Ein immerwiederkehrende Frage ist, wie berechnet sich der (statische) Arbeitspunkt eines Stromrichters?
Die nachfolgen Kurven sind online berechnete Kurven.
Netzfrequenz:
Hz
Netzspannung (LL eff):
V
Nennleistung:
kVA
Drosselinduktivität:
pu
x
mH
Drosselwiderstand:
pu
x
mOhm
Wirkleistung:
kW
Blindleistung:
kVAr
Zwischenkreisspannung:
V
maximale Aussteuerung:
pu
Maximaler Umrichterstrom:
A
x
kVAr
Ein einzelner Arbeitspunkt ist einfach über die Gleichung
\( u_{SR} = u_{Netz} + (j \cdot \omega \cdot L + R ) \cdot i_{SR} \)
zu berechnen. Um die Verwirrung komplett zu machen, werden alle Spannungswerte in verkettenen Werten angezeigt,
die Ströme aber natürlich als Strangwerte :-) .
Bedingt durch den Maximalen Urichterstrom und die Maximale Umrichterspannung ergeben sich zwei Kreis.
Diese beiden Kreise spannen eine gemeinsame Fläche auf, die den Umrichterarbeitsbereich beschreibt.
Die maximal mögliche Umrichterspannung richtet sich nach der Zwischenkreisspannung:
Durch die Taktung der Umrichter ergeben sich gewisse Einschränkungen. So muss ein Leistungshalbleiter eine bestimmte Zeit
eingeschaltet sein. Diese Zeit ist typischerweise die Zeit, die notwendig ist, um den Halbleiter zu sättigen. Zusätzlich
darf der obere Schalter und der untere Schalter nicht gleichzeitig eingeschaltet sein. Diese Verriegelungszeit ist notwendig,
um die entsprechenden Schalter SICHER zu löschen, damit es auf keinen Fall zum einem Querzünder(gleichzeitiges Leiten vom oberen
und unteren Schalter) kommt.Der Faktor 0.78 ist der theoretische Maximalwert, der sich bei 120Grad Vollplocktaktung ergibt.
Der Faktor 0.95 ist ein Erfahrungswert, der sich aus den Verriegelungszeiten und den Mindesteinschaltzeiten ergeben.
Bei den blockförmigen Taktungen ( das sind die Taktungen mit einer Aussteuerung > 0.9) gibt es immer wieder Zeitabschnitte/Winkelabschnitte in denen sich der Umrichter im Vollblock befindet. Dieser Fall tritt alle 60Grad auf. In dieser Zeit ist der Modulator auf Vollausschlag. amit kann zu dem Zeitpunkt nicht mehr geregelt werden. Der Stromregler verliert also zeitweise seinen Durchgriff.
Die Preisfrage bleibt, wie hoch darf man mit der Aussteuerung gehen? Hierzu muss zuerst zwischen statischen und transienten Arbeitspunkten unterschieden werden:
statischer Arbeitspunkt
Beim statischen Arbeitspunkt wird auf sinusförmige Modulation Wert gelegt. Die Harmonischen stören im Netz und in der Maschine.
bei nichtdynamischen Antrieben (Pumpe/Lüfter) ist die beste Aussteuerung 0.9 sein.
hier bleibt für Anregelungsvorgänge noch 0.05 an Reserve übrig. Die Anregelung erfolgt dann aber teilweise schon im Blockbetrieb.
Für dynamische Antriebe (Positionierantriebe/Traktion/Werkzeugmaschinen) sollte die statische Aussteuerung ehe bei 0.8..0.85 liegen, damit der Stromregler noch schnell genug arbeiten kann
dynamische Arbeitspunkte
Es geht nur um kurzzeitige Transiente und es sind optimierte Pulsmuster verfügbar: 1.0
Der Modulator beherrscht nur freie Taktung: 0.95
Es gibt nur freie Taktung und die Oberschwingungen (5,7,11) sind nicht egal: 0.9
Regelreserve
Zusätzlich bleibt noch die Frage der Regelreserve: Da es sich hier IMMER um transiente und nicht um statische Arbeitspunkte handelt,
kann durchaus mit einer Aussteuerung von 1 rechnen. Ansonsten hängt natürlich die Anregelzeit des Umrichterstromes von der Aussteuerreserve
ab. Dies kann aber simulativ recht gut überprüft werden.
Die Grafik zeigt den Realteil (Wirkleistung) und Imaginärteil (Blindleistung) der Leistung. Nur die Fläche, die von beiden
Kreisen überstrichen wird, ist der nutzbare Arbeitsbereich des Stromrichers.
