4. Fremdgeführte Stromrichter - FB E+I: Home

4. Fremdgeführte Stromrichter 

Fremdgeführte Stromrichter benötigen eine fremde, nicht zum Stromrichter gehörende Wechselspannungsquelle, 

die ihnen während der Dauer der Kommutierung die Kommutierungsspannung 

zur Verfügung stellt. 

4.1 Netzgeführte Gleich- und Wechselrichter 

Netzgeführte Gleich- und Wechselrichter erfüllen die Grundfunktion des Gleich- und Wechselrichtens 

und beziehen ihre Kommutierungsspannung vom Wechsel- bzw. Drehstromnetz, sie 

nutzen also die im Netz vorhandenen Spannungen zur Kommutierung. Der mögliche 

Kommutierungsbereich ist auf eine Halbperiode beschränkt. 

Netzgeführte Gleich- und Wechselrichter werden im Allgemeinen mit Netz-Thyristoren realisiert. 

Bei ungesteuerten Gleichrichtern werden Netz-Dioden eingesetzt, die eine nahezu konstante 

Gleichspannung liefern. Die Gleichspannung ist abhängig von der Gleichrichterschaltung und der 

Netzspannung. Einen geringen Einfluss auf die Gleichspannung hat die Last. 

Ungesteuerte Stromrichter (Gleichrichter) 

Bei der idealen Gleichrichterschaltung treten keine Verluste auf. Es gilt: 

2 

eff 

U 

2 

P = = = ⋅ + ~ 

Misch P PNetz 

Ud 

Id 

mit U~eff 

= Uν 

(4.1) 

R 

L 

Bezieht man nun den Wechselwert der Mischspannung U ~eff auf den Gleichwert der Mischspannung 

U d am Verbraucher R Last , so erhält man die Welligkeit w. 

U 

w = 

~eff 


Ud 

I Netz I 

I d 

W 

W 

Idealer 

U Netz U U d R Last 

Stromrichter 

∑ ∞ 

= ν 

1 

P Netz P 

P Misch 

Prinzipschaltbild einer idealen Gleichrichtung 

Netzgeführte Gleich- und Wechselrichter werden in der Leistungselektronik mit allgemein 

gültigen Gleichungen berechnet. Die nachfolgenden Begriffe finden dabei Anwendung. 

Unter Pulszahl p versteht man die Anzahl der Gleichspannungsblöcke, die mit einer Periode der 

speisenden Wechselspannung zusammenfallen. Die Pulszahl p entspricht der Gesamtzahl der 

nicht gleichzeitigen Kommutierungen einer Stromrichterschaltung während einer Netzperiode. 

Die Kommutierungszahl q gibt die Anzahl der während einer Netzperiode auftretenden 

Kommutierungsvorgänge innerhalb einer Gruppe von miteinander kommutierenden Ventilen an. 

Außerdem sind s die Anzahl der in Reihe geschalteten Kommutierungsgruppen, g die Anzahl der 

Kommutierungsgruppen, auf die sich der Gleichstrom aufteilt und δ die Anzahl der gleichzeitig 

kommutierenden Kommutierungsgruppen. 

Die Pulszahl p ergibt sich nach Gl. (4.3): 

q ⋅s 

⋅ g 

p = (4.3) 

δ 

G. Schenke, 12.2006 Leistungselektronik FB Technik, Abt. E+I 35

Einpuls-Mittelpunktschaltung (M1) 

Die Einpuls-Mittelpunktschaltung wird auch als Einweggleichrichter-Schaltung bezeichnet. In der 

Leistungselektronik hat sie wegen ihrer ungünstigen Werte nur eine geringe Bedeutung. 

I Netz 

1 : 1 

I 

I d 

U Netz 

U U d R Last 

M1-Schaltung und deren 

Spannungsverläufe 

û 

u d 

-û 

U = û 2 

U d = û π 

T 

t 

Für die M1-Schaltung gelten nachfolgende Werte: 

p = 1 

P 

2 

U 

= 

2 ⋅ R 

Last 

q = 1 

s = 1 

U 

d 

û 

= = 

π 

g = 1 

2 ⋅ U 

π 

δ = 1 

w = 121% 

Bei der M1-Schaltung ist der Gleichstrom I d gleich dem Durchlassstrom der Diode. Bei reiner 

Widerstandslast gilt: 

î 

Id 

= IFAV 

= 


π 

Der Effektivwert des sekundären Außenleiterstromes I ist gleich dem Effektivwert der Diode. Bei 

reiner Widerstandslast gilt: 

î 

I = IFRMS = 


2 

Der Eingangsstrom eines Einpulsstromrichters ist ein Mischstrom. Da ein Transformator aber nur 

Wechselströme überträgt, fließt der Gleichstromanteil lediglich durch die Sekundärwicklung, der 

Transformator wird hierdurch vormagnetisiert. Mit ü = 1 gilt: 

INetz 

= w ⋅ Id 

= 1,21⋅ 

Id 


Für die sekundäre Scheinleistung S und die primäre Netzleistung S Netz gelten bei reiner Widerstandslast: 

π ⋅ U I 

S U I 

d π ⋅ 

= ⋅ = ⋅ 

d 

= 3,49 ⋅ Pd 

2 2 


ü ⋅ π ⋅ U w I 

S U I 

d ⋅ d 

Netz = Netz ⋅ Netz = ⋅ = 2,69 ⋅ Pd 

2 ü 

G. Schenke, 12.2006 Leistungselektronik FB Technik, Abt. E+I 36 

(4.4)

Die Bauleistung bzw. Typleistung S T des Transformators entspricht dem Mittelwert von Primärund 

Sekundärleistung. 

S = 0,5⋅ 

(S + S) = 3,09 ⋅ P 


T 

Netz 

d 

Zweipuls-Mittelpunktschaltung (M2) 

Grundlage der Mittelpunktschaltung ist ein Stromrichtertransformator mit sekundärseitiger 

Mittelanzapfung. Die Sekundärseite wird hier zweckmäßig als zweisträngige Wicklung mit den 

Strangspannungen U Strang1 und U Strang2 bezeichnet. 

2 ⋅ ûStrang 

û 2 ⋅ 2 ⋅ UStrang 

2 

Ud 

= = = 

= ⋅ U 


π π π π 

I Netz 

I 

I d 

1 : 1 

U Strang2 

U 

U Strang1 U d R Last 

U Netz 

û 

u d 

-û 

û Strang 

U d = û π 

T 

t 

u 

M2-Schaltung und deren Spannungsverläufe 

p = 2 q = 2 s = 1 g = 1 δ = 1 w = 48,3 % (4.11) 

Zweipuls-Brückenschaltung (B2) 

Die B2-Schaltung wird auch einphasige Brückenschaltung oder auch Graetzschaltung genannt. 

Neben den Vorteilen ist als geringfügiger Nachteil die doppelte Ventildurchlassspannung zu 

nennen, da jeweils zwei den Gleichstrom führende Ventile in Reihe geschaltet sind. Die B2- 

Schaltung wird in der Praxis häufig eingesetzt. 

