Für die sekundäre Scheinleistung S und die primäre Netzleistung S Netz gelten bei reiner Widerstandslast:

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1 4. Fremdgeführe Sromricher Fremdgeführe Sromricher benöigen eine fremde, nich zum Sromricher gehörende Wechselspannungsquelle, die ihnen während der Dauer der Kommuierung die Kommuierungsspannung zur Verfügung sell. 4. Nezgeführe Gleich- und Wechselricher Nezgeführe Gleich- und Wechselricher erfüllen die Grundfunkion des Gleich- und Wechselrichens und beziehen ihre Kommuierungsspannung vom Wechsel- bzw. Drehsromnez, sie nuzen also die im Nez vorhandenen Spannungen zur Kommuierung. Der mögliche Kommuierungsbereich is auf eine Halbperiode beschränk. Nezgeführe Gleich- und Wechselricher werden im Allgemeinen mi Nez-Thyrisoren realisier. Bei ungeseueren Gleichrichern werden Nez-Dioden eingesez, die eine nahezu konsane Gleichspannung liefern. Die Gleichspannung is abhängig von der Gleichricherschalung und der Nezspannung. Einen geringen Einfluss auf die Gleichspannung ha die Las. Ungeseuere Sromricher (Gleichricher) Bei der idealen Gleichricherschalung reen keine Verluse auf. Es gil: U P ~ Misch P PNez Ud d mi U~eff U (4.) R Bezieh man nun den Wechselwer der Mischspannung U ~eff auf den Gleichwer der Mischspannung U d am Verbraucher R Las, so erhäl man die Welligkei w. Nez W eff L U w ~eff (4.) U d dealer W d U Nez U U d R Las Sromricher P Nez P P Misch Prinzipschalbild einer idealen Gleichrichung Nezgeführe Gleich- und Wechselricher werden in der Leisungselekronik mi allgemein güligen Gleichungen berechne. Die nachfolgenden Begriffe finden dabei Anwendung. Uner Pulszahl p verseh man die Anzahl der Gleichspannungsblöcke, die mi einer Periode der speisenden Wechselspannung zusammenfallen. Die Pulszahl p ensprich der Gesamzahl der nich gleichzeiigen Kommuierungen einer Sromricherschalung während einer Nezperiode. Die Kommuierungszahl q gib die Anzahl der während einer Nezperiode aufreenden Kommuierungsvorgänge innerhalb einer Gruppe von mieinander kommuierenden Venilen an. Außerdem sind s die Anzahl der in Reihe geschaleen Kommuierungsgruppen, g die Anzahl der Kommuierungsgruppen, auf die sich der Gleichsrom aufeil und die Anzahl der gleichzeiig kommuierenden Kommuierungsgruppen. Die Pulszahl p ergib sich nach Gl. (4.): q s g p (4.) G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 6

2 Einpuls-Mielpunkschalung (M) Die Einpuls-Mielpunkschalung wird auch als Einweggleichricher-Schalung bezeichne. n der Leisungselekronik ha sie wegen ihrer ungünsigen Were nur eine geringe Bedeuung. Nez : d U Nez U U d R Las M-Schalung und deren Spannungsverläufe u d U = U d = T - Für die M-Schalung gelen nachfolgende Were: p q s g U U (4.4) P Ud w % RLas Bei der M-Schalung is der Gleichsrom d gleich dem Durchlasssrom der Diode. Bei reiner Widersandslas gil: î d FAV (4.5) Der Effekivwer des sekundären Außenleiersromes is gleich dem Effekivwer der Diode. Bei reiner Widersandslas gil: î FRMS (4.6) Der Eingangssrom eines Einpulssromrichers is ein Mischsrom. Da ein Transformaor aber nur Wechselsröme überräg, fließ der Gleichsromaneil lediglich durch die Sekundärwicklung, der Transformaor wird hierdurch vormagneisier. Mi ü = gil: w, (4.7) Nez d d Für die sekundäre Scheinleisung S und die primäre Nezleisung S Nez gelen bei reiner Widersandslas: U S U d d,49 Pd (4.8) ü U w S U d d Nez Nez Nez,69 Pd ü G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 7

3 Die Bauleisung bzw. Typleisung S T des Transformaors ensprich dem Mielwer von Primärund Sekundärleisung. S 0,5 (S S),09 P (4.9) T Nez d Zweipuls-Mielpunkschalung (M) Grundlage der Mielpunkschalung is ein Sromricherransformaor mi sekundärseiiger Mielanzapfung. Die Sekundärseie wird hier zweckmäßig als zweisrängige Wicklung mi den Srangspannungen U Srang und U Srang bezeichne. Srang USrang Ud U (4.0) Nez : d U Nez U Srang U d R Las U U Srang u d Srang U d = T u - M-Schalung und deren Spannungsverläufe p q s g w 48, % (4.) Zweipuls-Brückenschalung (B) Die B-Schalung wird auch einphasige Brückenschalung oder auch Graezschalung genann. Neben den Voreilen is als geringfügiger Nacheil die doppele Venildurchlassspannung zu nennen, da jeweils zwei den Gleichsrom führende Venile in Reihe geschale sind. Die B- Schalung wird in der Praxis häufig eingesez. Der ideale arihmeische Mielwer der Gleichspannung U d beräg: U d U 0,9 U (4.) G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 8

