Leistungselektronik Prüfungssammlung – Netzgeführte Schaltungen M

Professur für Leistungselektronik
und Messtechnik
Prof. Dr. J.W. Kolar
Leistungselektronik
Prüfungssammlung – Netzgeführte Schaltungen
6-pulsige Thyristorbrücke 8
Eine 6-pulsige Thyristorbrücke speist über eine sehr grosse Glättungsinduktivität (L∞) eine
Gleichstrommaschine. Der Maschinenstrom I M kann näherungsweise als konstant angenommen
werden. Der Effektivwert der Netzspannung beträgt U N = 230V/400V (Phasenspannung /
Aussenleiterspannung). Die Thyristoren und die Kommutierung sind als ideal anzunehmen.
L→∞
u 1
i 1
u 2 u 12
i 2
T
11 T 32
T 3
T 5
u diα
U M
M
I M
n
u 1 =√2*230V*cos(ωt)
U M = 412 V // 199.4V
I M = 40A // 25A
u 3
i 3
T 4 T 5 4
T 6
T 2
Abb.1: B6-Schaltung
1. Im Teillastbetrieb (A) liegt an den Maschinenklemmen eine mittlere Spannung U M = 412V. Der
aufgenommene Maschinenstrom beträgt I M = 40A. Berechnen Sie den einzustellenden Steuerwinkel α
und zeichnen Sie den Verlauf der Stromrichterausgangsspannung u diα mittels
a) der Phasenspannungen u i (Beiblatt1/Fig.1) und schraffieren Sie die abgegebene
Spannungszeitfläche,
b) der Aussenleiterspannungen u ij , i,j =1,2,3 (Beiblatt1/Fig.2).
2. Zeichnen Sie den zur Phasenspannung u 1 gehörigen Phasenstrom i 1 . Der Maschinenstrom I M kann
als näherungsweise konstant angenommen werden. (Beiblatt1/Fig.3)
3. Berechnen Sie den Effektivwert I 1 des Stromes i 1 und bestimmen Sie den Grundschwingungsgehalt
g 1 = I 1,(1) /I 1 für den Teillastbetrieb A.
4. Zeichnen Sie die Grundschwingung i 1,(1) in Beiblatt1/Fig.3 ein.
5. Berechnen Sie die netzseitige Grundschwingungsblindleistung Q.

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Vorausgesetzt, es ist kein Wechselrichterbetrieb erforderlich, können die Ventile einer Brückenseite
der vollgesteuerten Drehstrombrückenschaltung durch Dioden ersetzt werden. Für die folgenden
Teilaufgaben soll nun gelten, dass die Thyristoren T 2 , T 4 , T 6 durch ideale Dioden ersetzt werden,
wodurch eine halbgesteuerte Brücke B6H entsteht.
6. Im Teillastbetrieb (B) liegt an den Maschinenklemmen eine mittlere Spannung U M = 199.4V. Der
aufgenommene Maschinenstrom beträgt I M = 25A. Berechnen Sie den einzustellenden Steuerwinkel α
und zeichnen Sie den Verlauf der Stromrichterausgangsspannung u diα mittels
a) der Phasenspannungen u i (Beiblatt2/Fig.1) und schraffieren Sie die abgegebene
Spannungszeitfläche.
b) der Aussenleiterspannungen u ij , i,j =1,2,3 (Beiblatt2/Fig.2).
7. Zeichnen Sie den zur Phasenspannung u 1 gehörigen Phasenstrom i 1 . Der Maschinenstrom
I M kann als näherungsweise konstant angenommen werden. (Beiblatt 2 / Fig.3)
8. Wie gross ist die kleinst mögliche Ausgangsspannung U diα,min , wenn zur Einhaltung der Schonzeit
ein Löschwinkel von γ = 5° einzuhalten ist.
9. Zeichnen Sie die Steuerkennlinie U diα /U dio = f(α) der halbgesteuerten B6-Brücke und der vollgesteuerten
B6-Brücke in das Diagramm auf Beiblatt1, Fig.4 und kennzeichnen Sie in beiden
Kennlinien den Betriebspunkt für den Teillastbetrieb A.
Theoriefragen:
a) Kann bei der halbgesteuerten 6-pulsigen Brücke Wechselrichterkippen auftreten? Begründen Sie
Ihre Antwort!
b) Welche Frequenz hat die Wechselspannungskomponente an der Glättungsinduktivität L im
Vergleich zur Netzfrequenz bei der halbgesteuerten 6-pulsigen Brücke?
c) In welchem Bereich liegen die maximal zulässigen Stromanstiegsgeschwindigkeiten von realen
Thyristoren?
d) Welche Vorteile bietet ein kreisstrombehafteter Umkehrstromrichter gegenüber einen kreisstromfreien
Umkehrstromrichter?

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Lösungen:
1. a), b) Verlauf; α = 40°
2. Verlauf
3. I 1 = 32.66A, g 1 = 0.95
4. Verlauf, α = ϕ = 40°
5. Q = 13839VA
6. a), b) Verlauf; α = 105°
7.Verlauf
8. U diα,min = 1.02V
9. Verlauf; für B6: U diα /U dio =cos(α); für B6H: U diα /U dio =1/2*(1+ cos(α))
Theorie:
a.) Nein
b.) 150Hz
c.) 50-150A/μs
d.) dynamisch Bremsen, keine stromlose Pause

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400
Stromrichterausgangsspannung u
di
u 1 u 2 u3
200
0
-200
π
ω t
-400
400
Stromrichterausgangsspannung u und Mittelwert U
u12 -u31 u 23 di
di α
-u 12 u31
0
-400
π
ω t
50
25
Netzspannung u /10, Netzstrom i , Grundschwingung i
1 1 1,1
0
-25
-50
π
ω t
1
0.75
0.5
0.25
0
-0.25
-0.5
-0.75
-1
Steuerkennlinie für B6 und B6H
ω t

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400
Stromrichterausgangsspannung u
di
u 1 u 2 u3
200
0
-200
π
ω t
-400
400
Stromrichterausgangsspannung u und Mittelwert U
u12 -u31 u 23 di
di α
-u 12 u31
0
-400
π
ω t
50
25
0
-25
-50
Netzspannung u /10, Netzstrom i
1 1
π
ω t