AT514684A4 - Verfahren zur Regelung einer Gleichrichterschaltung - Google Patents

Verfahren zur Regelung einer Gleichrichterschaltung Download PDF

Info

Publication number
AT514684A4
AT514684A4 ATA980/2013A AT9802013A AT514684A4 AT 514684 A4 AT514684 A4 AT 514684A4 AT 9802013 A AT9802013 A AT 9802013A AT 514684 A4 AT514684 A4 AT 514684A4
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
voltage
intermediate circuit
udc
peak value
side input
Prior art date
Application number
ATA980/2013A
Other languages
English (en)
Other versions
AT514684B1 (de
Inventor
Michael Hartmann
Original Assignee
Schneider Electric Power Drives Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Power Drives Gmbh filed Critical Schneider Electric Power Drives Gmbh
Priority to ATA980/2013A priority Critical patent/AT514684B1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT514684A4 publication Critical patent/AT514684A4/de
Publication of AT514684B1 publication Critical patent/AT514684B1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/1555—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/26—Automatic controllers electric in which the output signal is a pulse-train
    • G05B11/28—Automatic controllers electric in which the output signal is a pulse-train using pulse-height modulation; using pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Zwischenkreisspannung (U0c) einer Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichtanordnung (1) von regelbaren Schaltelementen (T1, Tz, T3, T4, Ts, T6), vorzugsweise IGBT-Modulen, und einer netzseitigen Eingangsspannung (uNl,UNz,UN3L bei der erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass die Zwischenkreisspannung (Uoc) auf einen Sollwert (Uoc,ret) geregelt wird, dessen Verhältnis zum Scheitelwert (ÜN) der netzseitigen Eingangsspannung (uN1,uN2,uN3) konstant ist. Falls sich der Scheitelwert (ÜN) der netzseitigen Eingangsspannung (uN1,uN2,uN3) ändert, ändert sich somit auch der Sollwert (Uoc,ref) für die Regelung der Zwischenkreisspannung (U0c). Mithilfe einer solchen Regelung lassen sich Schaltungsverluste reduzieren und die Effizienz der Schaltung erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Zwischenkreisspannung einer Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichtanordnung von regelbaren Schaltelementen, vorzugsweise IGBT-Modulen, und einer netzseitigen Eingangsspanriung, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gleichrichterschaltungen dienen der Gleichrichtung einer zeitlich variablen, netzseitigen Eingangsspannung in eine gleichgerichtete Zwischenkreisspannung. In der Regel werden hierfür regelbare Schaltelemente, vorzugsweise Halbleiterschaltelemente wie IGBT-Module, eingesetzt, die durch eine geeignete Ansteuereinheit entsprechend geschaltet werden, um die netzseitigen Eingangsspannungen gleichzurichten. Bei der Ansteuereinheit kann es sich etwa um einen Pulsweitenmodulator handeln, der eingehende Modulationssignale in ausgehende pulsweitenmodulierte Schaltsignale für die Schaltelemente umwandelt.
Gleichrichterschaltungen der eingangs erwähnten Art werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wobei in der praktischen Anwendung vor allem deren leistungseffiziente Ausführung entscheidend ist. Leistungsverluste in den einzelnen Schaltungsbauteilen begrenzen dabei die Leistungseffizienz der Schaltung, vor allem Schaltverluste in den Schaltelementen und Drosselverluste.
Es ist daher das Ziel der Erfindung Gleichrichterschaltungen so auszuführen oder zu regeln, dass Leistungsverluste verringert werden.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Zwischenkreisspannung einer Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichtanordnung von regelbaren Schaltelementen, vorzugsweise IGBT-Modulen, und einer netzseitigen Eingangsspannung, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass die Zwischenkreisspannung auf einen Sollwert geregelt wird, dessen Verhältnis zum Scheitelwert der netzseitigen Eingangsspannung konstant ist.
