Personenaufzug. Aufgabe 1: Grundlagen. Daten:

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1 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt 1 Personenaufzug Im Rahmen dieser Übung sollen unterschiedliche Antriebskonzepte für einen Personenaufzug untersucht werden. Dabei wird die Kabine über eine Treibscheibe und ein Getriebe von einem Elektromotor angetrieben. Zur Stabilisierung sind an der Kabine 4 gleiche Rollen angebracht. Ein zusätzliches Gegengewicht soll die Bewegungsvorgänge unterstützen. In der Kabine sollen sich maximal 6 Personen befinden. Zwischen den Rollen der Kabine und den Schachtwänden wirke insgesamt die richtungsabhängige Reibkraft F R (Roll und Lagerreibung). Alle weiteren Reibungseffekte werden vernachlässigt! Aufgabe 1: Grundlagen Zunächst soll ein Antriebskonzept mit einer Gleichstromnebenschlußmaschine (GNM) untersucht werden. Θ M+G GNM Motorwelle ü Getriebe R T 1 Treibscheibe m T V Antriebswelle Gegengewicht m G Rolle m R, R R Kabine m K F R Daten: Motor und Getriebe: Trägheitsmoment: Θ M+G = 0, 1 kg m 2 Übersetzung: ü = 60 Treibscheibe: Radius: R T = 0, 5 m Masse: m T = 300 kg Rolle (je): Radius: R R = 0, 125 m Masse: m R = 20 kg Fahrgast (je): Masse: m F = 75 kg

2 Masse der leeren Kabine: m K = 500 kg Masse des Gegengewichts: m G = 750 kg Maximale Geschwindigkeit der Kabine : V max = 1, 5 m s 1 Reibkraft (an der Kabine angreifend): F R = 600 N sign (V ) Erdbeschleunigung: g = 9, 81 m s 2 Die Treibscheibe und die Rollen sollen jeweils als Vollzylinder mit den angegebenen Werten betrachtet werden. Das Seil soll in den Berechnungen vernachlässigt werden. 1.1 Berechnen Sie das gesamte auf den Motor wirkende Trägheitsmoment Θ ges (Kabine voll besetzt). 1.2 Wie groß ist das gesamte auf den Motor wirkende Widerstandsmoment M W ges in Aufwärtsbewegung bei einer vollbesetzten Kabine? Berechnen Sie diesen Wert auch für die Abwärtsbewegung! 1.3 Ab wieviel Fahrgästen befindet sich der Motor bei aufwärts fahrendem Aufzug im motorischen Betrieb? 1.4 Berechnen Sie die Nennleistung P N des Motors für folgende Auslegungskriterien: Beim Anfahren mit Nennmoment (Kabine voll besetzt, Aufwärtsfahrt) soll zusätzlich der zweifache Wert des stationären Widerstandsmoments zur Beschleunigung zur Verfügung stehen. Außerdem soll der Motor bei halber Maximalgeschwindigkeit der Kabine mit Nenndrehzahl fahren. Die folgenden Aufgaben sind unabhängig von den bisherigen Ergebnissen lösbar. 1. Quereinstieg: allgemeine Fragen 1.5 Skizzieren und erläutern sie qualitativ das Grundprinzip einer DC DC Wandlung. 1.6 Welche Stellgrößen bzw. Stelleingriffe stehen dem Anwender zur Beinflussung des Verhaltens einer GNM zur Verfügung? Skizzieren Sie den Einfluß der jeweiligen Stellgrößenänderung in einem n m Diagramm. Die folgenden Aufgaben sind unabhängig von den bisherigen Ergebnissen lösbar. 2. Quereinstieg: Fahrvorgänge Es soll nun das dynamische Verhalten der GNM bei Aufwärtsfahrt untersucht werden. Für die GNM gelten nun allgemein neue Zahlenwerte (alle auf den Motor bezogen und bereits normiert): r A = 0, 2 m W 6 = 0, 5 T ΘN = 0, 8 s η mech = 1 m W 1 = 0, 1 T A 0 ψ = 1 Dabei entspricht m W 6 dem gesamten Widerstandsmoment bei voller Kabine und m W 1 dem Widerstandsmoment bei nur einem Fahrgast in der Kabine.

