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Umrichter mit quasiresonant gepulstem Gleichspannungszwischenkreis für ein Drehstromantriebsystem

A 3ph to 3ph converter with quasiresonant pulsating DC-link for a motor drive system

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Übersicht

Es wird ein Umrichter für ein Drehstromantriebsystem vorgestellt, der durch Einsatz eines quasiresonant gepulsten Gleichspannungszwischenkreises hoher Pulsfrequenz (40 kHz) sowohl auf der Netz- als auch auf der Maschinenseite stationär angenähert sinusförmige Ströme mit besonders geringem Oberschwingungsgehalt ermöglicht. Die Stromführung auf Netz- und Maschinenseite wird durch stromgeregelte Delta-Modulatoren sichergestellt, deren Eigenschaften sich mit einer Sektorvorgabe des Grundschwingungsraumzeigers der gewünschten Stromrichterausgangsspannung weiter verbessern lassen. Speziell für die vorgestellte Umrichterstruktur bietet sich so die Möglichkeit, bei einer Vorsteuerung des Wirkleistungsbedarfs der Maschinenseite auf die Netzstromregelung eine Entlastung des Resonanzkreises herbeizuführen, indem stets ein Teil des Leistungsflusses vom Netz zur Maschine an den Resonanzkreisbauelementen vorbei geführt wird.

Contents

A 3ph to 3ph converter for a motor drive system is presented which allows for approximately sinusoidal currents with very low distortion as well on the line- as on the machine-side by using a quasiresonant pulsating DC-link of high frequency (40 kHz). The current on the line- and on the machine-side is led by current regulated Delta-Modulators. The spectral performance of these modulators can be improved by a sector-setpoint of the fundamental space vector of the desired inverter output voltage. Specifically this presented converter, supported by a machine power load forward line current regulator, enables a reduction of the resonant circuit load by continually leading parts of the power flow from line to machine past the resonant-devices.

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Abbreviations

\(\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{a} \) :

Komplexe Zahl\(\left( { - \frac{1}{2} + j \cdot \frac{{\sqrt 3 }}{2}} \right)\)

Abt :

Spannungsnullzeiten der quasiresonant pulsierenden Gleichspannung

C C :

Kapazität zur Spannungsbegrenzung

C r :

Resonanzkapazität

C S :

Zwischenkreiskapazität

\(\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{e} \) :

Raumzeiger der wirksamen Lastspannung

e 1,2,3 :

Zeitwerte der wirksamen Lastspannung

\(\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{i} \) :

Laststromraumzeiger

\(\Delta \underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{i} \) :

Raumzeiger der Laststromänderung

I d :

Drehstrombrückenstrom

I q :

Summe der Drehstrombrückenströme von Netz- und Maschinenseite

i r :

Strom in der Resonanzinduktivität

i 1,2,3 :

Zeitwerte der Laststrangströme

i α,i β :

Kartesische Komponenten des Laststromraumzeigers

J :

Trägheitsmoment des Antriebs

L :

Lastinduktivität

L n :

Kommutierungsinduktivität

L r :

Resonanzinduktivität

L 1,2,3 :

Netzstränge

P :

Zeitwert des Wirkleistungsbedarfs der Maschinenseite

S C :

Ventil zur Spannungsbegrenzung

S 1,2,3 :

Schaltzustände der Drehstrombrücke

t :

Zeitvariable

T abt :

Mittlere Pulsintervallänge

\(\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{u} \) :

Raumzeiger der Stromrichterausgangsspannung

u d :

Quasiresonant pulsierende Gleichspannung

U S :

Gleichspannung des Zwischenkreises

\(\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{U} _0 \ldots \underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{U} _{VI} \) :

Raumzeiger der Drehstrombrückenausgangsspannung

\(\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{u} _1 \) :

Grundschwingungsraumzeiger der Stromrichterausgangsspannung

u 1,2,3 :

Zeitwerte der Strangspannungen

u α,u β :

Kartesischen Komponenten des Netzspannungsraumzeigers

β:

Winkel des Grundschwingungsraumzeigers der Stromrichterausgangsspannung

ϕ 1 :

Verschiebungswinkel der Grundschwindgungsraumzeiger von Laststrom und Stromrichterausgangsspannung

k :

Abtastwert nach der Diskretisierung in Pulsintervalle

k+1:

Abtastwert des nachfolgenden Pulsintervalls

M :

Maschinenseite

n :

Netzseite

w :

Führungsgröße

0, I, II, III, IV, V, VI:

Zuordnung zu Schalterstellungen der Drehstrombrücke

1, 2, 3:

Phasen der Drehstromsysteme

α, β:

Kartesische Komponenten

ɛ}}:

Element einer Menge

j:

Komplexe Einheit

\(|\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{x} |\) :

Betrag eines Raumzeigers

\(\hat x\) :

Amplitudenwert

\(\underset{\raise0.3em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle-}$}}{x} \) :

Komplexe Größe

...:

Abkürzende Aufzählung

DR:

Drehrichtungssignal

Imp:

Geberimpulse

IGB:

Insulated Gate Bipolar

RDCLI:

(Resonant DC Link Inverter) Quasiresonanz-Pulsstromrichter

SV:

Sektorvorgabe

123/K:

Transformation von Stranggrößen in kartesischen Komponenten

Literatur

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Authors and Affiliations

  1. Elektrotechnisches Institut, Universität Karlsruhe, Kaiserstr. 12, W-7500, Karlsruhe, Bundesrepublik Deutschland

    M. Hofstetter

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  1. M. Hofstetter
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Hofstetter, M. Umrichter mit quasiresonant gepulstem Gleichspannungszwischenkreis für ein Drehstromantriebsystem. Archiv f. Elektrotechnik 76, 309–315 (1993). https://doi.org/10.1007/BF01576055

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