läpötlojen ja paneden välllä voaa yhtey: [6] ϑ4 ϑ 3 p = p 4 3 κ 1 κ (3-3)

35 3 ϑ 3 = kaaun läpötla pakoajaa ϑ 4 = tubnta potuvan kaaun läpötla, jo paunta ol entooppnen p 3 = pakoajan pane p 4 = pane ahten jälkeen κ = pakokaaun entooppvako Pakokaaun entooppvako κ vodaan yleenä olettaa vakok ja lan entooppvakon uuuek, joka on non 1,4. [14] Tubna kutenkn tapahtuu hävötä ekä paunta todelluudea ole entooppnen. Kaauun tyy läpöä ktkahävöden euaukena ja potuvan kaaun läpötla on kokeap, kun entooppea tlanteea. Otetaan käyttöön tubnn entooppnen hyötyuhde η t : [6] ϑ3 ϑ4 ηt = (3-4) ϑ ϑ 3 4 ϑ 4 = tubnta potuvan kaaun todellnen läpötla Yhtälötä 3-4 vodaan atkata tubnta potuvan kaaun läpötla 4 ϑ3 ηt ( ϑ3 ϑ4 ) ϑ = (3-5) Yhtälötä 3-3 aadaan ϑ 4 :lle κ 1 κ p 4 ϑ4 ϑ3 = (3-6) p3 Sjottaalla tää yhtälöön 3-5 aadaan κ 1 p κ 4 ϑ = 4 ϑ3 ηt ϑ3 1 (3-7) p3 Mektään tubnn teho P tub potvek, kun enegaa tyy kaauta ekaaneen uotoon tubnn akellle. Kun läpöhävöt ypätöön jätetään huootta, teholle vodaan kjottaa yhtälö: [6] P & c ϑ ϑ (3-8) tub = t p( 3 4 ) & t = tubnn aavta c p = lan onaläpökapateett vakopaneea [J/(g K)]

36 4 Sjottaalla edelleen yhtälötä 3-7 aatava läpötla ϑ 4 ja jakaalla ahten kulanopeudella ω tc aadaan tubnn vääntöoentlle T tub : [14, 6, 7] κ 1 1 p κ 4 T = η & ϑ tub t tc p 3 1 (3-9) ωtc p3 ω tc = ahten kulanopeu Tubnn hyötyuhdetta vodaan avoda yhtälöllä: [14] c u cu η t ( cu ) = ηt, ax (3-30) cu, opt cu, opt η t,ax = tubnn akhyötyuhde c u = tubnn ven nopeu c u,opt = tubnn ven optaalnen nopeu, tyypllet avot välllä 0,55 0,65 Hyötyuhteen lakentaan tavttava tubnn ven nopeu puoletaan aadaan yhtälötä: [14] t ωtc cu = (3-31) ( 1 κ )/ κ ϑ 1 p3 c p 3 p4 t = tubnn tehollnen äde Ahdn e yleenä luonnotaan pyty vataaaan ootton lantapeeeen koko ootton keolukualueella. Sk ahdn ueten totetaan tuottaaan ttävä pane penllä ootton pyönopeuklla, jollon paneentuottoa uulla pyönopeuklla ptää ajottaa. Malla ahtopaneen ajotu on toteutettu hukkapotn avulla. Hukkapott on joukuottenen venttl, jota uajan ylpaneeeen kytketty panekello käyttää. Kun panekellon venttln kohdtaa, ahtopaneeeen veannollnen voa ylttää jouen putuvoan, venttl aukeaa ja oa pakokaauta pääee vtaaaan tubnn oh. Malla tubnn oh ohjattavan aavan uuuu on uoaan veannollnen hen, kunka paljon uajan pane p on hukkapotn avautueen vaadttavaa panetta uuep, ekä tubnn paneuhteeeen. Pane, joa hukkapott alkaa avautua, ol ulonnea 1,9 baaa. Hukkapotn all on jotettu tubn-lohkoon. Tubnn lohkokaavo on kuvaa 3.7a ja alla käytetty tubnn aavan & t kuvaaja kuvaa 3.7 b. [14, 15]

37 5 a) b) Kuva 3.7. a) Tubnn lohkokaavo ja b) tubnn aavta paneuhteen funktona Kopeo Kopeon oentt vodaan lakea vataavalla tavalla kun tubnnkn. Ientooppea putukea läpötlojen ja paneden välllä ol voaa yhtey: [6] ϑ ϑ 1 p = p 1 κ 1 κ (3-3) ϑ 1 = lan läpötla ennen ahdnta ϑ = kopeota potuvan lan läpötla, jo putu ol entooppnen p 1 = pane ennen kopeoa p = pane kopeon jälkeen Potuvan kaaun läpötla on taa todelluudea kokeap, kun entooppea putukea ja kopeon entooppelle hyötyuhteelle η c vodaan kjottaa: [6] ϑ η = ϑ 1 c (3-33) ϑ ϑ1 ϑ = tubnta potuvan kaaun todellnen läpötla Kopeota potuvan lan läpötlalle aadaan edelletä: 1 ϑ = ( ϑ ϑ1 ) + ϑ1 η c (3-34)

38 6 Yhtälötä 3-3 aadaan ϑ :lle: κ 1 κ p ϑ ϑ1 = (3-35) p1 Yhtälötä 3-34 ja 3-35 aadaan kopeota potuvan lan läpötlalle: 1 p ϑ = + ϑ1 ϑ1 ηc p 1 κ 1 κ 1 (3-36) Kun kopeon teho ektään potvek enegan tyeä akellta kokoon putuneeeen laan, vodaan kopeon teholle P cop kjottaa yhtälö: P & c ϑ ϑ (3-37) cop = c p ( 1 ) Yhtälöden 3-36 ja 3-37 avulla kopeon vääntöoentlle T cop aadaan: [14, 6, 7] κ p κ T = & cop cc pϑ1 1 (3-38) ωtc ηc p1 Kopeon lohkokaavo on kuvaa 3.8. Kuva 3.8. Kopeo Kopeon aavtaan & c vakuttaa paneuhteen p/p 1 läk yö kopeon pyönopeu ω tc. Kuvan 3.8 lohkokaavoa aavta ja hyötyuhde aadaan valtajan ttaata käyätötä. Malla on käytetty kuvaa 3.9 etettyjä käyätöjä. Kopeokataa etetään yleenä ahten pyönopeu ja hyötyuhde kopeon aavan ja paneuhteen funktona. Sk ne on etetty nn yö kuvaa 3.9, vakka alla taulukota luetaankn aavta paneuhteen ja kulanopeuden peuteella.

39 7 Kuva 3.9. a) Kopeon pyönopeu ( 1000p ) ja b) hyötyuhde aavan ja paneuhteen funktona Todellen ahten kopeo akkaa aavan enneä pyönopeuteen nähden lan penek. Käyätöjen avulla kuvatulla ahtella akkau tapahtuu uunpten lnjalla, jolla pyönopeukäyät kääntyvät uudelleen jykepään nouuun kuvaajan vaeaa ladaa. Malla kopeon hyötyuhteen jykkä oahtanen akkauajalla etää tontapteen tyen ajan yl. [15, 8] Käyätöä alaokealla ahten tontaptettä ajottaa kopeolle etyn aavan tynen äänennopeuteen. Sen jälkeen kopeon aavtaa e enää voda kavattaa. Malla hyötyuhteen jykkä hekkenenen etää kopeon tontapteen tyen yö tälle alueelle. [15, 8] Ahten lkeyhtälö Ahten kulanopeu aadaan lkeyhtälötä, kun tubnn ja kopeon oentt tunnetaan. [14] d ω tc = 1 ( Ttub T ) cop dt J (3-39) tc J tc = ahten htauoentt Oaalln lohkokaavo. Edellä kätellyt alalohkot ällään ptävä deelootton all lohkojen välne kytkentöneen on kuvaa Mall aa äänenonaan polttoaneen ukutuäään kuvaa olevata Polttoaneenyöttö-lohkota, ekä kulanopeuden lkeyhtälöt ällään ptävätä Kuoa-lohkota. Ulotulonaan all antaa vääntöoentn. Mootton tuottaa vääntöoentt laketaan Mootto-lohkoa ulan paneen ja läpötlan, polttoaneen ukutuäään ja ootton kulanopeuden peuteella. Mootton vate nopen oenttohjeden uutokn äääytyy pääaaa Iuaja-, Pakoaja-

40 8 ekä Tubn-, Kopeo- ja Ahten lkeyhtälö-lohkoa. uettelo deelootton alln tavteta vakopaaeteta on ltteeä. Kuva3.10. Deelootton all Polttoaneenyöttö- ja Kuoa-lohkot ovat kuvaa anoataan havannolltatakotukea. Polttoaneenyöttöä e tää työä ole ekeen allnnettu, vaan oottolle yötettävä polttoaneäää on polttoaneäään ohjeavo. Kuoa-lohko vo ptää ällään eekk tää työä käteltävän jaetuntehon hybdn voantojäjetelän. 3.. Okoulkuootto Okoulkuootto on teolluudea ylen käytetty ähkökonetyypp. Se on akenteeltaan hyvn yknketanen ja ketävä. aajan kentänhekennyalueen anota okoulkuootto op hyvn käytettäväk kohtea, joa tavtaan vakotehoa laajalla pyönopeualueella, kuten e. ajovoanoa. [9] Okoulkukoneen tonta peutuu taattovuon ja oottovtojen väleen voavakutukeen. Staattokäätyken vta akaanaa laväln pyövän vuontheyaallon, joka lekkaa oottokäätyken auvoja. Muuttuva agneettvuo nduo auvohn jänntteen jonka euaukena okouljettuun oottokäätykeen yntyy vta.

41 9 Staattovuon ja oottovan vällle uodotuu voavakutu, joka aa ootton pyöään. [30] Okoulkuootton hävöt Okoulkuootton hävöt vodaan jakaa ähkön ja ekaann hävöhn. Sähköä hävötä ovat taatton ja ootton käätykä yntyvät vtaläpöhävöt ja taatton ja ootton autahävöt. Mekaana hävötä ovat ootton laakeonten ktkahävöt ja tuuletuhävöt. [30] Sähköet hävöt vodaan jakaa peutaajuuden ja ylaaltotaajuuken ynnyttän hävöhn. Ylaaltotaajuet hävöt vodaan edelleen jakaa nden alkupeän peuteella akahaonn ja avauuhaonn. Mootton epänuotoen yötön, eekk taajuuuuttajayötön, aheuttaa ylaaltoja kututaan akahaonk ylaallok. Avauuhaonet ylaallot yntyvät ootton pyöeä koneen lavälvuon kohtaaan eluktann vahteluta. [30] Peutaajua hävötä yntyy taatton ja ootton käätykä, ekä taattoaudaa. Akahaona hävötä yntyy taatton ja ootton käätykä ekä taatto ja oottoaudoa. Avauuhaona yntyy ootton häkkkäätykeä ja taatto ja oottoaudoa. [30] Ilavälvuontheyden peuaalto aheuttaa autahävötä lähnnä taattohapaa ja -elää. Rautahävöt uodotuvat pyöevta, ja hyteeehävötä. Ilaväln pyövä vuoaalto lekkaa taattoautaa ja aa akaan uuttuvan agneettkentän. Muuttuva agneettkenttä nduo autaan ähköotoen voan joka akaanaa audaa ketävän pyöevan. Retveä audaa ketävät pyöevat aheuttavat hävötä ja lättävät autaa. Pyöevtahävötä vodaan vähentää kokoaalla taatto ja ootto ohuta levytä, jollon vtalukat penenevät. [9, 30] Hyteeehävöt aheutuvat ateaaln agneettten alkealueden uuttaea aentoaan pakallet uuttuvan agneettkentän ukana. Hyteeeä vodaan kuvata ktkan tapaek lök, joka aheuttaa hävötä agneetta alkealueta eottaven Blochn enäen tyeä ulkoen agneettkentän vakutuketa. Hyteeehävöden uuuuteen vakuttavat ateaaln agneettet onauudet ja taajuu, jolla agneettkenttä vahtelee. Roottoaudaa vuontheyden peuaallon aheuttaa vuon vahtelu on veannollnen jättäänopeuteen, joka eekk 75 kw:n konella on non poentt nelletä pyönopeudeta. Roottoaudan lävtävä vuo pyyy lähe vakona, ekä peutaajunen vuo juukaan aheuta hävötä oottoaudaa. [9, 30, 31] Vtaläpöhävötä aheuttaa käätyten etvyy. Staattokäätykeä vanahto vodaan yleenä uutaaa ataa klowatta peneä teholuoka jättää peutaajuudella huootta, koka johten halkaja on yleenä pen ylaaltovtojen tunkeutuyvyyteen veattuna ja vanahdon vakutu jää ten vähäek. Suuntaajayötön akaanaalla ylaaltotaajuuklla vanahtoa en jaan aattaa taattokäätykeä tapahtua. Peutaajuudella vanahto vodaan jättää huootta yö ootto-

