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 M3 Schaltung Gleichrichter |
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julianeBeygel
Ehemals Aktiv 
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 |  Themenstart: 2016-11-12
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Guten Abend,
ich begegne zurzeit der Leistungselektronik und wohlgemerkt sind unsere Treffen nicht sehr warm.
Ich habe zwei kleinere Aufgaben und weiß absolut nicht wie ich anfangen soll.
A1: Eine M3-Schaltung am 230V/400V V-Netz speist eine Gleichstrommaschine mit einer Klemmenspannung von $U_M = 200V$. Es wird ein Stromrichtertrafo in Yy-Schaltung mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 verwendet. Wie groß ist der Steuerwinkel des Stromrichters?
http://www.matheplanet.com/matheplanet/nuke/html/uploads/a/37861_M3_GS.png
(Bild1)
Ein gesteuerter M3-Stromrichter speist in eine RL-Last eine Leistung von 20kW bei einem Steuerwinkel von $\alpha = 45^\circ$ am 230V/400V V-Netz.
a) Wie groß ist der Wert der in Stern geschalteten Kompensationskondensatoren am Netz wenn die Steuerblindleistung (Grundschwingungsgehalt) vollständig kompensiert werden soll?
b) Wie groß ist der Wert in Dreieck geschalteten Komponsationskondensatoren am Netz wenn $ \cos (\varphi_1) = 0,85$
http://www.matheplanet.com/matheplanet/nuke/html/uploads/a/37861_M3_Stromrichter.png
Also vorweg ist mir die Notation nicht klar in den Bildern, also die Thyristoren und die Kondensatorschaltbildzeichen sind klar, aber die schwarz ausgefüllten "Widerstände" sind Spulen, aber wie ist das gemeint? Und der zur Hälfte ausgefüllte Widerstand $U_{di\alpha}$ steht für die RL-Last?
Ich hab recherchiert Glättungskondensator aber mit der Formel kann ich es nicht berechnen.
Ich wäre sehr dankbar für jeden kleinen Hinweis, denn ich stehe wie vor einer Wand :-(
LG Juliane
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rlk
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| Beitrag No.1, eingetragen 2016-11-12
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Hallo Juliane,
\quoteon(2016-11-12 20:17 - julianeBeygel im Themenstart)
ich begegne zurzeit der Leistungselektronik und wohlgemerkt sind unsere Treffen nicht sehr warm.
\quoteoff
woran liegt das?
Die schwarzen Rechtecke stellen die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators dar. Wie Du richtig vermutet hast, stellt das halb geschwärzte Rechteck die RL-Last dar, also eine Serienschaltung aus Widerstand und Spule, die ich auch mit den dafür üblichen Symbolen gezeichnet hätte.
Für die Aufgabe A1 benötigst Du den Zusammenhang zwischen dem Steuerwinkel $\alpha$ und dem Mittelwert $U_M$ der Ausgangsspannung des Stromrichters. Was habt ihr dazu gelernt?
Bei den anderen beiden Aufgaben musst Du die induktive Blindleistung berechnen, die durch das Nacheilen des Stroms im Gleichrichter entsteht. Auch dazu solltet ihr in der Vorlesung etwas besprochen haben.
Mit dem in dem Video berechneten Glättungskondensator hat das nichts zu tun.
Ich hoffe, das hilft Dir,
Roland
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julianeBeygel
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| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2016-11-13
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Guten Morgen Roland,
\quoteon(2016-11-12 22:23 - rlk in Beitrag No. 1)
woran liegt das?
\quoteoff
Zum einen weil wir noch nicht alles in der Vorlesung hatten. Zum anderen sind mir einige Zusammenhänge nicht ganz klar. Mir ist z.B. nicht ganz klar wann ich mit dem $\sqrt{2}$ und dem $\sqrt{3}$ rechne und was genau die Blindleistung ist, vllt wäre eine Erklärung aus deiner Sicht hilfreich, denn so ganz begriffen habe ich das Prinzip der "blinden" Leistung nicht. Die Blindleistung ist zusätzliche Energie pro Zeit, die nichts zur Wirkleistung ("tatsächlichen Leistung") beiträgt. Sie ist im Allgemeinen unerwünscht. Aber wie kommt diese zu Stande, wieso ist sie unerwünscht?
Auch nicht ganz klar sind die Vor- und Nachteile der Stern- und Dreieckschaltungen. Die Berechnung ist nach den Formeln klar, aber welchen Nutzen und wann welche geeignet sind, ist mir auch nicht ersichtlich.
Grüße
Juliane
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rlk
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| Beitrag No.3, eingetragen 2016-11-13
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Hallo Juliane,
Formeln solltest Du nicht nur kennen, sondern auch verstehen. Dann sollte klar sein, woher Faktoren wie $\sqrt{2}$ und $\sqrt{3}$ kommen.
Wie groß ist das Verhältnis von Spitzenwert und Effektivwert einer Sinusschwingung?
Wie verhalten sich die verkettete Spannung und die Sternspannung in einem symmetrischen Dreiphasensystem zueinander?
