Personenaufzug -...

Lehrstuhl fur Elektrische Antriebssysteme, TU Munchen

Elektrische Antriebs– und UmrichtertechnikGrundlagen der elektrischen Antriebe

Ubung 11

Blatt 1

Personenaufzug

Im Rahmen dieser Ubung sollen unterschiedliche Antriebskonzepte fur einen Personenaufzuguntersucht werden. Dabei wird die Kabine uber eine Treibscheibe und ein Getriebe von einemElektromotor angetrieben. Zur Stabilisierung sind an der Kabine 4 gleiche Rollen angebracht.Ein zusatzliches Gegengewicht soll die Bewegungsvorgange unterstutzen. In der Kabine sollensich maximal 6 Personen befinden. Zwischen den Rollen der Kabine und den Schachtwandenwirke insgesamt die richtungsabhangige Reibkraft FR (Roll– und Lagerreibung). Alle weiterenReibungseffekte werden vernachlassigt!

Aufgabe 1: Grundlagen

Zunachst soll ein Antriebskonzept mit einer Gleichstromnebenschlußmaschine (GNM) unter-sucht werden.

¡¡¡ x

m

m

m

m

r

r

r

r

¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

GNM Getriebe

ΘM+G

uTreibscheibe

mT

¡¡¡¡µRT

Gegengewicht mG

Kabine

mK

AARollemR, RR

Motorwelle

Antriebswelle

?FR

6V

Daten:

Motor und Getriebe: Tragheitsmoment: ΘM+G = 0, 1 kg m2

Ubersetzung: u = 60

Treibscheibe: Radius: RT = 0, 5 m

Masse: mT = 300 kg

Rolle (je): Radius: RR = 0, 125 m

Masse: mR = 20 kg

Fahrgast (je): Masse: mF = 75 kg

Masse der leeren Kabine: mK = 500 kg

Masse des Gegengewichts: mG = 750 kg

Maximale Geschwindigkeit der Kabine : Vmax = 1, 5 ms−1

Reibkraft (an der Kabine angreifend): FR = 600 N · sign (V )

Erdbeschleunigung: g = 9, 81 ms−2

Die Treibscheibe und die Rollen sollen jeweils als Vollzylinder mit den angegebenen Wertenbetrachtet werden. Das Seil soll in den Berechnungen vernachlassigt werden.

1.1 Berechnen Sie das gesamte auf den Motor wirkende Tragheitsmoment Θges (Kabine vollbesetzt).

1.2 Wie groß ist das gesamte auf den Motor wirkende Widerstandsmoment MWges in Auf-wartsbewegung bei einer vollbesetzten Kabine ? Berechnen Sie diesen Wert auch fur dieAbwartsbewegung !

1.3 Ab wieviel Fahrgasten befindet sich der Motor bei aufwarts fahrendem Aufzug im mo-torischen Betrieb ?

1.4 Berechnen Sie die Nennleistung PN des Motors fur folgende Auslegungskriterien: BeimAnfahren mit Nennmoment (Kabine voll besetzt, Aufwartsfahrt) soll zusatzlich der zwei-fache Wert des stationaren Widerstandsmoments zur Beschleunigung zur Verfugungstehen. Außerdem soll der Motor bei halber Maximalgeschwindigkeit der Kabine mitNenndrehzahl fahren.

Die folgenden Aufgaben sind unabhangig von den bisherigen Ergebnissen losbar.

1. Quereinstieg: allgemeine Fragen

1.5 Skizzieren und erlautern sie qualitativ das Grundprinzip einer DC–DC–Wandlung.

1.6 Welche Stellgroßen bzw. Stelleingriffe stehen dem Anwender zur Beinflussung des Ver-haltens einer GNM zur Verfugung ? Skizzieren Sie den Einfluß der jeweiligen Stell-großenanderung in einem n–m–Diagramm.

Die folgenden Aufgaben sind unabhangig von den bisherigen Ergebnissen losbar.