3 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt 2 Vom Erdgeschoß aus wird die vollbesetzte Kabine zunächst mit Nennmoment beschleunigt (Phase a) bis die natürliche Motorkennlinie (u A = 1) bei der Drehzahl n a erreicht wird. Danach wird auf dieser Kennlinie bis zur stationären Drehzahl n b weitergefahren (Phase b). 1.7 Nach welcher Zeit t a erreicht der Motor die Drehzahl n a? 1.8 Berechnen Sie für die Fahrt in Phase b den genauen Drehzahlverlauf n b (t). Leiten Sie dazu die Drehzahl Differentialgleichung her (keine Laplace Transformation)! Zum Abbremsen im ersten Stock wird der Motor auf i A = 0 geregelt, bis der Aufzug zum Stillstand kommt (Phase c). Bei Drehzahl n c = 0 wird dieser mechanisch festgehalten. 1.9 Skizzieren Sie den Bremsvorgang ausgehend von n b quantitativ in ein n t Diagramm. Nachdem fünf Personen den Aufzug verlassen haben, fährt dieser weiter nach oben. Dazu wird er zunächst mit dem Ankerstrom i A d = konstant beschleunigt (Phase d) bis die Kennlinie bei u A e erreicht wird. Auf dieser wird wieder bis zur stationären Drehzahl n e weitergefahren Wie muß i A d gewählt werden, um das selbe Beschleunigungsmoment zu erhalten wie in Phase a? Wie muß u A e gewählt werden, so daß n e = n b gilt? 1.11 Zeichnen sie den kompletten Fahrvorgang (Phase a e) ins vorgegebene n m Diagramm. Kennzeichnen Sie hierbei deutlich die einzelnen Phasen!

4 Aufgabe 2: Regelkreisanalyse Für ein möglichst genaues Anfahren jedes Stockwerks wird die GNM mit einer dreifachen Kaskadenstruktur lagegeregelt (Stromregler, Drehzahlregler, Lageregler). Zudem soll eine EMK Aufschaltung realisiert werden. Der Motor sei nennerregt (ψ = 1). Der Stromregler soll P I Verhalten, der Drehzahlregler und der Lagerregler sollen jeweils P Verhalten aufweisen. Das Widerstandsmoment m W wird als konstant angenommen. Daten: Motor (GNM): r A = 0, 2 T A = 20 ms Trägheitsmoment der Last: T ΘN = 0, 5 s Widerstandsmoment: m W = 0, 5 Stromregler (P I Verhalten): V Ri = 2 T Ri = 20 ms Drehzahlregler (P Verhalten): V Rn = 50 Lageregler (P Verhalten): V Rx = (gesucht) x soll = 1 Stromrichter (P Verhalten): V Str = Welchen Vorteil bringt eine EMK Aufschaltung? Nennen Sie drei Vorteile einer Kaskadenreglerstruktur! 2.2 Zeichnen Sie den kompletten Signalflußplan der Gleichstromnebenschlußmaschine und deren Regelung mit x soll, m W und ψ als unabhängige Eingangsgrößen, sowie der Lage x als Ausgangsgröße. Kennzeichnen Sie dabei deutlich die EMK Aufschaltung! 2.3 Wie groß muß die Reglerverstärkung V Rx mindestens gewählt werden, um maximal eine stationäre Regelabweichung von 1 % zu erreichen? Warum darf V Rx nicht beliebig erhöht werden? 2.4 Schlagen Sie mögliche Maßnahmen vor, wie eine höhere stationäre Genauigkeit erzielt werden kann. Aufgabe 3: Asynchronmaschinen Antrieb Bei Modernisierungsmaßnahmen soll der Gleichstrommaschinenantrieb des Aufzugs durch einen modernen umrichtergespeisten Asynchronmaschinen Antrieb (ASM) mit Kurzschlußläufer ersetzt werden. Diese Lösung bietet hinsichtlich Wartungsaufwand und Kosten einige Vorteile. Folgende Daten der ASM mit Kurzschlußläufer sind gegeben : L 1 = 72 mh L 2 = 72 mh M = 68.3 mh F 1N = 60 Hz Z p = 2 η mech = 1 N N = min M in = 60 Nm Ψ 1N = 0.98 V s R 1 0 R 2 = 0.2 Ω

