Leistungselektronische Schaltungen

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2 Leistungselektronische Schaltungen

3 Dierk Schröder Leistungselektronische Schaltungen Funktion, Auslegung und Anwendung 2. Auflage 123

4 Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing.h.c. Dierk Schröder Technische Universität München Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme Arcisstr München Deutschland ISBN e-isbn DOI / Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. c 2008 Springer-Verlag Berlin Heidelberg Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Satz: digitale Druckvorlage des Autors Herstellung: le-tex publishing services ohg, Leipzig, Deutschland Einbandgestaltung: estudio Calamar S.L., F. Steinen-Broo, Girona, Spanien Gedruckt auf säurefreiem Papier springer.de

5 Vorwort 2. Auflage Die Leistungselektronik hat ihre Bedeutung in den vergangenen Jahren kontinuierlich auf der ganzen Breite erweitert. Dies gilt für bereits grundsätzlich bekannte Schaltungsvarianten wie dem Direktrichter, dem Stromrichtermotor oder Drehstromantriebe mit Klemmenspannungen über 1 kv. Beispielsweise wurden Direktumrichter mit einer Leistung von je 100 MW bei doppeltgespeisten Ansynchronmotor Antrieben mit 331 MVA für Pumpenspeicherantriebe realisiert. Ein anderes Beispiel sind Kompressorantriebe für Gasverflüssigung mit bis zu 65 MW Leistung, die die bisher verwendeten Gasturbinenantriebe ersetzen. Weiterhin werden inzwischen in großem Umfang drehzahlvariable Antriebe mit selbstgeführten Wechselrichtern für Klemmenspannungen größer 1 kv realisiert. Die Erweiterung der Anwendungsfelder erfolgte bereits beispielsweise sowohl bei den Windkraftwerken als auch bei der Photovoltaik und könnte in naher Zukunft auch den Bereich der Hybrid-Fahrzeuge umfassen. Eine weitere positive Änderung der Situation ist, daß inzwischen auch rückwärtssperrende Bauelemente wie der RGCT zur Verfügung stehen und damit der I Wechselrichter wesentlich einfacher zu realisieren ist. Zusätzlich sind SiC Bauelemente verfügbar, so daß der reverse recovery Effekt nicht mehr relevant ist und sich somit Verbesserungen beispielsweise im Wirkungsgrad ergeben. Die Leistungselektronik hat sich somit sowohl vom Leistungsbereich als auch von der Schaltungstechnik erweitert. Es ist damit sinnvoll, auch alte Schaltungsvarianten, wie die doppeltgespeiste ASM, sowohl von der Funktion als auch von der Bemessung der Bauelemente in der leistungselektronischen Schaltung her, im Text dieses Buches beizubehalten. Selbstverständlich werden auch neuere Entwicklungen wie die brückenlose PFC Schaltung, die Mehrpunkt Wechselrichter in den neuesten Schaltungsvarianten, aktive Filter oder die Zusatzbeanspruchungen der Drehfeld Maschinen aufgrund steiler Schaltflanken aufgenommen. Ich wünsche, daß alle Leser dieses Buches viele Anregungen für die tägliche Arbeit erhalten. München, im Frühjahr 2008 Dierk Schröder