Die Regelung einer Zwischenkreisspannung eines aktiven Gleichrichtersystems, an welcher üblicherweise eine veränderliche Last anliegt, erfolgt in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines eigenen Zwischenkreisspannungsreglers, der die Zwischenkreisspannung auf einen vorgegebenen Sollwert regelt. Dabei wird der Sollwert der Zwischenkreisspannung hinsichtlich der nominal auftretenden Eingangsspannung des speisenden Netzes als Konstante festgesetzt und der Zwischenkreisspannungsregler entsprechend ausgelegt. Nachträgliche Adaptionen des Zwischenkreisspannungsreglers sind in herkömmlicher Weise nicht vorgesehen. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass netzseitige Eingangsspannungen hinsichtlich ihres Scheitelwertes durchaus Schwankungen unterliegen können. Die Anmelderin hat nun festgestellt, dass Änderungen des Scheitelwertes der netzseitigen Eingangsspannungen zu erhöhten Verlusten in der Gleichrichterschaltung führen können. Insbesondere in jenen Situationen, bei denen der Scheitelwert der netzseitigen Eingangsspannungen niedriger ist als jener, der hinsichtlich des Sollwertes der Zwischenkreisspannung angenommen wurde, treten erhöhte Verluste auf.
Erfindungsgemäß werden diese Verluste reduziert, indem die Zwischenkreisspannung auf einen Sollwert geregelt wird, dessen Verhältnis zum Scheitelwert der netzseitigen Eingangsspannung konstant ist. Dieses Verhältnis wird im Folgenden auch als Modulationsrate „m" bezeichnet. Falls sich der Scheitelwert der netzseitigen Eingangsspannung ändert, ändert sich somit auch der Sollwert für die Regelung der Zwischenkreisspannung. Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass sich mithilfe einer solchen Regelung die Verluste reduzieren und die Effizienz der Schaltung dadurch erhöhen lassen.
Zur praktischen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte eine Messung der netzseitigen Eingangsspannung vorgenommen werden, um Veränderungen des Scheitelwertes detektieren und den Sollwert entsprechend anpassen zu können. Eine alternative Möglichkeit wird für Gleichrichterschaltungen vorgeschlagen, bei denen die f
Schaltelemente von einem Pulsweitenmodulator angesteuert werden, der eingehende Modulationssignale in ausgehende pulsweitenmodulierte Schaltsignale für die Schaltelemente umwandelt. Bei Gleichrichterschaltungen dieser Art wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass das Verhältnis als Scheitelwert der Modulationssignale ermittelt wird. Im Zuge der Ansteuerung der Schaltelemente mithilfe der Pulsweitenmodulation werden nämlich in hinlänglich bekannter Weise Modulationssignale mit einer Modulationsrate gebildet, die dem erfindungsgemäß vorgesehenen Verhältnis für den Sollwert der Zwischenkreisspannungsregelung entspricht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Modulationsrate zur Ermittlung des Sollwertes der Zwischenkreisspannung herangezogen, da in der Modulationsrate der Scheitelwert der Eingangsspannung abgebildet wird. Falls die Zwischenkreisspannung erfindungsgemäß auf einen vorgegebenen, festen Wert dieser Modulationsrate geregelt wird, entspricht eine solche Vorgangsweise einer Regelung unter Berücksichtigung des Scheitelwertes der netzseitigen Eingangsspannung. Es ist lediglich eine Berechnungseinheit vorzusehen, die den Scheitelwert der Modulationssignale und somit die Modulationsrate ermittelt.
