leistungselektronik grundlagen und standardanwendungen ... · m2-schaltung mit transformator...
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
LeistungselektronikGrundlagen und
StandardanwendungenDiodengleichrichter
Technische Universität MünchenLehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik
Vollbild
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 1
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 2
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 2
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Diode
Anode Kathode`p
´n
u
i
idealreal
Leistungsdiode
UR US
Sperrbereich Durchlassbereich
Schaltbild und Kennlinien von Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 3
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Mittelwert
Mittelwert eines periodischen Signals:
uM “ 1
T
t0`Tż
t0
uptqdt
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 4
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Effektivwert
Effektivwert eines periodischen Signals:
Ueff “
g
f
f
f
e
1
T
t0`Tż
t0
u2ptqdt
Sinusförmiges Signal mit uptq “ u sin pωtq: Ueff “ 12
?2u
‚ Quadratischer Mittelwert des Signals‚ Englisch: Root Mean Square (RMS)‚ Spannungen: Effektivwert entspricht der Gleichspannung, die im
zeitlichen Mittel die gleiche thermische Leistung an einem Widerstandliefert
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 5
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Effektivwert
Effektivwert eines periodischen Signals:
Ueff “
g
f
f
f
e
1
T
t0`Tż
t0
u2ptqdt
Sinusförmiges Signal mit uptq “ u sin pωtq: Ueff “ 12
?2u
‚ Quadratischer Mittelwert des Signals‚ Englisch: Root Mean Square (RMS)‚ Spannungen: Effektivwert entspricht der Gleichspannung, die im
zeitlichen Mittel die gleiche thermische Leistung an einem Widerstandliefert
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 5
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Effektivwert
Effektivwert eines periodischen Signals:
Ueff “
g
f
f
f
e
1
T
t0`Tż
t0
u2ptqdt
Sinusförmiges Signal mit uptq “ u sin pωtq: Ueff “ 12
?2u
‚ Quadratischer Mittelwert des Signals‚ Englisch: Root Mean Square (RMS)
‚ Spannungen: Effektivwert entspricht der Gleichspannung, die imzeitlichen Mittel die gleiche thermische Leistung an einem Widerstandliefert
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 5
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Effektivwert
Effektivwert eines periodischen Signals:
Ueff “
g
f
f
f
e
1
T
t0`Tż
t0
u2ptqdt
Sinusförmiges Signal mit uptq “ u sin pωtq: Ueff “ 12
?2u
‚ Quadratischer Mittelwert des Signals‚ Englisch: Root Mean Square (RMS)‚ Spannungen: Effektivwert entspricht der Gleichspannung, die im
zeitlichen Mittel die gleiche thermische Leistung an einem Widerstandliefert
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 5
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gleichrichterschaltungen
Allgemeines‚ Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung‚ Unterteilung in Mittelpunkt- und Brückenschaltungen‚ Einphasen- und Dreiphasen-Gleichrichter‚ Unterteilung nach Anzahl der Kommutierungen pro Periode
Mittelpunkt- und Brückenschaltungen‚ Brückenschaltungen: Mehr Gleichrichter (Dioden) nötig‚ Mittelpunktschaltungen: Aufwendigere Transformatoren nötig‚ Heute hauptsächlich Brückenschaltungen verwendet
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 6
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gleichrichterschaltungen
Allgemeines‚ Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung‚ Unterteilung in Mittelpunkt- und Brückenschaltungen‚ Einphasen- und Dreiphasen-Gleichrichter‚ Unterteilung nach Anzahl der Kommutierungen pro Periode
Mittelpunkt- und Brückenschaltungen‚ Brückenschaltungen: Mehr Gleichrichter (Dioden) nötig‚ Mittelpunktschaltungen: Aufwendigere Transformatoren nötig‚ Heute hauptsächlich Brückenschaltungen verwendet
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 6
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 6
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Schaltbild einer M1-Schaltung
U1 U2
Trafo
ul
uvil
M1-Schaltung mit Transformator und Diode
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 7
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Simulation der M1-Schaltung
Typische Lasten‚ Reine Widerstandslast (R-Last)‚ Resistiv-induktive Last (RL-Last)‚ Resistiv-kapazitive Last (RC-Last)
Simulationsprogramm‚ GeckoCIRCUITS‚ OpenSource, Java-basiertñ Lauffähig unter Windows, Linux und MacOS
‚ Download unter:http://www.gecko-simulations.com/geckocircuits.html
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 8
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Simulation der M1-Schaltung
Typische Lasten‚ Reine Widerstandslast (R-Last)‚ Resistiv-induktive Last (RL-Last)‚ Resistiv-kapazitive Last (RC-Last)
Simulationsprogramm‚ GeckoCIRCUITS‚ OpenSource, Java-basiertñ Lauffähig unter Windows, Linux und MacOS
‚ Download unter:http://www.gecko-simulations.com/geckocircuits.html
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 8
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Simulationsmodelle:
Verwendete Parameter:
U “ 230 V (Effektivwert)f “ 50 HzR “ 100 Ω
C “ 50 µFL “ 50 mH
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 9
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100
0
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Spannungsverläufe
uR
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´2
0
2
4
6
8
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 10
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100
0
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Spannungsverläufe
uRuRC
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´2
0
2
4
6
8
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 10
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100
0
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Spannungsverläufe
uRuRCuRL
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´2
0
2
4
6
8
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
iRL
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 10
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Sinusförmige Eingangsspannung uptq “ u sin pωtqñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ u
‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):
Udi “ 1
T
Tż
0
uLptqdt “ 1
2π
πż
0
u2 sin pωtq dωt “
“ u2
2πp´ cosπ ` cos 0q “ u2
2πp1` 1q “ u2
π
Mit u2 “?
2U2 folgt:
Udi “?
2
πU2 « 0,4502U2
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 11
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Sinusförmige Eingangsspannung uptq “ u sin pωtqñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ u
‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):
Udi “ 1
T
Tż
0
uLptqdt “ 1
2π
πż
0
u2 sin pωtq dωt “
“ u2
2πp´ cosπ ` cos 0q “ u2
2πp1` 1q “ u2
π
Mit u2 “?
2U2 folgt:
Udi “?
2
πU2 « 0,4502U2
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 11
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Sinusförmige Eingangsspannung uptq “ u sin pωtqñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ u
‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):
Udi “ 1
T
Tż
0
uLptqdt “ 1
2π
πż
0
u2 sin pωtq dωt “
“ u2
2πp´ cosπ ` cos 0q “ u2
2πp1` 1q “ u2
π
Mit u2 “?
2U2 folgt:
Udi “?
2
πU2 « 0,4502U2
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 11
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Transformator-Bauleistung
Meistens: Wechselspannung wird von Transformator geliefert
Transformator-Bauleistung immer größer als die Leistung imGleichspannungsteil!
Berechnung:
PB “ 1
2
˜
ÿ
i
UPiIPi `ÿ
i
USiISi
¸
ñ Arithmetischer Mittelwert der Scheinleistungen auf Primär- undSekundärseite
Leistung im Gleichspannungsteil: Pd “ UdiId
Reine Widerstandslast: PB “ 3,09 ¨ Pd
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 12
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Transformator-Bauleistung
Meistens: Wechselspannung wird von Transformator geliefert
Transformator-Bauleistung immer größer als die Leistung imGleichspannungsteil!
Berechnung:
PB “ 1
2
˜
ÿ
i
UPiIPi `ÿ
i
USiISi
¸
ñ Arithmetischer Mittelwert der Scheinleistungen auf Primär- undSekundärseite
Leistung im Gleichspannungsteil: Pd “ UdiId
Reine Widerstandslast: PB “ 3,09 ¨ Pd
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Transformator-Bauleistung
Meistens: Wechselspannung wird von Transformator geliefert
Transformator-Bauleistung immer größer als die Leistung imGleichspannungsteil!
Berechnung:
PB “ 1
2
˜
ÿ
i
UPiIPi `ÿ
i
USiISi
¸
ñ Arithmetischer Mittelwert der Scheinleistungen auf Primär- undSekundärseite
Leistung im Gleichspannungsteil: Pd “ UdiId
Reine Widerstandslast: PB “ 3,09 ¨ Pd
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
M2-Schaltung
U1
US1
US2
Trafo D1
D2
ulil
M2-Schaltung mit Transformator (Mittenanzapfung) und Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 13
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
M2-Schaltung
U1
US1
US2
Trafo D1
D2
ulil Pos. HW
US1 ą 0
M2-Schaltung mit Transformator (Mittenanzapfung) und Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 13
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
M2-Schaltung
U1
US1
US2
Trafo D1
D2
ulil Neg. HW
US2 ą 0
M2-Schaltung mit Transformator (Mittenanzapfung) und Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 13
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Grundsätzliche Funktionsweise
Simulationsmodell:
Transformator mit Mittenanzapfung und Wicklungsverhältnis 1, daher:
U “ 115 V (Effektivwert)
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 14
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´200
0
200
Spa
nnun
g[V
]
Trafo-Spannungen
US1
US2
0 5 10 15 20 250
1
2
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
1
2
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
100
200
ul[V
]
Spannung an R
0 5 10 15 20 250
1
2
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 15
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´200
0
200
Spa
nnun
g[V
]
Trafo-Spannungen
US1
US2
0 5 10 15 20 250
1
2
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
1
2
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
100
200
ul[V
]
Spannung an R
0 5 10 15 20 250
1
2
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 15
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´200
0
200
Spa
nnun
g[V
]
Trafo-Spannungen
US1
US2
0 5 10 15 20 250
1
2
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
1
2
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
100
200
ul[V
]
Spannung an R
0 5 10 15 20 250
1
2
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 15
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
Simulationsmodelle:
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 16
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´50
0
50
100
150
200
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uR
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 17
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´50
0
50
100
150
200
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRC
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 17
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´50
0
50
100
150
200
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRCuRL
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
iRL
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 17
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Sinusförmige Eingangsspannungñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ 2uSi
‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):
Udi “ 2?
2
πUSi « 0,901USi
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 18
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Sinusförmige Eingangsspannungñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ 2uSi
‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):
Udi “ 2?
2
πUSi « 0,901USi
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 18
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Transformator-Bauleistung
‚ Reine Widerstandslast: PB “ 1,48 ¨ Pdñ Weitaus besser als bei M1-Schaltung!
‚ RL-Last mit LÑ8: PB “ 1,34 ¨ PdHerleitung siehe Skript
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 19
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 19
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B2-Schaltung
U1 U2
TrafoD1 D2
D3 D4
ul
il
B2-Schaltung mit Transformator und Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 20
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B2-Schaltung
U1 U2
TrafoD1 D2
D3 D4
ul
il
Pos. HW
B2-Schaltung mit Transformator und Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 20
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B2-Schaltung
U1 U2
TrafoD1 D2
D3 D4
ul
il
Neg. HW
B2-Schaltung mit Transformator und Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 20
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Grundsätzliche Funktionsweise
Simulationsmodell:
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 21
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
U2
[V]
Trafo-Spannung
0 5 10 15 20 250
2
4
i D14
[A] Strom durch D1 und D4
0 5 10 15 20 250
2
4
i D23
[A] Strom durch D2 und D3
0 5 10 15 20 250
200
400
ul[V
]
Spannung an R
0 5 10 15 20 250
2
4
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 22
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
U2
[V]
Trafo-Spannung
0 5 10 15 20 250
2
4
i D14
[A] Strom durch D1 und D4
0 5 10 15 20 250
2
4
i D23
[A] Strom durch D2 und D3
0 5 10 15 20 250
200
400
ul[V
]
Spannung an R
0 5 10 15 20 250
2
4
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 22
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
U2
[V]
Trafo-Spannung
0 5 10 15 20 250
2
4
i D14
[A] Strom durch D1 und D4
0 5 10 15 20 250
2
4
i D23
[A] Strom durch D2 und D3
0 5 10 15 20 250
200
400
ul[V
]
Spannung an R
0 5 10 15 20 250
2
4
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 22
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
Simulationsmodelle:
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 23
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100
0
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uR
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
2
4
6
8
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100
0
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRC
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
2
4
6
8
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50´100
0
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRCuRL
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
2
4
6
8
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
iRL
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Sinusförmige Eingangsspannungñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ uS
‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):
Udi “ 2?
2
πUS « 0,901US
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 25
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Sinusförmige Eingangsspannungñ Maximale Sperrspannung der Diode: Uvmax “ uS
‚ Ideelle Gleichspannung (Mittelwert der gleichgerichteten Spannung):
Udi “ 2?
2
πUS « 0,901US
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 25
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Transformator-Bauleistung
‚ Reine Widerstandslast: PB “ 1,23 ¨ PdHerleitung siehe Skript
‚ RL-Last mit LÑ8: PB “ 1,11 ¨ PdHerleitung siehe Skript
‚ RC-Last mit C Ñ8: PB “ 1,21 pUdi ` 2USq IdOhne Herleitung
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 26
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
‚ Erhaltene Gleichspannung: Pulsierend (Positive Sinus-HW)ñ Unerwünscht!
