Zwölfpuls-Thyristor-Gleichrichterregelungs-Simulation

Systemübersicht

Was ist ein Zwölfpuls-Thyristor-Gleichrichter?

Ein Zwölfpuls-Gleichrichter besteht aus zwei Sechspuls-Thyristorbrücken, die über einen phasenverschiebenden Transformator verbunden sind. Diese Topologie bietet:

• Reduzierte harmonische Verzerrung: Minimierung niederordentlicher Oberschwingungen
• Verbesserter Leistungsfaktor: Bessere Nutzung der Eingangsleistung
• Höherer Wirkungsgrad: Geeignet für leistungsstarke AC-DC-Wandlung

Zweck der Simulation

Die Simulation hat folgende Ziele:

• Demonstration der Funktionsprinzipien der Zwölfpuls-Gleichrichtung
• Validierung der Auswirkungen phasenverschiebender Transformatoren auf die Harmonischenreduktion
• Analyse von Effizienz, Leistungsfaktorkorrektur und Spannungsregelung

Hauptmerkmale

Harmonische Reduktion

Durch eine Phasenverschiebung der beiden Sechspuls-Gleichrichter um 30° werden niederordentliche Oberschwingungen (5., 7., 11. und 13. Harmonische) erheblich reduziert. HIL/PHIL-Vorteil: Echtzeitanalyse gewährleistet die Einhaltung der IEEE-519-Harmonischenstandards.

Phasengesteuerter Betrieb

Die Zündwinkel der Thyristoren werden angepasst, um die DC-Ausgangsspannung zu regeln und den Leistungsfaktor zu verbessern. HIL/PHIL-Vorteil: Dynamische Tests von Phasensteuerungsstrategien ermöglichen eine Leistungsoptimierung.

Transformatorbasierte Phasenverschiebung

Ein spezieller Transformator erzeugt eine Phasenverschiebung von 30° zwischen den beiden Brücken und verbessert dadurch die Harmonischenkompensation. HIL/PHIL-Vorteil: Simulation unterschiedlicher Transformator-Konfigurationen zur Leistungsoptimierung.

Hohe EffizienzErmöglicht effiziente Leistungswandlung mit minimalen Verlusten.

• SkalierbarkeitGeeignet für Hochleistungsanwendungen in verschiedenen Industriebereichen.

Präzise RegelungErmöglicht eine genaue Steuerung von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom.

Simulationsziele

Diese Simulation hilft bei der Bewertung von:

• Gleichrichterleistung bei unterschiedlichen Zündwinkel-Einstellungen
• Einfluss der Phasenverschiebung auf die Harmonischen des Eingangsstroms
• Spannungsregelung und dynamisches Verhalten bei Laständerungen HIL/PHIL-Vorteil: Diese Analysen ermöglichen Echtzeit-Tests von Regelstrategien vor der Hardwareimplementierung.

Technische Beschreibung

Systemkonfiguration

• Eingang: Dreiphasige Wechselspannungsquelle.
• Gleichrichter: Zwei Sechspuls-Thyristorbrücken
• Transformator: Phasenverschiebender Transformator (Δ-Y- und Δ-Δ-Schaltungen)
• Ausgang: Geregelte DC-Spannung mit reduziertem Oberschwingungsanteil

Regelungsmethodik

• Phasenwinkelregelung: Steuerung der Thyristor-Zündwinkel zur Spannungsregelung
• Harmonischenunterdrückung: Optimierung der Phasenverschiebung zur Minimierung der Eingangsstromverzerrung
• Lastregelung: Anpassung der Gleichrichterparameter zur Stabilisierung der DC-Ausgangsspannung HIL/PHIL-Vorteil: Regelstrategien können in Echtzeit validiert werden, bevor sie im Feld eingesetzt werden.

Vorteile der Zwölfpuls-Gleichrichtersimulation

• Reduzierte harmonische Verzerrung: Verbesserte Netzqualität im Vergleich zu Sechspuls-Gleichrichtern
• Höhere Effizienz: Bessere Nutzung der AC-Einspeisung
• Stabilere DC-Ausgangsspannung: Reduzierte Welligkeit und Spannungsschwankungen HIL/PHIL-Vorteil: Jede Funktion kann über den gesamten Entwicklungszyklus hinweg getestet werden (RCP → HIL → PHIL) unter Verwendung der Plattformen von Impedyme.

Anwendungen

•  Elektrochemische Industrie Chlor-Alkali-Anlagen: Zwölfpuls-Gleichrichter werden eingesetzt, um hochstromfähige DC-Leistung für Elektrolyseprozesse bei der Herstellung von Chlor, Natronlauge und Wasserstoff bereitzustellen.

Galvanotechnik:Eine präzise DC-Stromregelung ist für Galvanisierungsprozesse essenziell. Zwölfpuls-Gleichrichter gewährleisten dabei geringe Restwelligkeit und hohe Effizienz.

•  Metallverarbeitung Aluminiumschmelze: Zwölfpuls-Gleichrichter werden in Hall-Héroult-Zellen verwendet, um AC-Leistung in hochstromfähige DC-Leistung für die Aluminiumproduktion umzuwandeln.

Stahlherstellung: In Lichtbogenöfen (EAF) und Walzwerken liefern Zwölfpuls-Gleichrichter stabile DC-Leistung zum Schmelzen und Umformen von Metallen.

•   BatterieladesystemeLadestationen für Elektrofahrzeuge (EV): Zwölfpuls-Gleichrichter kommen in Schnellladestationen zum Einsatz, um eine leistungsstarke DC-Versorgung mit geringer harmonischer Verzerrung bereitzustellen.

Batterie-Energiespeichersysteme (BESS): Sie werden verwendet, um große Batteriespeicher effizient zu laden und einen stabilen sowie zuverlässigen Betrieb sicherzustellen.

• HVDC-Systeme: AC-DC-Wandlung für die elektrische Energieübertragung über große Entfernungen.
• Industrielle Motorantriebe: Hochleistungs-DC-Versorgung für große Elektromotoren.

• Traktionssysteme: Leistungswandlung für die Elektrifizierung von Bahnsystemen. HIL/PHIL-Vorteil: Echtzeit-Emulation beschleunigt die Entwicklung spezifischer Lösungen für unterschiedliche Industrieanwendungen.

Vorteile der Simulation

Mit dieser Simulation können Anwender:

• Die Dynamik eines Zwölfpuls-Gleichrichters detailliert analysieren
• Fortschrittliche Phasenregelungsalgorithmen testen

Die Ein- und Ausgangsleistungsqualität bewerten HIL/PHIL-Vorteil: Erkenntnisse aus der Simulation lassen sich nahtlos in die Validierung realer Hardware übertragen.