Der ideale arithmetische Mittelwert der Gleichspannung U d beträgt: 

U d 

2 ⋅ û 2 ⋅ 2 

= = ⋅ U = 0,9 ⋅ U 


π π 


I d 

I Netz 

1 : 1 

I 

U Netz 

U U d R Last 

û 

u d 

-û 

U d = 2û π 

T 

t 

B2-Schaltung und deren Spannungsverläufe 

Für die B2-Schaltung gelten nachfolgende Werte: 


Der Gleichstrom I d fließt bei der B2-Schaltung abwechselnd über die beiden Schaltungszweige. 

Der mittlere Ventildurchlassstrom I FAV und der Effektivwert des Ventilstromes I FRMS können bei 

ohmscher Belastung nachfolgend aus dem Gleichstrom I d berechnet werden. 

π 

IFAV 

= 0,5⋅ 

Id 

IFRMS 

= ⋅ Id 

= 0,785⋅ 

Id 


4 

Mit ü = 1 beim Transformator ist I Netz = I und es gilt: 

INetz = 1,11⋅ 

I d 


Die Scheinleistungen der Sekundärseite S und der Primärseite S Netz sind bei verlustfreiem 

Transformator gleich. 

S = SNetz 

= U ⋅ I = 1,11⋅ 

Ud 

⋅1,11⋅ 

Id 

= 1,23⋅ 

Pd 


Für die Transformatorbauleistung S T gilt: 

ST 

= 0,5⋅ 

(SNetz 

+ S) = 1,23⋅ 

Pd 


Die B2-Schaltung hat von allen Gleichrichterschaltungen mit Wechselstromanschluss die 

günstigste Transformatorbauleistung. 

In der Leistungselektronik sind ohmsch-induktive Verbraucher vorherrschend. Wird der Lastwiderstand 

im Gleichstromkreis durch einen ohmsch-induktiven Verbraucher ersetzt, so geht der 

Ventilstrom von der Sinushalbwellenform bei zunehmender Induktivität in eine Rechteckform 

über. 

Die Spannungswelligkeit beträgt weiter w = 48,3%. Die Stromwelligkeit sinkt, bedingt durch die 

Induktivität L d , auf w = 0 bei L d → ∞. In der Praxis ist die Stromwelligkeit auch bei 

handelsüblichen Induktivitäten vernachlässigbar. Im Labor verwenden wir bei I d ≈ 5 A für 

vernachlässigbare Welligkeit L d = 480 mH. 


Für rechteckförmigen Stromverlauf gilt: 

I 

I = I 

I 

d 

d 

FRMS = 

S = U ⋅ I = 1,11⋅ 

Pd 


2 

u d 

û 

t 

I d 

i 

t 

Zeitlicher Verlauf der Gleichspannung u d und 

des rechteckförmigen Eingangswechselstromes i 

Dreipuls-Mittelpunktschaltung (M3) 

Stromrichter für große Leistungen werden für den Anschluss an das Drehstromnetz ausgelegt. Die 

einfachste Drehstrom-Gleichrichterschaltung ist die M3-Schaltung, die auch Drehstrom-Sternschaltung 

genannt wird. 

L1 

U Netz 

I Netz 

-I d 

1 : 1 

I 

L1 

L2 

L2 

L3 

L3 

U d 

I F 

I d 

L Last 

R Last 

M3-Schaltung mit 

ohmsch-induktiver Last 

U Strang 

N 

Die Gleichspannung sinkt nicht auf Null ab, weil alle 120° ein neuer Kommutierungsvorgang 

erfolgt. Der Zeitpunkt der Spannungsgleichheit, bei dem die Kommutierung erfolgt, heißt auch 

natürlicher Zündzeitpunkt. Der arithmetische Mittelwert der Gleichspannung berechnet sich zu: 

U 

T/6 

3 

3 

π 3 3 

= ⋅ ûStrang 

cos t dt ûStrang 

sin = ⋅ ⋅ 2 ⋅ UStrang 

1,17 UStrang 

T 

∫ ⋅ ω ⋅ = ⋅ ⋅ 


π 

3 π 2 

d = 

-T/6 


u 

û Strang 

u L1N 

-û Strang 

u L2N u L3N 

t 

û Strang 

u d 

T 

t 

t 

u AK 

U RRM 

u L2N - u L3N 

u L2N - u L1N 

Zeitlicher Verlauf der Strangspannungen u L1N , u L2N und u L3N , der Gleichspannung u d 

und einer Ventilspannung u AK 

Der Scheitelwert der Sperrspannung berechnet sich: 

U = 3 ⋅ û = 3 ⋅ 2 ⋅ U = 2 ⋅ U 


RRM 

Strang 

Strang 

Für die M3-Schaltung gelten nachfolgende Werte: 


Für ideal glatten Gleichstrom (L → ∞) berechnen sich der Mittelwert der Ventilströme I FAV und 

der Effektivwert der Ventilströme I FRMS zu: 

I 

FAV 

1 

1 

= ⋅ Id 

IFRMS 

= ⋅ Id 


3 

3 


Für M3-Schaltungen eignen sich besonders Transformatoren mit den Schaltgruppen Dy, Dz und 

Yz. Aus der sekundären Scheinleistung S 

S = 3 ⋅ U ⋅ I = 3 ⋅1,48 U ⋅ 0,577 I = 1,48 P 


d 

d 

und der Scheinleistung des Netzes S Netz 

S = 3 ⋅ U ⋅ I = 3 ⋅1,48 U ⋅ 0,47 I = 1,21P 


Netz 

d 

d 

kann die Bauleistung (Typleistung) des Stromrichter-Transformators S T berechnet werden: 

S = 0,5⋅ 

(S + S) = 1,35 P 


T 

Netz 

d 

d 

d 

i 

I d 

i W1 

2/3 I d 

3 

T 

t 

t 

1/3 I 

- d 

3 

i W2 

1/3 I 

- d 

3 

I d 

3 

2/3 I d 

3 

t 

i Netz 

t 

I 

- d 

3 

Die Wicklungsströme i W1 und i W2 ergeben den Netzstrom i Netz = i W1 – i W2 . 

Stromverläufe bei der M3-Schaltung mit Dy-Transformator mit glattem Gleichstrom 

Sechspuls-Brückenschaltung (B6) 

Die B6-Schaltung, auch Drehstrombrückenschaltung genannt, ist hinsichtlich Welligkeit und 

Transformatortypenleistung eine vorteilhafte Gleichrichterschaltung. Bei großen Leistungen ist 

sie die dominierende Schaltung. 

L1 

L2 

U Netz 

I Netz 

1 : 1 

I 

L1 

U 

L2 

U d 

R Last 

I F 

I d 

L Last 

B6-Schaltung mit ohmschinduktiver 

Last 

L3 

L3 

N 


Vom Verständnis her kann die B6-Schaltung als Reihenschaltung einer M3-Kathoden- und einer 

M3-Anodenschaltung gesehen werden. Für weitere Betrachtungen wird idealer Gleichstrom 

vorausgesetzt. 