42 30 n häkkkäätykeä, koka jättäätaajuudella uuttuvan oottovan taajuu on nelljättään tuntuaa nn pen, ette vanahdolla ole ekttävää vakututa häkkkäätykeä yntyvn vtaläpöhävöhn. Ylaaltotaajuukn veattuna ootto en jaan näyttää olevan lähe pakallaan. Rootton ylaaltovtojen taajuu on lähe aa kun taattoa, ja ylaaltovat aheuttavat ekttävää vanahtoa ja ylaaltotaajuten vtojen kohtaaan etann kavua. Vanahdon vakutuket on kutenkn tää työä jätetty huootta yö ylaaltotaajuuklla. [30, 3] Rootton pyöeä taatto- ja oottohapaat aheuttavat vahtelua koneen lavälvuon kohtaaaan eluktann. Myö audan kyllätynen aheuttaa uutoka eluktana. Reluktann vahtelu ynnyttää lavälä pyövään vuoaaltoon avauuhaonk kututtuja ylaaltoja. Avauuhaonet ylaallot kavattavat hyteee ja pyöevtahävötä ekä taattoa että oottoa ja aheuttavat vanahtoa ja vtaläpöhävöden kavua ootton häkkkäätykeä. [30] Akahaonet ylaallot aheuttavat vtaläpö- ja autahävötä ekä taattoa, että oottoa aalla tavalla kun avauuhaonet ylaallotkn. Akahaonten aheuttaa hävötä vodaan penentää oottoa yöttävän uuntaajan kytkentätaajuutta kavattaalla. Kytkentätaajuuden notanen kavattaa akahaonten vtojen kohtaaaa eaktana ja ten penentää vtoja. Mootton hajanduktant uuttuvat taajuuden funktona, joten ylaaltojen aheuttaen hävöden täydellnen huoonen edellyttä yö nduktanen taajuuppuvuuden huoota. [30, 33] Avauuvektot Kolvaheuuella uotettava lakutotuka vodaan yknketataa ottaalla käyttöön avauuvektoteoa. Snuotoen kolvahejäjetelän hetkellavot vodaan ettää yhtenä koplektaon avauuvektona. Nollakoponentttoan kolvaheuueen avauuvekto tatonääeä koodnaattoa äätellään uodoa: [34] ä x = ( x ( ) ( ) a t + axb t + a xc ( t) ) (3-40) 3 a = e j π / 3 = 1 + j 3 (3-41) ja alandekt a, b ja c vttaavat kolvahejäjetelän vaheuuen. Avauuvekto vodaan jakaa eaal- ja agnääakeln uuntan koponenttehn x α ja x β : x = x α + jx β (3-4) joa x α on avauuvekton eaalakeln uuntanen koponentt ja x β agnääakeln uuntanen koponentt. Suueden uunnoyhtälöt nollakoponentttoata kolvahejäjetelätä kakakeluotoon vodaan ettää atuodoa: [34]

43 31 x x α β = / 3 / x 1/ x 3 / x a b c (3-43) Vataavat yhtälöt kakakeluodota kolvahejäjetelän vaheuuek atuodoa ovat: [34] x x x a b c 1 = 1/ 1/ 0 x 3 / x 3 / α β (3-44) Avauuvektot kannattaa ettää nä koodnaattoa, joa käytettävät yhtälöt aavat yknketaan uodon. Eekk tää työä okoulkuootto on allnnettu tatonääeä, pakallaan pyyvää koodnaattoa, utta okoulkuootton äätö oottovuokoodnaattoa. Avauuvekton uunno tatonääetä koodnaattota pyövään koodnaattoon vodaan ettää yhtälöllä: [34] k jθk j( θ θ k ) x = xe = x e (3-45) joa θ on avauuvekton aeakula ja θ k on pyövän koodnaatton aeakula tatonääeen koodnaattoon nähden. Yländek k oottaa käytettävän koodnaatton. Vataavat pyövätä koodnaattota päätään takan tatonääeen koodnaattoon yhtälöllä: [34] k j k j ( θ θk ) x = x e θ = x e + (3-46) Okoulkuootton allntanen Tää työä käytetty okoulkuootton ykvahenen jakytkentä on etetty kuvaa Retant R ja R kuvaavat taatto- ja oottokäätyten etaneja, jotka kakeaaa takatelua vodaan olettaa vakok ja dc-etanen uuuk. Retan R kuvaa pyöevtojen ja audan hyteeen aheuttaa autahävötä. Induktant σ, ja σ ovat taatton ja ootton hajanduktant ja on agnetont-nduktan. Rootton ja takatelukoodnaatton pyönen huoodaan Teellä ω k ψ ja (ω k -ω) ψ. Nä ω k on takatelukoodnaatton kulanopeu, ω ootton ähkönen kulanopeu taattokoodnaattoa. ψ ja ψ ovat taatto- ja oottovuot. Mekntä ψ takottaa koneen agnetontvuota. Vota on käytetty ekntää ja alandekt ovat vataavat kun edellä. Sähkönen kulanopeu aadaan ootton ekaaneta kulanopeudeta napapaluvulla ketoalla. [35, 36] Käytetty jakytkentä tajoaa äädön ulontn ttävän enetelän ootton dynakan takateluun. Sen avulla vodaan avoda yö ootton hyötyuhdetta e tontapteä. Sjakytkentä huoo peutaajuen van taattoa ja oottoa aheuttaat vtaläpöhävöt. Vanahdon aheuttaaa akahaonten kohtaaan

44 3 etann kavua e alla ole huootu, joten akahaonet vtaläpöhävöt tulevat huooduk van ottan. Rautahävötä on avotu autahävöetann avulla. Sen avo on valttu nn, että ootton hyötyuhteek tulee 50 Hz:n nyötöllä nellkuoalla non 94,7 poentta, joka on EFF1 hyötyuhdeluokan alaaja 75kW:n nelnapalle konelle. Avauuhaonten aheuttaa hävötä all e huoo. [3, 35, 37] Kuva Okoulkuootton ykvahenen jakytkentä [35] Sjakytkennän peuteella vodaan kjottaa oottoa kuvaavat jännte- ja vuoyhtälöt. [35, 36] Staatton ja ootton jännteyhtälöt: k j dt d R u ψ ω ψ + + = (3-47) ( ) k j dt d R u ψ ω ω ψ + + = (3-48) Magnetontjänntteen yhtälö: k j R dt d u ψ ω ψ = = (3-49) Vuoyhtälöt: + = + + = σ ψ (3-50) + = + + = σ ψ (3-51) ) ( + = ψ (3-5) Teejä ja kututaan taatton ja ootton tenduktanek. Jännte- ja vuoyhtälötä vodaan atkata ootton vat. Ratkataan taattovta yhtälötä (3-50): + = + = ψ ψ (3-53)

45 33 Sjotetaan taattovta oottovuon yhtälöön (3-51) ja atkataan oottovta : + + = ψ ψ (3-54a) + + = ψ ψ (3-54b) ( ) + + = ψ ψ (3-54c) ( ) + = ψ ψ (3-54d) + = σ ψ ψ (3-54e) Vataavat taattovalle aadaan: + = σ ψ ψ (3-55) Edellä oleva yhtälötä vodaan velä eventää. Staatto ja oottovtojen nttäjä oleva lauekketa kututaan uutonduktanek. Staatton uutonduktan on: [36] ' = (3-56) ja ootton uutonduktan: ' = (3-57) Staatton kytkentäkeon on: k = (3-58) ja ootton kytkentäkeon:

46 34 k = (3-59) Vtayhtälöt aadaan uutonduktaneja ja kytkentäketoa käyttäällä eveneään uotoon: k k ' ' σ ψ ψ + = (3-60) k k ' ' σ ψ ψ + = (3-61) Sjottaalla vat ja agnetontvuon yhtälöön (3-5) aadaan atkatua autahävöetann läp kulkeva vta : k k k k = ' ' ' ' σ σ ψ ψ ψ ψ ψ (3-6a) 1 ' ' ' ' + = k k k k σ σ ψ ψ ψ ψ ψ (3-6b) Okoulkuootton akellta aatava vääntöoentt vodaan ettää avauuvektouueden avulla uodoa: [35, 36] ) ( 3 ) ( 3 β α α β ρ ψ ψ ψ ähk p p T T = = (3-63) Yhtälöä (3-63) T ähk on ootton ähkönen vääntöoentt, T ρ on laakeen ktkata ja tuuletuketa aheutuva hävöoentt, p on ootton napapaluku ja alandekt α ja β takottavat oottovuon ja van eaal- ja agnääakelen uuntaa koponentteja. Itetuuletteen ootton hankau- ja tuuletuhävötä vodaan avoda yhtälöllä: [38].8 1 = n n n n P P ρ ρ (3-64) joa P ρn on hakauhävöteho nelltontapteeä, n n on nellpyönopeu ja n 1 on hetkellnen pyönopeu. Hävöoentt aadaan jakaalla yhtälön oleat puolet ootton pyönopeudella n 1 : n n n n P T ρ ρ = (3-65)

47 35 Okoulkuootton ulontall on uodotettu edellä etettyjä yhtälötä käyttäen ja toteutettu taattokoodnaattoa. Sulontall lohkokaavouodoa on kuvaa 3.1. Kuva 3.1. Okoulkuootton lohkokaavo Malln Vuot-lohkoa atkataan taatto-, ootto- ja agnetontvuo jännte- ja vtayhtälötä. Vat-lohkoa atkataan taatto- ja oottovta, ekä autahävöetann läp kulkeva vta Vuot-lohkota aataven voden avulla. Mootton ähkönen vääntöoentt atkataan oottovata ja oottovuota, jonka jälkeen ähköetä vääntöoentta vähennetään laakeen ktkaa ja tuuletuhävötä kuvaavat hankauhävöt Sähkökoneden äätö Sähkökoneden äätö on toteutettu vtaohjattuna, uoalla vektoäädöllä, oottovuohon dotua koodnaattoa. Käyttäällä vektoäätöä, vodaan okoulkuootton agnetontvtaa ja oentta äätää totaan ppuatta. Vektoäädöä taattovtavekto jaetaan vuohon dotua, ynkonella nopeudella pyövää koodnaattoa kahteen koponenttn. Vtavekton eaalakeln uuntaella koponentlla äädetään agnetontvuota, ja agnääakeln uuntaella koponentlla ootton oentta. [34] Okoulkuootton ähkönen vääntöoentt vodaan ettää yö taattovuon ja taattovan avulla: [34] 3 Ψ Ψ 3 Ψ Ψ Tähk = p( ψ ) = p (3-66) Kun autahävöetann kautta kulkeva vta jätetään huootta ja atkataan oottovuon yhtälötä (3-51) oottovta, aadaan Ψ = ψ Ψ Ψ (3-67) Sjottaalla e yhtälöön (3-66) aadaan ootton ähkönen vääntöoentt etettyä uodoa:

48 36 T ähk 3 v ψ (3-68) Ψ = p Ψ Roottovuo vodaan ettää agnetont-nduktann ja ootton agnetontvan tulona. Roottovuokoodnaattoa oottovuo on koodnaatton eaalakeln uuntanen, joten oottovuolle aadaan: [34] Ψ ψ = ψ = (3-69) Saanuuntaten koponentten vektotulo on nolla, joten yhtälön (3-69) avulla yhtälö (3-68 ) aadaan uotoon: 3 T ähk p q = (3-70) Yhtälötä (3-69) havataan, että okoulkuootton ähköeen vääntöoenttn vodaan vakuttaa uuttaalla taattovan agnääakeln uuntata koponentta, ta ootton agnetontvtaa. Magnetontvtaa vodaan uuttaa taattovan eaalakeln uuntaen koponentn avulla. Yleenä ootton oentn äätö kutenkn uotetaan taattovan agnääakeln uuntaen koponentn avulla, jollon agnetontvta pdetään vakona ootton vakooenttalueella ja kentänhekennyalueella tä penennetään kääntäen veannollet pyönopeuteen. [34] Kuvaa 3.13 on Sähkökoneen MG äätöjäjetelä. Säätöjäjetelä ptää ällään PI-äätet taattovalle, oottovuolle ja ootton kulanopeudelle. Kuvaa ne on netty vataavat Vtaäätek, Vuoäätek ja Nopeuäätek. Roottovuon avo laketaan tatuta taattovota ja ootton pyönopeudeta Vuoall-lohkoa, joka etetään euaavaa kohdaa. Saata lohkota aadaan yö koodnaattouunnoka käytettävä oottovuon kula. Vuoalln antaaa oottovuon avoa veataan vuon ohjeavoon ja eotu vedään taattovan eaalkoponentn ohjeavon antavalle vuoäätelle. Staattovan agnääkoponentn ohjeavo aadaan nopeuääteltä. Vtaäädn antaa ulotulonaan taattojännteohjeet u d * ja u q *, jotka uunnetaan taattokoodnaattoon ja vedään oottoa yöttävälle uuntaajalle. [34] Ennen äätöjäjetelää tatut taattovat ja koneen pyönopeu alpäätöuodatetaan. Malla alpäätöuodatuken akavako volle on 30μ ja pyönopeudelle 00μ. Säätö uotetaan dgtaalet, joten uodatuten ja äätöjäjetelän välä on nollannen ateen ptopt 100 koekunnn näyttetyajalla allntaaa A/D uunnoken dkeettakauutta. Säätöjäjetelän ulotuloa on läk 100 koekunnn ykkkövve allntaaa äätövvettä. Muodotettaea vuoalla Vuoall-kohdaa e okoulkuootton jakytkennää ukana olevaa autahävöetana ole huootu. [39] Vuoall lohkoa laketaan yö avo ähkökoneen oentta yhtälöä 3-70 käyttäen. Stä hyödynnetään yöhen polttoootton teho-ohjeen äätykeä.

49 37 Tehoaja-lohkoa äätetään yläaja ähkökoneen MG taattovan agnääakeln uuntaelle koponentlle, ja ten ajotetaan koneen tehoa. Kuva Okoulkuootton äätöjäjetelä Vuoall Rootton agnetontvalle vodaan oottovuokoodnaattoa kjottaa yhtälöt: [34] ψ = (3-71) Ψ = Ψ + (3-7) Edellä oleven yhtälöden avulla oottovuokoodnaattoa etetty oottojännteyhtälö aadaan uotoon: [34] d ( ω ω) Ψ 0 = R + + j (3-73) dt

50 38 Ketoalla yhtälö (3-73) ootton tenduktanlla, ekä jakaalla agnetontnduktanlla ja oottoetanlla R aadaan: R d dt + = Ψ j R ( ω ω) (3-74) Yhtälöä ketoena oleva ootton tenduktann ja oottoetann oaäää on oottoakavako, jota vodaan ektä τ :llä. [34] d Ψ τ + = j( ω ω) τ (3-75) dt Jakaalla edellä oleva eaal- ja agnääon aadaan: d τ + = d (3-76) dt q ω = ω + (3-77) τ joa alandekt d ja q vttaavat oottovuokoodnaattoa etetyn taattouueen eaal- ja agnääon. Vuoall on uodotettu yhtälötä (3-71), (3-76) ja (3-77) käyttäällä. Vuoalln lohkokaavo on kuvaa Kuvan Moentn ääty lohkoa laketaan avo ähkökoneen oentta ootton agnetontvan teavon ja taattovan q- koponentn avulla yhtälöä 3-70 käyttäen. Tätä avoa hyödynnetään yöhen luvua 4 polttoootton teho-ohjeen äätykeä. Kuva Vuoall Vuo-ohje Roottovuo pdetään vakoavoaan ootton vakooenttalueella, el pyönopeualueella nollata nelleen. Nellnopeudella taattojännte aavuttaa nellavona, jonka jälkeen ytään vakotehoalueelle. Vakotehoalueella ootton

51 39 agnetontvuota penennetään kääntäen veannollet pyönopeuteen, jollon taattojännte pyyy nellavoaan. Mootton kppoentt lakee vakotehoalueella (kentänhekennyalueella) kääntäen veannollet taajuuden nelöön ja aboluuttnen jättää kavaa uhteellen jättään pyyeä vakona. Kuotuoentn lähetyeä kppoentta ptää tyä vakojättääohjaukeen, joa ootton aboluuttnen jättää pdetään vakona. Vakojättääohjauta edellyttävälle pyönopeualueelle e tää työä ennä. [11, 34] Roottovuon ohjeavoa vodaan avoda taattojännteyhtälön avulla ootton nelltontapteeä. Synkonea koodnaattoa vuon devaatta enee nollaan ja taattojännteyhtälö tulee uotoon: u = u = R + jω ψ (3-78) k Olettaalla taattoetan nollak, aadaan taattovuon deaaltlanteen teavolle: u ψ = (3-79) ω k Roottovuon ohjeavona vakooenttalueella on käytetty 80 poentta taattovuon deaaltlanteen huppuavota. [39] Tehoaja Jotta välpn jännte pyy ohjeavoaan, ähkökoneen MG teho e vo olla uuep kun geneaatton tuottaan tehon ja enegavaatota aatavan tehon ua. Kun enegavaaton vaautla lakee nn ala, että e alkaa ajottaa vaatota aatavaa tehoa ptää MG:n ottaaa tehoa ajottaa enegavaaton ja MG1:n välpn yöttäen tehojen ukaan. [4] Tää työä MG:n tehon ajotuta ohjataan Supekondenaatton napajänntteen peuteella. Kuvaa 3.15 on ähkökoneen MG tehon ajotuta ohjaavan Tehoajalohkon ältö. Supekondenaatton napajänntteen lakea peneäk kun 50 poentta akjänntteetään, MG:n van q-koponentta ajotetaan ten, että MG:n toea oottona, en teho vo olla kokentaan puolet MG1:n tehota. Noaaltlanteea vta on ajotettu ootton kaknketaeen nellvtaan q_ax. Sähkökoneen MG1 vta on ana ajotettu ootton kaknketaeen nellvtaan.

52 40 Kuva Sähkökoneen tehon ajotu Staattovan q-koponentn alennettu aja-avo laketaan MG1:n tehota aatavan tehoajan peuteella. Kakakeluodoa etetytä jänntteetä ja vata vodaan lakea teho yhtälöä (3-80) käyttäällä. [40] P = ( udd + uqq ) (3-80) 3 Kun tätä atkataan van q-koponentt, aadaan 3 P udd q = (3-81) u q Alean vtaajan käyttöön tytä ohjataan upekondenaatton akjänntteen ja tatun jänntteen uodatetun eotuken peuteella hyteeeäädöllä. Käyttäällä ohjaukea jänntteen pokkeaaa akavotaan, etetään uodatutuloken eno nollaan ulonnn alkuhetkellä. Saata yytä van y-koponentn aja-avo laketaan vähentäällä noaaltlanteen yläajata tenä ja alennetun aja-avon uodatettu eotu Suuntaajallat ja välp Tää alaluvua kätellään okoulkukoneta yöttävä vahtouuntaaja. Aluk kätellään uuntaajallan tontaa, ohjauta ja hävötä, jonka jälkeen takatellaan uuntaajen välpn allntata Suuntaajallat Suuntaajna alla on deaallla kytknkoponentella allnnetut kaktaoet kolvaheuuntaajat. Suuntaajen hävöt laketaan kekavoet ellään odulonnn toteuttavata allta. Suuntaajan jokaea vaheea on kak ohjattavaa kytknkoponentta S 1 S 6 ja nden kana vatannankytketyt dodt D 1 D 6. [40, 41]

53 41 Kuva Kolvaheuuntaajan ltakytkentä Suuntaaja ohjataan nn, että jokanen vahelähtö on kokoajan kytketty joko välpn potveen ta negatveen jänntteeeen. Kun kytknkoponentt oletetaan ääettöän nopek, kytknten vvetä e tavte huooda. Todellen uuntaajan ohjaukea yö vveet ptää huooda vvätäällä kytkentää nn, että vahelähdön oleat kytket ovat hetken akaa johtaattoaa tlaa kytkentätlata toeen yttäeä. Kytknten kytkentätlat vodaan ettää kytkentäfunktoden avulla. Vahekohtaet kytkentäfunktot (w ) vovat aada avon ±1 en ukaan, onko vahe kytketty välpn potveen va negatveen jänntteeeen. Kytkentäfunktoden avulla vahejännteyhtälöt vodaan kjottaa uodoa: [40, 41] udc u a = wa (3-8a) udc u b = wb (3-8b) udc u c = wc (3-8c) Kytkentäfunkton avauuvektok aadaan: [40, 41] w = ( wa + awb + a wc ) (3-83) 3 Yhteenä uuntaajalla vodaan tuottaa kahdekan elata kytkentävektoa, jota kak on nollavektoeta. Nollavekto uodotuu, kun kakk vaheet on kytketty aaan välpn kkoon. Aktvvektoelle vodaan kjottaa: [40, 41] u = w u dc = e 3 jπ ( 1) / 3 u dc, joa = 1 6. (3-84) Yhtälön (3-84) ukaan aktvvektoeden ptuu on /3u dc ja ne ovat 60 ateen kulaa tona nähden. Kytkentävektot u 0 u 7 ja kunkn aktvvekton tuottavat vahekohtaet kytkentätlat on etetty kuvaa 3.1.

54 4 Kuva Kytkentävektot ja ntä vataavat vahekohtaet kytkentätlat [40, 41] Vektoodulonna kuvaan 3.17 pettyä jännteohjevektoa u ef pyötetään halutulla kulanopeudella jänntevektoeta uodotuvan kuvon ällä. Ohjevektoa vataava uuntaajan jännte toteutetaan kekavoet jokaen odulontjakon puolkkaan akana kahta ohjevektoa lähnnä olevaa aktvvektoa ja nollavektoeta käyttäällä. Tää työä uuntaaja käytetään koko ajan lneaaella odulontalueella, joten ohjevekto pyyy ana kuvaan 3.17 katkovvalla petyn ypyän ällä. Ohjevekton akptuudek aadaan ten u dc 3. [40, 41] Koodnaatton enäeä ektoa jatevan ohjevekton toteutu jänntevektoeden avulla on etetty kuvaa Kuva Jännteohjevekton toteuttanen [40, 41] Aktv- ja nollavektoeden kytkentäajat laketaan ten, että kytknvektoeden akakekavo odulontjakon puolkkaan akana on aa kun jännteohjevekto. Ohjevekto vodaan kjottaa kytkentäakojen ja aktvvektoeden avulla uodoa: [40, 41] tlag jθ t lag lead jθlead uef = uκ + uλ = ulag e + ulead e (3-85) t t / od / od Joa t lead ja t lag ovat ohjevekton edeä ja takana oleven aktvvektoeden kytkentäajat, θ lead ja θ lag vataaven vektoen kulat tatonääen koodnaatton eaalakeln

55 43 nähden ja u lead ja u lag nden ptuudet, u dc /3. Aka t od on yhden odulontjakon ketoaka. Vektoeden odulontajat vodaan lakea yhtälötä (3-86) ja (3-87). [40, 41] t t lead lag t u 3 od ef = n( θ ef θ lag ) (3-86) u dc t u 3 od ef = n( θ lead θ ef ) (3-87) u dc Modulontjakon jäljelle jäävä aka täytetään nollavektoella. Nollavektoeden kytkentäaka on: [40, 41] tod t0 = t lead t lag. (3-88) Nollavektoeden kytkentäaka jaetaan taan olepen nollavektoeden keken ja jotetaan odulontjakon puolkkaan alkuun ja loppuun. Aktvvektoen jäjety ja käytettävä nollavekto valtaan ten, että yttäeä kytkentätlata toeen anoataan yhden haaan kytket vahtavat tlaana. Yhden odulontjakon kytkentäekven ohjevekton jatea koodnaatton enäeä ektoa on etetty kuvaa Kytkentäekven odulontjakon toella puolkkaalla on kääntenen enäeen puolkkaaeen nähden. [40, 41] Kuva Kytkentäekven yhden odulontjakon akana Suuntaajen hävöt Sähkökoneta yöttävä uuntaaja uuat hävöt yntyvät kytknkoponentea. Kytknkoponentten hävöt uodotuvat johtotlan hävötä ja kytkentähävötä, jota oleat ovat kytken vtaan veannollta. Johtotlan hävöt yntyvät kuoavan kulkea kytknkoponentn äen etann läp ja nden uuuu ppuu koponentn onauukta. Kytkentähävötä yntyy ekä päälle että po kytkennää. Kytkettäeä kytknkoponentt johtavaan tlaan, en läp kulkeva vta alkaa kavaa ja koponentn yl vakuttava jännte lakee. Kun kytken läp kulkee vtaa aalla kun en yl vakuttaa jännte, yntyy hävöteho. Vataavalla tavalla kytkettäeä kytknkoponentt johtaattoaan tlaan hävötä yntyy kytken yl olevan

56 44 jänntteen alkaea nouta ennen kun vta on lakenut nollaan. Kytkentähävöt ovat veannolla jänntteen ja van läk yö kytken kytkentäakaan ja käytettävään kytkentätaajuuteen. [33, 4, 43] Kytkentähävöden uuuuteen vodaan vakuttaa koponenttvalnnan läk uuntaajan kytkentätaajuudella, odulontenetelällä ja käytettävällä uuntaajatopologalla. Kytkentätaajuuden lakenen penentää kytkentähävötä, utta kavattaa van ylaaltojen ääää. Van ylaallot taa kavattavat ootton hävötä ja oentn väähtelyä. Sk kytkentätaajuuden valnta on tehtävä ootton oentn väähtely ja oottokäytön kokonahävöt huooden. Van ylaaltojen apltudn vakuttaa yö välpn jänntetaojen lukuäää. Eekk koltaoella uuntaajalla jänntteen uuto kytkentätlanteen akana on van puolet jänntteen uutoketa kaktaoella uuntaajalla, joten yö van ylaaltojen apltud puolttuu. Modulontenetelän valnnalla vodaan vakuttaa tavttavaan kytkentätaajuuteen ja tä kautta kytkentähävöden ääään lan, että van ylaaltojen äää lääntyy. [33, 4, 43] Kytkentätlanteea yö kytken hlakapatant aheuttavat penä hävötä. Ntä yntyy, kun hlakapatant vaautuvat ja pukautuvat kytken ohjauken yhteydeä. Kytken ohjauhävöt ovat veannolla hlakapatann uuuuteen ja kytkentätaajuuteen. [33, 4, 43] Suuntaajan kytkentähävötä vodaan penentää käyttäällä elaa oft-wtchngteknkota. Nää enetelä kytknkoponentn vta enee nollaan ennen kytkentätapahtuaa, jollon kytkeä e ynny kuoavan aheuttaa kytkentähävötä. Peheä kytkentä toteutetaan elalla aktvkytktä ja eonanpetä uodotuvlla kytkentäapupellä, john kuoavta ohjataan kytkentähetkellä. Vakka peheä kytkentä vähentää päävtapn kytkentähävötä, aheuttaa e kutenkn lähävötä apupen kytkä ekä eonanpen kelojen ja kondenaattoeden ää etanea. Tätä johtuen oft-wtchng-teknkoden käyttö e autoaattet paanna uuntaajan hyötyuhdetta. [4] Johtotlan hävöt. Kytknkoponentten yknketatettu johtotlan all kootuu vako jänntehävötä koponentn yl ja en kana ajaa olevata etanta. Olettaalla kytken kollektovta I c ja dodn vta I a johtotlan ajalta vakok, vodaan IGBT:n ja vatannankytketyn dodn johtotlan allt ettää yhtälöllä: [4, 44] V = V + I R (3-89) ce ak t f c a ce V = V + I R (3-90) ak joa V ce ja V ak ovat IGBT:n ja dodn yl jäävät jänntehävöt johtotlaa. V t on kytknkoponentn johtotlan jänntehävö van ollea nolla ja V f on vataava dodn jänntehävö. R ce ja R ak ovat IGBT:n ja dodn johtotlan etant. Kytknkoponentn ja vatannankytketyn dodn kekäääet johtotlan tehohävöt ppuvat odulont-ndektä ja tehoketoeta, jotka äääävät kuoavan

57 45 jakautuen kytken ja dodn välllä. Kolvaheen, kaktaoen, PWM-ohjatun kokoltauuntaajan yhden kytknkoponentn ja en kana vatannankytketyn dodn kekäääet johtotlan hävöt aadaan yhtälötä: [4, 44] = 1 ) 1 M ) 3 P + + coφ + M c Sw Vt Rce coφ π 4 (3-91) 8 π 3π P c D = 1 ) 1 M ) 3 coφ + M V f Rak coφ π 4 8 π 3π (3-9) joa ) on kuoavan huppuavo, M on odulont-ndek ja coφ on kuoan tehokeon. Modulont-ndek M äätellään ohjevekton ptuuden uhteena välpn jänntteen puolkkaaeen. uef M = (3-93) u dc Kytkentähävöt Vakona pyyvällä DC-jänntteellä IGBT koponentten kytkentäenegat vodaan ettää johtotlan kollektovan I c avulla lauekkella: [4, 44] l E on = ki c (3-94) n E off = I c (3-95) joa ketoet k ja, ekä yländekt l, ja n ovat koponenttkohtaa paaeteja, jotka vodaan äättää valtajan koponentlle lottaen käyen peuteella. Suuntaajan kekäääet kytkentähävöt vodaan lakea kuoavan ja välpn jänntteen avulla yhtälötä (3-96) ja (3-97) käyttäällä. [4, 44] P P w on w off l = f k k g on 1 π ) u n = f k g off 1 π ) V dc l + 1 Γ Γ l u V dc n + 1 Γ Γ n (3-96) (3-97) Yhtälöä k g-on ja k g-off ovat hlaohjauken jäykkyyketoa, joden vodaan jäykälle ohjaukelle olettaa olevan ykköä. Keon f on uuntaajan kytkentätaajuu ja V 0 on jännte, jolla kytkentäenegat on äätetty. Välpn jänntettä u dc käytetään yhtälöä kytkentähävöden kaalaaeen käytettyä jänntetaoa vataavak. Sybol Γ ettää gaafunktota.

58 46 Dodn kekääää takavan aheuttaa kytkentähävötä (evee ecovey lo) vodaan allntaa yhtälöllä: [4, 44] ) udc t P = f (3-98) 8π t t joa t on dodn takavan ketoaka ja t on kytknkoponentn van nouuaka. Takavan ketoaka takottaa akaa, joka kuluu dodn etotlaan tyeen kun e äkt kytketään etouuntaek. Suuntaajen hävöteho Koko uuntaajallan hävöt aadaan ketoalla ykttäen kytknkoponentn ja en vatannankytketyn dodn kekäääet hävöt kuudella. Hävötä aheuttaa yö uuntaajan jäähdyty ja ohjauelektonkka. Jäähdyty- ja ohjauhävöt on oletettu kuotuketa ja ootton pyönopeudeta ppuattok vakok. Suuntaajen hävöden lakenta on jotettu euaavaa alaluvua käteltävään välpn alln. Suuntaajen hävöden lakenta lohkokaavona on kuvaa 3.0. [4, 44] Kuva 3.0. Suuntaajen hävöt Hävöden lakennaa käytettävä Modulont-ndek, ähkökoneen taattovan huppuavo ja ähkökoneen tehokeon aadaan kuvaa 3.1. etetytä lohkota. ohkoa kakakeluodoa etetyt taattovta ja taattojänntteen ohjeavo uunnetaan uoakulaeta koodnaattota napakoodnaattoon. Koodnaattouunnoten ulotulona aadaan vektoeden teavot ja vahekulat. Modulont-ndek laketaan yhtälöä (3-93) käyttäällä Van ja jänntteen vahekulen avulla äätetään ähkökoneen tehokeon,

59 47 Kuva 3.1. Tehokeon, odulont-ndek ja taattovan huppuavo Välp Välpn all ältää kondenaattot, pukuvatuket ja jauvatuken, jonka avulla ajotetaan välpn jänntteen kavua. Näden läk välpn alla on lohkot, joa ähkökoneden ottaat vat uutetaan vataavak välpn taavak. Hävötä välpä yntyy kondenaattoen ää etanea, ekä kondenaattoen jänntetaapanon älyttäek välpn kytketyä pukuvatuka. Myö edeltävää alaluvua käteltyjen uuntaajen hävöden ja ntä vataavan välpn lävan lakenta on jotettu välpn yhteyteen. [45, 46] Kondenaatto Rttävän jännteketon ja kapatann aavuttaek uuntaajen välpn on oletettu kootuvan neljän kondenaatton ja neljän pukuvatuken kytkennätä, kuten kuvaa 3.a on etetty. Kytkennän pukuvatuket tavtaan taapanottaaan kondenaattoen jännttetä. Pukuvatuket tavtaan yö tuvalluuytä, jotta jänntteet lakevat tuvallelle taolle ttävän nopeat yöttöjänntteden katkaun jälkeen. Kondenaatto on allnnettu kuvan 3.b kaltaena ekvvalentten ajaetann, kapatann ja vuotovtaetann kytkentänä. [45, 46] Kuva 3.. Välpn akenne ja ykttäen kondenaatton jakytkentä Kuvan 3.a neljän kondenaatton kytkennän yhteenlakettu kapatan vataa yhden kondenaatton kapatana, ja pukuvatuten yhteenlakettu etan yhden va-

60 48 tuken etana. Välpn allntaeen ttää ten yhden kondenaatton ja yhden pukuvatuken allntanen. Välpn jakytkentä on kuvaa 3.3. [45, 46] Kuva 3.3. Välpn kondenaatton jakytkentä Sjakytkennän peuteella välpn jänntteelle vodaan kjottaa yhtälö: 1 u dc = uc + ue = ( c ) dt + Ree (3-99) C joa u c on kapatann yl oleva jännte ja u e on ajaetan yl jäävä jännte. Sjakytkennän vtojen välllä pätee yhteydet: = (3-100) e c e dc pukau = (3-101) vuoto Pukuvatuken kautta kulkeva vta aadaan välpn jänntteetä yhtälöllä: u dc pukau = (3-10) R pukau Kondenaatton vuotovtaa vodaan lähteen [46] ukaan avoda yhtälöllä: μA vuoto = CRVR + 1μA (3-103) μfv joa C R on kondenaatton kapatan ja V R on kondenaatton nelljännte. Yhtälöden (3-99) (3-103) peuteella välpn kondenaattolle vodaan uodotaa kuvaa 3.4 oleva lohkokaavo.

