AT528283A4 - Aktive Last zur Rekonstruktion eines Phasenwinkels - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine aktive Last (10) zur Rekonstruktion eines Phasenwinkels einer von einem Prüfling (14) mit wenigstens einer Prüflings- Schalteinrichtung ausgegebenen Wechselspannung, umfassend eine Messeinrichtung (16) zur Messung der vom Prüfling (14) ausgegebenen Wechselspannung, eine Rekonstruktionseinrichtung (24), die dazu eingerichtet ist, einen Phasenwinkels der Wechselspannung zu rekonstruieren, eine Schalteinrichtung (20) und eine Ansteuereinrichtung, die in signaltechnischer Verbindung mit der Rekonstruktionseinrichtung (24) steht und dazu eingerichtet ist, einen Lastpunkt des Prüflings (14) in Abhängigkeit des rekonstruierten Phasenwinkels der Wechselspannung über die Schalteinrichtung (20) phasenrichtig einzuregeln.

Description

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Beschreibung

AKTIVE LAST ZUR REKONSTRUKTION EINES PHASENWINKELS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine aktive Last zur Rekonstruktion eines Phasenwinkels einer von einem Prüfling ausgegebenen Wechselspannung, sowie eine Prüfvorrichtung mit einer solchen aktiven Last und ein Verfahren zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings mit einer solchen aktiven Last.

[0002] Die vorliegende Erfindung beruht darauf, dass zum Prüfen von Leistungselektronik, insbesondere zum Prüfen von Umrichtern oder Invertern, oder auch nur von deren Leistungsteilen, auf aktive Lasten zurückgegriffen wird. Aktive Lasten bilden grundsätzlich das elektrische Verhalten von passiven dreiphasigen Drosseln/Induktivitäten oder Elektromotoren nach oder ermöglichen, als mehrphasige Stromquelle einen Laststrom in einen elektrischen Prüfling einzuprägen.

[0003] Die mehrphasigen Systeme sind regelmäßig dreiphasig, können aber grundsätzlich auch andere Phasenzahlen aufweisen. Zur Diskussion der Erfindung wird zur einfacheren Lesbarkeit häufig nur auf Umrichter oder Inverter und nicht auf beide verwiesen, wobei in diesen Fällen jeweils auch der andere Fall mitgemeint ist. Weiterhin bekannte Synonyme für Umrichter und Inverter sind Konverter, Wechselrichter und Pulswechselrichter.

[0004] Prüfungen, die aktive Lasten einsetzen zielen darauf ab, das elektrische und thermische Verhalten von Umrichtern und/oder Leistungsteilen von Umrichtern möglichst früh im Entwicklungsprozess zu validieren, wobei verschiedene meist stationäre Lastpunkte der AC-Seite angefahren werden. Diese Lastpunkte können durch Parameter wie beispielsweise Spannung, Strom, Frequenz, Leistungsfaktor und/oder dem Kosinus des Phasenverschiebungswinkels zwischen Strom und Spannung cos(e®) definiert sein. Bei einem festen Arbeitspunkt ist der Phasenverschiebungswinkel & konstant und definiert bei sinusförmigen Größen über cos(@) den Leistungsfaktor. Üblicherweise wird der Lastpunkt durch eine Benutzereingabe vorgegeben.

[0005] Insbesondere in frühen Entwicklungszyklen existieren jedoch häufig einige Funktionen fertiger Umrichter noch nicht. Hierzu gehört beispielsweise eine Stromregelung. Dies bedeutet, dass nur eine Spannung eingestellt werden kann, aber nicht der Phasenstrom aktiv geregelt werden kann. Zu früheren Zeitpunkten des Entwicklungsprozesses ist auch eine Schnittstelle zur Rotorlageerfassung, welche beispielsweise durch einen Resolver oder einen Encoder bereitgestellt werden kann, einer später zu betreibenden elektrischen Maschine häufig noch nicht vorhanden.

