Dreiphasiger, netzfreundlicher Dreipunkt-Gleichrichter zur Speisung von Gleichspannungszwischenkreisen

Generelles Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung und Optimierung von aktiven, dreiphasigen Gleichrichterschaltugen zum Einsatz in Telekommunikationseinrichtungen, Großrechneranwendungen, Schweißstromquellen und elektrischen Antriebssystemen. Der Leistungsbereich wird auf etwa 3 kW bis 20 kW eingegrenzt. Für eine Vielzahl dieser Anwendungen kann auf eine Rückspeisefähigkeit verzichtet werden. Vielmehr stehen ein kompakter, leichter Aufbau, sowie Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad im Mittelpunkt des Interesses. In Kapitel 2 werden die Analysen der vielversprechendsten Konzepte vorgestellt, wobei aus Gründen der Vergleichbarkeit in der Regel nicht auf Ergebnisse der zitierten Autoren zurückgegriffen werden konnte. Für die Beurteilung werden hier zudem Kenngrößen wie Halbleiternutzungsgrad eingeführt und die Spektren der schaltfrequenten Wechselanteile detailliert gegenüber gestellt. Außerdem finden Aspekte wie Netzfilter und Bauelementeauswahl hier Berücksichtigung, die bei der Vorstellung neuer Konzepte häufig nicht angegeben werden, für einen industriellen Einsatz aber von entscheidender Bedeutung sind. Abschließend werden die diskutierten Lösungen klassifiziert und in einer Übersicht zusammengestellt. Für die favorisierte Schaltung - den Dreipunkt-Gleichrichter - werden in Kapitel 3 Modulationskonzepte untersucht und hinsichtlich der Nutzung der positiven Eigenschaften der Schaltung verglichen. Zudem werden die Implementierung vorgestellt und Messergebnisse gezeigt. In Kapitel 4 werden Aspekte der Realisierung vorgestellt, die in besonderem Zusammenhang mit der Dreipunkt-Anordnung und dem dreiphasigen System stehen. Modellbildung und Regelung unter Berücksichtigung des Netzfilters für den Dreipunkt- Gleichrichter werden in Kapitel 5 vorgestellt. Dabei werden auch Mess- und Simulationsergebnisse angegeben. Die industrielle Anwendbarkeit verlangt auch die Berücksichtigung von besonderen Betriebsbedingungen. In Kapitel 6 werden die Ergebnisse der Analyse des Betriebs an unsymmetrischen Netzen und beim Ausfall einer Phase erläutert. Außerdem wird die Besonderheit des Dreipunkt-Gleichrichters - der Betrieb beim Stromlücken unter Schwachlast - diskutiert und Maßnahmen zur Kompensation der damit verbundenen Fehler beschrieben. Die Messergebnisse wurden an einem im Rahmen der Untersuchungen aufgebauten Prototypen aufgenommen, der bei einer Leistung von 10 kW für den universellen Einsatz an allen weltweit anzutreffenden Netzen ausgelegt ist.