Unterschied zwischen Spannungsquellenumrichter & Stromquellenumrichter

Der Spannungsquellenumrichter (VSI) und der Stromquellenumrichter (CSI) repräsentieren zwei unterschiedliche Kategorien von Umrichtern, die beide für die Umwandlung von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) konzipiert sind. Trotz ihres gemeinsamen Zwecks zeigen sie bemerkenswerte operative Unterschiede und bedienen unterschiedliche Anwendungsanforderungen.

Die Leistungselektronik befasst sich mit der Erforschung und Implementierung verschiedener Leistungswandler – Geräte oder elektronische Schaltkreise, die eine Form elektrischer Energie in eine andere umwandeln, die für eine bestimmte Last geeignet ist. Diese Wandler werden in mehrere Typen unterteilt, darunter AC-zu-AC, AC-zu-DC, DC-zu-AC und DC-zu-DC, jeder darauf abgestimmt, verschiedene Energieumwandlungsbedürfnisse zu erfüllen.

Ein Umrichter ist ein spezialisiertes Leistungswandlungsgerät, das zum Transformieren von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) entwickelt wurde. Der Eingangs-DC hat eine konstante, feste Spannung, während der Ausgangs-AC seine Amplitude und Frequenz nach Bedarf angepasst werden kann. Diese Vielseitigkeit macht Umrichter unverzichtbar für die Erzeugung von Notstrom aus Batterien, die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HVDC) und die Verwendung in variablen Frequenzregelungen (VFD), die durch die Steuerung der Ausgangsfrequenz die Motorgeschwindigkeit anpassen.

Ein Umrichter dient ausschließlich der Umwandlung elektrischer Energie von einer Form in eine andere, ohne selbst Energie zu erzeugen. Er besteht in der Regel aus Transistoren wie MOSFETs oder IGBTs, um diese Umwandlung zu ermöglichen.

Es gibt zwei Haupttypen von Umrichtern: Spannungsquellenumrichter (VSIs) und Stromquellenumrichter (CSIs), jeder mit eigenen Vorteilen und Einschränkungen.

Spannungsquellenumrichter (VSI)

Ein VSI ist so konstruiert, dass seine Eingangsspannung konstant bleibt, unabhängig von Laständerungen. Während der Eingangsstrom in Abhängigkeit von der Last fluktuieren kann, zeigt die DC-Quelle eine vernachlässigbare interne Impedanz auf. Diese Eigenschaft macht VSIs für rein ohmsche oder leicht induktive Lasten, einschließlich Beleuchtungssystemen, AC-Motoren und Heizkörpern, geeignet.

Ein großer Kondensator wird parallel zur Eingangs-DC-Quelle geschaltet, um eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten, wodurch nur minimale Schwankungen auftreten, auch wenn der Eingangs-DC-Strom sich an Laständerungen anpasst. VSIs verwenden in der Regel MOSFETs oder IGBTs, kombiniert mit Rückführdioden (Freilaufdioden), die für die Verwaltung des reaktiven Leistungsflusses in induktiven Schaltkreisen unerlässlich sind.

Stromquellenumrichter (CSI)

Bei einem CSI bleibt der Eingangs-DC-Strom konstant (bezeichnet als DC-Link-Strom), während die Spannung mit Laständerungen fluktuieren kann. Die DC-Quelle weist eine hohe interne Impedanz auf, was CSIs ideal für hochinduktive Lasten wie Induktionsmotoren macht. Im Vergleich zu VSIs bieten CSIs eine verbesserte Robustheit gegen Überlast und Kurzschluss, was ein wesentlicher operativer Vorteil in robusten industriellen Einrichtungen ist.

Ein großer Spule wird in Serie mit der DC-Quelle geschaltet, um eine konstante Stromquelle zu schaffen, da die Spule von Natur aus Strömungsänderungen widersteht. Dieses Design stellt sicher, dass im CSI der Eingangsstrom stabil bleibt, während die Spannung sich an Laständerungen anpasst.

CSIs verwenden in der Regel Thyristoren in ihrer Konfiguration und benötigen keine Freilaufdioden, was sie sowohl in der Bauteilkonstruktion als auch in den Betriebsmechaniken von VSIs unterscheidet.

Hauptunterschiede zwischen Spannungsquellen- und Stromquellenumrichter

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Vergleiche zwischen VSIs und CSIs: