DE102007007287A1 - Dreiphasiges Leistungselektronikgerät - Google Patents

Dreiphasiges Leistungselektronikgerät Download PDF

Info

Publication number
DE102007007287A1
DE102007007287A1 DE102007007287A DE102007007287A DE102007007287A1 DE 102007007287 A1 DE102007007287 A1 DE 102007007287A1 DE 102007007287 A DE102007007287 A DE 102007007287A DE 102007007287 A DE102007007287 A DE 102007007287A DE 102007007287 A1 DE102007007287 A1 DE 102007007287A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
frequency
power
operating frequency
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007007287A
Other languages
English (en)
Inventor
Dejan Schreiber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Original Assignee
Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semikron GmbH and Co KG, Semikron Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Semikron GmbH and Co KG
Priority to DE102007007287A priority Critical patent/DE102007007287A1/de
Publication of DE102007007287A1 publication Critical patent/DE102007007287A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006—Power supply
    • B23K9/1043—Power supply characterised by the electric circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006—Power supply
    • B23K9/1043—Power supply characterised by the electric circuit
    • B23K9/105—Power supply characterised by the electric circuit by using discharge tubes or mechanical contactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1081—Arc welding by means of accumulated energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

bekannter Induktivität L<SUB>2</SUB> und Netzfrequenz f<SUB>n</SUB> anschließbares Leistungselektronikgerät mit einem Leistungsausgang, an dem ein Verbraucher anschließbar ist, mit einem Gleichrichter mit drei Netzeingängen und zwei Gleichspannungsausgängen, mit drei an je einem Netzeingang angeschlossenen, mit dem Spannungsnetz verbindbaren Drosseln, wobei die Drosseln so gewählt sind, dass deren Induktivität L<SUB>1</SUB> zusammen mit der Induktivität L<SUB>2</SUB> eine vorgebbare Gesamtinduktivität L ergibt, mit einem, mit seinen Gleichspannungseingängen an den Gleichspannungsausgängen angeschlossenen, eine Soll-Arbeitsfrequenz f<SUB>as</SUB> und den Leistungsausgang aufweisenden Wechselrichter, mit einem zwischen den Gleichspannungsausgängen angeschlossenen Kondensator, dessen Kapazität C so gewählt ist, dass sie zusammen mit der Gesamtinduktivität L eine Resonanzfrequenz f<SUB>0</SUB> aufweist, die zumindest annähernd gleich der Soll-Arbeitsfrequenz f<SUB>as</SUB> ist, wobei für den Wechselrichter eine tatsächliche Arbeitsfrequenz f<SUB>ar</SUB> als ganzzahliges Vielfaches N der Netzfrequenz f<SUB>n</SUB> so gewählt ist, dass die tatsächliche Arbeitsfrequenz f<SUB>ar</SUB> zumindest annähernd gleich der Soll-Arbeitsfrequenz f<SUB>as</SUB> ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein dreiphasiges, an einem dreiphasigen Spannungsnetz anschließbares Leistungselektronikgerät, wobei das Spannungsnetz eine bekannte Induktivität L2 und Netzfrequenz fn aufweist mit einem Leistungsausgang, an dem ein Verbraucher, z. B. ein Schweißgerät anschließbar ist. Derartige Leistungselektronikgeräte weisen einen netzseitigen Gleichrichter, einen ausgangsseitigen Wechselrichter und einen zwischengeschalteten Zwischenkreiskondensator auf.
  • Der Zwischenkreiskondensator ermöglicht die Funktionalität des spannungseingeprägten Wechselrichters, da die Zwischenkreiskondensatoren eine Spannungsquelle für den Wechselrichter, also Gleichstrom-/Wechselstromwandler bilden. Die Spannungsquelle, also der Zwischenkreiskondensator, ist in der Regel als Kondensatorbank ausgeführt, welche von der Netzseite über den Gleichrichter geladen und von der Ausgangsseite entladen wird. Der Wechselrichter benötigt hierbei auch Blindleistung, die periodisch zum Verbraucher, also der Last übergeben und von dieser übernommen wird und zurück zum Zwischenkreis geführt wird. Der Zwischenkreiskondensator wird also ständig geladen und entladen.
