Spannungszwischenkreisumrichter - Technische Universität München
Spannungszwischenkreisumrichter - Technische Universität München
Spannungszwischenkreisumrichter - Technische Universität München
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
<strong>Technische</strong> <strong>Universität</strong> <strong>München</strong><br />
Vorlesung<br />
Leistungselektronik – Grundlagen und Standard-Anwendungen<br />
„<strong>Spannungszwischenkreisumrichter</strong>,<br />
Pulsumrichter“<br />
Prof. Dr.‐Ing. Ralph Kennel<br />
(ralph.kennel@tum.de)<br />
<strong>Technische</strong> <strong>Universität</strong> <strong>München</strong><br />
Arcisstraße 21<br />
80333 <strong>München</strong>
<strong>Technische</strong> <strong>Universität</strong> <strong>München</strong><br />
„<strong>Spannungszwischenkreisumrichter</strong>,<br />
Pulsumrichter“<br />
Brückenschaltungen
<strong>Spannungszwischenkreisumrichter</strong><br />
(Pulsumrichter)<br />
+<br />
+<br />
+<br />
U 0<br />
Motor<br />
-<br />
-<br />
-
<strong>Spannungszwischenkreisumrichter</strong><br />
(Pulsumrichter)
Ansteuerungsarten<br />
<strong>Spannungszwischenkreisumrichter</strong>
Spannungsverläufe bei Blocksteuerung<br />
u R0<br />
u M0<br />
u RS<br />
u R u S u T<br />
an der Motorwicklung wird bei Mehrphasenwicklungen<br />
die verkettete Spannung wirksam<br />
die resultierende Strangspannung im Motor kommt<br />
der Sinusform näher als die Strangspannung am Umrichter !!!
symmetrisches und unsymmetrisches<br />
Unterschwingungsverfahren<br />
symmetrisch<br />
unsymmetrisch
Raumzeiger(modulation)<br />
+<br />
+<br />
+<br />
U 0<br />
-<br />
-<br />
-<br />
Motor
Raumzeiger(modulation)
Raumzeiger(modulation)<br />
freie Wahl des Nullvektors
Raumzeiger(modulation)<br />
freie Wahl des Nullvektors
Raumzeiger(modulation)<br />
T INV
PWM-Modulatoren<br />
Hardware-Realisierung als ASIC oder FPGA
Spannungsverläufe bei Pulsbreitenmodulation (PWM)<br />
Pulsmuster variieren mit dem Arbeitspunkt und dem Frequenzverhältnis
Spannungsverläufe bei Pulsbreitenmodulation<br />
Oberschwingungen in Speisespannungen (Rechteckform)
Vergleich :<br />
PWM Zweipunkt-Stromregler<br />
Vorteil : sehr dynamisch<br />
Nachteil : variable Schaltfrequenz
PWM-Verfahren
PWM-Verfahren<br />
ähnliche, aber ungleiche Pulsmuster<br />
Unterschwingungsverfahren
Raumzeiger(modulation)
PWM-Verfahren<br />
Unterschwingungsverfahren<br />
Raumzeigermodulation<br />
„Zumischen“ der 3. Harmonischen<br />
PWM nach Schörner<br />
1/6 der Grundwellenamplitude 1/4 der Grundwellenamplitude
Erweiterung des Ausgangsspannungsbereichs<br />
das „Zumischen“ der 3. Harmonischen<br />
ist auch im „Unterschwingungsverfahren möglich<br />
„Zumischen“ der 3. Harmonischen<br />
1/6 der Grundwellenamplitude<br />
Raumzeigermodulation
Discontinuous PWM Schemes
Auslegung Zwischenkreiskondensator<br />
+<br />
+<br />
+<br />
U 0<br />
Motor<br />
-<br />
-<br />
-<br />
Achtung !!!!<br />
… es geht<br />
nicht um die Blindleistung<br />
für die Last !!!
Auslegung Zwischenkreiskondensator<br />
Kriterien<br />
• Taktfrequenz :<br />
C = I * t t / ∆U<br />
• Netzspannungssschwankungen :<br />
C = I * t netz / 2 * ∆U (2 puls-Brücke)<br />
C = I * t netz / 6 * ∆U (6 puls-Brücke)<br />
• induktive Last …
Auslegung Zwischenkreiskondensator<br />
+<br />
z. B. 420 µF<br />
z. B. 100 A z. B. 200 µH<br />
U 0<br />
+<br />
-<br />
E L = ½ L I 2<br />
-<br />
= ½ 200 10 6 * 100 100 Ws<br />
= 10 6 * 10 -6 Ws<br />
= 1 Ws
Auslegung Zwischenkreiskondensator<br />
+<br />
z. B. 420 µF<br />
z. B. 100 A z. B. 200 µH<br />
U 0<br />
+<br />
-<br />
E C = ½ C U max<br />
2<br />
- ½ C U nenn<br />
2<br />
= ½ C (U<br />
2<br />
max - U nenn2 )<br />
C = 2 * E C / (U<br />
2<br />
max - U nenn2 )<br />
= 2 * 1 / (400 2 - 320 2 ) F<br />
= 35 µF<br />
-
„<strong>Spannungszwischenkreisumrichter</strong>,<br />
Pulsumrichter“<br />
KFZ‐spezifische Schaltungen
KFZ‐spezifische Schaltungen<br />
Halbleiterbauelemente<br />
industrieübliche Umrichtertopologie<br />
Reduzierte Anzahl von<br />
Halbleiterschaltern<br />
• Kosten Anzahl der Halbleiterschalter<br />
Abstriche bei der Performance !<br />
Feldeffekt-Transistoren<br />
das war früher<br />
(FET)<br />
bei den Gleichstrommotor-Kommutatoren<br />
auch so !!!<br />
• Spannungsbereich ausreichend<br />
•<br />
<br />
hohe<br />
heute<br />
Schaltfrequenz<br />
: Kosten Kommutator <br />
Gesamtbaugröße (Materialeinsatz)<br />
Frage :<br />
… ist zu erwarten, dass zukünftig<br />
Kosten Leistungselektronik Siliziumfläche ???<br />
kann man etwas tun<br />
diesen Prozess (Kostenreduktion)<br />
zu beschleunigen ?<br />
KFZ-typische Umrichtertopologie
KFZ‐spezifische Schaltungen<br />
Topologie<br />
industrieübliche Umrichtertopologie<br />
+<br />
+<br />
KFZ-typische Umrichtertopologie<br />
+ +<br />
1 Strang des Motors<br />
parallele Wicklung<br />
-<br />
Gründe<br />
-<br />
-<br />
-<br />
• niedrige Spannungsversorgung<br />
(nur 1 Schalter in Reihe)<br />
• weniger Halbleiterschalter<br />
(aber : aufwändigere Wicklung)
Change language