3-level Umrichter in NPC-Topologie 1

3-Level Umrichter in NPC-Topologie für das Mittelspannungsnetz  mit softwarebasierter Zwischenkreisstabilisierung

Drehzahlvariable 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 werden in beinahe allen Anwendungsgebieten und Leistungsklassen eingesetzt. Stand der Technik ist, das Gesamtsystem aus Motor und zugeh?rigem Frequenzumrichter m?glichst kompakt aufzubauen, um ein minimales Bauvolumen zu erreichen. Zur Vermeidung von abgestrahlten St?rungen ist es au?erdem erforderlich, Motor und Frequenzumrichter m?glichst dicht beieinander anzuordnen.

Um dies zu erzielen, kommen Sonderbauformen zum Einsatz, bei denen der Frequenzumrichter direkt in den Motorklemmenkasten integriert ist. Diese sogenannten Umrichtermotoren bieten zus?tzlich den Vorteil, dass bei einem Umrichterdefekt das Gesamtsystem schneller ausgetauscht werden kann. Umrichtermotoren sind mit Leistungen von unter 1 kW bis 1.000 kW am Markt verfügbar. Der Betrieb ist derzeit allerdings nur an Niederspannungsnetzen mit Au?enleiterspannungen von 400 V oder 690 V m?glich.

Im Rahmen eines aktuellen Forschungsvorhabens wurde gemeinsam mit einem Hersteller von Motoren und Umrichtern für Spezialanwendungen ein 3-Level Umrichtermotor in NPC-Topologie mit einer Nennleistung von 1.500 kW bei einer Netzspannung von 3.300 V entwickelt, als Labormuster aufgebaut (vgl. Abb. 1) und im Prüffeld des IALB zun?chst mit Niederspannung in Betrieb genommen.

Multi-Level Topologien reduzieren die Spannungs?nderung (dU/dt) an der Maschine, sowie die notwendige Sperrf?higkeit der einzelnen IGBT-Module. Zus?tzlich wird durch die verschiedenen ansteuerbaren Spannungsniveaus die Signalqualit?t der St?ndergr??en verbessert.

W?hrend bei Zwei-Level Umrichtern nur eine Kapazit?t für den Gleichspannungszwischenkreis notwendig ist, sind bei Multi-Level Umrichtern, abh?ngig von der Topologie und der Anzahl der Level, 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育ere Kapazit?ten erforderlich. Um zu verhindern, dass sich die Zwischenkreispotentiale w?hrend des Betriebes durch Umladen der Kapazit?ten verschieben, wurde eine Zwischenkreisstabilisierung durch Modifikation des Vektormodulators entworfen und integriert. Au?erdem wird bei der Ansteuerung des Umrichters das Schaltverhalten der IGBT-Module berücksichtigt.

Für die Ansteuerung des Umrichters wurde eine Mikrorechnerkarte basierend auf einem F28M35x Concerto Mikrocontroller von Texas Instruments entwickelt und mit einer feldorientierten Drehzahlregelung in Betrieb genommen.

Abb. 2 zeigt die Drehzahlregelung eines 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育s. Dabei wird zu Beginn der Messung ein Feld aufgebaut und nach 5 s Betriebsdauer ein Sollwertsprung auf positive Nenndrehzahl durchgeführt. Abschlie?end wird der Betrieb nach 35 s reversiert.

Die Nenndrehzahl der Versuchsmaschine wird dabei sicher und ohne ?berschwinger erreicht. Die Zwischenkreisspannungen bleiben w?hrend des gesamten Versuchs nahezu konstant.

Zum Abschluss dieses Projektes soll der Umrichter beim Projektpartner mit Mittelspannung in Betrieb genommen werden. Die entwickelte Software kann dazu direkt übernommen werden. Der n?chste Schritt ist die Integration dieses Umrichters in den Motorklemmkasten.

AIF Projekt GmbH

F?rderkennzeichen: KF2663903RP2