61 49 Kuva 3.4 Välpn kondenaatto ja pukuvatu Jauvatu Välpä on yö jauvatu, jonka kytkeytytä ohjataan hyteeeäädöllä. Jo välpn ta enegavaatona tovan upekondenaatton jännte ylttää yleän ajana, kytketään jauvatu välpn jänntteeeen. Kun jänntteet lakevat alean ajana alle, kytketään jauvatu t välptä. [41] Sähkökoneden vat DC-vak Sähkökoneden vat uutetaan välpn dc-vak ketoalla ne uuntaajen kytkentäfunktolla. Olettaalla uuntaajalta hävöttöäk vodaan en läp kulkevalle hetkellelle teholle kjottaa uuntaajan kytkentäfunkton avulla yhtälö: [40, 41] 3 udc * p ac = Re w, (3-104) joa * on ähkökoneen taattovtavekton koplekkonjugaatt. Taavtapuolen hetkellnen teho on: [40, 41] p = u (3-105) dc dc dc Mekteällä taa- ja vahtovtapuolen tehot yhtä uuk ja jakaalla vektot koponenttehna aadaan taavalle yhtälö (3-106), jonka avulla ähkökoneden taattovat uunnetaan vataavak välpn vak. ( wα α wβ β dc = wα α + wβ β = + 4 ) (3-106) Välpn vat Kuvaan 3.5 on ektty välpn vat ja nden potvet uunnat. Taavtapuolelle eduodut ähkökoneden vat ovat potva koneden toea oottona, el ottaea vtaa välptä. Enegavaaton vta on potvnen enegan tyeä vaatota välpn.

62 50 Kuva 3.5. Välpn vtojen uunnat Välpn kondenaatton vta dc aadaan ähkökoneden ja enegavaaton van uana. äk tä vähennetään uuntaajen hävötehoa vataava lävta h ja jauvatuken vta jau. Kondenaatton alla van uunta on valttu nn, että potvnen vta lataa tä. Välpn kondenaatton valle dc aadaan yhtälö: dc = uc dc _ g1 dc _ g h jau (3-107) Mektään ähkökoneden ottaaa uavtaa dc_g :llä: = + (3-108) dc _ g dc _ g1 dc _ g Kun ähkökoneet tovat oottona, nden ottaa vta dc_g on valttuun uuntaan nähden potvnen ja ne ottavat enegaa välptä. Enegavaaton ja jauvatuken van ollea nolla aadaan välpn kondenaatton valle: dc = _ (3-109) dc g h jollon > (3-110) dc dc _ g Välptä otetaan vtaa eneän kun tä ähkökonelle yötetään ja vtojen teavon eotu uodotuu uuntaajen hävövata h. Sähkökoneden toea geneaattona nden ottaen vtojen uunnat vahtuvat. Koneet yöttävät enegaa välpn ja uavata dc_g tulee valttuun uuntaan nähden negatvnen. Enegavaaton ja jauvatuken van ollea edelleen nolla välpn kondenaatton valle aadaan: dc ( dc g ) h = dc g h = (3-111) tää tlanteea < (3-11) dc dc _ g

63 51 joten välpn yötetään väheän vtaa kun ähkökoneet tä tuottavat. Vtojen teavon eotu uodotuu taa uuntaajen hävötä. Oaalln lohkokaavo ohkokaavo dc-vtojen ja uuntaajen hävöden lakennan, ekä välpn kondenaatton ja jauvatuken ältävätä allta on kuvaa 3.6. Kun kuvan Suuntaajen hävöt-lohkota aatava uuntaajen hävöteho jaetaan välpn jänntteellä, aadaan hävötä vataava välpn lävta h. ohkon ulotulona aadaan välpn kondenaatton vata dc lakettava välpn jännte U dc, joka on äänenona euaavaa alaluvua käteltävälle enegavaaton alllle. Kuva 3.6. Välp, dc-vtojen lakenta ekä uuntaajen hävöt 3.5. Enegavaato ja hakku Tää työä enegavaato on kytketty uuntaajen välpn hakkuteholähteen kautta. Hakkun anota vodaan käyttää enegavaatoa, jonka akjännte on elvät välpn jänntettä atalap. Hakku ahdolltaa yö tää työä enegavaatona käytettävän upekondenaatton eneganvaatontkapateetn tehokkaaan hyödyntäen. Enegavaaton alla upekondenaatton nnalle on kytketty uodnkondenaatto. Suodnkondenaatto tavtaan uojaaaan upekondenaattoa hakkun van kytkentätaajuen vahtokoponentn aheuttaalta atukelta. Van uutaajunen vahtokoponentt lää upekondenaatton läpenetä ja nopeuttaa en vanheneta. [33, 41]

64 5 Enegavaato Malla uodnkondenaatto on oletettu puhtaak kapatank. Supekondenaatton all kootuu kapatanta ja penetä ajaetanta. Enegavaaton jakytkentä on kuvaa 3.7. [33] Kuva 3.7. Enegavaato Kondenaattoeden jännttelle vodaan kjottaa 1 Vtuc = uod dt C V uc uod 1 = ucdt C uc Kuvan 3.7 ukaan volle aadaan uod uc (3-113) (3-114) = (3-115) V V tuc uc uc = (3-116) Re Enegavaato on allnnettu yhtälötä (3-113) (3-116) käyttäen. Vta aadaan euaavaa kohdaa käteltävätä hakkun allta. Hakku Enegavaato on kytketty uuntaajen välpn kuvan 3.8 deaalen puolltahakkun kautta. Kuvaa välpn jänntettä on ektty U dc :llä ja enegavaatona olevan upekondenaatton napajänntettä V t_uc :llä. Kuvaa oleva kondenaatto on hakkun vtaa uodattava uodnkondenaatto. Hakkun tehtävänä on ptää välpn jännte taaena ähkökoneden kuotuken vahdellea, täällä enegaa tapeen ukaan enegavaatota välpn ta tonpän. Hakkun tonnan edellytykenä on, että välpn jännte on ana enegavaaton jänntettä kokeap. [33, 41]

65 53 Kuva 3.8. Enegavaaton hakkuteholähde Settäeä enegaa enegavaatota välpn, to puolltakytkentä jänntettä notavana hakkuna. Kun kytkn S kytketään johtavaan tlaan, alkaa kelan vta kavaa ja enegaa vaatotuu kelan ypälle yntyvään agneettkenttään. Kun kytkn avataan, kelan yl vakuttavan jänntteen uunta uuttuu. Enegavaaton ja kelan jänntteden ua kavaa välpn jänntettä kokeaak ja kelan agneettkenttään vaatotunut enega alkaa pukautua välpn johtavaan tlaan tyneen dodn D 1 kautta. Oletettaea hakku deaalek vodaan kytknkoponentn S puluhteelle D boot kjottaa jänntteden U dc ja V tuc avulla yhtälö: [33, 41] U dc Vtuc Dboot = (3-117) U dc Enegavaaton vaautlaa kavatettaea, to puolltakytkentä jänntettä lakevana hakkuna. Tää tlanteea alkaa hakku tää enegaa välptä enegavaatoon, kun kytkn S 1 kytketään johtavaan tlaan. Kelan vta alkaa kavaa ja enegaa vaatotuu taa kelan agneettkenttään. Avattaea kytkn S 1, kelan agneettkenttään vaatotunut enega alkaa pukautua ylläptäen kelavtaa. Kelan yl vakuttavan jänntteen uunta uuttuu, dod D tyy johtavaan tlaan, ja kelan agneettkenttään vaatotunut enega pukautuu enegavaatoon. Ideaalea tlanteea kytknkoponentn S 1 puluhteen D buck ja välpn ekä enegavaaton jänntteden U dc ja V tuc välllä on voaa yhtälö: [33, 41] Vtuc Dbuck = = 1 Dboot (3-118) U dc Hakkuteholähde on allnnettu yhtälötä (3-119) ja (3-10) käyttäen. Jänntettä notavaa tlaa, van kulkea kytken S kautta, out = 0, kelavan devaatta potvnen ja jännteyhtälö: [33, 41] d 0 + = Vtuc (3-119) dt

66 54 Kytken ollea auk, vta kulkee dodn D 1 kautta, out =, kelavan devaatta negatvnen ja jännteyhtälö: [33, 41] d + Vtuc (3-10) dt U dc = Jänntettä lakevaa tlaa, van kulkea kytken S 1 kautta, out =, ja jännteyhtälö on aa kun yhtälö (3-10). akevaa tlaa kytken S 1 ollea auk vta kulkee dodn D kautta, out = 0 ja jännteyhtälö on aa kun yhtälö (3-119). Tää työä puolllan kytkä ohjataan kopleentaaet, el kytken S1 johtaea kytkn S on johtaattoaa tlaa ja pänvaton. Koka puolltakytkennän tofunkto on aa jänntettä notavaa ja lakevaa tonnaa, vodaan hakkua ohjata koko ajan aalla tavalla. Kelavtaohjeen kekavon uunta ääää toko hakku jänntettä notavaa, va lakevaa tlaa. Kytknkoponentt oletetaan deaalk, joten ohjaukea e käytetä kuollutta akaa tlata toeen yttäeä. Todellea jäjetelää kytknten kytkentätlaa uutettaea olepen kytken ptää okoulun etäek olla hetk johtaattoaa tlaa. [41] Hakkua ohjataan pulnleveyodulonnlla. Puluhteen ohjeavoa D boot * veataan koloaaltoon, jonka taajuu ja apltud ovat vakota. Puluhteen ohjeavon ollea koloaallon avoa uuep, on kytkn S ohjattuna johtavak ja kytkn S 1 johtaattoak. Puluhteen ohjeavon ollea koloaaltoa penep, on kytkn S johtaattoaa ja kytkn S 1 johtavaa tlaa. Malla PWM-odulaatton odulonttaajuu on 8 klohetä. [33, 41] Oaalln lohkokaavo Enegavaatona olevan upekondenaatton ja hakkuteholähteen allt äätneen ältävä lohkokaavo on kuvaa 3.0. Kuva 3.9. Enegavaato Puluhteen ohjeavo D boot * tuotetaan kakadäätellä, joka kootuu välpn jänntteen äätetä ja kelavan äätetä. Jänntteenäädn pyk ptäään välpn jänntteen ohjeavoaan kelavan kekavon ohjetta,ef äätäällä. Kelavan kekavon ohjeen ja kelavan uodatetun ttauavon eotu vedään vtaäätelle, joka tuottaa puluhteen ohjeavon hakkuteholähdettä ohjaavalle PWModulaattolle. [41]

