LES_II_RC2_M - Leistungselektronische Systeme 2 Professur fr

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Professur für Leistungselektronik Leistungselektronische Systeme 2 und Messtechnik Prof. Dr. J.W. Kolar Musterlösung Übung 2 Name, Vorname Testat Lösung Übung 2 Einphasen-Pulsgleichrichtersystem mit hochfrequenter Potential- trennung der Ausgangsspannung Durch das in Abb.1 gezeigte Pulsgleichrichtersystem soll ausgehend von einer Aussenleiterspannung u 1 des amerikanischen Dreiphasen-Niederspannungsnetzes (115Vrms/ 60Hz Phasenspannung) eine potentialgetrennte, geregelte und in weiten Grenzen definierbare Gleichspannung u O erzeugt werden. Die Stromaufnahme des Kon- verters ist dabei sinusförmig und in Phase mit der speisenden Spannung einzustellen um eine Belastung des Net- zes mit Blindleistung oder Oberschwingungen zu vermeiden. Die Dimensionierung der Leistungskomponenten des Systems ist wie folgt vorgegeben: U 1 , rms = 115V ( u 1 = 2 U 1 , rms cos φ 1 , φ 1 =2 π f N t ) f N = 60Hz U O = 0…100V P O = 0…500W (abhängig von U O ) Windungszahlverhältnis: 1:1 C O = 1.7mF L m = 97uH L F = 2.4mH C F = 5uF f P = 45kHz = 1/ T P (Schaltfrequenz) Abbildung 1: Sperrwandler mit vorgeschaltetem Eingangsfilter zur Erzeugung einer potentialgetrennten Gleichspannung U O unter Aufnahme eines sinusförmigen Stromes aus dem Wechselspannungsnetz. Anmerkung: Aufgrund der Potentialtrennung der Ausgangsspannung kann einfach eine Erhöhung der Ausgangsleistung durch dreiphasige Erweiterung des Systems erfol- gen. Dabei wird je ein Konverter an eine Netzaussenleiterspannung gelegt (Dreieckschaltung, symmetrische Belastung des Dreiphasennetzes), ausgangsseitig werden die Systeme parallel geschaltet. t S gate ( t ) P dT P T 0 u 1 D o L M + U o S 1:1 i m i 1 o I C F L F u F C o S gate ~ i 1
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Professur für Leistungselektronik Leistungselektronische Systeme 2 und Messtechnik Prof. Dr. J.W. Kolar Musterlösung Übung 2 A1) Für die Herleitung der Kleinsignal Übertragungsfunktion führen wir ein State-Space Averaging durch. Für die zwei Schalterpositionen gelten folgende Ersatzschaltbilder: Abbildung 2: Ersatzschaltbilder für die zwei diskreten Schalterstellungen Mit fester Ausgangsspannung ܷ kann man für den Strom ݅ ௅ெ zwei Gleichungen angeben: Systemgleichungen für S = ON: ܮ ௅ெ ൌݑ ி (1) Systemgleichungen für S = OFF: ܮ ௅ெ ൌെܷ (2) Mittelung der Systemgleichungen: ௅ெ ݀⋅ݑ ி െܷ ൅݀⋅ܷ ܮ (3) Linearisierung um den Arbeitspunkt: d ൫ଓሶ ௅ெ ൅ܫ ௅ெ ൯ൌ ൫݀ ൅ܦ൯ሺݑ ி ൅ܷ ி ሻെܷ ൫݀ ൅ܦ൯ ܮ (4) Kleinsignal und Steady-State Lösung: dଓሶ ܷ ி ܮ ⋅݀ ܦ ܮ ⋅ݑ ி (5) ܷ ܦ 1െܦ ⋅ܷ ி (6) Setzt man die Steady-State Lösung ein erhält man: dଓሶ ܷ ி ܮ ሺ1െܦሻ ܦ ܮ ி (7) Da ݑ ி hier als Störgrösse auftritt, setzen wir sie auf Null und führen gleichzeitig die Laplace-Transformation durch.
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