[0006] Die Aufgabe der Prüfung des Umrichters an unterschiedlichen Arbeitspunkten mit gegebenenfalls noch fehlender Phasenstromregelung und Rotorlageerfassung sind mit dem Stand der Technik jedoch nur eingeschränkt möglich:

[0007] Aktive Lasten, die auf der Emulation von Drosseln oder anderen Induktivitäten beruhen, können Blindleistung und Wirkleistung grundsätzlich nur aufnehmen, nicht jedoch abgeben. Ihr Arbeitsbereich beschränkt sich demnach ausschließlich auf den einen motorisch-induktiven der vier Betriebsquadranten. Die generatorischen und kapazitiven Betriebsquadranten sind hierdurch nicht erreichbar.

[0008] Aktive Lasten, die auf der Emulation von Maschinen beruhen, wie beispielsweise permanentmagneterregte Synchronmaschinen, können zwar Wirkleistung abgeben, jedoch ist auch bei diesen die Ansteuerung eines Arbeitsbereichs mit kapazitiver Last nur sehr eingeschränkt möglich. Zudem ist es notwendig, dass zumindest eine Rotorlageauswertung im zu testenden Umrichter bereits existiert, da der Umrichter zum Erreichen eines gewünschten Arbeitspunkts eine Spannung phasenrichtig aufprägen muss.

[0009] Bei beiden obengenannten aktiven Lasten ist ferner nachteilig, dass die zum gewünschten Lastpunkt, festgelegt durch Strom, Spannung, Frequenz und Leistungsfaktor, passenden Parameter der emulierten Drossel oder Maschine jeweils manuell berechnet werden müssen. Dieses Problem könnte zwar dadurch umgangen werden, dass der aktiven Last direkt der gewünschte Strom und die gewünschte Frequenz vorgegeben werden, aber auch in diesem Fall muss der

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Phasenwinkel des eingeprägten Stroms per Rotorlageemulation zunächst an den Umrichter übergeben werden, der dann die gewünschte Spannung dem gewünschten Leistungsfaktor entsprechend phasenrichtig aufprägt.

[0010] Grundsätzlich wäre es zwar denkbar, dass der Umrichter den Phasenwinkel an die aktive Last überträgt. Jedoch ist auch diese Lösung nachteilig, da sie eine zusätzliche Echtzeitschnittstelle erforderlich macht, die im fertigen Umrichter unnötig ist.

[0011] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben.

[0012] Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen noch in der Entwicklung befindlichen Umrichter kostengünstig und effizient zu prüfen.

[0013] Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine aktive Last bereitzustellen, die die genannten Nachteile der oben genannten Lösungen aufhebt.

[0014] Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine aktive Last bereitzustellen, mit der beliebige stationäre Arbeitspunkte, die durch eine freie Wahl von Spannung, Strom, Frequenz und Leistungsfaktor innerhalb der elektrischen Grenzwerte festgelegt sind, gefahren werden können, wobei weder eine Stromregelung im zu testenden Umrichter noch eine gesonderte Übermittlung des Phasenwinkels erforderlich ist.

[0015] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch eine aktive Last mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie einer Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen aktiven Last beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Prüfvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

[0016] Erfindungsgemäß soll eine aktive Last die Rekonstruktion eines Phasenwinkels einer von einem Prüfling mit wenigstens einer Prüflings-Schalteinrichtung ausgegebenen Wechselspannung ermöglichen. Ferner soll die aktive Last die phasenrichtige Einprägung eines Laststroms ermöglichen. Eine solche aktive Last zeichnet sich durch die folgenden Merkmale aus: Die aktive Last umfasst eine Messeinrichtung zur Messung der vom Prüfling ausgegebenen Wechselspannung, eine Rekonstruktionseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Phasenwinkels der Wechselspannung zu rekonstruieren, eine Schalteinrichtung und eine Ansteuereinrichtung, die in signaltechnischer Verbindung mit der Rekonstruktionseinrichtung steht. Die Ansteuereinrichtung ist dazu eingerichtet, einen durch unter anderem dessen Phasenverschiebungswinkel © definierten Lastpunkt des Prüflings in Abhängigkeit des rekonstruierten Phasenwinkels der Wechselspannung über die Schalteinrichtung phasenrichtig einzuregeln und Regelung eines durch unter anderem diesen Phasenwinkel definierten Arbeitspunkts.

