Direktumrichter für Asynchronmotoren hoher Leistung und niedriger

Direktumrichter für Asynchronmotoren hoher Leistung und niedriger Drehzahl:
Anwendung: Bahnstrom, Zementmühlen
Zwei Umrichtervarianten sind gebräuchlich:
a) Trapezumrichter (Frequenzstarrer Umrichter):
U
Nach einer bestimmten Anzahl von Pulsen wird der
Steuerwinkel α von 0o auf α=180o - γgeändert und
die Ausgangsspannung dreht sich um.
Vorteil:
geringe Blindleistung
Nachteil: starre Frequenz, f < fo,nichtsinusförmige
Spannung
t
T0=1/f 0
Die Ausgangsfrequenz f ist:
T1 = T0 + 2(n − 1)
f1 = f 0 *
T1 =1/f
1
T0
p
2
2n − 2
1+
p
n = Zahl der Kuppen pro Halbwelle;
p = Pulszahl
Ausgangsfrequenz des frequenzstarren Trapezumrichters
Effektivspannung:
U RMS ≈U d = U di cosα
Effektivwert der Grundschwingung:
2 2
U1 ≈
Ud
π
f1/f0
n=
p=
1
2
3
4
2
1
1/2
1/3
1/4
3
1
3/5
3/7
1/3
6
1
3/4
3/5
1/2
12
1
6/7
3/4
2/3
b) Steuerumrichter (Frequenzelastischer Umrichter): Der Steuerwinkel wird kontinuierlich so geändert, daß
eine in etwa sinusförmige Ausgangsspannung entsteht.
Vorteil: variable Frequenz, sinusförmige Ausgangsspannung
Nachteil: viel Blindleistung, Ausgangsfrequenz f < Eingangsfrequenz fo
Der Steuerwinkel α wird linear
zwischen 0 und 180o während einer
Sinusschwingung
der
Ausgangsspannung geändert:
α = 0 : U = u$ = U di
Scheitelwert
u$ = U di
der
Ausgangsspannung:
Effektivwert der Ausgangsspannung:
U RMS = U di / 2
Beim Stromnulldurchgang wird vom
Stromrichter I auf II bzw. umgekehrt
umgeschaltet. Hier entsteht eine kurze
Totzeit, weil für das Einschalten des
nächsten
Stromrichters
abgewartet
werden muß, bis dessen Zündbedingung
erfüllt ist.
Unter
Berücksichtigung
des
Schonwinkels γ und der Forderung
nach symmetrischen Halbwellen der
Ausgangsspannung wird der Steuerbereich kleiner als 180o und die max. Ausgangsspannung ist
entsprechend kleiner.
Für Drehstrom-Direktumrichter wird die o. g. Schaltung für jede Phase benötigt. Bei einer M3-Grundschaltung
sind also 3 x 2 x 3 = 18 Ventile, bei einer B6-Grundschaltung 36 Ventlile notwendig.