Umsetzung des Parallelbetriebs von zwei Drehstrombrückenschaltungen zur Erhöhung der Ausgangsleistung und der Ausgangsspannungsstufen

  • Motivation

    Leistungselektronische Systeme werden üblicherweise für einen spezifischen Anwendungsfall ausgelegt. Wenn ein System jedoch für eine größere Bandbreite von Anwendungen oder Leistungsanforderungen eingesetzt werden soll, muss es für die höchste denkbare Anforderung bemessen sein. Ein solcher Einsatz ist beispielsweise im Prüfstandsbetrieb (z.B. Maschinenprüfstand) gegeben. Die genauen Anforderungen an die Leistungselektronik ergeben sich aus den Spezifikationen des Prüflings. Eine Auslegung des leistungselektronischen Systems für die höchste erwartete Leistung hat zur Folge, dass einerseits zu einem Großteil der Zeit ungenutzte Kapazität verbleibt. Andererseits kann es Nachteile bei kleineren Leistungen geben, da die genutzte Stromsensorik einen unnötig hohen Messbereich und damit eine geringere Genauigkeit hat.
    Eine Lösung ist die Nutzung von modularen, parallel betriebenen Stromrichtern. Hierbei kann eine harte Parallelschaltung erfolgen, was eine sehr präzise und synchronisierte Halbleiteransteuerung erfordert, um Kurzschlüsse des Zwischenkreises zu verhindern. Die zweite Möglichkeit besteht in einer Entkopplung der Stromrichter durch eine Induktivität. Diese Lösung reduziert den Anspruch an die Ansteuerung und hat einen weiteren Vorteil: Durch die Entkopplung der Stromrichter ergibt sich ein induktiver Spannungsteiler, der genutzt werden kann, um die Anzahl der möglichen Spannungsstufen an der Last zu erhöhen und somit ein Multilevel-Verhalten nachzuahmen. Eine Herausforderung besteht darin, die zur Last hin wirksame Induktivität möglichst nicht zu verändern.

    Aufgabenstellung

    • Design und Inbetriebnahme einer Gate Unit für die Halbleitermodule eines geplanten Stromrichteraufbaus mit dem Ziel einer eventuell später erfolgenden harten Parallelisierung.
    • Auslegung und Fertigung einer flusskompensierten Drossel für die ausgansseitige Entkopplung von Halbbrücken. Der Fokus liegt auf einem möglichst geringen Materialeinsatz und einer möglichst geringen Streuinduktivität.
    • Regelungstechnische Implementierung, Erprobung und Validierung des Parallelbetriebs mit zwei vorgegebenen Stromrichtern und der entwickelten Entkopplungsdrossel