Für die B6-Schaltung gelten nachfolgende Werte: 


Der arithmetische Mittelwert der Gleichspannung U d berechnet sich zu: 

U 

T/12 

6 

3 

π 3⋅ 

2 

= ⋅ ûStrang 

cos t dt 2 ⋅ ûStrang 

⋅sin 

= ⋅ U 1,35 U 

T 

∫ ⋅ ω ⋅ = ⋅ 


π 

6 π 

d = 

-T/12 

u (M3K) 

u L1N u L2N u L3N 

t 

T 

T 


u (M3A) 

t 

u L2N u L3N u L1N u L2N u L3N u L1N u L2N 

u (B6) 

u (B6) = u (M3K) - u (M3A) 

u L1N - u L2N 

u L1N - u L3N 

u L2N - u L3N 

u L2N - u L1N 

u L3N - u L1N 

u L3N - u L2N 

t 

Gleichspannungsbildung bei der B6-Schaltung 

Da je Kommutierungsgruppe drei Kommutierungszweige (q = 3) vorhanden sind, reduzieren sich 

der Mittelwert der Ventilströme I FAV und der Effektivwert der Ventilströme I FRMS bei vollkommen 

glatten Gleichstrom auf: 

1 

1 

IFAV 

= ⋅ Id 

IFRMS 

= ⋅ Id 


3 

3 

Für den Wechselstrom I der Sekundärwicklung gilt: 

2 

I = ⋅ I d 


3 


i L1 

T 

I d 

t 

-I d 

Außenleiterstrom I bei der B6-Schaltung 

Für die Scheinleistungen der B6-Schaltung gilt: 

S = S = S = 3 ⋅ U ⋅ I = 3 ⋅ 0,74 U ⋅ 0,816 I = 1,05 P 


Netz 

T 

d 

Vollgesteuerte Zweipuls-Brückenschaltung (B2-Schaltung) 

Bei vollgesteuerten Stromrichtern sind alle Ventile steuerbar. Es tritt eine Gleichspannung auf, die 

von der Netzspannung, der Lastart und vom Steuerwinkel α abhängig ist. 

I d 

d 

d 

I Netz 

1 : 1 

I 

V1 

V3 

Vollgesteuerte B2-Schaltung 

U Netz 

U U d R Last 

V4 

V2 

U dα 

U d0 

1,0 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0,0 

-0,2 

-0,4 

-0,6 

-0,8 

-1,0 

0 30 60 90 120 150 180 

α / ° 

Lastabhängige Steuerkennlinien 

der vollgesteuerten 

B2-Schaltung 

Mit Gl. (4.12) wird die Gleichspannung U dα für ohmsche Last in Abhängigkeit vom Steuerwinkel 

α berechnet. 

1 

2 

Ud α = ⋅ Ud0 

⋅ ( 1+ 

cosα) = ⋅ U ⋅ ( 1+ 

cosα) 


2 

π 

Für induktive Lasten gilt: 

8 

d α = Ud 

⋅ cosα 

= ⋅ U ⋅ cosα 


π 

U 0 

Induktive Last 

Aktive Last 

Widerstandslast 


Wechselrichterbetrieb 

Gleichrichterbetrieb 


Für α > 90° muss die Last aktiven Charakter haben, wenn durch den vorliegenden Wechselrichterbetrieb 

Energie ins Netz gespeist werden soll. 

û 

û 

u 

u 

ωt 

ωt 

-û 

-û 

i G 

V1,V2 

ωt 

i G 

V1,V2 

ωt 

i G 

V3,V4 

û 

ωt 

i G 

V3,V4 

û 

ωt 

u d 

u d 

α 

α 

α 

α 

ωt 

ωt 

i d 

u AK 

û 

û 

2 

ωt 

i d 

u AK 

û 

I d 

ωt 

u AK(V1) 

ωt 

u AK(V1) 

ωt 

-û 

-û 

π 

π 

3π 

2π 

π 

π 

3π 

2π 

2 

2 

2 

2 

ohmsche Last 

ohmsch-induktive Last (L →∞) 

Zeitlicher Verlauf der Eingangswechselspannung u, der Gateströme i G , 

der Ausgangsgleichspannung u dα , des Laststromes i d und der Ventilspannung u AK(V1) 

bei der B2-Schaltung mit dem Steuerwinkel α = 90° 

Vollgesteuerte Dreipuls-Mittelpunktschaltung (M3-Schaltung) 

Ein Steuersatz zur Zündung der Thyristoren einer M3-Schaltung muss so ausgeführt sein, dass er 

drei zeitlich um 120°el versetzte Impulse je Periode abgeben kann. 

I Netz 1 : 1 I 

L1 

L1 

V1 

U 

L2 

L3 

U Netz 

L2 

L3 

U Strang 

I T 

I d 

R Last 

U dα 

L Last 

V2 

V3 

Vollgesteuerte M3-Schaltung 

mit SR-Transformator 

N 


Aufgrund der Kommutierungszeit und der Freiwerdezeit der Ventile wird der max. theoretische 

Steuerwinkel bei aktiven Lasten auf etwa 150° beschränkt. 

u 

û Strang 

u L1N 

u L2N u L3N 

210° 

30° 

ωt 

-û Strang 

α = 0° α = 180° 

theoretischer 

Steuerbereich 

α = 0° α = 150° 

praktischer 

Steuerbereich 

Steuerbereich der M3-Schaltung 

Mit Gl. (4.19) wird die Gleichspannung U dα für den nicht lückenden Betrieb in Abhängigkeit vom 

Steuerwinkel α berechnet. 

3 

Ud α = Ud0 

⋅ cosα 

= ⋅ U ⋅ cosα 


2 ⋅ π 

Bei Widerstandslast liegt bei α ≥ 30° bereits Lückbetrieb vor. Die Berechnung erfolgt dann nach 

Gl. (4.33). 

1 

Ud α = ⋅ Ud0 

⋅[ 1+ 

cos( α + 30° 

)] 


3 

U dα 

U d0 

1,0 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0,0 

-0,2 

-0,4 

-0,6 

-0,8 


Aktive Last 

Widerstandslast 




natürlicher Kommutierungswinkelpunkt 

Lastabhängige 

Steuerkennlinien der 

M3-Schaltung 

-1,0 

0 30 60 90 120 150 180 

α / ° 

Wird die Spannungswinkelfläche im Bereich negativer Spannung größer als im Bereich positiver 

Spannung, dann ist U dα negativ und es kommt zum Wechselrichterbetrieb. Wechselrichterbetrieb 

ist nur möglich, wenn die Last Energie abgeben kann (│U Last │ > │U dα │). 


