Analyse der Netzrückwirkungen und Eingangsfilter gepulster leistungselektronischer Umrichter

Schramm, Andreas

Die vorliegende Arbeit behandelt die Bauvolumina von Eingangsfiltern für leistungselektronische Umrichter, da diese neben dem Kühlerbauvolumen ein wesentlicher Faktor für das Gesamtbauvolumen sind.Die Untersuchung wird für kleine Ausgangsleistungen (3 kVA) durchgeführt, da dieser Leistungsbereich das größte Marktsegment einnimmt.Aufgrund neuartiger Halbleitermaterialien werden zukünftig höhere Pulsfrequenzen bei gleichzeitig kleiner Verlustleistung möglich sein. Es ist allgemein bekannt, dass die Eingangsfilterbaugröße durch die gewählte Pulsfrequenz beeinflusst wird, weshalb ein Untersuchungspunkt dieser Arbeit darin besteht, Aussagen über die Eingangsfilterbauvolumina unter Variation der Pulsfrequenz abzuleiten. Neben der Variation der Pulsfrequenz besteht die Möglichkeit, andere Umrichtertopologien als den am Markt etablierten Spannungszwischenkreisumrichter zu verwenden. Aufgrund des nicht vorhandenen Zwischenkreiskondensators ist der Matrixumrichter prinzipiell vollständig in Silizium integrierbar und wird daher ebenfalls hinsichtlich der Eingangsfilterbauvolumina untersucht.Die Hauptzielsetzung der Arbeit liegt daher in einer vergleichenden Betrachtung der Eingangsfilterbauvolumina beider Umrichter unter Variation der Pulsfrequenz sowie der Filterordnung.Die Untersuchung erfolgt auf einer einheitlichen Vergleichsbasis, weshalb ein Filterauslegungsalgorithmus, der sowohl für spannungseinprägende Stromrichter, zu denen der Spannungszwischenkreisumrichter zählt, als auch für stromeinprägende Stromrichter, zu denen der Matrixumrichter zählt, herangezogen wird. Der vorgenannte Filterauslegungsalgorithmus berücksichtigt auch die parasitären Serienwiderstände der Filterbauelemente.Die Filterauslegung erfolgt für Pseudospektren, welche die maximalen Schwingungsamplituden der realen Spektren aller Betriebspunkte enthalten. Die realen Spektren werden mathematisch durch Doppelfourierreihen eindeutig beschrieben. Um auch bei der Ermittlung der Netzrückwirkungen eine einheitliche Vergleichsbasis sicherzustellen, werden allgemeine Modulationsvorschriften angewandt, aus denen sich die Schaltpulse beider Umrichter ableiten lassen. Abschließend werden die Eingangsfilterbauvolumina basierend auf Bauvolumenkennlinien realer Bauelemente für beide Umrichter berechnet und vergleichend diskutiert.

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Schramm, Andreas: Analyse der Netzrückwirkungen und Eingangsfilter gepulster leistungselektronischer Umrichter. 2013.

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