Konverter

En omformer , også kjent som AC-omformer og på grunnlag av det engelske ordet som AC / AC-omformer kalt, er en strømomformer , som består av en vekselstrøm i frekvensen og amplituden genererer forskjellig vekselspenning. Omformere skal ikke forveksles med transformatorer , som bare kan endre amplituden, men ikke frekvensen til spenningen.

Hvis konverteringen brukes til å forsyne en elektrisk maskin direkte, for eksempel en trefasemotor i forbindelse med elektrisk drivteknologi, og hvis frekvensen er avledet fra motorens tilstand, blir omformeren spesielt referert til som en frekvensomformer . Den inkluderer deretter tilleggsfunksjoner for motorstyring, for eksempel hastighetsmåling og kommuteringsmetoder , for å tilpasse det roterende feltet avhengig av maskinens nåværende tilstand.

Omformere og frekvensomformere er elektroniske enheter uten mekanisk bevegelige komponenter. I motsetning til dette er en omformer en kombinasjon av roterende elektriske maskiner, vanligvis en elektrisk motor og en elektrisk generator , som elektromekanisk muliggjør frekvenskonvertering.

Klassifisering

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AC / AC-omformer
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Konverter med DC-kobling
 
 
 
 
 
Hybrid Matrix Converter
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Direkte omformer (matrisekonverterer)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AC / DC-DC / AC-omformer med spenning DC-link (U-BBC)
 
AC / DC-DC / AC-omformer med gjeldende DC-link (I-BBC)
 
Hybrid Direct Matrix Converter (HDMC)
 
Hybrid indirekte matrisekonverterer (HIMC)
 
Direkte matrisekonverterer
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Indirekte Matrix Converter
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Konvensjonell matriseomformer (CMS)
 
Full Bridge Matrix Converter (åpen motorvind)
 
AC / DC-DC / AC-omformer uten DC-link kondensator
 
Indirekte Matrix Converter (IMC)
 
Sparse Matrix Converter (SMC) (VSMC) (USMC)
 
Tre-nivå matriseomformer

Det er forskjellige topologier av omformere, som vist i diagrammet motsatt som en oversikt. Det viktigste typer er de indirekte omformere som arbeidet med en mellomliggende krets som drives med likespenning og som i prinsippet utgjør en kombinasjon av likeretter og vekselretter . Det er også direkte omformere, også kjent som matriseomformere, som ikke krever DC-kobling. Hovedtopologiene er delt inn i forskjellige undergrupper for bestemte bruksområder.

Når det gjelder ytelse skilles det mellom delvis omformere og full omformere . En delvis omformer er kun designet for at glidekraften skal reguleres (opptil maksimalt 30%); en full omformer styrer full effekt fra drivmaskinen eller generatoren. Delvis omformere finnes ofte i forbindelse med dobbeltmatede asynkrone generatorervindturbiner .

De viktigste kretsprinsippene for omformere er vist nedenfor.

Indirekte omformere

Indirekte omformere med likestrøm i mellomkretsen , engelsk spenningskildeinverter (VSI), består av en trefaset likeretter (til venstre på figurene), en likestrømsspenningskrets der likspenningen på kondensatoren C som energi lagre i mellomkretsen er omtrent konstant, og en omformer på utgangssiden (på bildene til høyre). Kontrollelektronikken som kreves for å styre de elektroniske bryterne, er utelatt fra figurene for klarhets skyld.

Indirekte omformere med likestrøm i mellomkretsen, English Current Source Inverter (CSI), består av en trefaset likeretter med fasestyring , en mellomkrets med en lagringsdrossel L som energilager, gjennom hvilken konstant likestrøm strømmer når belastningen er konstant, og en omformer på utgangssiden.

De bipolare transistorer med isolert gateelektrode (IGBT) som elektroniske brytere vist i de forenklede kretsskjemaene kan også erstattes av andre elektroniske brytere som tyristorer , avhengig av applikasjonen . Ved høye spenninger på noen få 100 kV kobles bryterne i serie og kombineres til såkalte tyristortårn . Dette er vanlig for høyere utganger på opptil noen få 100 MW i likestrøm-sikkerhetskopier , som er en form for store omformere mellom to vekselspenningsnett med forskjellige nettfrekvenser .

Fordelen med den indirekte omformeren er at utgangen i stor grad kobles fra inngangen via mellomkretsen og dens energilager. Energilageret, spesielt i VSI-omformere med kondensator, har et relativt høyt volum avhengig av strømmen. Ved høyere krefter er indirekte omformere designet som CSI med en spole som energilagring. Sammenlignet med direkte omformere har indirekte omformere lavere energitetthet.

Direkte omformere

Grunnleggende krets for en direkte omformer

Direkte omformertopologier, også kjent som matriseomformere , brukes når det er krav til høy energitetthet, for eksempel med en kompakt omformerdesign . Strukturen til matriseomformerne kan ikke deles opp i individuelle moduler som likerettere eller omformere, og konverterer spenningen og frekvensen i ett trinn, en matrise.