Eine weitere Möglichkeit zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Verhältnis als Scheitelwert von, aus den Schaltsignalen abgeleiteten Modulationssignalen ermittelt wird. Da die Schaltsignale durch den Pulsweitenmodulator unmittelbar aus den Modulationssignalen abgeleitet werden, wird auch in den Schaltsignalen der Scheitelwert der Eingangsspannung abgebildet. Es ist lediglich ein Umrechnungsmodul vorzusehen, das aus den Schaltsignalen Modulationssignale ermittelt, sowie eine Berechnungseinheit, die den Scheitelwert der Modulationssignale und somit die Modulationsrate ermittelt. Bei der Verwendung von Halbleiterschaltelementen handelt es sich bei den Schaltsignalen um die Gateansteuersignale.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Regelung der Zwischenkreisspannung auf den Sollwert auf Schwankungen des Scheitelwertes der netzseitigen Eingangsspannung mit Frequenzen beschränkt wird, die unterhalb der Frequenz der netzseitigen Eingangsspannung liegen. Eine solche Vorgangsweise kann etwa mit einem entsprechenden Tiefpassfilter bewerkstelligt werden und stellt sicher, dass lediglich Schwankungen des Scheitelwertes der Eingangsspannungen zur Regelung der Zwischenkreisspannung herangezogen werden, die sich im Vergleich zur Frequenz der Eingangsspannungen langsam vollziehen. Kurzzeitige Änderungen des Scheitelwertes der Eingangsspannungen verursachen daher keine Nachregelung der Zwischenkreisspannung, sodass diese Maßnahme die Regelung der Zwischenkreisspannung stabiler gestaltet.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mithilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 den Schaltungsaufbau zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der Modulationssignale (durchgezogenen Linien) und auf Basis einer Messung der Eingangsspannungen (gestrichelte Linien),
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau der zusätzlichen Regelelemente zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis einer Messung der Eingangsspannungen,
Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau der zusätzlichen Regelelemente zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der
Modulationssignale oder der Schaltsignale,
Fig. 4 den prinzipiellen Schaltungsaufbau zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis gemessener Eingangsspannungen, und die
Fig. 5 den prinzipiellen Schaltungsaufbau zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der Modulationssignale.
Anhand von Fig. 1 wird der prinzipielle Aufbau einer Gleichrichterschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Nachregelung der ausgangsseitigen Zwischenkreisspannung UDc auf ein festgelegtes Verhältnis der Zwischenkreisspannung UDc zu einem Scheitelwert der netzseitigen Eingangsspannungen Uni/Un2/Un3, vorzugsweise eines dreiphasiges Drehstromnetzes, erläutert.
Dabei weist die zu regelnde Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichtanordnung 1 einen netzseitigen Spannungseingang 2 und einen gleichstromseitigen Spannungsausgang 3 mit zwei Ausgangsleitungen mit einem Ausgangsanschluss 4 für eine gegebenenfalls veränderliche Last 5 auf, wobei es sich bei der Last 5 auch um eine Gleichstromquelle handeln kann. Der netzseitige Spannungseingang 2 ist mit einer Nennspannung UN verbunden und weist ferner eine Drossel Ln auf. Die in Fig. 1 dargestellte aktive Gleichrichterschaltung in Hochsetzstellerstruktur umfasst sechs regelbare Schaltelemente
TiJiJi, Τ^Τ^,Τβ, vorzugsweise IGBTs, kann jedoch auch als sogenannte 3-Level- oder Multi-Level-Gleichrichtertopologie ausgeführt sein. Zur Ansteuerung der Schaltelemente Ti,T2,T3,T^,T5,Te etwa über Pulsweitenmodulation ist eine Regeleinrichtung 6 vorgesehen, die an sich bekannte Regelelemente umfasst, im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 beispielsweise einen Stromregler K\(s), einen Spannungsregler Ku(s), einen Pulsweitenmodulator PWM, sowie Messglieder Mt{s) und Mu{s) zum Erfassen der jeweiligen Eingangsströme /Wn2,'n3 sowie der Zwischenkreisspannung l/DC, welche vorzugsweise einen Tief-, einen Hoch- oder einen Bandpassfilter umfassen. Das Messglied M]{s) stellt die gemessenen Eingangsströme /N,mess dem Stromregler K\(s) bereit, wo in an sich bekannter Weise ein Abgleich mit einem Zielwert /N)ref erfolgt.
Wie bereits ausgeführt wurde, erfolgt die Regelung der Zwischenkreisspannung UDc eines aktiven Gleichrichtersystems in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines eigenen Zwischenkreisspannungsreglers, der die Zwischenkreisspannung UDc auf einen vorgegebenen Wert UDC,nom regelt. Dabei wird dieser vorgegebene Wert UDc,nom der Zwischenkreisspannung UDc hinsichtlich der nominal auftretenden Eingangsspannung UN des speisenden Netzes als Konstante festgesetzt und der Zwischenkreisspannungsregler entsprechend ausgelegt. Nachträgliche Änderungen des Zwischenkreisspannungsreglers sind in herkömmlicher Weise nicht vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird hingegen vorgeschlagen, dass die Zwischenkreisspannung UDC auf einen Sollwert UDc,ref geregelt wird, dessen Verhältnis zum Scheitelwert UN der netzseitigen Eingangsspannung uN1,uN2,um konstant ist. Hierfür sind zusätzliche Regelelemente vorgesehen, die im Folgenden anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert werden sollen. Die Fig. 1 zeigt sowohl den Schaltungsaufbau zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis einer Messung der Eingangsspannungen uN (gestrichelte Linien), als auch jenen für eine Ausführungsform auf Basis von Modulationssignalen mL (mit durchgezogenen Linien). Die erstgenannte Ausführungsform wird in der Fig. 4 nochmals erläutert, und die zweitgenannte Ausführungsform in der Fig. 5.