û Strang 

û Strang 

u L1N u L1N 

u 

u 

ωt 

ωt 

-û Strang 

-û 

120° 

120° 

Strang 

u dα u dα 

ωt 

ωt 

α = 0° α = 90° 60° 

α = 0° α = 90° 

i d V3 V1 V2 

i d V3 V1 V2 

ωt 

ωt 

u L1L2 u L2L3 u L3L1 u L1L2 u L2L3 u L3L1 

û 

û 

u AK u AK 

-û 

u L2L1 

u L2N u L3N 

u L3L2 

u L1L3 

ωt 

-û 

u L2L1 

u L2N u L3N 

u L3L2 

u L1L3 

ohmsche Last 

induktive Last 

Zeitlicher Verlauf der Eingangswechselspannung u, der Ausgangsgleichspannung u dα , 

des Laststromes i d und der Ventilspannung u AK(V1) 

bei der M3-Schaltung mit dem Steuerwinkel α = 90° 

Vollgesteuerte Drehstrombrückenschaltung (B6-Schaltung) 

Die Kennwerte der vollgesteuerten B6-Schaltung sind sehr günstig; sie wird darum häufig 

eingesetzt. 

I d 

ωt 

L1 

L2 

U Netz 

I Netz 

1 : 1 

I 

L1 

U 

L2 

V1 V3 V5 

I T 

U dα 

R Last 

Vollgesteuerte 

B6-Schaltung mit 

SR-Transformator 

L3 

L3 

V4 V6 V2 

N 


Für die Ausgangsgleichspannung findet alle 60° eine Kommutierung statt und der natürliche 

Kommutierungswinkel liegt bei 60° bezogen auf den positiven Nulldurchgang der verketteten 

Spannung. 

Bis zum Zündwinkel α = 60° tritt auch bei Widerstandslast kein Lückbetrieb auf. Für 0° ≤ α ≤ 60° 

gilt allgemein: 

3⋅ 

2 

Ud α = Ud0 

⋅ cosα 

= ⋅ U ⋅ cosα 


π 

Bei induktiver Last gilt Gl. (4.34) für 0° ≤ α ≤ 90° und bei aktiver Last theoretisch sogar für 

0° ≤ α ≤ 180°. Bei Widerstandslast liegt bei 60° ≤ α ≤ 120° Lückbetrieb vor. Die Berechnung 

erfolgt dann nach Gl. (4.35). 

1 ⎡ 2 

⎤ 

Ud α = ⋅ Ud0 

⋅ ⎢1 

+ ⋅ cos( α + 30° 

) ⎥⎦ (4.35) 

2 ⎣ 3 

Für 120° ≤ α ≤ 180° ist bei Widerstandslast die Ausgangsspannung U dα = 0 V. 

U dα 

U d0 

1,0 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

Induktive Last Widerstandslast 

0,0 


-0,2 

Aktive Last 

-0,4 

-0,6 

-0,8 

-1,0 

0 30 60 90 120 150 180 

α / ° 

u Strang 

û 

u dα 

-û 

u L1N 



Lastabhängige 

Steuerkennlinie des 

vollgesteuerten B6- 

Stromrichters 

Die B6-Schaltung erfordert alle 60° 

einen Zündimpuls als Langzeitimpuls 

t i > T/6. Vorzugsweise werden 

jedoch Ansteuerverfahren mit kurzen 

Doppelimpulsen je Thyristor, 

die aus dem Hauptimpuls und 60° 

später dem Folgeimpuls bestehen. 

Der Folgeimpuls wird zum Anfahren 

und bei Lückbetrieb zwingend 

notwendig. 

Verlauf der Strangspannungen 

und der Ausgangsgleichspannung 

U dα 

bei Widerstandslast für 

α = 0° und α = 75° 

u L3L2 u L1L3 


u L2L1 

u L2N u L3N 

ωt 

u L1L2 u L2L3 u L3L1 

α = 0° 

α = 75° 

ωt

Stromleitfähigkeit bei α = 0° 

V5 V1 V3 V5 V1 

V6 V2 V4 V6 

i G 

H1 F1 H3 F3 H5 F5 H1 

i G 

F6 H2 F2 H4 F4 H6 F6 

H1 - H6 = Hauptimpuls 

F1 - F6 = Folgeimpuls 

ωt 

ωt 

ωt 

α = 0° 

Stromleitfähigkeit bei α = 75° 

H1 - H6 = Hauptimpuls 

F1 - F6 = Folgeimpuls 

V5 

V4 

V5 

V6 

V1 

V6 

V1 

V2 

V3 

V2 

V3 

V4 

V5 

V4 

V5 

V6 

F5 H1 F1 H3 F3 H5 F5 

i G 

H6 F6 H2 F2 H4 F4 H6 

i G 

α = 75° 

ωt 

ωt 

ωt 

Stromflusswinkel und Zündimpulse 

des B6-Stromrichters mit 

Widerstandslast bei α = 0° 

Stromflusswinkel und Zündimpulse 

des B6-Stromrichters mit 

Widerstandslast bei α = 75° 

Zweipulsige, halbgesteuerte Brückenschaltung (B2H-Schaltung) 

Entsprechend der Steuerkennlinie (Gl. 4.36) können mit den halbgesteuerten Schaltungen nur 

positive Ausgangsgleichspannungen erreicht werden. 

1 

Ud α = ⋅ Ud0 

⋅[ 1+ 

cosα] 


2 

Vorteilhaft sind gegenüber vollgesteuerten Schaltungen eine einfachere Ansteuerschaltung und 

der geringere Blindleistungsbedarf. 

I d 

L1 

I 

L K 

V1 V2 

U U dα 

L d 

N 

I T2 

V10 V20 

M 

LFeld 

Symmetrische halbgesteuerte 

Zweipulsbrücke mit kathodenseitiger 

Zusammenfassung der steuerbaren 

Ventile (B2HK-Schaltung) 

I d 

I F10 

Unsymmetrische halbgesteuerte 

Zweipulsbrücke 

(Zweigpaargesteuerte Brücke) 

(B2HZ-Schaltung) 

L1 

I 

V10 V1 

U U dα 

L d 

N 

L K 

I T1 

V20 V2 

M 

LFeld 

I F20 


Sechspulsige, halbgesteuerte Brückenschaltung (B6H-Schaltung) 

Die halbgesteuerte Drehstrombrückenschaltung wird im allgemeinen aus einer M3-Kathodenschaltung 

als gesteuerter und einer M3-Anodenschaltung als ungesteuerter Teil-Stromrichter 

gebildet. Sie kann nur positive Ausgangsgleichspannungen entsprechend der Steuerkennlinie 

erreichen. 

1 

3 

Ud α = ⋅ Ud0 

⋅[ 1+ 

cosα] = ⋅ U ⋅[ 1+ 

cosα] 


2 

2 ⋅ π 

I d 

L1 

U 

L2 

L3 

I 

L K1 

L K2 

L K3 

V1 V3 V5 

I T3 

I F60 

V70 

U dα 

R Last 

L Last 

Halbgesteuerter 

B6-Stromrichter 

mit Freilaufdiode 

V40 V60 V20 

Bei dieser Schaltung liegt ein sechspulsiges Verhalten nur für Steuerwinkel α < 60° vor, 

ansonsten liegt eine Dreipulsigkeit der Gleichspannung vor. 

Das "Kippen" in der Nähe von α = 180° verhindert die zusätzliche Freilaufdiode. Prinzipiell bildet 

bei der B6H-Schaltung jedes Zweigpaar (z.B. V3, V60) einen Freilaufkreis, der bei α > 60° in 

Funktion tritt. 