2. Quereinstieg: Fahrvorgange

Es soll nun das dynamische Verhalten der GNM bei Aufwartsfahrt untersucht werden. Furdie GNM gelten nun allgemein neue Zahlenwerte (alle auf den Motor bezogen und bereitsnormiert):

rA = 0, 2 mW6 = 0, 5 TΘN = 0, 8 s

ηmech = 1 mW1 = 0, 1 TA ≈ 0 ψ = 1

Dabei entspricht mW6 dem gesamten Widerstandsmoment bei voller Kabine und mW1 demWiderstandsmoment bei nur einem Fahrgast in der Kabine.



Ubung 11

Blatt 2

Vom Erdgeschoß aus wird die vollbesetzte Kabine zunachst mit Nennmoment beschleunigt(Phase a) bis die naturliche Motorkennlinie (uA = 1) bei der Drehzahl na erreicht wird.Danach wird auf dieser Kennlinie bis zur stationaren Drehzahl n∞ b weitergefahren (Phase b).

1.7 Nach welcher Zeit ta erreicht der Motor die Drehzahl na ?

1.8 Berechnen Sie fur die Fahrt in Phase b den genauen Drehzahlverlauf nb(t). Leiten Siedazu die Drehzahl–Differentialgleichung her (keine Laplace–Transformation) !

Zum Abbremsen im ersten Stock wird der Motor auf iA = 0 geregelt, bis der Aufzug zumStillstand kommt (Phase c). Bei Drehzahl nc = 0 wird dieser mechanisch festgehalten.

1.9 Skizzieren Sie den Bremsvorgang ausgehend von n∞ b quantitativ in ein n–t–Diagramm.

Nachdem funf Personen den Aufzug verlassen haben, fahrt dieser weiter nach oben. Dazu wirder zunachst mit dem Ankerstrom iAd = konstant beschleunigt (Phase d) bis die Kennlinie beiuAe erreicht wird. Auf dieser wird wieder bis zur stationaren Drehzahl n∞ e weitergefahren.

1.10 Wie muß iAd gewahlt werden, um das selbe Beschleunigungsmoment zu erhalten wie inPhase a? Wie muß uAe gewahlt werden, so daß n∞e = n∞b gilt ?

1.11 Zeichnen sie den kompletten Fahrvorgang (Phase a–e) ins vorgegebene n–m–Dia-gramm. Kennzeichnen Sie hierbei deutlich die einzelnen Phasen !

Aufgabe 2: Regelkreisanalyse

Fur ein moglichst genaues Anfahren jedes Stockwerks wird die GNM mit einer dreifachenKaskadenstruktur lagegeregelt (Stromregler, Drehzahlregler, Lageregler).

Zudem soll eine EMK–Aufschaltung realisiert werden. Der Motor sei nennerregt (ψ = 1).Der Stromregler soll PI–Verhalten, der Drehzahlregler und der Lagerregler sollen jeweils P–Verhalten aufweisen. Das Widerstandsmoment mW wird als konstant angenommen.

Daten:

Motor (GNM): rA = 0, 2

TA = 20 ms

Tragheitsmoment der Last: TΘN = 0, 5 s

Widerstandsmoment: mW = 0, 5

Stromregler (PI–Verhalten): VRi = 2

TRi = 20 ms

Drehzahlregler (P–Verhalten): VRn = 50

Lageregler (P–Verhalten): VRx = (gesucht)

xsoll = 1

Stromrichter (P–Verhalten): VStr = 1

2.1 Welchen Vorteil bringt eine EMK–Aufschaltung ? Nennen Sie drei Vorteile einer Kaska-denreglerstruktur !

2.2 Zeichnen Sie den kompletten Signalflußplan der Gleichstromnebenschlußmaschine undderen Regelung mit xsoll, mW und ψ als unabhangige Eingangsgroßen, sowie der Lagex als Ausgangsgroße. Kennzeichnen Sie dabei deutlich die EMK–Aufschaltung !

2.3 Wie groß muß die Reglerverstarkung VRx mindestens gewahlt werden, um maximal einestationare Regelabweichung von 1 % zu erreichen ? Warum darf VRx nicht beliebig erhohtwerden ?

