modulare dreiphasen- pulsgleichrichtersysteme - ETH Zürich

26 1 Einleitung
zum einen hinsichtlich der Ausführung der PFC-Eingangsstufe als Zweipunkt- oder als
Dreipunkt-Topologie, zum anderen bezüglich der koordinierten Modulation der
Ansteuersignale. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der regelungstechnischen Modellierung
der Systeme und der Analyse der Verkopplung der Teilsysteme. Für beide Varianten soll ein
industrienahes Labormuster aufgebaut werden, wobei für die Sternschaltung der Module
sowohl die PFC-Eingangsstufe als auch die DC/DC-Ausgangsstufe zu realisieren ist. Die
theoretischen Ergebnisse sollen anhand von Messungen verifiziert und die hierbei gefundenen
Kennwerte (Wirkungsgrad, Eingangsstromrippel, THD, Verlustleistungsaufteilung) der
Systeme abschliessend einer direkt dreiphasigen Ausführung (Vienna-Rectifier) vergleichend
gegenübergestellt werden.
1.3.1 Überblick über den Stand der Technik modularer Dreiphasensysteme
Nachfolgend werden die im Zuge der Literaturrecherche gefundenen Veröffentlichungen zu
modularen Dreiphasen-Pulsgleichrichtersystemen kurz diskutiert.
Die Dreieckschaltung von Einphasen-PFC-Modulen auf Basis eines Tief-Hochsetzstellers
wurde in ([Rid93], [Ful93]) erstmalig vorgestellt. Die Topologie (s. Bild 1.6) ermöglicht den
Betrieb bei weitem Eingangsspannungsbereich (UN,ij=150V…540Veff) und variabler
Ausgangsspannung UO,i, die für den Einsatz von Leistungsschaltern mit 500V
Sperrspannungsfestigkeit und für den Anschluss von Standard-DC/DC-Konvertern typisch
mit 400V gewählt wird. Liegt die gleichgerichtete Eingangsspannung unterhalb der
Ausgangsspannung, ist T11 dauerhaft eingeschaltet und der MOSFET T21 der
Hochsetzstellerstufe arbeitet gepulst im Hochsetzbetrieb. Überschreitet die Eingangsspannung
die Ausgangsspannung, wird die Ansteuerung von T21 gesperrt und der T11 arbeitet im
Tiefsetzbetrieb. Zur Reduzierung der Schaltverluste arbeitet das System mit kontinuierlicher
Stromführung in der Induktivität. Die Schaltung weist gegenüber einer alternativen
Zweipunkt-Hochsetzsteller-Topologie mit Leistungskomponenten für 800V
Ausgangsspannung geringere Gesamtverluste auf. Als Nachteil ist zu erwähnen, dass im
Tiefsetzstellerbetrieb höhere harmonische Störungen durch den diskontinuierlichen
Eingangsstrom auftreten, und die Abhängigkeit der Kleinsignalverstärkung des
Tiefsetzstellers von der Eingangsspannung in der Reglerauslegung zu berücksichtigen ist.
In der vorliegenden Arbeit wird der Nachteil der hohen Sperrspannungsbeanspruchung der
Leistungshalbleiter einer Zweipunkt-Hochsetzstellertopologie durch den Übergang auf eine
Dreipunkt-Ausgangsstruktur aufgehoben. Für die nachgeschalteten potenzialtrennenden