Computersimulation und rechnergestützte Systemanalyse der leistungselektronischen Komponenten. Multimediale Gestaltung von Arbeitsmaterialien mit dem Schwerpunkt Lehrveranstaltung Leistungselektronik (eBook)

Herr Yingnan Wang, Dipl.-Ing. wurde 1978 in Shagnghai, VR. China geboren. 1996 - 1999 Fachhochschule für Leichtindustrie Shanghai, VR.China, Hauptfach: Elektroautomatisierung. 1999 -2000 Technische Universität Ilmenau, Deutschkurs. 2000 - 2005 Brandenburgische Technische Universität, Cottbus, Hauptfach: Elektrotechnik. 2005: Diplom-Ingenieur mit Abschluss-Note: Gut, Fachrichtung: Automatisierungs- und Kommunikationstechnik. 2005 - 2007: Universität Hamburg, Hauptfach: Mathematik.2007:Technische Universität Berlin, Fachgebiet Elektrische Maschinen und Antriebe, Wissenschaftlicher Mitarbeiter.

Computersimulation und rechnergestützte Systemanalyse der leistungselektronischen Komponenten 1
Inhaltsverzeichnis 3
Abbildungsverzeichnis 6
Tabelleverzeichnis 10
1 Einführung 17
1.1 Allgemeine Zielstellung 17
1.2 Aufgaben der Leistungselektronik 17
1.3 Programme SIMPLORER® 19
1.4 Programme MATHCAD® 21
2 Grundlagen der Leistungselektronik 23
2.1 Schaltungselemente 23
2.1.1 Ideale Ventile 23
2.1.2 Mechanische Schalter 24
2.1.3 Halbleiterschalter 25
2.2 Schaltvorgänge von Wechselströmen 28
2.2.1 Einschalten einer RL-Reihenschaltung 28
2.2.2 Einschalten eines Reihenschwingkreises 31
2.3 Kommutierung und Stromübergang 33
2.3.1 Funktionsprinzip 33
2.3.2 Natürliche Kommutierung 35
2.3.3 Zwangskommutierung 37
3 Simulationstechnik 42
3.1 Digitale Simulation 44
3.2 Steuerung mittels PETRI-Netzmodelle 47
3.3 Formalismen und Systeme 50
3.3.1 Atomare Systeme 50
3.3.2 Gekoppelte Systeme 55
3.4 Numerische Verfahren 57
3.4.1 Numerische Integration 58
3.4.2 Explizite und implizite Verfahren 60
3.4.3 Ein- und Mehrschrittverfahren 62
3.4.4 Behandlung von Ereignissen 67
4 Simulation und Modellanalyse 73
4.1 Strategien der Modellbildung 73
4.2 Netzgelöschter Stromrichter 74
4.2.1 Drehstrombrückenschaltung - B6 75
4.2.2 Zwölfpuls-Brückenschaltung 82
4.3 Direktumrichter 85
4.4.1 Trapezansteuerung 87
4.4.2 Sinusansteuerung 88
4.4.3 Matrixumrichter 90
4.4 Selbstgelöschter Stromrichter 103
4.4.1 Zweistufige Stromrichter mit Spannungszwischenkreis 103
4.4.2 Dreistufige Stromrichter mit Spannungszwischenkreis 120
4.4.3 Stromzwischenkreis-Stromrichter 126
5 Mathematische Verhältnisse in der Leistungselekronik 135
5.1 Analyse der Gleichstromrichters 135
5.1.1 Grundlagen der mathematischen Modellbildung 136
5.1.2 Analyse der vollgesteuerten B2-Stromrichterschaltung 149
5.2 EMV des Umrichters 160
5.2.1 Eigenschaften modulierter Signale 162
5.2.2 Störung und Entstörung von IGBT-Umrichter 171
5.3 Mathematische Rechnung vom Raumzeiger 179
6 Systembewertung: Netzrückwirkung von netzgeführten Stromrichtern 183
6.1 Symmetrische Steuerung 184
6.2 Asymmetrische Steuerung 188
6.3 Der Einsatz von Freilaufdioden 191
6.3.1 Eine Freilaufdiode am Stromrichterausgang 192
6.3.2 Zwei Freilaufdioden zum Sternpunkt 194
7 Zusammenfassung 197
Anhang 201
Literaturverzeichnis 207
Autorenprofil 209

Textprobe: Kapitel 6, Systembewertung: Netzrückwirkung von netzgeführten Stromrichtern: Beim Einsatz von Stromrichtern zur Energieentnahme aus dem Versorgungsnetz werden sehr oft stark Netzrückwirkungen erzeugt. Diese können sowohl für benachbarte Netzteilnehmer als auch für das Energieversorgungsunternehmen unerwünschte Auswirkungen haben. Hier stehen speziell die Netzrückwirkungen von netzgeführten Thyristorstromrichtern im Vordergrund. Im niedrigen Leistungsbereich ist diese Art von Schaltungen längst durch selbstgeführte Stromrichterschaltungen verdrängt worden. Im Hochleistungsbereich ist der Einsatz von Thyristoren jedoch immer noch aktuell. Ein großer Nachteil von klassischen Thyristorstromrichtern ist aber ihre Netzunfreundlichkeit. Zwischen der Grundschwingung der Netzspannung und des Eingangsstroms kann eine beträchtliche Phasenverschiebung auftreten. Die Folge ist ein hoher Blindleistungsbedarf. Da am Eingang des klassischen Thyristorstromrichters der Stromverlauf fast unabhängig vom Betriebszustand ist, werden Ströme höherer harmonischer Ordnung immer in gleicher Verteilung erzeugt. Der Blindleistungsanteil und der Anteil von Strömen höherer harmonischer Ordnung sind die wichtigsten Kriterien zur Bewertung der Netzfreundlichkeit eines Stromrichters. Passive Filter bieten hier den einfachsten Lösungsweg, um einen geringeren Blindleistungsbedarf und einer Minimierung der Störungen durch Oberschwingung zu führen. Eine bessere Lösung bietet der Einsatz von aktiven Filtern. Diese Filter werden meist mittels selbstgeführter Stromrichter realisiert und haben darum einen höheren Preis pro installierte Schaltleistung. Auch eine Änderung des Steuerverfahrens des netzgeführten Stromrichters beeinflusst seine Netzrückwirkung. Eine Erweiterung der Steuermethoden ermöglicht es, auch die Oberschwingungen am Eingang des Stromrichters gezielt zu beeinflussen.