Arbeitspunktberechnung für ein AFE

2-Punkt-Umrichter ESB

Allgemeines

Ein immerwiederkehrende Frage ist, wie berechnet sich der (statische) Arbeitspunkt eines Stromrichters?

Die nachfolgen Kurven sind online berechnete Kurven.

Netzfrequenz: Hz
Netzspannung (LL eff): V
Nennleistung: kVA
Drosselinduktivität: pu x mH
Drosselwiderstand: pu x mOhm
Wirkleistung: kW
Blindleistung: kVAr
Zwischenkreisspannung: V
maximale Aussteuerung: pu
Maximaler Umrichterstrom: A x kVAr

Ein einzelner Arbeitspunkt ist einfach über die Gleichung

\( u_{SR} = u_{Netz} + (j \cdot \omega \cdot L + R ) \cdot i_{SR} \)

zu berechnen. Um die Verwirrung komplett zu machen, werden alle Spannungswerte in verkettenen Werten angezeigt, die Ströme aber natürlich als Strangwerte :-) .

Bedingt durch den Maximalen Urichterstrom und die Maximale Umrichterspannung ergeben sich zwei Kreis. Diese beiden Kreise spannen eine gemeinsame Fläche auf, die den Umrichterarbeitsbereich beschreibt.
Die maximal mögliche Umrichterspannung richtet sich nach der Zwischenkreisspannung:


Durch die Taktung der Umrichter ergeben sich gewisse Einschränkungen. So muss ein Leistungshalbleiter eine bestimmte Zeit eingeschaltet sein. Diese Zeit ist typischerweise die Zeit, die notwendig ist, um den Halbleiter zu sättigen. Zusätzlich darf der obere Schalter und der untere Schalter nicht gleichzeitig eingeschaltet sein. Diese Verriegelungszeit ist notwendig, um die entsprechenden Schalter SICHER zu löschen, damit es auf keinen Fall zum einem Querzünder(gleichzeitiges Leiten vom oberen und unteren Schalter) kommt.Der Faktor 0.78 ist der theoretische Maximalwert, der sich bei 120Grad Vollplocktaktung ergibt. Der Faktor 0.95 ist ein Erfahrungswert, der sich aus den Verriegelungszeiten und den Mindesteinschaltzeiten ergeben.
Die Preisfrage bleibt, wie hoch darf man mit der Aussteuerung gehen? Hierzu gibts es mehrere Ansätze: Zusätzlich bleibt noch die Frage der Regelreserve: Da es sich hier IMMER um transiente und nicht um statische Arbeitspunkte handelt, kann durchaus mit einer Aussteuerung von 1 rechnen. Ansonsten hängt natürlich die Anregelzeit des Umrichterstromes von der Aussteuerreserve ab. Dies kann aber simulativ recht gut überprüft werden.

Die Grafik zeigt den Realteil (Wirkleistung) und Imaginärteil (Blindleistung) der Leistung. Nur die Fläche, die von beiden Kreisen überstrichen wird, ist der nutzbare Arbeitsbereich des Stromrichers.