A1:
Stromrichter wandeln ein Wechsel- bzw. Drehstromnetz mit konstanter Spannung
und Frequenz in ein Gleichspannungsnetz mit veränderbarer Spannung um.
Stromrichter werden zur Regelung von Gleichstrommotoren benutzt. Frequenzumrichter
wandeln das Wechsel- bzw. Drehstromnetz mit konstanter Spannung und Frequenz
in ein neues dreiphasiges Netz um. Hier sind Spannung und Frequenz variabel.
Frequenzumrichter werden zur Steuerung und Regelung von Drehstrommotoren benutzt.
A2:
Phasenanschnittsteuerung:
kurze Reaktionszeiten, Strombegrenzung möglich
Vollwellensteuerung:
keine Oberschwingungen im Netz
A3:
Verbesserung
der Fertigungstoleranzen, Optimieren der Taktzeiten, kürzere Umrüstzeiten
der Maschinen bei Produktionswechseln, Schonung der mechanischen Antriebskomponenten,
Energiekosten einsparen
A4:
Im ersten Quadranten
ist die Energieflußrichtung vom Netz zum Motor.
A5:
Begriffe
für die Betriebsarten im Quadrant 1 bzw. 2:
Motorbetrieb, Gleichrichterbetrieb (bei Gleichstromantrieben)
A6:
Begriffe
für die Betriebsarten im Quadrant 2 bzw. 4:
Generatorbetrieb, Wechselrichterbetrieb (bei Gleichstromantrieben),
übersynchroner Betrieb (bei Drehstromantrieben)
A7:
Der Nennwert der
mechanischen Leistung an der Motorwelle
A8:
Der Drehzahl-Regelbereich
ist das Verhältnis von maximaler Drehzahl zur niedrigsten Drehzahl, bei
der der Motor stationär betrieben werden soll.
A12:
Der Feldbereich
ist der Bereich zwischen Nenndrehzahl und maximaler Drehzahl, in dem die Drehzahl
durch Feldschwächung erhöht wird.
A13:
a) Die Gleichstrommaschine
kann im Ankerbereich konstantes Drehmoment abgeben.
b) Im Feldbereich ist das Drehmoment umgekehrt proportional zur Drehzahl.
Beispiel: doppelte Drehzahl = halbes Moment
A15:
Sie werden nach
der Anwendung unterschieden. Stromrichter für:
a) Einquadrantantriebe
b) Zweiquadrantantriebe
c) Vierquadrantantriebe
A16:
Eine Zweipulsschaltung
liefert innerhalb einer Netzperiode zwei Pulse, eine Sechspulsschaltung sechs
Pulse. Dies bedeutet, dass bei einer Netzfrequenz von 50 Hz die Zugriffszeit
bei einer Zweipulsschaltung 20 ms : 2 = 10 ms und bei einer Sechspulsschaltung
20 ms : 6 = 3,3 ms beträgt. Die Sechspulsschaltung kann also bei Regelabweichungen
schneller reagieren.
A17:
Bei halbgesteuerten
Brücken ist die Hälfte der Leistungshalbleiter als Dioden und die
andere Hälfte als Thyristoren ausgeführt. Bei vollgesteuerten Brücken
werden nur Thyristoren (gesteuerte Gleichrichterelemente) verwendet.
A18:
Zweiquadrantenantriebe
können nur mit konstantem Drehmoment bremsen. Bei Vierquadrantenantrieben
ist eine drehzahlgeführte Bremsung möglich. In beiden Fällen
wird die vorhandene mechanische Energie umgewandelt und in das elektrische
Netz zurückgespeist. Die Maschine wirkt als Generator. Das Gesamtsystem
ist mit einem Wirkungsgrad behaftet, da sowohl in der Gleichstrommaschine
als auch im Stromrichter Verluste (Reibung, Wärme) auftreten, die durch
die Antriebsenergie gedeckt werden müssen.
