Benutzte Bezeichnungen. Benutzte Quellen. Grundbegriffe. Leistungselektronik ~ AC. Aufschrift der Thema, die zum ersten Mal erscheint

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1 Benuze Quellen Benuze Bezeichnungen 2 Vorlesungen von Dr.-Ing. Vogelmnn, Universiä Krlsruhe Vorlesungen von Dr.-Ing. Klos, Universiä Krlsruhe Vorlesungen von Dr.-Ing. Crokol, Universiä Krlsruhe Hlbleier Schlungsechnik, ieze u., Schenk h. hp:// Aufschrif der hem, die zum ersen Ml erschein Aufschrif der hem, die schon beknn is eisungselekronik 3 Grundbegriffe 4 ernziel: Anworen uf folgende und ähnliche Frgen geben zu können: Ws verseh mn uner Kommuierung? Welche ypen Umricher gib es? Wie funkionieren die Gleichricher? Welche sind die Grundfunkionen der Spnnungsregler? Ws sind die Seller und wozu knn mn die benuzen? AC ~ AC Gleichsrom- Umricher (Seller) Wechselsrom- ~ Umricher ~ ~ AC AC Gleichricher ~ ~ DC DC Wechselricher DC DC 7_.CD I Vo

2 Kommuierung 5 Pulsbreienmodulion (Ohmsche s) 6 Die Übergbe eines Sromes von einem Sromzweig uf einen nderen, wobei während der Kommuierungsduer beide Zweige Srom führen können., D I B D 32 2 CD Schler (rnsisor) s (z.b. elisspule) Freilufdiode Nch dem bschlen des rnsisors fließ der im skreis fließenden Srom in gleicher ichung weier. r finde der Weg über die Diode und kling nch einer e-funkion b. i i D U C U Die ingngsspnnung wird mi Hilfe eines Schlers für die Zei n den Ausgng durchgeschle. Dnch wird der Schler für die Zei - usgeschle. u U u d U d = d= = d = I S S u d I U u d U d( eff ) = 2 d = U U d u () d eisungselekronik 7 Gleichricher 8 Gleichricher Ungeseuerer Gleichricher Spnnungsregler Geseuerer Gleichricher Seller Wechselricher Wechselsromumricher inweggleichricher Wechselsrom Mielpunkschlung Brückengleichricher Ungeseuerer Gleichricher (Diode) Geseuerer Gleichricher (hyrisor) 2

3 Ungeseuerer Gleichricher 9 Ungeseuerer Gleichricher inweggleichricher mi ohmscher s bei kleinen eisungen bei kleinen Spnnungen Mielpunkschlung Ungeseuerer Brückengleichricher Ungeseuerer Brückengleichricher Ohmsche s

4 Ungeseuerer Brückengleichricher 3 Ungeseuerer Brückengleichricher 4 Mielwer der Ausgngsspnnung bei ohmscher s ( ) u () = 2 U sin n /2 2 Udi = ud = ud () d = un() d = /2 = sin( ) d = /2 = cos( ) = = 2= =,9 U 2π π Ideelle Gleichspnnung Ohmsch-indukive s Ungeseuerer Brückengleichricher 5 Ungeseuerer Brückengleichricher 6 = mh = Ω = mh = Ω 4

5 Ungeseuerer Brückengleichricher 7 Ungeseuerer Brückengleichricher 8 = mh = Ω Ohmsche s mi dekondensor eisungselekronik 9 Spnnungsregler (Kennden) 2 Gleichricher Ungeseuerer Gleichricher Spnnungsregler Geseuerer Gleichricher Seller Wechselricher Wechselsromumricher Ausgngsspnnung und ihre olernz Mx. Ausgngssrom und Kurzschlusssrom Min. Spnnungsbfll (Spnnungsverlus = Dropou Volge) Unerdrückung von ingngsspnnungsschwnkungen (ine egulion) Ausregelung von ssromschwnkungen (od ejecion) 5

6 2 22 Spnnungsregler inerer Spnnungsregler rnsformor Gleichricher G Grundfunkion: Unerdrückung von ingngsspnnungsschwnkungen (ine egulion) Ausregelung von ssromschwnkungen (od ejecion) egler Kompror S p n n u n g s Siebglied s Uref inerer Spnnungsregler inerer Spnnungsregler u d Z D i i Z i О u О Т u d U О 2 C 2 3 C U = U Z U = U + I. = U I. (ohne s) d Z Z + Z i О + _ i О U = U + ( I I ). d Z Z + i i Z U = U U O Z B D 5 u d Z D uо Т 6

7 32_26.CD Inegrierer Fesspnnungsregler Inegrierer Fesspnnungsregler U e Sromquelle U eferenz Spnnung emperur SOA Srom D D 3 78 xx C C 2 Schlung eines einfchen Nezeils mi Fesspnnungsregler 32_26.CD (inerregler) U D 4 D 2 u e U Fold-Bck Kennlinie 32_26.CD I mx I Prinzip eines Schlnezeils eisungselekronik Gleichricher Ungeseuerer Gleichricher Spnnungsregler Geseuerer Gleichricher Seller Wechselricher Wechselsromumricher 7

8 Geseuerer Gleichricher 29 Geseuerer Gleichricher 3 inweggleichricher mi ohmscher s ( ) u = 2Usin( ) /2 2U u = ud = sin( ) d = α/ 2U 2U = = + α α/ 2π /2 [ cos( ) ] ( cos ) inweggleichricher mi indukiver s di u ( ) = 2 U sin ( ) ; u = ; u = u ( ) für >α/ d 2 U i () = u() τ dτ= sin( τ) τ= d α/ α/ 2 U 2 U = cos( τ ) = ( cos( α) cos( ) ) α/ Dieser Sromverluf gil nur vom Zündzeipunk bis der Srom wieder zu null wird. Dnn lösch der hyrisor. Vollgeseuerer Brückengleichricher 3 Vollgeseuerer Brückengleichricher 32 Ohmsche s bei Seuerwinkel = Ohmsche s bei Seuerwinkel > 8

9 33 34 Vollgeseuerer Brückengleichricher Vollgeseuerer Brückengleichricher Seuerkennlinie bei ohmscher s ( ) u () = 2 U sin n /2 2 Udα = ud = udd = und = α/ /2 = sin( ) d = α/ /2 = cos( ) = α/ = + cos( α) 2π + cos( α) 2 α Udα = Udi = Udi cos 2 2 U U dα di,75,5,25 7_5.CD I Vo π 2 Seuerkennlinie π α mi glem Srom Vollgeseuerer Brückengleichricher eisungselekronik Ausgngsspnnung bei Änderung der Ausseuerung zwischen und 5 Grd Gleichricher Ungeseuerer Gleichricher Spnnungsregler Geseuerer Gleichricher Seller Wechselricher Wechselsromumricher 9

10 37 38 Seller iefsezseller (U 2 < U ) Drosselwndler iefsezseller Bei geschlossenem Schler wird die Speicherdrossel ufmgneisier. Der Srom kommuier nch dem Ausschlen uf die Freilufdiode. Hochsezseller Bei geschlossenem Schler wird die Speicherdrossel ufmgneisier. Der Srom kommuier nch dem Ausschlen uf die Freilufdiode. Inverer Bei geschlossenem Schler wird die Speicherdrossel ufmgneisier. Der Srom kommuier nch dem Ausschlen uf die Freilufdiode. Die Ausgngsspnnung wird negiv bis 2 kw bis 2 kw bis 2 kw Anriebsechnik bis 2 kw U U rzeugung von Zwischenkreisspnnungen bei nezfreundlichen Nezeilen U U rzeugung von Hilfsspnnungen U Schlbild Zwei Schlersellungen des rnsisors in - Aus zwei Zusände: Schlersellung in Zusnd : u =, ud = U, u = u U = U U, u = U < d D () ( ) = I + ( U U2) / i = I+ ud= I+ U U d= Am nde der inschlerduer rszschlbild in ( ) ( ) i= = I= I+ U U 2 / 39 4 iefsezseller (U 2 < U ) iefsezseller (U 2 < U ) Schlbild Schlersellung Aus Zusnd 2: (solnge i d > ) u = U, u =, d u = u U = U, u = 2 2 d D i () = I+ ud = I+ ( U2) d= / ( ) ( )/ / ( ) = I U = 2 = I + U U U = 2 2 = I + U / U / 2 rszschlbild Aus Ausschlerduer A = - ( ) 2 2/ ( ) i= = I = I U = = I U / = I + U/ U / 2 A 2

11 iefsezseller (U 2 < U ) 4 iefsezseller (U 2 < U ) 42 Sromänderung in der kperiode I 2 Δ i= I I = 2 ( )/ / A ( U U2) / U2/ ( ) = I + U U U I = 2 2 = = Δ i= U / U / 2 Im sionären Berieb gleich sich der Srom in ufeinnderfolgenden Perioden. s beseh dnn ein feser Zusmmenhng zwischen dem Verhälnis der Spnnungen und dem sverhälnis. Δ i= = U/ U2/ U2 = = U Hochsezseller (U < U 2 ) 43 Hochsezseller (U < U 2 ) 44 Im Schlzusnd Aus des rnsisors speis die Drossel ihren Srom in die Spnnungsquelle U 2 : Im Schlzusnd in des rnsisors lieg die Spnnung U n der Drossel: i() = I + ud = I + Ud = = I + U/ Am nde der inschlerduer ( ) / i = I = I + U i() = I+ ud = I+ ( U U2) d = ( )/ ( ) = I + U U 2 Zu Beginn der nächsen kperiode: ( ) = + ( 2) / ( ) = I U/ ( U U2) / ( ) = I + U/ U2/ ( ) i I U U = + + = Im sionären Berieb sind die Sröme m Anfng und nde der kperiode gleich. s beseh dnn ein feser Zusmmenhng zwischen dem Verhälnis der Spnnungen und dem sverhälnis. U = = U 2

12 Inverer 45 Hlbbrücke 46 2 = u d = U + UA 2 mi = und = / U = U = U = U / A 2 UA = U In einer Hlbbrücke sind der iefsez- und der Hochsezseller verein. Die Spnnung U 2 is immer kleiner ls die Spnnung U. Schle der rnsisor und wirk die Diode D 2 ls Freilufdiode, dnn rbeie die Hlbbrücke ls iefsezseller. Die nergie fließ bei posiivem Drosselsrom i d von U zu U 2. Schle der rnsisor 2 und wirk die Diode D ls Freilufdiode, dnn rbeie die Hlbbrücke ls Hochsezseller. Die nergie fließ bei negivem Drosselsrom i d von U 2 zu U. D der Srom i d beide ichungen nnehmen knn, die Spnnung u d jedoch nur eine, knn die Hlbbrücke ls Zwei-Qudrnen-Seller rbeien. Brücke 47 Vier-Qudrnen-Seller 48 Schler S,S2 ein und S3,S4 us Schler S3,S4 ein und S,S2 us Schler S,S3 ein oder S2,S4 ein U = U U = - U U = Die Brücke sez sich us zwei Hlbbrücken zusmmen. Die Ausgngsspnnung u d is die Differenz der Ausgngsspnnungen der beiden Hlbbrücken und knn jez beide Polriäen nnehmen. Ddurch knn die Brücke ls Vier-Qudrnen-Seller rbeien. 2 U = u () d = U U ( ) = U d = [ ] U = U 2 2

13 eisungselekronik 49 Vier-Qudrnen-Seller 5 Gleichricher Ungeseuerer Gleichricher Spnnungsregler Geseuerer Gleichricher Seller Wechselricher Wechselsromumricher U Prkische Ausführung mi IGB-rnsisoren S S 3 D D 3 s C D 4 S 4 U D 2 S 2 32_Umr.CD Pulsbreienmodulion Wechselumricher Mi Hilfe einer dreieckförmigen Hilfsspnnung und einem Kompror werden die Seuersignle für die rnsisoren erzeug eisungselekronik 5 Wechselsromumricher 52 Gleichricher Ungeseuerer Gleichricher Spnnungsregler Geseuerer Gleichricher Seller Wechselricher Wechselsromumricher rgänz mn die Schlung des Vierqudrnensellers durch einen weieren Brückenzweig, so h mn wie bei Drehsrom drei Ausgänge zur Verfügung Umricherschlung zur rzeugung eines frequenz- und mpliuden vriblen Drehsromnezes 3