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8.6.3 Frequenzumrichter in Mehrstufenschaltung
Für Windenergieanlagen mit größeren Umrichterleistungen im höheren Megawattbereich
werden Umrichter mit Leistungshalbleitern in Reihen- oder Parallelschaltung eingesetzt. Für
diesen Fall hat sich die Variante des Umrichters in Mehrstufenschaltung als günstig erwiesen.
Dabei handelt es sich um eine Reihenschaltung von mehreren Leistungshalbleitern. Diese
werden aber nicht gleichzeitig geschaltet, sondern können versetzt geschaltet werden. Über
dieses Verfahren ist es möglich, feinere Spannungsstufen an den Ausgang zu schalten und
damit den erforderlichen Filteraufwand zu reduzieren.
Für Windenergieanlagen im Bereich hoher Leistung sind vorwiegend Dreistufenumrichter in
dargestellt. Der Umrichter besteht wieder aus drei identischen Phasen. In jeder Phase sind der
obere und untere Zweig nahezu identisch aufgebaut. Zwei Leistungshalbleiter, hier als IGBT
dargestellt, mit antiparalleler Freilaufdiode sind in jedem Zweig in Reihe geschaltet. Der Pha-
senabgriff ist zwischen den beiden Zweigen angeschlossen.
Bild 8.38
Dreistufiger Frequenzumrichter; Schaltung der verketteten Spannung
Dadurch, dass innerhalb der Reihenschaltung der Leistungshalbleiter eines Zweigs eine An-
knüpfung an den Mittelpunkt des Zwischenkreises über zusätzliche Dioden gegeben ist, kann
jede einzelne Phase gegen Mittelpunkt 0 die Ausgangsspannung
U
d
/2, 0 und
°
U
d
/2 erzeu-
gen. Zur Erzeugung der Ausgangsspannung
+
U
d
/2 sind z. B. für Phase 1 die Leistungshalblei-
ter V
1.1
und V
1.2
einzuschalten, für die Ausgangsspannung 0 die Leistungshalbleiter V
1.2
und
V
4.1
. Es können von jeder Phase also drei Spannungsstufen erzeugt werden, was zur Bezeich-
nung Dreistufenwechselrichter geführt hat. In Bild
8.39
ist die verkettete Ausgangsspannung
eines Dreistufenumrichters dargestellt. Aus der Kombination der jeweils drei Spannungswerte
der beiden die verkettete Spannung bildenden Phasen ergibt sich eine fünfstufige verkettete
Spannung.
