4. Wechsel- und Drehstromschalter und -steller 4.1. Wechsel- und Drehstromschalter

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Katja Auttenberg
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1 4. Wechsel- und Drehstromschalter und -steller 4.1. Wechsel- und Drehstromschalter Zel: Verstellen der Lestungsaufnahme enes Verbrauchers be Wechsel- bzw. Drehstromspesung (-steller) bzw. En- und Ausschalten von Verbrauchern (-schalter) Wechselstromschalter Vortele gegenüber mechanschen Schaltern: Große Schalthäufgket, hohe Lebensdauer, n jedem Zetpunkt nnerhalb ener Perode enschaltbar (Vermedung von Enschwngvorgängen) Nachtele gegenüber mechanschen Schaltern: Verluste m engeschalteten Zustand, begrenztes Isolervermögen Aufbau: Gegenparallelschaltung von Thyrstoren oder IGBT: Wechselwegschaltung (Abkürzung W1), be klenen und mttleren Lestungen ebenso der Ensatz von Tracs möglch St Z Bld 4.1: Aufbau des elektronschen Wechselstromschalters sowe zetlcher Verlauf von Spannung und Strom be ohmscher-nduktver Last und Ansteuerung über Impulsketten U N 2 - Ohmsche Last als Verbraucher: Kurzzetmpulse zur Ansteuerung - Ohmsche-nduktve Last als Verbraucher: Langzetmpulse oder Impulsketten zur Ansteuerung 2 - Steuerwnkel α m Berech 0 α ϕ Skrpt LE04_04.doc- Ausgabe September 2004 M 81

2 Drehstromschalter L3 N 1 u Bld 4.2: Elektronscher Schalter zum En- und Ausschalten enes Drehstromverbrauchers (auch ohne N-Anschluss möglch) Vermeden unerwünschter Enschwngvorgänge: Zetlche Versetzung der Enschaltzetpunkte der Thyrstoren 4.2. Wechsel- und Drehstromsteller Wechselstromsteller (und ebenso Drehstromsteller) arbeten mt antparallelen Thyrstoren oder Tracs, de m Stromnulldurchgang ohne Kommuterung verlöschen Wechselstromsteller mt Phasenanschnttsteuerung Mt Thyrstoren für größere Lestungen, mt Tracs für klenere und mttlere Lestungen N T1 T2 u L R L L Bld 4.3: Wechselstromsteller mt Phasenanschntt- Steuerung (α-zündverzögerungswnkel) α Ansteuergerät Annahmen: - deales starres Netz - deale Ventle - L = N ( t ) Skrpt LE04_04.doc- Ausgabe September 2004 M 82

3 1. Fall: Z = Ohmscher Wderstand Vergrößerung des Steuerwnkels führt zur Lestungsredukton am Verbraucher. α = 0 0 = Vollaussteuerung (Größter Lestungsumsatz) 0 0 α =Telaussteuerung α = = ken Lestungsumsatz 2. Fall: Z = ren nduktve Last Vollaussteuerung: Strom st snusförmg und elt der Spannung um 90 0 nach, Thyrstoren müssen n den Strom-Nulldurchgängen angesteuert werden. α = 90 0 bedeutet Vollaussteuerung α > 90 0 bedeutet Telaussteuerung u u L u un L ϑ ϑ α 1 α2 α = 90 α 1 = 90, α 2 = 140 ohmsche Last, L 0 (z.b. Lampen) ohmsch-nduktve Last (z.b. Spule mt Verlusten) Bld 4.4: Zetlche Verläufe der Spannungen und Ströme bem Wechselstromsteller - Phasenverschebung zwschen u und auch be ren ohmscher Last wegen α Steuerblndlestung - Nchtsnusförmger Strom trotz snusförmger Netzspannung Verzerrungsblndlestung Bld 4.5: Schaltung enes Wechselstromstellers (Dmmers) Skrpt LE04_04.doc- Ausgabe September 2004 M 83

