Grundlagen Kommutatormaschinen

Fachhochschule Stralsund

Fachbereich Elektrotechnik und Informatik

Prof. Dr.-Ing. Reinhardt Cremer

Zusatzfragen zur Wiederholung und Prüfungsvorbereitung für das Fach "Leistungselektronik" Teil 1

1. Grundlagen

1.1. Erläutern Sie die Unterscheidung von Stromrichtern nach ihrer "äußeren" und "inneren" Funktion! Erklären Sie die Begriffe "netzgeführt" und "selbstgeführt"!

1.2. Nennen Sie die wichtigsten leistungselektronischen Halbleiter-Bauelemente! Charakterisieren Sie sie durch ihr statisches und dynamisches Verhalten!

1.3. Erläutern Sie anhand von Diagrammen den Ausschaltvorgang bei einer Halbleiterdiode!

1.4. Erläutern Sie anhand von Diagrammen den Ausschaltvorgang bei einem Thyristor!

1.5. Was versteht man unter "Freiwerdezeit" und "Schonzeit" eines Thyristors?

1.6. Welche Verluste treten bei einem steuerbaren Halbleiterventil auf?

1.7. Welche Arten der Kühlung von Halbleiterventilen sind Ihnen bekannt?

1.8. Erläutern Sie die Bestimmung der Temperatur (z.B. Sperrschichttemperatur) mittels des thermischen Widerstandes!

1.9. Erläutern Sie die wichtigsten Beschaltungsmaßnahmen am Thyristor!

1.10. Was versteht man unter "Trägerstaueffekt", welche Auswirkungen hat er und womit werden diese begrenzt?

1.11. Was ist bei der Reihenschaltung und Parallelschaltung von Halbleiterventilen zu beachten?

1.12. Erklären Sie die Begriffe "Triac", "GTO", "Frequenzthyristor", "Netzthyristor

2. Netzgelöschte Stromrichter

2.1. Erläutern Sie die Begriffe "Pulszahl", "Kommutierungszahl"!

2.2. Worin unterscheiden sich Einwegschaltungen und Zweiwegschaltungen?

2.3. Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer M2- und einer B2-Schaltung!

2.4. Erläutern Sie, wie durch gleichstromseitige Reihenschaltung zweier Mittelpunktschaltungen eine Brückenschaltung entsteht!

2.5. Erklären Sie die Begriffe "Stromflußwinkel", "Steuerwinkel", "ideeller Gleichspannungswert"!

2.6. Erläutern Sie an einer Zweipulsschaltung den Verlauf der Spannungen und Ströme für a > 0° bei ohmscher und ohmsch-induktiver Belastung! Mit welcher Spannung wird der Thyristor maximal belastet?

2.7. Wie groß ist bei der Einpulsschaltung bei ohmscher Last die ideelle Gleichspannung Udi und der Effektivwert Udeff (a = 0°)?

2.8. Was drückt die Steuerkennlinie eines Stromrichters aus und wie verläuft sie beim Einpulsgleichrichter mit ohmscher Belastung?

2.9.Erläutern Sie beim ungesteuerten Einpulsgleichrichter den Verlauf der Spannungen und Ströme bei ohmsch-kapazitiver Last! Mit welcher Spannung wird der Thyristor maximal belastet?

2.10. Erläutern Sie die Wirkung einer Freilaufdiode am Beispiel des ohmsch-induktiv belasteten Einpulsgleichrichters!

2.11. Erläutern Sie die Begriffe "ideelle Gleichstromleistung", "netzseitige" und "ventilseitige Scheinleistung", "Bauleistung" eines Stromrichtertransfor-mators!

2.12. Wie groß ist die Bauleistung bei einem Einpulsgleichrichter und welche Schlußfolgerungen ergeben sich daraus für die Anwendung bei größeren Leistungen?

2.13. Erklären Sie, warum beim Einpulsgleichrichter eine Vormagnetisierung des Transformators auftritt!

2.14. Skizzieren Sie den elektrischen Aufbau einer M3-Schaltung bei ohmsch-induktiver Belastung!Skizzieren Sie in Liniendiagrammen den Verlauf von Gleichspannung, Ventilströmen und Gleichstrom bei idealer Glättung und a > 0°! Wie lautet der Ansatz zur Berechnung des Gleichspannungsmittelwertes? Wie lautet das Ergebnis? Wie hoch ist die spannungsmäßige Belastung der Ventile?

2.15. Erklären Sie bei der M3-Schaltung das Auftreten einer Vormagnetisierung der Trafoschenkel!

2.16. Welche Harmonische des sekundären Transformatorstromes ist für die Übertragung der Wirkleistung in den Gleichstromkreis verantwortlich?

2.17. Wie groß ist die Bauleistung des Transformators bei der M3-Schaltung?

2.18. Geben Sie die Steuerkennlinie eines M3-Stromrichters bei idealer Glättung an! Charakterisieren Sie die Arbeitsbereiche!