‚ Erwünscht: Möglichst konstante Gleichspannungñ Kondensator am Ausgang des Gleichrichtersñ Reduzierung der Spannungsrippel
‚ Oftmals: Unterschiedliche Eingangsspannungen:110 V. . . 127 V und 60 Hz220 V. . . 240 V und 50 Hz
ñ Gleichrichter soll gleiche Ausgangsspannung liefernñ Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 27
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
‚ Erhaltene Gleichspannung: Pulsierend (Positive Sinus-HW)ñ Unerwünscht!
‚ Erwünscht: Möglichst konstante Gleichspannungñ Kondensator am Ausgang des Gleichrichtersñ Reduzierung der Spannungsrippel
‚ Oftmals: Unterschiedliche Eingangsspannungen:110 V. . . 127 V und 60 Hz220 V. . . 240 V und 50 Hz
ñ Gleichrichter soll gleiche Ausgangsspannung liefernñ Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 27
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
‚ Erhaltene Gleichspannung: Pulsierend (Positive Sinus-HW)ñ Unerwünscht!
‚ Erwünscht: Möglichst konstante Gleichspannungñ Kondensator am Ausgang des Gleichrichtersñ Reduzierung der Spannungsrippel
‚ Oftmals: Unterschiedliche Eingangsspannungen:110 V. . . 127 V und 60 Hz220 V. . . 240 V und 50 Hz
ñ Gleichrichter soll gleiche Ausgangsspannung liefernñ Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 27
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
‚ Erhaltene Gleichspannung: Pulsierend (Positive Sinus-HW)ñ Unerwünscht!
‚ Erwünscht: Möglichst konstante Gleichspannungñ Kondensator am Ausgang des Gleichrichtersñ Reduzierung der Spannungsrippel
‚ Oftmals: Unterschiedliche Eingangsspannungen:110 V. . . 127 V und 60 Hz220 V. . . 240 V und 50 Hzñ Gleichrichter soll gleiche Ausgangsspannung liefernñ Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 27
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Uin
D1 D2
D3 D4
C1
C2
1
2S1
1
2S2
Udc
Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Uin
D1 D2
D3 D4
C1
C2
1
2S1
1
2S2
Udc
Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
Schalterstellung 1: 220 V. . . 240 VGewöhnlicher B2-Gleichrichter
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Uin
D1 D2
D3 D4
C1
C2
1
2S1
1
2S2
Udc
Gleichrichter mit Netzspannungsumschalter
Schalterstellung 2: 110 V. . . 127 VPos. HW durch D1 und D2, lädt C1
Neg. HW durch D3 und D4, lädt C2
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 28
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Simulationsmodell:
Parameter:
U1 “ 230 V (Effektivwert), f1 “ 50 Hz, Schalterstellung 1
U2 “ 115 V (Effektivwert), f2 “ 60 Hz, Schalterstellung 2
C “ 820 µF, R “ 300 Ω
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 29
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Strom- und Spannungsverläufe
0 10 20 30 40 50´400´200
0
200
400
Spa
nnun
g[V
]
Netzspannungen
0 10 20 30 40 500
20
40
60
Stro
m[A
]
Kondensatorströme (Schalterstellung 2)
0 10 20 30 40 500
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Lastspannungen (Spannungen an R)
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
0 10 20 30 40 50´400´200
0
200
400
Spa
nnun
g[V
]
Netzspannungen
0 10 20 30 40 500
20
40
60
Stro
m[A
]
Kondensatorströme (Schalterstellung 2)
iC3
iC4
0 10 20 30 40 500
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Lastspannungen (Spannungen an R)
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
0 10 20 30 40 50´400´200
0
200
400
Spa
nnun
g[V
]
Netzspannungen
0 10 20 30 40 500
20
40
60
Stro
m[A
]
Kondensatorströme (Schalterstellung 2)
iC3
iC4
0 10 20 30 40 500
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Lastspannungen (Spannungen an R)
230V eff.
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
0 10 20 30 40 50´400´200
0
200
400
Spa
nnun
g[V
]
Netzspannungen
0 10 20 30 40 500
20
40
60
Stro
m[A
]
Kondensatorströme (Schalterstellung 2)
iC3
iC4
0 10 20 30 40 500
100
200
300
400
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Lastspannungen (Spannungen an R)
230V eff.115V eff.