67 Planeettavahde Planeettavahteen aunkopyöän, planeetankannatten ja kehäpyöän kulanopeudet toteuttavat ana euaavan yhtälön: [] ω + ω = ω + ) (3-11) c ( ω = aunkopyöän kulanopeu ω = kehäpyöän kulanopeu ω c = planeetankannatten kulanopeu = kehäpyöän äde/halkaja/haaluku = aunkopyöän äde/halkaja/haaluku Vahteen akeleden oentt ovat ana aunko- ja kehäpyöän haalukujen ääääää uhteea tona. Kun haalukujen uhde ja yhdellä akellla vakuttava oentt tunnetaan, vodaan kahden uun akeln oentt atkata yhtälötä: [3] Tc T = (3-1) β + T 1 η 0 β η0 c β 1+ η 0 = T (3-13) T = aunkopyöän vääntöoentt T = kehäpyöän vääntöoentt T c = planeetankannatten vääntöoentt η 0 = planeettavahteen hyötyuhde aunkopyöältä kehäpyöälle, kun planeetankannatn on lukttu pakolleen Hyötyuhteen poten β aa avon 0 kun ω c = ω, avon 1 kun ω c > ω ja avon -1 kun ω c < ω. Peuvältyuhde on kehäpyöän ja aunkopyöän haalukujen uhde = (3-14) Planeettavahteen alla vahteen akelelle kytkettyjen koneden ja kuoan oentt on äätelty nn, että tehon tyeä akellla pääaalleen uuntaana, en uunta on potvnen. Kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen ja polttoootton oentn potvnen uunta on aa kun pyönopeuden potvnen uunta. Aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen ja kuoan oentn potvnen uunta on potvta pyöuuntaa vataan. Tää äättely kokee anoataan planeettavahteen alla. Sähkökoneden allea koneden oentten potvnen uunta on aa

68 56 kun koneden pyönopeuken potvnen uunta. Vahteen oentten ja pyönopeuken potvet uunnat on etetty kuvaa [, 47] Kuva Vääntöoentten ja pyönopeuken potvet uunnat planeettavahteella Planeettavahteen vältyuhde SR vodaan äätellä planeetankannatten nopeuden uhteena kehäpyöän nopeuteen. [47] ω SR = c (3-15) ω Vältyuhteen ajat äääytyvät aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen pyönopeualueen, planeetankannattelle kytketyn polttoootton pyönopeualueen ja kehäpyöän pyönopeuden peuteella. Malla aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen ja aunkopyöän välä on 1:3 välty, joten aunkopyöän pyönopeualue on kolnketanen ähkökoneen pyönopeualueeeen veattuna. Aunkopyöän pyönopeualueen ajok on aetettu ± 470 ad/ el ± 4488 p, jollon aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen pyönopeu vahtelee välllä ±1496 p. Polttoootton pyönopeualueen yläajana alla on 100 p. Kuvaan 3.31 on petty planeettavahteen vältyuhteen SR ylä- ja alaaja kehäpyöän nopeuden funktona, kun kehäpyöän ja aunkopyöän haalukujen uhde on 3:1 ja aunkopyöän pyönopeualueen ajona on edellä anttu ± 470 ad/. Kehäpyöän nopeuden ollea non 1310 p, nouee akvältyuhteella polttoootton nopeu lle yläajak aetettuun 100 p nopeuteen. Sen jälkeen polttoootton akpyönopeu ajottaa käytettävä olevaa vahteen akvältyuhdetta, ja MG1:n nopeutta ptää alkaa lakea. Tää näkyy akvältyuhteen käyällä vältyuhteen kääntyenä uudelleen nopeapaan lakuun. [47]

69 57 Vältyuhde Planeettavahteen vältyuhteen ajat Makvältyuhde Mnvältyuhde Aunkopyöä pakallaan Kehäpyöän pyönopeu [p] Kuva Planeettavahteen käytettävä oleva vältyuhdealue Kuvaan 3.31 on läk petty vahteen vältyuhde, kun aunkopyöä on pakallaan. Tää uoa on ekttävä, koka vältyuhteen ollea kyeen avon alapuolella, aunkopyöälle kytketty ähkökone to oottona. Aunkopyöälle kytketyn koneen toea oottona ja polttoootton tehon vatatea kuoan tehoa, jäjetelään yntyy ketävä teho, joka kuottaa planeettavahdetta ja ähkökoneta aheuttaen lähävötä, utta joka e näy kuoan akellla. Koka oentten uhteet vahteen akelella pyyvät vakona, alkaa aunkopyöälle kytketty ähkökone yöttää tehoa vahteeeen, kun aunkopyöän pyönopeu uuttuu negatvek. Saalla kehäpyöälle vahteen kautta välttyvä teho kavaa kuoan tehoa uueak, jollon kehäpyöälle kytketty ähkökone alkaa toa geneaattona. Kuvaan 3.3 on ektty katkovvolla tehon vtauuunnat, kun aunkopyöälle kytketty ähkökone to geneaattona ja yhtenällä vvolla, kun aunkopyöälle kytketty kone to oottona. [47] Kuva 3.3. Tehon vtauuunnat katkovvolla MG1:n toea geneaattona ja yhtenällä vvolla MG1:n toea oottona Kuvaan 3.33 on petty kehäpyöän pyönopeuden funktona pyönopeualue, jolla planeetankannattelle kytketyn polttoootton pyönopeu vo vah-

70 58 della, kun vahteen peuvältyuhde ja aunkopyöän pyönopeualueen ajat ovat edellä antut. Kuvata nähdään, että kehäpyöän pyönopeuden ollea alle 1500 p planeetankannatten nopeu vodaan ptää nollaa. Nän ollen penllä kehäpyöän pyönopeuklla polttoootto vodaan ptää autettuna ja käyttää latetta pelkätään kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen ja akuton avulla. Kuvata nähdään yö, että planeetankannatten pyönopeuden ollea alle 1100 p, vodaan kehäpyöää pyöttää negatveen pyöuuntaan. Planeettavahteen avulla kuoan pyöuuntaa vodaan vahtaa, utta negatveen uuntaan pyönopeualue on huoattavat kapeap kun potveen. Kuoan pyöuunnan ollea negatvnen polttoootton pyönopeu ajottuu van atalak, ja nän ollen yö polttoootton teho jää penek. Suuella kuoan negatven pyönopeuden avolla polttooottolla e voda tuottaa lankaan tehoa vaan late to täyn enegavaaton vaaa. [47] Planeetankannatten pyönopeu Planeetankannatten nopeu [p] w ax w n w = Kehäpyöän nopeu [p] Kuva Käytettävä oleva planeetankannatten pyönopeualue kehäpyöän nopeuden uhteen Planeettavahteen all Planeettavahteen aunkopyöälle, planeetankannattelle ja kehäpyöälle vodaan kuvan 3.34 peuteella kjottaa euaavat lkeyhtälöt. Yhtälöä e ole huootu vahteen hävötä, ekä planeettapyöen htauoentta: [] ω& J = T T = F T (3-16) c c e MG1 MG1 ω& J = T T T = T F F (3-17) e MG MG ω& J = T T + T = F T + T (3-18) T MG = MG:n oentt T MG1 = MG1:n oentt T e = polttoootton oentt T = kuoan oentt

71 59 Yhtälöä tunteattona on kole pyönopeutta ω, ω c ja ω ekä planeettapyöään vakuttava voa F. Yhtälö (3-11) too planeettavahteen pyönopeudet tona ja voa F vodaan elnoda yhtälötä (3-16) - (3-18). [101, 10] Kuva 3.34 Planeettapyöän, kehäpyöän ja aunkopyöän välet voat. ähteeä [] kakk jäjetelän htauoentt on eduotu planeettavahteen akelelle ja ällytetty planeettavahteen alln. Planeetankannatten ja kehäpyöän nopeuklle on aatu yhtälöt (3-19) ja ( 3-130). g e MG g e e MG g e g v e v T K J K J T J T J T J J K J J K J J = ' ' ) ( ' ' ' ' ) ( ' ' ' ) '( 1 ω& (3-19) ja v MG g MG v e g v c g v e T J T J T J K T J J K J J KJ ' ' ' ' ) ( ' ) ( ) ( ' ) ( ' ) ( ' = ω& (3-130) Joa: J v = J MG K+J K+J /K J g = J MG1 K +J J e = J e +J c

72 60 J MG = MG:n htauoentt J MG1 = MG1:n htauoentt J = kuoan htauoentt J = aunkopyöän htauoentt J c = planeetankannatten htauoentt J = kehäpyöän htauoentt J e = polttoootton htauoentt K = vältyuhde kehäpyöältä kuoalle K = vältyuhde MG1:ltä aunkopyöälle Planeettavahteen all lohkokaavona on kuvaa Malla äänenona on vahteen akelelle ähkökonella ja polttooottolla tuotetut vääntöoentt, ekä kuoaoentt. Ulotulona allta aadaan akeleden pyönopeudet. Kuva Planeettavahteen lohkokaavo Kehäpyöän ja planeetankannatten pyönopeudet ω ja ω c atkataan yhtälötä (3-19) ja (3-130) Aunkopyöän pyönopeu ω atkataan vahteen akeleden pyönopeudet tona tovata yhtälötä (3-11) ω :n ja ω c :n avulla.

73 61 4. Jäjetelän ohjau Säätöjäjetelältä vaadttavat onauudet ja äädön vty ppuvat voakkaat hybdjäjetelän käyttökohteeta ja onauukta. Vankn kuotuyklllä ja enegavaaton kapateetlla on uu vakutu polttoootton teho-ohjeen äätykeen ja ootton käynntätä ja auttata ohjaaven ääntöjen uodotukeen. Jäjetelän ohjauken ptä vataa, että kehäpyöälle pytytään kaka noaalea tontatlantea tuottaaan kuoan vaata vääntöoentt. Sen läk enegavaaton kapateett ptä pytyä hyödyntäään ahdollan tehokkaat, lan tuhaa enegan toa vaaton ja välpn välllä. [48, 49, 50] Enegavaaton vaautlan onntunut avont on täkeää vaaton kapateetn hyödyntäen kannalta. Elle vaautlaa voda avoda luotettavat, päädytään helpot yltottaaan vaaton kapateett. Se taa kavattaa jäjetelän kokoa ja kutannuka. Myö polttoootton jäkevä ohjau edellyttää vaautlan luotettavaa äättätä. Tää työä enegavaaton all kootuu pelkätä upekondenaattota, jonka vaautla on nelöllet veannollnen napajänntteeeen ja vaautlan äättänen ten yknketata. Akuton napajännte pyyy kutenkn vaautlan uuttuea huoattavat taaepana, ja alkaa uuttua voakkaan vata, kun akku on lähe täynnä ta lähe tyhjä. Sten yö vaautlan äättänen on onutkaepaa. Jo enegavaato kootuu ekä upekondenaattota että akutota, jotka oleat on kytketty uuntaajen välpn oan hakkuteholähteenä kautta, ptää läk uodotaa ohjauäännöt tehonjakoon enegavaatojen välllä. [50] Ohjaupeaate Tää työä jäjetelää ohjataan nopeuäädetyt. Jäjetelän äätö on toteutettu ten, että e pyk ptäään kuoan nopeuden ohjeavoaan kuoaoentn uutokta huolatta. Kuoan pyönopeuden äätö uotetaan pääaaa kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen avulla. Polttooottoa käytetään tuottaaan jäjetelän tavtea teho ja aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen avulla äädetään polttoootton pyönopeutta. Jäjetelää on kole nnakkata äätölukkaa, jotka kytkeytyvät ekaanet yhteen planeettavahteen kautta: kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen nopeuden/oentn äätö, polttoootton oentn äätö ja aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen nopeuden/oentn äätö. Moentn uuto yhdellä planeettavahteen akellla näkyy aanakaet yö kahden uun akeln oentten uutokena. Jotta jäjetelä to halutulla tavalla äätölukat ptää vttää nn, että tnäädöltä

74 6 vältytään. Helpon e onntunee vttäällä lukat eagoaan nopeuden uutokn e nopeuklla. Polttooottolla on takotu tuottaa anoataan jäjetelän tavtea kekääänen teho, joten en e tavte eagoda kuoan nopeuden ta oentn nopen uutokn. Polttoootton oentnäätö aa olla äätölukota htan. Kuoan nopen oentnuutokn vataanen ja kuoan nopeuden äätö toteutetaan kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen avulla. Sk kehäpyöälle kytketyn koneen äätö ptää olla lukota nopen. Jotta polttoootton nopeu aatan pdettyä taaena kuoan nopeuden vahdellea, ptää aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen nopeudenäädön olla lähe yhtä nopea kun kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen. Toteutu Okoulkukoneen pyönopeuden äätöä on takateltu jo edellä luvua 3.3 ja välpn jänntteenäätöä luvua 3.5. Tää luvua käydään läp ulontalln toteutetun äätöjäjetelän ylep tao ja polttoootton oentnäätö. Kuvaa 4.1 on lohkokaavo allnnetuta jaetuntehon hybdtä äätöjäjetelneen Säätöjäjetelä aa äänenokeen kuvaa 4.1 näkyvät ttautedot ähkökoneden vota g1 ja g, ekä kehäpyöän ja planeetankannatten pyönopeukta ω ja ω c. Mttauka hakkun kelavata ja välpn jänntteetä u dc hyödynnetään luvua 3.5 kätellyä välpn jänntteen äädöä. Malla aunkopyöän ja MG1:n välä on läk 1:3 välty, jonka avulla nellpyönopeudeltaan 1485 p:n ähkökoneen pyönopeu ja vääntöoentt on ovtettu jäjetelään opvak. Vältyken hyötyuhdetta e alla ole huootu. Polttoootton teho- ja kulanopeuohjeet luetaan alla kuoan pyönopeuden ja tehon peuteella deelootton alln avulla äätetytä käyätötä. Kulanopeuohje vedään aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen äätöjäjetelälle ja teho ohjeen avulla äätetään polttoaneen ukutuäää.