[0017] Der Kerngedanke einer erfindungsgemäßen aktiven Last liegt darin, dass mit dieser der zu testende Prüfling eine Spannung einer beliebigen Frequenz und Amplitude an die aktive Last anlegt. Die aktive Last misst diese Spannung und rekonstruiert daraus den Phasenwinkel. Somit ist keine gesonderte Übertragung des Phasenwinkels notwendig. Mit einer solchen aktiven Last ist eine freie Einstellung des Lastpunkts über Parametrierung der aktiven Last mit dem gewünschten Strom oder der Leistung und des gewünschten Leistungsfaktors bzw. des gewünschten Phasenverschiebungswinkel © zwischen Strom und Spannung möglich. Da die aktive Last über eine Stromregelung verfügt und den Phasenwinkel rückermittelt, kann sie den gewünschten Lastpunkt durch Ansteuerung der Schalteinrichtung über die Schalteinrichtung phasenrichtig einregeln.

[0018] Eine aktive Last ist eine elektronische Komponente oder Schaltung, die eine variable oder festgelegte Stromaufnahme oder Spannung im Schaltkreis steuert und/oder aufrechterhält, unabhängig von der anliegenden Spannung. Im Gegensatz zu passiven Lasten, die lediglich durch ihre ohmschen, kapazitiven oder induktiven Eigenschaften den Stromfluss beeinflussen, kann

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eine aktive Last ihre Charakteristika aktiv anpassen, um die Belastung für Testzwecke oder zur Regelung von Schaltungen zu simulieren und zu optimieren. Um das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem zu lösen kann die aktive Last mit dem Prüfling in elektrischer und/oder signaltechnischer Verbindung stehen. Der Prüfling ist eine elektronische Komponente, insbesondere eine Leistungselektronische Komponente, die wenigstens eine Prüflings-Schalteinrichtung aufweist und wenigstens eine Wechselspannung ausgibt. Besonders bevorzugt ist der Prüfling ein elektrischer Wandler, auch als Konverter bezeichnet, oder ein Umrichter oder ein Leistungsteil eines Wandlers oder Umrichters. Die Prüflings-Schalteinrichtung ist ein elektrisches Bauelement oder eine Gruppe elektrischer Bauelemente, mit dem eine elektrische Leitung geschaltet werden kann, wobei die Prüflings-Schalteinrichtung insbesondere ein elektrischer Schalter, ein Transistor, eine Halbbbrücke, eine Vollbrücke oder eine Drehstrombrücke ist. Die Prüflings-Schalteinrichtung schaltet insbesondere eine Ausgangsspannung des Prüflings, also die Wechselspannung. Eine Wechselspannung ist eine elektrische Spannung, deren Polarität in regelmäßiger Mederholung wechselt, deren zeitlicher Mittelwert aber in der Regel null ist. Die Kurvenform der Spannung ist dabei unerheblich, sollte für den Zweck der Erfindung jedoch eine nennenswerte Grundwelle beinhalten, die die Basis für den zu rekonstruierenden Phasenwinkel ist. Die Wechselspannung kann dabei einphasig oder mehrphasig, insbesondere dreiphasig sein. Die Messeinrichtung ist beispielsweise eine Spannungserfassungseinrichtung, die die gemessene Spannung analog-digital wandelt und dem nachgelagerten System zur Verfügung stellt. Vorteilhafterweise kann sie aus Kostengründen eine einfache Komparatorschaltung umfassen, die die Wechselspannung mit der Zwischenkreisspannung des Prüflings vergleicht, da im Falle taktender Zweipunkt-Umrichter die Kenntnis des Schaltzustandes der Halbbrücke ausreicht, um die Phasenwinkel-Rekonstruktion durchzuführen. Im Falle mehrphasiger Prüflinge ist die Messeinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, die von dem Prüfling ausgehende Wechselspannung in jeder Phase zu messen. Die Rekonstruktionseinrichtung dient zur Rekonstruktion des Phasenwinkels der Wechselspannung. Die Ansteuereinrichtung dient der Regelung eines Ausgangsstroms der aktiven Last, wobei der Ausgangsstrom vorzugsweise so gewählt wird, dass ein Lastpunkt des Prüflings phasenrichtig und mit der gewünschten Amplitude eingeregelt wird. Die Ansteuereinrichtung kann insbesondere eine Spannungsregeleinrichtung und/oder eine Stromregeleinrichtung sein. Die Ansteuereinrichtung kann zusätzliche Komponenten umfassen, insbesondere kann sie eine Strommesseinrichtung, deren Werte für einen Sollwert/Istwert-Abgleich eines Reglers benötigt werden umfassen. Ist die Ansteuereinrichtung eine Spannungsregeleinrichtung, ist keine Strommesseinrichtung notwendig. Der Lastpunkt ist ein bestimmter Punkt im Kennfeld des Prüflings, der aufgrund der Systemeigenschaften des Prüflings und der auf den Prüfling einwirkenden äußeren Einflüsse und Parameter eingenommen wird. Der Lastpunkt kann durch mehrere der Parameter Spannung, Strom, Frequenz, Leistungsfaktor, Phasenverschiebungswinkel € und/oder einen Kosinus des Phasenverschiebungswinkels cos(e) zwischen Strom und Spannung festgelegt sein.