2.19. Erläutern Sie die Begriffe "Gleichrichterbetrieb" und "Wechselrichterbetrieb"!

2.20. Erläutern Sie an einem Zeigerdiagramm für die Strangspannung und die Grundschwingung des Strangstromes die mögliche Betriebsweise eines netzgeführten Stromrichters! Erklären Sie, warum ein Betrieb im II. und III. Quadranten nicht möglich ist!

2.21. Was versteht man unter dem "Kippen" eines Wechselrichters? Warum kann der Steuerwinkel nicht bis 180° ausgedehnt werden? Benutzen Sie zur Erläuterung das Liniendiagramm zum Verlauf der Spannung am Ventil!

2.22. Erklären Sie am Beispiel des Dreipulsgleichrichters das Auftreten induktiver Blindleistung beim Steuerwinkel a > 0°! Wie groß ist der Verschiebungsfaktor? Wie verläuft die Blindlastkurve?

2.23. Erklären Sie das Auftreten von Verzerrungsblindleistung!

2.24. Geben Sie die Beziehungen zwischen den einzelnen Leistungsgrößen in einen Stromkreis mit sinusförmiger Spannung und nichtsinusförmigen Strom an!

2.25. Erklären Sie den Vorgang der Kommutierung! Wodurch wird eine ideale Kommutierung verhindert? Wie verlaufen Kommutierungsspannung und Kommutierungsstrom?

2.26. Diskutieren Sie qualitativ die Abhängigkeit des Überlappungswinkels u vom Steuerwinkel a, von der Kommutierungsspannung, von den Kommutierungsinduktivitäten und vom Gleichstrom Id! Wie lautet die zugehörende Gleichung?

2.27. Was versteht man unter dem Anfangsüberlappungswinkel uo?

2.28. Welche Bedeutung hat der Überlappungswinkel für die maximale Wechselrichteraussteuerung?

2.29. Erklären Sie die Begriffe "Löschwinkel", "Voreilwinkel" und "Trittgrenze" des Wechselrichters! Welche Bedingungen bestehen hinsichtlich der Freiwerdezeit der Ventile?

2.30. Erläutern Sie das Auftreten eines induktiven Gleichspannungsabfalls Dx! Von welchen Größen hängt er ab? Was versteht man unter dem bezogenen Gleichspannungsabfall d_x?

2.31. Geben Sie die Belastungskennlinie des realen Stromrichters bei idealer Glättung an und erläutern Sie die Ursachen für das Abfallen der Spannung!

2.32. Welche Auswirkungen hat die verzögerte Kommutierung auf das Blindleistungs- und Spannungsverhalten des Stromrichters?

2.33. Welche Probleme können sich bei einer im Bremsbetrieb arbeitenden stromrichtergespeisten Gleichstrommaschine ergeben, wenn es zu Einbrüchen in der Netzspannung kommt? Wie wirkt sich eine Überlastung der Gleichstrommaschine aus?

2.34. Skizzieren Sie den Schaltplan einer Drehstrom-Brückenschaltung (B6)! Erläutern Sie den zeitlichen Verlauf der Gleichspannung und der Strangströme bei idealer Glättung anhand von Liniendiagrammen! Wie groß ist der arithmetische Mittelwert der ideellen Gleichspannung? Wie groß ist die maximale Spannungsbelastung der Ventile?

2.35. Warum kann bei der B6-Schaltung unter welchen Umständen auf einen Stromrichtertrafo verzichtet werden?

2.36. Warum müssen in einer Stromrichterschaltung Kommutierungsinduktivitäten vorgesehen werden?

2.37. Wie groß ist die Bauleistung des Stromrichtertransformators bei der B6-Schaltung?

2.38. Was ist bei der B6-Schaltung bezüglich der Aussteuerung der Ventile zu beachten, um ein Anlaufen der Schaltung zu erreichen?

2.39. Welche Aussagen hinsichtlich der Ordnungszahl der Oberschwingungen der Gleichspannung lassen sich treffen? Wie ist das Verhältnis der Amplituden einer Oberschwingung bei a > 0° zu der bei a = 90°?

2.40. Welche Netzrückwirkungen können beim Betrieb eines Stromrichters auftreten?

2.41. Welche Aussagen hinsichtlich der Ordnungszahl der Stromoberschwingungen auf der Wechselstromseite (Leiterströme) eines Stromrichters mit idealer Glättung lassen sich treffen? Welche Beziehung besteht zwischen dem Effektivwert der Grundschwingung und dem der m-ten Oberschwingung? Welchen Einfluß hat der Steuerwinkel a? Welchen Einfluß hat der Überlappungswinkel u?

2.42. Welche Auswirkungen haben die netzseitigen Oberschwingungsströme eines Stromrichters?

2.43. Welche Auswirkungen haben nichtsinusförmige Ströme bezüglich des speisenden Netzes? Erklären Sie am Beispiel der B6-Schaltung welche Auswirkungen die Kommutierungvorgänge (LK ¹ 0) auf den Spannungsverlauf an den Netzanschlußpunkten des Stromrichters haben!

2.44. Wovon hängt die Höhe der durch Kommutierungsvorgänge hervorgerufenen Spannungseinbrüche an den Netzanschlußpunkten des Stromrichters ab?