6 Vorwort 1. Auflage Mit dem Lehrbuch Elektrische Antriebe 4, Leistungselektronische Schaltungen liegt das vierte Buch der Reihe Elektrische Antriebe vor. Dieser Band baut auf dem Buch Elektrische Antriebe 1, Grundlagen auf. In Band 1 wurden unter anderem phänomenologische Vorstellungen der verschiedenen Stromrichter-Stellglieder und damit ihrer grundsätzlichen Funktion gegeben. Außerdem wurden auch die Abwandlungen der Stromrichterschaltungen aufgrund der historisch bedingten Verfügbarkeit der Leistungshalbleiter dargestellt. Um in dem vorliegenden Band eine geschlossene Vorstellung des Gebiets der Stromrichterschaltungen zu erhalten, wird jeweils zu Beginn für jede Schaltungsart die phänomenologische Vorstellung des ersten Buchs mit aufgenommen und um die mathematischen Zusammenhänge erweitert. Damit ist eine solide Basis gegeben, um die in den Lehrbüchern und in der Literatur im allgemeinen nur angedeutete Auslegung von Stromrichterschaltungen ausführlich zuerläutern; dies ist der erste Schwerpunkt dieses Bandes. Bei der Auslegung von Stromrichter Stellgliedern wird ein zutiefst ingenieurtypisches Vorgehen verlangt, das hohe Anforderungen an den verantwortlichen Ingenieur stellt. Die hohen Anforderungen sind bedingt durch die Forderungen, erstens eine jahrelange einwandfreie Funktion sicherzustellen, zweitens eine wirtschaftlich konkurrenzfähige Lösung zu finden und drittens zu beachten, daß nicht alle Anforderungen und Randbedingungen sowie die kombinatorischen Streuungen genau bekannt sind. Ich bin deshalb überzeugt, daß eine Einführung in die Auslegung von Stromrichterschaltungen in einem Lehrbuch und Nachschlage Handbuch zwingend notwendig ist. In diesem Zusammenhang möchte ich mich bei ehemaligen Mitarbeitern in der Industrie bedanken, die mir sehr bei der Realisierung dieses angestrebten Zieles geholfen haben. Der zweite Schwerpunkt dieses Buches sind Schaltungsvarianten wie die resonanten Schaltungstopologien, die insbesondere bei speziellen Anforderungen wie sie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt bestehen ihre Bedeutung haben. Eine weitere Aufgabe ist die Darstellung von Stromrichterschaltungen sowie deren Steuerung und Regelung für die Kompensation von Netzrückwirkungen oder die Verbesserung der Energieübertragung mittels FACTS.

7 VII Das Gelingen eines Buches mit der gewünschten Zielsetzung ist ein sehr komplexes Vorhaben, und ich möchte mich bei meinen wissenschaftlichen Mitarbeitern hier insbesondere Herrn Akad. Direktor Dipl.-Ing. G. Hoffstätter für ihre Unterstützung bei der Erstellung des Bandes bedanken. Meiner Familie danke ich sehr für ihr Verständnis und ihre Unterstützung bei diesem Vorhaben. Dem Leser wünsche ich viel Freude beim Studium dieses Buches und bitte, Tippfehler anzumerken und mir Hinweise für Verbesserungen des komplexen Themas zu geben, vielen Dank. München, im Herbst 1997 Dierk Schröder

8 Inhaltsverzeichnis 1 Stromrichterschaltungen (Übersicht) Grundfunktionen von Stromrichtern Einteilung der Stromrichter nach der Art der Kommutierung Netzgeführte Stromrichter Zweipuls Mittelpunktschaltung (M2 Schaltung) Ohmsche Last Ideale Glättung Allgemeine ohmsch induktive Last Gegenspannung im Lastkreis Netzgeführte Kommutierung Wechselrichterbetrieb Wechselrichterkippen Oberschwingungen und Netzrückwirkungen Oberschwingungen auf der Lastseite Ohmsche Last Ideale Glättung Oberschwingungen auf der Netzseite Ohmsche Last Ideale Glättung Netzrückwirkungen Blindleistung und Leistungsfaktor Ohmsche Last Ohmsch induktive Last Transformator Auslegung Gleichstrom Vormagnetisierung M2 Schaltung M3 Schaltung Transformator Bauleistung Dreipuls Mittelpunktschaltung (M3) M3 Schaltung mit Netztrafo in Dy Schaltung M3 Schaltung mit Netztrafo in Yz Schaltung