α = 0° 30° 60° 90° 120° 150° 

u dα 

M3K 

û Strang 

t 

Spannungsverlauf 

des vollgesteuerten 

M3K-Stromrichters 

u L1N 

u L2N 

u L3N 

-û Strang 

u d 

M3A 

û 

u dα 

B6H 

û Strang 

-û Strang 


p = 6 p = 3 

t 

Schaltverhalten des B6H-Stromrichters 

t 

Spannungsverlauf 

des ungesteuerten 

M3A-Stromrichters 

Ausgangsgleichspannung 

des 

B6H-Stromrichters 

(u dαM3K - u dαM3A ) 


Belastungskennlinien von netzgeführten Stromrichtern 

Bisher wurden die Stromrichter als ideale Spannungsquellen angesehen, bei denen die 

Ausgangsgleichspannung belastungsunabhängig ist. Entgegen der bisherigen Bezeichnungsweise 

ist der ideale (mathematische) Spannungswert mit U diα und der reale mit U dα gekennzeichnet. Es 

gilt: 

Udα = Udiα 

- UT 

- Dx 

- Dr 


Dabei sind U T die wirksame Ventilspannung - bei Brückenschaltungen sind zwei Ventile in Reihe 

geschaltet -, D x die induktive Gleichspannungsänderung und D r die ohmsche Gleichspannungsänderung. 

U di0 

U T 

D r 

U 

D x 

dα 

U d0 

α = 0° 

U di60 

U d60 

∆U dα 

R i = ∆ U dα 

∆I d 

∆I d 

α = 60° 

0 

I d 

U d90 

α = 90° 

U di120 

U d120 

Belastungskennlinien eines Stromrichters 

α = 120° 

An den ohmschen Widerständen im Kommutierungskreis tritt die ohmsche Gleichspannungsänderung 

D r auf, die gegenüber der induktiven Gleichspannungsänderung D x , die an den 

Induktivitäten L k im Kommutierungskreis auftritt, oft vernachlässigbar ist. D r und D x sind linear 

vom Strom abhängig. 

An den Kommutierungsinduktivitäten geht die schraffierte Spannungszeitfläche verloren. 

1 

⋅ uk 

⋅ dt = Lk 

⋅ Id 

2 

∫ (4.39) 

t 

u 

Mit der Netzfrequenz f, der Anzahl der in Reihe geschalteten Kommutierungsgruppen s, der 

Kommutierungszahl einer Kommutierungsgruppe q und der Überlappung u gilt für D x : 

cosα 

- cos( α + u) 

Dx 

= f ⋅s 

⋅ q ⋅ Lk 

⋅ Id 

= Udi 

⋅ 


2 


u k 

u L3N 

0 

i 

i T1 

u 0 

u d 

u L1N u L2N 

I d 

u L1N + u L2N 

2 

i T2 

i T3 

ωt 

Einfluss des realen 

Kommutierungsvorganges auf 

die Gleichspannungsbildung 

(M3-Schaltung) bei glattem 

Gleichstrom I d 

Die Überlappung u hängt ab vom Strom I d , von den Kommutierungsinduktivitäten L k und von 

dem Steuerwinkel α. Für den dargestellten Steuerwinkel α = 0° wird die Überlappung (zwei 

Ventile führen gemeinsam den Gleichstrom I d ) als Anfangsüberlappung u 0 bezeichnet. 

u dα 

û Strang 

u L1N 

-û Strang 

u L2N u L3N 

ω 

α = 120° α = 120° α = 135° α = 150° α = 165° 

Ausgangsgleichspannung einer M3-Schaltung im Wechselrichterbetrieb 

mit Kippvorgang bei α = 165° 

Allgemeine Berechnungen für netzgeführte Stromrichter 

Berechnung der ideellen Leerlaufgleichspannung U di für den ungesteuerten Gleichrichterbetrieb: 

q 

π 

U di = s ⋅ ⋅ 2 ⋅ U ⋅sin 


π 

q 

Die ideelle Leerlaufspannung U diα beim Steuerwinkel α ergibt sich bei vollgesteuerten 

Schaltungen zu: 

q 

π 

U di α = s ⋅ ⋅ 2 ⋅ U ⋅sin 

⋅ cosα 


π 

q 

Der Mittelwert der Gleichspannung netzgeführter Stromrichter ändert sich bei induktiver Last 

nach der cos-Funktion des Steuerwinkels α. 

Udi α = Udi 

⋅ cosα 


t 


4.2 Netzrückwirkungen 

Unter Netzrückwirkungen von Stromrichtern versteht man den Einfluss ihrer Blindleistung und 

ihrer Stromoberschwingungen auf das elektrische Netz. Hierdurch wird die Spannung gesenkt 

bzw. verzerrt. 

Induktive Blindleistung entsteht, wenn infolge der Phasenanschnittsteuerung des Stromrichters 

die erste Harmonische des Netzstromes gegenüber der zugeordneten Strangspannung nacheilt. Im 

ungesteuerten Bereich (α = 0) entsteht induktive Blindleistung beim Kommutierungsvorgang 

durch den verzögerten Stromübergang von einem Ventil auf das andere. Im gesteuerten Betrieb 

(α > 0) wird die Phasenverschiebung um den Steuerwinkel α vergrößert und damit die vom 

Stromrichter aufgenommene Blindleistung erhöht. 

Nach ihrer Entstehung bezeichnet man diese Grundschwingungsblindleistung Q 1 als Kommutierungs- 

bzw. Steuerblindleistung. Wird der geringe Magnetisierungsstrom des Stromrichtertransformators 

vernachlässigt, so gilt für vollgesteuerte Schaltungen ohne Freilaufdiode (M3, B2, 

B6): 

Q1 

2u + sin2α 

- sin[ 2 ⋅ ( α + u) 

] 

= sinϕ1 

= 


S1 

4 ⋅[ cosα 

- cos( α + u) 

] 

Für den ungesteuerten Betrieb mit dem Steuerwinkel α = 0 und dem Überlappungswinkel u = u 0 

gilt: 

⎛ Q1 

⎞ 2u0 

- sin2u0 

⎜ 

S 

⎟ = 


⎝ 1 ⎠ 4 ⋅ ( 1- cosu ) 

α = 0 

0 

S 1 = Scheinleistung des Stromrichters für die Grundschwingung 

Häufig beträgt der Überlappungswinkel u 0 nur wenige Grad, so dass die Kommutierungsblindleistung 

vernachlässigt werden kann (u = 0). Aus Gl. (4.44) erhält man: 

⎛ Q ⎞ 

⎜ 

1 ⎟ = sinα 


⎝ S1 

⎠u 

= 0 

Für den Grundschwingungsverschiebungsfaktor cosφ 1 gilt: 

( α + u) 

P Q cos cos 

cos 

1- 

1 α + 

ϕ 1 = = ≈ 


S 

2 

S 

2 

1 

1 

2 

Unter Berücksichtigung der Gln. (4.46 und 4.47) ergibt sich die Ortskurve der bezogenen Blindleistung. 

Diese Ortskurve stellt näherungsweise einen Halbkreis dar. 