4 Bld 4.6: Phasenanschnttsteuerung mt Mkroprozessorsystem (Hofer) Blndlestungsverhalten des phasenanschnttgesteuerten Wechselstromstellers Ebenso we be den netzgeführten Glech- und Wechselrchterschaltungen wrd durch de Phasenanschnttsteuerung Blndlestung selbst be ohmscher Belastung benötgt. Wrklestung des Verbrauchers: P = U I cos ϕ; I = Effektvwert der Strom Grundschwngung 1 1 Schenlestung des Verbrauchers: S = U I; I = Effektvwert des Laststroms 2 2 Blndlestung des Verbrauchers: Q = S P kann n zwe Antele zerlegt werden: 1. Grundschwngungs-Blndlestung: Q 1 = U I 1 snϕ 1 2. Oberschwngungs-Blndlestung: D = U I + I + I Q = Q + D Bezehung zwschen den dre Blndlestungen: Da Oberschwngungs-Blndlestung auftrtt, erfolgt trotz Phasenverschebung zu kenem Zetpunkt ene Energerückleferung ans Netz, (be ohmschen Wderstand ausgeschlossen) P U L Lestungsfaktor: λ = P S, be ohmscher Belastung auch: λ = = S U Skrpt LE04_04.doc- Ausgabe September 2004 M 84

5 Phasenabschnttsteuerung, Sektorsteuerung -Wechselstromsteller mt abschaltbaren Lestungshalbletern notwendg (z.b. IGBT). -Enschaltung m Spannungs-Nulldurchgang -Ausschaltung vor dem nächsten Spannungs-Nulldurchgang -Durch Veränderung des Steuerwnkels α kann de zugeführte Wrklestung verändert werden. Bld 4.7: Wechselstromsteller mt abschaltbaren Lestungshalbletern u L R U N 2 Phasenabschnttsteuerung U N 2 Sektorsteuerung Untersched zur Phasenanschnttsteuerung: Kapaztve (Grundschwngungs-) Blndlestung wrd benötgt. Kombnaton beder Ansteuerverfahren kann zur Blndlestungskompensaton führen. Kombnaton aus Phasenanschntt- und Phasenabschnttsteuerung Sektorsteuerung, (Kene Grundschwngungs-Blndlestung) Funkton: En und Ausschalten der Spannung vor und nach dem Spannungsnulldurchgang mt glechem Steuerwnkel α, sehe Bld 4.7. Skrpt LE04_04.doc- Ausgabe September 2004 M 85

6 Wechselstromsteller mt Schwngpaketsteuerung De großen Nachtele der Phasenanschnttsteuerung we - nchtsnusförmge Ströme, - große Stromstelheten be ohmscher Belastung führen zu folgenden Problemen: 1. De große Stromstelhet kann zur Überschretung der krtschen Stromstelhet und damt zur Zerstörung des Halbleters führen. 2. De große Stromstelhet verursacht Netzspannungsenbrüche und höherfrequente Oberschwngungen. 3. Blndlestungsbedarf selbst be ohmscher Belastung. Dese Nachtele vermedet de Schwngpaketsteuerung, be der nur volle Spannungsschwngungen am Lastwderstand wrksam werden. u Bld 4.8: Schwngpaketsteuerung St Z Enschaltzet: T e Ausschaltzet: T-T e, T =Perodendauer Maxmale Lestung be Vollaussteuerung (T e =T): P max Te Mttlere Lestung be Telaussteuerung: P = P T T e Enschaltverhältns: ED = T (auch Enschaltdauer, Tastverhältns, ) Sowohl T als auch T e können mt spezellen ntegrerten Schaltkresen verändert werden, sehe Bld 4.8 Hauptanwendung: Lestungssteuerung be Hezgeräten (große thermsche Zetkonstante kene perodschen Temperaturschwankungen) Ungeegnet für Lestungssteuerungen be Beleuchtungsanlagen! max Skrpt LE04_04.doc- Ausgabe September 2004 M 86

7 Drehstromsteller (Drephasen-Wechselwegschaltung, W3-Schaltung) L3 N 1 u Bld 4.9: Drehstromsteller (n Sternschaltung ohne Mttelpunktleter) T 1 T 1' T 2 T 2' T 3 T 3 ' Ansteuerung der Lestungshalbleter mt Phasenanschntt- oder Schwngpaketsteuerung Skrpt LE04_04.doc- Ausgabe September 2004 M 87

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