2.4 Schlagen Sie mogliche Maßnahmen vor, wie eine hohere stationare Genauigkeit erzieltwerden kann.

Aufgabe 3: Asynchronmaschinen–Antrieb

Bei Modernisierungsmaßnahmen soll der Gleichstrommaschinenantrieb des Aufzugs durch einenmodernen umrichtergespeisten Asynchronmaschinen–Antrieb (ASM) mit Kurzschlußlaufer er-setzt werden. Diese Losung bietet hinsichtlich Wartungsaufwand und Kosten einige Vorteile.

Folgende Daten der ASM mit Kurzschlußlaufer sind gegeben :

L1 = 72mH L2 = 72mH M = 68.3mH

F1N = 60Hz Zp = 2 ηmech = 1

NN = 1720 1min

MiN = 60Nm |Ψ1N | = 0.98V s

R1 → 0 R2 = 0.2Ω



Ubung 11

Blatt 3

Alle Teilaufgaben sind unabhangig voneinander losbar !

3.1 Berechnen Sie folgende Kenngroßen der vorgeschlagenen ASM:NsynN , σ, U1N , PN , MKN , sKN und sN .

3.2 Skizzieren Sie die stationare Drehmoment–Drehzahl–Kennlinie dieser ASM fur Nennspei-sung. Kennzeichnen Sie dabei markante Punkte der Kennlinie (Schlupf!) und wichtigeBetriebsbereiche.

3.3 Welche prinzipiellen Moglichkeiten der Kennlinienbeeinflussung bei Asynchronmaschinenkennen Sie? Charakterisieren Sie diese Verfahren kurz (Betriebsbereich, Kennlinienskizze,eventuelle Nachteile).

3.4 Zum Beschleunigen des Aufzugs soll die ASM das 3–fache Widerstandsmoment aufbrin-gen (MW = 24Nm). Berechnen Sie den dafur notwendigen Schlupf bei Nennspeisung.

3.5 a) Zeichnen Sie auf das beiliegende Hilfsblatt die aufU1

Ω1σL1(~U1 = U1 = reell)

normierte Ortskurve fur den Raumzeiger des Statorstromes ~I1 (Heyland–Kreis) furdie vorgeschlagene ASM.

b) Bei einem Schlupf von s = 0.1 ergebe sich ein normierter Stromraumzeiger von

~I1U1

Ω1σL1

= 0.27− j0.19

Zeichnen Sie diesen Stromzeiger in das Hilfsblatt ein.

c) Bestimmen Sie nun graphisch den Wert des Kippschlupfs sK . Bestimmen Sie wei-terhin die Punkte s = 0, s = 1 und s→∞ auf dem Heylandkreis.

d) Zeichnen Sie die Leistungslinie in das Hilfsblatt ein. Bestimmen Sie damit dasVerhaltnis von abgegebener mechanischer Leistung zu eingespeister Wirkleistungin dem eingezeichneten Betriebspunkt (siehe Punkt a)).

e) Mit welcher Frequenz F1 wird die Maschine in diesem Betriebspunkt gespeist, undmit welcher mechanischen Drehzahl Nm dreht sie sich?

3.6 Welche beiden prinzipiellen Verfahren zur Regelung von Drehfeldmaschinen kennen Sie,und wodurch unterscheiden sich diese grundsatzlich?

Aufgabe 4: Umrichterantriebe

Alle Teilaufgaben sind unabhangig voneinander losbar !

4.1 Der netzseitige Stromrichter von Umrichterschaltungen ist meist als B6–Brucke mitThyristoren realisiert.

a) Wie groß ist der maximale Gleichspannungsmittelwert am Ausgang einer solchenB6–Brucke abhangig vom Effektivwert der anliegenden Phasenspannung U? Beiwelchem Zundwinkel wird diese maximale Ausgangsspannung erreicht?

b) Wie ist der naturliche Zundzeitpunkt α = 0o definiert?

c) Erklaren Sie die Betriebsarten”Gleichrichterbetrieb“ und

”Wechselrichterbetrieb“

einer B6–Brucke?

4.2 Erklaren Sie die Begriffe”netzgefuhrt“,

”lastgefuhrt“,

”selbstgefuhrt“,

”Vierquadranten-

betrieb“.