9 X Inhaltsverzeichnis 2.6 Brückenschaltungen Zweipuls Brückenschaltung (B2 Schaltung) Sechspuls Brückenschaltung (B6 Schaltung) Gegenüberstellung von Mittelpunkt- und Brückenschaltungen Höherpulsige Schaltungen Sechspuls Mittelpunktschaltung (M6 Schaltung) Zwölfpuls Brückenschaltung Zwölfpuls Saugdrosselschaltung Umkehrstromrichter Kreisstromfreie Gegenparallelschaltung Kreisstrombehaftete Kreuzschaltung H Schaltung Blindleistungssparende Schaltungen Schaltungen mit Freilaufdiode Halbgesteuerte Sechspuls Brückenschaltung (B6H Schaltung) Zu- und Gegenschaltung von Teilstromrichtern B6 Schaltung mit Hilfsthyristoren Halbgesteuerte Zweipuls Brückenschaltungen (B2H Schaltung) Folgesteuerung von Teilstromrichtern Löschbare unsymmetrische Brückenschaltungen Sektorsteuerung Löschbare unsymmetrische Brückenschaltung (LUB) Direktumrichter Trapezumrichter Einphasiger Trapezumrichter Mehrphasiger Trapezumrichter Frequenzelastischer Trapezumrichter Steuerumrichter Schaltungsvarianten des Direktumrichters Wahl der Umkehrstromrichter Schaltung der Last Schaltungsvarianten des Umrichters Frequenzbeschränkung beim Direktumrichter Auslegungskriterien Regelung der direktumrichter gespeisten Synchronmaschine Stationäres Flußmodell Dynamisches Flußmodell Stromregelkreise Trapezbetrieb Synchronmaschine Ausführungsbeispiele Matrixkonverter Prof. Dr. J. W. Kolar, Dr. F. Schafmeister, ETH Zürich

10 Inhaltsverzeichnis XI Einleitung Konzepte dreiphasiger AC/AC Konverterschaltungen AC/AC Konverter mit Zwischenspeicher AC/AC Matrixkonverter Klassifizierung AC/AC Konverter mit Spannungszwischenkreis Grundfunktion Spannungskonversion und Raumzeigermodulation Stromkonversion Funktions Ersatzschaltbild AC/AC Konverter mit Stromzwischenkreis Grundfunktion Stromkonversion und Raumzeigermodulation Spannungskonversion Funktions Ersatzschaltbild AC/AC Umrichter mit Spannungszwischenkreis ohne Energiespeicher Grundfunktion Spannungsübersetzungsverhältnis Indirekter Matrixkonverter Ableitung der Schaltungsstruktur Spannungs- und Stromkonversion Raumzeigermodulation Funktions Ersatzschaltbild Vereinfachte Schaltungstopologien indirekter Matrixkonverter Sparse Matrix Converter Ultra-Sparse Matrix Converter Very-Sparse Matrix Converter Direkter Matrixkonverter Grundfunktion Schaltzustände Rotierende Strom- und Spannungsraumzeiger Feststehende Strom- und Spannungsraumzeiger Relation der Schaltzustände von CMC und IMC Raumzeigermodulation des CMC Mehrschrittkommutierung des CMC Erweiterungen der Matrixkonverter-Grundstrukturen Indirekte Dreipunkt-Matrixkonverter IMC mit nach Eingangsphasen getrennten Zwischenkreisen Matrixkonverter in Vollbrückenschaltung Hybride Matrixkonverter Diskussion Ausgangsspannungsbereich und Betriebseigenschaften Modulation

11 XII Inhaltsverzeichnis Kommutierung Zwischenkreiskondensator und Ride-through EMV-Filter Verluste und Effizienz Komplexität der Schaltung und Realisierungsaufwand Kühlung und Baugrösse Regelung Stillstand und Gleichheit von Ein- und Ausgangsfrequenz Ausblick Untersynchrone Stromrichterkaskade (USK) Aufbau und Funktion Quasistationäre Regelung der untersynchronen Kaskade Die USK und Netzrückwirkungen Auslegung der untersynchronen Kaskade Asynchronmaschine mit Schleifringläufer Anlaßwiderstand Gleichrichterbrücke Wechselrichterbrücke Zwischenkreisdrossel Blindleistungskompensation Schaltspannungsschutz Vorfluten der Dioden Sonderausführungen Umschaltbare Kaskade Zwölfpulsige Ausführung Schaltungen bei Netzunterbrechungen und Netzumschaltungen Zusammenfassung Stromrichtermotor Prinzipielle Funktion Drehmomentverlauf Einfluß der Zwischenkreisdrossel Erregung der Synchronmaschine Steuerung und Auslegung Lastgeführte Kommutierung Auslegung des Systems Schonzeitregelung der Thyristoren Regelung des Stromrichtermotors Ausführungsbeispiel

