Florian Martin (Autor) Hochspannungsprüfsystem auf Basis leistungselektronischer Frequenzkonverter

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1 Florian Martin (Autor) Hochspannungsprüfsystem auf Basis leistungselektronischer Frequenzkonverter Copyright: Cuvillier Verlag, Inhaberin Annette Jentzsch-Cuvillier, Nonnenstieg 8, Göttingen, Germany Telefon: +49 (0) , Website:

2 1 Einleitung Ziel der Arbeit Anforderungen an Spannungsquellen für Hochspannungsprüfungen Spannungsart und Spannungsform Leistungsbedarf bei der Prüfung von Transformatoren Kompensierter Punkt Leerlaufverhalten eines Leistungstransformators Teilentladungsgrundstörpegel Grundlagen Leistungselektronische Frequenzumrichter Frequenzkonverter mit Spannungszwischenkreis (U-Umrichter) Gleichrichter Zwischenkreis Wechselrichter Sinusfilter Frequenzkonverter mit Stromzwischenkreis (I-Umrichter) Gleichrichter Zwischenkreis Clamping-Kreis Wechselrichter Teilentladungen (TE) Detektion von Teilentladungen Klassische TE-Interpretation Frequenzumrichter mit Spannungszwischenkreis (U-Umrichter) Ausgangsspannungsform III

3 5.2 Echtzeitregelung der Ausgangsspannung Regelkonzept Schaltzustände des Wechselrichters Reglersynthese Stromregelung Spannungsregelung Reglerentwurf bei ohmscher Last Reglerentwurf bei ohmsch-induktiver Last Reglerentwurf bei ohmsch-kapazitiver Last Universeller Reglerentwurf Ansteuerlogik und Verriegelung Ansteuerlogik Verriegelung Simulation Simulationsmodell Wechselrichter Simulationsergebnisse Realisierung der Echtzeitregelung Realisierung der Echtzeitregelung in analoger Schaltungstechnik Digitale Realisierung Ergebnisse zur Regelung der Ausgangsspannung Leerlauf Ohmsche Last Induktive Last Ohmsch-Induktive Last Ausgangsfrequenzen bis 200 Hz Stabilität der Ausgangsspannung Leistungsaufnahme des Ausgangsfilters Zusammenfassung Frequenzumrichter mit Stromzwischenkreis (I-Umrichter) Entwurf und Realisierung des I-Umrichters Gleichrichter Zwischenkreis Wechselrichter Steuerung und Regelung Schaltzustände des Wechselrichters IV

4 Ansteuerlogik und Verriegelung Gesamtsystem Simulation Spannungsqualität in Abhängigkeit von der Kapazität, der Ausgangsfrequenz und dem Zwischenkreisstrom Spannungsqualität in Abhängigkeit von der Hysteresenbreite Spannungsqualität in Abhängigkeit von der Last Messergebnisse Analyse der Spannungsform Analyse des Sprungs am Nulldurchgang Belastung mit induktiver Last Zusammenfassung Teilentladungsmessung Zusammenfassung Vergleich zwischen Umrichter mit Spannungs- und Stromzwischenkreis Dreiphasigkeit des Wechselrichters Drei Einphasensysteme Drehstrombrückenschaltung Schaltungstopologie Regelkonzept Simulationsergebnisse Zusammenfassung Teilentladungs-Störunterdrückung Analyse der Störsituation Analyse der Störsignale Lösungsansätze zur TE-Problematik Optimierter Aufbau des TE-Messkreises Hochfrequente Störunterdrückung Hochleistungs-Tiefpassfilter Weitere Lösungsansätze Umrichteroptimierte Gating-Systeme Schmalbandige TE-Messung Offline-Diagnose Abweichende TE-Messergebnisse in umrichtergespeisten Prüfkreisen 130 V

5 10 Hochspannungsprüfungen an Transformatoren Wechselspannungsprüfungen an Transformatoren Messung der Kurzschlussverluste und der Kurzschlussspannung Messung der Leerlaufverluste Prüfung mit induzierter Wechselspannung Kompensierter Punkt Zusammenfassung Weltweit erstes mobiles Hochspannungsprüfsystem für Transformatoren Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Ausblick Anhang A Digitale Realisierung der Echtzeitregelung A.1 Digitale Realisierung der Regelglieder A.1.1 P-Glied A.1.2 Summationsglied A.1.3 I-Glied A.1.4 PT 1 -Glied A.2 DSP-Software A.2.1 Programmstruktur A.2.2 Regelung.c A.2.3 Convert.c A.2.4 ecan.c A.2.5 Convert.h A.2.6 Pi reg.h A.2.7 Digitale, DSP-interne Sollwertvorgabe A.3 Hardware A.4 Ansteuerlogik und Verriegelung A.4.1 Ansteuerlogik A.4.2 Verriegelung Abbildungen Tabellen Literaturverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Stichwortverzeichnis VI