  • Um bei einem Kondensator eine bestimmte Lebensdauer zu erreichen, müssen die Lade- bzw. Entladeströme, also die Kondensatorwechselströme pro Kondensatorgröße begrenzt werden. Die Ausführung als Kondensatorbank stellt hier eine Lösung dar, da mehrere Kondensatoren parallel geschaltet sind und sich hier durch der Zwischenkreiswechselstrom auf mehrere Kondensatorwechselströme verteilt. Eine Folge ist, dass wegen der Lebensdauerbedingung des Zwischenkreiskondensators die Kapazitätswerte relativ groß sind. Im Falle von elektrolytischen Kondensatoren werden z. B. ca. 4 mF pro 10 kVA Ausgangsleistung benötigt
  • Derartige Zwischenkreiskondensatoren müssen zuerst vorgeladen werden, um diese dann am Netz anzuschließen. Wäre der Kondensator nicht vorgeladen, entstehen Ladeströme in der Größenordnung von Kurzschlussströmen, was nicht zulässig ist.
  • Im Betrieb, wenn also der Zwischenkreiskondensator am Netz angeschlossen ist, sind die Netzströme pulsförmig mit hohen, nicht erlaubten Klirrfaktoren (total harmonic distortion – THD). Die Netzrückwirkungen des Leistungselektronikgerätes sind damit zu hoch und nicht erlaubt. Dabei ist auch der netzeffektive Stromwert weit höher als wenn die Ströme sinusförmig wären, der Crestfaktor ist also höher.
  • Zur Problemlösung existieren mehrere Möglichkeiten. Z. B. ist bekannt, zusätzliche Induktivitäten an der Netzseite einzusetzen oder weitere Kondensatoren im Zwischenkreis zu platzieren. Beide Lösungen verursachen zusätzliche Kosten, Platzbedarf und Volumen im Gerät. Gemäß DIN-Norm müssen die zusätzlich notwendigen Induktivitäten auf der Netzseite so gewählt sein, dass deren Kurzschlussspannung maximal 4% der Netzspannung beträgt, weshalb sehr große Drosseln notwendig sind. Ein sehr großer Kondensator begrenzt zum einen die Gerätelebensdauer und birgt eine Explosionsgefahr für das Gerät. Durch die Explosion und die im Kondensator gespeicherte Energie wird im Störungsfall in der Regel das Leistungselektronikgerät und die Halbleiterbauteile komplett zerstört.
  • In einem heute bekannten Leistungselektronikgerät werden z. B. elektrolyrische Zwischenkreiskondensatoren mit einer Kapazität von 40 mF pro 100 kVA Ausgangsleistung benötigt. Ein einzelner Kondensator besitzt hierbei eine Kapazität von 500 μF bei 450 V Maximalspannung und 1 A Maximalwechselstrom. Der Zwischenkreiswechselstrom beträgt 160 A. Jeweils zwei Kondensatoren sind in Reihe geschaltet zu einer Kapazität von 250 μF. Hiervon sind 160 Reihenschaltungen, also insgesamt 320 Kondensatoren benötigt.
  • Ziel bei der Entwicklung von Leistungselektronikgeräten ist es eine verbesserte Netzrückwirkung zu erzielen, also einen kleineren Klirrfaktor zu erreichen, um nahezu sinusförmige Netzströme aus dem Spannungsnetz zu ziehen. Außerdem wird eine Kostenreduktion und eine Volumen- und Gewichtsersparnis angestrebt. Die oben genannte Vorladung der Kondensatoren vor Einschalten des Geräts erfordert eine Vorladeschaltung, welche möglichst zu vermeiden ist. Im Störungsfall soll möglichst wenig gespeicherte Energie vorhanden sind, um die Explosionsgefahr zu vermindern.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Leistungselektronikgerät anzugeben.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, weniger Kondensatoren im Zwischenkreis vorzusehen. Kondensatoren mit kleineren Kapazitäten sollen hierbei für höhere Wechselströme geeignet sein. Derartige Kondensatoren sind z. B. Folienkondensatoren bzw. Polypropylenkondensatoren.