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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

AutorYingnan Wang
VerlagDiplomica Verlag GmbH
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl210 Seiten
ISBN9783842801288
FormatPDF/ePUB
Kopierschutzkein Kopierschutz/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis34,99 EUR
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.

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Leseprobe
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.
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Computersimulation und rechnergestützte Systemanalyse der leistungselektronischen Komponenten1
Inhaltsverzeichnis3
Abbildungsverzeichnis6
Tabelleverzeichnis10
1 Einführung17
1.1 Allgemeine Zielstellung17
1.2 Aufgaben der Leistungselektronik17
1.3 Programme SIMPLORER®19
1.4 Programme MATHCAD®21
2 Grundlagen der Leistungselektronik23
2.1 Schaltungselemente23
2.1.1 Ideale Ventile23
2.1.2 Mechanische Schalter24
2.1.3 Halbleiterschalter25
2.2 Schaltvorgänge von Wechselströmen28
2.2.1 Einschalten einer RL-Reihenschaltung28
2.2.2 Einschalten eines Reihenschwingkreises31
2.3 Kommutierung und Stromübergang33
2.3.1 Funktionsprinzip33
2.3.2 Natürliche Kommutierung35
2.3.3 Zwangskommutierung37
3 Simulationstechnik42
3.1 Digitale Simulation44
3.2 Steuerung mittels PETRI-Netzmodelle47
3.3 Formalismen und Systeme50
3.3.1 Atomare Systeme50
3.3.2 Gekoppelte Systeme55
3.4 Numerische Verfahren57
3.4.1 Numerische Integration58
3.4.2 Explizite und implizite Verfahren60
3.4.3 Ein- und Mehrschrittverfahren62
3.4.4 Behandlung von Ereignissen67
4 Simulation und Modellanalyse73
4.1 Strategien der Modellbildung73
4.2 Netzgelöschter Stromrichter74
4.2.1 Drehstrombrückenschaltung - B675
4.2.2 Zwölfpuls-Brückenschaltung82
4.3 Direktumrichter85
4.4.1 Trapezansteuerung87
4.4.2 Sinusansteuerung88
4.4.3 Matrixumrichter90
4.4 Selbstgelöschter Stromrichter103
4.4.1 Zweistufige Stromrichter mit Spannungszwischenkreis103
4.4.2 Dreistufige Stromrichter mit Spannungszwischenkreis120
4.4.3 Stromzwischenkreis-Stromrichter126
5 Mathematische Verhältnisse in der Leistungselekronik135
5.1 Analyse der Gleichstromrichters135
5.1.1 Grundlagen der mathematischen Modellbildung136
5.1.2 Analyse der vollgesteuerten B2-Stromrichterschaltung149
5.2 EMV des Umrichters160
5.2.1 Eigenschaften modulierter Signale162
5.2.2 Störung und Entstörung von IGBT-Umrichter171
5.3 Mathematische Rechnung vom Raumzeiger179
6 Systembewertung: Netzrückwirkung von netzgeführten Stromrichtern183
6.1 Symmetrische Steuerung184
6.2 Asymmetrische Steuerung188
6.3 Der Einsatz von Freilaufdioden191
6.3.1 Eine Freilaufdiode am Stromrichterausgang192
6.3.2 Zwei Freilaufdioden zum Sternpunkt194
7 Zusammenfassung197
Anhang201
Literaturverzeichnis207
Autorenprofil209

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