Zusatzfragen zur Wiederholung und Prüfungsvorbereitung für das Fach "Leistungselektronik" Teil 1

1. Elektronische Schalter für Wechsel-und Drehstrom

1.1. Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise eines elektronischen Schalters für Wechselstrom!

1.2. Was versteht man unter einem Wechselwegpaar?

1.3. Was versteht man unter der fiktiven Schaltleistung?

1.4. Was ist beim Schalten induktiver und kapazitiver Verbraucher zu beachten ?

1.5. Wie berechnet sich bei ohmsch-induktiver Last der Strom (Ansatz), wie lautet die Lösung i(t) und welche Konsequenz ergibt sich daraus für einen zweckmäßigen Schaltzeitpunkt?

1.6. Geben Sie Schaltungsbeispiele für elektronische Drehstromschalter an !

1.7. Wie kann das Schalten des Drehstromschalters in Hinblick auf geringste Ausgleichströme erfolgen?

1.8. Nennen Sie Anwendungsmöglichkeiten elektronischer Schalter!

1.9. Vergleichen Sie die wesentlichsten Eigenschaften elektronischer Schalter mit denen elektromechanischer Schütze!

2. Elektronische Steller für Wechsel- und Drehstrom

2.1. Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise eines elektronischen Stellers für Wechselstrom!

2.2. Welche grundsätzlichen Steuermöglichkeiten bestehen für Wechselstromsteller?

2.3. Leiten Sie die Steuerkennlinien für ohmsche und für induktive Last bei Anschnittssteuerung ab! Geben Sie den Verlauf der Steuerkennlinien an!

2.4. Geben Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung und des Stromes an der Last bei ohmscher und bei induktiver Belastung an!

2.5. Wie ist die Stromführungsdauer bei den o.g. Lastverhältnissen?

2.6. Warum muß bei einer Lastinduktivität L¹ 0 mit sog. Langimpulsen gearbeitet werden?

2.7. Bei welchem Steuerwinkel wird bei ohmsch-induktiver Last Vollausteuerung erreicht?

2.8. Wodurch kommt es beim Wechselstromsteller zum Auftreten induktiver Blindleistung?

2.9. Wie berechnet sich der Leistungsfaktor bei ohmscher Last?

2.10. Wie berechnet sich die Steuerkennlinie bei der Schwingungspaketsteuerung?

2.11. Wovon hängt der Leistungsfaktor bei der Schwingungspaketsteuerung ab?

2.12. Wo liegen die Anwendungen von Wechselstromstellern?

2.13. Geben Sie die wichtigsten Schaltungsvarianten von Drehstromstellern an und charakterisieren Sie diese!

2.14. Erläutern Sie für einen Drehstromsteller mit einem in Stern geschalteten ohmschen Verbraucher ohne Nulleiter die Bildung der Ausgangsspannung in den einzelnen Steuerwinkelbereichen!

2.15. Geben Sie die Steuerkennlinien der unter 2.14 genannten Schaltung bei ohmscher und induktiver Last an!

2.16. Nennen Sie Anwendungen für den Drehstromsteller!

3. Blindleistungsarme Schaltungen

3.1. Erläutern Sie, wodurch es bei netzkommutierten Stromrichtern zum Auftreten von Blindleistung kommt!

3.2. Erklären Sie die Begriffe Leistungsfaktor und Verschiebungsfaktor! Welcher Zusammenhang besteht zwischen ihnen?

3.3. Durch welche Schaltungstechniken kann der Blindleistungsbedarf von netzkommutierten Stromrichtern verringert werden? Womit wird das in den meisten Fällen erkauft?

3.4. Erläutern Sie die Wirkung einer Freilaufdiode an Hand des Einpulsgleichrichters!

3.5. Erläutern Sie Schaltung und Funktionsweise einer halbgesteuerten Brückenschaltung (B6H)! Inwiefern ergibt sich eine Verbesserung des Leistungsfaktors?

3.6. Skizzieren und vergleichen Sie die Steuerkennlinien einer vollgesteuerten Brückenschaltung (B6C) bei 1). nichtlückendem Strom, 2.) bei ohmscher Last und 3.) einer (B6H)-Schaltung bei nichtlückendem Strom!

3.7. Skizzieren Sie die Schaltung eines Stromrichters in Zu-und Gegenschaltung und erläutern Sie die Funktionsweise! Wie kann erreicht werden , daß auch bei Einhaltung der Wechselrichtertrittgrenze die Spannung Null einstellbar ist?

3.8. Skizzieren Sie die Schaltung und erläutern Sie die Betriebsweise eines netzgeführten Stromrichters mit Folgesteuerung ! Worin besteht der Vorteil dieser Schaltung?

4. Umkehrstromrichter

4.1. Erläutern Sie den 2-Quadrantenbetrieb eines vollgesteuerten Stromrichters!

4.2. Wodurch wird ein 4-Quadrantenbetrieb eines Stromrichters erforderlich?

4.3. Wodurch läßt sich der 4-Quadrantenbetrieb des Stromrichters erreichen?

4.4. Was versteht man unter Kreisstrom und wie kommt er zustande?

4.5. Erläutern Sie die einzelnen Betriebszustände beim Umsteuern des Ankerstromes eines Gleichstrommotors durch einen kreisstromfreien Umkehr-stromrichter!

