Leistungselektronik Grundlagen und Standardanwendungen ... · M2-Schaltung mit Transformator...

Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München

LeistungselektronikGrundlagen und

StandardanwendungenDiodengleichrichter

Technische Universität MünchenLehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik

Vollbild

Übung 1: Diodengleichrichter Seite 1


Gliederung

1 Allgemeines

2 M1-Schaltung

3 M2-Schaltung

4 B2-Schaltung

5 M3-Schaltung

6 B6-Schaltung

7 Übungsaufgaben



Diode

Anode Kathode`p

´n

u

i

idealreal

Leistungsdiode

UR US

Sperrbereich Durchlassbereich

Schaltbild und Kennlinien von Dioden



Mittelwert

Mittelwert eines periodischen Signals:

uM “ 1

T

t0`Tż

t0

uptqdt



Effektivwert

Effektivwert eines periodischen Signals:

Ueff “

g

f

f

f

e

1

T

t0`Tż

t0

u2ptqdt

Sinusförmiges Signal mit uptq “ u sin pωtq: Ueff “ 12

?2u

‚ Quadratischer Mittelwert des Signals‚ Englisch: Root Mean Square (RMS)‚ Spannungen: Effektivwert entspricht der Gleichspannung, die im

zeitlichen Mittel die gleiche thermische Leistung an einem Widerstandliefert



Effektivwert


Ueff “

g

f

f

f

e

1

T

t0`Tż

t0

u2ptqdt


?2u

‚ Quadratischer Mittelwert des Signals‚ Englisch: Root Mean Square (RMS)

‚ Spannungen: Effektivwert entspricht der Gleichspannung, die imzeitlichen Mittel die gleiche thermische Leistung an einem Widerstandliefert



Effektivwert


Ueff “

g

f

f

f

e

1

T

t0`Tż

t0

u2ptqdt


?2u

‚ Quadratischer Mittelwert des Signals‚ Englisch: Root Mean Square (RMS)‚ Spannungen: Effektivwert entspricht der Gleichspannung, die im

zeitlichen Mittel die gleiche thermische Leistung an einem Widerstandliefert



Gleichrichterschaltungen

Allgemeines‚ Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung‚ Unterteilung in Mittelpunkt- und Brückenschaltungen‚ Einphasen- und Dreiphasen-Gleichrichter‚ Unterteilung nach Anzahl der Kommutierungen pro Periode

Mittelpunkt- und Brückenschaltungen‚ Brückenschaltungen: Mehr Gleichrichter (Dioden) nötig‚ Mittelpunktschaltungen: Aufwendigere Transformatoren nötig‚ Heute hauptsächlich Brückenschaltungen verwendet



Gliederung

1 Allgemeines

2 M1-Schaltung

3 M2-Schaltung

4 B2-Schaltung

5 M3-Schaltung

6 B6-Schaltung

7 Übungsaufgaben



Schaltbild einer M1-Schaltung

U1 U2

Trafo

ul

uvil

M1-Schaltung mit Transformator und Diode



Simulation der M1-Schaltung

Typische Lasten‚ Reine Widerstandslast (R-Last)‚ Resistiv-induktive Last (RL-Last)‚ Resistiv-kapazitive Last (RC-Last)

Simulationsprogramm‚ GeckoCIRCUITS‚ OpenSource, Java-basiertñ Lauffähig unter Windows, Linux und MacOS

‚ Download unter:http://www.gecko-simulations.com/geckocircuits.html


http://www.gecko-simulations.com/geckocircuits.html


Simulationsmodelle:

Verwendete Parameter:

U “ 230 V (Effektivwert)f “ 50 HzR “ 100 Ω

C “ 50 µFL “ 50 mH



Strom- und Spannungsverläufe

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100

0

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]

Spannungsverläufe

uR

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´2

0

2

4

6

8

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR




0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100

0

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]

Spannungsverläufe

uRuRC

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´2

0

2

4

6

8

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC




0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100

0

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]

Spannungsverläufe

uRuRCuRL

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´2

0

2

4

6

8

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC

iRL



Wichtige Größen

‚ Sinusförmige Eingangsspannung uptq “ u sin pωtqñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ u

‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):

Udi “ 1

T

Tż

0

uLptqdt “ 1

2π

πż

0

u2 sin pωtq dωt “

“ u2

2πp´ cosπ ` cos 0q “ u2

2πp1` 1q “ u2

π

Mit u2 “?