Die Fig. 2 zeigt zunächst den prinzipiellen Aufbau der zusätzlichen Regelelemente zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis einer Messung der
Eingangsspannungen ivNi,t/N2,uN3. Die gemessenen Eingangsspannungen uNi,uN2,i/N3 werden zunächst einer Berechnungseinheit BE zugeführt, die den Scheitelwert UN der Eingangsspannungen uNi,uN2,Un3 ermittelt und in weiterer Folge mithilfe der gemessenen Zwischenkreisspannung UDC,mess die Modulationsrate m, also das Verhältnis zwischen dem Scheitelwert UN der netzseitigen Eingangsspannungen un1,U|m2,U|m3 und der gemessenen Zwischenkreisspannung UDc,mess, errechnet. Die auf diese Weise ermittelte Modulationsrate m wird in weiterer Folge mit einem vorgegebenen Wert mref verglichen und die so ermittelte Regelabweichung e mithilfe eines Reglers 7 zur Nachregelung des vorgegebenen Wertes UDc,nom der Zwischenkreisspannung UDC in einen neuen Sollwert UDC,ref verwendet. Der vorgegebene, unveränderliche Wert mref entspricht dem konstant zu haltenden Verhältnis zwischen dem nachgeregelten Sollwert UDc,ref der Zwischenkreisspannung UDC und dem sich verändernden Scheitelwert 0N der netzseitigen Eingangsspannung t/Ni,ivN2,uN3· Vorzugsweise können dabei die gemessenen Eingangsspannungen uNi,ivN2,t/N3 vor der Signalverarbeitung in der Berechnungseinheit BE einem Tiefpassfilter für Frequenzen, die unterhalb der Frequenz der netzseitigen Eingangsspannung t/Ni,uN2,uN3 liegen, zugeführt werden. Die Regelung der Zwischenkreisspannung UDc auf den Sollwert UDC,ref wird somit auf Schwankungen des Scheitelwertes UN der netzseitigen Eingangsspannungen um,um,um mit Frequenzen beschränkt, die unterhalb der Frequenz der netzseitigen Eingangsspannung uNi,tvN2,uN3 liegen.
Die Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau der zusätzlichen Regelelemente zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der Modulationssignale mL oder der Schaltsignale g. Wie bereits ausgeführt wurde, dienen die Modulationssignale mLi,mL2,mL3 im Ausführungsbeispiel einer Gleichrichterschaltung gemäß der Fig. 1 an sich dem Pulsweitenmodulator PWM zur Bildung der Schaltsignale gi,g2,g3,g4,gs,g6 für die Schaltelemente Τι,Τ2,Τ3,Τ4,Γ5,Τ6. Im Rahmen der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform werden die Modulationssignale mL^mL^m^ aber auch dazu verwendet, den Sollwert UDc,ref für die Zwischenkreisspannung UDC neu zu bestimmen. Hierzu werden die Modulationssignale mLi,mL2,mL3 zunächst einer Berechnungseinheit BE zugeführt, die deren Scheitelwert als Modulationsrate m ermittelt. Die Heranziehung der gemessenen Zwischenkreisspannung UDc,mess ist hierfür nicht erforderlich, da die Modulationsrate m bereits dem Verhältnis zwischen dem Scheitelwert 0N der netzseitigen Eingangsspannungen uN1,uN2,uN3 und der gemessenen Zwischenkreisspannung UDc,mess entspricht. Die auf diese Weise ermittelte Modulationsrate m wird in weiterer Folge mit einem vorgegebenen Wett mref verglichen und die so ermittelte Regelabweichung e mithilfe eines Reglers 7 zur Nachregelung des vorgegebenen Wertes UDc,nom der Zwischenkreisspannung UDC in einen neuen Sollwert UDc,ref verwendet. Vorzugsweise können dabei die Modulationssignale rri[.i,mL2,mL3 vor der Signalverarbeitung in der Berechnungseinheit BE wiederum einem Tiefpassfilter für -Frequenzen, die unterhalb der Frequenz der netzseitigen Eingangsspannung uNi,Un2,Un3 liegen, zugeführt werden. Die Regelung der Zwischenkreisspannung UDc auf den Sollwert Uoc,ref wird somit auf Schwankungen des Scheitelwertes 0N der netzseitigen Eingangsspannungen um,uH2,UH3 mit Frequenzen beschränkt, die unterhalb der Frequenz der netzseitigen Eingangsspannung uNi,uN2,i/N3 liegen.
Als weitere Möglichkeit könnten anstatt der Modulationssignale mLi,mL2,mL3 auch die Schaltsignale gi,g2,g3,g4,gs,g6 zur Ermittlung der Modulationsrate m herangezogen werden, wie in der Fig. 3 ebenfalls angedeutet ist. Da die Schaltsignale gi,g2,g3,g4,gs,g6 durch den Pulsweitenmodulator PWM unmittelbar aus den Modulationssignalen mLi,mL2,mL3 abgeleitet werden, wird auch in den Schaltsignalen gi,g2,g3/g4,g5,g6 der Scheitelwert 0N der netzseitigen Eingangsspannungen uNi,uN2,uN3 abgebildet. Es ist lediglich ein zusätzliches
Umrechnungsmodul in der Berechnungseinheit BE vorzusehen, das aus den Schaltsignalen gi,g2/g3,g4,g5,g6 Modulationssignale mLi,mL2,mL3 ermittelt, sodass in weiterer Folge wie oben beschrieben die Modulationsrate m ermittelt werden kann.
Die Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Schaltungsaufbau zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis gemessener Eingangsspannungen uN, und die Fig. 5 den prinzipiellen Schaltungsaufbau zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der Modulationssignale mL. Zur Ansteuerung der Schaltelemente ThT2JB,T^Ts,T6 (in den Fig. 4 und 5 nicht ersichtlich) der Gleichrichtanordnung 1 über Pulsweitenmodulation sind wiederum an sich bekannte Regelelemente vorgesehen, im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4 und 5 beispielsweise ein Stromregler /C|(s), ein Spannungsregler K\j{s), ein Pulsweitenmodulator PWM, sowie Messglieder M,(s) und Mu(s) zum Erfassen der jeweiligen Eingangsströme /'N sowie der Zwischenkreisspannung L/qc-
In der Ausführungsform gemäß der Fig. 4 werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzliche Regelelemente verwendet, wie sie anhand der Fig. 2 erläutert wurden. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, werden für die Ermittlung des neuen Sollwertes UDc,ref Eingangsspannungen uN mithilfe eines Messgliedes /V7un(s) gemessen und der Berechnungseinheit BE zugeführt, die den Scheitelwert 0N der Eingangsspannungen uN ermittelt und in weiterer Folge mithilfe der gemessenen Zwischenkreisspannung UDc,mess die Modulationsrate m errechnet. Die weitere Verfahrensweise entspricht jener, wie sie anhand der Fig. 2 erläutert wurde.
In der Ausführungsform gemäß der Fig. 5 werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzliche Regelelemente verwendet, wie sie anhand der Fig. 3 erläutert wurden. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, werden die für die Ermittlung des neuen Sollwertes UDc,ref der Zwischenkreisspannung UDc benötigten Modulationssignale itil direkt den eingehenden Modulationssignalen mL des Pulsweitenmodulators PWM entnommen. Alternativ besteht auch die in der Fig. 5 nicht dargestellte Möglichkeit, für die Ermittlung des neuen Sollwertes UDC,ref der Zwischenkreisspannung UDC pulsweitenmodulierte Schaltsignale g des Pulsweitenmodulators PWM der Berechnungseinheit BE zuzuführen und daraus mithilfe der entsprechend erweiterten Berechnungseinheit BE die Modulationssignale mu zu ermitteln, wie anhand der Fig. 3 erläutert wurde. Die weitere Verfahrensweise entspricht jener, wie sie anhand der Fig. 3 erläutert wurde.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Verluste von Gleichrichterschaltungen reduziert, indem die Zwischenkreisspannung UDc auf einen Sollwert Uoc.ref geregelt wird, dessen Verhältnis zum Scheitelwert 0N der netzseitigen Eingangsspannungen t/Ni,uN2,uN3 konstant ist. Dieses Verhältnis wurde auch als Modulationsrate m bezeichnet. Falls sich der Scheitelwert UN der netzseitigen Eingangsspannung uN1,uN2,Um ändert, ändert sich somit auch der Sollwert UDC,ref für die Regelung der Zwischenkreisspannung L/DC. Mithilfe einer solchen Regelung lassen sich Verluste reduzieren und die Effizienz der Schaltung erhöhen.
