Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

DC
AC
einphasig
DC
AC
dreiphasig
Bild 1.2. Ein- und dreiphasige Brücke mit abschaltbaren Leistungshalbleitern für Spannungszwischenkreis
(U-Stromrichter)
U-Umrichter mit selbstgeführten Brückenschaltungen auf einer oder gar auf beiden Seiten
sind heute die Standardlösungen für fast alle Umrichteranwendungsgebiete von wenigen
Watt bis zu mehreren Megawatt Leistung.
In speziellen Fällen kommen auch andere selbstgeführte Stromrichterschaltungen zum
Einsatz. Vor allem im Bereich sehr grosser Leistungen über 1MW reichen die zweistufigen
Brückenschaltungen nach Bild 1.2 häufig nicht mehr aus, weil keine Leistungshalbleiter
mit den erforderlichen Grenzdaten existieren. An ihre Stelle treten dreistufige oder
sogar höherstufige Brückenschaltungen, die mit gleichen Halbleitern auf dem doppelten
Spannungsniveau arbeiten können. Im weiteren werden auch Stromrichteranordnungen
gebaut, die einer Serie- oder Parallelschaltung von zwei oder mehreren Brücken entsprechen.
Auch I-Umrichter lassen sich mit einem oder zwei selbstgeführten Stromrichtern realisieren.
In den wenigen Anwendungen dieser Variante sind die Stromrichter stets einfache
Brückenschaltungen.
Es ist die Aufgabe des Umrichters, an seinen Ein- und -Ausgängen die Spannungen und
Ströme auf diejenigen Werte einzustellen, welche durch die Anwendung und den gewünschten
Betriebspunkt bestimmt sind. In den meisten Fällen sind dies stationär betrachtet
sinusförmige Verläufe mit bestimmten Amplituden, Phasenlagen und Frequenzen.
Wegen der schaltenden Arbeitsweise der Stromrichter ist es nicht möglich, diese
Kurvenformen exakt nachzubilden. Vielmehr ergeben die Schalthandlungen neben den
angestrebten Verläufen (Grundschwingungen) Verzerrungen in den Spannungen und
Ströme. Diese verursachen zusätzliche Verluste in Umrichtern, Netzen und Lasten und ergeben
Verzerrungsblindleistung, welche eine grössere Dimensionierung aller Schaltungskomponenten
nach sich zieht. Zusätzlich ergeben sich weitere, anwendungsspezifische
Beeinflussungen der Last. Wichtige Beispiele dafür sind die Drehmomentwelligkeit in
umrichtergespeisten Antrieben oder die Verzerrung der Spannung in einem Netz durch
den verzerrten Strom eines Stromrichters.
Bei gegebenen Schaltungen und Betriebspunkten ist die Art und Grösse der Verzerrungen
allein durch die eingesetzten Steuerverfahren für die Stromrichter (häufig auch als
Modulationsverfahren oder Taktverfahren bezeichnet) bestimmt. Eine geschickte Steuerung
ermöglicht die Optimierung der Kurvenformen und beeinflusst damit die erwähnten
Unzulänglichkeiten massgeblich. Es ergeben sich dabei jedoch z.T. einander widersprechende
Randbedingungen für das Steuerverfahren. Das wichtigste Beispiel ist die Schalt-
17
abschaltbarer
Leistungshalbleiter