136 FachwissenBahnenergieversorgung 118 (2020) Heft 4 Betriebserfahrungen und Anwendungsbeispiele für IGBT-Wechselrichter Rainer Gruber, Erlangen Bremsende Gleichstrombahnen erzeugen elektrische Energie. Wenn diese Energie nicht von anderen Zügen genutzt werden kann, wird sie üblicherweise mit Hilfe von Bremswiderständen in Wärme umgewandelt, da die Dioden-Gleichrichter nicht rückspeisefähig sind. Diese Funktion bietet ein Wechselrichter. Bei der Stuttgarter Straßenbahn wurde ein Prototyp-Wechselrichter eingebaut. Dieser Wechselrichter war mit einem umfangreichen Messsystem ausgestattet, um das Verhalten des Wechselrichters und die zurückgespeiste Energie aufzuzeichnen. Operating experience and application examples for IGBT inverters Braking DC trains generate electrical energy. If this energy cannot be used by other trains, it is usually converted into heat using braking resistors, since the diode rectifiers are not capable of regenerating. An inverter offers this function. A prototype inverter was installed at Stuttgart tram. The inverter was equipped with an extensive measuring system to record the behavior of the inverter and the energy fed back. Retour d’expérience et exemples d’application pour les onduleurs IGBT Les trains à courant continu équipés du freinage par récupération génèrent de l’énergie électrique. Lorsque cette énergie ne peut pas être consommée par d’autres trains, elle est généralement convertie en chaleur à l’aide de résistances de freinage, par le fait que les redresseurs à diodes (des sous stations) ne permettent pas le retour de courant. L’onduleur devient nécessaire pour réaliser cette fonction. Un prototype d’onduleur a été installé sur le réseau de tramway de Stuttgart. Cet onduleur était équipé d’un système de mesure complet pour enregistrer le comportement de l’onduleur et l’énergie renvoyée. 1 Einführung Der Einsatz eines Wechselrichters zur Nutzung der rückgespeisten Bremsenergie, die nicht durch andere Gleichstrom-Fahrzeuge verwendet wird, hat verschiedene Vorteile. Neben der Energie- und damit Kosteneinsparung ist das die Reduzierung des CO2 - Ausstoßes durch die nicht benötigte elektrische Energie. Ein weiterer Vorteil besonders in wärmeren Ländern und in den Sommermonaten ist eine Verringerung der Tunnelerwärmung. Bei der Rückspeisung ins Mittelspannungsnetz kann die Energie mehr oder weniger ortsunabhängig verwendet werden. Wenn die Anlage entsprechend ausgelegt ist, kann auf die Bremswiderstände auf den Fahrzeugen verzichtet werden, was weiter zur Energieeinsparung beiträgt. 2 Funktion eines IGBTWechselrichters Wechselrichter werden seit geraumer Zeit angeboten. Dabei unterscheidet man zwischen netzgeführten Stromrichtern und selbstgeführten Stromrichtern. Die netzgeführten Stromrichter basieren auf Thyristoren, die bei einer positiven Spannung am Thyristor zu einer bestimmen Zeit der Netzperiode gezündet werden. Dieser Zeitpunkt wird auch als Zündwinkel bezeichnet. Im Wechselrichterbetrieb wird der Thyristorstromrichter mit Zündwinkeln größer 90° betrieben. Der Strom im Thyristor wird zu Null, wenn durch die Änderung der Netzspannung am Thyristor eine negative Spannung anliegt. Dadurch ergeben sich die Nachteile des Thyristorwechselrichters (TCI, Thyristor Controlled Inverter). Im Betrieb benötigt er Kommutierungs- und Steuerblindleistung vom Netz. Des Weiteren ergeben sich auf der Drehstromseite durch die Zündung bei größerem Phasenwinkel höhere Stromoberschwingungen mit niedriger Frequenz. Im Gegensatz dazu kann der Bipolartransistor mit isolierter Gate Elektrode (IGBT, Insulated-Gate Bipolar Transistor) seinen Strom beliebig ein- und ausschalten. Durch die Pulsung der Spannung (PCI, Pulse Controlled Inverter) kann eine in Amplitude und Winkel einstellbare Wechselspannung erzeugt werden. Die üblicherweise eingesetzten Zweipunkt-Wechsel-
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