Antriebsumrichter mit Impedanz-Zwischenkreis-Topologie und Gleichspannungsspeisung

Im Jahr 2002 wurde von F. Z. Peng mit dem sogenannten Z-Source Umrichter der erste Umrichter einer neuen Umrichterfamilie, der Umrichter mit Impedanz-Zwischenkreis-Topologie, präsentiert. Bis heute steht diese Art von Umrichter im Fokus der Forschung und entwickelt sich daher stetig fort. Aus dem Z-Source Umrichter entstand der Quasi-Z-Source Umrichter, der wiederum als Vorlage für den T-Source Umrichter diente.

Da die verschiedenen Umrichter dieser Familie topologisch bedingt jedoch gewisse Unterschiede in ihrem Betriebsverhalten aufweisen, die sich je nach Anwendungsfall vor- oder nachteilig auswirken, muss die Wahl des speziellen Umrichters von der Last abhängig gemacht werden. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit der Z-Source, Quasi-Z-Source und T-Source Umrichter für den Betrieb einer 7,5kW Asynchronmaschine untersucht und anschließend die erzielten Ergebnisse miteinander verglichen. Betrachtet werden sowohl der motorische Tiefsetzbetrieb und der generatorische Hochsetzbetrieb, der eigentliche Fokus dieser Arbeit liegt jedoch auf dem motorischen Hochsetzbetrieb.

Die analytische Analyse der einzelnen Umrichter, die anhand eines vereinfachten Umrichtermodells durchgeführt wird, dient dem Verständnis der Abläufe im Zwischenkreis. Mit Hilfe der Kirchhoffschen Gleichungen werden die verschiedenen Schaltzustände untersucht und die damit verbundenen Verläufe der Spannungen und Ströme ermittelt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Herleitung der Betriebsgleichungen genutzt, die den jeweiligen Umrichter im stationären Zustand beschreiben. Die Ergebniskontrolle erfolgt durch Simulationen mit Hilfe von Matlab/Simulink.