A19:
Drehzahlregelkreis
und Stromregelkreis. Der Stromregelkreis ist hinter dem Drehzahlregelkreis
angeordnet und diesem unterlagert (Kaskadenregelung).
A20:
Optimieren heißt
Anpassen des Reglers an die Regelstrecke.
A21:
Durch die Polarität
des Sollwertes
A22:
Durch Verwendung
eines Sollwertintegrators
A23:
Die Ankerspannung
ist nur bei konstantem Fluß der Drehzahl proportional (R x I vernachlässigt).
Bei einer Überlaufregelung wird oberhalb der Nenndrehzahl das Feld geschwächt
und somit der Fluß geändert. In diesem Fall ist die Ankerspannung
nicht mehr drehzahlproportional und kann daher nicht als Istwert verwendet
werden.
A24:
Nein. Wenn ein Antrieb
nur im Ankerbereich arbeitet und wenn sich aufgrund der Anwendung der Temperaturgang
des Feldes nicht störend auswirkt, genügt eine ungesteuerte Gleichrichterbrücke
zur Feldversorgung. Ein Feldstromrichter ist hier nicht erforderlich. Dies
gilt übrigens für mehr als 80% aller Anwendungsfälle.
A25:
Nein. Die
hohe Induktivität der Feldwicklung selbst reicht zur Stromglättung
aus.
A26:
a) Überlaufregelung
b) Drehzahlkorrektur bei Maschinen, die im Anker parallel geschaltet sind
c) Konstantstromregelung bei Antrieben, wo sich der Temperaturgang des Feldes
störend auswirkt
d) Reduzierung der Anschlußleistung bei Maschinen mit konstantem Leistungsbedarf
A27:
Ein Motorschutzrelais
kann nur die durch den Motorstrom hervorgerufene Wärme erfassen. Es besteht
jedoch keine Möglichkeit, zu kontrollieren, ob diese Wärme auch
aus der Maschine abgegeben werden kann. Kleine Drehzahlen, und damit nachlassende
Lüfterleistung, sowie der Einbau an einem warmen Ort können die
Kühlung der Maschine ungünstig beeinflussen und werden vom Motorschutzrelais
nicht erfaßt.
A28:
Nein. Im Unterschied
zum Motorschutzrelais öffnet der Motorschutzschalter im Falle des Auslösens
seine Hauptstrombahnen. Dies führt häufig zu Problemen:
1.) Öffnen im DC-Kreis = Erzeugen von Spannungsspitzen, die u.U. zur
Zerstörung der Thyristoren führen können
2.) Öffnen im AC-Kreis = Bei Vierquadrantenantrieben kann es zum "Wechselrichterkippen"
und damit zum Sicherungsfall (im günstigsten Fall) führen.
A29:
Die Glättungsdrossel
dient, wie der Name schon sagt, zur Glättung des Ankerstromes. Man will
mit dem Einsatz der Glättungsdrossel erreichen, daß die Erwärmung
der Maschine bei gleichem Drehmoment reduziert wird. Außerdem verhindert
sie bei kleiner Belastung des Motors das "Lücken" des Ankerstromes,
was ansonsten zu einer Änderung im Betriebsverhalten der Maschine bei
ungeregelten Antrieben (Drehzahlanstieg) führen könnte. Glättungsdrosseln
werden meist in Verbindung mit einphasigen Stromrichtern eingesetzt.
A30:
Normmotor, Käfigläufermotor,
Kurzschlußläufermotor
A31:
Stern-Dreieck-Schaltung,
Anlaßtransformator, Softstarter = Sanftanlaufgerät, Kusa-Schaltung
A32:
Bei allen Anlaßschaltungen
erhält die Drehstrommaschine eine gegenüber der Nennspannung geringere
Spannung bei gleicher Frequenz. Daraus resultiert ein reduzierter Strom aber
auch ein reduziertes Drehmoment während des Anlaufs.
