Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

13.2 Kennlinien
13.2 Kennlinien 265
Als erstes werden die in der Praxis wichtigsten Kenngrössen der AC-Seite des Stromrichters
in Funktion des Modulationsgrades betrachtet. Es sind dies: der Effektivwert und der
Spitzenwert des Verzerrungsstromes in einer Phase, die Schaltfrequenz bzw. die Schaltzahl
und für Antriebe die Drehmomentwelligkeit im Leerlauf. Es werden jeweils 4 Verfahren
als Vertreter der 4 im Schema in Bild 13.1 definierten Grundtypen verglichen. Die
Vergleiche werden für die ein- und dreiphasigen Brückenschaltungen durchgeführt.
13.2.1 Einphasige Brücke
Betrachtet werden die Kennlinien für sinusförmige Sollwerte und konstanter Grundfrequenz
der Ausgangsspannungen. Sie sind massgebend für zwei der Hauptanwendungsgebiete
der einphasigen, selbstgeführten Stromrichter, nämlich der Netzstromrichter und der
Speisung von Inselnetzen.
Bild 13.2 zeigt die Kennlinien der Effektiv- und Spitzenwerte des Verzerrungsanteils im
Phasenstrom sowie der zugehörigen Schaltzahlen für die folgenden 4 Verfahren:
Kurven a: Grundfrequenzsteuerung nach Kapitel 6.2.
Kurven b: Trägerverfahren mit dreieckförmigem Trägersignal und versetzter Taktung
(doppelte Trägerfrequenz in den Ausgangsgrössen) nach Kapitel 7.3.
Kurven c: optimierte Pulsmuster für minimalen Effektivwert des Verzerrungsstromes
nach Kapitel 9.3.2.
Kurven d: Dreipunktregler für den Phasenstrom nach Kapitel 10.2.
Die Kennlinien sind mit den in den entsprechenden Kapiteln vorgestellten analytischen
Methoden berechnet. Die verwendeten Formeln sind im Bild angegeben.
Kommentar zu Bild 13.2:
- Die Aussteuergrenze liegt für die Grundfrequenzsteuerung und die optimierten Pulsmuster
bei M=4/π, bei den beiden anderen Verfahren dagegen nur bei eins. (Grundsätzlich
lässt sich aber beim Trägerfahren der Modulationsgrad durch Übersteuerung ebenfalls
bis auf 4/π steigern.)
- Die Grundfrequenzsteuerung ergibt in einem weiten Bereich den deutlich grössten Verzerrungsstrom,
allerdings bei der minimal möglichen Schaltzahl bzw. Schaltfrequenz.
- Die anderen Verfahren weisen eine umgekehrte Proportionalität zwischen den Kennlinien
des Verzerrungsstromes (Effektivwert und Spitzenwert), und derjenigen der
Schaltzahl auf. Sie gilt für Trägerverfahren und Phasenstromregler exakt und für die optimierten
Pulsmuster näherungsweise. Der Verzerrungsstrom kann also durch Erhöhen
der Schaltfrequenz beliebig reduziert werden.
- Im weiteren zeigt sich deutlich die grundsätzlich verschiedene Charakteristik der Verfahren:
die spannungssteuernden Verfahren (a bis c) weisen bei einer konstanten Schaltzahl
einen aussteuerungsabhängigen Verzerrungsstrom auf. Beim direkten Stromregler
(Verfahren d) ist dieser dagegen konstant. Dafür ist die Schaltzahl variabel.