5 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt 3 Alle Teilaufgaben sind unabhängig voneinander lösbar! 3.1 Berechnen Sie folgende Kenngrößen der vorgeschlagenen ASM: N synn, σ, U 1N, P N, M KN, s KN und s N. 3.2 Skizzieren Sie die stationäre Drehmoment Drehzahl Kennlinie dieser ASM für Nennspeisung. Kennzeichnen Sie dabei markante Punkte der Kennlinie (Schlupf!) und wichtige Betriebsbereiche. 3.3 Welche prinzipiellen Möglichkeiten der Kennlinienbeeinflussung bei Asynchronmaschinen kennen Sie? Charakterisieren Sie diese Verfahren kurz (Betriebsbereich, Kennlinienskizze, eventuelle Nachteile). 3.4 Zum Beschleunigen des Aufzugs soll die ASM das 3 fache Widerstandsmoment aufbringen (M W = 24 Nm). Berechnen Sie den dafür notwendigen Schlupf bei Nennspeisung. 3.5 a) Zeichnen Sie auf das beiliegende Hilfsblatt die auf ( U Ω 1 σl 1 = U 1 = reell) 1 normierte Ortskurve für den Raumzeiger des Statorstromes I 1 (Heyland Kreis) für die vorgeschlagene ASM. b) Bei einem Schlupf von s = 0.1 ergebe sich ein normierter Stromraumzeiger von U 1 I 1 U 1 = 0.27 j0.19 Ω 1 σl 1 Zeichnen Sie diesen Stromzeiger in das Hilfsblatt ein. c) Bestimmen Sie nun graphisch den Wert des Kippschlupfs s K. Bestimmen Sie weiterhin die Punkte s = 0, s = 1 und s auf dem Heylandkreis. d) Zeichnen Sie die Leistungslinie in das Hilfsblatt ein. Bestimmen Sie damit das Verhältnis von abgegebener mechanischer Leistung zu eingespeister Wirkleistung in dem eingezeichneten Betriebspunkt (siehe Punkt a)). e) Mit welcher Frequenz F 1 wird die Maschine in diesem Betriebspunkt gespeist, und mit welcher mechanischen Drehzahl N m dreht sie sich? 3.6 Welche beiden prinzipiellen Verfahren zur Regelung von Drehfeldmaschinen kennen Sie, und wodurch unterscheiden sich diese grundsätzlich?