75 63 Kuva 4.1. ohkokaavo jäjetelän allta Kuoan tehon ääty Koka jaetuntehon hybdjäjetelää polttoootton tehon uuto e uoaan vakuta kuoalle välttyvään tehoon, on jäjetelän ohjaukea enäek äätettävä jäjetelän ulotuloakellle tavttava teho. Kuoalle tyvä teho kootuu planeettavahteen kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen tehota ja planeettavahteen kautta ekaanet kehäpyöälle välttyvätä tehota. [4] Sähkökoneden vääntöoentteja vodaan avoda kulanopeuken ja koneden ottaen vtojen peuteella. Malla e uotetaan okoulkuoottoen nopeuääten alla, oottovuon äätyken yhteydeä. Sähkökoneden vääntöoentten ääty on kätelty luvua 3.3. Ketoalla kehäpyöälle kytketyn koneen vääntöoentt koneen kulanopeudella aadaan koneen tuottaa teho. Kehäpyöälle ekaanet välttyvä teho vodaan lakea eekk aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen vääntöoentn, planeettavahteen peuvältyuhteen ja kehäpyöän pyönopeutetojen peuteella. Kehäpyöälle välttyvä vääntöoentt aadaan aunkopyöälle kytketyn koneen oentta yhtälötä (3-1) ja (3-13) käyt-

76 64 täen, aunkopyöän ja okoulkukoneen välä oleva välty huooden. Teho aadaan taa ketoalla vääntöoentt kulanopeudella. Polttoootton ohjau Polttooottolta vaadttava kokonateho uodotuu kuoan tehontapeeta, enegavaaton vaautlan hallntaan tavttavata tehonkojautetä P Δ, ekä jäjetelää yntyvtä hävötä. Tetyllä ulotuloakeln nopeudella ja teholla polttoootton pyönopeu vakuttaa tehontouhteeeen ähköen- ja ekaanen etn välllä, ja ten jäjetelää yntyvn kokonahävöhn. Mtattujen polttoootton, ähkökoneden, uuntaajen ja planeettapyöätön hyötyuhdekäyätöjen avulla vodaan äättää jäjetelän kokonahävöt nova polttoootton pyönopeu ja jäjetelää yntyvät kokonahävöt vaadttavan tehontapeen ja kuoan nopeuden funktona. [1, 4] Optaalen polttoootton tontapteen ja jäjetelän kokonahävöden ääty vaat paljon lakenta- ja utkapateetta, joten e kannattaa uottaa etukäteen ttävän onelle kuoan tehon ja pyönopeuden yhdtelälle ja tallentaa lakennan tuloket taulukohn. Hybdjäjetelää käytettäeä polttoootton pyönopeu- ja teho-ohjeet vodaan lukea taulukota tatun kuoan pyönopeuden ekä lakennallet äätetyn tehontapeen peuteella. Eo kuoan ottaan ja hävöhn kuluvan tehon, ekä hyötyuhdekäyätöjen ja ttauten peuteella lakennallet äätetyn tehontapeen välllä katetaan enegavaaton avulla. [1, 4] Polttoootton teho-ohje yötetään oottonohjaujäjetelälle. Tää työä ootton yötettävä, teho-ohjeen toteuttava polttoaneäää äätetään ootton pyönopeuden ja hyötyuhdekäyätön peuteella. Todellea jäjetelää ukutuäään äättänen on huoattavat onutkaep tehtävä, joa on otettava huooon yö ootton tuottaat pakokaaupäätöt ja joka edellyttää ttauka yö käyttöolouhteta. [14] Planeetankannattelle kytketyn polttoootton pyönopeu äääytyy kuoan ja aunkopyöän pyönopeuken peuteella ja tä äädetään aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen nopeuden kautta. Nopeuohje aunkopyöälle kytketylle ähkökoneelle laketaan polttoootton nopeuohjeeta ja kuoan nopeudeta yhtälön (3-11) avulla. Käytettävä oleva polttoootton pyönopeualue äääytyy kuoalle haluttavan pyönopeuden ja aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen pyönopeualueen ajojen ukaan, kuten kuvaa 3.33 etettn. Polttoootton pyönopeuohjetta ajotetaan kuvan 4. Rajotu-lohkoa yhtälöä 3-11 hyödyntäen. Enegavaaton vaautlaa halltaan tehonkojautellä, joka tavttaea lätään lakettuun kuoatehon avoon. Kojauten ollea potvnen, polttoootton teho kavatetaan kuoan tehoa ja hävötä uueak. Geneaatto tuottaa eneän tehoa kun ootto tä käyttää, jollon jännte uuntaajen välpä kavaa. Enegavaaton välpn kytkevä hakku pyk ptäään välpn jänntteen vakona, joten e yöttää tehoa enegavaatoon pän. Kun kojaute on negatvnen,

77 65 polttoootton teho laketaan kuoan tehoa peneäk. Välpn jännte pyk lakeaan ootton ottaea eneän tehoa kun geneaatto tä tuottaa, ja hakku alkaa yöttää tehoa enegavaatota välpn. [41, 50] Jo upekondenaatton jännte potveta tehonkojautetä huolatta jatkaa lakuaan, aletaan MG:n tehoa ajottaa, kuten luvua 3.3 etettn. Kun MG:n tehoa ajotetaan, lätään polttoootton teho-ohjeen äätykeä kuoatehon avoon kojaute, joka notaa polttoootton teho-ohjeen yläajalleen. Kun MG:n tehon ajotu kytkeytyy po käytötä, yö tää kojaute lakee nollaan. Takep lohkokaavo ohjaujäjetelätä on kuvaa 4.. Kuva 4.. Ohjaujäjetelä Kuven 4.1 ja 4. polttoootton nopeu ja teho-ohjeet ältäven taulukoden kuvaajat ovat kuvaa 4.3

78 66 Kuva 4.3. a) Polttoootton kulanopeuohje, b) Polttoootton teho-ohje Polttoootton käynnty ja autu Polttoootton käynntytä ja aututa ohjaava logkka on alla kuvan 4. Deeln käynnty-lohkoa. Jaetuntehon hybdjäjetelä ahdolltaa polttoootton ptäen autettuna kevyellä kuotukella. Polttoootton hyötyuhde hekkenee penllä teholla, joten e kannattaa käynntää vata kuoatehon noutea ennalta äätettyä alaajaa uueak. Polttoootton käynntykelle aadaan ohjauääntö: [4] Käynnty, jo P kuoa > P n Polttoootto ptää kutenkn käynntää yö penllä kuoatehon avolla, jo enegavaaton vaautla uhkaa lakea lan ala. Enegavaaton vaautlan alttaea ennalta äätetyn alaajana tehonkojaute P Δ kavaa potvek ja polttoootto vodaan en peuteella ohjata käynntyään. Jo kuoan teho on negatvnen, kuoa kutenkn lataa enegavaatoa ja polttoootto vodaan ptää autettuna vakka tehonkojaute olkn potvnen. Käynnty, jo P kuoa > 0 ja P Δ > 0 Kun kuoan tehontave on pen jää polttoootton nopeuohje nollaan ta hyvn atalak. Jo kuoan nopeu on aaan akaan uu, uodotuu jäjetelän käyttöä ajottavak tekjäk aunkopyöälle kytketyn ähkökoneen akpyönopeu. Polttooottoa e tavallet kannata pyöttää ähkökonella käynntäättä tä. Pokkeukena on kutenkn tlanne, joa kehäpyöän pyönopeu edellyttää planeetankannatten pyöttätä, utta tehonkojaute ja kuoateho ovat negatva. Tällaa tlantea polttoootton käyttänen van entetään notaa enegavaaton vaautlaa, ja johtaa lopulta jauvatuken välpn kytkeytyeen. Polttoootto kannattaa k eluun ptää autettuna, vakka tä ähkökonella pyötettänkn. Ohjauääntöhn lätään kohta: Käynnty, jo

79 67 ω cn > 0 ja P kuoa > 0 ja P Δ 0 joa ω cn on kuvan 4. Rajotu-lohkoa kehäpyöän pyönopeuden ja aunkopyöän pyönopeualueen alaajan peuteella yhtälöä (3-11) käyttäen lakettava planeetankannatten npyönopeu. Sähkökoneta e vo käyttää ptkä akoja huoattavat nelloenttaan uuealla oentlla, joten penllä pyönopeuklla ähkökoneen MG kuotettavuu aattaa ajottaa kuoalle vältettävää vääntöoentta, vakka kuoan teho ol hyvnkn pen. Sk polttoootto ptää käynntää tukeaan MG:ta kehäpyöällä vakuttavan kuoaoentn ylttäeä MG:n nelloentn. Ohjauääntöhn lätään kohta, joka käynntää polttoootton ana, kun kuoaoentt ylttää kehäpyöälle kytketyn ähkökoneen nelloentn, vakka e aattaakn johtaa jauvatuken kytkeytyeen: Käynnty, jo T kuoa > T g,n Edellä olevn ääntöhn pohjautuvan logkan toteutu lohkokaavona on kuvaa 4.4. Jotta polttooottoa e käynnteltä ja autelta tuhan uen, on kuoatehoa ja oentta alpäätöuodatettu ennen vetaluja ja nden vetalut on toteutettu hyteeellä. Myö lohkon ulotuloa on alpäätöuodatu. Kuva 4.4. Polttoootton käynnty ja autu Sähköen tehonon hävöden ja polttoootton tontapteen ääty Tetyllä kuoan teholla ja pyönopeudella polttoootton pyönopeu vakuttaa tehon jakautueen ähköen ja ekaanen toetn välllä, ja ten jäjetelää yntyvn kokonahävöhn. Jotta jäjetelän hyötyuhde aatan ahdollan hyväk, ptä polttooottoa käyttää pyönopeudella, joka no jäjetelän kokonahävöt. [1] Polttoootton hyötyuhde on jäjetelän ykttäten koponentten hyötyuhteta ekttävn. Hyvä lähtökohta hävöden nontn on ten polttoootton