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 30
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Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 30
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M3-Schaltung
D1
D2
D3
Trafo
ul
il
M3-Schaltung mit Transformator und Dioden
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 31
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
M3-Schaltung
D1
D2
D3
Trafo
ul
il
M3-Schaltung mit Transformator und Dioden
U1 hat höchstes Potential ñ D1 leitet
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 31
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
M3-Schaltung
D1
D2
D3
Trafo
ul
il
M3-Schaltung mit Transformator und Dioden
U2 hat höchstes Potential ñ D2 leitet
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 31
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
M3-Schaltung
D1
D2
D3
Trafo
ul
il
M3-Schaltung mit Transformator und Dioden
U3 hat höchstes Potential ñ D3 leitet
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 31
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Grundsätzliche Funktionsweise
Simulationsmodell:
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 32
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
ul[V
]
Trafo-SpannungenU1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
2
4
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
2
4
i D3
[A]
Strom durch D3
0 5 10 15 20 250
200
400
Zeit [ms]
ul
[V]
Spannung an R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
ul[V
]
Trafo-SpannungenU1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
2
4
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
2
4
i D3
[A]
Strom durch D3
0 5 10 15 20 250
200
400
Zeit [ms]
ul
[V]
Spannung an R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
ul[V
]
Trafo-SpannungenU1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
2
4
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
2
4
i D3
[A]
Strom durch D3
0 5 10 15 20 250
200
400
Zeit [ms]
ul
[V]
Spannung an R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
ul[V
]
Trafo-SpannungenU1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
2
4
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
2
4
i D3
[A]
Strom durch D3
0 5 10 15 20 250
200
400
Zeit [ms]
ul
[V]
Spannung an R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400
0
400
ul[V
]
Trafo-SpannungenU1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
2
4
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
2
4
i D3
[A]
Strom durch D3
0 5 10 15 20 250
2
4
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
Simulationsmodelle:
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 34
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 250
50
100
150
200
250
300
350
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uR
0 5 10 15 20 2501
2
3
4
5
6
7
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 35
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 250
50
100
150
200
250
300
350
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRC
0 5 10 15 20 2501
2
3
4
5
6
7
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 35
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 250
50
100
150
200
250
300
350
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRCuRL
0 5 10 15 20 2501
2
3
4
5
6
7
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRC
iRL
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 35
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Verkettete Spannung: UV “?
3US
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden:Uvmax “
?2UV “
?2?
3US “?
6US « 2,45US
‚ Ideelle Gleichspannung:
Udi “ 3
2π
56πż
π6
?2US sin pωtq dωt “ 3
2π
?2US r´ cos pωtqs 56ππ
6“
“ . . . “ 3?
6
2πUS « 1,17US
‚ Ideelle Gleichspannung bezogen auf verkettete Spannungen:
Udi “ 3?
2
2πUV « 0,68UV
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 36
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Verkettete Spannung: UV “?
3US
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden:Uvmax “
?2UV “
?2?
3US “?
6US « 2,45US
‚ Ideelle Gleichspannung:
Udi “ 3
2π
56πż
π6
?2US sin pωtq dωt “ 3
2π
?2US r´ cos pωtqs 56ππ
6“
“ . . . “ 3?
6
2πUS « 1,17US
‚ Ideelle Gleichspannung bezogen auf verkettete Spannungen:
Udi “ 3?
2
2πUV « 0,68UV
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 36
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Verkettete Spannung: UV “?
3US
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden:Uvmax “
?2UV “
?2?
3US “?
6US « 2,45US
‚ Ideelle Gleichspannung:
Udi “ 3
2π
56πż
π6
?2US sin pωtq dωt “ 3
2π
?2US r´ cos pωtqs 56ππ
6“
“ . . . “ 3?
6
2πUS « 1,17US
‚ Ideelle Gleichspannung bezogen auf verkettete Spannungen:
Udi “ 3?
2
2πUV « 0,68UV
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 36
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ Verkettete Spannung: UV “?
3US
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden:Uvmax “
?2UV “
?2?
3US “?
6US « 2,45US
‚ Ideelle Gleichspannung:
Udi “ 3
2π
56πż
π6
?2US sin pωtq dωt “ 3
2π
?2US r´ cos pωtqs 56ππ
6“
“ . . . “ 3?
6
2πUS « 1,17US
‚ Ideelle Gleichspannung bezogen auf verkettete Spannungen:
Udi “ 3?