2U2 folgt:

Udi “?

2

πU2 « 0,4502U2



Transformator-Bauleistung

Meistens: Wechselspannung wird von Transformator geliefert

Transformator-Bauleistung immer größer als die Leistung imGleichspannungsteil!

Berechnung:

PB “ 1

2

˜

ÿ

i

UPiIPi `ÿ

i

USiISi

¸

ñ Arithmetischer Mittelwert der Scheinleistungen auf Primär- undSekundärseite

Leistung im Gleichspannungsteil: Pd “ UdiId

Reine Widerstandslast: PB “ 3,09 ¨ Pd



Gliederung

1 Allgemeines

2 M1-Schaltung

3 M2-Schaltung

4 B2-Schaltung

5 M3-Schaltung

6 B6-Schaltung

7 Übungsaufgaben



M2-Schaltung

U1

US1

US2

Trafo D1

D2

ulil

M2-Schaltung mit Transformator (Mittenanzapfung) und Dioden



M2-Schaltung

U1

US1

US2

Trafo D1

D2

ulil Pos. HW

US1 ą 0




M2-Schaltung

U1

US1

US2

Trafo D1

D2

ulil Neg. HW

US2 ą 0




Grundsätzliche Funktionsweise

Simulationsmodell:

Transformator mit Mittenanzapfung und Wicklungsverhältnis 1, daher:

U “ 115 V (Effektivwert)



0 5 10 15 20 25´200

0

200

Spa

nnun

g[V

]

Trafo-Spannungen

US1

US2

0 5 10 15 20 250

1

2

i D1

[A]

Strom durch D1

0 5 10 15 20 250

1

2

i D2

[A]

Strom durch D2

0 5 10 15 20 250

100

200

ul[V

]

Spannung an R

0 5 10 15 20 250

1

2

Zeit [ms]

i l[A

]

Strom durch R




Simulationsmodelle:



0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´50

0

50

100

150

200

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uR

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR



0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´50

0

50

100

150

200

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRC

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC



0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´50

0

50

100

150

200

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRCuRL

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC

iRL



Wichtige Größen

‚ Sinusförmige Eingangsspannungñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ 2uSi


Udi “ 2?

2

πUSi « 0,901USi




‚ Reine Widerstandslast: PB “ 1,48 ¨ Pdñ Weitaus besser als bei M1-Schaltung!

‚ RL-Last mit LÑ8: PB “ 1,34 ¨ PdHerleitung siehe Skript



Gliederung

1 Allgemeines

2 M1-Schaltung

3 M2-Schaltung

4 B2-Schaltung

5 M3-Schaltung

6 B6-Schaltung

7 Übungsaufgaben



B2-Schaltung

U1 U2

TrafoD1 D2

D3 D4

ul

il

B2-Schaltung mit Transformator und Dioden



B2-Schaltung

U1 U2

TrafoD1 D2

D3 D4

ul

il

Pos. HW




B2-Schaltung

U1 U2

TrafoD1 D2

D3 D4

ul

il

Neg. HW





Simulationsmodell:



0 5 10 15 20 25´400

0

400

U2

[V]

Trafo-Spannung

0 5 10 15 20 250

2

4

i D14

[A] Strom durch D1 und D4

0 5 10 15 20 250

2

4

i D23

[A] Strom durch D2 und D3

0 5 10 15 20 250

200

400

ul[V

]

Spannung an R

0 5 10 15 20 250

2

4

Zeit [ms]

i l[A

]

Strom durch R




Simulationsmodelle:



0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100

0

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uR

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

2

4

6

8

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR



0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100

0

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRC

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

2

4

6

8

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC



0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100

0

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRCuRL

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

2

4

6

8

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC

iRL



Wichtige Größen

‚ Sinusförmige Eingangsspannungñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ uS


Udi “ 2?

