Achim Menke

Zusammenfassung Diplomarbeit von Dipl.-Ing. Achim Menke:

Aufbau einer Steuerung eines Mittelfrequenz-DC-DC-Wandlers mit Messsystem

Das Fahrleitungsnetz des Schienenverkehrs in Deutschland hat heute eine Frequenz von 16 2/3 Hz. Durch den Einsatz eines Transformators, der bei höheren Frequenzen betrieben wird, kann man Masse und Volumen des Antriebssystems reduzieren. Eine gleichzeitige Verbesserung des Wirkungsgrades ist zu erwarten. Eine Möglichkeit, diesen Anforderungen zu entsprechen, ist der Aufbau eines Hochspannungsumrichters mit DC-DC-Wandlern.
Das Ziel dieser Arbeit war der Aufbau einer Steuerung für einen DC-DC-Wandler mit zwei Vier-Quadranten-Stellern (4QS) und einem Mittelfrequenztransformator. Desweiteren sollte ein Messsystem aufgebaut werden. Die Steuerung des DC-DC-Wandlers wurde wie im folgenden beschrieben verwirklicht. Die Ansteuersignale für die IGBTs der 4QS werden über eine sogenannte versetzte Taktung erzeugt. Die Übertragungsleistung des Transformators ist einstellbar. Zur Verhinderung eines Zwischenkreis-Kurzschlusses werden die Halbbrücken überwacht. Um die Potentiale von Steuerung und DC-DC-Wandler zu entkoppeln, werden die Steuersignale in Lichtsignale umgewandelt und über optische Leitungen an die IGBT-Steuerung übermittelt. Eine Fehlerüberwachung dient zur Vermeidung von Schäden am Aufbau.
Für die Messungen wird zur sicheren Trennung vom Potential des DC-DC-Wandlers ein Mess-PC über eine optische Netzwerkverbindung von einem Bedien-PC gesteuert. Die Modifikation und Programmierung einer benutzerfreundlichen Messoberfläche mit der Messsoftware Labview zur Vermessung des Mittelfrequenztransformators war der zweite Schwerpunkt der Arbeit. Die Messwerte werden auf mehreren oszilloskopähnlichen Diagrammanzeigen gleichzeitig dargestellt und mit der Software Labview weiterverarbeitet (es erfolgt zum Beispiel eine Berechnung der Leistung oder eine Korrektur der Messfehler). Durch verschiedene Setup-Felder können während der Messungen Änderungen der Einstellungen durchgeführt werden.
Die Vermessung des Aufbaus hat gezeigt, daß die Messungen mit diesem Messsystem bezogen auf die Scheinleistung relativ genau sind. Ob das vermessene System des DC-DC-Wandlers mit zwei 4QSn und einem Mittelfrequenztransformator eine wirtschaftliche Alternative zu bisherigen Antriebssystemen von Triebfahrzeugen ist, werden weitere Untersuchungen des Messaufbaus zeigen.