Spannungszwischenkreisumrichter, Pulsumrichter

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Spannungszwischenkreisumrichter, Pulsumrichter"

Hilke Sternberg
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Lehrveranstaltung Leistungselektronik Grundlagen und StandardAnwendungen Spannungszwischenkreisumrichter, Pulsumrichter Prof. Dr. Ing. Ralph Kennel Technische Universität München Arcisstraße München

2 Lehrveranstaltung Leistungselektronik Grundlagen und StandardAnwendungen Spannungszwischenkreisumrichter, Pulsumrichter Brückenschaltungen Prof. Dr. Ing. Ralph Kennel Technische Universität München Arcisstraße München

3 Spannungszwischenkreisumrichter (Pulsumrichter) U 0 Motor

4 Spannungszwischenkreisumrichter (Pulsumrichter)

5 Ansteuerungsarten Spannungszwischenkreisumrichter

6 Spannungsverläufe bei Blocksteuerung u R0 u M0 u RS u R u S u T an der Motorwicklung wird bei Mehrphasenwicklungen die verkettete Spannung wirksam die resultierende Strangspannung im Motor kommt der Sinusform näher als die Strangspannung am Umrichter!!!

7 Strommessung im Unterschwingungsverfahren

8 symmetrisches und unsymmetrisches Unterschwingungsverfahren symmetrisch unsymmetrisch

9 Raumzeiger(modulation) U 0 Motor

10 Raumzeiger(modulation)

11 Raumzeiger(modulation) freie Wahl des Nullvektors

12 Raumzeiger(modulation) freie Wahl des Nullvektors

13 Raumzeiger(modulation) T INV

14 PWMModulatoren HardwareRealisierung als ASIC oder FPGA

15 Spannungsverläufe bei Pulsbreitenmodulation (PWM) Pulsmuster variieren mit dem Arbeitspunkt und dem Frequenzverhältnis

16 Spannungsverläufe bei Pulsbreitenmodulation Oberschwingungen in Speisespannungen (Rechteckform)

17 Stromregelung mit PWM

18 ZweipunktStromregler

19 Vergleich : PWM ZweipunktStromregler Vorteil : sehr dynamisch Nachteil : variable Schaltfrequenz

20 PWMVerfahren

21 PWMVerfahren ähnliche, aber ungleiche Pulsmuster Unterschwingungsverfahren

22 Raumzeiger(modulation)

23 PWMVerfahren Unterschwingungsverfahren Raumzeigermodulation Zumischen der 3. Harmonischen PWM nach Schörner 1/6 der Grundwellenamplitude 1/4 der Grundwellenamplitude

24 Erweiterung des Ausgangsspannungsbereichs das Zumischen der 3. Harmonischen ist auch im Unterschwingungsverfahren möglich Zumischen der 3. Harmonischen 1/6 der Grundwellenamplitude Raumzeigermodulation

25 Discontinuous PWM Schemes

26 Lehrveranstaltung Leistungselektronik Grundlagen und StandardAnwendungen Spannungszwischenkreisumrichter, Pulsumrichter Auslegung Zwischenkreiskondensator Prof. Dr. Ing. Ralph Kennel Technische Universität München Arcisstraße München

27 Auslegung Zwischenkreiskondensator U 0 Motor Achtung!!!! es geht nicht um die Blindleistung für die Last!!!

32 Reactive Power Motor (e. g. induction machine) U 0 where does reactive power come from??? induction machines need reactive power for magnetization as the sum of reactive power in all 3 phases is zero ( 0 )! it is no problem for the inverter to provide it

33 Reactive Power Motor (e. g. induction machine) U 0 with regard to reactive power the inverter is like a marshalling yard (switching station) for trains! as the sum of reactive power in all 3 phases is zero ( 0 )! it is no problem for the inverter to provide it

34 Reactive Power Motor (e. g. induction machine) U 0 with regard to reactive power the inverter is like a marshalling yard (switching station) for trains! therefore inverters can be used easily for compensating reactive power in grids! especially in regenerative energy applications like wind power farms or solar power arrays!