6 Aufgabe 4: Umrichterantriebe Alle Teilaufgaben sind unabhängig voneinander lösbar! 4.1 Der netzseitige Stromrichter von Umrichterschaltungen ist meist als B6 Brücke mit Thyristoren realisiert. a) Wie groß ist der maximale Gleichspannungsmittelwert am Ausgang einer solchen B6 Brücke abhängig vom Effektivwert der anliegenden Phasenspannung U? Bei welchem Zündwinkel wird diese maximale Ausgangsspannung erreicht? b) Wie ist der natürliche Zündzeitpunkt α = 0 o definiert? c) Erklären Sie die Betriebsarten Gleichrichterbetrieb und Wechselrichterbetrieb einer B6 Brücke? 4.2 Erklären Sie die Begriffe netzgeführt, lastgeführt, selbstgeführt, Vierquadrantenbetrieb. 4.3 Umrichter können ohne und mit Energiespeicherung in einem Zwischenkreis aufgebaut sein. Wie bezeichnet man diese beiden Bauformen? Nennen Sie jeweils Vor und Nachteile beider Varianten. 4.4 Für die Aufzuganlage mit Asynchronmaschinenantrieb (Kurzschlußläufer) soll ein geeignetes Stellglied gefunden werden, das Vierquadrantenbetrieb ermöglicht. Dafür werden I Umrichter und U Umrichter näher betrachtet. a) Wodurch unterscheiden sich prinzipiell I Umrichter und U Umrichter hinsichtlich Aufbau und Funktion? Skizzieren Sie beide Varianten und benennen Sie die Funktionen der einzelnen Schaltungsteile. b) Welchen Vorteil bietet der U Umrichter hinsichtlich elektrischer Belastung der Maschine? c) Welche Steuereingriffe hat man jeweils mit beiden Umrichtertypen auf die ASM, und mit welchen Teilen der Schaltungen werden diese realisiert? 4.5 Welche Vorteile bietet ein mit abschaltbaren Ventilen (z.b. GTOs) aufgebauter maschinenseitiger Stromrichter beim I oder U Umrichter im Vergleich zu einem mit Thyristoren aufgebauten maschinenseitigen Stromrichter hinsichtlich Aufbau, Kommutierung und erreichbarer Taktfrequenz?

7 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt 4 Lösung zu Aufgabe 1: 1.1 Die auf die Motorwelle bezogenen Teil Trägheitsmomente Θ T (Treibscheibe), Θ K+G+F (Kabine, Gegengewicht und Fahrgäste), Θ R (Rollen translatorisch und rotatorisch) sowie das Gesamt Trägheitsmoment Θ ges ergeben sich mit der Anzahl Z F der Fahrgäste zu: Θ T = 1 ü 2 R2 T m T 2 Θ K+G+F = 1 ü 2 R2 T (m K + m G + Z F m F ) Θ R = 1 ü 2 R2 T 4 m R + 1 ü R2 T 4 R2 R m R 2 RR 2 2 Θ ges = Θ M+G + Θ T + Θ K+G+F + Θ R ( = Θ M+G + R2 T mt ü m K + m G + Z F m F + 3 ) 2 4 m R 1.2 Widerstandsmoment bei Aufwärtsfahrt M W auf und Abwärtsfahrt M W ab : = 0, 237 kg m 2 M W auf = R T ü M W ab = R T ü ( (mk m G )g + Z F m F g + 4 m R g + F R ) = 27, 89 Nm ( (mk m G )g + Z F m F g + 4 m R g F R ) = 17, 89 Nm 1.3 Die Bedingung für motorischen Betrieb lautet M W auf > 0: Auflösen der Gleichung nach der Anzahl der Fahrgäste Z F ergibt, daß sich die GNM bei 2 oder mehr Fahrgästen im motorischer Betrieb befindet: Z F m F g > (m K m G )g 4 m R g F R Z F > 1, Zunächst wird die Nenndrehzahl N N und das Nennmoment M MiN der GNM aus den Angaben bestimmt und auf die GNM bezogen. Die Nenngeschwindigkeit V N des Aufzugs ist mit V N = V max /2 = 0, 75 m s 1 gegeben. ü N N = V N = V max ü 2π R T 2 2π R T M MiN = 3 M W auf = 83, 67 Nm = 14, 32 s 1 P N = 2π N N M MiN = 7, 53 kw 1.5 Prinzip der DC DC Wandlung: Periodisches Ein und Ausschalten des Schalters S erzeugt eine variable mittlere Gleichspannung ŪV an der Last (siehe auch Buch 1, Seite 99, und 4. Übung). Mit der Periodendauer T, der Einschaltdauer t e (bzw, dem Tastverhältnis a) und der gegebenen Speisespannung U Q ergibt sich Ū V = t e T U Q = a U Q