[0019] Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen aktiven Last der Prüfling ein elektrischer Umrichter mit einem mehrphasigen Ausgang, insbesondere ein DC/ACUmrichter ist. Die aktive Last ist besonders geeignet, elektrischer Umrichter mit einem mehrphasigen Ausgang zu prüfen. Ist der Prüfling ein DC/AC-Umrichter, hat dieser also einen DC-Eingang, kann die aktive Last vorzugsweise einen DC-Ausgang aufweisen, mit dem sie an den Prüfling anschließbar ist. Auf diese Weise kann die Leistung, die beispielsweise der aktiven Last auf der AC-Seite vom Prüfling zugeführt wird, auf der DC-Seite wieder entnommen und dort wieder dem Prüfling zur Verfügung gestellt werden. Dadurch bleibt ein Großteil der Leistung in der Prüfvorrichtung, während das Netzteil lediglich die entstehenden Verluste decken muss.

[0020] Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn die wenigstens eine Prüflings-Schalteinrichtung eine Halbbrücke aufweist. Eine Halbbrücke besteht aus zwei elektronischen Schaltern, üblicherweise Transistoren, wie MOSFETs oder IGBTs, und zwei Freilaufdioden, die jeweils antiparallel zu den elektronischen Schaltern angeordnet sind. Üblicherweise sind die beiden elektronischen Schalter in Serie geschaltet, wobei der Verbindungspunkt der beiden Schalter als Ausgang dient. Ein erster der elektronischen Schalter verbindet diesen Ausgang mit einer positiven Versorgungsspannung, während der zweite der elektronischen Schalter den Ausgang mit einer negativen Ver-

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sorgungsspannung oder einer Masse verbindet. Die Schalteinrichtung der aktiven Last kann ebenfalls diese Merkmale aufweisen.

[0021] Weiterhin kann die Schalteinrichtung der aktiven Last, insbesondere bei dreiphasigen und mehrphasigen Anwendungen ein Zweipunkt-Wechselrichter, ein Dreipunkt-Wechselrichter oder ein Multilevel-Wechselrichter sein, wobei der Dreipunkt-Wechselrichter und der Multilevel-Wechselrichter aus der Serienschaltung mehrerer Einzelzellen bestehen können und der MultilevelWechselrichter auch aus einer geeigneten Parallelschaltung mehrerer Zweipunkt-Wechselrichter oder Dreipunkt-Wechselrichtern bestehen kann. Mit der Komplexität der Schalteinrichtung der aktiven Last steigt die erzielbare Genauigkeit der Phasenwinkelrekonstruktion.