BEZUGSZEICHENLISTE 1 Gleichrichtanordnung; 2 Spannungseingang; 3 Spannungsausgang; 4 Ausgangsanschluss; 5 Last; 6 Regeleinrichtung; 7 Regler; BE Berechnungseinheit; /Ci(s) Stromregler;
Ku{s) Spannungsregler;
Mi(s) Messglied für die eingangsseitigen Netzströme;
Mu(s) Messglied für die Zwischenkreisspannung;
Mun(s) Messglied für die eingangsseitigen Netzspannungen; PWM Pulsweitenmodulator; Τι,.,.,Τβ Schaltelemente; gi,-,Qe ausgehende Schaltsignale des Pulsweitenmodulators; e Regelabweichung; /ni,W'n3 Eingangsströme; /N.mess gemessener Eingangsstromwert; /N<ref Referenzstromwert; m Modulationsrate; mL eingehende Modulationssignale des Pulsweitenmodulators; mre f Referenzmodulationsrate; UDC Zwischenkreisspannung; UDC,nom vorgegebener Wert der Zwischenkreisspannung; ^Dc,mess gemessene Zwischenkreisspannung; UDc,ref Sollwert der Zwischenkreisspannung; UN netzseitige Eingangsspannung; UN Scheitelwert der netzseitigen Eingangsspannung;
Lim Drossel C0 Ausgangskondensator

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Regelung der Zwischenkreisspannung [U0c) einer Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichtanordnung (1) von regelbaren Schaltelementen vorzugsweise IGBT-Modulen, und einer netzseitigen Eingangsspannung (un:l,uN2,Un3}, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung (UDc) auf einen Sollwert (UDC,ref) geregelt wird, dessen Verhältnis zum Scheitelwert (UN) der netzseitigen Eingangsspannung (uNi,un2,Un3) konstant ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente {Τχ,Τΐ,Τ^,Τύ,,Τ^Τβ) von einem Pulsweitenmodulator angesteuert werden, der eingehende Modulationssignale (mL) in ausgehende pulsweitenmodulierte Schaltsignale für die Schaltelemente umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis als Scheitelwert der Modulationssignale (mL) ermittelt wird.