A33:
Man möchte
im Bereich bis zur Nennfrequenz mit konstantem Drehmoment fahren und benötigt
daher einen konstanten Magnetisierungsstrom. Dieser Magnetisierungsstrom Im
ist proportional dem Verhältnis U/f. Wird also f verändert, muß
U ebenfalls verändert werden.
A34:
Netzgleichrichter,
Zwischenkreis, Wechselrichter
A35:
Vorwiderstand, Ausführung
des Netzgleichrichters als gesteuerte Brücke
A36:
Die Zwischenkreisspannung
entspricht dem Scheitelwert der Netzspannung.
A37:
PWM ist die Abkürzung
für Pulse Width Modulation = Pulsbreitenmodulation. Es handelt sich hierbei
um ein Verfahren zur Spannungsverstellung. Dabei werden unterschiedliche Spannungswerte
durch Verändern des Verhältnisses Einschaltzeit zu Ausschaltzeit
erreicht. Die Amplitude der Spannung ist immer gleich, unabhängig vom
Tastverhältnis.
A38:
Ausgangsspannung
und -frequenz werden zwar verstellt, aber die eigentliche Regelgröße,
nämlich die Motordrehzahl, wird nicht zurückgeführt. Dies führt
dazu, daß sich die Motordrehzahl bei einem gesteuerten Antrieb lastabhängig
ändert.
A39:
Um den Spannungsabfall
am Widerstand der Ständerwicklung zu kompensieren. Würde man die
Spannung nicht anheben, stünde im unteren Frequenzbereich nicht das volle
Drehmoment zur Verfügung (In die Maschine würde nicht genügend
Magnetisierungsstrom für den Aufbau des Ständermagnetfeldes fließen.).
A40:
Höhere Dynamik
des Antriebs und besseres Drehmomentverhalten
A41:
Das Drehmoment geht
oberhalb der Nenndrehzahl proportional zur Drehzahl zurück: doppelte
Drehzahl = halbes Drehmoment.
A42:
Im übersynchronen
Betrieb ist die von der Maschine erzeugte Drehfeldfrequenz höher als
die Frequenz des speisenden Netzes (hier: Ausgangsfrequenz des Umrichters).
Dadurch wirkt die Maschine als Generator und speist Energie in den Zwischenkreis
zurück.
A43:
Ein Brems-Chopper
schaltet bei einer erhöhten Zwischenkreisspannung einen Widerstand parallel
zum Zwischenkreis, damit die bei übersynchronem Betrieb zurückgespeiste
Energie vernichtet wird und nicht zu unzulässigen Spannungswerten und
damit zum Abschalten führt.
A44:
Üblicherweise
für den maximalen Betriebszustand (also auch für erhöhten Anlaufstrom).
Der so ausgelegte Stromrichter ist dann in der Lage, diesen Strom dauernd
zu liefern. Es gibt jedoch bei bekanntem Lastspiel die Möglichkeit, für
einen bestimmten Zeitraum einen Überstrom zuzulassen und diesen dann
zu überwachen.
A45:
Wechselrichterbetrieb
ist die Betriebsart, bei der die Maschine als Generator arbeitet und der Stromrichter
Energie ins elektrische Netz zurückspeist.
A46:
Der Formfaktor ist
das Verhältnis vom Effektivwert zum Mittelwert einer elektrischen Größe.
Der Formfaktor ist maßgeblich für die Erwärmung der elektrischen
Maschine (Gleichstrommaschine). Durch die Auswahl einer anderen Stromrichterschaltung
(höherpulsig) oder/und durch die Verwendung einer Glättungsdrossel
kann man den Formfaktor verbessern.
A48:
Verlängerung
der Stromflußdauer im Netz und damit Reduzierung des Spitzenstromes
und der damit verbundenen Oberschwingungen.
A49:
nur durch die Last
nach I = U/R
A50:
75 A (1,5faches
Moment = 1,5facher Strom); Vierquadrantenantrieb wegen Energierückspeisung