Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

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18 1 Einleitung frequenz: ihre Erhöhung würde in den meisten Fällen eine Reduktion der unerwünschten Phänomene mit sich bringen. Da aber die Schaltverluste des Stromrichters proportional zur Schaltfrequenz ansteigen, kann diese Eigenschaft nur beschränkt ausgenutzt werden. Für die sehr unterschiedlichen Anwendungsgebiete und Leistungsbereiche der Umrichter ergeben sich völlig verschiedene optimale Steuerverfahren, die stets Kompromisse zwischen verschiedenen Optimierungszielen darstellen. Die zentrale Bedeutung der Steuerverfahren und die Problematik ihrer Optimierung hat in den letzten Jahren eine grosse Zahl von entsprechenden Fachartikeln entstehen lassen. Die meisten von ihnen stellen ausgewählte Steuerverfahren vor und optimieren diese für bestimmte Anwendungen. Daneben gibt es auch Übersichtsartikel, welche verschiedene Verfahren miteinander vergleichen. Die Beschreibung der einzelnen Verfahren fällt dort allerdings stets sehr knapp aus. Eine Auswahl von Übersichtsartikeln ist im Literaturverzeichnis (Anhang A) in einer separaten Liste aufgeführt. Dieses Buch stellt die Steuerverfahren für selbstgeführte Stromrichter in den Mittelpunkt. Es gibt eine Übersicht über die Grundtypen von Verfahren und beschreibt ihre wichtigsten Varianten ausführlich. Die Wahl von einheitlichen Schaltungen und Betriebszuständen sowie die Definition von Kennwerten ermöglicht direkte Vergleiche zwischen den Verfahren. Neben den Standardverfahren wird ausserdem eine ganze Reihe von abgewandelten Lösungen und weiteren speziellen Steuerverfahren kurz behandelt. Dabei muss die Auswahl allerdings auf die wichtigsten der zahlreichen in der Literatur vorgeschlagenen Varianten beschränkt bleiben. Zu allen behandelten Verfahren wird auf entsprechende Fachartikel verwiesen. Sie sollen in erster Linie zur Vertiefung der behandelten Themen dienen. Zum Teil beschreiben sie auch weitere verwandte Verfahren, auf die in diesem Buch nicht eingegangen wird. Die angegebenen Quellen stellen eine beschränkte Auswahl aus der riesigen Anzahl von Fachpublikationen dar. Verweise auf Dissertationen, die das Thema Steuerverfahren behandeln, werden bewusst keine gemacht, da diese in der Regel nur schwer zugänglich sind. Das Buch ist in 5 Teile gegliedert, welche je einen weitgehend in sich abgeschlossenen Themenkreis behandeln: - Teil I gibt eine Einführung in die Thematik der Umrichter. Die relevanten Schaltungen und ihre Umgebungen, d.h. Quellen, Zwischenkreise und Lasten, werden vorgestellt und modelliert. Im weiteren wird die Grundstruktur der Steuerung und Regelung der Stromrichter besprochen und die Funktion der Steuerverfahren darin aufgezeigt. Das Schwergewicht der Einführung liegt vor allem auf den für die Besprechung von Steuerverfahren benötigten Zusammenhänge. Für die Aneignung von Grundlagenkenntnissen über Umrichter und selbstgeführte Stromrichter sei auf die zahlreichen neueren Lehrbücher der Leistungselektronik verwiesen, welche jeweils am Ende der Kapitel erwähnt sind. - Im Teil II werden die Grundtypen von Steuerverfahren am Beispiel der Standardschaltungen, den zweistufigen selbstgeführten Stromrichtern für U-Umrichter, vorgestellt. Jedem Grundtyp ist ein Kapitel gewidmet. Die Behandlung besteht aus Beschreibungen, analytischen Berechnungen und z.T. Simulationen. Der Teil II wird eingeleitet
durch die Definition von einheitlichen Schaltungsmodellen und Kennwerten und wird abgeschlossen durch ein zusammenfassendes Kapitel mit dem Vergleich der Verfahren. - Im Teil III wird die Übertragung der Steuerverfahren aus Teil II auf andere Stromrichtertopologien beschrieben. Zur Sprache kommen I-Stromrichter, 3-stufige U-Stromrichter sowie kombinierte U-Stromrichter. - Teil IV wendet sich schliesslich der praktischen Realisierung der Steuerungen zu. Zuerst werden dabei die nichtidealen Phänomene beschrieben, welche bei der Erzeugung und Umsetzung der Schaltvorgänge im Stromrichter entstehen. Weiter wird der wichtige Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) kurz beleuchtet. Den Abschluss bildet eine Übersicht über die aktuellen Varianten zur Implementierung von Steuerverfahren (Modulatoren). - Teil V enthält die verschiedenen Anhänge. Sie umfassen eine kurze Zusammenstellung von wichtigen verwendeten Grundlagen der Elektrotechnik, ein Literaturverzeichnis sowie ein Sachverzeichnis. 19
Seite 2 und 3: Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einhe
Seite 4 und 5: 4 Vorwort
Seite 6 und 7: 6 Inhalt 3.3.2 Zweistufige Stromric
Seite 8 und 9: 8 Inhalt 9.2.1.2 Resultate . . . .