80 68 käyttänen pyönopeudella, jolla en hyötyuhde tavttavalla teholla on pahallaan. Polttoootton tontapteen tänen lle hean hekoan hyötyuhteen tuottavalle alueelle kutenkn paantaa jäjetelän kokonahyötyuhdetta, jo tontapteen on euaukena ähköen tehonon hävöt penenevät eneän kun polttoootton hävöt kavavat. [1, 3] Hetkellnen eo polttoootton tuottaan ja kuoan ottaan ekä hävöhn kuluvan tehon välllä katetaan enegavaaton avulla. Enegavaaton vaautlaa halltaan tehonkojautellä, jolla tavttaea kavatetaan ta vähennetään polttoootton tehoa. Tää aheuttaa tuhaa enegan keätytä enegavaaton kautta ja ten hävötä, kun vaatoa vuootellen ladataan polttooottolla ja puetaan kuoaan. Tehonon ptäek ahdollan vähäenä uuntaajen välpn ja enegavaaton välllä, ptä polttoootton kekäääen tehon vatata kuoan kekäääen tehon ja jäjetelän hävöhn kuluvan tehon uaa ahdollan takat lan tehonkojauten käyttöä. Jotta polttoootton teho-ohje vodaan äättää kattaaan yö jäjetelän hävöt, ptää hävötä pytyä avoaan jäjetelän hetkelleä tontapteeä. [4, 50] Tää työä jäjetelän hävöt ja hävöt nova polttoootton tontapte äätetään koponentten hyötyuhdekäyätöjen peuteella. Polttoootton, ähkökoneden, ja uuntaajaltojen hyötyuhdekäyätöt polttoootton tontapteen äätytä vaten on aatu kyeten koponentten alleta. Planeettavahde on oletettu hävöttöäk. Tontapteen äätykeä välpn kondenaatton hävöden ja uuntaajen ohjau- ja tuuletuhävöden on oletettu olevan kuotuketa ppuattoa vakota. akenta uotetaan uelle kuoan tehon ja pyönopeuden yhdtellle ja tuloket tallennetaan taulukkoon, jota polttoootton teho ja pyönopeuohjeet luetaan ulonnn akana. Vuokaavouodoa polttoootton tontapteet äättävä lakenta on kuvaa 4.5. Polttoootton tontapteen äättänen tetylle kuoan tehon ja pyönopeuden yhdtelälle alotetaan polttoootton hupputehon käyältä, pteetä joa polttoootton teho vataa kuoan tehoa. Seuaavak laketaan polttooottolta kyeeä tontapteeä planeettavahteen kautta aunko- ja kehäpyöälle välttyvät vääntöoentt, ekä aunko- ja kehäpyöän pyönopeudet. Näden peuteella äätetään ähkökoneden vääntöoentt, tehot ja pyönopeudet kyeeä tontapteeä. Sähkökoneden teho-, vääntöoentt-, ja pyönopeutetojen peuteella haetaan ähkökoneden ja uuntaajaltojen hävöt nlle allen avulla äätetytä taulukota. Suuntaajen ohjau- ja jäähdytyteho, ekä välpn hävöt on lakennaa oletettu vakok ja ne uataan ähkökoneden ja uuntaajaltojen hävöhn. Kun ähköet hävöt on äätetty enäen kean, lätään aatu hävöteho kuoan tehoon ja ytään takan polttoootton tontapteen äätykeen. Sähköet hävöt laketaan uudetaan, jonka jälkeen laketaan polttoootton hävöt kyeeä tontapteeä polttoootton alllle äätetyn hyötyuhdekäyätön avulla. Planeettavahteen hyötyuhdetta e ole huootu hävöden lakennaa, kuten e ulont-

81 Kuva 4.5. Sähköen tehonon hävöden ja polttoootton tontapteen ääty 69

82 70 allakaan, joten polttoootton ja ähköten hävöden uana aadaan jäjetelän kokonahävöt. Seuaavak kotetaan penenevätkö hävöt jo polttoootton nopeutta kavatetaan. Jo kokonahävöden ääty ol enänen kyeellä kuoan nopeuden ja tehon yhdtelällä, kavatetaan polttoootton nopeutta ja ytään takan ähköten hävöden äätykeen. Kun kokonahävöt on lakettu toen kean, veataan hävötä edellen lakentakeoken tuottan. Jo hävöt penenvät, kavatetaan taa polttoootton nopeutta ja laketaan kokonahävöt uudelleen. Jo kokonahävöt kavovat edelletä lakentakeoketa, tallennetaan edellen lakentakeoken tedot utn. Sähköten hävöden äää uuttuu ähköet ettävän tehon uuttuea polttoootton pyönopeutta kavatettaea, ekä tä ole tähän at huootu polttoootton teho-ohjeea. Jo utn tallennetun tontapteen tuottaat ähköet hävöt pokkeavat ekttävät polttoootton tehon äätykeä käytetytä, ytään takan polttoootton tehon äätykeen ja alotetaan lakenta aluta. Jo eo on aja-avoa penep, on polttoootton tontapte tälle kuoan nopeuden ja tehon yhdtelälle löydetty. Saa lakenta totetaan nn onelle kuoan tontapteelle, että lopputulokena aadaan polttoootton ohjaukeen ttävän theä ja laaja taulukko. akennan tuloket ptävät pakkana anoataan alueella, jolla kuoan tehon ja hävöden ua on polttoootton tehoa penep ja MG:n vääntöoentt kokentaan nelloenttna uuunen. Polttoootton ohjaukeen tää alue ttää, koka jäjetelää e voda käyttää tään alueen ulkopuolella kun hetkellet. Enegan talteenoton ja uudelleenkäytön aheuttaat hävöt jäävät lakennaa kokonaan huooatta. Eneganon äää ja taajuu kuoan ja enegavaaton välllä ppuu kuotuykltä, joten en aheuttaen hävöden avonen lan tetoa kuotuykltä on vakeaa.

83 71 5. Sulontall Tää luvua takatellaan aluk ulontalln tonnan kannalta atkaevaa aeaa oleva käyätöjä, ekä alln tuottaa hyötyuhteta e koponentelle ja ntä uodotuvaa jäjetelän kokonahyötyuhdetta e tontapteä. Tään jälkeen takatellaan alln tontaa eekkulonten avulla. Sulontall vataa kuvan 4.1 lohkokaavota ja kootuu edeltävä luvua etellytä alalohkota. Mallnnetun deelootton hupputeho on non 95 kw ja huppuoentt non 550 N. Jäjetelän ähkökoneet ovat nellteholtaan 75 kw:n nelnapaa okoulkukoneta. Planeettavahteen peuvältyuhde on 3:1 ja aunkopyöän ja MG1:n välä on 1:3 välty, jolla ähkökoneen pyönopeualue ja vääntöoentt on ovtettu jäjetelään opvak. Kuoa on kytketty uoaan planeettavahteen kehäpyöälle ja polttoootto planeetankannattelle. Suuntaajen kytknkoponentten paaetena on käytetty Sekonn SKM 800GA16D oduuln paaeteja ja välpn kondenaatton paaett ovat EP- COS B43750 alunelektolyyttkondenaattolta. Enegavaatona alla on upekondenaattopakett, jonka kapatan on 8,3 faada ja nelljännte 486 voltta. Vaatoa käytetään nn, että en jännte pytään ana ptäään 67 voltn yläpuolella, jollon käytettävä oleva eneganvaatontkapateett on 0,190 kwh. Käytännöä upekondenaatto tavt nnalleen akuton kapateetta kavattaaan, utta ulontakojen lyhentäek e on jätetty allta po. Sulonnea käytettyjä paaeteja on ltteeä. Malla käytetyt paaett ovat uuelta on avota, ekä koponentten onauuka ole tenkään pytty optoaan käytetylle kuotuyklelle. Sulonten takotukena ol anoataan tetata alln tontaa, ekä nden pohjalta vo tehdä päätelä jaetuntehon hybdn käyttökelpouudeta. Deelootto Deelootton alla ootton hyötyuhde uodotuu teetä hyötyuhteeta ja ekaaneta hyötyuhteeta. Teen hyötyuhteen akavo aavutetaan täydellä kuoalla ja e luetaan taulukota pyönopeuden funktona. Kuotuken lakea tenen hyötyuhde hekkenee. Teen hyötyuhteen akavo pyönopeuden funktona on kuvaa 5.1a. Mootton tuottaata vääntöoentta vähennettävä, ekaana hävötä kuvaava ja yhtälötä (3-18) aatava hävöoentt pyönopeuden funktona on kuvaa 5.1b. Kuvaa 5.1c on alln tuottaa, teen hyötyuhteen ja ekaanten hävöden äääää kokonahyötyuhteen akavo.

84 7 a) b) c) Kuva 5.1. a) Deelootton alln tenen hyötyuhde, b) ekaanet hävöt ja c) edellten peuteella uodotuva akhyötyuhde pyönopeuden funktona Suun polttoaneäää, joka oottoa vo työtahdn akana palaa ja ten tuottaa vääntöoentta äääytyy täytöateen ukaan. Deelootton alln täytöate pyönopeuden funktona on kuvaa 5.a. Kuvaa 5.b on teen hyötyuhteen, ekaanen hyötyuhteen ja täytöateen peuteella äääytyvä ootton alln tuottaa akoentt pyönopeuden funktona, ekä ootton kokonahyötyuhde pyönopeuden ja kuotuken funktona, kun yö hyötyuhteen laku kuotuken penentyeä on huootu.

85 73 a) b) Kuva 5.. a) Deelootton alln täytöate. b) Deelootton alln tuottaa ootton akoentt ja hyötyuhdekäyätö Kuvaa 5.3 on etetty ootton alln tuottaa uun teho ja uun vääntöoentt pyönopeuden funktona. Teho on kuvaa yhtenäellä- ja vääntöoentt katkovvalla. Kuva 5.3. Deelootton alln tuottaa teho ja vääntöoentt pyönopeuden funktona Deelootton alla vate akelaeen oenttohjeen uutokeen vakopyönopeudella äääytyy pääaaa uajan paneen ja paneen nouunopeuden ukaan. Paneen nouunopeu puoletaan äääytyy ahten tontaa kuvaaven käyätöjen ja ahten htauoentn peuteella. Malla ahtopane pyyy 1,9 baaa ta en yläpuolella jatkuvat, kun ootton pyönopeu on yl 1400 p ja teho yl 0 kw, joten uuella pyönopeuklla ja teholla ahtopane e ten ajota oentn nouunopeutta. Malla äätöjäjetelä on toteutettu ten, että polttooottoa pytään käyttäään ana uhteellen uuella kuotukella, joten ahtopaneen

86 74 lakun aheuttaa vve kevyet kuotettuna ja penllä pyönopeuklla näkyy lähnnä polttoootton käynntyken yhteydeä. Ahtopaneen ollea yläajallaan oentnuutoken vve polttoootton alla tulee yhtälötä (3-14) ja on puolkkaan kapakeln keoken luokkaa, el käyntnopeudeta ppuen non llekunta. Kuvaa 5.4a on polttoootton vääntöoenttohje ja vääntöoentt. Moenttohje on kuvaa katko- ja oentt yhtenäellä vvalla. Vääntöoenttohje ol 00 N ulonnn aluta 15 ekuntn at, jollon e notettn 500 N:n. Polttoootton pyönopeu kavatettn nollata 100 keokeen nuuta ulonnn aluta alkaen aplla, jonka nouunopeu ol 50 ad/. Polttoootto käynntyy, kun kulanopeu on 70 ad/, el non 670 keota nuuta. Mootton pyönopeu on kuvaa 5.4b. Ahten pyönopeu ja uajan pane ulonnn ajalta on kuva 5.5a ja 5.5b. a) a) b) Kuva 5.4. a) Polttoootton oentt ja oenttohje, b) pyönopeu, b) Kuva 5.5. a) Ahten pyönopeu, b) uajan pane Kuvaa 5.6 oleva työtahdn alua ylnten ukutetun polttoaneäään kuvaaja noudattaa vääntöoentn kuvaajan käyäuotoa. Pkk polttoaneääää ennen