( ) 2 

Q1 

Q1 

⎛ cosα + cos α + u ⎞ 

≈ = 1- ⎜ 

⎟ 


S1 

Udi 

⋅ Id 

⎝ 2 ⎠ 

Die erreichbaren Anfangswerte im Gleich- und Wechselrichterbetrieb sind von der Anfangsüberlappung 

u 0 abhängig. 

Grundschwingungsblindleistung 

in Abhängigkeit von der 

Gleichspannung für vollgesteuerte 

Schaltungen (M3, B6) 

40° 

20° 30° 

10° 

0° 

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 


γ 

Q 1 

0,8 

U di· I d 0,6 

0,4 

0,2 

Anfangsüberlappung u 0 = 0°; 10°; 20°; 30°; 40° 

U dα 

U di 

40° 

30° 

20° 

10° 

0°

Eine weitere Blindleistungskomponente ist die Verzerrungsblindleistung D. Wird sinusförmige 

Netzspannung und nichtsinusförmiger Strom vorausgesetzt, dann gilt: 

2 

I 

2 

I 

2 

k 

1 

i = 

ν∑ ∞ ν 

= 

gi 

= = 1- ki 


I 

I 

k i = Oberschwingungsgehalt (Klirrfaktor) des Stromes I 

g i = Grundschwingungsgehalt des Stromes I 

S1 = S⋅ 

gi 

P = S⋅ 

gi 

⋅ cosϕ1 

= S⋅ 

λ D = S⋅ 

ki 

Q1 

= S⋅ 

gi 

⋅ sinϕ1 


Bei Stromrichtern entstehen sowohl auf der Gleichstrom- als auch auf der Wechselstromseite 

Oberschwingungen, die miteinander in Wechselwirkung stehen. 

Unter Annahme völliger Glättung des Gleichstromes und Vollaussteuerung entstehen auf der 

Gleichstromseite Spannungsoberschwingungen U νi . 

2 

Uν i = ⋅ Udi 

mit νu 

= k ⋅ p und k = 1, 2, 3... 


2 

νu 

-1 

Auf der Netzseite enthält der Netzstrom I neben der Grundschwingung I 1 Oberschwingungen I ν . 

I 

I 

1 

ν = 

mit νi 

= k ⋅ p ± 1 


νi 

ν = Ordnungszahl der Oberschwingung p = Pulszahl 

Maßnahmen zur Verminderung der Netzrückwirkungen 

Aus energietechnischen Gründen ist es wichtig, die auftretende Blindleistung und die 

Oberschwingungen möglichst weitgehend zu kompensieren. Das kann durch eine ventil- und 

netzseitige Kompensation bzw. Verringerung der Blindleistung geschehen. 

Vollgesteuerte Brücken- und Mittelpunktschaltungen benötigen abhängig von der Aussteuerung 

eine sehr hohe Blindleistung. Der maximale Wert tritt bei der Gleichspannung U dα = 0 auf. 

0,8 

Q 1 

U di·I d 

40° 

0° 

0,2 

γ 

γ 

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 

Anfangsüberlappung u 0 = 0° bzw. 40° 

U dα 

U di 

Verminderung der Netzblindleistung 

bei Folgesteuerung 

Mit der Folgesteuerung von zwei Teilstromrichtern kann der Blindleistungsbedarf reduziert 

werden. Meistens wird die Folgesteuerung durch Reihenschaltung eines ungesteuerten 

Stromrichters (Gleichrichter) mit einem steuerbaren Stromrichter gebildet; hier kann die Steuerblindleistung 

weitgehend vermieden werden. Ein ähnliches Verhalten bezüglich des Blindleistungsbedarfs 

zeigen halbgesteuerte Brückenschaltungen (B6H) mit und ohne Freilaufdiode. 

Netzseitig kann die Grundschwingungsblindleistung Q 1 mit Kompensationseinrichtungen 

erfolgen, die häufig aus regelbaren Kondensatoranlagen bestehen. Bei der Auslegung dieser 

Anlagen ist auf Resonanzerscheinungen zu achten, um eine Überlastung der Kondensatoren und 

unzulässige Verzerrungen der Netzspannung zu vermeiden. Zu Leistungskondensatoren werden 


häufig Drosselspulen in Reihe geschaltet, um so die Resonanzlage der Anlage zu verstimmen. In 

der Praxis haben sich Resonanzfrequenzen unterhalb der 5. Oberschwingung bewährt. 

QC = P ⋅ ( tanϕ 

- tanϕC 

) 


Die Verzerrungsleistung D kann durch Gruppenschaltungen oder durch netzseitige Saugkreise 

verringert werden. Saugkreise reduzieren die Stromoberschwingungen im Netz, da diese 

Resonanzkreise (Saugkreise) für die ausgewählten Oberschwingungen einen Kurzschluss 

darstellen. 

Mit zunehmender Pulszahl p des Stromrichters verringert sich der Oberschwingungsgehalt des 

Stromes. Die Amplitude der einzelnen Stromoberschwingung ist von der Belastung und der Ordnungszahl 

abhängig. Bei Stromrichterleistungen oberhalb von 300 kVA finden deshalb vorwiegend 

12pulsige Schaltungen Anwendung. 

L1 L2 L3 

U L1N 

2 3 

U S1 2 3 1 2 U Str3 

I dI 

U dI 

U dII 

L S 

I dII 

I d 

U d 

L d 

M 

12pulsige Schaltung aus zwei parallel geschalteten Drehstrombrücken (B6.2/15-Schaltung) 

Q 

U n 

I Q 

M 

I ν 

I d 

I C5 I C7 I C11 I C13 

250 Hz 

ν = 5 

350 Hz 

ν = 7 

550 Hz 

ν = 11 

650 Hz 

ν = 13 

Stromrichter mit abgestimmten 

Saugkreisen 


4.3 Netzgeführte Umrichter 

Die im Kap. 4.1 behandelten netzgeführten Stromrichter ermöglichen zwar einen Energiefluss in 

beiden Richtungen durch Umkehr der Polarität der Gleichspannung, dabei bleibt jedoch die 

Stromrichtung auf der Gleichstromseite die gleiche. 

Soll unabhängig von der Polarität der Gleichspannung die Stromrichtung umkehrbar sein, so liegt 

ein Doppel-Stromrichter für Vierquadrantenbetrieb vor. 

Umkehrstromrichter 

Soll für einen Stellantrieb neben der Drehrichtung auch das Drehmoment seine Richtung 

umkehren, so wird zu einem Stromrichter ein zweiter gegenparallel geschaltet. Die hierfür 

verwendeten Umrichter nennt man Doppel-Stromrichter oder Umkehrstromrichter. 

Grundsätzlich muss unterschieden werden, ob beide Stromrichter aus einer dreiphasigen 

Spannungsquelle (Gegenparallel-Schaltung) oder über einen Transformator mit getrennten 

Sekundärwicklungen (Kreuzschaltung) gespeist werden. 

Es wird zwischen zwei Steuerverfahren unterschieden: 

‣ Es ist jeweils nur einer der beiden Stromrichter angesteuert; der andere sperrt: 

Kreisstromfreie Steuerung. 