4.6. Welche Bedingung gilt für die Steuerwinkel der antiparallelen Teilstromrichter eines kreisstrombehafteten Stromrichters?

4.7. Wo liegen die Vor- und Nachteile der kreistrombehafteten Schaltungen?

5. Wechsel- und Drehstromumrichter

5.1. Welche grundsätzlichen technischen Lösungen für Wechsel- bzw. Drehstromumrichter sind Ihnen bekannt?

5.2. Wodurch unterscheidet sich die Arbeitsweise eines Direktumrichters von der eines Umkehrstromrichters?

5.3. Erläutern Sie die Schaltung und Betriebsweise eines Trapezumrichters!

5.4. Erläutern Sie die Schaltung und Funktionsweise eines Steuerumrichters!

5.5. Erklären Sie das Auftreten von Steuerblindleistung beim Steuerumrichter!

5.6. Erklären Sie das Auftreten von Modulationsleistung beim Direktumrichter!

5.7. Wie ist ein Direktumrichter für Drehstrom (Lastseite) aufgebaut?

5.8. Welche Ausgangsfrequenzen bezogen auf die Eingangsfrequenz lassen sich mit Direktumrichtern erreichen?

5.9. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Direktumrichter!

5.10. Wie ist ein netzgeführter Zwischenkreisumrichter aufgebaut?

5.11. Nennen Sie praktische Anwendungen von netzgeführten Zwischenkreisumrichtern!

6. Stromrichter mit Zwangskommutierung

6.1. Vergleichen Sie die prinzipielle Arbeitsweise von netzgelöschten und selbstgelöschten Stromrichtern!

6.2. Schildern Sie das Grundprinzip eines Einquadranten-Gleichstromstellers!

6.3. Mit welchen technischen Bauelementen kann das Zu- und Abschalten der Spannungsquelle erreicht werden?

6.4. Erläutern Sie die Grundschaltung eines Thyristorgleichstromstellers! Geben Sie die zeitlichen Verläufe sämtlicher Spannungen und Ströme unter der Bedingung Id= konst an!

6.5. Wozu dient die Freilaufdiode?

6.6. Wodurch werden minimale und maximale Einschaltzeit begrenzt?

6.7. Wozu dient ein Rückladekreis?

6.8. Welche Aufgabe hat der Nachladekreis?

6.9. Erläutern Sie die Steuerprinzipien zur Stellung der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstromes eines Gleichstromstellers anhand von Strom-Zeit-Diagrammen!

6.10. Erläutern Sie die Wirkungsweise eines Hochsetzstellers!

6.11. Erläutern Sie Schaltung , Funktion und zeitlichen Verlauf der Betriebsgrößen eines Zweiquadranten-Gleichstromstellers!

6.12. Geben Sie die prinzipielle Schaltungsanordnung eines Gleichstromstellers für den 4-Quadrantenbetrieb an! Erläutern Sie die Funktion in den vier Quadranten!

6.13. Inwiefern kann ein Gleichstromsteller für den 4-Quadrantenbetrieb auch als selbstgeführter Wechselrichter aufgefaßt werden?

6.14. Geben Sie die die Schaltung eines Transistorgleichstromstellers an!

6.15. Welche Aufgabe hat das Entlastungsnetzwerk? Schildern Sie die Funktionsweise!

6.16. Geben Sie die wesentlichen Strom- und Spannungsverläufe am Transistor-Chopper an!

6.17. Leiten Sie die Bedingung für die Größe des Löschkondensators bei I_d=konst. eines Thyristorgleichstromstellers ab!

6.18. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau und erläutern Sie die Funktionsweise eines einphasigen Spannungs-Wechselrichters!

6.19. Wozu sind die Rücklaufdioden erforderlich?

6.20. Welche prinzipiellen Steuermöglichkeiten zur Erzielung einer variablen Ausgangsspannung gibt es beim U-Umrichter und welche Vor- und Nachteile haben Sie?

6.21. Was versteht man unter einem Pulswechselrichter?

6.22. Skizzieren Sie die Schaltung eines dreiphasigen U-Umrichters und erläutern Sie die Ansteuerung bei p -Einschaltung der Ventile!

6.23. Erläutern Sie die Begriffe "Zweistufenwechselrichter" und "Dreistufenwechselrichter"!

6.24. Erläutern Sie die Ermittlung der Schaltwinkel durch die Sinus-Dreieck-Modulation!

6.25. Was versteht man unter dem Unterschwingungsverfahren?

6.26. Erläutern Sie das Prinzip der Schaltwinkelbestimmung über die Berechnung der Harmonischen! Nach welchen Kriterien kann die Bestimmung erfolgen?

6.27. Wie erfolgt die Zweipunktregelung?

6.28. Wie erfolgt die Anschaltung eines U-Wechselrichters an ein starres Netz und welche Betriebszustände können mit welchen Parametern eingestellt werden?