Seite 10 und 11: 10 Inhalt 16.2 Steuerverfahren . .
Seite 12 und 13: 12 Verzeichnis der verwendeten Symb
Seite 14 und 15: 14 Verzeichnis der verwendeten Symb
Seite 16 und 17: 16 1 Einleitung als Zwischenkreisum
Seite 20 und 21: 2 Funktion und Aufbau von modernen
Seite 22 und 23: 22 2 Funktion und Aufbau von modern
Seite 34 und 35: 34 3 Leistungskreis von Frequenzumr
Seite 68 und 69:
68 3 Leistungskreis von Frequenzumr
Seite 70 und 71:
70 3 Leistungskreis von Frequenzumr
Seite 72 und 73:
4 Regelkonzepte für selbstgeführt
Seite 74 und 75:
74 4 Regelkonzepte für selbstgefü
Seite 76 und 77:
Seite 78 und 79:
Seite 80 und 81:
Seite 82 und 83:
Seite 84 und 85:
84 5 Beschreibung von Stromrichtern
Seite 86 und 87:
Seite 88 und 89:
Seite 90 und 91:
Seite 92 und 93:
Seite 94 und 95:
Seite 96 und 97:
Seite 98 und 99:
Seite 100 und 101:
u A0 4 -- π U ⎛ ∞ ⎞ d 1 = --
Seite 102 und 103:
6.2 Einphasige Brücke 101 Aus den
Seite 104 und 105:
6.2 Einphasige Brücke 103 nimmt er
Seite 106 und 107:
1 0 U d/2 U d /2 U d/2 u U -1 U d/2
Seite 108 und 109:
6.3 Dreiphasige Brücke 107 Zwische
Seite 110 und 111:
7 Trägerverfahren Trägerverfahren
Seite 112 und 113:
1 0.5 0 -0.5 -1 s A ~u A0 x T 0 0.2
Seite 114 und 115:
dB 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 0 5
Seite 116 und 117:
7.1 Funktionsprinzip der Trägerver
Seite 118 und 119:
Seite 120 und 121:
Seite 122 und 123:
Seite 124 und 125:
iA, ν iA, VZ I2 A, VZ, eff 1 ûA0,
Seite 126 und 127:
7.2 Halbbrücke 125 Spannungs-Effek
Seite 128 und 129:
7.3 Einphasige Brücke 7.3 Einphasi
Seite 130 und 131:
7.3 Einphasige Brücke 129 maximal
Seite 132 und 133:
uAB, Soll = UdM cos( ω1t + ϕx), u
Seite 134 und 135:
Ud IB 1 0.5 0 -0.5 -1 10*i A,VZ u A
Seite 136 und 137:
7.4 Dreiphasige Brücke 135 Aus (7.
Seite 138 und 139:
7.4 Dreiphasige Brücke 137 den Pha
Seite 140 und 141:
7.4 Dreiphasige Brücke 139 punktsp
Seite 142 und 143:
1.5 î U 1 0.5 0 -0.5 -1 i d I d -1
Seite 144 und 145:
7.4 Dreiphasige Brücke 143 Phasens
Seite 146 und 147:
1.2 U d /2 1oo oo oo oo o o 0.8 0.6
Seite 148 und 149:
t 2 TT ----- 2 u ( V0, Soll- uW0, S
Seite 150 und 151:
7.4 Dreiphasige Brücke 149 riode T
Seite 152 und 153:
Mˆ el, VZ 3TT --------------- 8ω1
Seite 154 und 155:
8.2 Freiheitsgrade bei Drehzeigermo
Seite 156 und 157:
u a u b = 1 u = 1 t1 U ------------
Seite 158 und 159:
8.2.2 Abfolge der Stromrichterzust
Seite 160 und 161:
8.2 Freiheitsgrade bei Drehzeigermo
Seite 162 und 163:
U d/2 1 0.5 0 -0.5 -1 u N0 u U, u U
Seite 164 und 165:
dB 10 0 . -10 -20 -30 -40 -50 . . .
