Sekundärnetzgesteuerte Stromrichter

Sekundärnetzgeführte Umrichter:
a) Untersynchrone Stromrichterkaskade (USK)
Anwendung: Pumpen, Lüfter, Fördereinrichtungen mit variabler Drehzahl und Last
Die vom Läufer eines Asynchronmotors abgegebene
elektrische Leistung wird nicht in einem Widerstand
vernichtet, sondern über eine Umrichterschaltung ins
Drehstromnetz zurückgespeist. Der Umrichter richtet die
vom Läufer abgegebene Spannung gleich. Eine Drossel
glättet den Gleichstrom und führt ihn einem Wechselrichter
zu. Dieser wird so gesteuert, daß seine Ausgangsspannung
für die Rückspeisung die geeignete Größe erhält. Ggf. ist
zur groben Anpassung ein Transformator erforderlich.
Dadurch ist eine verlustarme Steuerung des Motors möglich
und die Drehzahl wird bei konstantem Läuferstrom nahezu
unabhängig vom abgegebenen Drehmoment.
Bei vernachlässigten Verlusten gilt:
Mech. Leistung P mech = (1-s)*P 1 (s = Schlupf) Läuferleistung P el =s*P 1 Läuferspannung U 2 =
s*U 20
Stromrichtergrößen: z. B. SR I: B6U-Schaltung, SR II: B6C-Schaltung
Gleichspannung der SR: U = 1, 35* s * U ( 1−
d ) = − U
U + U = 0
Zurückgespeiste Spg: U
U d max
U d
dI 20 x I dII
3
UdII
=
1, 35*
(cos α − d )
untersynchron übersynchron
α
0 n
min
n
o
s = 1 s = 0
normaler
Arbeitsbereich
x II
Drehzahl n
Gleichrichter Wechselrichter
dI dII
Zurückgespeiste Leistung: P 3 = s*P 1 = U dI *I d
Die Spannungs- und Stromdimensionierung der Stromrichter bestimmt den Regelbereich. Im Bereich um n 0
(Schlupf s = 0) gehen die Läuferspannung und deren Frequenz gegen Null; in diesem Bereich kann nicht
gearbeitet werden. Beim Anfahren treten im Läufer die größten Spannungen auf. Um zu vermeiden, daß die
Stromrichter auch für diese nur kurzzeitig auftretenden Belastungen dimensioniert werden müssen, wird zum
Anfahren der Läufer auf einen Anlaßwiderstand geschaltet und erst bei einer Mindestdrehzahl auf die Kaskade
umgeschaltet.
Durch Antreiben des Motors über die Synchrondrehzahl hinaus (übersynchroner Bereich) geht er automatisch in
den Generatorbetrieb über. Dies wird zum Bremsen genutzt.
s*P 1
U 2
M 3~
P 1
Drehzahl
n o
(1-s)* n
o
U dI
P mech
α
U 1
U
dII
Steuerung durch
Stromrichter
Widerstand
im Läuferkreis
s*P 1
Drehmoment
U 3

) Stromrichtermotor
Anwendung: Pumpen, Lüfter in
Kraftwerksanlagen.
Ein Stromrichtermotor besteht aus einem
Synchronmotor und einem speisenden
Umrichter. Der Motor besítzt eine mehrpolige
Ständerwicklung, die an den Drehstromausgang
des Umrichters angeschlossen ist. Der Rotor
wird von einer Gleichstromquelle gespeist. In
den Ständerwicklungen wird dadurch eine
Wechselspannung induziert, die als
Kommutierungsspannung für den
Wechselrichterteil des Umrichters dient. Die vom Wechselrichter benötigte Gleichstromleistung liefert ein
gesteuerter oder ungesteuerter Gleichrichter, der
am Wechselstromnetz hängt.
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß die
Synchronmaschine bei Lastschwankungen nicht
außer Tritt fallen kann, wie es der Fall wäre,
wenn sie direkt vom Netz betrieben würde.
U = 1, 35*
U *(cos α − d )
d I N I x I
= −1, 35*
U * (cos α − d )
M II x II
(Widerstand im Gleichstromkreis
vernachlässigt!)
Der Strom ist rechteckförmig; zur Wirkleistung
im Motor trägt nur die Grundschwingung bei:
I1 = g * I = g *
2
* I
3
(B6-Schaltung: g = 0,955)
M M d
Phasenlage von Spannung und Strom:
ϕ = α - 180 o
neg. ϕ bedeutet übererregte Sychnronmaschine!
Gleichrichter
0
B6C
V
Zünd- T3
impulse T4
W
U dI
U
V
U dII
ω
W
Tm
2
U
V
Wechselrichter
T4 T6 T2
T1 T3 T5
W
U
V
α = f(ψ)
W
U
Synchronmaschine
V
i u
i v
i w
M
3~
ψ Rotorlagegeber
W
U
V
Erregung
+
-
U U U U U U
UV UW VW VU WU WV
Ventilspg.
i i i i i i
UV UW VW VU WU WV
60 120 180 240 300 360
T5
T4
T5
T6
T1
T6
U dII
T1
T2
T3
T2
W
U
T3
T4