Blindleistung entsteht durch eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Dadurch wird Energie abwechselnd vom Erzeuger zum Verbraucher und dann wieder in die entgegengesetzte Richtung übertragen. Es fließen größere Ströme als sie ohne Blindleistung zur Übertragung der gleichen Wirkleistung notwendig wären, was zu größeren Verlusten in den Übertragungseinrichtungen (z.B. Leitungen, Transformatoren) führt. Sie ist daher unerwünscht und man versucht sie möglichst klein zu halten. Die Kompensationskondensatoren in den Beispielen (a) und (b) dienen genau diesem Zweck.
Servus,
Roland
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julianeBeygel
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| Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2016-11-14
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Lösung:
A1)
$\hat{U}_{j0} = \sqrt{2} \cdot U_1 = \sqrt{2} \cdot 230V = 325V$
$U_{di0} = \hat{U}_{j0} \cdot \frac{3 \cdot \sqrt{3}}{2 \cdot \pi} = 268,8V$
$U_{di\alpha} = U_{di0} \cdot \cos (\alpha) = U_M$ (*)
Umgestellt: $\alpha = \text{ arccos } \frac{U_M}{U_{di0}} = 42^\circ$
Meine Frage: Wieso $\sqrt{2} \cdot U_1 $ und wie kommt man auf (*) ?
Das umstellen ist klar.
A2)
$Q_1 = P \cdot \tan (\alpha) = 20kW \cdot \tan (45^\circ ) = 20kVA = Q_C$
$C = \frac{Q_C}{3 U_C^2 \cdot \omega} = 401 \mu F$
Und Dreieck:
$Q_1 = P \cdot (\tan (\alpha ) - \tan (\text{ arccos (0,85)})) = 20kW \cdot (\tan (45^\circ ) - \tan (\text{ arccos (0,85)})) = 7,61kVA = Q_C$
$C = \frac{Q_C}{3 U_C^2 \cdot \omega} = 50 \mu F$
--------------------------------------------------------
\quoteon(2016-11-13 23:51 - rlk in Beitrag No. 3)
Wie groß ist das Verhältnis von Spitzenwert und Effektivwert einer Sinusschwingung?
\quoteoff
Es gilt ja für den Effektivwert $\hat{U} = \sqrt{2} \cdot U$.
Der Effektivwert gibt ja den Wert der Gleichspannung an.
\quoteon(2016-11-13 23:51 - rlk in Beitrag No. 3)
Wie verhalten sich die verkettete Spannung und die Sternspannung in einem symmetrischen Dreiphasensystem zueinander?
\quoteoff
Das weiß ich nicht. Ich habe nämlich hierbei ein komplettes Wirr an Vokabeln:
verkettete Spannung, Sternspannung, Leiterspannung, verkettete Leiterspannung, Phasenspannung, Strangspannung, Dreiecksspannung und noch diverse andere Formulierungen, da schalte ich irgendwie ab.
\quoteon(2016-11-13 23:51 - rlk in Beitrag No. 3)
Blindleistung entsteht durch eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Dadurch wird Energie abwechselnd vom Erzeuger zum Verbraucher und dann wieder in die entgegengesetzte Richtung übertragen. Es fließen größere Ströme als sie ohne Blindleistung zur Übertragung der gleichen Wirkleistung notwendig wären, was zu größeren Verlusten in den Übertragungseinrichtungen (z.B. Leitungen, Transformatoren) führt.\quoteoff
Aber wann habe ich blinde Leistung, wenn ich Spannungen und Ströme habe die nicht um 90 Grad Phasenverschoben sind? Oder wie ist jetzt Phasenverschiebung gemeint?
Ich danke,
gute Nacht!
Juliane
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rlk
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| Beitrag No.5, eingetragen 2016-11-14
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Hallo Juliane,
ich nehme an, dass die Lösung nicht von Dir ist.
Den Grund für den Faktor $\sqrt{2}$ habe ich in Beitrag No. 3 angedeutet. Wofür stehen die Symbole $U_1$ und $\hat{U}_{j0}$?
Die mit (*) markierte Gleichung ist wohl die, nach der ich gefragt habe.
\quoteon(2016-11-12 22:23 - rlk in Beitrag No. 1)
Für die Aufgabe A1 benötigst Du den Zusammenhang zwischen dem Steuerwinkel $\alpha$ und dem Mittelwert $U_M$ der Ausgangsspannung des Stromrichters.
\quoteoff
Habt ihr die in der Vorlesung nicht besprochen?
Servus,
Roland
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julianeBeygel
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| Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2016-11-14
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\quoteon(2016-11-14 01:31 - rlk in Beitrag No. 5)
Den Grund für den Faktor $\sqrt{2}$ habe ich in Beitrag No. 3 angedeutet. Wofür stehen die Symbole $U_1$ und $\hat{U}_{j0}?$\quoteoff
Ja das ist die Beziehung zwischen Spitzenwert und Effektivwert.