4 d Nez : U Nez U U d R Las u d U d = T - B-Schalung und deren Spannungsverläufe Für die B-Schalung gelen nachfolgende Were: p q s g w 48, % (4.) Der Gleichsrom d fließ bei der B-Schalung abwechselnd über die beiden Schalungszweige. Der milere Venildurchlasssrom FAV und der Effekivwer des Venilsromes FRMS können bei ohmscher Belasung nachfolgend aus dem Gleichsrom d berechne werden. FAV 0,5 d FRMS d 0,785 d (4.4) 4 Mi ü = beim Transformaor is Nez = und es gil: Nez, d (4.5) Die Scheinleisungen der Sekundärseie S und der Primärseie S Nez sind bei verlusfreiem Transformaor gleich. S SNez U, Ud, d, Pd (4.6) Für die Transformaorbauleisung S T gil: ST 0,5(SNez S), Pd (4.7) Die B-Schalung ha von allen Gleichricherschalungen mi Wechselsromanschluss die günsigse Transformaorbauleisung. n der Leisungselekronik sind ohmsch-indukive Verbraucher vorherrschend. Wird der Laswidersand im Gleichsromkreis durch einen ohmsch-indukiven Verbraucher ersez, so geh der Venilsrom von der Sinushalbwellenform bei zunehmender ndukiviä in eine Recheckform über. Die Spannungswelligkei beräg weier w = 48,%. Die Sromwelligkei sink, beding durch die ndukiviä L d, auf w = 0 bei L d. n der Praxis is die Sromwelligkei auch bei handelsüblichen ndukiviäen vernachlässigbar. m Labor verwenden wir bei d 5 A für vernachlässigbare Welligkei L d = 480 mh. G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 9

5 Für recheckförmigen Sromverlauf gil: d d FRMS S U, Pd (4.8) u d d i Zeilicher Verlauf der Gleichspannung u d und des recheckförmigen Eingangswechselsromes i Dreipuls-Mielpunkschalung (M) Sromricher für große Leisungen werden für den Anschluss an das Drehsromnez ausgeleg. Die einfachse Drehsrom-Gleichricherschalung is die M-Schalung, die auch Drehsrom-Sernschalung genann wird. L L L M-Schalung mi ohmsch-indukiver Las Die Gleichspannung sink nich auf Null ab, weil alle 0 ein neuer Kommuierungsvorgang erfolg. Der Zeipunk der Spannungsgleichhei, bei dem die Kommuierung erfolg, heiß auch naürlicher Zündzeipunk. Der arihmeische Mielwer der Gleichspannung berechne sich zu: U U Nez d Nez T - d T/6 : Srang -T/6 L L L N cos d USrang F Srang sin U,7 U G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 40 d U d R Las L Las Srang Srang (4.9)

6 u Srang u LN u LN u LN - Srang Srang u d T u AK U RRM u LN - u LN u LN - u LN Zeilicher Verlauf der Srangspannungen u LN, u LN und u LN, der Gleichspannung u d und einer Venilspannung u AK Der Scheielwer der Sperrspannung berechne sich: U RRM U U (4.0) Srang Srang Für die M-Schalung gelen nachfolgende Were: p q s g w 8, % (4.) Für ideal glaen Gleichsrom (L ) berechnen sich der Mielwer der Venilsröme FAV und der Effekivwer der Venilsröme FRMS zu: FAV d FRMS d (4.) G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 4

7 Für M-Schalungen eignen sich besonders Transformaoren mi den Schalgruppen Dy, Dz und Yz. Aus der sekundären Scheinleisung S S U,48 Ud 0,577 d,48 Pd (4.) und der Scheinleisung des Nezes S Nez SNez U,48 Ud 0,47 d,pd (4.4) kann die Bauleisung (Typleisung) des Sromricher-Transformaors S T berechne werden: S 0,5 (S S),5 P (4.5) T Nez d i d i W / d T / - d i W / - d d / d i Nez - d Die Wicklungssröme i W und i W ergeben den Nezsrom i Nez = i W i W. Sromverläufe bei der M-Schalung mi Dy-Transformaor mi glaem Gleichsrom Sechspuls-Brückenschalung (B6) Die B6-Schalung, auch Drehsrombrückenschalung genann, is hinsichlich Welligkei und Transformaorypenleisung eine voreilhafe Gleichricherschalung. Bei großen Leisungen is sie die dominierende Schalung. d L L U Nez Nez : L U L F U d R Las B6-Schalung mi ohmschindukiver Las L L L Las N G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 4

8 Vom Versändnis her kann die B6-Schalung als Reihenschalung einer M-Kahoden- und einer M-Anodenschalung gesehen werden. Für weiere Berachungen wird idealer Gleichsrom vorausgesez. Für die B6-Schalung gelen nachfolgende Were: p 6 q s g w 4, % (4.6) Der arihmeische Mielwer der Gleichspannung U d berechne sich zu: U d T/ 6 Srang cos d Srang sin U,5 U T (4.7) 6 -T/ u (MK) u LN u LN u LN u LN u LN u LN T T u (MA) u LN u LN u LN u LN u LN u LN u LN u (B6) u (B6) = u (MK) - u (MA) u LN - u LN u LN - u LN u LN - u LN u LN - u LN u LN - u LN u LN - u LN Gleichspannungsbildung bei der B6-Schalung Da je Kommuierungsgruppe drei Kommuierungszweige (q = ) vorhanden sind, reduzieren sich der Mielwer der Venilsröme FAV und der Effekivwer der Venilsröme FRMS bei vollkommen glaen Gleichsrom auf: FAV d FRMS d (4.8) Für den Wechselsrom der Sekundärwicklung gil: d (4.9) G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 4

