ISBN 978-3-8439-0492-6

978-3-8439-0492-6, Reihe Energietechnik

Moritz von Zimmermann
Rückspeisefähiger Antriebsstromrichter mit Impedanzzwischenkreis zum Ausgleich von Netzspannungsschwankungen

163 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Konventionelle Antriebsstromrichter mit Gleichspannungszwischenkreis und Diodenbrücke sind auf den Betrieb als Tiefsetzsteller beschränkt. Um darüber hinaus auch ein Hochsetzen der Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung zu ermöglichen und so beispielsweise Netzspannungsschwankungen auszugleichen, wird die Diodenbrücke durch einen netzseitigen Wechselrichter mit Hochsetzdrosseln ersetzt. Von Nachteil ist hier jedoch der hohe Aufwand an passiven Bauelementen.

Als aufwandsarme Alternative bietet sich das neuartige Konzept des Stromrichters mit Impedanzzwischenkreis an. Charakteristisches Merkmal dieser Topologie ist der aus zwei Kapazitäten und zwei Induktivitäten bestehende Zwischenkreis. Die Anordnung der Zwischenkreiselemente ermöglicht mit dem Kurzschluss einer oder aller lastseitigen Halbbrücken einen neuen Schaltzustand. Während bei konventionellen Stromrichtern mit Gleichspannungszwischenkreis ein Kurzschluss des Zwischenkreises unter allen Umständen vermieden werden muss, kann bei Stromrichtern mit Impedanzzwischenkreis durch periodisches Einfügen von Kurzschlüssen die lastseitige Ausgangsspannung hochgesetzt werden. Dies erlaubt insbesondere Schwankungen der Netzspannung oder parasitäre Spannungsabfälle zu kompensieren und die Lastmaschine weiterhin mit Nennerregung zu betreiben.

Nachfolgend wird der bekannte Stromrichter mit Impedanzzwischenkreis um den regenerativen Betrieb an einer dreiphasigen Einspeisung erweitert. Zur Erzeugung der Pulssignale von netz- und lastseitigem Wechselrichter werden geeignete Modulationsverfahren entwickelt, welche sowohl auf eine Minimierung der Schaltverluste als auch auf möglichst kleine Zwischenkreiselemente abzielen. Ebenso werden Vorschriften zur Dimensionierung der aktiven und passiven Komponenten hergeleitet. Zur Verbesserung des Betriebsverhaltens werden sowohl eine Steuerung als auch eine Regelung anhand eines linearisierten Streckenmodells entworfen. Abschließend erfolgt die Verifizierung der theoretischen Erkenntnisse anhand eines konstruierten Prototyps. Verglichen mit konventionellen Stromrichtern identischer Leistung fällt insbesondere der Aufwand an passiven Bauelementen deutlich geringer aus.