8 S U V I d U Q D = F Last 1.6 Mögliche Stelleingriffe ergeben sich aus der Gleichung der normierten Kennlinie der GNM r A (1 + r V ) m Mi = ψ u A ψ 2 n Die folgende Abbildung zeigt die Auswirkung bei reduzierter Ankerspannung u A, Einführung eines Vorwiderstands r V, abnehmendem Fluß ψ (Feldschwächung!). n n n u A r V m Mi m Mi m Mi 1.7 Die Bestimmung der Schaltdrehzahl n a aus der normierten GNM Kennlinie mit dem Motormoment m Mi = 1 ergibt: n = u A m Mi r A = 1 1 0, 2 = 0, 8 = n a Mit dem während Phase a konstanten Beschleunigungsmoment m B = m Mi m W 6 = 0, 5 kann der Schaltzeitpunkt t a aus der Bewegungs Differentialgleichung bestimmt werden: T ΘN dn dt = m B = m Mi m W 6 t a = T ΘN n a m B = 1, 28 s 1.8 Wird die umgeformte Kennlinien Gleichung m Mi = (u A n)/r A in die Bewegungs Differentialgleichung der GNM eingesetzt, erhält man: T ΘN dn dt = m Mi m W 6 = u A r A n r A m W 6 Mit der Anfangsdrehzahl n 0 = n a = 0, 8, der Enddrehzahl n b = u A r A m W 6 = 0, 9 und der Zeitkonstante T ΘSt = r A T ΘN = 0, 16 ergibt sich als Lösung der Differentialgleichung: n b (t) = n b + ( n 0 n b ) e t/t ΘSt = 0, 9 0, 1 e t/0,16 s

9 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt Da das Motormoment m Mi = i A = 0 ist, ergibt sich ein negatives Beschleunigunsmoment m B = m Mi m W 6 = 0.5. Analog zu Aufgabe 1.7 kann der Drehzahlverlauf bei konstantem Motormoment berechnet werden. Die Dauer t Bremsen des Bremsvorgangs ergibt sich daraus als Lösung für die Drehzahl n c = 0. Der Drehzahlverlauf ist linear. n c (t) = m B T ΘN t + n b t Bremsen = (n b n c ) T ΘN m B = 1, 44 s n n b t Bremsen t 1.10 Während Phase d beträgt das Beschleunigungsmoment m B = 0, 5 und das Widerstandsmoment m W 1. i A d = m Mi = m B + m W 1 = 0, 6 Im stationären Fall gilt m B = 0. Mit der stationären Enddrehzahl n e = n b = 0, 9 und dem Motormoment m Mi = m W 1 ergibt sich 1.11 Fahrvorgänge der einzelnen Phasen: n u A e = n e + r A m Mi = 0, 92 1 n b = n e n S Phase e Phase b 0,5 Phase c Phase d Phase a 0,1 0,5 1 m W1 m W6 m Mi

10 Lösung zu Aufgabe 2: 2.1 EMK Aufschaltung: Kompensation der (physikalisch bedingten) EMK Rückkopplung, Einfache Regelkreisstruktur und auslegung möglich. Kaskadenstruktur: Einfache Regelkreise, Einfache Inbetriebnahme (von innen nach außen ), Begrenzung der Zwischengrößen möglich. x soll 2.2 V Rx n soll V Rn i A soll V Ri T Ri u A soll ( T Str 0) V Str =1 i A m W 1/r A T A T N 1 u A n m B x EMK- Aufschaltung e A 2.3 Zur Analyse werden alle Integrator Eingänge zu Null gesetzt: Für den P I Stromregler folgt i A soll = i A, für den Drehzahlintegrator folgt i A ψ = m W. Die Drehzahl (= Eingang des Lageintegrators) ist ebenfalls stationär Null. Damit folgt für x soll = 1: n = n soll n = i A soll V Rn = m W V Rn x = x soll x = n soll V Rx = m W V Rx m W 0, 01 V Rn = = n soll V Rx V Rn 0, 01 0, 5 0, = 1 V Rx darf u.a. aus Gründen der Stabilität nicht beliebig erhöht werden. 2.4 Entsprechende Korrektur von x soll, so daß x = 1 wird; Erweiterung des Lagereglers um einen I Anteil zu einem P I Regler. Lösung Aufgabe 3: Asynchronmaschinen Antrieb 3.1 N synn = F 1N Z p = 30 1 s σ = 1 M 2 L 1 L 2 = 1 = 1800 min 1 (68, 3 mh)2 (72 mh) 2 = 0, 1 U 1N = Ω 1N Ψ 1N = 2π , 98 Vs = 369, 45 V s P N = 2π M in N N = 2π 60 Nm = 10, 8 kw 60 s

