Gegenstand der Diplomarbeit ist die Informationselektronik zur Steuerung und Regelung einer komplexen leistungselektronischen Einrichtung. Der energetische Teil der Einrichtung ist als Prozeß zu betrachten, den die Informationselektronik steuern und regeln soll. Aus der Funktionsweise der energetischen Einrichtung und ihrem Schutz sind die Anforderungen an die Informationselektronik abzuleiten. Wechselwirkungen zwischen Informationselektronik und dem energetischen Teil sind sorgfältig zu erkunden und gegebenenfalls Anlaß zur Modifizierung des energetischen Teils.
Über das leistungselektronische System ist noch nicht endgültig entschieden. Es kann ein einphasiger Wechselrichter sein. Nach gegenwärtigem Erkenntnisstand besteht das leistungselektronische System aus einem Tiefsetzsteller und einem Hochsetzsteller. Der Tiefsetzsteller soll die Eingangsspannung U_1 verringern und die der Spannungsquelle U_1 entnommene Energie in eine Spannungsquelle U_2 einspeisen. Es gilt U_2 = ü*U_1 mit 0 <= ü <= 1. Der Hochsetzsteller soll der Spannungsquelle U_2 die Energie so entnehmen, daß sich hier eine wählbare konstante Spannung U_2 ergibt. Diese aus U_2 entnommene Energie wird der Eingangsspannungsquelle U_1 zurückgeführt. Die Kombination aus Tiefsetzsteller und Hochsetzsteller hat zum Ziel, daß in beiden Schaltungen die eingesetzten IGBT und Dioden mit Nennstrom und Nennspannung belastet werden. Durch die Rückführung der Energie soll dabei die Nennschaltleistungen der Ventile erreicht werden, ohne daß ein hoher Energieumsatz eintritt. Im quasistationären Zustand nimmt die leistungselektronische Einrichtung dann lediglich die Verlustarbeit auf. Die Steuer- und Regeleinrichtung soll diese Betriebsart der leistungselektronischen Einrichtung in allen Arbeitspunkten gewährleisten. Dies gilt auch für den Anlauf aus dem energielosen Zustand, bei dem zunächst die Spannung U_2 auf den eingestellten Sollwert aufzubauen ist.
Einstellbar sollen die Spannungen U_1, U_2 und der vom Tiefsetzsteller in die Spannungsquelle U_2 eingespeiste Strom sein. Durch die selbsttätige Regelung ist der Hochsetzsteller so zu führen, daß die Spannung U_2 = const. gilt.
Der Arbeitspunkt des Tiefsetzstellers soll frei einstellbar sein. Die Betriebsweise des Tiefsetzstellers ist alternativ eine Spannungssteuerung oder eine Zweipunkt-Stromregelung.
Der Steuereinrichtung des Tiefsetzstellers und der Regelung des Hochsetzstellers sind Schutzfunktionen zu überlagern, die eine Überlastung oder Zerstörung der Halbleiterventile und der sonstigen Schaltelemente verhindern.
Alternativ soll der Betrieb umkehrbar sein. Das bedeutet, daß der Arbeitspunkt des Hochsetzstellers frei einstellbar ist und der Tiefsetzsteller die Voraussetzungen für diese Einstellbarkeit schafft.
Gegenstand der Diplomarbeit ist folglich die Informationselektronik, sie umfaßt die Steuer- und Regeleinrichtung zur Gewährleistung der Funktionen von Tiefsetz- und Hochsetzsteller und deren Schutz und schließt die Funktionen zur automatischen Inbetriebsetzung und Außerbetriebsetzung ein.
Es ist nicht Gegenstand der Diplomarbeit, die energetischen Komponenten und Schaltungen zu dimensionieren. Aus dem Verständnis ihrer Wirkungsweise sind jedoch selbständig und umfassend die Anforderungen an die Steuer- und Regeleinrichtung abzuleiten.
Für die Realisierung der Steuer- und Regeleinrichtung sind möglichst (sofern finanziell realisierbar) handelsübliche Baugruppen zu verwenden. Auf eine robuste Ausführung und hohe Zuverlässigkeit sowie EMV-Festigkeit ist besonderer Wert zu legen.
Als Diskussionspartner für die Schnittstellen zwischen Informationselektronik und energetischem Schaltungsteil steht Herr Dr. Schreiter zur Verfügung. Von ihm werden auch der Entwurf und die Dimensionierung des Tiefsetz- und des Hochsetzstellers vorgenommen. Fragen zur Funktion dieser Schaltungsteile sind an ihn zu richten.
Wegen der hohen Spannung (2000 V) und großen Ströme (1000 A) im energetischen Teil ist eine sorgfältige, durch Erfahrung geprägte Konstruktion und Ausführung wichtig. Die Aufgaben Konstruktion, Werkstattaufträge, Beschaffung, Arbeitsschutz, Kühlung usw. werden deshalb von Herrn Kumm in Abstimmung mit Herrn Dr. Schreiter wahrgenommen.
Vor dem Aufbau des energetischen Prozesses und der Realisierung der Informationselektronik sind beide Teilsysteme simultan durch Simulation zu erproben. Diese Aufgabe wird durch Herrn Dr. Jakob ausgeführt.
Die Diplomaufgabe gemäß Thema wird von Herrn Dr. Seyfarth betreut. Angestrebt wird eine moderne Lösung, z. B. durch den Einsatz eines Signalprozessors zur Steuerung und Regelung. Dies soll eine hohe Flexibilität durch nachträgliche Modifikation der Software gestatten. Wenn nötig, sind hierzu die Erfahrungen am Lehrstuhl Antriebstechnik bei Herrn Prof. Hofmann zu nutzen.
An den Halbleiterventilen im energetischen Teil sollen Messungen durchgeführt werden. Diese sind als Prüflinge auswechselbar anzuordnen. Für die Auswahl der Meßtechnik und das Einfügen geeigneter Spannungsteiler und breitbandiger Meßwiderstände zeichnet Herr Dr. Schreiter verantwortlich.
Die Treiberschaltungen für die Prüflinge sind so zu gestalten, daß die Ansteuerparameter in weitem Bereich einstellbar sind. Dies soll die Möglichkeit eröffnen, den Einfluß der Treibersignale auf die Schalteigenschaften und statischen Eigenschaften der Halbleiterventile zu untersuchen.
Da die Halbleiterventile mit einem internen Schutz bei etwa dem zweifachen Nennstrom ausgerüstet sind, sollte die Versuchseinrichtung die Funktion und Wirksamkeit dieser Schutzmaßnahme zu untersuchen gestatten.
Die Regeleinrichtung und die Spannungsquelle U_1 sind so zu konzipieren, daß während des Anlaufs der Schaltung bis zum Erreichen der eingestellten Nennwerte die Leistungsaufnahme aus dem Netz etwa 10 kW nicht übersteigt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:swb:ch1-200500814 |
| Date | 06 July 2005 |
| Creators | Wolfram, Heiko |
| Contributors | TU Chemnitz, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Prof. Manfred Kronberg, Dr. Klaus Seyfarth |
| Publisher | Universitätsbibliothek Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:masterThesis |
| Format | text/html, application/zip, text/plain, application/pdf, application/x-gzip, application/zip, application/zip, text/plain, application/zip |
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