2
2πUV « 0,68UV
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 36
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 36
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B6-Schaltung
U1
U2
U3
D1 D2 D3
D4 D5 D6
Trafo
ul
il
B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 37
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B6-Schaltung
U1
U2
U3
D1 D2 D3
D4 D5 D6
Trafo
ul
il
B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen
U1 hat höchstes Potential, U2 hat niedrigstes PotentialU12 ist am höchstenñ D1 und D5 leiten
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 37
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B6-Schaltung
U1
U2
U3
D1 D2 D3
D4 D5 D6
Trafo
ul
il
B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen
U1 hat höchstes Potential, U3 hat niedrigstes PotentialU13 ist am höchstenñ D1 und D6 leiten
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 37
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B6-Schaltung
U1
U2
U3
D1 D2 D3
D4 D5 D6
Trafo
ul
il
B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen
U2 hat höchstes Potential, U3 hat niedrigstes PotentialU23 ist am höchstenñ D2 und D6 leiten
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 37
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B6-Schaltung
U1
U2
U3
D1 D2 D3
D4 D5 D6
Trafo
ul
il
B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen
U1 hat niedrigstes Potential, U2 hat höchstes PotentialU21 ist am höchstenñ D4 und D2 leiten
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 37
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B6-Schaltung
U1
U2
U3
D1 D2 D3
D4 D5 D6
Trafo
ul
il
B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen
U1 hat niedrigstes Potential, U3 hat höchstes PotentialU31 ist am höchstenñ D4 und D3 leiten
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 37
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
B6-Schaltung
U1
U2
U3
D1 D2 D3
D4 D5 D6
Trafo
ul
il
B6-Schaltung mit Transformator und DiodenReihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen
U2 hat niedrigstes Potential, U3 hat höchstes PotentialU32 ist am höchstenñ D5 und D3 leiten
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 37
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Grundsätzliche Funktionsweise
Simulationsmodell:
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 38
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400´200
0
200
400
ul[V
]
Trafo-Spannungen
U1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
6
i D1
[A]
Strom durch D1
0 5 10 15 20 250
2
4
6
Zeit [ms]
i D4
[A]
Strom durch D4
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 39
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400´200
0
200
400
ul[V
]
Trafo-Spannungen
U1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
6
i D2
[A]
Strom durch D2
0 5 10 15 20 250
2
4
6
Zeit [ms]
i D5
[A]
Strom durch D5
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 39
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400´200
0
200
400
ul[V
]
Trafo-Spannungen
U1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
2
4
6
i D3
[A]
Strom durch D3
0 5 10 15 20 250
2
4
6
Zeit [ms]
i D6
[A]
Strom durch D6
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 39
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25´400´200
0
200
400
ul[V
]
Trafo-Spannungen
U1
U2
U3
0 5 10 15 20 250
200
400
600
ul
[V]
Spannung an R
0 5 10 15 20 250
2
4
6
Zeit [ms]
i l[A
]
Strom durch R
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 39
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Strom- und Spannungsverläufe
Simulationsmodelle:
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 40
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 250
100
200
300
400
500
600
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uR
0 5 10 15 20 250
1
2
3
4
5
6
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 41
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 250
100
200
300
400
500
600
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRL
0 5 10 15 20 250
1
2
3
4
5
6
Zeit [ms]
Stro
m[A
]
Stromverläufe
iR
iRL
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 41
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 250
100
200
300
400
500
600
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]Spannungsverläufe
uRuRLuRC
0 5 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
Zeit [ms]
i RC
[A]
Strom durch RC-Glied
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 41
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ B6-Schaltung ist Reihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen:
Udi “ 2 ¨ 3
2π
?6US “ 3
?6
πUS « 2,34US
‚ Bezogen auf verkettete Spannung:
Udi “ 3?
2
πUV « 1,35UV
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden (ohne Herleitung):
Uvmax “ 1,05Udi
‚ B6-Schaltung auch in Schaltschränken zur Bereitstellung von 24 VGleichspannung verwendet:Spannung wird auf UV “ 18 V transformiertñ Resultierende ideelle Gleichspannung: 24 V
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 42
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ B6-Schaltung ist Reihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen:
Udi “ 2 ¨ 3
2π
?6US “ 3
?6
πUS « 2,34US
‚ Bezogen auf verkettete Spannung:
Udi “ 3?
2
πUV « 1,35UV
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden (ohne Herleitung):
Uvmax “ 1,05Udi
‚ B6-Schaltung auch in Schaltschränken zur Bereitstellung von 24 VGleichspannung verwendet:Spannung wird auf UV “ 18 V transformiertñ Resultierende ideelle Gleichspannung: 24 V
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 42
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ B6-Schaltung ist Reihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen:
Udi “ 2 ¨ 3
2π
?6US “ 3
?6
πUS « 2,34US
‚ Bezogen auf verkettete Spannung:
Udi “ 3?
2
πUV « 1,35UV
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden (ohne Herleitung):
Uvmax “ 1,05Udi
‚ B6-Schaltung auch in Schaltschränken zur Bereitstellung von 24 VGleichspannung verwendet:Spannung wird auf UV “ 18 V transformiertñ Resultierende ideelle Gleichspannung: 24 V
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 42
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Wichtige Größen
‚ B6-Schaltung ist Reihenschaltung aus zwei M3-Schaltungen:
Udi “ 2 ¨ 3
2π
?6US “ 3
?6
πUS « 2,34US
‚ Bezogen auf verkettete Spannung:
Udi “ 3?
2
πUV « 1,35UV
‚ Maximale Sperrspannung der Dioden (ohne Herleitung):
Uvmax “ 1,05Udi
‚ B6-Schaltung auch in Schaltschränken zur Bereitstellung von 24 VGleichspannung verwendet:Spannung wird auf UV “ 18 V transformiertñ Resultierende ideelle Gleichspannung: 24 V
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 42
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Allgemeines
2 M1-Schaltung
3 M2-Schaltung
4 B2-Schaltung
5 M3-Schaltung
6 B6-Schaltung
7 Übungsaufgaben
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 42
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Dimensionierung des Ladekondensators
U1 U2
TrafoD1 D2
D3 D4
C Last ul
ilic
‚ B2-Schaltung mit Ladekondensator C und (unbekannter) Last‚ Ziel: C so dimensionieren, dass Spannungsrippel innerhalb bestimmter
Grenze ist
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 43
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
DatenU1 “ 230 V (Effektivwert), f “ 50 Hz
Pmax “ 250 W (Maximalleistung der Last)∆u “ 10% Maximaler Ausgangsspannungs-Rippel
Transformator hat Wicklungsverhältnis 1
AufgabenBerechnen Sie die Größe von C (Worst Case) formel- und zahlenmäßig für
1. keine ausfallende Netzspannungshalbwelle2. zwei ausfallende Netzspannungswellen
Wählen Sie dann einen passenden Kondensator aus der E12-Reihe aus!
1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7
3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2Normreihe E12
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 44
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
DatenU1 “ 230 V (Effektivwert), f “ 50 Hz
Pmax “ 250 W (Maximalleistung der Last)∆u “ 10% Maximaler Ausgangsspannungs-Rippel
Transformator hat Wicklungsverhältnis 1
AufgabenBerechnen Sie die Größe von C (Worst Case) formel- und zahlenmäßig für
1. keine ausfallende Netzspannungshalbwelle2. zwei ausfallende Netzspannungswellen
Wählen Sie dann einen passenden Kondensator aus der E12-Reihe aus!
1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7
3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2Normreihe E12
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 44
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ tLP: Ladepausendauer‚ tHW: Dauer einer Halbwelle
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Maximale Ausgangsspannung: Umax “?
2U1 “?
2 ¨ 230 V « 325,3 V
‚ Ausgangsspannungs-Rippel:∆u “ 10%Umax “ 0.1 ¨ Umax “ 0.1 ¨ ?2 ¨ 230 V « 32,53 V
‚ Minimale Ausgangsspannung:Umin “ 90%Umax “ 0.9 ¨ Umax “ 0.9 ¨ ?2 ¨ 230 V « 292,74 V
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Maximale Ausgangsspannung: Umax “?
2U1 “?
2 ¨ 230 V « 325,3 V‚ Ausgangsspannungs-Rippel:
∆u “ 10%Umax “ 0.1 ¨ Umax “ 0.1 ¨ ?2 ¨ 230 V « 32,53 V
‚ Minimale Ausgangsspannung:Umin “ 90%Umax “ 0.9 ¨ Umax “ 0.9 ¨ ?2 ¨ 230 V « 292,74 V
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Maximale Ausgangsspannung: Umax “?
2U1 “?
