Titelaufnahme

Titel
Inverter und Laderegler für Kleinwindkraftanlagen
Weitere Titel
Inverter and charge controller for small wind power plants
AutorInnenKaiser, Markus
GutachterOberpertinger, Rudolf
Erschienen2017
Datum der AbgabeJuni 2017
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Batterie-Unterspannungsschutz / Brückenkreis / Brückentransistoren / DC/DC-Wandler / Drehstrombrücke / Halbbrückentreiber / Leistungsteil / LEM LTSR 15-NP / Linearspannungsregler / Spannungsreferenz / Steuerteil / STM32F411-Discovery
Schlagwörter (EN)Battery under-voltage protection / Bridge circle / Bridge transistors / DC/DC-converter / Three-phase bridge / Half-bridge driver / Performance part / LEM LTSR 15-NP / Linear voltage regulator / Voltage reference / Control part / STM32F411-Discovery
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Gerätes welches die von einem Synchrongenerator erzeugte Leistung durch eine Drehstrombrücke in einen 24 V Bleiakkumulator einspeist. Die genannte Drehstrombrücke setzt sich dabei aus drei Halbbrücken mit je zwei Brückentransistoren und vorgeschalteten Halbbrücken-Treiberbausteinen, zusammen. Diese Drehstrombrücke soll dabei den Dreiphasen-Wechselstrom des Generators in den batterieseitigen Gleichstrom umwandeln.

Wird die Synchronmaschine als Motor betrieben, muss die von der externen Batterie kommende Gleichspannung, in eine Sinusspannung umgewandelt werden. Dies wird mittels Pulsbreitenmodulation durch den Mikrocontroller realisiert. Zur Umsetzung der 3 V Steuerspannung vom μC auf die 24 V, werden Halbbrücken-Treiberbausteine eingesetzt. Ein solch ein Halbbrückentreiber kontrolliert zudem auch die Brückentransistoren seiner Halbbrücke auf der Low sowie auf der High-Side und stellt dadurch sicher, dass immer nur einer der beiden gerade durchschaltet und der andere sperrt. Durch diese sogenannte “Shoot-Through-Protection“ verhindert der Halbbrückentreiber einen eventuellen Kurzschluss der Batterie!

Die 5V Versorgungsspannung für das STM32F411-Discovery Board wird mittels DC/DC-Wandler (im Step-Down Betrieb) von den 24 V der Batterie, generiert.

Die Frequenzsteuerung für den Betrieb des Generators, also die Vorgabe der Drehzahl, erfolgt mittels Potentiometer.

Weiters soll auch eine externe Last an das Gerät angeschlossen und von der 24 V Batterie versorgt werden können. Da die Batteriespannung jedoch einen gewissen Spannungswert nicht unterschreiten darf (aufgrund der Beschädigung der Batterie durch eine Tiefenentladung), wurde diesbezüglich auch ein Unterspannungsschutz für die Batterie vorgesehen. Dabei handelt es sich um einen geschalteten Anschluss für eine an der Batterie anschließbare Last, sodass die externe Last bei Unterspannung der Batterie, abgeschaltet werden kann.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the development of a device which feeds power from a synchronous generator through a three-phase current bridge into a 24 V lead-acid battery.

The three-phase bridge is composed of three half-bridges. Each one with two bridge transistors and upstream half-bridge driver modules. This three-phase current bridge is intended to convert the three-phase alternating current of the generator into direct current for the battery-side.

If the synchronous machine is operated as a motor, the direct voltage coming from the external battery must be converted into a sinusoidal voltage. This is realized with pulse width modulation (PWM) by the microcontroller.

To implement the 3 V control voltage from the microcontroller to the 24 V battery voltage, half-bridge driver modules are used. The half-bridge drivers also control the bridge transistors of their half-bridge on the low-side as well as on the high-side. This ensures that only one of these two lets current through (open) while the other one blocks it (closed). The "shoot-through protection" of the half-bridge driver prevents the device from short-circuiting the battery!

The 5V supply for the STM32F411 Discovery Board is received from the 24 V battery. The voltage is stepped down by using a DC/DC converter (Step-Down Converter).

The generator operating frequency is controlled by a potentiometer.

Furthermore, an external load should be able to be connected to the device. The voltage source for said load is the 24 V battery. Should the battery fall below a certain level, an under-voltage protection is provided. Simply put, this protection switches off the battery supply to the load, if a minimum voltage level is reached.