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein dreiphasiges Leistungselektronikgerät, mit einem Leistungsausgang, an dem ein Verbraucher anschließbar ist, und das an ein dreiphasiges Spannungsnetz bekannter Induktivität L2 und Netzfrequenz fn anschließbar ist. Das Leistungselektronikgerät enthält einen Gleichrichter mit drei Netzeingängen und zwei Gleichspannungsausgängen. An jedem der Netzeingänge ist mit ihrem einen Ende eine Drossel angeschlossen, welche mit ihrem jeweiligen anderen Ende am Spannungsnetz anschließbar ist. Die Drosseln sind so gewählt, dass deren eigene Induktivität L1 zusammen mit der Induktivität L2 des Spannungsnetzes eine vorgebbaren, d. h. gewünschte Gesamtinduktivität L ergibt. An den Gleichspannungsausgängen des Gleichrichters ist ein Wechselrichter mit seinen Gleichspannungseingängen angeschlossen. Der Wechselrichter weist eine Soll-Arbeitsfrequenz fas auf, mit welcher er wunschgemäß zu betreiben ist. Zwischen den Gleichspannungsausgängen des Gleichrichters und damit den Gleichspannungseingängen des Wechselrichters ist ein Kondensator angeschlossen, dessen Kapazität C so gewählt ist, dass sie zusammen mit der Gesamtinduktivität L eine Resonanzfrequenz f0 aufweist, d. h. einen entsprechenden Schwingkreis bildet, wobei die Kapazität C hierbei so gewählt ist, dass die Resonanzfrequenz f0 zumindest annähernd gleich der Soll-Arbeitsfrequenz fas ist. Eventuell abweichend von der Soll-Arbeitsfrequenz ist nun allerdings für den Wechselrichter erfindungsgemäß eine tatsächliche Arbeitsfrequenz far gewählt, die ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz fn des Spannungsnetzes darstellt. Es gilt also far = N·fn = fas. Die tatsächliche Arbeitsfrequenz far bzw. das ganzzahliges Vielfache N ist hierbei also so gewählt, dass zumindest annähernd die tatsächliche Arbeitsfrequenz far gleich der Sollarbeitsfrequenz fas ist.
  • Erfindungsgemäß werden also im Leistungselektronikgerät wesentlich kleinere Zwischenkreiskondensatoren als bisher verwendet, welche jedoch bezüglich ihrer Kapazität genau bestimmt sind bzw. genau in die restlichen Größen des Leistungselektronikgerätes, insbesondere die tatsächliche Arbeitsfrequenz far eingepasst sind. Die tatsächliche Arbeitsfrequenz, also die Wahl des ganzzahligen Vielfachen N berücksichtigt hierbei nicht nur z. B. die theoretischen Dimensionierungswerte (fas beim Entwurf eines entsprechenden Leistungselektronikgerätes, sondern die tatsächlich später bei der Produktion verwendeten Werte der Kapazitäten C bzw. sich daraus ergebenden Resonanzfrequenzen f0.
  • Je höher die Sollarbeitsfrequenz fas und damit die tatsächliche Arbeitsfrequenz far im Leistungselektronikgerät ist, desto einfacher ist es, einen kleineren Kondensator vorzusehen.
  • Bei Arbeitsfrequenzen im Bereich 1 kHz bis 10 kHz und einer Netzfrequenz von üblicherweise 50 Hz bestehen hierbei mehrere Wahlmöglichkeiten für das Vielfache N, um die ungefähre Gleichheit von Arbeitsfrequenz far und Sollarbeitsfrequenz fas zu erreichen. N ist also hierbei in bestimmten Bereichen wählbar z. B. ±3 bis 5 um immer noch die Bedingungen zu erfüllen, dass far und fas zumindest annähernd gleich sind.
  • Das Vielfache N kann allerdings auch so gewählt sein, dass der Abstand zwischen tatsächlicher Arbeitsfrequenz far und Soll-Arbeitsfrequenz fas minimal ist. Das Vielfache N ist dann eindeutig festgelegt.
  • Auch im Betrieb des Leistungsgerätes können sich Kapazitäten oder sonstige Größe ändern. Die tatsächliche Arbeitsfre quenz far, d. h. das Vielfache N, kann dann auch während des Betriebs des Leistungselektronikgerätes in Schritten der Netzfrequenz fn veränderbar sein. Der Wert des Vielfachen N wird also in ganzzahligen Schritten während des Betriebs verändert, um jeweils eine optimale Anpassung der tatsächlichen Arbeitsfrequenz far an die Soll-Arbeitsfrequenz fas und damit die Resonanzfrequenz f0 zu erreichen. So ist neben der Produktionsstreuung von Bauteilen bei der Herstellung des Leistungselektronikgerätes auch der Veränderung von Bauteilen, z. B. auch bei deren Austausch oder durch Alterung, Rechnung getragen.
  • Die Drossel kann so gewählt sein, dass die im Betrieb an der Drossel abfallende Spannung höchstens ein Prozent der Phasenspannung des Spannungsnetzes beträgt. Die im Leistungselektronikgerät umgesetzte Scheinleistung entspricht dann nur einem Prozent der Ausgangsleistung des Gerätes und liegt damit deutlich unterhalb der z. B. in Deutschland (DIN) geforderten vier Prozent.