Seite 166 und 167:
8.3 Analogie zwischen Drehzeigermod
Seite 168 und 169:
8.4 Phasenspannungen, Verzerrungsst
Seite 170 und 171:
9.1 Funktionsprinzip 169 Dasselbe P
Seite 172 und 173:
s U s V s W α 1 α 1 9.2 Selektive
Seite 174 und 175:
9.2 Selektive Elimination von Harmo
Seite 176 und 177:
ad U d I B 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.
Seite 178 und 179:
9.2 Selektive Elimination von Harmo
Seite 180 und 181:
s U s U Typ 1 Typ 2 9.2 Selektive E
Seite 182 und 183:
I B 0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.02
Seite 184 und 185:
0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 Z 0.5 û ν=1
Seite 186 und 187:
I q+1 I q π-αq π/2(=π-αq+1) I
Seite 188 und 189:
9.3 Optimierte Pulsmuster 187 einer
Seite 190 und 191:
9.3 Optimierte Pulsmuster 189 Diese
Seite 192 und 193:
9.3 Optimierte Pulsmuster 191 (9.29
Seite 194 und 195:
9.3.3.2 Resultate der Optimierung 9
Seite 196 und 197:
9.3 Optimierte Pulsmuster 195 Da de
Seite 198 und 199:
9.3 Optimierte Pulsmuster 197 Bei d
Seite 200 und 201:
9.3 Optimierte Pulsmuster 199 Minim
Seite 202 und 203:
9.3.5.2 Realisierung von Übergäng
Seite 204 und 205:
9.3 Optimierte Pulsmuster 203 vergl
Seite 206 und 207:
10.1 Halbbrücke mit Zweipunktregle
Seite 208 und 209:
Seite 210 und 211:
1.2 f B 1 0.8 0.6 0.4 0.2 f inst |m
Seite 212 und 213:
Seite 214 und 215:
f inst Ud --------- LkIδ 1 diSoll
Seite 216 und 217:
10.2 Einphasige Brücke mit Dreipun
Seite 218 und 219:
10.3 Dreiphasige Brücke mit Zweipu
Seite 220 und 221:
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 o o c
Seite 222 und 223:
1 I n 0.5 0 -0.5 -1 1.5 U d/2 . 0 0
Seite 224 und 225:
2I δ b c β I δ 1.15I δ a α 10.
Seite 226 und 227:
10.5 Diskrete Schaltzustandsänderu
Seite 228 und 229:
10.5 Diskrete Schaltzustandsänderu
Seite 230 und 231:
11.2 Stromzeiger-Komponentenregelun
Seite 232 und 233:
t 4 0/7 U-e 3 U t 3 t 2 i Str,VZ,α
Seite 234 und 235:
Seite 236 und 237:
1.5 I n 0.5 -0.5 β 1.5 I n 1 0.5 0
Seite 238 und 239:
Seite 240 und 241:
11.3 Prädiktive Stromregelung 239
Seite 242 und 243:
Seite 244 und 245:
7 k Z 6 5 4 3 2 1 0 β 1.5 I n 1 0.
