Leistungswandler, Regelung und Betriebsdaten elektrischer Maschinen

Artikel 10: Leistungswandler, Regelung und Steuerung

Einführung

Definition Leistungswandler (Konverter)

Ein Leistungswandler (Konverter) ist ein Element, das die Form der elektrischen Leistung ändert und den Wechsel zwischen Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC) sowie zwischen verschiedenen Frequenzen der Wechselspannung ermöglicht. Konverter bestehen aus Geräten, die aus Halbleitermaterialien hergestellt werden. Sie funktionieren im Wesentlichen als Schalter, die den Stromdurchgang unter bestimmten Bedingungen zulassen oder blockieren.

Symbole für AC-Wandler im Dauerbetrieb (Gleichrichter), DC-AC-Wandler (Wechselrichter) und AC-AC-Wandler.

Wichtige Leistungswandler-Typen

• Gleichrichter: Ein Element oder eine Schaltung, die Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umwandelt.
• Geregelte Gleichrichter: Diese dienen dazu, den durchschnittlichen Strom- und Spannungswert, der an die Last geliefert wird, zu steuern und zu verringern.
• Wechselrichter (Inverter): Ein Element oder eine Schaltung, die Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt.
• Spannungsregler: Zur Regulierung des Spannungswertes, der an eine Last angelegt wird. Bei festen Spannungsquellen können alternative Quellen wie Spannungsteiler (bei DC-Quellen) oder Autotransformatoren (nur bei AC) verwendet werden.

Automatische Steuerung von Prozessen

Alle Prozesse in Konstruktion und Fertigung können durch die folgenden Funktionen identifiziert werden:

1. Definition der Zielfunktion des Prozesses.
2. Prozess der Datenerhebung.
3. Datenverarbeitung.
4. Ausführung (Performance) auf die Elemente des Prozesses.

Ein Prozess wird als automatisch gesteuert betrachtet, wenn alle diese Funktionen durch ein System ausgeführt werden, ohne dass menschliches Eingreifen erforderlich ist, im Gegensatz zur manuellen Durchführung.

Artikel 11: Betriebsdaten elektrischer Maschinen

Einführung

Der normale Betrieb der Geräte wird maßgeblich durch die dielektrische Isolation und das thermische Verhalten der Wicklungen bestimmt.

Der Betrieb von elektrischen Maschinen führt zu einem transienten Startvorgang. Dieser umfasst:

1. Einen elektromagnetischen Transient, bis die Ströme in den Spulen und die Spannungen in den Kondensatoren ihren stabilen Wert erreichen.
2. Einen thermischen Transient, bis die Temperatur in allen Teilen der Maschine einen stationären Wert erreicht.
3. Zusätzlich gibt es im Falle eines Generators oder Motors auch einen mechanischen Transient, bis eine konstante Geschwindigkeit erreicht wird.

Im stationären Zustand (Steady State) bestimmen die elektrischen Eigenschaften (das Verhältnis von Spannung, Strom, Leistung, ...) und bei rotierenden Maschinen die mechanischen Eigenschaften (das Verhältnis zwischen Drehmoment, Geschwindigkeit, ...) den am besten geeigneten Betriebsrahmen für jede der Maschinen.

Bei Elementen wie Leitungen, Transformatoren oder jeder Art von elektrischem Energiewandler sind nur die elektrischen Parameter und Größen relevant (Spannung, Strom, Frequenz, Leistung, Widerstand und Blindwiderstand ihrer internen Schaltungen). Bei rotierenden Maschinen muss zusätzlich die Geschwindigkeit berücksichtigt werden.

Service-Klasse und Überlast

Die Service-Klasse (oder Einschaltdauer) beschreibt den Betriebszyklus, für den eine Maschine konstruiert wurde, in Reaktion auf ihre thermische Belastungsgrenze.

Die Nennleistung ist die vom Hersteller angegebene Leistung, die sicherstellt, dass der Arbeitszyklus die maximal zulässige Temperatur nicht überschreitet. Die Nennleistung bezieht sich gewöhnlich auf Standard-Umgebungsbedingungen: 40 °C und Höhenlagen unter 1000 m.

Elektrische Maschinen können bei Überlastung für eine gewisse Zeit über ihre Nennleistung hinaus betrieben werden (z. B. im S1-Dienst), ohne die maximal zulässige Temperatur zu überschreiten.