Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Zwischenkreis für Umrichter


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von lazur2006 (Gast)


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Hallo Zusammen,

ich weiß grade nicht so richtig wie ich was auslegen soll. (Die Arbeit 
ist für eine Studienarbeit).
Vorgabe wären 2 Motoren (Lastmaschine & ASM) sollen von zwei FU 
gefüttert werden. Dabei haben beide FU's keinen eigenen Zwischenkreis.
Jetzt wollte ich das ganze, in Anbetracht der Lage das es kleine 
Leistungen sind, also ASM 120W und die Bremsmaschine auch um die 200W, 
beide FU's aus einem Zwischenkreis speisen. Dabei taucht die erste Frage 
auf.

- Muss zwischen Netzspannung (also die haushaltsüblichen 230V L/N) und 
Zwischenkreis ein Trenntrafo, oder darf der Gleichrichter direkt ans 
Netz? Und wenn ja, warum?

- Problem 2: Zwischenkreiskondensator -- habe einen ELKO mit 560uF / 
400V ausgewählt (aufgrund niedriger Brummspannung). Jetzt kommt aber das 
leidige Thema vom Einschaltstrom. Wenn ich den mit einem NTC oder PTC 
begrenze, worauf muss ich auf jeden Fall bei der Auslegung achten?

- Problem 3: Bremschopper -- Wollte im Sinne der Zwischenkreisspannung 
eine Überwachung realisieren (wenn Lastmaschine ASM bremst und die ASM 
in dem Zwischenkreis die Spannung steigen lässt). Jetzt find ich aber 
keine gescheiten Allzwecklösungen. Es wird ja wahrscheinlich nicht eine 
enorme Leistung sein die da verbraten werden muss. Allerdings habe ich 
da keinerlei Erfahrungen und hätte mir jetzt gedacht wenn ich die über 
einen Hallsensor und Arduino messe, könnte ich einen Mosfet oder IGBT in 
der Schaltung haben der mir den Bremswiderstand reinschaltet. Würde das 
machbar sein, oder steigt die Spannung beim z.B. Abbremsen so schnell an 
das der Arduino von seiner Rechenleistung nicht für geeignet ist?


Vielen Vielen Dank schon mal.

Beste Grüße!

von Bernd (Gast)


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Hallo,

die Zwischenkreisspannung bei FUs ist nicht vom Netz getrennt. Die 
Netzspannung wird "nur" gleichgerichtet und gepuffert.

Die Umrichter die ich kenne haben einen Netzanschluss und zusätzlich 
Zugang zum zwischenkreis. Has Du die die Datenblätter zu den Geräten 
angeschaut?

Das Gleiche gilt für den Bremswiderstand. Die Geräte habe eigendlich 
einen Anschluss dafür.

Bei einem mechanisch und elektrisch gekoppeltem System bekommst Du nur 
Energie zurück wenn du beide Maschienen gleichzeitig bremst.

Gruß Bernd

von mpl1337 (Gast)


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Bei einem mir bekannten Aufzug wird mit 2 schützen zwischen fu und 
bremschopper hin und her geschaltet :D

von Stephan I. (steph77)


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zu Punkt 2 :

Oft werden Zwischenkreise über Vorladewiderstände geladen. Und erst beim 
erreichen von einer bestimmten Spannung der Gleichrichter zugeschaltet.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Typisch Student. Keine Ahnung von dem was er da vor hat und für den 
kleinsten Scheiß braucht er 'nen Arduino. Was lernt ihr eigentlich in 
den Vorlesungen? Überhaupt noch was oder wird da nur noch ausgepennt?

Für Testzwecke in Deinem Leistungsbereich kannst Du den Gleichriechter 
einfach so an's Netz anschließen. Für echte Geräte müßte man eine PFC 
verwenden (darf möglicherweise in Industrienetzen weggelassen werden, 
weiß ich nicht), aber das ist ein anderes Thema. Trenntrafo ist nur 
erforderlich wenn Du eine galvanische Trennung vom Stromnetz brauchst, 
die Erdung auftrennen möchtest oder definiert wissen mußt wo beim 
Einstecken des Steckers die Phase liegt. Sowas geht mit einem 
Trenntrafo, der schützt aber nicht davor, daß Dich die 340Vdc an Deinem 
Kondensator beim Anfassen töten können.

Den Kondensator kannst Du direkt über einen NTC aufladen. Widerstand ist 
zwecklos. Macht fast jedes normale PC-Netzteil so, mit einer ähnlich 
großen Kapazität.

Den Einschaltstrom mit einem PTC zu begrenzen dürfte sehr spannend 
werden, dafür müßte man Dich eigentlich sofort aus dem ET-Studiengang 
exmatrikulieren. Wenn Du noch nicht mal zwischen NTC und PTC sicher 
bist, solltest Du lieber keine Antriebstechnik entwickeln.

Die Spannung im Zwischenkreis sollte nicht ansteigen wenn eine Maschine 
antreibt und die andere bremst, da die antreibende Maschine aufgrund der 
Verlustleistungen immer mehr Leistung aufnimmt als die bremsende 
Maschine zurückspeist. Der Gleichrichter muß dadurch immer die 
Verlustleistung aus dem Netz ergänzen. Probleme kann es nur beim 
tatsächlichen Abbremsen der drehenden Teile geben, also wenn eine 
Maschine bremst ohne daß die andere antreibt. Normalerweise haben die 
FUs dagegen einen Schutz und schalten ab wenn die Zwischenkreisspannung 
zu weit ansteigt. Da müßtest Du schauen, ob Deine das auch haben. Falls 
ja und kein elektrisches Abbremsen zum Stillstand gebraucht wird, kannst 
Du Dir den Bremsshunt sparen.

Falls Du wirklich einen Bremsshunt brauchst, würde ich den mit 
Widerständen aufbauen, die bei 350..400V so um die 500W aufnehmen. Dafür 
eignen sich als Bastellösung z.B. Heizstäbe oder Platten aus einem 
Elektroherd, 2x 1,5kW in Reihe oder so. Glühlampen würde ich nicht 
nehmen, die haben einen sehr geringen Innenwidestand wenn sie kalt sind, 
das erzeugt beim Einschalten unschöne Stromspitzen, mit denen sich der 
schaltende Transistor rumplagen müßte.

Die Steuerung dieses Shunts würde ich mit einem Spannungsteiler und 
Schmitt-Trigger machen. Sagen wir bei 380V über einen dicken 
Transistor/FET einschalten, und bei 370V wieder aus (also etwa 10V 
Hysterese). Dadurch ergibt sich dann sowas wie eine PWM-Regelung, die 
tatsächlich nur das verheizt was weg muß ohne daß man sich weiter darum 
zu kümmern braucht. Die Leistungsaufnahme dieses Shunts muß über der 
maximalen Bremsleistung liegen, sonst steigt die Spannung trotz 
Bremsshunt weiter an.

von FU oder was? (Gast)


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Stephan I. schrieb:
> Und erst beim erreichen einer bestimmten Spannung

...wird der Gleichrichter direkt ans Netz geschaltet -

scheinst Du gemeint zu haben. Also gegen den (C-) Auflade-Pulsstrom.

Nochmal auf Anfang, bitte:

lazur2006 schrieb:
> Dabei haben beide FU's keinen eigenen Zwischenkreis.

Nur mal nebenbei (zum Großteil), kurz zusammengefaßt:

Normalerweise hat jeder Umrichter einen, und zwar eigenen
"Spannungs-Zwischenkreis", mit einem Kondensator (oft ein ELKO,
manchmal aber auch sogenannte "DC-Link"-Folien oder -Keramik-Cs).

Einige Umrichter sehr großer Leistung haben einen Strom-ZK, mit einer
Drossel statt eines ELKOs. (Auch "Current-Fed", "Stromspeisung", 
genannt.

Und es gibt sogar welche mit Drossel PLUS Kondensator. Hier aber
die Drossel entweder vor den GR, oder gleich nach diesem, platziert.
Da der C direkt vor der Brücke liegt, handelt es sich also trotzdem
um einen Spannungs-Zwischenkreis.

[Die Drossel ist hier ein Strom-Filter, also gegen Oberschwingungen
(übrigens unterschiedlich wirkend, ob nun vor oder nach dem GR).
Wirkt aber evtl. auch als Einschaltstrombegrenzung - je nach 
Dimensionierung.]

lazur2006 schrieb:
> Jetzt wollte ich das ganze, in Anbetracht der Lage das es kleine
> Leistungen sind, also ASM 120W und die Bremsmaschine auch um die 200W,
> beide FU's aus einem Zwischenkreis speisen.

Also zuallererst wäre bei einphasiger Speisung natürlich ein weit 
größerer
Siebkondensator nötig - das darf man auf keinen Fall vergessen.