9 i L T d - d Außenleiersrom bei der B6-Schalung Für die Scheinleisungen der B6-Schalung gil: S S S U 0,74 U 0,86,05 P (4.0) Nez T d Vollgeseuere Zweipuls-Brückenschalung (B-Schalung) Bei vollgeseueren Sromrichern sind alle Venile seuerbar. Es ri eine Gleichspannung auf, die von der Nezspannung, der Lasar und vom Seuerwinkel abhängig is. d d d Nez : V V Vollgeseuere B-Schalung U Nez U U d R Las V4 V U d U d0,0 0,8 0,6 0,4 0, 0,0-0, -0,4-0,6-0,8 -, / Lasabhängige Seuerkennlinien der vollgeseueren B-Schalung Mi Gl. (4.) wird die Gleichspannung U für ohmsche Las in Abhängigkei vom Seuerwinkel berechne. Ud Ud0 cos U cos (4.0) Für indukive Lasen gil: 8 d Ud cos U cos (4.) U 0 ndukive Las Akive Las Widersandslas ndukive Las Wechselricherberieb Gleichricherberieb G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 44

10 Für > 90 muss die Las akiven Charaker haben, wenn durch den vorliegenden Wechselricherberieb Energie ins Nez gespeis werden soll. u u - - i G V,V i G V,V i G V,V4 i G V,V4 u d u d i d u AK i d u AK d u AK(V) u AK(V) - - ohmsche Las ohmsch-indukive Las (L ) Zeilicher Verlauf der Eingangswechselspannung u, der Gaesröme i G, der Ausgangsgleichspannung u, des Lassromes i d und der Venilspannung u AK(V) bei der B-Schalung mi dem Seuerwinkel = 90 Vollgeseuere Dreipuls-Mielpunkschalung (M-Schalung) Ein Seuersaz zur Zündung der Thyrisoren einer M-Schalung muss so ausgeführ sein, dass er drei zeilich um 0 el verseze mpulse je Periode abgeben kann. L L L U Nez Nez : L U L L USrang V V T V Vollgeseuere M-Schalung mi SR-Transformaor N G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 45 d U d R Las L Las

11 Aufgrund der Kommuierungszei und der Freiwerdezei der Venile wird der max. heoreische Seuerwinkel bei akiven Lasen auf ewa 50 beschränk. u Srang u LN u LN u LN naürlicher Kommuierungswinkelpunk Srang = 0 = 80 heoreischer Seuerbereich = 0 = 50 prakischer Seuerbereich Seuerbereich der M-Schalung Mi Gl. (4.9) wird die Gleichspannung U für den nich lückenden Berieb in Abhängigkei vom Seuerwinkel berechne. Ud Ud0 cos U cos (4.) Bei Widersandslas lieg bei 0 bereis Lückberieb vor. Die Berechnung erfolg dann nach Gl. (4.). Ud Ud0 cos 0 (4.) U d U d0,0 0,8 0,6 0,4 0, 0,0-0, -0,4-0,6-0,8 ndukive Las Akive Las Widersandslas ndukive Las Wechselricherberieb Gleichricherberieb Lasabhängige Seuerkennlinien der M-Schalung -, / Wird die Spannungswinkelfläche im Bereich negaiver Spannung größer als im Bereich posiiver Spannung, dann is U negaiv und es komm zum Wechselricherberieb. Wechselricherberieb is nur möglich, wenn die Las Energie abgeben kann (U Las > U ). G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 46

12 u u LN u LN u LN Srang u u LN u LN u LN Srang 0 - Srang 0 - Srang u d u d = 0 = = 0 = 90 i d V V V u LL u LL u LL i d V V V u LL u LL u LL u AK u AK - u LL u LL u LL - u LL u LL u LL ohmsche Las indukive Las Zeilicher Verlauf der Eingangswechselspannung u, der Ausgangsgleichspannung u, des Lassromes i d und der Venilspannung u AK(V) bei der M-Schalung mi dem Seuerwinkel = 90 Vollgeseuere Drehsrombrückenschalung (B6-Schalung) Die Kennwere der vollgeseueren B6-Schalung sind sehr günsig; sie wird darum häufig eingesez. d L L U Nez Nez : L U L V V V5 T U d R Las Vollgeseuere B6-Schalung mi SR-Transformaor L L V4 V6 V N G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 47