2

πUS « 0,901US




‚ Reine Widerstandslast: PB “ 1,23 ¨ PdHerleitung siehe Skript

‚ RL-Last mit LÑ8: PB “ 1,11 ¨ PdHerleitung siehe Skript

‚ RC-Last mit C Ñ8: PB “ 1,21 pUdi ` 2USq IdOhne Herleitung



Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter

‚ Erhaltene Gleichspannung: Pulsierend (Positive Sinus-HW)ñ Unerwünscht!

‚ Erwünscht: Möglichst konstante Gleichspannungñ Kondensator am Ausgang des Gleichrichtersñ Reduzierung der Spannungsrippel

‚ Oftmals: Unterschiedliche Eingangsspannungen:110 V. . . 127 V und 60 Hz220 V. . . 240 V und 50 Hz

ñ Gleichrichter soll gleiche Ausgangsspannung liefernñ Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter




‚ Erhaltene Gleichspannung: Pulsierend (Positive Sinus-HW)ñ Unerwünscht!

‚ Erwünscht: Möglichst konstante Gleichspannungñ Kondensator am Ausgang des Gleichrichtersñ Reduzierung der Spannungsrippel

‚ Oftmals: Unterschiedliche Eingangsspannungen:110 V. . . 127 V und 60 Hz220 V. . . 240 V und 50 Hzñ Gleichrichter soll gleiche Ausgangsspannung liefernñ Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter



Uin

D1 D2

D3 D4

C1

C2

1

2S1

1

2S2

Udc




Uin

D1 D2

D3 D4

C1

C2

1

2S1

1

2S2

Udc


Schalterstellung 1: 220 V. . . 240 VGewöhnlicher B2-Gleichrichter



Uin

D1 D2

D3 D4

C1

C2

1

2S1

1

2S2

Udc


Schalterstellung 2: 110 V. . . 127 VPos. HW durch D1 und D2, lädt C1

Neg. HW durch D3 und D4, lädt C2



Simulationsmodell:

Parameter:

U1 “ 230 V (Effektivwert), f1 “ 50 Hz, Schalterstellung 1

U2 “ 115 V (Effektivwert), f2 “ 60 Hz, Schalterstellung 2

C “ 820 µF, R “ 300 Ω




0 10 20 30 40 50´400´200

0

200

400

Spa

nnun

g[V

]

Netzspannungen

0 10 20 30 40 500

20

40

60

Stro

m[A

]

Kondensatorströme (Schalterstellung 2)

0 10 20 30 40 500

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]

Lastspannungen (Spannungen an R)




0 10 20 30 40 50´400´200

0

200

400

Spa

nnun

g[V

]

Netzspannungen

0 10 20 30 40 500

20

40

60

Stro

m[A

]


iC3

iC4

0 10 20 30 40 500

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]





0 10 20 30 40 50´400´200

0

200

400

Spa

nnun

g[V

]

Netzspannungen

0 10 20 30 40 500

20

40

60

Stro

m[A

]


iC3

iC4

0 10 20 30 40 500

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]


230V eff.




0 10 20 30 40 50´400´200

0

200

400

Spa

nnun

g[V

]

Netzspannungen

0 10 20 30 40 500

20

40

60

Stro

m[A

]


iC3

iC4

0 10 20 30 40 500

100

200

300

400

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]


230V eff.115V eff.