4.3 Umrichter konnen ohne und mit Energiespeicherung in einem Zwischenkreis aufgebautsein. Wie bezeichnet man diese beiden Bauformen? Nennen Sie jeweils Vor– und Nach-teile beider Varianten.

4.4 Fur die Aufzuganlage mit Asynchronmaschinenantrieb (Kurzschlußlaufer) soll ein geeig-netes Stellglied gefunden werden, das Vierquadrantenbetrieb ermoglicht. Dafur werdenI–Umrichter und U–Umrichter naher betrachtet.

a) Wodurch unterscheiden sich prinzipiell I–Umrichter und U–Umrichter hinsichtlichAufbau und Funktion? Skizzieren Sie beide Varianten und benennen Sie die Funk-tionen der einzelnen Schaltungsteile.

b) Welchen Vorteil bietet der U–Umrichter hinsichtlich elektrischer Belastung der Ma-schine?

c) Welche Steuereingriffe hat man jeweils mit beiden Umrichtertypen auf die ASM,und mit welchen Teilen der Schaltungen werden diese realisiert?

4.5 Welche Vorteile bietet ein mit abschaltbaren Ventilen (z.B. GTOs) aufgebauter maschi-nenseitiger Stromrichter beim I– oder U–Umrichter im Vergleich zu einem mit Thyri-storen aufgebauten maschinenseitigen Stromrichter hinsichtlich Aufbau, Kommutierungund erreichbarer Taktfrequenz?



Ubung 11

Blatt 4

Losung zu Aufgabe 1:

1.1 Die auf die Motorwelle bezogenen Teil–Tragheitsmomente ΘT (Treibscheibe), ΘK+G+F

(Kabine, Gegengewicht und Fahrgaste), ΘR (Rollen translatorisch und rotatorisch) sowiedas Gesamt–Tragheitsmoment Θges ergeben sich mit der Anzahl ZF der Fahrgaste zu:

ΘT =1

u2· R

2T mT

2

ΘK+G+F =1

u2R2T (mK +mG + ZF mF )

ΘR =1

u2R2T 4mR +

1

u2· R

2T

R2R4R2RmR

2

Θges = ΘM+G +ΘT +ΘK+G+F +ΘR

= ΘM+G +R2Tu2

(

mT

2+mK +mG + ZF mF +

3

24mR

)

= 0, 237 kg m2

1.2 Widerstandsmoment bei Aufwartsfahrt MW auf und Abwartsfahrt MW ab:

MW auf =RT

u

(

(mK −mG)g + ZF mF g + 4mR g + |FR|)

= 27, 89Nm

MW ab =RT

u

(

(mK −mG)g + ZF mF g + 4mR g − |FR|)

= 17, 89Nm

1.3 Die Bedingung fur motorischen Betrieb lautetMW auf > 0: Auflosen der Gleichung nachder Anzahl der Fahrgaste ZF ergibt, daß sich die GNM bei 2 oder mehr Fahrgasten immotorischer Betrieb befindet:

ZF mF g > −(mK −mG)g − 4mR g − |FR|ZF > 1, 45

1.4 Zunachst wird die Nenndrehzahl NN und das Nennmoment MMiN der GNM aus denAngaben bestimmt und auf die GNM bezogen. Die Nenngeschwindigkeit VN des Aufzugsist mit VN = Vmax/2 = 0, 75ms−1 gegeben.

NN = VNu

2π RT

=Vmax

2· u

2π RT

= 14, 32 s−1

MMiN = 3 ·MW auf = 83, 67Nm

PN = 2π NN MMiN = 7, 53 kW

1.5 Prinzip der DC–DC–Wandlung: Periodisches Ein– und Ausschalten des Schalters S er-zeugt eine variable mittlere Gleichspannung UV an der Last (siehe auch Buch 1, Seite 99,und 4. Ubung). Mit der Periodendauer T , der Einschaltdauer te (bzw, dem Tastverhaltnisa) und der gegebenen Speisespannung UQ ergibt sich

