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Antriebe mit Gleichstromsteller
Während bei allen netzgeführten Stromrichterschaltungen die Bildung der variablen Ankerspannung
durch Phasenanschnittsteuerung der Netzwechselspannung erfolgt, arbeitet der Gleichstromsteller
bereits mit einer konstanten Gleichspannung am Eingang (z.B. Batterie).
Beim Gleichstromsteller wird durch ein elektronisches Stellglied S die Netzspannung U N mit
möglichst hoher Frequenz f P pulsförmig auf den Antrieb geschaltet. Bei der häufig verwendeten
Pulsbreitensteuerung ist dabei innerhalb der konstanten Periodendauer t p = 1/f P die Einschaltzeit t E
einstellbar. In den Pausen fließt der Ankerstrom über einen Freilaufkreis mit der Diode D weiter.
S
L
D
elektronischer Ein-Ausschalter
Glättungsinduktivität
Freilaufdiode
S
L i A
i N i D
U N
D
u L
U A
M
i N
t E t A
i D
i A
t P
U N
u L
u L U A
t
Prinzipschaltung
Pulsbreitensteuerung der Gleichspannung U A
Technik eines Gleichstromstellers
Wenn das Stellglied S während der Zeit t E geschlossen ist, nimmt der Antrieb mit i A = i N Energie
aus dem Netz auf. Die Spannungsgleichung des Kreises lautet:
diA
UN = UA
+ u L mit uL
= L ⋅ (4.32)
dt
In der Zeit t A ist das Stellglied S geöffnet; der Strom i A = i D klingt infolge der magnetischen
Energie der Induktivität L nur langsam über den Freilaufkreis ab. Im Freilaufkreis gilt:
UA + uL
= 0
(4.33)
Der Ankerstrom schwankt um den Wert ∆i, der um so kleiner ist, je größer die Pulsfrequenz f P
und die Induktivität L gewählt werden.
Als Mittelwert der Spannungsimpulse stellt sich die Ankerspannung U A nach Gl. (4.34) ein.
U
A
=
U
N
tE
tE
⋅ = UN
⋅
(4.34)
t t + t
p
E
A
Die Ankerspannung kann so stufenlos zwischen Null und U N variiert werden.
Als Stellglied werden heute eingesetzt:
- Feldeffekttransistoren bei kleinen Leistungen mit hoher Schaltfrequenz (f p > 20 kHz);
- IGBTs bei mittleren bis hohen Leistungen (f p < 20 kHz);
- GTO-Thyristoren bei sehr hohen Leistungen (f p < 2 kHz).
Durch Vertauschen der Anordnung von Freilaufdiode und Stellglied kann eine Rücklieferung von
Energie in die Batterie beim Gleichstromsteller erfolgen.
G. Schenke, 9.2006 Elektrische Netze und Maschinen FB Technik, Abt. E+I 55