Auswirkungen der Pulsweitenmodulation hoher Taktzahl auf die Oberschwingungsbelastung einer Asynchronmaschine bei Speisung durch einenU-Wechselrichter

Übersicht Für ein charakteristisches Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine wird die Oberschwingungsbelastung bestimmt, die sich bei Pulsweitenmodulation hoher Taktzahl ergibt. Hierzu werden die Oberschwingungskupferverluste und die Pendelmomente ermittelt. Die Rechnung erfolgt im Zeitbereich und die Ergebnisse haben rein analytische Form. Obwohl hierbei von sehr hoher Taktzahl ausgegangen wird, kann man die entstandenen Gleichungen auch auf niedrige Taktzahlen übertragen. Es wird gezeigt, daß die Strom verdrängung mit in die Rechnung einbezogen werden kann. Ferner können auch die Oberschwingungseisenverluste in vereintachter Form analytisch bestimmt werden.

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The effect of pulse width modulation with high switching frequency on the harmonic effects in an induction machine, fed from a voltage fed inverterPart 1. Fundamental considerations and single phase calculations

Contents The harmonic effects resulting from pulse width modulation with high switching frequency are determined from a characteristic equivalent circuit of an induction machine. The harmonic copper losses and torque pulsations are evaluated. The calculations are done in the time domain and the results are of exact analytical form. Although the original assumption is high switching frequency, the resulting equations may be adapted for lower switching frequencies as well. It is shown that skin effects may be taken into account in these calculations. The harmonic magnetising losses may also be determined in a simplified form.

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Wichtige Formelzeichen U(t) Spannung (hier immer pulsförmig), Zeitbereich - U_.1(t) Grundschwingung der SpannungU(t) - normierter Spannungsmittelwert für die Zeit =1/f_s - Û(vf₁) Scheitelwert derv. Spannungsharmonischen - 2·U_B Wechselrichtereingangsspannung - I(t, ) Oberschwingungsstrom im Bereich =1/f_s als Funktion von - Î(vf₁) Scheitelwert derv. Stromharmonischen - Magnetischer Fluß - f₁=1/T Frequenz der Grundschwingung - ₁=2f₁ Kreisfrequenz der Grundschwingung - _G Kreisfrequenz bei Grundfrequenztaktung - f_s=1/ Schaltfrequenz - z_T=f_s/f₁ Taktzahl bzw. Frequenzverhältnis - m=Û₁(f₁)/U_B Modulationsgrad - v Ordnungszahl der Harmonischen - Oberschwingungskupferverluste als Funktion von - P_v Mittlere Oberschwingungskupferverluste über einer Periode - P_VFe Mittlere Oberschwingungseisenverluste über einer Periode - M Pendelmoment - M_H Hüllkurve der Pendelmomente - Scheitelwert der Pendelmomente - R_E=R_S+R_rL_h/(L_r+L_h) wirksamer Widerstand für die Oberschwingungen ohne Stromverdrängung - R_E Widerstand unter Berücksichtigung der Stromverdrängung - L=L_S+L_rL_h/(L_r+L_h) wirksame Induktivität für die Berechnung des Oberschwingungsstromes - L^*=LL_h/(L_h+L_r) wirksame Induktivität für die Berechnung der Pendelmomente