$U_1$ ist wohl der Effektivwert und $\hat{U}_{j0}$ ist der Spitzenwert. Mir ist jedoch nicht die Notation klar wofür diese Spannungen stehen?
$U_1$ ist dann die Primärseite des Trafos?
$\hat{U}_{j0}$ ist dann die Sekundärseite?
\quoteon(2016-11-14 01:31 - rlk in Beitrag No. 5)
Habt ihr die in der Vorlesung nicht besprochen?
\quoteoff
Nein, da der Professor zurzeit krank ist. Ich wäre für eine kurze Beschreibung der Zusammenhänge dankbar. Die Mathematik ist soweit klar nur die Physik dahinter nicht ganz,
Grüße
Juliane
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rlk
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| Beitrag No.7, eingetragen 2016-11-15
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Hallo Juliane,
wie Du im Schaltbild ablesen kannst, steht $U_1$ für die Spannung an der Primärseite und $U_{j0}$ für die an der Sekundärseite des Transformators. Mit dem Dachsymbol werden die Spitzenwerte gekennzeichnet, $\hat{U}_{j0}$ ist daher der Spitzenwert der Ausgangsspannung des Transformators.
Wie sieht die Spannung $u_M(t)$ am Ausgang des Stromrichters aus? Wie hängt diese Funktion vom Steuerwinkel $\alpha$ ab? Physikalischer ausgedrückt: wann schalten die Thyristoren ein und aus?
Ich hoffe, das hilft Dir,
Roland
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julianeBeygel
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| Beitrag No.8, vom Themenstarter, eingetragen 2016-11-16
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Halloo,
\quoteon(2016-11-15 23:13 - rlk in Beitrag No. 7)
Mit dem Dachsymbol werden die Spitzenwerte gekennzeichnet, $\hat{U}_{j0}$ ist daher der Spitzenwert der Ausgangsspannung des Transformators.
\quoteoff
Und wieso rechnen wir dann gerade mit dem Spitzenwert und nicht mit dem Effektivwert?
\quoteon(2016-11-15 23:13 - rlk in Beitrag No. 7)
Wie sieht die Spannung $u_M(t)$ am Ausgang des Stromrichters aus? Wie hängt diese Funktion vom Steuerwinkel $\alpha$ ab? Physikalischer ausgedrückt: wann schalten die Thyristoren ein und aus?
\quoteoff
Naja die Spannung ist abhängig davon wann die Thyristoren zünden. Die Thyristoren schalten doch ab wenn sich ihre Ströme zu 0 addieren. Meistens geschieht das wenn die Spannung umgepolt wird, sprich im natürlichen Kommutierungszeitpunkt. Eingeschaltet werden Thyristoren wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode positiv ist.
Also: $U_{AK} > 0$ ist.
Umrichter verändern die Leistungsaufnahme dadurch, dass durch eine entsprechende Ansteuerung der Thyristoren der Strom verzögert eingeschaltet wird. Diese Verzögerung wird der sogenannte Steuerwinkel genannt.
Aber gänzlich ist das alles noch nicht klar.
Dankeschön
Juliane
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| Beitrag No.9, eingetragen 2016-11-19
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Hallo Juliane,
\quoteon(2016-11-16 10:18 - julianeBeygel in Beitrag No. 8)
Und wieso rechnen wir dann gerade mit dem Spitzenwert und nicht mit dem Effektivwert?
\quoteoff
das wird klar, sobald Du die Frage
\quoteon(2016-11-15 23:13 - rlk in Beitrag No. 7)
Wie sieht die Spannung $u_M(t)$ am Ausgang des Stromrichters aus? Wie hängt diese Funktion vom Steuerwinkel $\alpha$ ab?
\quoteoff
beantwortest. Wie sehen die Spannungen an den drei Sekundärwicklungen des Transformators aus?
\quoteon(2016-11-16 10:18 - julianeBeygel in Beitrag No. 8)
Naja die Spannung ist abhängig davon wann die Thyristoren zünden. Die Thyristoren schalten doch ab wenn sich ihre Ströme zu 0 addieren. Meistens geschieht das wenn die Spannung umgepolt wird, sprich im natürlichen Kommutierungszeitpunkt.
\quoteoff
Ein Thyristor schaltet ab, sobald der Strom unter den Haltestrom absinkt, der Zeitpunkt, an dem der Strom Null wird ist eine gute Näherung dafür.
\quoteon(2016-11-16 10:18 - julianeBeygel in Beitrag No. 8)
Eingeschaltet werden Thyristoren wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode positiv ist.
Also: $U_{AK} > 0$ ist.
\quoteoff
Das stimmt nicht, der Thyristor wird ja im Gegensatz zu einer Diode über den Gate-Anschluss eingeschaltet (manchmal spricht man von "Zündung"). Wie sieht $u_M(t)$ aus, wenn die Thyristoren zum frühestmöglichen Zeitpunkt, also bei der Kommutierung eingeschaltet werden?
Ich hoffe, das hilft Dir,
Roland
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