Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

290 15 Steuerverfahren für zusammengeschaltete Stromrichter
Halbbrücken darstellt, erhöht sich die Anzahl Freiheitsgrade gegenüber der dreiphasigen
Schaltung um einen Faktor zwei.
15.1.3 Trägerverfahren mit versetzter Taktung
Bereits bei der einphasigen Brücke (Kapitel 7.3.3) hat sich gezeigt, dass sich mit Trägerverfahren
bei versetzter Taktung besonders gute Kurvenformen an der Last erzielen lassen.
Durch die Verwendung von zwei um eine halbe Taktperiode verschobenen Trägersignalen
wurden alle ungeraden Trägerbänder, darunter vor allem auch das dominante erste,
in der Phasenspannung zum Verschwinden gebracht. Das folgende Beispiel mit dreieckförmigen
Trägern und einer ganzzahligen Schaltzahl q zeigt, wie dieses Prinzip auf 3 in
Serie geschaltete dreiphasige Stromrichter übertragen werden kann.
Bild 15.6 zeigt die Modulation für die Phase U. Für alle 3 Teilstromrichter wird dasselbe
Sollwertsignal xU,Soll verwendet. Die Trägersignale sind dagegen verschieden, nämlich
um jeweils einen Drittel der Trägerperiode gegeneinander verschoben. Sie werden je für
die Modulation aller 3 Phasen ihres Stromrichters verwendet. Im Bild ist ersichtlich, dass
die resultierenden Schaltfunktionen und Phasenspannungen der einzelnen Teilstromrichter
leicht verschieden sind. Sie weisen aber alle dieselbe Grundschwingung auf. In Bild
15.7 ist der Mechanismus der versetzten Taktung im Frequenzbereich veranschaulicht.
Die Amplitudenspektra aller Schaltfunktionen und Phasenspannungen sind gleich. In den
Phasenspannungen fehlen in gewohnter Weise die Vielfachen der 3. Harmonischen, die
Gleichtaktkomponenten darstellen. Die Phasenspektra, im Bild rechts sind diejenigen für
die Phase U dargestellt, sind dagegen verschieden. Die Phasen der Harmonischen im ersten
und zweiten Trägerband unterscheiden sich jeweils um 2π/3. Dies bedeutet, dass sich
diese Anteile in der Summe kompensieren und in uL fehlen. Die Grundschwingungen und
die Harmonischen im 3. Trägerband weisen dagegen in allen Teilstromrichtern dieselbe
Phase auf. Sie ergeben deshalb in der Lastspannung die maximalen Amplituden.
Bild 15.8 zeigt die Verläufe und die Spektra der Lastspannung und des zugehörigen Verzerrungsstromes
in der Phase U. Die Wirkung der versetzten Taktung ist klar ersichtlich:
neben der Grundschwingung ist nur noch das 3. Trägerband vorhanden. Eine Betrachtung
über den dargestellten Frequenzbereich hinaus würde eine Präzisierung dieser Festestellung
erlauben: nur alle Vielfachen des 3. Trägerbandes treten auf. Die Amplituden dieser
verbleibenden Anteile sind dabei im Verhältnis zur Bezugsspannung U'
B gleich gross wie
diejenigen der Teilspannungen bezüglich U B. Die wirksame Schaltfrequenz an der Last
entspricht der dreifachen Schaltfrequenz in den einzelnen Stromrichtern. Es kommt hinzu,
dass die Frequenzanteile im 3. Trägerband gegenüber dem ersten und zweiten bereits
deutlich kleinere Amplituden aufweisen. Damit wird der Verzerrungsstrom kleiner als in
einem einzelnen Stromrichter mit dreifacher Schaltfrequenz.
Das gezeigte Prinzip der versetzten Taktung lässt sich leicht verallgemeinern. Für eine
Serieschaltung von k Stromrichtern sind die einzelnen Trägersignale um jeweils den kten
Teil der Taktperiode gegeneinander zu verschieben. In der Lastspannung treten dann nur
noch die Trägerbänder der Ordnungen k, 2k, 3k usw. auf. Da die Amplituden der Harmonischen
von einem Trägerband zum nächsten generell linear abnehmen, reduziert sich der
Effektivwert des Verzerrungsstromes ungefähr quadratisch zu k.