13 Für die Ausgangsgleichspannung finde alle 60 eine Kommuierung sa und der naürliche Kommuierungswinkel lieg bei 60 bezogen auf den posiiven Nulldurchgang der verkeeen Spannung. Bis zum Zündwinkel = 60 ri auch bei Widersandslas kein Lückberieb auf. Für 0 60 gil allgemein: Ud Ud0 cos U cos (4.4) Bei indukiver Las gil Gl. (4.4) für 0 90 und bei akiver Las heoreisch sogar für Bei Widersandslas lieg bei 60 0 Lückberieb vor. Die Berechnung erfolg dann nach Gl. (4.5). Ud Ud0 cos 0 (4.5) Für 0 80 is bei Widersandslas die Ausgangsspannung U = 0 V. U d U d0,0 0,8 0,6 0,4 0, 0,0-0, -0,4-0,6-0,8 ndukive Las Akive Las Widersandslas ndukive Las -, / Wechselricherberieb Gleichricherberieb Lasabhängige Seuerkennlinie des vollgeseueren B6- Sromrichers u Srang u d u LN u LN u LN u LL u LL u LL = 0 = 75 Die B6-Schalung erforder alle 60 einen Zündimpuls als Langzeiimpuls i > T/6. Vorzugsweise werden jedoch Anseuerverfahren mi kurzen Doppelimpulsen je Thyrisor, die aus dem Haupimpuls und 60 späer dem Folgeimpuls besehen. Der Folgeimpuls wird zum Anfahren und bei Lückberieb zwingend nowendig. - Verlauf der Srangspannungen und der Ausgangsgleichspannung U bei Widersandslas für = 0 und = 75 u LL u LL u LL G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 48

14 Sromleifähigkei bei = 0 V5 V V V5 V V6 V V4 V6 i G H F H F H5 F5 H i G F6 H F H4 F4 H6 F6 = 0 Sromleifähigkei bei = 75 V5 V4 V5 V6 V V6 V V V V V V4 H - H6 = Haupimpuls F - F6 = Folgeimpuls H - H6 = Haupimpuls F - F6 = Folgeimpuls V5 V4 V5 V6 F5 H F H F H5 F5 i G H6 F6 H F H4 F4 H6 i G = 75 Sromflusswinkel und Zündimpulse des B6-Sromrichers mi Widersandslas bei = 0 Sromflusswinkel und Zündimpulse des B6-Sromrichers mi Widersandslas bei = 75 Zweipulsige, halbgeseuere Brückenschalung (BH-Schalung) Ensprechend der Seuerkennlinie (Gl. 4.6) können mi den halbgeseueren Schalungen nur posiive Ausgangsgleichspannungen erreich werden. Ud Ud0 cos (4.6) Voreilhaf sind gegenüber vollgeseueren Schalungen eine einfachere Anseuerschalung und der geringere Blindleisungsbedarf. d L L K V V U U d Ld N T V0 V0 M LFeld Symmerische halbgeseuere Zweipulsbrücke mi kahodenseiiger Zusammenfassung der seuerbaren Venile (BHK-Schalung) d F0 Unsymmerische halbgeseuere Zweipulsbrücke (Zweigpaargeseuere Brücke) (BHZ-Schalung) L V0 V U U d Ld N L K T V0 V M LFeld F0 G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 49

15 Sechspulsige, halbgeseuere Brückenschalung (B6H-Schalung) Die halbgeseuere Drehsrombrückenschalung wird im allgemeinen aus einer M-Kahodenschalung als geseuerer und einer M-Anodenschalung als ungeseuerer Teil-Sromricher gebilde. Sie kann nur posiive Ausgangsgleichspannungen ensprechend der Seuerkennlinie erreichen. Ud Ud0 cos U cos (4.7) d L U L L L K L K L K V V V5 T F60 V70 U d R Las L Las Halbgeseuerer B6-Sromricher mi Freilaufdiode V40 V60 V0 Bei dieser Schalung lieg ein sechspulsiges Verhalen nur für Seuerwinkel < 60 vor, ansonsen lieg eine Dreipulsigkei der Gleichspannung vor. Das "Kippen" in der Nähe von = 80 verhinder die zusäzliche Freilaufdiode. Prinzipiell bilde bei der B6H-Schalung jedes Zweigpaar (z.b. V, V60) einen Freilaufkreis, der bei > 60 in Funkion ri. = u d MK Srang Spannungsverlauf des vollgeseueren MK-Sromrichers u LN u LN u LN - Srang u d MA u d B6H Srang - Srang u LN u LN u LN p = 6 p = Schalverhalen des B6H-Sromrichers Spannungsverlauf des ungeseueren MA-Sromrichers Ausgangsgleichspannung des B6H-Sromrichers (u MK - u MA ) G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 50

16 Belasungskennlinien von nezgeführen Sromrichern Bisher wurden die Sromricher als ideale Spannungsquellen angesehen, bei denen die Ausgangsgleichspannung belasungsunabhängig is. Engegen der bisherigen Bezeichnungsweise is der ideale (mahemaische) Spannungswer mi U di und der reale mi U gekennzeichne. Es gil: Ud Udi - UT - Dx - Dr (4.8) Dabei sind U T die wirksame Venilspannung - bei Brückenschalungen sind zwei Venile in Reihe geschale -, D x die indukive Gleichspannungsänderung und D r die ohmsche Gleichspannungsänderung. U di0 U T D r U d U d0 D x = 0 U di60 U d60 0 R i = U d d U d d d = 60 U d90 = 90 U di0 U d0 Belasungskennlinien eines Sromrichers = 0 An den ohmschen Widersänden im Kommuierungskreis ri die ohmsche Gleichspannungsänderung D r auf, die gegenüber der indukiven Gleichspannungsänderung D x, die an den ndukiviäen L k im Kommuierungskreis aufri, of vernachlässigbar is. D r und D x sind linear vom Srom abhängig. An den Kommuierungsindukiviäen geh die schraffiere Spannungszeifläche verloren. uk d Lk d (4.9) u Mi der Nezfrequenz f, der Anzahl der in Reihe geschaleen Kommuierungsgruppen s, der Kommuierungszahl einer Kommuierungsgruppe q und der Überlappung u gil für D x : cos - cos( u) Dx f s q Lk d Udi (4.40) G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 5

17 u k u d u LN u LN u LN 0 i i T u 0 u LN + u LN i T i T d Einfluss des realen Kommuierungsvorganges auf die Gleichspannungsbildung (M-Schalung) bei glaem Gleichsrom d Die Überlappung u häng ab vom Srom d, von den Kommuierungsindukiviäen L k und von dem Seuerwinkel. Für den dargesellen Seuerwinkel = 0 wird die Überlappung (zwei Venile führen gemeinsam den Gleichsrom d ) als Anfangsüberlappung u 0 bezeichne. u d Srang u LN u LN u LN - Srang = 0 = 0 = 5 = 50 = 65 Ausgangsgleichspannung einer M-Schalung im Wechselricherberieb mi Kippvorgang bei = 65 Allgemeine Berechnungen für nezgeführe Sromricher Berechnung der ideellen Leerlaufgleichspannung U di für den ungeseueren Gleichricherberieb: q U di s U sin (4.4) q Die ideelle Leerlaufspannung U di beim Seuerwinkel ergib sich bei vollgeseueren Schalungen zu: q U di s U sin cos (4.4) q Der Mielwer der Gleichspannung nezgeführer Sromricher änder sich bei indukiver Las nach der cos-funkion des Seuerwinkels. Udi Udi cos (4.4) G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 5

18 4. Nezrückwirkungen Uner Nezrückwirkungen von Sromrichern verseh man den Einfluss ihrer Blindleisung und ihrer Sromoberschwingungen auf das elekrische Nez. Hierdurch wird die Spannung gesenk bzw. verzerr. ndukive Blindleisung enseh, wenn infolge der Phasenanschniseuerung des Sromrichers die erse Harmonische des Nezsromes gegenüber der zugeordneen Srangspannung nacheil. m ungeseueren Bereich ( = 0) enseh indukive Blindleisung beim Kommuierungsvorgang durch den verzögeren Sromübergang von einem Venil auf das andere. m geseueren Berieb > 0) wird die Phasenverschiebung um den Seuerwinkel vergrößer und dami die vom Sromricher aufgenommene Blindleisung erhöh. Nach ihrer Ensehung bezeichne man diese Grundschwingungsblindleisung Q als Kommuierungs- bzw. Seuerblindleisung. Wird der geringe Magneisierungssrom des Sromricherransformaors vernachlässig, so gil für vollgeseuere Schalungen ohne Freilaufdiode (M, B, B6): Q u sin - sin u sin (4.44) S 4 cos - cos u Für den ungeseueren Berieb mi dem Seuerwinkel = 0 und dem Überlappungswinkel u = u 0 gil: Q u0 - sinu 0 S (4.45) 4 - cosu 0 0 S = Scheinleisung des Sromrichers für die Grundschwingung Häufig beräg der Überlappungswinkel u 0 nur wenige Grad, so dass die Kommuierungsblindleisung vernachlässig werden kann (u = 0). Aus Gl. (4.44) erhäl man: Q sin (4.46) S u 0 Für den Grundschwingungsverschiebungsfakor cos gil: P Q cos cos u cos - (4.47) S S Uner Berücksichigung der Gln. (4.46 und 4.47) ergib sich die Orskurve der bezogenen Blindleisung. Diese Orskurve sell näherungsweise einen Halbkreis dar. Q Q cos cos u - (4.48) S Udi d Die erreichbaren Anfangswere im Gleich- und Wechselricherberieb sind von der Anfangsüberlappung u 0 abhängig. Grundschwingungsblindleisung in Abhängigkei von der Gleichspannung für vollgeseuere Schalungen (M, B6) ,8-0,6-0,4-0, 0 0, 0,4 0,6 0,8 G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 5 Q 0,8 U di d 0,6 0,4 0, Anfangsüberlappung u 0 = 0 ; 0 ; 0 ; 0 ; 40 U d U di

19 Eine weiere Blindleisungskomponene is die Verzerrungsblindleisung D. Wird sinusförmige Nezspannung und nichsinusförmiger Srom vorausgesez, dann gil: k i gi - ki (4.49) k i = Oberschwingungsgehal (Klirrfakor) des Sromes g i = Grundschwingungsgehal des Sromes S S gi P S gi cos S D S ki Q S gi sin (4.50) Bei Sromrichern ensehen sowohl auf der Gleichsrom- als auch auf der Wechselsromseie Oberschwingungen, die mieinander in Wechselwirkung sehen. Uner Annahme völliger Gläung des Gleichsromes und Vollausseuerung ensehen auf der Gleichsromseie Spannungsoberschwingungen U i. U i Udi mi u k p und k,,... (4.5) u - Auf der Nezseie enhäl der Nezsrom neben der Grundschwingung Oberschwingungen. mi i k p (4.5) i = Ordnungszahl der Oberschwingung p = Pulszahl Maßnahmen zur Verminderung der Nezrückwirkungen Aus energieechnischen Gründen is es wichig, die aufreende Blindleisung und die Oberschwingungen möglichs weigehend zu kompensieren. Das kann durch eine venil- und nezseiige Kompensaion bzw. Verringerung der Blindleisung geschehen. Vollgeseuere Brücken- und Mielpunkschalungen benöigen abhängig von der Ausseuerung eine sehr hohe Blindleisung. Der maximale Wer ri bei der Gleichspannung U = 0 auf. 0,8 Q U di d , - -0,8-0,6-0,4-0, 0 0, 0,4 0,6 0,8 Anfangsüberlappung u 0 = 0 bzw. 40 U d U di Verminderung der Nezblindleisung bei Folgeseuerung Mi der Folgeseuerung von zwei Teilsromrichern kann der Blindleisungsbedarf reduzier werden. Meisens wird die Folgeseuerung durch Reihenschalung eines ungeseueren Sromrichers (Gleichricher) mi einem seuerbaren Sromricher gebilde; hier kann die Seuerblindleisung weigehend vermieden werden. Ein ähnliches Verhalen bezüglich des Blindleisungsbedarfs zeigen halbgeseuere Brückenschalungen (B6H) mi und ohne Freilaufdiode. Nezseiig kann die Grundschwingungsblindleisung Q mi Kompensaionseinrichungen erfolgen, die häufig aus regelbaren Kondensaoranlagen besehen. Bei der Auslegung dieser Anlagen is auf Resonanzerscheinungen zu achen, um eine Überlasung der Kondensaoren und unzulässige Verzerrungen der Nezspannung zu vermeiden. Zu Leisungskondensaoren werden G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 54

20 häufig Drosselspulen in Reihe geschale, um so die Resonanzlage der Anlage zu versimmen. n der Praxis haben sich Resonanzfrequenzen unerhalb der 5. Oberschwingung bewähr. QC P an - anc (4.5) Die Verzerrungsleisung D kann durch Gruppenschalungen oder durch nezseiige Saugkreise verringer werden. Saugkreise reduzieren die Sromoberschwingungen im Nez, da diese Resonanzkreise (Saugkreise) für die ausgewählen Oberschwingungen einen Kurzschluss darsellen. Mi zunehmender Pulszahl p des Sromrichers verringer sich der Oberschwingungsgehal des Sromes. Die Ampliude der einzelnen Sromoberschwingung is von der Belasung und der Ordnungszahl abhängig. Bei Sromricherleisungen oberhalb von 00 kva finden deshalb vorwiegend pulsige Schalungen Anwendung. L L L U LN U S U Sr d U d U d L S d d U d L d M pulsige Schalung aus zwei parallel geschaleen Drehsrombrücken (B6./5-Schalung) Q U n Q C5 C7 C C d Sromricher mi abgesimmen Saugkreisen M 50 Hz = 5 50 Hz = Hz = 650 Hz = G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 55

21 4. Nezgeführe Umricher Die im Kap. 4. behandelen nezgeführen Sromricher ermöglichen zwar einen Energiefluss in beiden Richungen durch Umkehr der Polariä der Gleichspannung, dabei bleib jedoch die Sromrichung auf der Gleichsromseie die gleiche. Soll unabhängig von der Polariä der Gleichspannung die Sromrichung umkehrbar sein, so lieg ein Doppel-Sromricher für Vierquadranenberieb vor. Umkehrsromricher Soll für einen Sellanrieb neben der Drehrichung auch das Drehmomen seine Richung umkehren, so wird zu einem Sromricher ein zweier gegenparallel geschale. Die hierfür verwendeen Umricher nenn man Doppel-Sromricher oder Umkehrsromricher. Grundsäzlich muss unerschieden werden, ob beide Sromricher aus einer dreiphasigen Spannungsquelle (Gegenparallel-Schalung) oder über einen Transformaor mi gerennen Sekundärwicklungen (Kreuzschalung) gespeis werden. Es wird zwischen zwei Seuerverfahren unerschieden: Es is jeweils nur einer der beiden Sromricher angeseuer; der andere sperr: Kreissromfreie Seuerung. Es werden beide Sromricher angeseuer; der eine im Gleichricher-, der andere im Wechselricherberieb: Seuerung mi Kreissrom. L Kr L Kr L V V V5 V V V5 L d L L L L L Kr L Kr M L Umkehrsromricher (zwei B6-Schalungen) mi Kreissromdrosseln Bei der Seuerung mi Kreissrom müssen die Beräge der arihmeischen Mielwere der Gleichspannungen des Gleichrichers und des Wechselrichers gleich sein. Für die Seuerwinkel gil: 80 (4.54) Obwohl die arihmeischen Mielwere gleich sind, besehen Unerschiede in den Augenblicksweren der Gleichspannungen. Sie führen zu Srömen, die nur über die Venile nich aber über die Las fließen. Solche Sröme werden Kreissröme genann. Zu ihrer Begrenzung müssen Kreissromdrosseln L kr zwischen beide Sromricher geschale werden. L L L V V V V V5 V5 L d M Zwei gegenparallel geschalee B6-Schalungen ohne Kreissromdrosseln G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 56

22 Bei der Seuerung mi Kreissrom is der echnische Aufwand beding durch das aufwendige Seuerverfahren, die zusäzlichen Kreissromdrosseln, die höheren Venil- und Nezbelasungen größer. Diese Schalung komm darum nur selen zur Anwendung. Beim kreissromfreien Seuerverfahren muss gewährleise sein, dass der zweie Sromricher ers angeseuer wird, wenn der Srom des ersen Null geworden is. Es ergib sich beim Umseuern des Sromes eine mehr oder weniger große sromlose Pause (5...0 ms). Das Seuerverfahren mi Kreissrom ha den Voreil, dass der Gleichsrom, da im uneren Srombereich immer beide Sromricher angeseuer sind, ohne sromlose Pause von einer Richung in die andere überführ werden kann. Der Berag des Kreissromes wird dabei meis so eingesell, dass der Gleichsrom im Moorkreis bei der vorhanden Gläungsindukiviä L d nich lück. Bei verbesseren Seuerverfahren (kreissromarme Seuerung) fließ nur bei kleinen Gleichsrömen ein Kreissrom. Bei größeren Gleichsrömen wird nur ein Sromricher angeseuer. ~ ~ WR- Berieb GR- Berieb d U d Energie U d d Energie E U 0 M n E U 0 M n U 0 > U d U d > U 0 ~ V ~ GR- Berieb WR- Berieb d U d Energie U d d Energie E U 0 M n E U 0 M n U d > U 0 U 0 > U d Vierquadranenberieb mi kreissromfreiem Umkehrsromricher G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 57

23 Direkumricher Umkehrsromricher können zur Umformung von Wechsel- bzw. Drehsrom einer Frequenz f in eine andere Frequenz f verwende werden. Dazu muss man ihre Ausgangsspannung periodisch umseuern, und zwar im Tak der gewünschen Ausgangsfrequenz f. Die Frequenzumformung erfolg durch direkes Umschalen der Phasenspannungen des Primärnezes ohne Benuzung eines Gleichsromzwischenkreises, daher sprich man von Direkumrichern. Die Ausgangsfrequenz f darf max. 40% der Nezfrequenz f erreichen. Beim sogenannen Trapezumricher, einem Hüllkurvenumricher, verläuf die Spannung einer Ausgangsphase auf den Kuppen der Phasenspannungen des speisenden Drehsromnezes. u u LN u LN u LN 0 T p T n Kuppen je T / Spannungsverlauf beim Trapezumricher Zur Bildung der Ausgangsspannung einer Phase des Trapezumrichers is ein Umkehrsromricher, besehend aus zwei aniparallelen M-Schalungen, erforderlich (insgesam 8 Thyrisoren, p = ). Mi diesem Direkumricher können nur diskree, nach Gl.(4.55) berechnee Ausgangsfrequenzen f erreich werden. f p f n,,,... (4.55) p n - Beim Seuerumricher wird die Ausgangsspannung der beiden gegenparallel arbeienden Teilsromricher sinusförmig ausgeseuer. Die Seuerwinkel und müssen während jeder Halbschwingung der Ausgangs- f spannung seig veränder werden. Jede Ausgangsphase wird von der Gegenparallelschalung sechspulsiger Teilsromricher gebilde (je Phase zwei aniparallele B6-Schalungen). nsgesam sind also mindesens 6 f S U Sromrichervenile erforderlich. T u Schalung des Seuerumrichers f M ~ G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 58

24 Die abgegebene Ausgangsspannung wird einem vorgegebenen sinusförmigen Sollwer möglichs gu angenäher. Beide Teilsromricher arbeien abwechselnd im Gleich- bzw. Wechselricherberieb. Der Verschiebungsfakor der Lasseie besimm dabei die jeweilige Sromrichung. Die Differenzen in den Ausgangsspannungen der beiden Teilsromricher einer Ausgangsphase haben Kreissröme wie beim Umkehrsromricher zur Folge. Zur Vermeidung des Kreissromes können auch beim Seuerumricher kreissromfreie Schalungen verwende werden. Bei Sromrichungsumkehr ri dann eine Tozei auf. Wegen überwiegender Phasenanschniseuerung is der Blindleisungsbedarf aus dem speisenden Drehsromnez beim Seuerumricher hoch. Gleichricherberieb u 0 Wechselricherberieb Spannungsverlauf in einer Phase beim Seuerumricher 4.4 Lasgeführe Wechselricher Beim lasgeführen Wechselricher sell die Las die Kommuierungsspannung während der Kommuierung zur Verfügung. Da ein Sromricher für die naürliche Kommuierung ses indukive Blindleisung brauch, is Voraussezung für den Berieb lasgeführer Sromricher, dass die Las diese zur Verfügung sellen kann. Der Lassrom muss aus diesem Grund eine kapaziive Komponene aufweisen. Diese Bedingung erfüllen Parallel- und Reihenschwingkreise oder übererrege Synchronmaschinen. Schwingkreiswechselricher Eine ohmsch-indukive Las kann durch einen Kondensaor zu einem Parallel- oder Reihenschwingkreis ergänz werden. Die Eigenfrequenz f 0 des verluslosen Laskreises is: f 0 (4.56) L C Die Eigenfrequenz f R des freischwingenden verlusbehafeen Laskreises mi der Dämpfung heiß Kennfrequenz und berechne sich zu: R R C fr f0 - mi (4.57) 0 L L Die Gln. (4.56 u. 4.57) gelen sowohl für einen Parallel- als auch für einen Reihenschwingkreis. Die Beriebsfrequenz, mi der ein Schwingkreiswechselricher berieben wird, wird von der Seuerung vorgegeben. Dami der Schwingkreis eine kapaziive Sromkomponene ha, muss die Beriebsfrequenz beim Parallelschwingkreis oberhalb und beim Reihenschwingkreis unerhalb der Eigenfrequenz liegen. G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 59

