Fünf-Stufen-GTO-Wechselrichter für große Induktionsmotorantriebe

Die Entwicklung von großen Induktionsmotorantrieben mit geringem Drehmomentrippeln und schneller dynamischer Reaktion für neue oder nachgerüstete Anwendungen wurde durch die Gerätespezifikationen und Probleme bei der Serienschaltung eingeschränkt. Dieses Papier untersucht den Einsatz eines fünf-Stufen-GTO-Spannungsquelle-Wechselrichters für große Induktionsmotorantriebe. Die Vorteile eines solchen Antriebs bestehen darin, dass an jeder Stufe einzelne GTO-Thyristoren verwendet werden können, wodurch die Notwendigkeit einer Serienschaltung der Thyristoren vermieden wird. Die Thyristoren sind durch die Klemmwirkung der Gleichstromversorgungskondensatoren gut vor Überspannungen geschützt. Die Nachteile sind, dass jede Gleichstromstufe eine separate Versorgung erfordert, im Fall des fünf-Stufen-Wechselrichters vier, und dass die Geräte nicht gleichmäßig belastet sind. Dieses Papier überprüft den grundlegenden Betrieb des fünf-Stufen-Wechselrichters und mögliche PWM-Spannungs-/Frequenzregelungstechniken für die spezifische Anwendung von Induktionsmotorantrieben. Die Simulationsresultate zeigen deutlich die ungleiche Belastung der Geräte und die Notwendigkeit unabhängiger Spannungsversorgungen für die fünf Stufen. Es wird gezeigt, dass eine Kombination mehrerer PWM-Techniken die beste Lösung für die Anwendung der Antriebe bietet. Die Schlussfolgerungen deuten darauf hin, dass große Induktionsmotoren mit Leistungen von bis zu 22 MVA, 7,46 kV von dem fünf-Stufen-Wechselrichter mit verfügbaren 4,5 kV, 3,0 kA GTO-Thyristoren versorgt werden können. Die empfohlene Versorgung für einen solchen Wechselrichter mit vollem regenerativen Betrieb über den gesamten Geschwindigkeitsbereich sind vier vierquadrantige Umrichter in einer quasi 24-Puls-Konfiguration.