In Teil 2 der Aufgabe erfolgt der Anschluss des Thyristorwechselrichters an das Netz unter Zwischenschaltung von Kommutierungsdrosseln.

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1 Aufgabe 3 Institut für eistungselektronik und Elektrische Antriebe Prof. Dr.-Ing. J. Roth-Stielow Ein Thyristorwechselrichter in sechspulsiger Brückenschaltung soll unter verschiedenen Bedingungen an ein symmetrisches Drehstromnetz angeschlossen werden. In Teil der Aufgabe wird der Thyristorwechselrichter direkt, ohne Zwischenschaltung von Kommutierungsdrosseln oder eines Stromrichtertransformators, an das Drehstromnetz angeschlossen. In Teil 2 der Aufgabe erfolgt der Anschluss des Thyristorwechselrichters an das Netz unter Zwischenschaltung von Kommutierungsdrosseln. In Teil 3 der Aufgabe wird der Thyristorwechselrichter unter Zwischenschaltung eines Stromrichtertransformators an das Drehstromnetz angeschlossen. Als gleichstromseitige Energiequelle wird ein Gleichstromzweipol eingesetzt, welcher lediglich aus einer Spannungsquelle mit der konstanten Nennspannung U N besteht. Diese Energiequelle soll so an den Thyristorwechselrichter angeschlossen werden, dass dieser im Wechselrichterbetrieb arbeitet. Bei der Bearbeitung aller Teilaufgaben ist von folgenden vereinfachenden Voraussetzungen auszugehen: Alle Ohm'schen Widerstände sind vernachlässigbar klein. Die Induktivität d der Glättungsdrossel ist so groß, dass mit vollständig geglättetem Gleichstrom gerechnet werden kann. Die im Stromrichter eingesetzten Thyristoren verhalten sich, abgesehen von der Freiwerdezeit t q, wie die entsprechenden idealen Bauelemente. Daten des Netzes: Nennsternspannung U S0N = 220 V Nennfrequenz f N = 50 Hz Netzinduktivität = 43 µh Daten des Gleichstromzweipols: Nennspannung U N = 440 V Nennstrom I dn = 0 A Daten der Thyristoren: Freiwerdezeit t q = 00 µs Blatt

2 Teil : Anschluss des Thyristorwechselrichters direkt an das Drehstromnetz 3. Zeichnen Sie für den vorliegenden Betriebszustand einen Übersichtsschaltplan und das gleichstromseitige Ersatzschaltbild der Anlage. 3.2 Berechnen Sie den Zündverzögerungswinkel α N, die Überlappung u N und den öschwinkel γ N bei Betrieb mit Nenngleichstrom. Wie groß wird im (hier nicht voll genutzten) dia Steuerbereich 0 α < π die maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit in den dt max Ventilen? 3.3 Zeichnen Sie für den Betriebszustand nach Teilaufgabe 3.2 den zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Spannung ud α sowie der Netzsternspannung u s in das ösungsblatt auf Seite. Teil 2: Anschluss des Thyristorwechselrichters unter Zwischenschaltung von Kommutierungsdrosseln an das Drehstromnetz 3.4 Zeichnen Sie für den vorliegenden Betriebszustand einen Übersichtsschaltplan. 3.5 Berechnen Sie die Induktivität der Kommutierungsdrosseln kd so, dass die Spannungseinbrüche in der Netzsternspannung nur noch 20 % des Wertes entsprechend Teilaufgabe 3.3 betragen. 3. Zeichnen Sie für den Betriebszustand nach Teilaufgabe 3.2 den zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Spannung ud α sowie der Netzsternspannung u S in das ösungsblatt 2 auf Seite 9. Teil 3: Anschluss des Thyristorwechselrichters unter Zwischenschaltung eines Stromrichtertransformators in Yy-Schaltung an das Drehstromnetz 3.7 Wie groß muss die Übersetzung N/N 2 und die induktive Komponente u x der relativen Kurzschlussspannung des Stromrichtertransformators gewählt werden, wenn sich hinsichtlich der elektrischen Größen die gleichen Verhältnisse ergeben sollen wie in Teilaufgabe 3.5? 3.8 Auf welchen Wert ändert sich der Gleichstrom I d, wenn bei sonst unveränderten Verhältnissen im Drehstromnetz eine Spannungsabsenkung von 0 % eintritt? 3.9 Auf welchen Wert muss der Zündverzögerungswinkel α eingestellt werden, wenn trotz der Spannungsabsenkung im Drehstromnetz, I d = I dn sein soll? Prüfen Sie nach, ob hierbei die Schonzeit t c für die Ventile noch mindestens t c = 5 t q beträgt. Blatt 2

3 3. Übersichtsschaltplan!! K I! K I K I! " = =! $ / A E? D I JH M A E F # Bild @ 3. Gleichstromseitiges Ersatzschaltbild? I = E = 7 Bild 2-A3 Blatt 3

4 3.3: Verlauf der Spannungen > K I K I K I! E= " $ E= E= E= = K I K I K I! E=! # Bild 3-A3 = K I K I : : = " = Bild 4-A3 Zum Verlauf von u s : T leitet: us = ud α I T 4 leitet: us d weder T noch T 4 leitet: us = us 0 = α II Blatt 4

5 Tabelle zu den Spannungsverläufen: Es leitet ud αi u = u + u dα dαi dαii ud αii ud α u s T +T u s 0 s 20 T +T +T 2 0 u s ( + ) T +T 2 u s 0 s 30 s20 s30 s0 s 20 s 30 T +T 2 +T 3 ( + ) T 2 +T 3 20 u s s 30 T 2 +T 3 +T 4 20 u s ( + ) T 3 +T 4 u s 20 s 0 s30 s0 s20 s 30 s 0 T 3 +T 4 +T 5 ( + ) T 4 +T 5 u s 30 s 0 T 4 +T 5 +T 30 u s ( + ) T 5 +T u s 30 s 20 s0 s20 s30 s 0 s 20 T 5 +T +T ( + ) Tabelle -A3 Blatt 5

6 ösungsblatt zu Aufgabe 3.3 Bild 5-A3 Blatt

7 3.4 Übersichtsschaltplan K I! K :! K :,,,,! " = =! # $ / A E? D I JH M A E @ Bild -A3 Blatt 7

8 3.: Verlauf von u S während der Kommutierung Ansatz: K I,, Bild 7-A3 Berechnung von u S mit Hilfe des Überlagerungssatzes. Schritt: u S20 = 0 N, u 9 S = 0 u S0 Bild 8-A3 2. Schritt: u S0 = 0 N, u S = 0 u S20 Bild 9-A3 Gesamt: 9 u = u + u = 0,9 u + 0, u S S0 S20 S0 S Blatt 8

9 ösungsblatt 2 zu Aufgabe 3. Bild 0-A3 Blatt 9

10 3. Kommutierungseinbrüche Bild -A3 3.7 Übersichtsschaltplan!!! K I K I K I!! " = =! # $ / A E? D I JH M A E F Bild @ Blatt 0