  3. 3., Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schaltelemente (Γι,Γ2,Γ3,Γ4,Τ5,Τ6) von einem Pulsweitenmodulator angesteuert werden, der eingehende Modulationssignale in ausgehende pulsweitenmodulierte Schaltsignale für die Schaltelemente {TiJiJsJtJsJe) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis als Scheitelwert von, aus den Schaltsignalen (g) abgeleiteten Modulationssignalen (mL) ermittelt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Zwischenkreisspannung (üDc) auf den Sollwert (UDc,ref) auf Schwankungen des Scheitelwertes (0N) der netzseitigen Eingangsspannung (l/ni,ün2,Un3) mit Frequenzen beschränkt wird, die unterhalb der Frequenz der netzseitigen Eingangsspannung {uN1,Um,Um) liegen. r
ATA980/2013A 2013-12-23 2013-12-23 Verfahren zur Regelung einer Gleichrichterschaltung AT514684B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA980/2013A AT514684B1 (de) 2013-12-23 2013-12-23 Verfahren zur Regelung einer Gleichrichterschaltung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA980/2013A AT514684B1 (de) 2013-12-23 2013-12-23 Verfahren zur Regelung einer Gleichrichterschaltung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT514684A4 true AT514684A4 (de) 2015-03-15
AT514684B1 AT514684B1 (de) 2015-03-15

Family

ID=52344901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA980/2013A AT514684B1 (de) 2013-12-23 2013-12-23 Verfahren zur Regelung einer Gleichrichterschaltung

Country Status (1)

Country Link
AT (1) AT514684B1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5657216A (en) * 1995-11-13 1997-08-12 Allen-Bradley Company, Inc. Method and apparatus for linearizing pulse width modulation in overmodulation region
US20060067655A1 (en) * 2004-09-30 2006-03-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Motor driving apparatus
EP1978628A2 (de) * 2007-04-06 2008-10-08 Hitachi Appliances, Inc. Frequenzumrichter
US20120075900A1 (en) * 2009-06-09 2012-03-29 Honda Motor Co., Ltd. Controller for load drive system
EP2592746A1 (de) * 2010-07-08 2013-05-15 Panasonic Corporation Umrichter-vorrichtung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5657216A (en) * 1995-11-13 1997-08-12 Allen-Bradley Company, Inc. Method and apparatus for linearizing pulse width modulation in overmodulation region
US20060067655A1 (en) * 2004-09-30 2006-03-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Motor driving apparatus
EP1978628A2 (de) * 2007-04-06 2008-10-08 Hitachi Appliances, Inc. Frequenzumrichter
US20120075900A1 (en) * 2009-06-09 2012-03-29 Honda Motor Co., Ltd. Controller for load drive system
EP2592746A1 (de) * 2010-07-08 2013-05-15 Panasonic Corporation Umrichter-vorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
AT514684B1 (de) 2015-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60217111T2 (de) Unterbrechungsfreie stromversorgung
DE69116955T2 (de) Steuersystem für einen Stromzwischenkreisumrichter der eine Wechselstromschiene speist
EP1927186B1 (de) Regelungsverfahren für eine gleichstromübertragung mit mehreren stromrichtern
DE102010037246B4 (de) System und Verfahren zum Ausgleichen der Kleinsignalantwort von Spannungsreglern mit variablen Phasen
DE112014004505B4 (de) Elektrische Energieumwandlungs-Einrichtung
DE20115473U1 (de) Universelles Energieversorgungssystem
DE102008044662A1 (de) Schaltnetzteil mit selbst optimierendem Wirkungsgrad
DE102013213625A1 (de) Mehrphasiger digitaler Current-Mode Controller mit dynamischer Stromzuordnung
EP1157320B1 (de) Verfahren zur erzeugung einer geregelten gleichspannung aus einer wechselspannung und stromversorgungseinrichtung zur durchführung des verfahrens
DE3509714A1 (de) Mitkopplungsschaltung und verfahren zum bilden derselben
DE112015006096T5 (de) Dc/dc-umsetzer
DE112012000487T5 (de) Leistungsumwandlungseinrichtung
DE112009004627T5 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE2246505C3 (de) Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Gleichstromverbauchers mit konstanter Spannung
EP3497780B1 (de) Gleichspannungs-konverter und verfahren zur regelung eines gleichspannungs-konverters
DE20115471U1 (de) Universelles Energieversorgungssystem
DE102007060330B4 (de) Stromversorgung zur Erzeugung zeitlich vorgebbarer, gesteuerter und geregelter Stromverläufe und Verfahren dazu
DE3727420C3 (de) Ablenkschaltung
AT514684B1 (de) Verfahren zur Regelung einer Gleichrichterschaltung
EP2985896A1 (de) System zur anhebung des netzseitigen leistungsfaktors von dreiphasig gespeisten ec-motoren
DE102021202896A1 (de) Adaptives Fehlerverstärker-Begrenzen in einem Multi-Rückkopplungsschleifen-System
EP2826126B1 (de) Leistungselektronische anordnung mit symmetrierung eines spannungsknotens im zwischenkreis
EP2208275A1 (de) Vorrichtung zum regeln einer hochspannungsgleichstromübertragungsanlage
DE4116756C1 (en) Switching regulator with output filter circuit - taps signals at input and output to control two current sources
EP3439159B1 (de) Reduzierung von lichtleistungsschwankungen bei einer schwellenwert-steuerung eines aktiv getakteten konverters