  • Der Zwischenkreiskondensator weist im Betrieb eine maximale Nennbetriebsspannung UB und der Gleichrichter einen maximalen Nennbetriebsstrom IB auf. Der Kondensator kann dann so gewählt sein, dass dessen zulässige Höchstspannung Umax zur Speicherung der beim Nennbetriebsstrom IB in der Drossel gespeicherten Energie ausreicht. Der Zwischenkreiskondensator kann dann die in den Netzinduktivitäten gespeicherte Energie übernehmen ohne dass unzulässig hohe Spannungen im Leistungselektronikgerät auftreten. Dieser Fall ist z. B. für das Stoppen bzw. Ausschalten des Gerätes notwendig. In eine derartige Berechnung kann auch die Energie der Lastinduktivitäten oder sonstiger Energiespeicher im Leistungselektronikgerät und Verbraucher mit eingerechnet werden. Die Höchstspannung Umax muss dann so aus gelegt sein, dass die in den Drosseln, der Lastinduktivität und sonstiger Energiespeicher gespeicherte Energie im Kondensator aufgenommen werden kann.
  • Der Verbraucher kann insbesondere ein Schweißgerät sein. Besonders bei Schweißgeräten treten sehr hohe Lastströme und damit insbesondere die eingangs genannten Probleme auf, so dass das erfindungsgemäße Leistungselektronikgerät hier besondere Vorteile bietet.
  • Für eine weitere Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
  • 1 ein Schweißgerät mit integriertem Leistungselektronikgerät am Spannungsnetz,
  • 2 Strom und Spannungsverläufe des Leistungselektronikgerätes auf 1 im Betrieb bei ungünstig gewählter Arbeitsfrequenz,
  • 3 Strom-/Spannungsverläufe des Leistungselektronikgerätes aus 1 bei erfindungsgemäß gewählter Arbeitsfrequenz, im Betrieb und bei einem Ausschaltvorgang.
  • 1 zeigt ein Schweißsystem 2, das an einem dreiphasigen Spannungsnetz 4 der Netzfrequenz fn und Eigeninduktivität L1 und Netzspannung von 3 × 380 V–700 V über drei Netzanschlüsse 6a–c angeschlossen ist. Das Schweißsystem 2 umfasst ein Leistungselektronikgerät 8 und ein Schweißgerät 10. Das Leistungselektronikgerät 8 weist hierbei drei Netzanschlüsse 6a–c und zwei Ausgangsklemmen 12a, b auf, an denen das Schweißgerät 10 angeschlossen ist. Während des Betriebs herrscht im Schweißgerät 10 eine Spannung U von 10 V, wobei ein Wechselstrom I von 10 kA fließt, so dass an einem Schweißkopf 14 eine Leistung von 100 kW abgegeben wird.
  • Das Leistungselektronikgerät 8 umfasst einen Gleichrichter 16 mit drei Wechselspannungseingängen 18a–c und zwei Gleichspannungsausgängen 20a, b, einen zwischen den Gleichspannungsausgängen 20a, b angeschlossenen Zwischenkreiskondensator 22 und einen Wechselrichter 24, der mit seinen Gleichspannungseingängen 26a, b an den Gleichspannungsausgängen 20a, b des Gleichrichters 16 angeschlossen ist und die Ausgangsklemmen 12a, b zur Abgabe einer Wechselspannung aufweist. Die abgegebene Wechselspannung hat hierbei die Arbeitsfrequenz far.
  • Der Wechselrichter 24 ist bezüglich seiner Gleichspannungseingänge 26a, b und Ausgangsklemmen 12a, b als H-Brücke mit insgesamt vier IGBTs 28 ausgeführt.
  • Die Wechselspannungseingänge 18a–c des Gleichrichters 16 sind mit den Netzanschlüssen 6a–c über jeweils eine Drossel 30 verbunden. Im Beispiel ist für 100 kW Ausgangsleistung bei 450 V Netzspannung die Induktivität L1 der Drosseln 30 so gewählt, um zusammen mit der Eigeninduktivität L2 des Spannungsnetzes 4 eine Gesamtinduktivität L von 100 μH zu erreichen, so dass die Kurzschlussspannung gemäß DIN-Norm unter 4% liegt. Der Wert von 4% wäre mit L = 200 μH erreicht.
  • 2 zeigt die Strom-/Spannungsverhältnisse im Leistungselektronikgerät 8, wenn die Kapazität C des Zwischenkreiskondensators 22 ungünstig, nämlich zu 40 mF bei einer Arbeitsfrequenz far von 1 kHz gewählt ist. Die Schweißgeräteleistung beträgt 100 kW, also der Schweißstrom I = 10 kA und die Schweißspannung U = 10V. Die Eingangsdrosseln L1 sind mit 200 μH (4%) dimensioniert. Sämtliche Diagramme in 2 sind über der Zeit t aufgetragen.
  • Das oberste Diagramm in 2 zeigt die drei Netzströme Ir, Is und It durch die Drosseln 30. Es ist zu erkennen, dass diese kräftig, nämlich um 400 A schwingen, was für die Netzbelastung ungünstig ist. Das zweite Diagramm zeigt die Zwischenkreisspannung bzw. Kondensatorspannung UC des Zwischenkreiskondensators 22, welche ebenfalls schwingt. Das dritte Diagramm zeigt den H-Brücken-Ausgangsstrom IA und den Gleichrichterstrom, d. h. den Strom in den Kondensator 22. Das vierte Diagramm zeigt den Schweißstrom von 10 kA. Dem fünften Diagramm in 2 ist zu entnehmen, dass der Klirrfaktor 0,37% beträgt. Zum Zeitpunkt ca. t = 240 ms wird das Schweißgerät abgeschaltet.
  • 3 zeigt die Strom/-Spannungsdiagramme im Leistungselektronikgerät 8 bei erfindungsgemäßer Wahl von dessen Kenngrößen. Der Kondensator besitzt nun C = 250 μF, die Induktivität L1 ist 100 μH (2%) Der Klirrfaktor THD beträgt nun 29%, der Schweißstrom wieder 10 kA, die Schweißleistung also 100 kW.
  • Ausgegangen wurde hier von der gewählten bzw. vorgegebenen Gesamtinduktivität L von 100 μH. Da die Arbeitsfrequenzen far des Wechselrichters ca. 1 kHz betragen soll, also die Sollarbeitsfrequenz fas gleich 1 kHz ist, wurde die Kapazität C des Zwischenkreiskondensators 22 mit C = 1/(4π2f2as L) = 254 μF ermittelte. Als realer Kondensator 22 wurde hier einer der Kapazität C gleich 250 μF gewählt, weshalb sich die tatsächliche Arbeitsfrequenz f0 = 1/(2π√LC) als 1007 Hz ergibt. Abschließend wurde eine tatsächliche Resonanzfrequenz far gewählt, die ein ganzzahliges Vielfaches N der Netzfrequenz fn von 50 Hz ist und die der theoretisch ermittelten Frequenz f0 von 1007 Hz am nächsten liegt. Mit N = 20 ergibt sich so far = 1000 Hz. Hiermit gilt |far – fas| ist minimal.
  • Für den Fall, dass die Kapazität des realen Kondensators 22 streut, z. B. 240 μF ist, ergibt sich aus obiger Gleichung eine Resonanzfrequenz von etwa 1027 Hz, so dass in diesem Fall N = 21 gewählt wird und eine tatsächliche Arbeitsfrequenz far von 1050 Hz gewählt wird. Hiermit gilt auch nun wieder |far – fas| ist minimal.
  • 3 zeigt nun wiederum entsprechend der Darstellung in 2 die Drosselströme, welche nun nur noch eine geringe Restwelligkeit im Gegensatz zu 2 aufweisen. Der Klirrfaktor THD in diesem Fall beträgt nur 29% also 0,29, also deutlich verbessert gegenüber 2. Die Kondensatorspannung weist ebenfalls deutlich weniger Welligkeit auf. Ausgangsstrom und Ausgangsspannung UA, IA sind gegenüber 2 unverändert. Die Netzinduktivität ist jedoch zweimal kleiner als in 2 und die Kapazität des Kondensators 22 vierhundert mal kleiner. C und L sind also in Resonanz und die Resonanzfrequenz ist annähernd gleich der Schaltfrequenz.
  • Zum Zeitpunkt t0 wird das Leistungselektronikgerät 8 abgeschaltet. Der Zwischenkreiskondensator 22 muss daher die gesamte, in den Drosseln 30 gespeicherte Energie aufnehmen, weshalb dessen Spannung UC sprunghaft ansteigt. Ausgehend von der Betriebsspannung UB des Kondensators 22 und dem Betriebsstrom IB durch die Drosseln 30 im regulären Betrieb ist hierbei jedoch die Spannungsfestigkeit des Kondensators 22 mit dem Mindestwert
    Figure 00100001
    gewählt. So steigt die Spannung UC am Zwischenkreiskondensator 22 nicht auf einen unzulässig hohen Wert.
    • 2
    Schweißsystem
    4
    Spannungsnetz
    6a–c
    Netzanschluss
    8
    Leistungselektronikgerät
    10
    Schweißgerät
    12a, b
    Ausgangsklemmen
    14
    Schweißkopf
    16
    Gleichrichter
    18a–c
    Wechselspannungseingang
    20a, b
    Gleichspannungsausgang
    22
    Zwischenkreiskondensator
    24
    Wechselrichter
    26a, b
    Gleichspannungseingang
    28
    IGBT
    30
    Drossel
    C
    Kapazität
    L1.2, L
    Induktivität
    fn
    Netzfrequenz
    far, fas
    Arbeitsfrequenz
    t
    Zeit
    IR,S,T
    Drosselstrom
    THD
    Klirrfaktor
    UC
    Kondensatorspannung
    IA
    Ausgangsstrom
    U
    Spannung
    I, IDC
    Strom

Claims (6)

  1. Dreiphasiges, an einem dreiphasigen Spannungsnetz (4) bekannter Induktivität (L2) und Netzfrequenz (fn) anschließbares Leistungselektronikgerät (8) mit einem Leistungsausgang (12a, b), an dem ein Verbraucher (10) anschließbar ist, – mit einem Gleichrichter (16) mit drei Netzeingängen (18a–c) und zwei Gleichspannungsausgängen (20a, b), – mit drei an je einem Netzeingang (18a–c) angeschlossenen, mit dem Spannungsnetz (4) verbindbaren Drosseln (30), wobei die Drosseln (30) so gewählt sind, dass deren Induktivität (L1) zusammen mit der Induktivität (L2) des Spannungsnetzes eine vorgebbare Gesamtinduktivität (L) ergibt, – mit einem, mit seinen Gleichspannungseingängen (26a, b) an den Gleichspannungsausgängen (20a, b) angeschlossenen, eine Soll-Arbeitsfrequenz (fas) und den Leistungsausgang (12a, b) aufweisenden Wechselrichter (24), – mit einem zwischen den Gleichspannungsausgängen (20a, b) angeschlossenen Kondensator (22), dessen Kapazität (C) so gewählt ist, dass sie zusammen mit der Gesamtinduktivität (L) eine Resonanzfrequenz (f0) aufweist, die zumindest annähernd gleich der Soll-Arbeitsfrequenz (fas) ist, – wobei für den Wechselrichter (24) eine tatsächliche Arbeitsfrequenz (far) als ganzzahliges Vielfaches (N) der Netzfrequenz (fn) so gewählt ist, dass die tatsächliche Arbeitsfrequenz (far) zumindest annähernd gleich der Soll-Arbeitsfrequenz (fas) ist.
  2. Leistungselektronikgerät (8) nach Anspruch 1, bei dem das Vielfache (N) so gewählt ist, dass der Abstand zwischen tat sächlicher Arbeitsfrequenz (far) und Soll-Arbeitsfrequenz (fas) minimal ist.
  3. Leistungselektronikgerät (8) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die tatsächliche Arbeitsfrequenz (far) während des Betriebs des Leistungselektronikgerätes in Schritten der Netzfrequenz (fn) veränderbar ist.
  4. Leistungselektronikgerät (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Drossel (30) so gewählt ist, dass die im Betrieb an der Drossel (30) abfallende Spannung höchstens ein Prozent der Phasenspannung des Spannungsnetzes (4) beträgt.
  5. Leistungselektronikgerät (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator (22) im Betrieb eine maximale Nenn-Betriebsspannung (Ub) und der Gleichrichter (16) einen maximalen Nenn-Betriebsstrom (Ib) aufweisen, bei dem der Kondensator (22) so gewählt ist, dass dessen zulässige Höchstspannung (Umax) zur Speicherung der beim Nenn-Betriebsstrom (Ib) in der Drossel (30) gespeicherten Energie ausreicht.
  6. Leistungselektronikgerät (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verbraucher (10) ein Schweißgerät ist.
DE102007007287A 2007-02-14 2007-02-14 Dreiphasiges Leistungselektronikgerät Withdrawn DE102007007287A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007007287A DE102007007287A1 (de) 2007-02-14 2007-02-14 Dreiphasiges Leistungselektronikgerät

