Stellglieder für elektrische Antriebe

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Pulsgesteuerter Widerstand Abschaltbare leistungselektronische Ventile können parallel oder in Reihe zu ohmschen Widerständen R angeordnet werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den wirksamen Widerstand R * abhängig vom Einschaltverhältnis λ = TE/T zu verändern. Dieser pulsgesteuerte Widerstand ist eine Sonderform des Gleichstromstellers. Beim pulsgesteuerten Widerstand in Parallelschaltung ist zur Glättung des Gleichstromes ein Energiespeicher in Form einer Induktivität L notwendig. Der wirksame Widerstand R * kann hier zwischen den Werten Null (Ventil leitend) und R (Ventil gesperrt) stetig verändert werden. Beim pulsgesteuerten Widerstand in Reihenschaltung kann der wirksame Widerstand R * zwischen R und unendlich verstellt werden. Als Ventile werden FET´s (kleine Leistung), IGBT's (mittlere Leistung) und GTO's (große Leistung) eingesetzt. Direktumrichter Umkehrstromrichter können zur Umformung von Wechsel- bzw. Drehstrom einer Frequenz f1 in eine andere Frequenz f2 verwendet werden. Dazu muß man ihre Ausgangsspannung periodisch u 1 u 2 u 3 umsteuern, und zwar im Takt der gewünschten Ausgangsfrequenz f2. Die Fre- u quenzumformung erfolgt durch direktes Umschalten der Phasenspannungen des 0 Primärnetzes ohne Benutzung eines T 1 n Kuppen je T 2 /2 t Gleichstromzwischenkreises, daher spricht man von Direktumrichtern. Die Ausgangsfrequenz f2 darf max. 40% der Netzfrequenz f1 erreichen. p 1 T 1 T 2 Spannungsverlauf beim Trapezumrichter Beim sogenannten Trapezumrichter, einem Hüllkurvenumrichter, verläuft die Spannung einer Ausgangsphase auf den Kuppen der Phasenspannungen des speisenden Drehstromnetzes. Zur Bildung der Ausgangsspannung einer Phase des Trapezumrichters ist ein Umkehrstromrichter, bestehend aus zwei antiparallelen M3-Schaltungen, erforderlich (insgesamt 18 Thyristoren für drei Phasen, p1 = 3). Mit diesem Direktumrichter können nur diskrete, nach Gl.(3.13) berechnete Ausgangsfrequenzen f2 erreicht werden. f 2 f 2 U 2 = f 1 St p1 ⋅ n = 1, 2, 3, ..... (3.13) p + 2 ⋅ (n -1) 1 u 2 f 1 f M 2 3 ~ Beim Steuerumrichter wird die Ausgangsspannung der beiden gegenparallel arbeitenden Teilstromrichter sinusförmig ausgesteuert. Die Steuerwinkel αI und αII müssen während jeder Halbschwingung der Ausgangsspannung stetig verändert werden. Jede Ausgangsphase wird von der Gegenparallelschaltung 6pulsiger Teilstromrichter (B6-Schaltungen) mit insgesamt 36 Ventile gebildet. Schaltung des Steuerumrichter G. Schenke, 3.2003 Automatisierte Antriebe FB Technik, Abt. E+I 27
u I 0 α Gleichrichterbetrieb α Wechselrichterbetrieb t Spannung einer Phase beim Steuerumrichter Die abgegebene Ausgangsspannung wird einem vorgegebenen sinusförmigen Sollwert möglichst gut angenähert. Beide Teilstromrichter arbeiten abwechselnd im Gleich- bzw. Wechselrichterbetrieb. Der Verschiebungsfaktor der Lastseite bestimmt dabei die jeweilige Stromrichtung. Wegen überwiegender Phasenanschnittsteuerung ist der Blindleistungsbedarf aus dem speisenden Drehstromnetz beim Steuerumrichter hoch. Maschinengeführter Wechselrichter Der lastgeführte Wechelrichter bezieht von der Last, z. B. eine übererregte Synchronmaschine, seine Kommutierungsblindleistung - Strom muß der Spannung voreilen -. Die Schaltung ermöglicht im allgemeinen auch eine Umkehr des Energieflusses. Die Schaltung maschinengeführter Wechselrichter, die aus der Hintereinanderschaltung eines netzgeführten Gleichrichters und eines lastgeführten Wechselrichters mit Synchronmaschine als Last besteht, wird auch Strom- L1 L2 L3 I II U dI L d I d U dII Maschinengeführter Wechselrichter (Stromrichtermotor) richtermotor genannt. Im allgemeinen wird im Gleichstromzwischenkreis eine Glättungsinduktivität Ld vorgesehen, die den netzseitigen Stromrichter I vom lastseitigen II energetisch entkoppelt. Der netzseitige Stromrichter I arbeitet im Motorbetrieb der angeschlossenen Synchronmaschine als netzgeführter Gleichrichter. Er erzeugt die durch Anschnittsteuerung über den Steuerwinkel α einstellbare Gleichspannung UdI des Zwischenkreises. Der Strom im Gleichstromzwischenkreis Id wird durch die Induktivität Ld geglättet. Der lastseitige Stromrichter arbeitet als lastgeführter Wechselrichter. Er erzeugt die Gleichspannung UdII. Da Wechselrichterbetrieb vorliegt, ist der Mittelwert dieser Gleichspannung negativ. Im stationären Betrieb ist UdII = -UdI. Arbeitet die Synchronmaschine als Generator, so muß der Stromrichter II in den Gleichrichterbetrieb und der Stromrichter I in den Wechselrichterbetrieb umgesteuert werden. Im Stillstand kann die Synchronmaschine kein führendes Netz auf der Sekundärseite erzeugen, so daß das Anfahren z.B. durch Auf- und Zusteuern des eingangsseitigen Stromrichters im Takt der niedrigen Anfahrfrequenz erfolgen kann. Zwischenkreisumrichter Zwischenkreisumrichter bestehen aus drei wesentlichen Komponenten, dem netzgeführten Stromrichter, einem Strom- oder Spannungszwischenkreis und einem selbst- oder lastgeführten Wechselrichter. Die Schaltung mit lastgeführtem Wechselrichter (Stromrichtermotor) wurde zuvor behandelt. Kann die Last, z.B. eine Asynchronmaschine, keine Kommutierungsblindleistung bereitstellen, so muß ein selbstgeführter Stromrichter eingesetzt werden. Die Kommutierungsspannung muß hier über Löschkreise bereitgestellt werden, oder es müssen abschaltbare Stromrichterventile wie FET´s, IGBT's oder GTO's eingesetzt werden. G. Schenke, 3.2003 Automatisierte Antriebe FB Technik, Abt. E+I 28
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