Quasi-Drei-Level-Betrieb für hybride modulare Multilevel-Umrichter: Design, Implementierung und Anwendung in Mittelspannungsantrieben

Malte Neels Lorenz

doi:10.5771/9783690302197

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird ein hybrider modularer Multilevel-Umrichter im Quasi-Drei-Level-Betrieb für Mittelspannungsantriebe entwickelt. Durch diesen Betriebsmodus kann die erforderliche Kapazität der Modulkondensatoren im Vergleich zu konventionell betriebenen modularen Multilevel-Umrichtern deutlich reduziert werden, wodurch sich der Platzbedarf und die Kosten des Umrichters verringern. Dabei wird die Ausgangsspannung ähnlich wie bei konventionellen Drei-Level-Wechselrichtern moduliert. Im Vergleich zu diesen werden die Spannungsflanken jedoch abgeschwächt, wodurch die Belastung des Isolationssystems der angeschlossenen elektrischen Maschine reduziert wird. Die Arbeit behandelt die Auslegung des Umrichters, die Implementierung der Regelung sowie deren experimentelle Validierung an einem Niederspannungsprüfstand. Abschließend wird das Konzept anhand mehrerer Fallstudien für Mittelspannungsantriebe analysiert und mit etablierten Betriebsverfahren verglichen.

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Bibliographische Angaben

Auflage: 1/2026
Copyrightjahr: 2026
ISBN-Print: 978-3-69030-208-1
ISBN-Online: 978-3-69030-219-7
Verlag: TEWISS, Garbsen
Reihe: Berichte aus dem IAL
Band: 04/2026
Sprache: Deutsch
Seiten: 220
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

1. Danksagung Kein Zugriff
2. Inhaltsverzeichnis Kein Zugriff
3. Abkürzungsverzeichnis Kein Zugriff
4. Formelzeichenkonvention Kein Zugriff
5. Formelzeichenverzeichnis Kein Zugriff
1 Einleitung Kein Zugriff Seiten 1 - 4
1. 2.1 Aufbau und Ansteuerung eines MMCs Kein Zugriff
2. 2.2 Zweigspannungsmodulation Kein Zugriff
3. 2.3 Beschreibung der Freiheitsgrade Kein Zugriff
4. 2.4 Konventioneller Betrieb Kein Zugriff
5. 2.5 Quasi-Zwei-Level-Betrieb Kein Zugriff
6. 2.6 Vergleich der Betriebsmodi in drehzahlvariablen Mittelspannungsantrieben Kein Zugriff
7. 2.7 Quasi-Drei-Level-Betrieb Kein Zugriff
8. 2.8 Forschungstrend der hybriden modularen Topologien mit reduzierter Speicheranforderung Kein Zugriff
1. 3.1 Modellbildung am einphasigen Ersatzschaltbild Kein Zugriff
2. 3.2 Prinzip des Quasi-Drei-Level-Betriebes Kein Zugriff
1. 4.1 Zusammenhang von phaseninternen Parametern Kein Zugriff
2. 4.2 Zusammenhang von Modulationsverfahren und Eingangskondensatordimensionierung Kein Zugriff
3. 4.3 Clamping-Switch-Design Kein Zugriff
1. 5.1 Modulbalancierungseinheit Kein Zugriff
2. 5.2 Zweigstromregelung Kein Zugriff
3. 5.3 Mittelfrequente Strominjektion Kein Zugriff
4. 5.4 Zweigenergieregelung Kein Zugriff
5. 5.5 Neutralpunktbalancierung Kein Zugriff
6. 5.6 Überlagerte Regelung Kein Zugriff
1. 6.1 Simulationsmodell Kein Zugriff
2. 6.2 Niederspannungsprüfstand Kein Zugriff
3. 6.3 Validierung an passiver ohmsch-induktiver Last Kein Zugriff
4. 6.4 Weitere Untersuchungen Kein Zugriff
1. 7.1 Fallstudien der elektrischen Antriebe Kein Zugriff
2. 7.2 Auslegungsprozess der Mittelspannungsumrichter Kein Zugriff
3. 7.3 Auslegung der HyQ3L-MMCs Kein Zugriff
4. 7.4 Vergleich zu anderen Mittelspannungsumrichtern Kein Zugriff
8 Fazit und Ausblick Kein Zugriff Seiten 165 - 167
1. A.1 Zustandsdifferentialgleichungssystem des MMCs mit Phasenquerströmen als Zustandsgrößen Kein Zugriff
2. A.2 Betrachtung des Worst-Case Tastgrads bei der HF-Modulation Kein Zugriff
3. A.3 Berechnung des Neutralpunktstroms bei Drei-Level-Umrichter Kein Zugriff
4. A.4 Weitere NSV-Modulationsverfahren Kein Zugriff
5. A.5 Hochfrequentes Modell des HyQ3L-MMC in Zustandsraumdarstellung Kein Zugriff
6. A.6 LTSpice-Simulationsmodell Kein Zugriff
7. A.7 Snubberkonfiguration der HyQ3L-MMCs als Mittelspannungsumrichter Kein Zugriff
8. A.8 Simulationsergebnisse bei variierenden Ausgangsfrequenzen und unterschiedlichen Gleichtaktspannungsinjektionen Kein Zugriff
9. A.9 Ergänzende Darstellungen zum HyQ3L-MMC als Mittelspannungsumrichter Kein Zugriff
Literaturverzeichnis Kein Zugriff Seiten 189 - 199