[0022] Weitere Vorteile werden erzielt, wenn die Wechselspannung eine mehrphasige Wechselspannung, insbesondere eine dreiphasige Wechselspannung ist. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Messeinrichtung die Spannung in jeder der Phasen misst. Bei bekannter Phasenbeziehung ist alternativ auch möglich, dass die Messeinrichtung die Wechselspannung in nur einer oder in weniger als jeder der Phasen misst.

[0023] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung einen Komparator aufweist. Ein Komparator umfasst einen elektronischer Schaltkreis, der zwei Werte vergleicht. Der Komparator kann vorzugsweise dazu eingerichtet sein, ein binäres Signal auszugeben, insbesondere bezüglich jeder Phase separat.

[0024] Weiter ist von Vorteil, wenn der Prüfling eine Signalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Wechselspannung umfasst. Die Signalerzeugungseinrichtung kann dabei einen PWM-Signalgeber umfassen, der dazu eingerichtet ist, ein pulsweitenmoduliertes (PWM) elektrisches Signal auszugeben. Hierzu kann die Signalerzeugungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die folgenden Schritte auszuführen:

[0025] a1) Festlegen einer Grundfrequenz f und einer Spannungsamplitude 0;

[0026] a2) Berechnen eines Zeitsignals des Phasenwinkels y nach v(t) = 2m *f*t;

[0027] a3) Berechnen von Sollspannungen für Phasen der des Prüflings, insbesondere nach Uu, set = Ü*cos(Y(Y)), Uv, set = Ü*cos(v(t)- 27/3) und Uw, se: = Ü*cos(y(t)- 47/3); und

[0028] a4) Berechnen von Steuersignalen für die Phasen.

[0029] a5) Erzeugen der Wechselspannung durch Schalten der Prüflings-Schalteinrichtungen des Prüflings mit den in Schritt a4 berechneten Steuersignalen.

[0030] Das fakultative Merkmal in Schritt a3) ist für eine dreiphasige Wechselspannung mit den Phasen U, V, W vorgesehen. Das Steuersignal kann allgemein ein pulsweitenmoduliertes Signal oder ein Signal zur Pulsweitenmodulation sein, vorzugsweise ein PWM- Messsignal. Der Schritt a4) kann dabei durch Verwendung eines geeigneten Modulationsverfahrens, wie etwa der SinusDreieck-Modulation durchgeführt werden, bei der die Sollspannung mit einem dreieckförmigen Referenzsignal verglichen wird und entsprechend die Steuersignale für die Leistungsschalter des Prüflings berechnet werden.

[0031] Weitere Vorteile werden erreicht, wenn in einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung die Rekonstruktionseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Phasenwinkel der Wechselspannung über die folgenden Schritte zu rekonstruieren:

[0032] b1) Messen von Phasenspannungen der Wechselspannung, vorzugsweise dadurch, dass die Werte der Phasenspannungen in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf die DC-Spannung durch einen Komparator und somit einer Schalterstellung der Prüflings-Schalteinrichtung ermittelt werden;

[0033] b2) Berechnen von zwei transformierten Phasenspannungen durch Projizieren der Binärsignale mittels Clarke-Transformation.

[0034] b3) Normieren der transformierten Phasenspannungen, insbesondere auf Werte von -1 bis +1;

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[0035] b4) Rekonstruieren eines PLL-Phasenwinkels aus den normierten transformierten Phasenspannungen mit einer Phasenregelschleife; und

[0036] b5) Einregeln eines Lastpunkts des Prüflings in Abhängigkeit des rekonstruierten PLLPhasenwinkels.

