Pulswechselrichter

Institut für Elektrotechnik
Rechenübungen zu Elektrische Antriebstechnik
Version 1.1, 03/2003
Arbeitsunterlagen
Pulswechselrichter
Der Pulswechselrichter ist eine Symbiose aus der Tiefsetzstellerschaltung und der
Hochsetzstellerschaltung. Dieser setzt die Eingangsgleichspannung in eine dreiphasige
Ausgangsspannung mit veränderlicher Amplitude, Phase und Frequenz um. Die
Energierichtung kann umgekehrt werden.
Der Pulswechselrichter eignet sich daher hervorragend zur Anspeisung dreiphasiger
elektrischer Maschinen (Asynchronmaschine, Synchronmaschine).
Eigenschaften :
Eingangsspannung : Gleichspannung/Dreiphasensystem
Ausgangsspannung: Gleichspannung/Dreiphasensystem
Die Kommutierungsenergie kommt aus der Schaltung, man spricht von
Selbstkommutierung. Es können nur ein- und ausschaltbare Schalter
verwendet werden (siehe Tiefsetzsteller und Hochsetzsteller)
Erzeugung der Wechselspannung a. synchrone Taktung (Vollblocktaktung)
b. asynchrone Taktung
a. Synchrone Taktung: Nulldurchgänge des Referenzsignals geben die Dauer der Blöcke
vor.
Graphische Darstellung des Verlaufes der Phasenspannung:
u 1L( t )
0
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
0.012
0.014
0.016
0.018
t
u 2L( t )
0
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
t
750
u 12( t )
0
750
0
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
t
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0.02
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Die Berechnung der Grundschwingung der gepulsten Spannung erfolgt mit Hilfe der
Harmonischen Analyse.
b. Asynchrone Taktung: Dreiecks- Referenzsignal Verschneidung gibt die Pulsweite vor.
Berechnung der Grundschwingung der gepulsten Spannung mit Hilfe der Harmonischen
Analyse.
1
s
i
u
0
i
1
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
t
0.006
0.007
0.008
0.009
0.006
0.007
0.008
0.009
i
175
a
0
i
175
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
t
i
Die gewünschte Wechselspannung uref ist proportional dem Mittelwert der gepulsten
Spannung U
Beweis:
Von der sinusförmigen Referenzspannung (Sinusmodulation) mit u ref = û ref sin ωt wird nur ein
Abschnitt mit der konstanten Spannung betrachtet, uref = konstant (gültig für Tdreieck < Tref ):
Die Amplitude der Dreieckspannung û dreieck ist konstant!
1. Schritt: Berechnung des Mittelwertes U mit dem Aussteuergrad:
Aussteuergrad:
û ref
α=
für 0 ≤ α ≤ 1 ,
û dreieck
Ähnlichkeit der Dreiecke :
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α=
u ref
û dreieck
=
T
4 = 4τ − 1
T
T
4
τ−
U [V]
UD
2
û dreieck
U
u ref
T
4
τ
t [s]
Tdreieck
2. Schritt: Bildung des Mittelwertes U über eine Periode T
U=
U T
1  UD
 U  4τ 
τ − D ( − τ) = D  − 1

T 2 2
2 2
2 T


Vergleich von Schritt 1 und 2:
U=
u ref
û dreieck
UD
U
=α D
2
2
Beispiel (siehe Skizze):
α=
û ref
û dreieck
= 0. 5
U=
û dreieck
UD
4
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