12 Inhaltsverzeichnis XIII 6 Selbstgeführte Wechselrichter mit eingeprägtem Strom (I Umrichter) Prinzipielles Systemverhalten Kommutierung des selbstgeführtenwechselrichters Auslegungsgang beim I Umrichter mit Phasenfolgelöschung Kritische Betriebszustände Beanspruchung der Umrichterelemente Kommutierungs Kondensator Thyristoren Dioden Kommutierungsdrosseln, Stufendrosseln Entlastungsschaltungen (TSE Beschaltungen) Umrichter mit Zusatzschaltung Auslegung der Einspeisung Netzgeführter Stromrichter Zwischenkreisdrossel Auslegung der Asynchronmaschine Betrieb mit Normmotoren Stern- bzw. Dreieckschaltung der Maschine Kleiner Stromhub Beanspruchung der Motorisolation Anwendungsbeispiele Steuer- und Regelverfahren Weiterentwicklungen der selbstgeführteni Umrichter I Umrichter mit abschaltbaren Bauelementen Schaltzustände im I Wechselrichter mit abschaltbaren Bauelementen Schaltentlastung für blockierfähigegtos Kommutierungsvorgang Abschließende Bemerkungen Gleichspannungswandler (Gleichstromsteller) Prinzip des Gleichspannungswandlers (Tiefsetzsteller) Gleichspannungswandler mit nicht abschaltbaren Bauelementen Gleichspannungswandler Grundschaltung (Tröger Schaltung) Sperrspannungsfreie Gleichspannungswandler Schaltung Weitere Schaltungs Abwandlungen mit Löschkreis Gleichspannungswandler mit abschaltbaren Bauelementen Gleichspannungswandler Grundschaltung mit GCT/GTO Gleichspannungswandler mit GTO und RCD Beschaltung Schaltung mit zusätzlichemspannungsbegrenzer Verlustfreie Entlastungsschaltungen nach Boehringer Verlustfreie Entlastungsschaltung (1) nach Boehringer

13 XIV Inhaltsverzeichnis Verlustfreie Auschalt Entlastung (2) nach Boehringer Verlustfreie Entlastungsschaltung (3) nach Boehringer Verlustfreie Entlastungsschaltung nach Marquardt Zusammenfassung Entlastungsschaltungen Grundlegende Steuerung und Regelung von Gleichspannungswandlern Pulsweitensteuerung Pulsfolgesteuerung Zweipunktregelung des Gleichspannungswandlers Gleichstromstellerschaltungen für Ein- und Mehr-Quadrant-Betrieb Motorischer Ein Quadrant Betrieb Generatorischer Ein Quadrant Betrieb Zwei Quadrant Betrieb mit Ankerstromumkehr Zwei Quadrant Betrieb mit Ankerspannungsumkehr Vier Quadrant Betrieb Interleaved Wandler Leistungsfaktor Korrektur Weitere Abwandlungen der Gleichstromsteller-Schaltungen Prof. Dr. M. Reddig, Augsburg 8 Selbstgeführte Wechselrichter mit eingeprägter Spannung (U Wechselrichter) Einführung Zweipunkt Wechselrichter Grundfrequenztaktung und Drehspannungssystem Spannungssteuerung Kommutierungsschaltungen U Umrichter mit variabler Zwischenkreisspannung Zweipunkt Wechselrichter mit Gleichstromsteller Ungesteuerte netzseitige Diodenbrücke Gleichstromsteller Zweipunkt Wechselrichter Funktionsweise Kommutierung des Wechselrichters mit Summenlöschung Netzgeführter Stromrichter als Einspeise Stellglied Pulsverfahren, Pulsweitenmodulation Randbedingungen Zweipunktregelung Pulsweitenmodulation Unterschwingungsverfahren Sinus Dreieck Modulation allgemein Sinus-Dreieck PWM mit Zwischenpulsverschiebung Injektion von Harmonischen in das Grundschwingungssignal Rechteck-Dreieck-Modulation Rechteck-Dreieck-PWM; Oberschwingungen