		Fachhochschule Stralsund Fachbereich Elektrotechnik und Informatik Prof. Dr.-Ing. Reinhardt Cremer Zusatzfragen zur Wiederholung und Prüfungsvorbereitung für das Fach "Leistungselektronik" Teil 1 1. Grundlagen 1.1. Erläutern Sie die Unterscheidung von Stromrichtern nach ihrer "äußeren" und "inneren" Funktion! Erklären Sie die Begriffe "netzgeführt" und "selbstgeführt"! 1.2. Nennen Sie die wichtigsten leistungselektronischen Halbleiter-Bauelemente! Charakterisieren Sie sie durch ihr statisches und dynamisches Verhalten! 1.3. Erläutern Sie anhand von Diagrammen den Ausschaltvorgang bei einer Halbleiterdiode! 1.4. Erläutern Sie anhand von Diagrammen den Ausschaltvorgang bei einem Thyristor! 1.5. Was versteht man unter "Freiwerdezeit" und "Schonzeit" eines Thyristors? 1.6. Welche Verluste treten bei einem steuerbaren Halbleiterventil auf? 1.7. Welche Arten der Kühlung von Halbleiterventilen sind Ihnen bekannt? 1.8. Erläutern Sie die Bestimmung der Temperatur (z.B. Sperrschichttemperatur) mittels des thermischen Widerstandes! 1.9. Erläutern Sie die wichtigsten Beschaltungsmaßnahmen am Thyristor! 1.10. Was versteht man unter "Trägerstaueffekt", welche Auswirkungen hat er und womit werden diese begrenzt? 1.11. Was ist bei der Reihenschaltung und Parallelschaltung von Halbleiterventilen zu beachten? 1.12. Erklären Sie die Begriffe "Triac", "GTO", "Frequenzthyristor", "Netzthyristor 2. Netzgelöschte Stromrichter 2.1. Erläutern Sie die Begriffe "Pulszahl", "Kommutierungszahl"! 2.2. Worin unterscheiden sich Einwegschaltungen und Zweiwegschaltungen? 2.3. Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer M2- und einer B2-Schaltung! 2.4. Erläutern Sie, wie durch gleichstromseitige Reihenschaltung zweier Mittelpunktschaltungen eine Brückenschaltung entsteht! 2.5. Erklären Sie die Begriffe "Stromflußwinkel", "Steuerwinkel", "ideeller Gleichspannungswert"! 2.6. Erläutern Sie an einer Zweipulsschaltung den Verlauf der Spannungen und Ströme für a > 0° bei ohmscher und ohmsch-induktiver Belastung! Mit welcher Spannung wird der Thyristor maximal belastet? 2.7. Wie groß ist bei der Einpulsschaltung bei ohmscher Last die ideelle Gleichspannung Udi und der Effektivwert Udeff (a = 0°)? 2.8. Was drückt die Steuerkennlinie eines Stromrichters aus und wie verläuft sie beim Einpulsgleichrichter mit ohmscher Belastung? 2.9.Erläutern Sie beim ungesteuerten Einpulsgleichrichter den Verlauf der Spannungen und Ströme bei ohmsch-kapazitiver Last! Mit welcher Spannung wird der Thyristor maximal belastet? 2.10. Erläutern Sie die Wirkung einer Freilaufdiode am Beispiel des ohmsch-induktiv belasteten Einpulsgleichrichters! 2.11. Erläutern Sie die Begriffe "ideelle Gleichstromleistung", "netzseitige" und "ventilseitige Scheinleistung", "Bauleistung" eines Stromrichtertransfor-mators! 2.12. Wie groß ist die Bauleistung bei einem Einpulsgleichrichter und welche Schlußfolgerungen ergeben sich daraus für die Anwendung bei größeren Leistungen? 2.13. Erklären Sie, warum beim Einpulsgleichrichter eine Vormagnetisierung des Transformators auftritt! 2.14. Skizzieren Sie den elektrischen Aufbau einer M3-Schaltung bei ohmsch-induktiver Belastung!Skizzieren Sie in Liniendiagrammen den Verlauf von Gleichspannung, Ventilströmen und Gleichstrom bei idealer Glättung und a > 0°! Wie lautet der Ansatz zur Berechnung des Gleichspannungsmittelwertes? Wie lautet das Ergebnis? Wie hoch ist die spannungsmäßige Belastung der Ventile? 2.15. Erklären Sie bei der M3-Schaltung das Auftreten einer Vormagnetisierung der Trafoschenkel! 2.16. Welche Harmonische des sekundären Transformatorstromes ist für die Übertragung der Wirkleistung in den Gleichstromkreis verantwortlich? 2.17. Wie groß ist die Bauleistung des Transformators bei der M3-Schaltung? 2.18. Geben Sie die Steuerkennlinie eines M3-Stromrichters bei idealer Glättung an! Charakterisieren Sie die Arbeitsbereiche! 2.19. Erläutern Sie die Begriffe "Gleichrichterbetrieb" und "Wechselrichterbetrieb"! 2.20. Erläutern Sie an einem Zeigerdiagramm für die Strangspannung und die Grundschwingung des Strangstromes die mögliche Betriebsweise eines netzgeführten Stromrichters! Erklären Sie, warum ein Betrieb im II. und III. Quadranten nicht möglich ist! 2.21. Was versteht man unter dem "Kippen" eines Wechselrichters? Warum kann der Steuerwinkel nicht bis 180° ausgedehnt werden? Benutzen Sie zur Erläuterung das Liniendiagramm zum Verlauf der Spannung am Ventil! 2.22. Erklären Sie am Beispiel des Dreipulsgleichrichters das Auftreten induktiver Blindleistung beim Steuerwinkel a > 0°! Wie groß ist der Verschiebungsfaktor? Wie verläuft die Blindlastkurve? 2.23. Erklären Sie das Auftreten von Verzerrungsblindleistung! 2.24. Geben Sie die Beziehungen zwischen den einzelnen Leistungsgrößen in einen Stromkreis mit sinusförmiger Spannung und nichtsinusförmigen Strom an! 2.25. Erklären Sie den Vorgang der Kommutierung! Wodurch wird eine ideale Kommutierung verhindert? Wie verlaufen Kommutierungsspannung und Kommutierungsstrom? 2.26. Diskutieren Sie qualitativ die Abhängigkeit des Überlappungswinkels u vom Steuerwinkel a, von der Kommutierungsspannung, von den Kommutierungsinduktivitäten und vom Gleichstrom Id! Wie lautet die zugehörende Gleichung? 2.27. Was versteht man unter dem Anfangsüberlappungswinkel uo? 2.28. Welche Bedeutung hat der Überlappungswinkel für die maximale Wechselrichteraussteuerung? 2.29. Erklären Sie die Begriffe "Löschwinkel", "Voreilwinkel" und "Trittgrenze" des Wechselrichters! Welche Bedingungen bestehen hinsichtlich der Freiwerdezeit der Ventile? 2.30. Erläutern Sie das Auftreten eines induktiven Gleichspannungsabfalls Dx! Von welchen Größen hängt er ab? Was versteht man unter dem bezogenen Gleichspannungsabfall d_x? 2.31. Geben Sie die Belastungskennlinie des realen Stromrichters bei idealer Glättung an und erläutern Sie die Ursachen für das Abfallen der Spannung! 2.32. Welche Auswirkungen hat die verzögerte Kommutierung auf das Blindleistungs- und Spannungsverhalten des Stromrichters? 2.33. Welche Probleme können sich bei einer im Bremsbetrieb arbeitenden stromrichtergespeisten Gleichstrommaschine ergeben, wenn es zu Einbrüchen in der Netzspannung kommt? Wie wirkt sich eine Überlastung der Gleichstrommaschine aus? 2.34. Skizzieren Sie den Schaltplan einer Drehstrom-Brückenschaltung (B6)! Erläutern Sie den zeitlichen Verlauf der Gleichspannung und der Strangströme bei idealer Glättung anhand von Liniendiagrammen! Wie groß ist der arithmetische Mittelwert der ideellen Gleichspannung? Wie groß ist die maximale Spannungsbelastung der Ventile? 2.35. Warum kann bei der B6-Schaltung unter welchen Umständen auf einen Stromrichtertrafo verzichtet werden? 2.36. Warum müssen in einer Stromrichterschaltung Kommutierungsinduktivitäten vorgesehen werden? 2.37. Wie groß ist die Bauleistung des Stromrichtertransformators bei der B6-Schaltung? 2.38. Was ist bei der B6-Schaltung bezüglich der Aussteuerung der Ventile zu beachten, um ein Anlaufen der Schaltung zu erreichen? 2.39. Welche Aussagen hinsichtlich der Ordnungszahl der Oberschwingungen der Gleichspannung lassen sich treffen? Wie ist das Verhältnis der Amplituden einer Oberschwingung bei a > 0° zu der bei a = 90°? 2.40. Welche Netzrückwirkungen können beim Betrieb eines Stromrichters auftreten? 2.41. Welche Aussagen hinsichtlich der Ordnungszahl der Stromoberschwingungen auf der Wechselstromseite (Leiterströme) eines Stromrichters mit idealer Glättung lassen sich treffen? Welche Beziehung besteht zwischen dem Effektivwert der Grundschwingung und dem der m-ten Oberschwingung? Welchen Einfluß hat der Steuerwinkel a? Welchen Einfluß hat der Überlappungswinkel u? 2.42. Welche Auswirkungen haben die netzseitigen Oberschwingungsströme eines Stromrichters? 2.43. Welche Auswirkungen haben nichtsinusförmige Ströme bezüglich des speisenden Netzes? Erklären Sie am Beispiel der B6-Schaltung welche Auswirkungen die Kommutierungvorgänge (LK ¹ 0) auf den Spannungsverlauf an den Netzanschlußpunkten des Stromrichters haben! 2.44. Wovon hängt die Höhe der durch Kommutierungsvorgänge hervorgerufenen Spannungseinbrüche an den Netzanschlußpunkten des Stromrichters ab? Zusatzfragen zur Wiederholung und Prüfungsvorbereitung für das Fach "Leistungselektronik" Teil 1 1. Elektronische Schalter für Wechsel-und Drehstrom 1.1. Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise eines elektronischen Schalters für Wechselstrom! 1.2. Was versteht man unter einem Wechselwegpaar? 1.3. Was versteht man unter der fiktiven Schaltleistung? 1.4. Was ist beim Schalten induktiver und kapazitiver Verbraucher zu beachten ? 1.5. Wie berechnet sich bei ohmsch-induktiver Last der Strom (Ansatz), wie lautet die Lösung i(t) und welche Konsequenz ergibt sich daraus für einen zweckmäßigen Schaltzeitpunkt? 1.6. Geben Sie Schaltungsbeispiele für elektronische Drehstromschalter an ! 1.7. Wie kann das Schalten des Drehstromschalters in Hinblick auf geringste Ausgleichströme erfolgen? 1.8. Nennen Sie Anwendungsmöglichkeiten elektronischer Schalter! 1.9. Vergleichen Sie die wesentlichsten Eigenschaften elektronischer Schalter mit denen elektromechanischer Schütze! 2. Elektronische Steller für Wechsel- und Drehstrom 2.1. Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise eines elektronischen Stellers für Wechselstrom! 2.2. Welche grundsätzlichen Steuermöglichkeiten bestehen für Wechselstromsteller? 2.3. Leiten Sie die Steuerkennlinien für ohmsche und für induktive Last bei Anschnittssteuerung ab! Geben Sie den Verlauf der Steuerkennlinien an! 2.4. Geben Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung und des Stromes an der Last bei ohmscher und bei induktiver Belastung an! 2.5. Wie ist die Stromführungsdauer bei den o.g. Lastverhältnissen? 2.6. Warum muß bei einer Lastinduktivität L¹ 0 mit sog. Langimpulsen gearbeitet werden? 2.7. Bei welchem Steuerwinkel wird bei ohmsch-induktiver Last Vollausteuerung erreicht? 2.8. Wodurch kommt es beim Wechselstromsteller zum Auftreten induktiver Blindleistung? 2.9. Wie berechnet sich der Leistungsfaktor bei ohmscher Last? 2.10. Wie berechnet sich die Steuerkennlinie bei der Schwingungspaketsteuerung? 2.11. Wovon hängt der Leistungsfaktor bei der Schwingungspaketsteuerung ab? 2.12. Wo liegen die Anwendungen von Wechselstromstellern? 2.13. Geben Sie die wichtigsten Schaltungsvarianten von Drehstromstellern an und charakterisieren Sie diese! 2.14. Erläutern Sie für einen Drehstromsteller mit einem in Stern geschalteten ohmschen Verbraucher ohne Nulleiter die Bildung der Ausgangsspannung in den einzelnen Steuerwinkelbereichen! 2.15. Geben Sie die Steuerkennlinien der unter 2.14 genannten Schaltung bei ohmscher und induktiver Last an! 2.16. Nennen Sie Anwendungen für den Drehstromsteller! 3. Blindleistungsarme Schaltungen 3.1. Erläutern Sie, wodurch es bei netzkommutierten Stromrichtern zum Auftreten von Blindleistung kommt! 3.2. Erklären Sie die Begriffe Leistungsfaktor und Verschiebungsfaktor! Welcher Zusammenhang besteht zwischen ihnen? 3.3. Durch welche Schaltungstechniken kann der Blindleistungsbedarf von netzkommutierten Stromrichtern verringert werden? Womit wird das in den meisten Fällen erkauft? 3.4. Erläutern Sie die Wirkung einer Freilaufdiode an Hand des Einpulsgleichrichters! 3.5. Erläutern Sie Schaltung und Funktionsweise einer halbgesteuerten Brückenschaltung (B6H)! Inwiefern ergibt sich eine Verbesserung des Leistungsfaktors? 3.6. Skizzieren und vergleichen Sie die Steuerkennlinien einer vollgesteuerten Brückenschaltung (B6C) bei 1). nichtlückendem Strom, 2.) bei ohmscher Last und 3.) einer (B6H)-Schaltung bei nichtlückendem Strom! 3.7. Skizzieren Sie die Schaltung eines Stromrichters in Zu-und Gegenschaltung und erläutern Sie die Funktionsweise! Wie kann erreicht werden , daß auch bei Einhaltung der Wechselrichtertrittgrenze die Spannung Null einstellbar ist? 3.8. Skizzieren Sie die Schaltung und erläutern Sie die Betriebsweise eines netzgeführten Stromrichters mit Folgesteuerung ! Worin besteht der Vorteil dieser Schaltung? 4. Umkehrstromrichter 4.1. Erläutern Sie den 2-Quadrantenbetrieb eines vollgesteuerten Stromrichters! 4.2. Wodurch wird ein 4-Quadrantenbetrieb eines Stromrichters erforderlich? 4.3. Wodurch läßt sich der 4-Quadrantenbetrieb des Stromrichters erreichen? 4.4. Was versteht man unter Kreisstrom und wie kommt er zustande? 