Aktiver Dreiphasen-Gleichrichter unter Verwendung von zwei 3-Punkt-Brückenzweigen

Abstract

Kurzfassung Die internationale Norm IEC 61000-3-12 definiert Grenzwerte für den Oberschwingungsgehalt (Total Har-nonic Current Distortion - THDi) der Netzströ-ne von passiven Dreiphasengleichrichtern. Am häufigsten eingesetzt wird der sogenannte Sechspulsgleichrichter (B6), bestehend aus einer dreiphasigen Diodenbrücke, einer Glättungsdrossel und einer Ausgangskapazität. Durch geeignete Dimensionierung dieser Glättungsdrossel ist es möglich, das THDi unter den geforderten 48% zu halten, ein zur Realisierung von Low-Harmonic-Frequenzumrichtern gefordertes THDi < 5% (IEEE Std. 519) kann jedoch mit passiven Konzepten nicht mehr erreicht werden. Es sind daher aktive Dreiphasengleichrichter notwendig, die die Netzströme unabhängig von der Last sinusförmig und in Phase mit den Netzspannungen führen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden die folgenden Themen ausführlich behandelt: - Sechspulsgleichrichter: Berechnung, Simulation und Messung eines passiven B6-Gleichrichters, - Aktiver Dreiphasengleichrichter: Erweiterung der passiven B6 zum aktiven Gleichrichter unter Verwendung des Konzeptes der Third-Har-nonic-Injection und praktische Ausführung auf Basis der Neutral Point Clamped (NPC) Topologie. Entwicklung einer Regelungsstrategie, Auslegung und Berechnung der Strombelastungen der aktiven Komponenten, sowie Überprüfung der Ergebnisse anhand einer Simulation in GeckoCIRCUITS. - Schaltverluste des aktiven Dreiphasengleichrichters: Dimensionierung und Aufbau eines vollständigen, kurzschlussfesten Gate-Treibers mit anschließendem Doppelpuls-Test zur Bestimmung der Schaltverluste der aktiven Stufe. Darstellung der ermittelten Sehaltenergiepunkte für unterschiedliche Temperaturen als Polynom zweiten Grades (Trendlinie).

Abstract The international standard IEC 61000-3-12 defines limits for the harmonic content of the line currents three-phase rectifiers. Most commonly used is the B6-rectifier formed by a three-phase diode bridge, a DC-side-located smoothing choke and an output capacitor. By suitable dimensioning of the smoothing choke, it is possible to keep the Total-Harmonic-Distortion- (THDi) level below the required 48%. THDi-levels of < 5% (according the IEEE Std. 519) for the realization of low-harmonic input current frequency inverters, however, can not be achieved with passive concepts. For such applications active three-phase rectifiers are required, resulting in sinusoidal input currents being in phase to the mains voltage regardless of the rectifiers load condition. In this thesis, the following topics of a novel three-phase rectifier are covered in detail: - Six-pulse rectifier: Calculation, simulation and measurement of a passive B6 rectifier. - Active three-phase rectifier: Extension of the passive B6 rectifier to the active B6 rectifier using the concept of the Third Harmonic Injection and practical constructions based on the Neutral-Point-Clamped (NPC) Topology. Development of a control strategy, design and calculation of the current stresses of the active components, and verification of the results gained by a simulation with the simulator package GeckoCIRCUlTS. - Switching losses of the active three-phase rectifier: Dimensioning and construction of a complete, short-circuit-proof gate driver followed by double pulse tests to determine the switching losses. Representation of the determined switching energy points at different temperatures as a second-degree polynomial (trend line).