Verbesserung von Halbleiterwandlern in automatisierten elektrischen Antriebssystemen

Leistungshalbleiterbauelemente und darauf basierende Wandler werden in folgenden Schwerpunktbereichen entwickelt:

• Verbesserung der Eigenschaften von Leistungshalbleiterbauelementen;

• Ausweitung des Einsatzes intelligenter Energiemodule;

• Optimierung der Schaltkreise und Parameter der Umrichter, um die notwendigen technischen Eigenschaften und wirtschaftlichen Kennzahlen der Elektroantriebe sicherzustellen;

• Verbesserung von Algorithmen zur direkten digitalen Steuerung von Wandlern.

Derzeit werden Stromrichter auf Basis von Halbleiter-Leistungselementen in Form von steuerbaren Gleichrichtern, autonomen Spannungs- und Stromwechselrichtern, Netzwechselrichtern usw. hergestellt.Frequenzumrichter mit direktem Anschluss an das Netzwerk.

Die Art der verwendeten Umrichter und Kompensationsfiltergeräte wird durch die Art des Elektromotors, die Steuerungsaufgaben, die Leistung, den erforderlichen Koordinatenregelbereich, die Notwendigkeit der Energierückspeisung in das Netz und den Einfluss der Umrichter auf das Stromnetz bestimmt.

Wandlerschaltungslösungen bleiben bei Gleichstrom- und Wechselstromantrieben traditionell. Unter Berücksichtigung der wachsenden Anforderungen an die Energieeigenschaften elektrischer Antriebe und der Notwendigkeit, deren negative Auswirkungen auf das Stromnetz zu reduzieren, werden Umrichter entwickelt, die wirtschaftliche Möglichkeiten zur Steuerung technologischer Geräte bieten.

Änderungen in den Stromkreisen von Halbleiterwandlern sind hauptsächlich mit dem Aufkommen und der weiten Verbreitung neuer Geräte verbunden – leistungsstarke Feldeffekttransistoren (MOSFET), IGBT (IGBT), Lock-in-Thyristoren (GTOs).

Derzeit lassen sich folgende Entwicklungsrichtungen statischer Umrichter unterscheiden:

• Erweiterung des Angebots an vollständig gesteuerten Halbleiterbauelementen (Transistoren – bis zu 2 MW, Thyristoren – bis zu 10 MW);

• Verteilung Methoden der Pulsweitenmodulation (PWM).

• Anwendung von Blockprinzipien beim Aufbau von Umrichtern auf Basis einheitlicher Silo-Hybridmodule auf Basis von Transistoren und Thyristoren;

• die Fähigkeit, Gleich- und Wechselstromwandler und deren Kombinationen auf einer strukturellen Basis auszuführen.

Bei elektrischen Gleichstromantrieben werden neben gesteuerten Gleichrichtern auch Systeme mit ungeregelten Gleichrichtern und Pulsweitenwandlern eingesetzt, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erreichen. In diesem Fall kann auf eine Filterkompensationseinrichtung verzichtet werden.

Gebrauchte Konverter zur Ansteuerung von Permanentmagnetmotoren enthalten einen gesteuerten Gleichrichter und einen eigenständigen Wechselrichter, der durch Signale vom Rotorpositionssensor gesteuert wird.

Frequenzregelungssysteme für Asynchronmotoren nutzen überwiegend Spannungsumrichter. In diesem Fall kann in Ermangelung einer Energierückgewinnung ein ungesteuerter Gleichrichter im Netzwerk verwendet werden, was zu der einfachsten Umrichterschaltung führt. Die Möglichkeit, vollständig steuerbare Geräte und PWM zu verwenden, macht dieses Schema in einem breiten Leistungsbereich weit verbreitet.

Umrichter mit Stromrichtern, die bis vor Kurzem als die am einfachsten und bequemsten zu steuernden Elektromotoren galten, sind derzeit im Vergleich zu anderen Umrichtertypen nur begrenzt einsetzbar.

Frequenzumrichter, die einen ungeregelten Gleichrichter und einen netzgespeisten Wechselrichter enthalten und die Basis einer Induktionsventilkaskade bilden, werden in Hochleistungsantrieben mit begrenztem Drehzahlregelbereich eingesetzt.

Eine gewisse Perspektive haben leistungsstarke Frequenzumrichter mit direktem Netzanschluss in Doppelspeisemaschinen und bei der Steuerung von langsam laufenden Asynchron- oder Synchronmotoren.

Moderne Halbleiterumrichter, die in automatisierten elektrischen Antriebssystemen eingesetzt werden, decken einen Leistungsbereich von mehreren hundert Watt bis zu mehreren zehn Megawatt ab.

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