Steuerverfahren und direkte modellprädiktive Stromregelung eines vereinfachten Dreipunktstromrichters

Die Umsetzung von drehzahlveränderlichen elektrischen Antrieben erfolgt heutzutage überwiegend durch den Einsatz von Stromrichtern mit angeschlossener Drehstrommaschine. Dabei wird im Niederspannungsbereich fast ausschließlich der Zweipunktstromrichter mit Gleichspannungszwischenkreis für industrielle Antriebe und Traktionsantriebe eingesetzt. Bei Nennspannungen über 400V werden hierbei vorwiegend Silizium-IGBTs verwendet.
Die durch die Anwendungen und gesetzlichen Vorschriften steigenden Anforderungen bzgl. Energieeffizienz, Leistungsdichte, Kosten und elektromagnetischen Störaussendungen zeigen in den letzten Jahren ein zunehmendes Interesse an alternativen Lösungsansätzen für die Implementierung und den Betrieb des Stromrichters. Dabei scheint der bevorzugte Weg die Anwendung von speziellen Steuer- und Regelverfahren zu sein, da hierbei meist keine Modifikation des Stromrichter-Hardware notwendig ist. Weitere Ansätze sind die Verwendung von neuartigen Halbleitermaterialien, wie z. B. Siliziumkarbid oder Galliumnitrid oder der Einsatz von Mehrpunktstromrichtern.
Die vorliegende Arbeit untersucht die drei genannten Möglichkeiten. Als Alternative zum klassischen Zweipunktstromrichter wird hierzu ein spezieller vereinfachter Neutral-Point-Clamped Dreipunktstromrichter betrachtet. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der Entwicklung eines Steuer- und Regelverfahrens sowie auf der Anwendung der modellprädiktiven Regelung zum Betrieb dieser Topologie.