Dann ist "1 ZK für 2 FUs" nicht der "Standardfall" - durchaus Begründet.

Ich bin noch nicht ganz dabei, in welcher Beziehung die beiden Maschine 
stehen. Sollen die denn exakt synchron betrieben werden? Also wenn ASM1
kippt, und beginnt, auf Nenndrehzahl zu beschleunigen, soll das auch 
ASM2
machen? Und wenn 1 gebremst wird, auch 2? Alles exakt gleichzeitig?

Wenn nämlich nicht (und das vermute ich stark), gibt es da mehreres,
was dagegenspricht. Harmlose(re)s, und auch "Entscheidendes"...!

Entscheidend wäre z.B., daß man bei einem_ ZK nur _einen Bremschopper
"haben kann" - also beide zwingend gleichzeitig gebremst werden müßten.

---> Also bei "asynchronem" Betrieb der beiden ASM, was wohl der
Standardfall wäre, bräuchte man 2 Zwischenkreise, und 2 
Bremschopper.

lazur2006 schrieb:
> Muss zwischen Netzspannung (also die haushaltsüblichen 230V L/N)

Sind Deine ASM denn dafür überhaupt ausgelegt? Nicht, daß Du da 
(freilich
"hypothetische") ASM hast, die eigentlich für 400V~ Stern- und folglich
693V~ in Dreiecks-Schaltung ausgelegt wären... (obwohl ich das nicht 
denke,
schon gar nicht bei der Leistung).

> und Zwischenkreis ein Trenntrafo,

Erst: Wohl Zwischenkreis- E    ... Des weiteren: Ein "Trenntrafo" 
nicht.

a.) Hättest Du gerade genannte 400V~ - ASM, ist das Mittel der Wahl ein
sogenannter "Steuertrafo". Mit diesem könnte man die 230V~ auf 400V~ 
hoch transformieren.

Übrigens kann man das auch, falls für die Versorgung ein RCD mit 
niedrigem Ansprechstrom verbaut ist - der FU / die FUs ha-t/-ben für 
gewöhnlich auch einen Netzfilter, und der macht [aber meist nur in hoher 
Leistungsklasse] durchaus mal Probleme mit genannten RCDs.

b.) Oder aber - dafür müßte(n) der FU (die FUs) "extra" ausgelegt sein - 
via Spannungsverdoppler. Aber Vorsicht: Nicht, daß der Bremschopper (ZK 
mit 640VDC (!)) falsch anspricht - man kann also nicht die selbe 
Schaltung unmodifiziert sowohl für Trafo/400V~ als auch 230V~/Delon 
(>=640VDC) verwenden!

c.) Dritte Möglichkeit wäre eine PFC, um den ZK von gut 320VDC auf die 
benötigte ZK-Spannung anzuheben - allerdings denke ich, daß Du deren 
"Notwendigkeit" (EMV-Vorschriften am "hypothetischen" Einsatzort, 
außerdem
natürlich auch, ob ein "privates Einzelstück", oder Serienproduktion...) 
abklären solltest, denn vielleicht BRAUCHST Du sie sowieso.

d.) Obwohl freilich eine "fette" Drossel davor zusätzlich zu einem 
Netzfilter (ohne diesen aber kann ein FU nicht wirklich eingesetzt 
werden...) AUCH schon einen guten Power Factor bringen könnte. Wenn / wo 
/ was halt.

Ansonsten, wenn keines der in a.) genannten Probleme vorliegt, ist also 
zuallermindest genannter Netzfilter erforderlich, habe noch nie einen FU 
OHNE sowas gesehen.

------------------------------------------------------------------------ 
----

Lies also mal durch, und kläre (oder SAG UNS) die Randbedingungen.

von hinz (Gast)


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Ben B. schrieb:
> Typisch Student.

Davon hast du doch gar keine Ahnung.

von FU oder was? (Gast)


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Bens Post übersehen.

Ja, bei den Pipifax-Leistungen kann man definitiv auch einen NTC
zur Einschaltstrombegrenzung nehmen, falls eine NF-Drossel nicht
(oder keine dazu ausreichende) mit verbaut wird.

Eventuell landete der eh in der PFC... man weiß ja noch nix.

von lazur2006 (Gast)


Angehängte Dateien:

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Guten Morgen Zusammen,

danke für eure vielen Antworten!

jap, ich sag mal so.. Leistungselektronik 3 ganze Tage (und damit war 
der Kurs abgeschlossen) und Antriebstechnik geht grad erst los (also 
auch eher
keine Referenz) ;) - (Mechatronik 5. Sem)

- So ganz verstehe ich noch nicht, wieso ich die beiden Umrichter nicht 
von einem Zwischenkreis aus speisen soll. Was würde denn dagegen 
sprechen?