35 Auslegung Zwischenkreiskondensator Kriterien Energie : E C = ½ * C * U C 2 Energieschwankungen : E C = ½ * C * [(U C U) 2 U C2 ] Kapazität : C = 2 * E C / [ U * (2*U C U)]

36 Auslegung Zwischenkreiskondensator Netzspannung V Netzspannungsschwankung U = 101 V Beispiel : einphasiges Einspeisen U 0 halbe Netzperiode 10 ms Kapazität : E C = 100 Ws C = 2 * E C / [ U * (2*U C U)] 10 kw Motor C = µf

37 Auslegung Zwischenkreiskondensator Netzspannung V Netzspannungsschwankung U = 101 V Beispiel : einphasiges Einspeisen U 0 halbe Netzperiode 10 ms Kapazität : E C = 100 Ws C = 2 * E C / [ U * (2*U C U)] 10 kw Motor C = µf

38 Auslegung Zwischenkreiskondensator Kriterien Taktfrequenz : C = I * t t / U Netzspannungsschwankungen : C = I * t netz / 2 * U (2 pulsbrücke) C = I * t netz / 6 * U (6 pulsbrücke) induktive Last

39 Auslegung Zwischenkreiskondensator z. B. 420 µf z. B. 100 A z. B. 200 µh U 0 E L = ½ L I 2 = ½ * Ws = 10 6 * 10 6 Ws = 1 Ws

40 z. B. 420 µf Auslegung Zwischenkreiskondensator z. B. 100 A z. B. 200 µh U 0 E C = ½ C U max 2 ½ C U nenn 2 = ½ C (U 2 max U nenn2 ) C = 2 * E C / (U 2 max U nenn2 ) = 2 * 1 / ( ) F = 35 µf das ist nicht viel

41 Auslegung Zwischenkreiskondensator Kriterien das Abspeichern der kinetischen Energie eines Antriebs ist unrealistisch!!! Abhilfemaßnahmen : schnelle Überwachung und Abschaltung (im µsbereich) (Folge : Austrudeln des Antriebs) Ballastschalter mit Widerstand im Zwischenkreis (Folge : Abbremsen des Antriebs)

42 Auslegung Zwischenkreiskondensator Vorsicht bei Einsatz großer Kapazitäten (z. B. Elektrolytkondensatoren) die große Kapazität sorgt für sehr geringe Spannungsschwankungen dies bedeutet allerdings einen deutlich erhöhten Wechselstrom (Schaltfrequenz)!!! viele (Elektrolyt)Kondensatoren sind für eine erhöhte Wechselstrombelastung nicht ausgelegt (siehe Datenblatt)!!! die Wechselstrombelastbarkeit des Zwischenkreiskondensators ist häufig maßgebend für die Auslegung!!! die Kapazität des Zwischenkreiskondensators ist dadurch ggf. größer als rechnerisch notwendig!!!

43 Lehrveranstaltung Leistungselektronik Grundlagen und StandardAnwendungen Spannungszwischenkreisumrichter, Pulsumrichter KFZ spezifische Schaltungen Prof. Dr. Ing. Ralph Kennel Technische Universität München Arcisstraße München

46 KFZ spezifische Schaltungen Halbleiterbauelemente industrieübliche Umrichtertopologie Reduzierte Anzahl von Halbleiterschaltern Kosten Anzahl der Halbleiterschalter Abstriche bei der Performance! FeldeffektTransistoren das war früher (FET) bei den GleichstrommotorKommutatoren auch so!!! Spannungsbereich ausreichend hohe heute Schaltfrequenz : Kosten Kommutator Gesamtbaugröße (Materialeinsatz) Frage : ist zu erwarten, dass zukünftig Kosten Leistungselektronik Siliziumfläche??? kann man etwas tun diesen Prozess (Kostenreduktion) zu beschleunigen? KFZtypische Umrichtertopologie

47 KFZ spezifische Schaltungen Topologie industrieübliche Umrichtertopologie KFZtypische Umrichtertopologie 1 Strang des Motors parallele Wicklung Gründe niedrige Spannungsversorgung (nur 1 Schalter in Reihe) weniger Halbleiterschalter (aber : aufwändigere Wicklung)

Ähnliche Dokumente

Spannungszwischenkreisumrichter (Pulsumrichter)

Lehrveranstaltung Umwandlung elektrischer Energie mit Leistungselektronik Spannungszwischenkreisumrichter (Pulsumrichter) Prof. Dr. Ing. Ralph Kennel (ralph.kennel@tum.de) Technische Universität München