Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

3.3 Schaltungen von selbstgeführten Stromrichtern 63
und -1 an. Die Transformationsgleichung (3.78) für die Ausgangsspannung ist gleich wie
beim zweistufigen Stromrichter. Die Spannung kann aber jetzt 3 Schaltniveaus aufweisen,
nämlich +u d /2, 0 und -u d /2. Die Gleichungen für die Zwischenkreisströme in (3.79) sind
dagegen anders, da beim dreistufigen Stromrichter 3 Leiter zur Verfügung stehen.
u A
ud = sA---- 2
sA + 1
2
sA – 1
id+ = sA-------------- i
2 A,
id0 = ( 1 – sA)iA, id- =
sA-------------i 2 A
(3.78)
(3.79)
Der dreistufige Stromrichter weist gegenüber dem normalen zweistufigen im wesentlichen
zwei Vorteile auf:
1. Da jeder Schalter nur mit der halben Zwischenkreisspannung belastet wird, lässt sich
mit vorgegebenen Halbleitern ein Stromrichter für die doppelte Nennspannung und damit
auch für die doppelte Leistung realisieren.
2. Das zusätzliche Spannungsniveau am Ausgang erlaubt eine bessere Anpassung der
Kurvenform an den vorgegebenen Sollwert. Die Verzerrungen in den Ausgangsgrössen
lassen sich dadurch verkleinern.
Die Vorteile werden mit einem grösseren Aufwand an Halbleitern und den dazugehörigen
Ansteuerungen und Beschaltungen bezahlt. Dazu kommen die erhöhten Leitverluste, da
sich stets zwei Halbleiterelemente im Stromkreis befinden. Eine genaue Analyse der
Schaltung zeigt auch, dass die Halbleiter sehr unterschiedlich belastet sind und dass sich
diese Unsymmetrie betriebsabhängig ändert.
Zeitkontinuierliche Beschreibung: Die Modulationsfunktionen der dreistufigen Schaltungen
sehen gleich aus wie diejenigen der zweistufigen. Das zusätzliche Schaltniveau erlaubt
zwar verbesserte Steuerverfahren, die kurzzeitigen Mittelwerte sind jedoch identisch.
In gewohnter Weise erhält man deshalb die zeitkontinuierliche Beschreibung durch
Ersetzen der Schaltfunktionen s U , s V und s W in den Transformationsgleichungen durch die
Modulationsfunktionen m U , m V und m W . Wie bei den Transformationsgleichungen stimmen
generell die zeitkontinuierlichen Spannungsgleichungen für zwei- und dreistufige
Stromrichter überein, während die Stromgleichungen wegen der unterschiedlichen Anzahl
Leiter im Zwischenkreis voneinander abweichen.
Speisung des Zwischenkreises: Bei allen dreistufigen Schaltungen muss der Mittelpunkt
des Zwischenkreises zugänglich sein. In Bild 3.27 sind verschiedene Varianten gezeigt,
die diese Bedingung erfüllen. Befindet sich ein zweistufiger Stromrichter auf der Netzseite
des Umrichters (Bild 3.27. oben), so ist der Mittelpunkt des Zwischenkreises nur virtuell
definiert. Damit die beiden Kondensatoren dieselbe Spannung beibehalten, muss für
den zeitlichen Mittelwert des Stromes I d0 =0 gelten. Dies bedeutet gleichzeitig, dass beide
Stufen des Zwischenkreises dieselbe Leistung übertragen. Damit die Spannungsaufteilung
mit Sicherheit immer symmetrisch ist, muss sie durch geeignete Massnahmen im
Steuerverfahren des lastseitigen Stromrichters aktiv geregelt werden.