UV =teTUQ = aUQ

IdUV

UQ DF

S

= Last

1.6 Mogliche Stelleingriffe ergeben sich aus der Gleichung der normierten Kennlinie der GNM

rA(1 + rV )mMi = ψ uA − ψ2n

Die folgende Abbildung zeigt die Auswirkung bei

• reduzierter Ankerspannung uA,

• Einfuhrung eines Vorwiderstands rV ,

• abnehmendem Fluß ψ (Feldschwachung !).

mMi

uA

n

mMi

n

rV

¯

¯

mMi

n

y

1.7 Die Bestimmung der Schaltdrehzahl na aus der normierten GNM–Kennlinie mit demMotormoment mMi = 1 ergibt:

n = uA − mMi rA = 1 − 1 · 0, 2 = 0, 8 = na

Mit dem wahrend Phase a konstanten Beschleunigungsmoment mB = mMi −mW6 =0, 5 kann der Schaltzeitpunkt ta aus der Bewegungs–Differentialgleichung bestimmt wer-den:

TΘNdn

dt= mB = mMi − mW6

ta =TΘN namB

= 1, 28 s

1.8 Wird die umgeformte Kennlinien–Gleichung mMi = (uA − n)/rA in die Bewegungs–Differentialgleichung der GNM eingesetzt, erhalt man:

TΘNdn

dt= mMi − mW6 =

uArA

− n

rA− mW6

Mit der Anfangsdrehzahl n0 = na = 0, 8, der Enddrehzahl n∞ b = uA − rAmW6 = 0, 9und der Zeitkonstante TΘSt = rA TΘN = 0, 16 ergibt sich als Losung der Differential-gleichung:

nb(t) = n∞ b +(

n0 − n∞ b

)

e−t/TΘSt = 0, 9 − 0, 1 e−t/0,16 s



Ubung 11

Blatt 5

1.9 Da das Motormoment mMi = iA = 0 ist, ergibt sich ein negatives Beschleunigunsmo-ment mB = mMi −mW6 = −0.5. Analog zu Aufgabe 1.7 kann der Drehzahlverlauf beikonstantem Motormoment berechnet werden. Die Dauer tBremsen des Bremsvorgangsergibt sich daraus als Losung fur die Drehzahl n∞ c = 0. Der Drehzahlverlauf ist linear.

nc(t) =mB

TΘNt + n∞ b

tBremsen =(n∞ b − n∞ c)TΘN

mB

= 1, 44 s

tBremsen

t

n¥b

n

1.10 Wahrend Phase d betragt das BeschleunigungsmomentmB = 0, 5 und das Widerstands-moment mW1.

iAd = mMi = mB + mW1 = 0, 6

Im stationaren Fall gilt mB = 0. Mit der stationaren Enddrehzahl n∞ e = n∞ b = 0, 9und dem Motormoment mMi = mW1 ergibt sich

uAe = n∞ e + rAmMi = 0, 92

1.11 Fahrvorgange der einzelnen Phasen:

mMi

nS

mW1

mW6

Phase a

Phase b

Phase c Phase d

Phase e

n¥b

= n¥e

n

1

0,5

0,50,1 1

Losung zu Aufgabe 2:

2.1 EMK–Aufschaltung:

• Kompensation der (physikalisch bedingten) EMK–Ruckkopplung,

• Einfache Regelkreisstruktur und –auslegung moglich.

Kaskadenstruktur:

• Einfache Regelkreise,

• Einfache Inbetriebnahme (von”innen“ nach

”außen“),

• Begrenzung der Zwischengroßen moglich.

2.2

iA

mW

EMK-

Aufschaltung

mB

n

y

xuA

TA

TqN

11/rAV

Str=1

( 0)TStr

®

eA

uA soll

VRi

TRi

VRn

VRx

xsoll

iA soll

nsoll

2.3 Zur Analyse werden alle Integrator–Eingange zu Null gesetzt: Fur den PI–Stromreglerfolgt iAsoll = iA, fur den Drehzahlintegrator folgt iA ψ = mW . Die Drehzahl (= Eingangdes Lageintegrators) ist ebenfalls stationar Null. Damit folgt fur xsoll = 1:

∆n = nsoll − n =iAsoll

VRn=

mW

VRn= nsoll

∆x = xsoll − x =nsollVRx

=mW

VRx VRn≤ 0, 01

VRx ≥ mW

0, 01 · VRn=

0, 5

0, 01 · 50 = 1

VRx darf u.a. aus Grunden der Stabilitat nicht beliebig erhoht werden.

