Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

54 3 Leistungskreis von Frequenzumrichtern mit selbstgeführten Stromrichtern
u d /2
u d/2
i d+
s A+
sA- id S A+
i A
S A-
A
u A0
0
u d /2
u d/2
Bild 3.21.
Brückenzweig für
zweistufige U-Stromrichter,
links: Schaltung mit
idealisierten Elementen,
rechts: Ersatzschaltung
mit Umschalter
leitenden Schaltelemente bilden zusammen den Brückenzweig, der sich theoretisch in 4
verschiedenen Zuständen befinden kann:
1. sA+ =1 und sA- =0: der Strom iA fliesst unabhängig von seinem Vorzeichen im oberen
Schaltelement SA+ und die Ausgangsspannung uA0 beträgt ud /2.
2. sA+ =0 und sA- =1: der Strom iA fliesst unabhängig von seinem Vorzeichen im unteren
Schaltelement SA- und die Ausgangsspannung uA0 beträgt -ud /2.
3. sA+ =1 und sA- =1: dieser Zustand würde den Zwischenkreis kurzschliessen und ist deshalb
verboten.
4. sA+ =0 und sA- =0: der Strom iA fliesst je nach seinem Vorzeichen im oberen oder im unteren
Schaltelement. Die Ausgangsspannung ist demzufolge abhängig von der Stromrichtung.
Da der U-Stromrichter am Ausgang das Verhalten einer Spannungsquelle aufweisen
soll, ist diese Situation unerwünscht. Der Schaltzustand wird üblicherweise nur
als Ruhezustand der Schaltung benutzt.
Im Betrieb werden nur die ersten beiden Zustände verwendet. Es ist also jederzeit eines
der beiden Schaltelemente eingeschaltet und das andere ausgeschaltet (d.h. sA+ +sA- =1).
Unter diesen Voraussetzungen lassen sich mit den Schaltfunktionen sA+ und sA- die diskreten
Transformationsgleichungen gemäss (3.47) und (3.48) formulieren.
uA0 ( sA+ – sA- ) (3.47)
(3.48)
Die Ausgangsspannung (Mittelpunktspannung) uA0 ist eine Funktion der Schalterzustände
und der Zwischenkreisspannung. Ihr Wert kann sich sprungartig ändern. Die Stellmöglichkeit
beschränkt sich jedoch auf die zwei Schaltniveaus +ud/2 und -ud/2. Beim Strom
ist die Wirkung umgekehrt: je nach Stellung der Schalter wird der Phasenstrom auf einen
der beiden Leiter des Zwischenkreises geschaltet. Die Verläufe der Zwischenkreisströme
weisen demzufolge Sprünge auf.
Die Spannungsbelastung der Schaltelemente im ausgeschalteten Zustand beträgt ud. Ihre Spannungsfestigkeit ist deshalb auf den maximalen Wert der Zwischenkreisspannung
auszulegen, wobei zusätzlich die zu erwartende Abschaltüberspannung (durch Streuinduktivitäten
bedingt) und eine Reserve einzurechnen sind.
ud =
----
2
id+ = sA+ iA, id- =
sA-i A
i d+
i d-
S A
+1
-1
i A
A
u A0
0