‣ Es werden beide Stromrichter angesteuert; der eine im Gleichrichter-, der andere im 

Wechselrichterbetrieb: Steuerung mit Kreisstrom. 

I 

L Kr 

L Kr 

II 

L1 I 

V1 

V3 V5 V1 V3 V5 

L d 

L1 II 

L2 I 

L2 II 

L3 I 

L Kr L Kr 

M 

L3 II 

Umkehrstromrichter (zwei B6-Schaltungen) mit Kreisstromdrosseln 

Bei der Steuerung mit Kreisstrom müssen die Beträge der arithmetischen Mittelwerte der 

Gleichspannungen des Gleichrichters und des Wechselrichters gleich sein. Für die Steuerwinkel α 

gilt: 

αI + αII 

= 180° 


Obwohl die arithmetischen Mittelwerte gleich sind, bestehen Unterschiede in den Augenblickswerten 

der Gleichspannungen. Sie führen zu Strömen, die nur über die Ventile nicht aber über die 

Last fließen. Solche Ströme werden Kreisströme genannt. Zu ihrer Begrenzung müssen 

Kreisstromdrosseln L kr zwischen beide Stromrichter geschaltet werden. 

L1 

L2 

L3 

V1 II V1 I V3 II V3 I V5 II V5 I L d 

M 

Zwei gegenparallel geschaltete 

B6-Schaltungen ohne 

Kreisstromdrosseln 


Bei der Steuerung mit Kreisstrom ist der technische Aufwand bedingt durch das aufwendige 

Steuerverfahren, die zusätzlichen Kreisstromdrosseln, die höheren Ventil- und Netzbelastungen 

größer. Diese Schaltung kommt darum nur selten zur Anwendung. 

Beim kreisstromfreien Steuerverfahren muss gewährleistet sein, dass der zweite Stromrichter erst 

angesteuert wird, wenn der Strom des ersten Null geworden ist. Es ergibt sich beim Umsteuern 

des Stromes eine mehr oder weniger große stromlose Pause (5...10 ms). 

Das Steuerverfahren mit Kreisstrom hat den Vorteil, dass der Gleichstrom, da im unteren 

Strombereich immer beide Stromrichter angesteuert sind, ohne stromlose Pause von einer 

Richtung in die andere überführt werden kann. Der Betrag des Kreisstromes wird dabei meist so 

eingestellt, dass der Gleichstrom im Motorkreis bei der vorhanden Glättungsinduktivität L d nicht 

lückt. 

Bei verbesserten Steuerverfahren (kreisstromarme Steuerung) fließt nur bei kleinen Gleichströmen 

ein Kreisstrom. Bei größeren Gleichströmen wird nur ein Stromrichter angesteuert. 

II 

3~ 

I 

3~ 

WR- 

Betrieb 

GR- 

Betrieb 

I d 

U dα 

U 0 > U dα 

Energie 

I E n 

U 0 M 

U dα 

I d 

Energie 

I E n 

U 0 M 

U dα > U 0 

III 

3~ 

IV 

3~ 

GR- 

Betrieb 

WR- 

Betrieb 

I d 

U dα 

Energie 

I E n 

U 0 M 

U dα > U 0 

U dα 

I d 

Energie 

I E n 

U 0 

M 

U 0 > U dα 

Vierquadrantenbetrieb mit kreisstromfreiem Umkehrstromrichter 


Direktumrichter 

Umkehrstromrichter können zur Umformung von Wechsel- bzw. Drehstrom einer Frequenz f 1 in 

eine andere Frequenz f 2 verwendet werden. Dazu muss man ihre Ausgangsspannung periodisch 

umsteuern, und zwar im Takt der gewünschten Ausgangsfrequenz f 2 . Die Frequenzumformung 

erfolgt durch direktes Umschalten der Phasenspannungen des Primärnetzes ohne Benutzung eines 

Gleichstromzwischenkreises, daher spricht man von Direktumrichtern. Die Ausgangsfrequenz f 2 

darf max. 40% der Netzfrequenz f 1 erreichen. 

Beim sogenannten Trapezumrichter, einem Hüllkurvenumrichter, verläuft die Spannung einer 

Ausgangsphase auf den Kuppen der Phasenspannungen des speisenden Drehstromnetzes. 

u 


0 

t 

T 1 

p 1 

T 1 

T 2 

n Kuppen je T 2 / 2 

Spannungsverlauf beim Trapezumrichter 

Zur Bildung der Ausgangsspannung einer Phase des Trapezumrichters ist ein Umkehrstromrichter, 

bestehend aus zwei antiparallelen M3-Schaltungen, erforderlich (insgesamt 18 

Thyristoren, p 1 = 3). Mit diesem Direktumrichter können nur diskrete, nach Gl.(4.55) berechnete 

Ausgangsfrequenzen f 2 erreicht werden. 

f p 

f 

1 ⋅ 1 

2 = n = 1, 2, 3,... 


p + 2 ⋅ n -1 

1 

( ) 

Beim Steuerumrichter wird die Ausgangsspannung der beiden gegenparallel arbeitenden Teilstromrichter 

sinusförmig ausgesteuert. 

Die Steuerwinkel α I und 

α II müssen während jeder Halbschwingung 

der Ausgangs- 

f 1 

spannung stetig verändert werden. 

Jede Ausgangsphase wird 

von der Gegenparallelschaltung 

sechspulsiger Teilstromrichter 

gebildet (je Phase zwei antiparallele 

B6-Schaltungen). Insgesamt 

sind also mindestens 36 

Stromrichterventile erforderlich. 

I II I II I II 

f 2 

St 

U 2 

Schaltung des 

Steuerumrichters 

f 2 

M 

3 ~ 

u 2 


Die abgegebene Ausgangsspannung wird einem vorgegebenen sinusförmigen Sollwert möglichst 

gut angenähert. Beide Teilstromrichter arbeiten abwechselnd im Gleich- bzw. Wechselrichterbetrieb. 

Der Verschiebungsfaktor der Lastseite bestimmt dabei die jeweilige Stromrichtung. 

Die Differenzen in den Ausgangsspannungen der beiden Teilstromrichter einer Ausgangsphase 

haben Kreisströme wie beim Umkehrstromrichter zur Folge. Zur Vermeidung des Kreisstromes 

können auch beim Steuerumrichter kreisstromfreie Schaltungen verwendet werden. Bei 

Stromrichtungsumkehr tritt dann eine Totzeit auf. 

Wegen überwiegender Phasenanschnittsteuerung ist der Blindleistungsbedarf aus dem speisenden 

Drehstromnetz beim Steuerumrichter hoch. 

α 


u I 

0 

t 

α 


Spannungsverlauf in einer Phase beim Steuerumrichter 

4.4 Lastgeführte Wechselrichter 

Beim lastgeführten Wechselrichter stellt die Last die Kommutierungsspannung während der 

Kommutierung zur Verfügung. 

Da ein Stromrichter für die natürliche Kommutierung stets induktive Blindleistung braucht, ist 

Voraussetzung für den Betrieb lastgeführter Stromrichter, dass die Last diese zur Verfügung 

stellen kann. Der Laststrom muss aus diesem Grund eine kapazitive Komponente aufweisen. 