I trefasesystemet, som vist i det forenklede kretsskjemaet til høyre, består matrisen av tre baner per fase, som gjør det mulig å koble hver utgangsfase, betegnet med store bokstaver A , B og C, til en av inngangsfasene en , b eller c . Seriekoblingen av to IGBT-er per sti er nødvendig for å kunne bytte både positive og negative halvsvingninger. På grunn av styrekretsen, som ikke er vist her for klarhets skyld, blir visse tidssegmenter av inngangsspenningene i denne omformeren byttet til utgangen på en slik måte at det endres en endret frekvens. De diskontinuerlige overgangene i området for byttetider uttrykkes i harmoniske som er dempet av ekstra harmoniske filtre .

En annen kretsvariant av en direkte omformer, som spesielt brukes som frekvensomformer for styring av større trefasemotorer, er cycloomformeren . Som en spesiell egenskap ved sykkelomformeren er utgangsfrekvensen alltid lavere enn inngangsfrekvensen hvis tyristorer brukes som koblingselementer, som kan slås på når som helst, men bare kan slås av ved nullovergang .

Blandede topologier

Sparsom matriseomformer

De indirekte matrisekonvertere eller også sparsomme matrisekonvertere representerer en hybridform mellom direkte og indirekte omformere.Disse har en mellomkrets, men uten energilagring. DVS. spenningen eller strømmen er ikke konstant over tid og endrer verdien syklisk. Fordelen er at det ikke er behov for voluminøse energilagringsenheter som svikter ved høyere utganger. Ulemper er større kompleksitet når det gjelder kretsløp og mer kompleks kontrolllogikk. I likhet med cyclo-omformerne brukes de sparsomme matriseomformerne primært innen frekvensomformere for å kontrollere elektriske motorer.

applikasjoner

I økende grad blir motoriserte "roterende" omformere erstattet av halvlederbaserte "statiske" omformere.

  • Roterende omformere, som kan gjenkjennes av det sylindriske huset og motorstøyen, var vanlig i sveisesektoren på 1960-tallet. Rundt 1980 dukket det opp sveising av "likerettere" med transformatorer, hvor jernkjernen vanligvis ble justert mekanisk ved hjelp av en sveiv som stikk ut fra toppen for å begrense sveisestrømmen. Moderne sveise "invertere" er mye lettere og mer effektive: En enhet for 150 A sveisestrøm veier rundt 4 kg og kan bæres med en skulderrem. Store enheter ble tilkoblet rundt 2010, så de kommuniserer i sitt kontrollsystem for å legge til sveisestrømmen, for eksempel for grov sveising på trikkeskinner.
  • I april 2014 ble verdens største omformersystem for trekkstrøm bygget i Datteln med en effekt på 413 megawatt . Den genererer rundt 25% av DBs trekkstrøm i Tyskland med stor effektivitet. Systemet med 4 blokker i IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) teknologi ble utviklet hos ABB Sveits i Turgi (AG).

Se også

litteratur

  • Joachim Specovius: Grunnkurs i kraftelektronikk . 4. utgave. Vieweg + Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-1307-7 .

Individuelle bevis

  1. JW Kolar, T. Friedli, F. Krismer, SD Round: The Essence of Three-Phase AC / AC Converter Systems . Proceedings of the 13.th Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEM), 1-3 september 2008, Poznań 2008, s. 27-42 .
  2. Ralf Lohde, Christian Wessel, Friedrich W. Fuchs: Kraft elektronikk generatorsystemer i vindturbiner og deres drifts atferd. (PDF; 620 kB) (Ikke lenger tilgjengelig online.) Christian-Albrechts-Universität Kiel, arkivert fra originalen 10. april 2014 ; Hentet 9. juli 2013 .
  3. I. Takahashi, Y. Itoh: elektrolytisk kondensator-Less PWM inverter . Proceedings of the IPEC'90, Tokyo, 2-6. April 1990, s. 131-138 .
  4. ^ MH Bierhoff, FW Fuchs: Pulse Width Modulation for Current Source Converters - Et detaljert konsept . Prosedyrene i det 32. IEEE IECON, 7-10 november 2006, Paris 2006.
  5. WI Popow: Den tvangspendlede direkte omformeren med sinusformet utgangsspenning . I: Elektrie . teip 28 , nr. 4 , 1974, s. 194-196 .
  6. Mahesh Swamy, Kume, Tsuneo: Present State and Futuristic Vision of Motor Drive Technology . I: powertransmission.com (red.): Power Transmission Engineering . 16. desember 2010.
  7. Verdens kraftigste omformersystem for trekkstrøm konverterer effektivt trekkstrøm for Deutsche Bahn abb-conversations.com, 29. april 2014, åpnet 26. oktober 2018.