11 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt 6 M 2 ( U1N M KN = 3 4 Z p σl 2 1L 2 s KN = R 2 = 0, 0737 Ω 1N σl 2 Ω 1N s N = 1 N N N synn = 0, 044 ) 2 = 180 Nm 3.2 M Mi M K M Mi(N=0) N=0 N syn s s=1 s K s=0 N motorisch generatorisch -M K instabil stabil instabil 3.3 Rotorvorwiderstände (nur mit Schleifringläufer möglich): Kennlinie wird flacher (weicher), erhöhte Verluste M Mi MK bleibt gleich flacher s K' s K N syn bleibt gleich N sk verschiebt sich ohne Vorwiderstand mit Vorwiderstand Ankerstellbereich: Ψ 1 = U 1 Ω 1 bleibt konstant Grenze: Ω 1 = Ω 1N, da dann U 1 = U 1N

12 M Mi M bleibt gleich K s ' K s verschiebt sich K s K N syn verschiebt sich N Feldschwächbereich: U 1 = U 1N, Ω 1 > Ω 1N, d.h. Ψ 1 sinkt Kennlinie wird flacher (weicher) M Mi M K M K' N syn N syn' N Feldschwächbereich Nennspeisung 3.4 Kloss sche Gleichung: M Mi = 2ss K M K s 2 + s 2 K Nennspeisung: M K = M KN = 180 Nm s K = s KN = 0, 0737 M Mi = 3 M W = 72 Nm s 2 2M KN s KN s + s 2 KN = 0 3M W s = 2M KN s KN ± 1 ( ) 2M 2 KN s KN 4s 2 KN 2 3M W 2 3M W = s ( KN ) 5 ± s = s KN 0, 2087 bzw. (s KN 4, 79) s = s KN 0, 2087 = 0, 0154 da s < s KN gelten muß für stabilen Betrieb

13 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt a) Mittelpunkt = 1+σ = 0, 55 2 Radius = 1 σ = 0, 45 2 b) siehe Hilfsblatt c) Schlupfgerade skalieren s K = 0, 3 Rest siehe Hilfsblatt d) P m = 3 U 1 AB P 1 = 3 U 1 AC P m P 1 = AB AC = 4, 85 cm 5, 4 cm = 0, 898 e) s K = P m P 1 = Ω m Z p Ω 1 N m = P m P 1 R 2 Ω 1 σl 2 F 1 = = N m Z p F 1 F1 Z p = 0, 898 R 2 2πσL 2 s K = 14, 736 s 1 2 0, 2 Ω 2π 0, 1 72 mh 0, 3 = 6, 616 s 1 = 397 min Entkopplung: Regelung der Drehzahl, Steuerung des Flusses Feldorientierung: Regelung von Fluß und Drehzahl = 14, 736 Hz Lösung Aufgabe 4: Umrichterantriebe 4.1 a) U di0 = 3 2 π U v = π Ausgangsspannung maximal bei Zündwinkel α = 0 U = 3 6 b) Der natürliche Zündzeitpunkt ergibt sich, wenn die Spannung am Thyristor in Vorwärtsrichtung positiv wird, wenn also die Amplitude der folgenden Phasenspannung größer wird als die aktuelle Phasenspannung. c) Gleichrichterbetrieb: 0 α < 90 Ausgangsspannung U d positiv Wechselrichterbetrieb: 90 α < 180 Ausgangsspannung U d negativ 4.2 netzgeführt: Kommutierungsblindleistung kommt aus dem Netz lastgeführt: Kommutierungsblindleistung kommt von der Last selbstgeführt: Kommutierungsblindleistung kommt vom lastseitigen Stromrichter Vierquadrantenbetrieb: Betrieb eines Antriebs in beiden Drehrichtungen (Spannungsrichtungen) bei beiden Momentenrichtungen (Stromrichtungen), d.h. Motor und Generatorbetrieb bei beiden Drehrichtungen und beiden Momentenrichtungen. π U