Hier als kleine Unterstützung vielleicht noch ein paar Details:

- Die Wechselrichter sind von Texas Instruments. Grund dafür war - 
lassen sich über deren Mikrocontroller mit Simulink programmieren und 
auswerten in "Echtzeit" (Drehmoment, Drehzahl, Ströme etc.)
 --> http://www.ti.com/tool/TMDXIDDK379D#2
Ein Bild welches den Schaltplan dessen Gleichrichter bzw. Zwischenkreis 
abbildet ist angehängt.

- Das fertige FU-Board von Texas hat ja bereits einen Gleichrichter und 
Kondensator etc. und ebenfalls einen Ausgang an dem die DC-Spannung 
abgegriffen werden kann. Aber von der Idee her, beide FU's in einen 
Zwischenkreis zu hängen, denke ich mal wird einer der Zwischenkreise ja 
nicht für den Betrieb von zwei Fu's bzw. Motoren ausgelegt worden sein.

-Daher einen eigenen Zwischenkreis der eine höhere Leistung für gleich 
beide Motoren bereitstellt. (so war halt auch die Idee von meinem Prof. 
& von daher habe ich mich daran auch so ein wenig orientiert muss ich 
sagen.. Deshalb würde ich schon gerne wissen, was dagegen spricht :) )

- Nun zu den Maschinen.
ASM (als MUT): 380V Dreieck (0,44A) // 660V Dreieck (0,25A) - 120W 
Maschine
cos phi = 0,75 - Siemens 1LA5060-4AB70-Z

SM (als Lastmaschine): B&R Drehstrom-Synchronmotor 8MSA3: 400V - nur 
Pmech (190W) bekannt und kein cosPhi - Daher mit Nenndaten (Nennstrom 
0,64A)

-- Beide Maschinen sind mechanisch über ein Flex-Kupplung verbunden 
(irgend so ein Hartgummi Faserschlauch)

-- Testszenario wäre:
-- (1)SM spannungsfrei; ASM wird mechanisch blockiert; FU der ASM stellt 
Spannung so hoch ein, dass Nennstrom
   fließt (Kurzschlussmessung)

-- (2)SM spannungsfrei; ASM wird Drehfeld vorgegeben (Winkel wird 
geschoben, keine Regelung!) z.B. 50Hz; wenn stationäre Drehzahl erreicht 
(Leerlaufdrehzahl - abgesehen von zusätzlicher Last durch angekuppelte 
SM)

--(1) & (2) - Spannungen und Ströme werden als Ergebnis geplottet - 
daran sollen die Studenten dann die ESB Teile bestimmen

-- (3) Dynamischer Hochlauf; ASM bekommt Drehfeldvorgabe (z.B wieder die 
50Hz); SM wird auf Drehmoment geregelt z.B. 0,1 Nm; Während des 
Hochlaufs der ASM, konstante Belastung durch SM; Ströme etc werden 
aufgezeichnet

-- Das ganze dann später mit Reglung als Erweiterung; in Simulink soll 
dann immmer der Abgleich zwischen Modell und real erfolgen.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Hm, 3 Tage Leistungselektronik und schon läßt man euch an 230V~ bzw. 
350Vdc Zwischenkreisen herumspielen? Das gibt eine steile Lernkurve 
würde ich sagen. Und bald mehr Gerichte vom Grill in der Mensa.

Du kannst beide FUs problemlos aus einem Gleichstrom-Zwischenkreis 
speisen.

Du mußt diesen nur so auslegen, daß er die Leistung verträgt. Von dem 
für ein Gerät ausgelegten Entwurf, der in den Geräten verbaut ist, kann 
man das natürlich nicht erwarten. Das muß man dann schon extern aufbauen 
und die beiden FUs über den Gleichspannungseingang versorgen.

> 380V Dreieck (0,44A) // 660V Dreieck (0,25A)
Solche Schusslichkeitsfehler kosten Dich am Ende die Punkte.

Einen Synchronmotor als Bremse zu benutzen kann problematisch sein. Der 
FU muß solche Motoren können. Wenn er nur Asynchronmotoren kann, wird 
das nicht funktionieren.

Das Drehmoment beim Anlauf einer Asynchronmaschine ist auch nicht 
linear.

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