Gliederung

1 Allgemeines

2 M1-Schaltung

3 M2-Schaltung

4 B2-Schaltung

5 M3-Schaltung

6 B6-Schaltung

7 Übungsaufgaben



M3-Schaltung

D1

D2

D3

Trafo

ul

il

M3-Schaltung mit Transformator und Dioden



M3-Schaltung

D1

D2

D3

Trafo

ul

il


U1 hat höchstes Potential ñ D1 leitet



M3-Schaltung

D1

D2

D3

Trafo

ul

il






Simulationsmodell:



0 5 10 15 20 25´400

0

400

ul[V

]

Trafo-SpannungenU1

U2

U3

0 5 10 15 20 250

2

4

i D1

[A]

Strom durch D1

0 5 10 15 20 250

2

4

i D2

[A]

Strom durch D2

0 5 10 15 20 250

2

4

i D3

[A]

Strom durch D3

0 5 10 15 20 250

200

400

Zeit [ms]

ul

[V]

Spannung an R



0 5 10 15 20 25´400

0

400

ul[V

]

Trafo-SpannungenU1

U2

U3

0 5 10 15 20 250

2

4

i D1

[A]

Strom durch D1

0 5 10 15 20 250

2

4

i D2

[A]

Strom durch D2

0 5 10 15 20 250

2

4

i D3

[A]

Strom durch D3

0 5 10 15 20 250

2

4

Zeit [ms]

i l[A

]

Strom durch R




Simulationsmodelle:



0 5 10 15 20 250

50

100

150

200

250

300

350

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uR

0 5 10 15 20 2501

2

3

4

5

6

7

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR



0 5 10 15 20 250

50

100

150

200

250

300

350

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRC

0 5 10 15 20 2501

2

3

4

5

6

7

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC



0 5 10 15 20 250

50

100

150

200

250

300

350

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRCuRL

0 5 10 15 20 2501

2

3

4

5

6

7

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRC

iRL



Wichtige Größen

‚ Verkettete Spannung: UV “?

3US

‚ Maximale Sperrspannung der Dioden:Uvmax “

?2UV “

?2?

3US “?

6US « 2,45US

‚ Ideelle Gleichspannung:

Udi “ 3

2π

56πż

π6

?2US sin pωtq dωt “ 3

2π

?2US r´ cos pωtqs 56ππ

6“

“ . . . “ 3?

6

2πUS « 1,17US

‚ Ideelle Gleichspannung bezogen auf verkettete Spannungen:

Udi “ 3?

2

2πUV « 0,68UV



Gliederung

1 Allgemeines

2 M1-Schaltung

3 M2-Schaltung

4 B2-Schaltung

5 M3-Schaltung

6 B6-Schaltung

7 Übungsaufgaben



B6-Schaltung

U1

U2

U3

D1 D2 D3

D4 D5 D6

Trafo

ul

il

B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen



B6-Schaltung

U1

U2

U3

D1 D2 D3

D4 D5 D6

Trafo

ul

il


U1 hat höchstes Potential, U2 hat niedrigstes PotentialU12 ist am höchstenñ D1 und D5 leiten



B6-Schaltung

U1

U2

U3

D1 D2 D3

D4 D5 D6

Trafo

ul

il





B6-Schaltung

U1

U2

U3

D1 D2 D3

D4 D5 D6

Trafo

ul

il


U1 hat niedrigstes Potential, U2 hat höchstes PotentialU21 ist am höchstenñ D4 und D2 leiten



B6-Schaltung

U1

U2

U3

D1 D2 D3

D4 D5 D6

Trafo

ul

il






Simulationsmodell:



0 5 10 15 20 25´400´200

0

200

400

ul[V

]

Trafo-Spannungen

U1

U2

U3

0 5 10 15 20 250

2

4

6

i D1

[A]

Strom durch D1

0 5 10 15 20 250

2

4

6

Zeit [ms]

i D4

[A]

Strom durch D4



0 5 10 15 20 25´400´200

0

200

400

ul[V

]

Trafo-Spannungen

U1

U2

U3

0 5 10 15 20 250

2

4

6

i D2

[A]

Strom durch D2

0 5 10 15 20 250

2

4

6

Zeit [ms]

i D5

[A]

Strom durch D5



0 5 10 15 20 25´400´200

0

200

400

ul[V

]

Trafo-Spannungen

U1

U2

U3

0 5 10 15 20 250

2

4

6

i D3

[A]

Strom durch D3

0 5 10 15 20 250

2

4

6

Zeit [ms]

i D6

[A]