14 Inhaltsverzeichnis XV Übermodulation Übersteuerung Raumzeigermodulation Übermodulation Raumzeigermodulation Prof. Dr. A. M. Khambadkone, The National University of Singapore PWM mit abgetastetem Sollwertsignal Direkte PWM Optimierte Pulsmustererzeugung Wechselrichter Spannungsfehler Mehrpunkt Wechselrichter Dreipunkt Wechselrichter, prinzipielle Funktion Nullpunkt Stabilisierung Spannungsbeanspruchung und Leistung Diode Clamped Wechselrichter, Realisierung Aktiver NP Wechselrichter Imbricated Mehrpunkt Wechselrichter Kaskadierte Mehrpunkt Wechselrichter Hybride Mehrpunkt Wechselrichter Modulationsverfahren für Mehrpunkt Wechselrichter Blockbetrieb Mehrpunkt Wechselrichter Pulsweitenmodulation Mehrpunkt Wechselrichter Raumzeigermodulation, Mehrpunkt Wechselrichter Auslegung eines Drehstromantriebs mit Pulswechselrichter Bemessung der frequenzgesteuerten Asynchronmaschine Dimensionierung des Pulswechselrichters Pulsationsmomente Gleichspannungs Zwischenkreis Eingangsschaltungen und Bremsbetrieb Anwendungsbereiche der Pulswechselrichter Selbstgeführte Thyristor Wechselrichter mit Phasenlöschung Schaltung und Arbeitsweise Dimensionierung der Schaltung (Übersicht) Grundgleichungen der Kommutierung Kommutierungsbedingung Thermische Belastung der Lastthyristoren Schalt- und Kommutierungsstromverluste Laststromverluste (Durchlaßverluste) Gesamte Verlustleistung in den Lastthyristoren Bestimmung der Kommutierungselemente Kriterien zur Auswahl der Kommutierungselemente Beschaltung von Leistungshalbleitern RCD Schutzbeschaltung mit Überlaufkondensator Einschaltvorgang Ausschalten großer Lastströme Ausschalten kleiner Lastströme

15 XVI Inhaltsverzeichnis Unsymmetrische Beschaltung Einschaltvorgänge Ausschalten großer positiver Lastströme Ausschalten großer negativer Lastströme Ausschalten kleiner Lastströme Symmetrische Schutzbeschaltung Einschaltvorgang Ausschalten großer Lastströme Ausschalten kleiner Lastströme Vergleich der Schutzbeschaltungen Abschließende Hinweise Auslegungsbeispiel füreinengto U Wechselrichter Einführung Orientierende Festlegung der Zwischenkreisspannung Weiterführende Überlegungen zur Bestimmung der Sperrspannung der Halbleiter Schutzkonzept eines U Umrichters Orientierende Festlegung des abzuschaltenden Stroms Weiterführende Überlegungen zum abschaltbaren Strom der GTOs und zur Beschaltung Quervergleich der bisherigen Ergebnisse Auslegung des Zwischenkreiskondensators Sicherheitsfaktoren Verluste, Schaltfrequenzen, Kühlung Zusammenfassung Zusatzbeanspruchungen der Drehfeldmaschine Prof. Dr. A. Binder, Darmstadt Einleitung Spannungsreflexionen an den Maschinenklemmen Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen auf verlustfreien Maschinenzuleitungen bei Reflexionskoeffizienten r = ± Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen auf verlustfreien Maschinenzuleitungen bei Reflexionskoeffizienten r < Kritische Länge der Maschinenzuleitung Transiente Spannungsverteilung in der Maschinenwicklung Beanspruchung der Wicklungsisolierung bei Umrichterspeisung Umrichterbedingte Lagerströme in elektrischen Maschinen Gleichtaktspannung der Statorwicklung gegen Erde Entladeströme in den Lagern Kapazitive Umladeströme Hochfrequenter über die Lager fließender Kreisstrom Hochfrequenter Rotor Erdstrom Systemauslegung von umrichtergespeisten Drehstromantrieben bei großem du/dt