14 4.3 Direktumrichter: Vorteile: einfacher Aufbau, hohe Leistungen, preiswert Nachteile: nur für niedrige Frequenzen (= kleine Drehzahlen) Zwischenkreisumrichter: Vorteile: Entkopplung von Netz und Maschinenseite, beliebige Ausgangsfrequenzen Nachteile: erhöhter Aufwand durch zusätzliche Bauelemente teurer 4.4 a) Aufbau: beim U Umrichter netzseitig 2 B6 Brücken, im Zwischenkreis ein Kondensator beim I Umrichter netzseitig eine B6 Brücke, im Zwischenkreis eine Zwischenkreisdrossel Funktion: I Umrichter: ausgangsseitig eingeprägter Strom U Umrichter: ausgangsseitig eingeprägte Spannung I Umrichter: I z L D V 2 1 C 1 V 2 3 V 2 5 C 2 V 11 V 1 3 V 1 5 C 3 L 1 L 2 L 3 V 3 1 V 3 3 V 3 5 U N, fn V 3 4 V 3 6 V 3 2 U 1, f1 variabel C 4 C 5 ASM 3~ N, M Mi C 6 V 1 4 V 1 6 V 1 2 V 2 4 V 2 6 V 2 2 STR I STR II STR I: netzgeführter Stromrichter, Gleichrichtung der dreiphsigen Netzspannung Erzeugung des konstanten Zwischenkreisstroms (Strom- Zwischenkreisdrossel L D : glättung) STR II: Frequenz selbstgeführter Stromrichter, Erzeugung des Ausgangsstroms mit variabler

15 5 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, TU München Elektrische Antriebs und Umrichtertechnik Grundlagen der elektrischen Antriebe Übung 11 Blatt 8 U Umrichter: 62798;: <=?>A@4B4C D-E!F2G4D->A@ 6!798H:4:! #"%$'&("*)%+-,/ STR I: 2 netzgeführte B6 Brücken für beide Stromrichtungen Zwischenkreis: Erzeugung einer konstanten Zwischenkreisspannung (Glättung über L D und C) STR II: selbstgeführter Stromrichter für Ausgangsspannung mit variabler Frequenz und Amplitude b) Beim I Umrichter entsteht durch Einprägung von Stromblöcken in den Wicklungen nach U = L di/dt hohe Spannungsspitzen, die beim U Umrichter durch Einprägung von Spannungsblöcken vermieden werden. c) 1. Eingriff: Einstellung der Amplitude des Stroms (I Umrichter) bzw. der Spannung (U Umrichter) mit netzgeführtem Stromrichter. 2. Eingriff: Einstellung der Frequenz der Ausgangsgröße mit selbstgeführtem Stromrichter 4.5 Aufbau: Bauelemente zur Erzeugung der Kommutierungsblindleistung (Kondensatoren, Dioden) entfallen. Kommutierung: Zweige können in freier Reihenfolge getaktet werden (keine Phasenfolge, keine erzwungene Kommutierung) Taktfrequenz: Höhere Taktfrequenz und schnellere Kommutierung, dadurch sinusförmigere Ausgangsgrößen

16 Hilfsblatt: