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August 2012
Philip Brockerhoff
Multilevel Integrated Step-Up (MIS) Wechselrichter
Steuerung und Regelung eines Mehrpunktwechselrichters für Synchronmaschinen
Für moderne, mobile Antriebskonzepte, speziell Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge, sind Elektromaschinen mit hoher Leistungs- und Kraftdichte notwendig. Die permanenterregte Synchronmaschine in hochpoliger Ausführung zeigt hier besondere Vorteile. Die Arbeit zeigt für diese
Maschine ein neuartiges Multilevel-Umrichterkonzept, dass speziell für Maschinen mit hoher Polpaarzahl und niedrigem Leistungsfaktor geeignet ist.
Die Topologie beinhaltet in jedem Brückenzweig einen zusätzlichen, geschalteten Kondensator, dessen Spannung in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment eingeregelt werden kann und zur Zwischenkreisspannung hinzu addiert werden kann.
Dabei wird die Motorinduktivität als integrierter Hochsetzsteller genutzt, um die zusätzliche Spannungskomponente im geschaltetem Kondensator zu erzeugen.
Die Vorteile des Umrichters bestehen in der erhöhten Ausgangsspannung, die größer als der Zwischenkreisspannung ist, der Verkleinerung der Filter und der geringeren Schaltfrequenz der einzelnen Halbleiter durch die Multilevelausgangsspannung. Durch die erhöhte Ausgangsspannung kann zum Beispiel der Zwischenkreishochsetzstellers entfallen.
Die interne, zusätzliche Spannungskomponente ist frei einregelbar. Zusätzlich speist die leerlaufende Maschine nicht mehr bei abgeschaltetem Umrichter auf den Zwischenkreis zurück, da im internen Kondensator eine Gegenspannung vorhanden ist.
Auf Grund der speziellen Funktionalität wird die Topologie Multilevel Integrated Step-Up (MIS) Wechselrichter genannt.
Aus der Summe der Vorteile ergibt sich für mobile Anwendungen ein leichteres und effizienteres System, welches die spezifischen Anforderungen erfüllt, die mit Standardkomponenten nur unzureichend erfüllt sind.
Die Topologie beinhaltet in jedem Brückenzweig einen zusätzlichen, geschalteten Kondensator, dessen Spannung in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment eingeregelt werden kann und zur Zwischenkreisspannung hinzu addiert werden kann.
Dabei wird die Motorinduktivität als integrierter Hochsetzsteller genutzt, um die zusätzliche Spannungskomponente im geschaltetem Kondensator zu erzeugen.
Die Vorteile des Umrichters bestehen in der erhöhten Ausgangsspannung, die größer als der Zwischenkreisspannung ist, der Verkleinerung der Filter und der geringeren Schaltfrequenz der einzelnen Halbleiter durch die Multilevelausgangsspannung. Durch die erhöhte Ausgangsspannung kann zum Beispiel der Zwischenkreishochsetzstellers entfallen.
Die interne, zusätzliche Spannungskomponente ist frei einregelbar. Zusätzlich speist die leerlaufende Maschine nicht mehr bei abgeschaltetem Umrichter auf den Zwischenkreis zurück, da im internen Kondensator eine Gegenspannung vorhanden ist.
Auf Grund der speziellen Funktionalität wird die Topologie Multilevel Integrated Step-Up (MIS) Wechselrichter genannt.
Aus der Summe der Vorteile ergibt sich für mobile Anwendungen ein leichteres und effizienteres System, welches die spezifischen Anforderungen erfüllt, die mit Standardkomponenten nur unzureichend erfüllt sind.
Schlagwörter: Leistungselektronik; Elektrische Antriebstechnik; Multilevel Wechselrichter
Forschungsberichte Leistungselektronik und Steuerungen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Rainer Marquardt, München
Band 6
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