ISBN 978-3-8439-2000-1

978-3-8439-2000-1, Reihe Elektrotechnik

Katharina Beer
Antriebsumrichter mit Quasi-Impedanz-Zwischenkreis und Gleichspannungseinspeisung

157 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In den vergangenen Jahren ist die Familie der Z-Source-Umrichter in den Fokus zahlreicher wissenschaftlicher Untersuchungen gerückt. Die wichtigsten Vertreter der Familie sind neben dem Z-Source-Umrichter und dem von ihm abstammenden T-Source-Umrichter der in dieser Arbeit betrachtete Quasi-Z-Source-Umrichter. Die Umrichter der Familie haben eine neuartige Topologie, die anstatt aus einem herkömmlichen Gleichspannungszwischenkreis aus einem Impedanzzwischenkreis besteht. Dieser wird von einer Diode, Induktivitäten und Kapazitäten in unterschiedlicher Anordnung gebildet. Die Umrichter sind daher sehr vielversprechend für eine Vielzahl an Awendungen. Wegen des Impedanzzwischenkreises kann durch gezielte Halbbrückenkurzschlüsse, so genannte Shoot Throughs, die Spannung am Ausgang gegenüber der Eingangsspannung erhöht werden. Im Vergleich zur konventionellen Topologie entfällt daher eine separate Hochsetzstufe. Die Umrichter mit Impedanzzwischenkreis können sowohl für den motorischen als auch für den generatorischen Betrieb eingesetzt werden. Für den generatorischen Betrieb wird lediglich ein zusätzlicher IGBT im Zwischenkreis benötigt. Es existieren mittlerweile vielfältige Varianten dieser Umrichter, die die Anforderung verschiedener Applikationen erfüllen. Es gibt die Umrichter mit Impedanzzwischenkreis sowohl als Strom- als auch als Spannungsumrichter, zum Beispiel für AC-AC-Anwendungen und für die Photovoltaik. Für den Einsatz in der Elektromobilität ist der Quasi-Z-Source-Umrichter aus der Z-Source-Familie am besten geeignet, da er im Gegensatz zu Z-Source- und T-Source-Umrichtern einen nichtlückenden Eingangsstrom aufweist. Durch die Möglichkeit der Spannungshochsetzung kann der Wert der speisenden Spannung unter 60 V gehalten werden, was die Anforderungen an Sicherheitsvorkehrungen wie zum Beispiel Berührschutz reduziert. Gleichzeitig kann der Motor für höhere Spannungen ausgelegt werden, was bei gleicher Leistung zu geringeren Strömen und somit geringeren ohmschen Verlusten führt.

In dieser Dissertation wird der Quasi-Z-Source-Umrichter für die DC-AC-Anwendung sowohl theoretisch als auch praktisch untersucht. Betrachtet wird der Umrichter mit 60 V-Gleichspannungseinspeisung für den Betrieb einer Asynchronmaschine mit 7,5 kW und einer Nennspannung von 110 V.