4.5. Erläutern Sie die einzelnen Betriebszustände beim Umsteuern des Ankerstromes eines Gleichstrommotors durch einen kreisstromfreien Umkehr-stromrichter! 4.6. Welche Bedingung gilt für die Steuerwinkel der antiparallelen Teilstromrichter eines kreisstrombehafteten Stromrichters? 4.7. Wo liegen die Vor- und Nachteile der kreistrombehafteten Schaltungen? 5. Wechsel- und Drehstromumrichter 5.1. Welche grundsätzlichen technischen Lösungen für Wechsel- bzw. Drehstromumrichter sind Ihnen bekannt? 5.2. Wodurch unterscheidet sich die Arbeitsweise eines Direktumrichters von der eines Umkehrstromrichters? 5.3. Erläutern Sie die Schaltung und Betriebsweise eines Trapezumrichters! 5.4. Erläutern Sie die Schaltung und Funktionsweise eines Steuerumrichters! 5.5. Erklären Sie das Auftreten von Steuerblindleistung beim Steuerumrichter! 5.6. Erklären Sie das Auftreten von Modulationsleistung beim Direktumrichter! 5.7. Wie ist ein Direktumrichter für Drehstrom (Lastseite) aufgebaut? 5.8. Welche Ausgangsfrequenzen bezogen auf die Eingangsfrequenz lassen sich mit Direktumrichtern erreichen? 5.9. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Direktumrichter! 5.10. Wie ist ein netzgeführter Zwischenkreisumrichter aufgebaut? 5.11. Nennen Sie praktische Anwendungen von netzgeführten Zwischenkreisumrichtern! 6. Stromrichter mit Zwangskommutierung 6.1. Vergleichen Sie die prinzipielle Arbeitsweise von netzgelöschten und selbstgelöschten Stromrichtern! 6.2. Schildern Sie das Grundprinzip eines Einquadranten-Gleichstromstellers! 6.3. Mit welchen technischen Bauelementen kann das Zu- und Abschalten der Spannungsquelle erreicht werden? 6.4. Erläutern Sie die Grundschaltung eines Thyristorgleichstromstellers! Geben Sie die zeitlichen Verläufe sämtlicher Spannungen und Ströme unter der Bedingung Id= konst an! 6.5. Wozu dient die Freilaufdiode? 6.6. Wodurch werden minimale und maximale Einschaltzeit begrenzt? 6.7. Wozu dient ein Rückladekreis? 6.8. Welche Aufgabe hat der Nachladekreis? 6.9. Erläutern Sie die Steuerprinzipien zur Stellung der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstromes eines Gleichstromstellers anhand von Strom-Zeit-Diagrammen! 6.10. Erläutern Sie die Wirkungsweise eines Hochsetzstellers! 6.11. Erläutern Sie Schaltung , Funktion und zeitlichen Verlauf der Betriebsgrößen eines Zweiquadranten-Gleichstromstellers! 6.12. Geben Sie die prinzipielle Schaltungsanordnung eines Gleichstromstellers für den 4-Quadrantenbetrieb an! Erläutern Sie die Funktion in den vier Quadranten! 6.13. Inwiefern kann ein Gleichstromsteller für den 4-Quadrantenbetrieb auch als selbstgeführter Wechselrichter aufgefaßt werden? 6.14. Geben Sie die die Schaltung eines Transistorgleichstromstellers an! 6.15. Welche Aufgabe hat das Entlastungsnetzwerk? Schildern Sie die Funktionsweise! 6.16. Geben Sie die wesentlichen Strom- und Spannungsverläufe am Transistor-Chopper an! 6.17. Leiten Sie die Bedingung für die Größe des Löschkondensators bei I_d=konst. eines Thyristorgleichstromstellers ab! 6.18. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau und erläutern Sie die Funktionsweise eines einphasigen Spannungs-Wechselrichters! 6.19. Wozu sind die Rücklaufdioden erforderlich? 6.20. Welche prinzipiellen Steuermöglichkeiten zur Erzielung einer variablen Ausgangsspannung gibt es beim U-Umrichter und welche Vor- und Nachteile haben Sie? 6.21. Was versteht man unter einem Pulswechselrichter? 6.22. Skizzieren Sie die Schaltung eines dreiphasigen U-Umrichters und erläutern Sie die Ansteuerung bei p -Einschaltung der Ventile! 6.23. Erläutern Sie die Begriffe "Zweistufenwechselrichter" und "Dreistufenwechselrichter"! 6.24. Erläutern Sie die Ermittlung der Schaltwinkel durch die Sinus-Dreieck-Modulation! 6.25. Was versteht man unter dem Unterschwingungsverfahren? 6.26. Erläutern Sie das Prinzip der Schaltwinkelbestimmung über die Berechnung der Harmonischen! Nach welchen Kriterien kann die Bestimmung erfolgen? 6.27. Wie erfolgt die Zweipunktregelung? 6.28. Wie erfolgt die Anschaltung eines U-Wechselrichters an ein starres Netz und welche Betriebszustände können mit welchen Parametern eingestellt werden?