Stand: 2004-03

Thomas Mertin
Netzwerk- und Elektrotechnik
D-41334 Nettetal

Aussteuerbereich bei ohmscher Last: 0...150°

mit α = 60°; L_d -> ∞

Aussteuerbereich bei induktiver ohmscher Last: 0...90°

Mit L_D -> ∞ gilt:

Ersatzschaltung (mit U_A = U_diα und I_A = I_d):

Gleichrichterbetrieb

Stromrichter in Gleichrichterbetrieb; Motor Rechtslauf.

und zwar so einstellen, daß ist und mit vorgewählten Strom (Nennstrom) gebremst wird; Stromrichter in Wechselrichterbetrieb; Generator in Rechtslauf.

Bei

Der Wechselrichterbetrieb ist nur möglich, wenn die Maschine umgepolt wird und ist, da die Ventile nur in einer Richtung durchlassen.

Rein ohmsche Last	Induktiv - ohmsche Last (LD -> ∞)

Es gilt:

Maschinenlast
Es gilt:

Der Stromrichter darf im Wechselrichterbetrieb im Allgemeinen nur mit einem Steuerwinkel bis α = 150° ausgesteuert werden, da nach Abschluß der Stromübergabe nach einer gewissen Schonzeit t_c mit negativer Sperrspannung eingehalten werden muß, damit das Ventil seine volle Sperrfähigkeit wieder erlangt. Wird der zulässiger Steuerwinkel überschritten, so bleibt der abzukommutierende Stromrichterzweig leitend. Dies führt zu einem kurzschlußartigen Laststromanstieg (Wechselrichterkippen).

Voraussetzungen:

• keine ohmschen Widerstände
• ideale Ventile
• 
• starres Netz
• 

Liniendiagramm für α = 0 °

Annahme V1 ist leitend:
V2 kann gezündet werden, wenn (1)

Masche 1:
mit und =>
mit => (2)

Knotenpunkt 1:
(3)

setze (3) in (2): (4)

Masche 2: (5)

setze (4) in (5): (6)

setze (1) in (6)

Während der Kommutierung gilt:

Phasenlage der Spannung

t_U = Kommutierungsdauer bzw. u₀ = Überlappungswinkel

Liniendiagramm für α = 60° und u₀ = 30°

I_V1 und I_V2 ergänzen sich während des Kommutierungsvorgangs zu I_d.
D_x = induktiver Gleichspannungsabfall

Annahme: V1 führt den Laststrom I_d.
V2 kann gezündet werden, sobald u_k > 0, d.h. wenn u_S2 größer u_S1 geworden ist. Nach der Zündung von V2 sind V1 und V2 leitend. u_k teilt sich über L_k1 und L_k2 auf. Die Spannungsänderung an der Kommutierungsdrossel bewirkt eine Stromänderung und zwar: Abbau von i_V1 und Aufbau von i_V2. Die Stromänderungsgeschwindigkeit ist in beiden Zweigen dem Betrage nach gleich groß. V1 sperrt, wenn i_V2 = I_d und damit den Haltestrom von V1 = 0. Der Laststrom fließt jetzt nur noch über V2.

Während der Kommutierung sind zwei Thyristoren leitend. Das ist ein Kurzschluß über zwei Phasen. Während dieser Zeit sinkt die Spannung u_diα auf ab. Diesem Spannungsabfall gegenüber der idealen Ausgangsspannung (ohne Berücksichtigung der Kommutierung) nennt man induktiver Gleichspannungsabfall D_x.

Der Überlappungswinkel u₀ hängt ab von:

• Von L_k: Je größer L_k => langsamer Stromauf- bzw. abbau
• Von u_k (bzw α), da sich u_S2 - u_S1 = u_k mit α ändert
• Von I_d , da i_V2 den Laststrom erreichen muß.

Ersatzschaltung
= Ordnungszahl der einzelnen Harmonischen

p = Pulsigkeit (Pulszahl); k = Kennzahl der einzelnen Harmonischen

Welligkeit

Frequenzen der einzelnen Harmonischen

Beispiel: M3-SR an Netzfrequenz 50Hz

Abhängigkeit der Welligkeit:

• vom Steuerwinkel α, für α = 90° ist die Welligkeit maximal
• von der Pulszahl und davon von ν
• von der Höhe der Netzspannung bzw. U_di

Die Harmonischen lassen sich nach Fourier berechnen, beziehungsweise mit einem Spektrumanalysator messtechnisch ermitteln. Nach Fourier ist jede periodische Funktion gegeben durch einen Gleichanteil und einer Summe von Schwingungen, deren Frequenz ganze Vielfache der Grundschwingung sind und deren Amplitude mit wachsender Frequenz abnehmen.

Berechnung der Harmonische

Allgemein gilt für α = 0°

für α = 0°

Allgemein gilt für α = 90°

für α = 90°

Lückfreier Betrieb	Lückgrenze

Lückbetrieb des Stromrichters bei Maschinenlast

Lückfreier Betrieb

Mit der Vernachlässigung aller Verluste steigt die Ausgangsspannung bis auf û_S an.

Lückdrossel

Berechnung der Lückdrossel unter Berücksichtigung aller Oberschwingungen und α = 90°.

2-Puls-Schaltung:
3-Puls-Schaltung:
6-Puls-Schaltung:

L_d in mH; U_di in V; I_Lück in A

Auswirkungen des Lückbetriebs bei Gleichstromantrieben

Bei Entlastung der Maschine steigt im Lückbetrieb die Ausgangsspannung U_diα und somit die Ankerspannung an.
=> Die Drehzahl des Motors steigt, wenn keine entsprechende Regelung erfolgt (kein stabiler Betrieb).

Bei Lückbetrieb reißt der Strom ab.
=> Bürstenfeuer => Beschädigung des Kommutators

Grund für Lückbetrieb: zu kleine Induktivität im Lastkreis oder zu starke Entlastung.

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