Power Management. Klaus Hofer. Moderne Leistungselektronik Sensorlose Antriebstechnik Intelligente Bussysteme. 2., komplett überarbeitete Auflage
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- Christin Kästner
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1 Klaus Hofer Power Management Moderne Leistungselektronik Sensorlose Antriebstechnik Intelligente Bussysteme 2., komplett überarbeitete Auflage VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach
2 Inhalt Vorwort 5 1 Elektrisches Power Management 1.1 Entwicklungsgeschichte der elektrischen Energieteehnik Zentrales und dezentrales Energiemanagement Internationales 25 2 Leistungshalbleiter und Stromrichterschaltungen Einteilung der Leistungshalbleiter für Stromrichterschaltungen Leistungsdioden Thyristoren 35 Zweirichtungsthyristor (Triac) Abschaltthyristor (GTO) Spannungsgesteuerter Thyristor (MCT, Leistungstransistoren Feldeffekttransistor (MOSFET) Isolierter Bipolartransistor Dimensionierung von Stromrichterschaltungen 44 Schutzbeschaltung Digitale Erwärmung und Kühlung Oberschwingungen und Leistungsspektren in Stromrichtern 51 Spektren periodischer Mischgrößen Welligkeit und Formfaktor pulsierender Grundschwingungsgehalt und Klirrfaktor nichtsinusförmiger Wechselgrößen Leistungsbilanz in Stromrichterschaltungen Sinusförmige Spannungen und nichtsinusförmige Ströme Verzerrte Spannungen und verzerrte Ströme Wirkungsgrad von Stromrichtergeräten Leistungselektronik und Mikroelektronik Störsicherheit der Rechnerhardware Timing von Stromrichtersoftware Smart-Power-Chips 77
3 10 Inhalt 3 Kommutierungslose Stromrichterschaltungen Wechselstromsteller Ohm'sche Belastung Steuerfunktionen Grund- und Oberschwingungsspektren Induktive Belastung Ohm'sch-induktive Belastung Phasenanschnittsteuerung Schwingungspaketsteuerung Drehstromsteller (W3) Betrieb ohne Neutralleiter Fünfpolige Reversierschaltung (W5) Drehstromsteller-Sparschaltung (W2) Vierpolige Reversiersparschaltung (W4) Reversierschaltung für Universalmotoren Einphasiger Direktumrichter mit Kondensatormotor Netzgeführte Stromrichterschaltungen 105 Wechselstrom-Brückenschaltung (B2) Ungesteuerter Betrieb 107 Voll gesteuerter Betrieb 110 Kommutierungsbetrieb Belastungs- und Steuerkennlinien 114 Wechselrichtertrittgrenze Lückbetrieb 119 Steuerkennlinien im Lückbetrieb Belastungskennlinien im Lückbetrieb 123 Oberschwingungsspektren 125 Ansteuerverfahren Phasenanschnittsteuerung Folgesteuerung Halb gesteuerter Betrieb Blindleistungsbedarf 140 Stromrichtertransformator Drehstrom-Brückenschaltung (B6) 144 Kommutierungsbetrieb Lückbetrieb Impulsdiagramm Oberschwingungsspektren Umkehrstromrichterschaltungen Betriebsquadranten Umschaltvorgang 160
4 Inhalt Dreiphasiger Direktumrichter 4.4 Netzfreundliche Stromrichter (PFC) Selbstgeführte Stromrichterschaltungen 5.1 Gleichstromstellerschaltungen (Chopper) Tiefsetzsteller Hochsetzsteller 172 Kommutierungsvorgang 173 Oberschwingungsspektren Mehrquadranten-Chopper Steuerverfahren Selbstgeführte Wechselrichterschaltungen 187 Wechselstrom-Brückenschaltung (B2) Leistungsbetrachtungen Sinusbewertete Pulsweitenmodulation (PWM) Drehstrom-Brückenschaltung (B6) 195 Synthetisches Drehspannungssystem Oberschwingungsspektren Frequenzumrichter Elektromechanische Antriebssysteme 6.1 Mechanische Bewegungsvorgänge (Rotation/Translation) 6.2 Fremderregte Gleichstrommaschine Universalmotor/Gleichstrom-Reihenschlussmaschine Drehstrom-Transformator Aufbau und Wirkungsweise des Transformators Ersatzschaltbild des Transformators Zeigerdiagramm des Transformators Bestimmung der Parameter des Transformators Drehstromasynchronmaschine 244 Aufbau und Wirkungsweise der Asynchronmaschine Einphasiges Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine Zeigerdiagramm der Asynchronmaschine Stromortskurve der Asynchronmaschine Drehmoment-Kennlinien der Asynchronmaschine Feldorientierung der Asynchronmaschine Drehstromasynchronlinearmotor Lage-Drehzahl-Drehmoment-Regelung 267 Klassische Kaskadenstruktur Drehmomentregelung 271
5 12 Inhalt Drehzahl-Regelung Lage-/Positions-Regelung Analoger Digitaler Ankerstromregelung der Gleichstrommaschine Linearisierung des Lückbetriebs Führungs- und Störverhalten Einquadranten-Drehstromantriebe Spannungssteuerung der Asynchronmaschine Dynamik und Genauigkeit Vierquadranten-Drehstromantriebe Frequenzsteuerung der Asynchronmaschine Spannungs-Frequenz-Kennlinie 306 Dynamik und Genauigkeit Feldorientierte Regelung der Asynchronmaschine 309 Raumzeigerdarstellung Dynamik und Genauigkeit Sensorlose und redundante Antriebe mit Beobachtern 321 Beobachter vs. Sensoren Sensorloser Gleichstromantrieb 323 Strom- und Spannungsbeobachter Drehzahlbeobachter Dynamik und Genauigkeit Beobachter plus Sensor gleich Redundanz Intelligente Bussysteme Bus-Architektur (Hardware) Digital Power Line (DPL) Funkende Feldbusse Radio Frequency Identification Busprotokolle (Software) Buszugriffsverfahren (CSMA, Polling, Token) Etablierte Feldbussysteme Automatisierungsbeispiele Mathematischer Anhang Regeln der komplexen Rechnung Trigonometrische Umformungen Lösungsintegrale Ableitungen (Differenziale) Laplace-Transformation (Korrespondenzen) 370
6 Inhalt Matrizenoperationen Fourier-Transformation periodischer Größen Arithmetische und effektive Mittelwerte Literatur Bücher Patente Fachaufsätze 378 Stichwortverzeichnis 385
Inhalt Vorwort Elektrisches Power Management Leistungshalbleiter und Stromrichterschaltungen
Vorwort... 5 1 Elektrisches Power Management... 15 1.1 Entwicklungsgeschichte der elektrischen Energietechnik... 17 1.2 Zentrales und dezentrales Energiemanagement... 22 1.3 Internationales SI-Einheitensystem...
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