Strom durch D6



0 5 10 15 20 25´400´200

0

200

400

ul[V

]

Trafo-Spannungen

U1

U2

U3

0 5 10 15 20 250

200

400

600

ul

[V]

Spannung an R

0 5 10 15 20 250

2

4

6

Zeit [ms]

i l[A

]

Strom durch R




Simulationsmodelle:



0 5 10 15 20 250

100

200

300

400

500

600

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uR

0 5 10 15 20 250

1

2

3

4

5

6

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR



0 5 10 15 20 250

100

200

300

400

500

600

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRL

0 5 10 15 20 250

1

2

3

4

5

6

Zeit [ms]

Stro

m[A

]

Stromverläufe

iR

iRL



0 5 10 15 20 250

100

200

300

400

500

600

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]Spannungsverläufe

uRuRLuRC

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

30

Zeit [ms]

i RC

[A]

Strom durch RC-Glied



Wichtige Größen

‚ B6-Schaltung ist Reihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen:

Udi “ 2 ¨ 3

2π

?6US “ 3

?6

πUS « 2,34US

‚ Bezogen auf verkettete Spannung:

Udi “ 3?

2

πUV « 1,35UV

‚ Maximale Sperrspannung der Dioden (ohne Herleitung):

Uvmax “ 1,05Udi

‚ B6-Schaltung auch in Schaltschränken zur Bereitstellung von 24 VGleichspannung verwendet:Spannung wird auf UV “ 18 V transformiertñ Resultierende ideelle Gleichspannung: 24 V



Gliederung

1 Allgemeines

2 M1-Schaltung

3 M2-Schaltung

4 B2-Schaltung

5 M3-Schaltung

6 B6-Schaltung

7 Übungsaufgaben



Dimensionierung des Ladekondensators

U1 U2

TrafoD1 D2

D3 D4

C Last ul

ilic

‚ B2-Schaltung mit Ladekondensator C und (unbekannter) Last‚ Ziel: C so dimensionieren, dass Spannungsrippel innerhalb bestimmter

Grenze ist



DatenU1 “ 230 V (Effektivwert), f “ 50 Hz

Pmax “ 250 W (Maximalleistung der Last)∆u “ 10% Maximaler Ausgangsspannungs-Rippel

Transformator hat Wicklungsverhältnis 1

AufgabenBerechnen Sie die Größe von C (Worst Case) formel- und zahlenmäßig für

1. keine ausfallende Netzspannungshalbwelle2. zwei ausfallende Netzspannungswellen

Wählen Sie dann einen passenden Kondensator aus der E12-Reihe aus!

1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7

3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2Normreihe E12



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U

Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)

‚ tLP: Ladepausendauer‚ tHW: Dauer einer Halbwelle



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


‚ Maximale Ausgangsspannung: Umax “?

2U1 “?

2 ¨ 230 V « 325,3 V

‚ Ausgangsspannungs-Rippel:∆u “ 10%Umax “ 0.1 ¨ Umax “ 0.1 ¨ ?2 ¨ 230 V « 32,53 V

‚ Minimale Ausgangsspannung:Umin “ 90%Umax “ 0.9 ¨ Umax “ 0.9 ¨ ?2 ¨ 230 V « 292,74 V



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U



2U1 “?

2 ¨ 230 V « 325,3 V‚ Ausgangsspannungs-Rippel:

∆u “ 10%Umax “ 0.1 ¨ Umax “ 0.1 ¨ ?2 ¨ 230 V « 32,53 V

‚ Minimale Ausgangsspannung:Umin “ 90%Umax “ 0.9 ¨ Umax “ 0.9 ¨ ?2 ¨ 230 V « 292,74 V



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U



2U1 “?