25 Der Parallelschwingkreis-Wechselricher ha einen recheckförmigen Sromverlauf i, der der sinusförmigen Spannung u auf der Lasseie um den Löschwinkel voreil. i d L d i A V u A u C C V U d u i V4 L R V i u u i U d 0 u A u A i A i A 0 Parallelschwingkreis-Wechselricher in einphasiger Brückenschalung mi Spannungs- und Sromverlauf (idealisier) Der Reihenschwingkreis-Wechselricher erzwing einen angenäher sinusförmigen Lassrom i, welcher abwechselnd von den Thyrisoren und den gegensinnig parallelen Dioden geführ wird. Die Lasspannung u und dami die Venilspannung u A haben angenäher recheckförmigen Verlauf. Der Srom i kommuier vom nich seuerbaren auf das jeweilige seuerbare gegensinnig parallelgeschalee Venil. Er eil der Lasspannung um den Löschwinkel vor. G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 60

26 i d L i A U d C p D T u A L R C D T D4 T4 i u D T i u u i U d 0 i T i D u A i A u A i A 0 Reihenschwingkreis-Wechselricher in einphasiger Brückenschalung mi Spannungs- und Sromverlauf Die erreichbare obere Frequenzgrenze von Schwingkreiswechselrichern wird im Wesenlichen durch die Freiwerdezeien der Thyrisoren besimm. Man erreich Beriebsfrequenzen von über 0 khz. Für das Anschwingen der Las is besonders bei Parallelschwingkreis-Wechselrichern eine Sareinrichung erforderlich. Dazu werden kapaziive Energiespeicher auf der Las- oder auf der Gleichsromseie vorgeladen. Für die Grundschwingung der Wechselspannung U und die Grundschwingung des Wechselsromes gil für den einphasigen Parallelschwingkreis: 8 U Ud d (4.58) 8 cos Für den einphasigen Reihenschwingkreis gil: 8 U Ud d (4.59) 8 cos Schwingkreiswechselricher mi vorgeschaleem Gleichricher werden Schwingkreisumricher genann. G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 6

27 Maschinengeführer Wechselricher Der lasgeführe Wechselricher bezieh von einer übererregen Synchronmaschine seine Kommuierungsblindleisung. Die Schalung ermöglich im Allgemeinen auch eine Umkehr des Energieflusses. Die Schalung Maschinengeführer Wechselricher, die aus der Hinereinanderschalung eines nezgeführen Gleichrichers und eines lasgeführen Wechselrichers mi Synchronmaschine als Las beseh, wird auch Sromrichermoor genann. m Allgemeinen wird im Gleichsromzwischenkreis eine Gläungsindukiviä L d vorgesehen, die den nezseiigen Sromricher vom lasseiigen energeisch enkoppel. L d d L L U d U d L E Maschinengeführer Wechselricher (Sromrichermoor) Der nezseiige Sromricher arbeie im Moorberieb der angeschlossenen Synchronmaschine als nezgeführer Gleichricher. Er erzeug die durch Anschniseuerung über den Seuerwinkel einsellbare Gleichspannung U d. Der Srom im Gleichsromzwischenkreis d wird durch die ndukiviä L d gegläe. Der lasseiige Sromricher arbeie als lasgeführer Wechselricher. Er erzeug die Gleichspannung U d. Da Wechselricherberieb vorlieg, is der Mielwer dieser Gleichspannung negaiv. m saionären Berieb is, wie beim Umkehrsromricher mi Kreissrom, U d = -U d. Arbeie die Synchronmaschine als Generaor, so muss der Sromricher in den Gleichricherberieb und der Sromricher in den Wechselricherberieb umgeseuer werden. m Sillsand kann die Synchronmaschine kein führendes Nez auf der Sekundärseie erzeugen, so dass das Anfahren z.b. durch Auf- und Zuseuern des eingangsseiigen Sromrichers im Tak der niedrigen Anfahrfrequenz erfolgen kann. Der lasgeführe Sromricher wird hinsichlich der Zündbefehle an seine Thyrisoren von der Maschinenwelle aus geseuer. Ein Geber, z.b. mi Hallsonden, erfass laufend die Polradsellung und leg danach die Zuschalung des Sändersromes d auf die Wicklungssränge fes. Für milere bis große Leisungen (00 kw - MW) ha sich die Technik des Sromrichermoors - meisens mi bürsenloser Erregung - durchgesez. G. Schenke, 9.04 Leisungselekronik FB Technik, Ab. E+ 6

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