Diese Bedingung erfüllen Parallel- und Reihenschwingkreise oder übererregte Synchronmaschinen. 

Schwingkreiswechselrichter 

Eine ohmsch-induktive Last kann durch einen Kondensator zu einem Parallel- oder 

Reihenschwingkreis ergänzt werden. Die Eigenfrequenz f 0 des verlustlosen Lastkreises ist: 

1 

f 0 = (4.56) 

2π ⋅ L ⋅ C 

Die Eigenfrequenz f R des freischwingenden verlustbehafteten Lastkreises mit der Dämpfung δ 

heißt Kennfrequenz und berechnet sich zu: 

f 

R 

2 

R R C 

= f0 

⋅ 1- δ mit δ = = ⋅ 


2 ⋅ ω ⋅ L 2 L 

0 

Die Gln. (4.56 u. 4.57) gelten sowohl für einen Parallel- als auch für einen Reihenschwingkreis. 

Die Betriebsfrequenz, mit der ein Schwingkreiswechselrichter betrieben wird, wird von der 

Steuerung vorgegeben. Damit der Schwingkreis eine kapazitive Stromkomponente hat, muss die 

Betriebsfrequenz beim Parallelschwingkreis oberhalb und beim Reihenschwingkreis unterhalb der 

Eigenfrequenz liegen. 


Der Parallelschwingkreis-Wechselrichter hat einen rechteckförmigen Stromverlauf i 2 , der der 

sinusförmigen Spannung u 2 auf der Lastseite um den Löschwinkel γ voreilt. 

U d 

i d 

L d 

i A1 

i 2 

V1 

u C 

C 

u A1 

u 2 

V3 

V4 

L 

R 

V2 

ϕ 

i 2 

u 2 

u 2 

i 2 

U d 

0 

t ω 

u A1 

u A1 

i A1 

i A1 

0 

t ω 

γ 

Parallelschwingkreis-Wechselrichter in einphasiger Brückenschaltung 

mit Spannungs- und Stromverlauf (idealisiert) 

Der Reihenschwingkreis-Wechselrichter erzwingt einen angenähert sinusförmigen Laststrom i 2 , 

welcher abwechselnd von den Thyristoren und den gegensinnig parallelen Dioden geführt wird. 

Die Lastspannung u 2 und damit die Ventilspannung u A haben angenähert rechteckförmigen 

Verlauf. Der Strom i 2 kommutiert vom nicht steuerbaren auf das jeweilige steuerbare gegensinnig 

parallelgeschaltete Ventil. Er eilt der Lastspannung um den Löschwinkel γ vor. 


U d 

i d 

L σ 

i A1 

i 2 

C p 

D1 

T1 

u A1 

L R 

C 

u 2 

D3 

T3 

D4 

T4 

D2 

T2 

ϕ 

i 2 u 2 

u 2 

i 2 

U d 

0 

i T 

i D 

t ω 

u A1 

i A1 

u A1 

i A1 

0 

γ 

t ω 

Reihenschwingkreis-Wechselrichter in einphasiger 

Brückenschaltung mit Spannungs- und Stromverlauf 

Die erreichbare obere Frequenzgrenze von Schwingkreiswechselrichtern wird im Wesentlichen 

durch die Freiwerdezeiten der Thyristoren bestimmt. Man erreicht Betriebsfrequenzen von über 

10 kHz. 

Für das Anschwingen der Last ist besonders bei Parallelschwingkreis-Wechselrichtern eine 

Starteinrichtung erforderlich. Dazu werden kapazitive Energiespeicher auf der Last- oder auf der 

Gleichstromseite vorgeladen. 

Für die Grundschwingung der Wechselspannung U 1 und die Grundschwingung des 

Wechselstromes I 1 gilt für den einphasigen Parallelschwingkreis: 

π 

8 

U1 = ⋅ Ud 

I1 

= ⋅ Id 


8 ⋅ cosγ 

π 

Für den einphasigen Reihenschwingkreis gilt: 

8 

π 

U1 = ⋅ Ud 

I1 

= ⋅ Id 


π 

8 ⋅ cosγ 

Schwingkreiswechselrichter mit vorgeschaltetem Gleichrichter werden Schwingkreisumrichter 

genannt. 


Maschinengeführter Wechselrichter 

Der lastgeführte Wechselrichter bezieht von einer übererregten Synchronmaschine seine Kommutierungsblindleistung. 

Die Schaltung ermöglicht im Allgemeinen auch eine Umkehr des 

Energieflusses. 

Die Schaltung „Maschinengeführter Wechselrichter“, die aus der Hintereinanderschaltung eines 

netzgeführten Gleichrichters und eines lastgeführten Wechselrichters mit Synchronmaschine als 

Last besteht, wird auch Stromrichtermotor genannt. 

Im Allgemeinen wird im Gleichstromzwischenkreis eine Glättungsinduktivität L d vorgesehen, die 

den netzseitigen Stromrichter I vom lastseitigen II energetisch entkoppelt. 

I 

L d 

I d 

II 

L1 

L2 

U dI 

U dII 

L3 

I E 

Maschinengeführter Wechselrichter (Stromrichtermotor) 

Der netzseitige Stromrichter I arbeitet im Motorbetrieb der angeschlossenen Synchronmaschine 

als netzgeführter Gleichrichter. Er erzeugt die durch Anschnittsteuerung über den Steuerwinkel α 

einstellbare Gleichspannung U dI . Der Strom im Gleichstromzwischenkreis I d wird durch die 

Induktivität L d geglättet. 

Der lastseitige Stromrichter arbeitet als lastgeführter Wechselrichter. Er erzeugt die Gleichspannung 

U dII . Da Wechselrichterbetrieb vorliegt, ist der Mittelwert dieser Gleichspannung negativ. 

Im stationären Betrieb ist, wie beim Umkehrstromrichter mit Kreisstrom, U dII = -U dI . 

Arbeitet die Synchronmaschine als Generator, so muss der Stromrichter II in den Gleichrichterbetrieb 

und der Stromrichter I in den Wechselrichterbetrieb umgesteuert werden. 

Im Stillstand kann die Synchronmaschine kein führendes Netz auf der Sekundärseite erzeugen, so 

dass das Anfahren z.B. durch Auf- und Zusteuern des eingangsseitigen Stromrichters im Takt der 

niedrigen Anfahrfrequenz erfolgen kann. 

Der lastgeführte Stromrichter II wird hinsichtlich der Zündbefehle an seine Thyristoren von der 

Maschinenwelle aus gesteuert. Ein Geber, z.B. mit Hallsonden, erfasst laufend die Polradstellung 

und legt danach die Zuschaltung des Ständerstromes I d auf die Wicklungsstränge fest. 

Für mittlere bis große Leistungen (300 kW - 3 MW) hat sich die Technik des Stromrichtermotors 

- meistens mit bürstenloser Erregung - durchgesetzt.

4. Fremdgeführte Stromrichter - FB E+I: Home

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