Seite 246 und 247:
Iδ Iδ+Ih SIV SIII β SII SV SVI S
Seite 248 und 249:
i Soll i Str ω 1 Beobachter für e
Seite 250 und 251:
Seite 252 und 253:
12 Spezielle Steuerverfahren für D
Seite 254 und 255:
12.1 Flussorientierte Stromregelung
Seite 256 und 257:
β ω S,Soll Ψ S,Soll α 12.2 Dire
Seite 258 und 259:
Mel,Soll + SIV - sM + |Ψ S,Soll |
Seite 260 und 261:
12.2 Direkte Fluss- und Drehmomentr
Seite 262 und 263:
12.3 Deltamodulation 261 dings nich
Seite 264 und 265:
12.3 Deltamodulation 263 Die Schalt
Seite 266 und 267:
13.2 Kennlinien 13.2 Kennlinien 265
Seite 268 und 269:
0.045 I B IA,VZ,eff 0.04 0.035 0.03
Seite 270 und 271:
U B ----------ωBLk M B 0.035 0.03
Seite 272 und 273:
13.4 Frequenzbereiche 271 Tabelle 1
Seite 274 und 275:
13.5 Dynamik 13.5 Dynamik 273 Tabel
Seite 276 und 277:
Teil III Anwendung der Steuerverfah
Seite 278 und 279:
U-Stromrichter I-Stromrichter s A s
Seite 280 und 281:
u d i d s I,U+ s I,U- S U+ s I,V+ S
Seite 282 und 283:
4 Z 3 Z S2 7 Z S4 5 S5 Z S2 S1 0 Z
Seite 284 und 285:
14.2 Dreiphasige Brücke 283 gänge
Seite 286 und 287:
10 dB i U 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
Seite 288 und 289:
i d U d i a,d i b,d i c,d Stromrich
Seite 290 und 291:
Stromrichter a Stromrichter b Strom
Seite 292 und 293:
U B 1 0.5 0 -0.5 -1 1.5 1 0.5 0 -0.
Seite 294 und 295:
15.1 Serieschaltung von Stromrichte
Seite 296 und 297:
15.1 Serieschaltung von Stromrichte
Seite 298 und 299:
15.2 Parallelschaltung von Stromric
Seite 300 und 301:
15.2 Parallelschaltung von Stromric
Seite 302 und 303:
Stromrichter a Stromrichter b u a,U
Seite 304 und 305:
Stromrichter a Stromrichter b Strom
Seite 306 und 307:
16.2 Steuerverfahren 305 pulse und
Seite 308 und 309:
Die Steuerung des Stromrichter kann
Seite 310 und 311:
16.2 Steuerverfahren 309 den Schalt
Seite 312 und 313:
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 x U/V/W,Soll x
Seite 314 und 315:
16.2.4 Weitere Steuerverfahren 16.2
Seite 316 und 317:
Teil IV Praktischer Einsatz von Ste
Seite 318 und 319:
Δx Soll 1 0.5 0 -0.5 -1 x T quanti
Seite 320 und 321:
1 0.5 0 -0.5 -1 0 0.05 0.1 0.15 0.2
Seite 322 und 323:
Ud/2 IB 1 0.5 0 -0.5 -1 x A,Soll s
Seite 324 und 325:
1 Ud/2 IB 0.5 0 -0.5 -1 x A,Soll i
Seite 326 und 327:
17.3 Stromrichteraufbau 325 Mit t r
Seite 328 und 329:
f N netzseitiger L Stromrichter ud,
Seite 330 und 331:
1 U d /2 0.5 0 -0.5 -1 u A0 x A,Sol
Seite 332 und 333:
18.1 Umgebung von selbstgeführten
Seite 334 und 335:
18.2 Normen und Vorschriften 18.2 N
Seite 336 und 337:
Tabelle 18.2. Übersicht über die
Seite 338 und 339:
19 Implementierung von Modulatoren
Seite 340 und 341:
19.1 Schaltungen 339 durch die Stuf
Seite 342 und 343:
19.1 Schaltungen 341 Hilfe von Oper
Seite 344 und 345:
M f 1 Reg. T 1 Mikroprozessor PROM
Seite 346 und 347:
19.3 Praktische Probleme 19.3 Prakt
Seite 348 und 349:
19.3 Praktische Probleme 347 die Sc
Seite 350 und 351:
Teil V Anhänge A Literatur Bücher
Seite 352 und 353:
[Aml1] Amler G. (1991): A PWM curre
Seite 354 und 355:
Electronics, Vol. 8, Nr. 4, S. 546-
Seite 356 und 357:
[Per1] Persson E. (1992): Transient
Seite 358 und 359:
B Verwendete Grundlagen B.1 Das Dre
Seite 360 und 361:
B.1 Das Dreiphasensystem 359 und eW
Seite 362 und 363:
B.2 Fourierreihe 361 sengrössen si
Seite 364 und 365:
B.2.2 Nicht exakt periodische Signa
Seite 366 und 367:
C Sachverzeichnis αβ-Darstellung
Seite 368:
Verzerrungsstrom, minimaler 149 Vie
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