[0037] Der Komparator kann insbesondere der Komparator nach Anspruch 5 sein. Ist die Wechselspannung nur einphasig, ist der Ausdruck „die Phasen“ im Sinne von „die eine Phase“ zu verstehen. Eine Phasenregelschleife (PLL, englisch: „phase-locked loop“) ist ein Regelkreis mit einem gesteuerten Oszillator, dessen Phase der eines äußeren Signals nachgeführt wird. Bei Phasenregelschleifen ist die Abhängigkeit der Stellgröße von der Regelabweichung — der Phasenverschiebung — periodisch. Die Regelung kann also auf verschiedene relative Phasenlagen „einrasten“, die sich um ganze Vielfache von 27 unterscheiden. Im eingerasteten Zustand ist die Frequenz des Oszillators die des Referenzsignals. Bei geeigneter Umsetzung ist der Phasenwinkel des Oszillators auch der des Referenzsignals.

[0038] Die Schritte a1) bis a5) werden dabei vom Prüfling ausgeführt. Die Schritte b1) bis b5) werden von der aktiven Last ausgeführt.

[0039] Schritt b1) kann vorzugsweise noch den Schritt umfassen: b1.1) Erzeugen eines Binärsignals für jede der Phasen, insbesondere dadurch, dass die Werte des Binärsignals in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf die DC-Spannung durch einen Komparator und somit der Schalterstellung der Prüflings-Schalteinrichtung festgelegt werden.

[0040] Die Clarke-Transformation dient dazu, mehrphasige Größen in ein einfacheres zweiachsiges Koordinatensystem mit den Achsen a, ß zu überführen, die 90° versetzt voneinander sind und somit die für die Phasenregelschleife benötigten Sinus- und Kosinus-Eingangssignale darstellen. Die Clarke-Transformation beschreibt eine von mehreren möglichen Raumzeigerdarstellungen. Die Grundfrequenz ist die niedrigste Frequenz eines Wechselstroms, der von der Last erzeugt wird. Die Schaltfrequenz ist die Frequenz, mit der die Prüflings-Schalteinrichtung, den Prüfling schaltet.

[0041] Insbesondere ist von Vorteil, wenn die Rekonstruktionseinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, zu prüfen, ob der rekonstruierte Phasenwinkel valide ist, insbesondere durch Analyse von Schaltsignalen des Prüflings. Die Validitätsprüfung kann bestimmte Fehler ausschließen und erhöht insgesamt die Genauigkeit der Funktionsweise der aktiven Last.

[0042] Weitere Vorteile werden erzielt, wenn die aktive Last ferner eine Eingabeeinrichtung, zur Aufnahme einer Benutzereingabe aufweist, wobei die Benutzereingabe eine erwartete Grundfrequenz umfasst. Bei zumindest näherungsweise richtiger Eingabe der Grundfrequenz kann die Rekonstruktionseinrichtung optimal initialisiert werden und die aktive Last kann die Lastpunkte des Prüflings schneller anfahren, was Prüfdauern verkürzen kann.

[0043] Weiter ist von Vorteil, wenn die Rekonstruktionseinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Grundfrequenz des Prüflings automatisch zu ermitteln. Die automatische Ermittlung kann alternativ oder zusätzlich zur zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein. Eine automatische Ermittlung der Grundfrequenz kann zu schnelleren Prüfungen führen, wenn die Grundfrequenz des Prüflings unbekannt ist.

[0044] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings mit einer Prüflings-Schalteinrichtung, der dazu eingerichtet ist, eine mehrphasige Wechselspannung auszugeben, umfassend die Schritte:

[0045] a0) Verbinden einer aktiven Last nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit dem Prüfling; [0046] a1) Festlegen einer Grundfrequenz f und einer Spannungsamplitude 0;

[0047] a2) Berechnen eines Zeitsignals des Phasenwinkels y, insbesondere nach YO =2m*f*t

[0048] a3) Berechnen von Sollspannungen für jede der Phasen des Prüflings, insbesondere für drei Phasen U, V und W nach

