Active-Front-End Step-Up Converter für eine universelle, variable Gleichstromversorgung

Abstract

In dieser Diplomarbeit wurde ein Umrichter entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen, der aus dem 400V Drehstromnetz eine konstante Gleichspannung von 800V bei einer maximalen Leistung von 11,1kW zur Verfügung stellt. Die Schaltung wurde dabei als Step-Up Converter (Hochsetzsteller) konzipiert. Besondere Bedingungen waren bidirektionaler Energiefluss, sowie sinusförmiger Netzstrom. Um sinusförmige Stromaufnahme aus dem Drehstromnetz und auch einen hohen Leistungsfaktor zu erreichen, wurde das Active-Front-End Konzept eingesetzt. Es wurden dabei die Regeln für Netzrückwirkungen laut IEEE 519-1992 beachtet. Die Ankopplung an das Drehstromnetz erfolgte über ein Eingangsfilter in LCL-Struktur.<br />Dieser Umrichter wird als Eingangsteil einer universellen Gleichstromversorgung mit einer variablen Ausgangsspannung von 10 bis 800V und maximal 16A eingesetzt. Der zweite Teil dieses Gesamtaufbaus, ein Tiefsetzsteller mit 800V Eingangs- und der genannten variablen Ausgangsspannung, wurde bereits in einer anderen Diplomarbeit realisiert.<br />Die Teilbereiche dieser Arbeit waren die Auslegung und der Aufbau des Eingangsteils sowie die Zusammenführung desselben mit dem Tiefsetzsteller zu einem betriebsfähigen Gesamtsystem. Es wurde eine digitale Regelung für den Eingangsteil entworfen und auf einem Mikroprozessorsystem implementiert.<br />Der Umrichter wurde am Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe (Technische Universität Wien) aufgebaut und die Funktion durch entsprechende Messungen überprüft.<br />

Aim of this diploma thesis is to design and build a power converter for transducing power from 400V three-phase AC network to constant 800V DC with a maximum power output of 11,1kW. The system is designed as step-up converter with bidirectional energy flow and sinusoidal currents on the AC line. Sinusoidal shaped currents and a high power factor are reached by using the Active-Front-End concept. The requirements concerning harmonic current distortion have been carried out in accordance to IEEE519-1992. A LCL-Filter couples the converter to the mains.<br />The converter is used as the input part of a versatile DC power supply with adjustable output voltage from 10 to 800V and a maximum load current of 16A. Second part of this system, a buck-converter with the above mentioned adjustable output voltage, was already subject of a previous diploma thesis.<br />This thesis focuses on the design and construction of the input-converter, as well as its connection to the output-converter creating a ready to use device. Further a digital control for this step-up converter was designed and implemented on a microprocessor platform.<br />This system was built up at the Institute of Energy Systems and Electrical Drives (Vienna University of Technology). Measurements have been carried out to approve the systems performance.<br />