Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

3.3 Schaltungen von selbstgeführten Stromrichtern 53
Es wird deutlich, dass die Stromverdrängung schon bei sehr tiefen Frequenzen spürbar
wird, wenn der Querschnitt des Leiter gross ist. Sie ist deshalb bei Anlagen hoher Leistung
besonders zu beachten. Bei Leiterdurchmessern von mehreren Millimetern wird die
Widerstandserhöhung bereits ab einigen 100Hz wirksam.
Bei Asynchronmaschinen für Direktanlauf am Netz (mit ‘Stromverdrängungs-Rotor’)
wird die Stromverdrängung gezielt dazu ausgenützt, um beim Betrieb am Netz das Anfahrmoment
zu vergrössern [Fis1]. Sie ist deshalb bereits im Bereich der Netzfrequenz
stark wirksam und fällt für höherfrequente Verzerrungsanteile im Rotorstrom entsprechend
noch deutlicher ins Gewicht.
In Wicklungen (Drosseln, Transformatoren, Maschinen) bewirkt die gegenseitige Beeinflussung
der einzelnen Windungen eine stärkere Stromverdrängung und damit einen
grösseren Anstieg des wirksamen Widerstandes als in einem einzelnen Leiter. Dieses Phänomen
wird als ‘Proximity Effect’ bezeichnet ([Sto1], [Dow1]). Gleichzeitig nimmt die
Induktivität der Spule mit steigender Frequenz ab. Im Frequenzbereich, der für Betrachtungen
an selbstgeführten Stromrichtern von Bedeutung ist, bleibt trotzdem normalerweise
der induktive Anteil in der Impedanz klar dominant. Vor allem für Verlustbetrachtungen
ist aber die Zunahme des Widerstandes durch Stromverdrängung zu beachten.
Literatur zu Kapitel 3.2: [Bro1], [Büh1], [Büh2], [Dow1], [Fis1], [Hag1], [Heu1],
[Jen1], [Kle1], [Lap1], [Leo1], [Mey1], [Mey2], [Mic1], [Sto1], [Spä1]
3.3 Schaltungen von selbstgeführten Stromrichtern
Nachdem einerseits die Bausteine und andererseits das Umfeld der selbstgeführten
Stromrichter besprochen worden sind, sollen im folgenden die verschiedenen Schaltungstopologien
für die Stromrichter selbst vorgestellt werden. Dies geschieht auf der Basis der
in Kapitel 3.1.1 eingeführten idealisierten Schaltelemente. Im Vordergrund steht dabei das
Verhalten der Schaltungen an ihren Ein- und Ausgängen. Dazu werden zwei Beschreibungen
benützt: die exakten Transformationsgleichungen für Ströme und Spannungen
mittels Schaltfunktionen und die zeitkontinuierlichen Transformationsgleichungen mittels
Modulationsfunktionen.
3.3.1 Beschreibung durch Schaltfunktionen, kurzzeitige Mittelwerte und
Modulationsfunktionen
Die Beschreibungsarten für Stromrichter werden am Beispiel eines Brückenzweiges
(auch als Zweipaar oder Phasenglied bezeichnet) für einen U-Stromrichter vorgestellt.
Betrachtet wird die Schaltung in Bild 3.21. Die Last liegt zwischen den Mittelpunkten des
Zweiges und des Zwischenkreises. Die Zwischenkreisspannung u d und der Ausgangsstrom
i A sind zumindest kurzzeitig geglättete Grössen, die keine Sprünge ausführen können.
Dafür sorgen die im Bild angedeuteten Kapazitäten und Induktivitäten, die in der
äusseren Beschaltung eines U-Stromrichters stets vorhanden sind. Die beiden rückwärts-