Der Einfluss des Kommutierungsverfahrens auf die Schaltverluste des Matrixumrichters sowie die Matrixumrichter-basierte Anwendung der direkten Drehmomentregelung bei der Synchronmaschine

Auteurs

• Thomas Schulte-Umberg

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Die beim Betrieb des Matrixumrichters unumgängliche Kommutierung des Laststromes zwischen den Leistungshalbleiterschaltern lässt sich durch Mehrschritt-Kommutierungsverfahren oder mittels zusätzlicher Freilaufpfade realisieren. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wird die Frage beantwortet, ob ein Mehrschritt-Kommutierungsverfahren oder aber die Kommutierung mit schaltbarem Freilaufkreis höhere Verluste in dem im Wesentlichen aus rückwärts-sperrfähigen IGBTs (RB-IGBTs) bestehenden Leistungsteil des Frequenzumrichters verursachen. Ergänzend dazu folgt eine vergleichende Verlustleistungsanalyse unter Verwendung einer IGBT-Dioden-Kombination als Halbleiterschalter. Es zeigt sich, dass aus Gründen der Verlustminimierung die auf einer IGBT-Dioden-Kombination fußende Vierschrittkommutierung der Kommutierungsmethode mit schaltbarem Freilaufkreis und RB-IGBT-Verwendung vorzuziehen ist. Im zweiten Teil wird der Schwerpunkt darauf gelegt, wie die sogenannte Gleichtaktspannung bei Anwendung der Direkten Drehmomentregelung (DTC) beim Matrixumrichter reduziert werden kann. Hierzu erfolgt eine Einbeziehung der den rotierenden Ausgangsspannungsraumzeigern zugeordneten Schaltzustände in die neu entwickelten DTC-Schalttabellen. Messergebnisse belegen eine deutliche Minderung der Gleichtaktspannung bei gleichzeitiger Beibehaltung der vollständigen Funktionsfähigkeit der Tabellen-gestützten DTC. Zudem wird dokumentiert, wie sich mit Hilfe einer auf ausschließlich rotierenden Ausgangsspannungsraumzeigern basierenden DTC mit Raumzeigermodulation eine weitere Reduzierung der Gleichtaktspannung bis auf ein Minimum erzielen lässt. Vorteilhaft sind ebenfalls die gegenüber der konventionellen DTC-Methode erreichte verkleinerte Welligkeit der Regelgrößen und die Eingangsstromverbesserung.

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• Année de publication: 2015