2 ¨ 230 V « 325,3 V‚ Ausgangsspannungs-Rippel:
∆u “ 10%Umax “ 0.1 ¨ Umax “ 0.1 ¨ ?2 ¨ 230 V « 32,53 V‚ Minimale Ausgangsspannung:Umin “ 90%Umax “ 0.9 ¨ Umax “ 0.9 ¨ ?2 ¨ 230 V « 292,74 V
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Während Ladepausendauer tLP: ic “ ´il
‚ Worst Case: tLP “ tHW (keine ausfallenden Halbwellen)
tLP « tHW “ 0, 5 ¨ 150 Hz “ 10 ms
Zwei ausfallende Halbwellen: tLP “ 30 ms
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Während Ladepausendauer tLP: ic “ ´il‚ Worst Case: tLP “ tHW (keine ausfallenden Halbwellen)
tLP « tHW “ 0, 5 ¨ 150 Hz “ 10 ms
Zwei ausfallende Halbwellen: tLP “ 30 ms
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Kondensator-Differentialgleichung: icptq “ C ddtulptq
‚ Finite Zeitdauer ∆t: ∆ic “ C∆ul∆t
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
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Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
Worst Case:‚ Während tLP wird Maximalstrom imax gezogen
‚ Während tLP liegt Umin an Last an
ñ imax “ Pmax
Umin« 250 W
292,74 V« 0,85 A
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
Worst Case:‚ Während tLP wird Maximalstrom imax gezogen‚ Während tLP liegt Umin an Last an
ñ imax “ Pmax
Umin« 250 W
292,74 V« 0,85 A
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Keine ausfallenden Halbwellen:
C “ imax ¨ tLP
∆u« 0,85 A ¨ 10 ms
32,53 V« 262,5 µF
‚ Zwei ausfallende Halbwellen: C “ 783,9 µF
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
‚ Keine ausfallenden Halbwellen:
C “ imax ¨ tLP
∆u« 0,85 A ¨ 10 ms
32,53 V« 262,5 µF
‚ Zwei ausfallende Halbwellen: C “ 783,9 µF
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7
3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2Normreihe E12
Berechnete Werte:C “ 262,5 µF (keine ausfallenden Halbwellen)
ñ C “ 270 µF
C “ 783,9 µF (zwei ausfallende Halbwellen)
ñ C “ 820 µF
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Lösung
00
Umin
Umax
tLPtHW
∆u
t
U
Visualisierung des Ausgangsspannungs-Rippels (B2-Schaltung)
1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7
3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2Normreihe E12
Berechnete Werte:C “ 262,5 µF (keine ausfallenden Halbwellen) ñ C “ 270 µFC “ 783,9 µF (zwei ausfallende Halbwellen) ñ C “ 820 µF
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 45
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Simulative Überprüfung
Simulationsmodell, keine ausfallenden Halbwellen
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 46
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 400
50
100
150
200
250
300
350
Zeit [ms]
ul[V
]Spannungsverläufe mit und ohne Last
ul, ohne Lastul
0 5 10 15 20 25 30 35 40290
300
310
320
330
Zeit [ms]
ul[V
]
Spannungsverlauf mit Last (Zoom)
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 47
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Simulative Überprüfung
Simulationsmodell, zwei ausfallende Halbwellen
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 48
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
0 5 10 15 20 25 30 35 400
50
100
150
200
250
300
350
Zeit [ms]
ul[V
]Spannungsverläufe mit und ohne Last
ul, ohne Lastul
0 5 10 15 20 25 30 35 40290
300
310
320
330
Zeit [ms]
ul[V
]
Spannungsverlauf mit Last (Zoom)
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 49
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Strangspannungen:Oberes Ventil mit höchstem Potential leitetUnteres Ventil mit niedrigstem Potential leitet
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Strangspannungen:Oberes Ventil mit höchstem Potential leitetUnteres Ventil mit niedrigstem Potential leitet
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Strangspannungen:Oberes Ventil mit höchstem Potential leitetUnteres Ventil mit niedrigstem Potential leitet
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Strangspannungen:Oberes Ventil mit höchstem Potential leitetUnteres Ventil mit niedrigstem Potential leitet
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
D3
D5
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
D3
D5
D1
D5
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
D3
D5
D1
D5
D1
D6
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
D3
D5
D1
D5
D1
D6
D2
D6
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
D3
D5
D1
D5
D1
D6
D2
D6
D2
D4
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
D3
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D5
D1
D6
D2
D6
D2
D4
D3
D4
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Leitende Ventile bei der B6-Brücke
D1 D2 D3
D4 D5 D6
U1
U2
U3
Udc
Verkettete Spannungen:Uxy “ Ux ´ Uy hat höchstes Potentialñ Weg von Ux nach Uy im Schaltbild
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´400
0
400
U1
U1
U2
U2
U3
U3
D3 D1 D2 D3
D5 D6 D4 D5
Spa
nnun
g[V
]
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20´600
0
600U12 U13 U23 U21 U31U32 U32
D3
D5
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D5
D1
D6
D2
D6
D2
D4
D3
D4
D3
D5
Zeit [ms]
Spa
nnun
g[V
]
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 50
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Ende
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Übung 1: Diodengleichrichter Seite 51