16 Inhaltsverzeichnis XVII Kapazitive Ladeströme der Maschinenzuleitungen Umrichterausgangs Filter Motoreingangsimpedanzen zur Reflexionsvermeidung Maßnahmen zur Verringerung oder Vermeidung von umrichterbedingten Lagerströmen Fehlerstromschutzschalter bei umrichtergespeisten Antrieben Resonant schaltentlastete Wandler Die Zellenstruktur der Gleichspannungswandler Resonante Schaltentlastung: Grundüberlegungen Einführung Nullspannungsschalter (ZVS) Nullstromschalter (ZCS) Quasi-resonante und multi-resonante Wandler Eine Gegenüberstellung Quasi-resonante Zellwandler Die quasi-resonanten Wandlerzellen in der Phasenebene Quasi-Resonant Zero-Voltage-Switching (QR ZVS) Quasi-Resonant Zero-Current-Switching (QR ZCS) Die Gleichungen aller quasi-resonanten Zellen Bewertung der quasi-resonanten Zellen Multi-resonante Zellwandler Die multi-resonante ZVS-Wandlerzelle im Phasenraum Die vier Betriebsmodi Resonante Brückenschaltungen Serien-Parallel-Resonanz-Brückenschaltung Serien-Parallel-Resonanz-Brückenschaltung mit konstanter Schaltfrequenz Analyse resonanter Schaltungen Serien-Resonanz-Wandler bei induktiver Betriebsweise (ZVS) Serien-Parallel-Resonanz-Wandler bei induktiver Betriebsart (ZVS) Zusammenfassung resonante Gleichspannungswandler Transient-resonante Gleichspannungswandler Einführung Die transient-resonanten Schalter Transient-resonante Zellwandler Transient-resonante Brückenwandler Dreiphasige resonante Wechselrichter Einführung Der ARCPI (Auxiliary Resonant Commutated Pole Inverter) Der NLRPI (Non Linear Resonant Pole Inverter) Der MACRDCLI (Modified Active Clamped Resonant DC Link Inverter) Der PRDCLI (Parallel Resonant DC Link Inverter)

17 XVIII Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung resonanter Dreiphasen Wechselrichter Leistungselektronische Blindleistungs Kompensation Einführung: Verbraucher Kompensation in Industrienetzen Spannungsstabilisierung in Übertragungsnetzen Blindleistungsquellen Synchronmaschinen Parallelkondensatoren Serienkondensatoren Dynamische Blindleistungsquellen Sättigbare Spulen Netzgeführte Stromrichter Stellglieder Thyristor geschaltete Kondensatoren Thyristor gesteuerte Spule (TCR) Herkömmliche Steuer- und Regelverfahren Weiterführende Überlegungen Stellglieder Selbstgeführte Stellglieder als Kompensator Weitere Überlegungen PrädiktiveSignalverarbeitung Flexible AC Transmission Systems (FACTS) Sondergebiete der Leistungselektronik Stromrichter für elektrische Triebfahrzeuge Dr. H.-G. Eckel, Nürnberg Netzspannungen in der Traktion Traktion für DC-Netze Gleichstromsteller mit Gleichstrommotor Stromzwischenkreisumrichter mit ASM Spannungszwischenkreisumrichter mit ASM Traktion für AC-Netze Antriebssysteme mit Wechselstrom- und Mischstrommotor Antriebssysteme mit Drehstrommotor Antriebssysteme für mehrere Netzspannungen Mehrsystemstromrichter für AC 15kV und 25kV Mehrsystemstromrichter für AC und DC 750 V / 1500 V Mehrsystemstromrichter für AC und DC 3000 V Mehrsystemstromrichter für AC, DC 3000 V und DC 1500 V Dieselelektrische Systeme Umrichtertechnik Leistungshalbleiter in der Traktion Three-Phase Active Filters for Power Conditioning Prof. Dr. H. Akagi, Tokyo Institute of Technology, Japan Introduction Voltage Harmonics in Power Systems

18 Inhaltsverzeichnis XIX Harmonic-producing loads Voltage THD and 5th-harmonic voltages Traditional Passive Filters Circuit configurations Consideration to installation Pure Active Filters for Power Conditioning Circuit configurations of shunt and series active filters Three-phase voltage-source and current-source PWM converters Three-phase pure active filters Trends in pure active filters Series Active Filters System configuration Operating principle Design and effect of switching-ripple filters Experimental results - Series Active Filters Hybrid Active Filters for Harmonic-Current Filtering Circuit configurations Experimental waveforms Low-Voltage Transformerless Hybrid Active Filters The 480V hybrid active filter The 480V pure active filter Design of the 480V hybrid active filter Comparisons between the 480V hybrid and pure filters The 400V Hybrid Active Filter System configuration Start-up procedure Steady-state performance of the passive filter used alone Steady-state performance of the hybrid filter Transient-state performance of the hybrid filter Medium-Voltage Transformerless Hybrid Active Filters Practical Applications of Active Filters Application to harmonic-current filtering Application to voltage-flicker reduction Conclusions Elektronische Energiewandler für photovoltaische Solarenergieanlagen Prof. Dr. P. Zacharias, Kassel Einleitung Grundsätzliche Zielstellungen und Anforderungen Gestaltung der Energiewandlungskette DC/AC für PV Systeme Situation bei den Halbleiterschaltern MPP Tracking Schaltungstopologien für netzgekoppelte Photovoltaik Wechselrichter

19 XX Inhaltsverzeichnis Konzepte mit isoliertem Photovoltaikgenerator Transformatorlose Wechselrichter Weitere Entwicklung Erwartete Trends und Schlußfolgerungen Elektronische Betriebsgeräte fürlichtquellen F. Bernitz, Fa. Osram, München Einführung Lichterzeugung und Gliederung wichtiger Lichtquellen Grundlagen zum Betrieb von Entladungslampen Konventionelle Betriebsgeräte (Vorschaltgeräte) für Entladungslampen Betriebsgeräte für Niederdruckentladungslampen KVG für Niederdruckentladungslampen EVG für Niederdruckgasentladungslampen Vor- und Nachteile von EVG und KVG Konventionelle Betriebsgeräte für Hochdruck-Entladungslampen Elektronische Betriebsgeräte für Entladungslampen Elektronische Transformatoren für Niedervolt-Halogenglühlampen Akustische Grundlagen zur Geräuschmessung F. Witzani, Fa. Osram, München Praktisches Messverfahren zur Bestimmung der akustischen Schallleistung Ermittlung der Schallleistung aus dem mittleren Schalldruck in der Halbkugel Grundlegende Mechaniken der Schallerzeugung in elektrischen Komponenten Praktische Methode zur Schallleistungsmessung an elektrischen Komponenten Umsetzung einer Geräuschreduzierung mit messtechnischer Auswertung Schlussfolgerung Simulation von leistungselektronischen Schaltungen 1172 Variablenübersicht 1180 Literaturverzeichnis 1191 Allgemeine Literatur (Bücher) Netzgeführte Stromrichter Direktumrichter Matrixkonverter Untersynchrone Kaskade USK Stromrichtermotor

20 Inhaltsverzeichnis XXI I Umrichter Gleichspannungswandler Leistungsfaktor Korrektur Entlastungsschaltungen U Umrichter Übermodulation Raumzeigermodulation Dreipunkt Wechselrichter Zusatzbeanspruchungen der Drehfeldmaschine Resonant schaltentlastete Wandler Spannungsstabilisierung Aktive Filter FACTS Traktions Antriebe Traktions Antriebe Elektronische Betriebsgeräte fürlichtquellen Simulation von leistungselektronischen Schaltungen Stichwortverzeichnis 1284