Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

2.2 Anforderungen an einen Frequenzumrichter 23
derungen an den Stromrichter beziehen sich deshalb primär auf den Strom und auf die
Leistung:
1. Der Netzstrom soll möglichst sinusförmig sein, damit überwiegend Grundschwingungsleistung
fliesst. Unter der Annahme, dass die Netzspannung selbst ebenfalls weitgehend
sinusförmig ist, verursachen alle von der Grundschwingung verschiedenen Anteile
im Strom Verzerrungsblindleistung und sind deshalb unerwünscht.
2. In der Regel soll die mit dem Netz ausgetauschte Blindleistung minimal sein. Dazu
muss die Grundschwingung des Stromes möglichst dieselbe Phasenlage wie die Netzspannung
aufweisen. Eine Ausnahme bildet der spezielle Fall, dass der netzseitige
Stromrichter nebenbei noch die Funktion eines Blindleistungskompensators für das
Netz übernehmen muss.
3. Die Amplitude der Grundschwingung des Phasenstromes soll so eingestellt sein, dass
die benötigte Leistung aus dem Netz bezogen wird.
Bei Anwendungen, in denen der Umrichter die Kupplung zwischen zwei Versorgungsnetzen
darstellt, gelten diese Anforderungen auf beiden Seiten.
2.2.2 Anforderungen für die Speisung einer Drehstrommaschine
Werden Drehstrommaschinen direkt ans Netz geschaltet, so lässt sich ihre Drehzahl nicht
oder zumindest nur mit grossen Einschränkungen variieren. Mit Hilfe eines Stromrichters
nach Bild 2.4, der eine freie Einstellung der Statorfrequenz ermöglicht, kann dagegen ein
Antrieb mit beliebig variabler Drehzahl realisiert werden. Als Maschinen kommen meis-
u
lastseitiger
d, id, Pd Stromrichter
f S, u S, i S, P S, Q S
Rotor
Stator
ω mech
Bild 2.4.
Umrichtergespeiste
Drehstrommaschine
tens Asynchronmaschinen mit Kurzschlussläufer (ASM) und Synchronmaschinen (SM)
zum Einsatz. Für diese beiden Typen sind in Bild 2.5 die charakteristischen statischen
Drehmoment-Drehzahl Kennlinienfelder dargestellt. Dabei dient die am Stator eingespeiste
Frequenz f S bzw. Kreisfrequenz ω S als Kurvenparameter. Mit einer frei einstellbaren
Statorfrequenz lässt sich ein beliebiger Betriebspunkt innerhalb der gekennzeichneten
Flächen einstellen. Bei der SM ist die Drehzahl (bei einem zweipoligen Motor) mit der
Statorfrequenz identisch. Je nach Vorzeichen des elektrischen Drehmomentes ist bei der
ASM in jedem beliebigen Arbeitspunkt P die Drehzahl um den Betrag der Rotorkreisfrequenz
ω R grösser oder kleiner als die Statorkreisfrequenz (Schlupf).
Im gesamten Grunddrehzahlbereich (|ω mech|≤ω mech,n) wird mit vollem Fluss gefahren,
so dass sich motorisch und generatorisch stets das maximale Drehmoment erreichen lässt.
Für Drehzahlen oberhalb der Nenndrehzahl muss der Fluss reduziert werden, da die Statorspannung
höchstens der maximal verfügbare Stromrichterspannung entsprechen kann.
Diese Massnahme wird als Feldschwächung bezeichnet. Das erreichbare Drehmoment
nimmt dabei proportional mit dem Fluss ab. Bild 2.6 zeigt die für beide Maschinentypen