2.4 • Entsprechende Korrektur von xsoll, so daß x∞ = 1 wird;

• Erweiterung des Lagereglers um einen I–Anteil zu einem PI–Regler.

Losung Aufgabe 3: Asynchronmaschinen–Antrieb

3.1

NsynN =F1NZp

= 301

s= 1800min−1

σ = 1− M2

L1L2= 1− (68, 3mH)2

(72mH)2= 0, 1

U1N = Ω1N · |Ψ1N | = 2π · 60 1

s· 0, 98Vs = 369, 45V

PN = 2π ·MiN ·NN = 2π · 60Nm · 172060

1

s= 10, 8 kW



Ubung 11

Blatt 6

MKN =3

4· Zp ·

M2

σL21L2

(

U1NΩ1N

)2

= 180Nm

sKN =R2

Ω1NσL2= 0, 0737

sN = 1− NN

NsynN

= 0, 044

3.2

N

MMi

motorisch

generatorisch

stabil instabilinstabil

s s=0s=1

N=0 Nsyn

MK

-MK

M (N=0)Mi

sK

3.3 Rotorvorwiderstande (nur mit Schleifringlaufer moglich):Kennlinie wird flacher (weicher), erhohte Verluste

N

MMi

N bleibt gleichsyn

M bleibt gleichK

sK

s verschiebt sichK

s 'K

ohne Vorwiderstand

mit Vorwiderstand

flacher

Ankerstellbereich: Ψ1 =U1Ω1

bleibt konstantGrenze: Ω1 = Ω1N , da dann U1 = U1N

N

MMi

N verschiebt sichsyn

M bleibt gleichK

sK

s verschiebt sichK

s 'K

Feldschwachbereich: U1 = U1N , Ω1 > Ω1N , d.h. Ψ1 sinktKennlinie wird flacher (weicher)

N

MMi

N 'synNsyn

M 'K

MK

Nennspeisung

Feldschwächbereich

3.4Kloss’sche Gleichung: MMi = MK ·

2ssKs2 + s2K

Nennspeisung: MK = MKN = 180Nm

sK = sKN = 0, 0737

MMi = 3 ·MW = 72Nm

⇒ s2 − 2MKN

3MW

sKN · s+ s2KN = 0

s =2MKN

2 · 3MW

sKN ±1

2

√

√

√

√

(

2MKN

3MW

sKN

)2

− 4s2KN

=sKN

2

(

5±√25− 4

)

⇒ s = sKN · 0, 2087 bzw. (sKN · 4, 79)s = sKN · 0, 2087 = 0, 0154 da s < sKN gelten muß fur stabilen Betrieb



Ubung 11

Blatt 7

3.5 a) Mittelpunkt = 1+σ2

= 0, 55Radius = 1−σ

2= 0, 45

b) siehe Hilfsblatt

c) Schlupfgerade → skalieren → sK = 0, 3Rest siehe Hilfsblatt

d)

Pm = 3 · U1 · ABP1 = 3 · U1 · AC

⇒ PmP1

=AB

AC=

4, 85 cm

5, 4 cm= 0, 898

e)

sK =R2

Ω1σL2⇒ F1 =

R22πσL2sK

=0, 2Ω

2π · 0, 1 · 72mH · 0, 3 = 14, 736Hz

PmP1

=Ωm · Zp

Ω1=Nm · Zp

F1

⇒ Nm =PmP1· F1Zp

= 0, 898 · 14, 736 s−1

2= 6, 616 s−1 = 397min−1

3.6 • Entkopplung: Regelung der Drehzahl, Steuerung des Flusses

• Feldorientierung: Regelung von Fluß und Drehzahl

Losung Aufgabe 4: Umrichterantriebe

4.1 a)

Udi0 =3 ·√2

π· Uv =

3 ·√2√3

π· U =

3 ·√6

π· U

Ausgangsspannung maximal bei Zundwinkel α = 0

b) Der naturliche Zundzeitpunkt ergibt sich, wenn die Spannung am Thyristor inVorwartsrichtung positiv wird, wenn also die Amplitude der folgenden Phasenspan-nung großer wird als die aktuelle Phasenspannung.

c) Gleichrichterbetrieb: 0 ≤ α < 90 Ausgangsspannung Ud positivWechselrichterbetrieb: 90 ≤ α < 180 Ausgangsspannung Ud negativ

4.2 netzgefuhrt: Kommutierungsblindleistung kommt aus dem Netzlastgefuhrt: Kommutierungsblindleistung kommt von der Lastselbstgefuhrt: Kommutierungsblindleistung kommt vom lastseitigen StromrichterVierquadrantenbetrieb: Betrieb eines Antriebs in beiden Drehrichtungen (Spannungs-richtungen) bei beiden Momentenrichtungen (Stromrichtungen), d.h. Motor– und Ge-neratorbetrieb bei beiden Drehrichtungen und beiden Momentenrichtungen.

4.3 Direktumrichter:

Vorteile: einfacher Aufbau, hohe Leistungen, preiswertNachteile: nur fur niedrige Frequenzen (= kleine Drehzahlen)

Zwischenkreisumrichter:

Vorteile: Entkopplung von Netz– und Maschinenseite, beliebige AusgangsfrequenzenNachteile: erhohter Aufwand durch zusatzliche Bauelemente → teurer

4.4 a)Aufbau:

beim U–Umrichter netzseitig 2 B6–Brucken, im Zwischenkreis ein Kondensatorbeim I–Umrichter netzseitig eine B6–Brucke, im Zwischenkreis eine Zwischenkreisdrossel

Funktion:

I–Umrichter: ausgangsseitig eingepragter StromU–Umrichter: ausgangsseitig eingepragte Spannung

I–Umrichter:

ASM3~

U , fN N U , fvariabel

1 1

N , MMi

IzLD

STR I STR II

L 1

V11 V1 3

V1 4

V3 1

V2 1

C1

C4

C2

C5

C3

C6

V2 4

V3 4

V3 3

V2 3

V2 6

V3 6

V3 5

V2 5

V2 2

V3 2

V1 5

V1 2V1 6

L 3

L 2

STR I: netzgefuhrter Stromrichter, Gleichrichtung der dreiphsigen Netzspannung

Zwischenkreisdrossel LD: Erzeugung des konstanten Zwischenkreisstroms (Strom-glattung)

STR II: selbstgefuhrter Stromrichter, Erzeugung des Ausgangsstroms mit variablerFrequenz



Ubung 11

Blatt 8

U–Umrichter:

!

#"%$'&("*)%+-,/. +-02143

5

62798;: <=?>A@4B4CD-E!F2G4D->A@ 6!798H:4:

STR I: 2 netzgefuhrte B6–Brucken fur beide StromrichtungenZwischenkreis: Erzeugung einer konstanten Zwischenkreisspannung (Glattung uberLD und C)STR II: selbstgefuhrter Stromrichter fur Ausgangsspannung mit variabler Frequenzund Amplitude

b)Beim I–Umrichter entsteht durch Einpragung von Stromblocken in den Wicklungen nachU = L · di/dt hohe Spannungsspitzen, die beim U–Umrichter durch Einpragung vonSpannungsblocken vermieden werden.

c)1. Eingriff: Einstellung der Amplitude des Stroms (I–Umrichter) bzw. der Spannung(U–Umrichter) mit netzgefuhrtem Stromrichter.

2. Eingriff: Einstellung der Frequenz der Ausgangsgroße mit selbstgefuhrtem Strom-richter

4.5 Aufbau: Bauelemente zur Erzeugung der Kommutierungsblindleistung (Kondensato-ren, Dioden) entfallen.

Kommutierung: Zweige konnen in freier Reihenfolge getaktet werden (keine Phasen-folge, keine erzwungene Kommutierung)

Taktfrequenz: Hohere Taktfrequenz und schnellere Kommutierung, dadurch sinusformi-gere Ausgangsgroßen

Hilfsblatt:

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