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007007287A DE102007007287A1 (de) 2007-02-14 2007-02-14 Dreiphasiges Leistungselektronikgerät

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007007287A1 true DE102007007287A1 (de) 2008-08-21

Family

ID=39627979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007007287A Withdrawn DE102007007287A1 (de) 2007-02-14 2007-02-14 Dreiphasiges Leistungselektronikgerät

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007007287A1 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011046503A1 (en) 2009-10-16 2011-04-21 Tsc Innovation Ab Method and apparatus for installation and repair of insulated line pipes
WO2013184752A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Illinois Tool Works Inc. Welding wire feeder power control system and method
US9463523B2 (en) 2012-06-08 2016-10-11 Illinois Tool Works Inc. Controlled waveform welding wire feeder system and method
US9662735B2 (en) 2012-06-08 2017-05-30 Illinois Tool Works Inc. Welding wire feeder power application system and method
US10105781B2 (en) 2012-06-08 2018-10-23 Illinois Tool Works Inc. Welding system inrush current control system and method
US10384289B2 (en) 2012-06-08 2019-08-20 Illinois Tool Works Inc. Welding wire feeder bus control system and method
US10406621B2 (en) 2012-06-08 2019-09-10 Illinois Tool Works Inc. Polarity sensing welding wire feeder system and method
US11491573B2 (en) 2015-08-17 2022-11-08 Illinois Tool Works Inc. Portable advanced process module

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10219444A1 (de) * 2002-05-02 2003-11-20 Cloos Innovations Gmbh Schweißstromquelle und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2004043641A1 (de) * 2002-11-12 2004-05-27 Evg Entwicklungs- U. Verwertungs-Gesellschaft M.B.H. Netzstromregelung für vielpunkt-widerstandsschweissmachine mit einem aufladbaren energiespeicher
DE10336287A1 (de) * 2003-08-07 2005-03-10 Siemens Ag Netzfilter- und Stromvrsorgungseinrichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10219444A1 (de) * 2002-05-02 2003-11-20 Cloos Innovations Gmbh Schweißstromquelle und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2004043641A1 (de) * 2002-11-12 2004-05-27 Evg Entwicklungs- U. Verwertungs-Gesellschaft M.B.H. Netzstromregelung für vielpunkt-widerstandsschweissmachine mit einem aufladbaren energiespeicher
DE10336287A1 (de) * 2003-08-07 2005-03-10 Siemens Ag Netzfilter- und Stromvrsorgungseinrichtung