2 ¨ 230 V « 325,3 V‚ Ausgangsspannungs-Rippel:

∆u “ 10%Umax “ 0.1 ¨ Umax “ 0.1 ¨ ?2 ¨ 230 V « 32,53 V‚ Minimale Ausgangsspannung:Umin “ 90%Umax “ 0.9 ¨ Umax “ 0.9 ¨ ?2 ¨ 230 V « 292,74 V



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


‚ Während Ladepausendauer tLP: ic “ ´il

‚ Worst Case: tLP “ tHW (keine ausfallenden Halbwellen)

tLP « tHW “ 0, 5 ¨ 150 Hz “ 10 ms

Zwei ausfallende Halbwellen: tLP “ 30 ms



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


‚ Während Ladepausendauer tLP: ic “ ´il‚ Worst Case: tLP “ tHW (keine ausfallenden Halbwellen)

tLP « tHW “ 0, 5 ¨ 150 Hz “ 10 ms

Zwei ausfallende Halbwellen: tLP “ 30 ms



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


‚ Kondensator-Differentialgleichung: icptq “ C ddtulptq

‚ Finite Zeitdauer ∆t: ∆ic “ C∆ul∆t



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


Worst Case:‚ Während tLP wird Maximalstrom imax gezogen

‚ Während tLP liegt Umin an Last an

ñ imax “ Pmax

Umin« 250 W

292,74 V« 0,85 A



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


Worst Case:‚ Während tLP wird Maximalstrom imax gezogen‚ Während tLP liegt Umin an Last an

ñ imax “ Pmax

Umin« 250 W

292,74 V« 0,85 A



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


‚ Keine ausfallenden Halbwellen:

C “ imax ¨ tLP

∆u« 0,85 A ¨ 10 ms

32,53 V« 262,5 µF

‚ Zwei ausfallende Halbwellen: C “ 783,9 µF



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7

3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2Normreihe E12

Berechnete Werte:C “ 262,5 µF (keine ausfallenden Halbwellen)

ñ C “ 270 µF

C “ 783,9 µF (zwei ausfallende Halbwellen)

ñ C “ 820 µF



Lösung

00

Umin

Umax

tLPtHW

∆u

t

U


1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7

3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2Normreihe E12

Berechnete Werte:C “ 262,5 µF (keine ausfallenden Halbwellen) ñ C “ 270 µFC “ 783,9 µF (zwei ausfallende Halbwellen) ñ C “ 820 µF



Simulative Überprüfung

Simulationsmodell, keine ausfallenden Halbwellen



0 5 10 15 20 25 30 35 400

50

100

150

200

250

300

350

Zeit [ms]

ul[V

]Spannungsverläufe mit und ohne Last

ul, ohne Lastul

0 5 10 15 20 25 30 35 40290

300

310

320

330

Zeit [ms]

ul[V

]

Spannungsverlauf mit Last (Zoom)



Simulative Überprüfung

Simulationsmodell, zwei ausfallende Halbwellen



0 5 10 15 20 25 30 35 400

50

100

150

200

250

300

350

Zeit [ms]

ul[V

]Spannungsverläufe mit und ohne Last

ul, ohne Lastul

0 5 10 15 20 25 30 35 40290

300

310

320

330

Zeit [ms]

ul[V

]

Spannungsverlauf mit Last (Zoom)



Leitende Ventile bei der B6-Brücke

D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc

Strangspannungen:Oberes Ventil mit höchstem Potential leitetUnteres Ventil mit niedrigstem Potential leitet

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc

Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

D3

D5

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

D3

D5

D1

D5

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

D3

D5

D1

D5

D1

D6

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

D3

D5

D1

D5

D1

D6

D2

D6

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

D3

D5

D1

D5

D1

D6

D2

D6

D2

D4

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

D3

D5

D1

D5

D1

D6

D2

D6

D2

D4

D3

D4

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]




D1 D2 D3

D4 D5 D6

U1

U2

U3

Udc


0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400

0

400

U1

U1

U2

U2

U3

U3

D3 D1 D2 D3

D5 D6 D4 D5

Spa

nnun

g[V

]

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600

0

600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32

D3

D5

D1

D5

D1

D6

D2

D6

D2

D4

D3

D4

D3

D5

Zeit [ms]

Spa

nnun

g[V

]



Ende

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


Leistungselektronik Grundlagen und Standardanwendungen ... · M2-Schaltung mit Transformator...

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