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

Multimediale Gestaltung von Arbeitsmaterialien mit dem Schwerpunkt Lehrveranstaltung Leistungselektronik
1. Auflage 2010
ISBN: 978-3-8428-1607-7
Verlag: Diplomica Verlag GmbH
Format: EPUB
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 210 Seiten

Die Leistungselektronik spielt heute eine wichtige Rolle in den Bereichen: Antriebtechnik, Industrielle Elektronik, Elektrofahrzeuge und Energie Systeme. Die Lehrbücher bezüglich Leistungselektronik haben bisher nur die Schaltung dargestellt und die Funktionsweise erklärt. Dieses ist nicht ausreichend, weil die Schaltungen von Leistungselektronik sehr stark zeitlich diskret und nicht linear. Außerdem verändert die Schaltungstopologie sich sehr häufig für die verschiedenen Anwendungen. Deswegen ist die Simulation ein wichtiges Verfahren, um Schaltungstopologie im Bereich der Leistungselektronik zu analysieren. Das Anliegen dieser Studie besteht darin, durch Simulationen am Rechner zum Verständnis der physikalisch-technischen Zusammenhänge einiger Grundschaltungen aus der Leistungselektronik beizutragen. Gleichzeitig wird der Umgang mit modernen Simulationstools geübt. Die physikalischen Zusammenhänge der Schaltvorgänge in der Leistungselektronik bereiten oft Verständnisschwierigkeiten, da es sich um Abläufe handelt, die relativ undurchschaubar sind. Durch den Einsatz von Simulationsprogrammen können theoretische Kenntnisse am Rechner überprüft und so die Einflüsse unterschiedlicher Parameter auf das Verhalten der Schaltungen untersucht werden. Alle wichtigen Leistungselektronik-Schaltungen und Steuerungsverfahren werden nicht nur durch Simulationen, sondern auch mit mathematischen Verfahren analysiert. Diese sind: Schaltvorgänge, Kommutierung, Gleichstromrichter (B6), Direktumrichter, 2-stufige Umrichter, 3-stufige Umrichter, Matrixumrichter, Raumzeiger-Darstellung, Raumzeigermodulation. Die wichtigen Eigenschaften werden in der Studie erläutert. Diese sind: EMV des Umrichters, Netzrückwirkung. Die Grundlagen der Simulation bzw. Petri-Netzmodelle, Formalismen und Numerische Verfahren werden in der Arbeit dargestellt.
Diese Studie kann als Grundlage für die Forschung im Leistungsbereich, für das Selbststudium und die Prüfungsvorbereitung in Leistungselektronik und für die Programmierung von Steuerungsverfahren in Schaltungstechnik genutzt werden.

Autoren/Hrsg.

Wang, Yingnan

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Leistungselektronik

Inhaltsverzeichnis

1;Computersimulation und rechnergestützte Systemanalyse der leistungselektronischen Komponenten;1
2;Inhaltsverzeichnis;3
3;Abbildungsverzeichnis;6
4;Tabelleverzeichnis;10
5;1 Einführung;17
5.1;1.1 Allgemeine Zielstellung;17
5.2;1.2 Aufgaben der Leistungselektronik;17
5.3;1.3 Programme SIMPLORER®;19
5.4;1.4 Programme MATHCAD®;21
6;2 Grundlagen der Leistungselektronik;23
6.1;2.1 Schaltungselemente;23
6.1.1;2.1.1 Ideale Ventile;23
6.1.2;2.1.2 Mechanische Schalter;24
6.1.3;2.1.3 Halbleiterschalter;25
6.2;2.2 Schaltvorgänge von Wechselströmen;28
6.2.1;2.2.1 Einschalten einer RL-Reihenschaltung;28
6.2.2;2.2.2 Einschalten eines Reihenschwingkreises;31
6.3;2.3 Kommutierung und Stromübergang;33
6.3.1;2.3.1 Funktionsprinzip;33
6.3.2;2.3.2 Natürliche Kommutierung;35
6.3.3;2.3.3 Zwangskommutierung;37
7;3 Simulationstechnik;42
7.1;3.1 Digitale Simulation;44
7.2;3.2 Steuerung mittels PETRI-Netzmodelle;47
7.3;3.3 Formalismen und Systeme;50
7.3.1;3.3.1 Atomare Systeme;50
7.3.2;3.3.2 Gekoppelte Systeme;55
7.4;3.4 Numerische Verfahren;57
7.4.1;3.4.1 Numerische Integration;58
7.4.2;3.4.2 Explizite und implizite Verfahren;60
7.4.3;3.4.3 Ein- und Mehrschrittverfahren;62
7.4.4;3.4.4 Behandlung von Ereignissen;67
8;4 Simulation und Modellanalyse;73
8.1;4.1 Strategien der Modellbildung;73
8.2;4.2 Netzgelöschter Stromrichter;74
8.2.1;4.2.1 Drehstrombrückenschaltung - B6;75
8.2.2;4.2.2 Zwölfpuls-Brückenschaltung;82
8.3;4.3 Direktumrichter;85
8.3.1;4.4.1 Trapezansteuerung;87
8.3.2;4.4.2 Sinusansteuerung;88
8.3.3;4.4.3 Matrixumrichter;90
8.4;4.4 Selbstgelöschter Stromrichter;103
8.4.1;4.4.1 Zweistufige Stromrichter mit Spannungszwischenkreis;103
8.4.2;4.4.2 Dreistufige Stromrichter mit Spannungszwischenkreis;120
8.4.3;4.4.3 Stromzwischenkreis-Stromrichter;126
9;5 Mathematische Verhältnisse in der Leistungselekronik;135
9.1;5.1 Analyse der Gleichstromrichters;135
9.1.1;5.1.1 Grundlagen der mathematischen Modellbildung;136
9.1.2;5.1.2 Analyse der vollgesteuerten B2-Stromrichterschaltung;149
9.2;5.2 EMV des Umrichters;160
9.2.1;5.2.1 Eigenschaften modulierter Signale;162
9.2.2;5.2.2 Störung und Entstörung von IGBT-Umrichter;171
9.3;5.3 Mathematische Rechnung vom Raumzeiger;179
10;6 Systembewertung: Netzrückwirkung von netzgeführten Stromrichtern;183
10.1;6.1 Symmetrische Steuerung;184
10.2;6.2 Asymmetrische Steuerung;188
10.3;6.3 Der Einsatz von Freilaufdioden;191
10.3.1;6.3.1 Eine Freilaufdiode am Stromrichterausgang;192
10.3.2;6.3.2 Zwei Freilaufdioden zum Sternpunkt;194
11;7 Zusammenfassung;197
12;Anhang;201
13;Literaturverzeichnis;207
14;Autorenprofil;209

Leseproben

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.

Über Autor(innen)

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.