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9212776B2 (en) 2009-10-16 2015-12-15 Tsc Innovation Ab Method and apparatus for installation and repair of insulated line pipes
AU2010307364B2 (en) * 2009-10-16 2015-10-29 Tsc Innovation Ab Method and apparatus for installation and repair of insulated line pipes
WO2011046503A1 (en) 2009-10-16 2011-04-21 Tsc Innovation Ab Method and apparatus for installation and repair of insulated line pipes
EP2488779A4 (de) * 2009-10-16 2014-10-29 Tsc Innovation Ab Verfahren und vorrichtung zur installation und reparatur isolierter leitungsrohre
EP2488779A1 (de) * 2009-10-16 2012-08-22 TSC Innovation AB Verfahren und vorrichtung zur installation und reparatur isolierter leitungsrohre
US9463523B2 (en) 2012-06-08 2016-10-11 Illinois Tool Works Inc. Controlled waveform welding wire feeder system and method
CN104334307A (zh) * 2012-06-08 2015-02-04 伊利诺斯工具制品有限公司 焊接送丝机电力控制***及方法
CN104334307B (zh) * 2012-06-08 2016-06-08 伊利诺斯工具制品有限公司 焊接送丝机电力控制***及方法
WO2013184752A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Illinois Tool Works Inc. Welding wire feeder power control system and method
US9662735B2 (en) 2012-06-08 2017-05-30 Illinois Tool Works Inc. Welding wire feeder power application system and method
US9878393B2 (en) 2012-06-08 2018-01-30 Illinois Tool Works Inc. Welding wire feeder power control system and method
US10105781B2 (en) 2012-06-08 2018-10-23 Illinois Tool Works Inc. Welding system inrush current control system and method
US10384289B2 (en) 2012-06-08 2019-08-20 Illinois Tool Works Inc. Welding wire feeder bus control system and method
US10406621B2 (en) 2012-06-08 2019-09-10 Illinois Tool Works Inc. Polarity sensing welding wire feeder system and method
US11491573B2 (en) 2015-08-17 2022-11-08 Illinois Tool Works Inc. Portable advanced process module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007007287A1 (de) Dreiphasiges Leistungselektronikgerät
DE102011011329A1 (de) Hochsetzsteller
DE102010044322A1 (de) Elektrische Energieversorgungsanordnung für Antriebseinrichtungen von Schienenfahrzeugen
AT506816A4 (de) Vlf-prüfgenerator
DE102006014780A1 (de) Gleichstromsteller und Wechselrichter-Schaltungsanordnung
EP2299572A1 (de) Aufstarten eines DC/DC-Wandlers mit Hochfrequenztransformator
EP2721720A2 (de) Ladevorrichtung und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers
EP1766767B1 (de) Verfahren zum betrieb eines wechselrichters und anordnung zur durchführung des verfahrens
WO2014206704A1 (de) Umrichteranordnung mit parallel geschalteten mehrstufen-umrichtern sowie verfahren zu deren steuerung
EP4046268B1 (de) Bestimmung von filterparametern in einem wechselrichter
EP2367272A2 (de) Wechselrichter
DE19914505A1 (de) Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors
EP3562016A1 (de) Vorladung eines zwischenkreises
DE102011005446A1 (de) Schaltungsanordnung mit Wechselrichter zur Spannungsversorgung einer Röntgenröhre und zugehöriges Verfahren
EP1398867B1 (de) Vorrichtung zur Spannungserhaltung eines elektrischen Wechselspannungsnetzes sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung
DE202010000493U1 (de) Aufwärtswandler-Anordnung
DE10215236C1 (de) Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
DE102012206976B4 (de) Schaltwandler zum Betreiben mindestens einer LED
DE60125336T2 (de) Stromwandler mit wechselstrom- und gleichstrombetriebsmodus und verfahren zum betrieb desselben
DE19923238A1 (de) Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors
DE102007027221A1 (de) Frequenzumrichter sowie Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors mit einem solchen Frequenzumrichter
DE102011086988B3 (de) Verfahren zum Betrieb einer Windturbine
EP1619781B1 (de) Schaltungsanordnung für einen Umrichter
AT402133B (de) Steuereinrichtung für die energieversorgung eines verbraucherkreises eines gleichstromverbrauchers und ein verfahren zum betrieb einer derartigen steuereinrichtung
EP2826126B1 (de) Leistungselektronische anordnung mit symmetrierung eines spannungsknotens im zwischenkreis

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: MEISSNER BOLTE & PARTNER GBR, DE

Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee