University thesis:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2018
Footnote:
Das Erscheinungsdatum ist der Tag der Verteidigung
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Description:
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Stromrichtertopologie, deren Ziel es ist, Stromoberschwingungen, resultierend aus der schaltenden Betriebsweise, durch eine AC- und DC-seitige Parallelschaltung zweier verschiedener Stromrichter aktiv zu kompensieren und so den Aufwand für passive Bauteile zu reduzieren. Der Hauptstromrichter führt den eigentlichen Laststrom und ein Zusatzstromrichter lediglich den die Oberschwingungen ausgleichenden Strom. Dadurch wird für ihn nur eine minimale zusätzliche Halbleiter-Chipfläche zur aktiven Filterung benötigt. Zunächst werden die Grundlagen zur Modellierung der Wechselspannungsseite von dreiphasigen Stromrichtern hergeleitet. Dabei wird im weiteren Verlauf detailliert auf die Parallelschaltung von zwei Stromrichtern eingegangen was in einer anschaulichen geometrischen Darstellung mündet. Eine Literaturrecherche gibt einen genauen Überblick über aktuelle Ansätze zur Reduzierung von Oberschwingungen in stromrichtergespeisten Elektroenergiesystemen. Ihr zufolge greift die Arbeit die gegenwärtigen Trends in der Leistungselektronik auf und untersucht ein neuartiges Verfahren zur aktiven Filterung von Verzerrungsströmen im Zeitbereich. In einer dreistufigen theoretischen Betrachtung wird zunächst anhand eines idealen Modells die grundlegende Dimensionierung der Bauteile geklärt. Im weiteren Verlauf wird das Modell sukzessive an realitätsnahe Bedingungen angepasst, wodurch typische leistungselektronische Störeinflüsse Berücksichtigung finden, die im Rahmen einer Simulation quantifiziert werden. Die Regelung des Zusatzstromrichters basiert auf einer Raumzeigermodulation mit einem vorgeschalteten idealen Zustandsregler, der die genaue Kenntnis der Last und eine beachtliche Anzahl an Messgrößen erfordert. Da dieser Umstand für die praktische Umsetzung eine erhebliche Hürde darstellt, wird ein direktes Stromregelverfahren vorgestellt, welches dank seiner hohen Dynamik ohne Kenntnisse der Lastparameter auskommt. Ein praktischer Versuchsaufbau in IGBT und SiC Technologie bestätigt grundsätzlich die theoretischen Aussagen, wobei aufgrund der >100 kHz Schaltfrequenz des Zusatzstromrichters parasitäre Einflüsse das Ergebnis überlagern. Im Rahmen eines Vergleichs kann der praktische Nutzen der Stromrichtertopologie bestätigt werden. Ein Ausblick zeigt, wie der Aussteuerbereich bei Auftrennung der DC-Kreise erweitert werden kann.