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Uu, set = Ü*cos(y(t)), Uv, set = Ü*cos(y(t)- 27/3) und Üw, seı = Ü*cos(y(t)- 47/3); [0049] a4) Berechnen von Steuersignalen für die Phasen;

[0050] a5) Erzeugen der Wechselspannung durch Schalten der Prüflings-Schalteinrichtungen des Prüflings mit den in Schritt a4 berechneten Steuersignalen;

[0051] b1) Messen von Phasenspannungen der Wechselspannung für jede der Phasen, vorzugsweise dadurch, dass die Werte der Phasenspannungen in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf eine DC- Zwischenkreisspannung durch einen Komparator und somit einer Schalterstellung der Prüflings-Schalteinrichtung ermittelt werden;

[0052] b2) Berechnen von zwei transformierten Phasenspannungen durch Projizieren der Binärsignale mittels Clarke-Transformation;

[0053] b3) Normieren der transformierten Phasenspannungen, insbesondere auf Werte von -1 bis +1;

[0054] b4) Rekonstruieren eines PLL-Phasenwinkels aus den normierten transformierten Phasenspannungen mit einer Phasenregelschleife; und

[0055] b5) Einregeln eines Lastpunkts des Prüflings in Abhängigkeit des rekonstruierten PLLPhasenwinkels.

[0056] In dem Verfahren wird der Prüfling über den Ausgang der aktiven Last angesteuert. Entsprechend ist ein Ausgang des Prüflings mit einem Eingang der aktiven Last verbunden und ein Ausgang der aktiven Last mit einem Eingang des Prüflings verbunden.

[0057] Bei dem Verfahren kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass es ferner den Schritt umfasst: b1.1) Normieren der Phasenspannungen der Wechselspannung, wobei die Phasenspannungen im nachfolgenden Verfahrensschritt die normierten Phasenspannungen sind.

[0058] Weiter vorzugsweise kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen: b2.1) Filtern der transformierten Phasenspannungen mit einer Filterfrequenz, die insbesondere zwischen der Grundfrequenz und einer Schaltfrequenz der Last liegt. Bei diesem Filtern ist der Phasenfehler, der durch ein solches Filtern durchgeführt wird für den Fachmann bekannt oder zumindest ableitbar. Entsprechend kann der Phasenfehler der gefilterten transformierten Phasenspannungen in Abhängigkeit des Filterns in Schritt b2.1) korrigiert werden.

[0059] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Prüfvorrichtung, zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings, mit einer aktiven Last nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

[0060] In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann der Begriff „umfassen“ und/oder der Begriff „aufweisen“ auch „sein“ bedeuten.

[0061] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

[0062] Fig. 1 eine Prüfvorrichtung mit einer aktiven Last gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;

[0063] Fig. 2 ein zu rekonstruierendes Zeitsignal des Referenz-Phasenwinkels des Prüflings;

[0064] Fig. 3 Sollspannungen von drei Phasen U, V und W, basierend auf dem ReferenzPhasenwinkel aus Fig. 2;

[0065] Fig. 4 die Sollspannung Uu, se: und ein Referenzsignal der Phase U, zur Erzeugung eines Steuersignals, mittels Sinus-Dreieck-Modulation;

[0066] Fig. 5 eine aus den Signalen von Fig. 4 erzeugte Wechselspannung der Phase U; [0067] Fig. 6 ein aus der Wechselspannung von Fig. 5 erzeugtes binäres Signal;

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[0068] Fig. 7 zwei transformierte Phasenspannungen nach einer Clarke-Transformation der Wechselspannungen von drei Phasen U, V und W;

[0069] Fig. 8 die transformierten Phasenspannungen von Fig. 7 nach einer Filterung;

[0070] Fig. 9 die gefilterten transformierten Phasenspannungen von Fig. 8 nach einer Normierung;

[0071] Fig. 10 die aus den normierten gefilterten transformierten Phasenspannungen von Fig. 9 berechneten Phasenwinkel;

[0072] Fig. 11 Verlauf der Korrektur eines Phasenfehlers; und [0073] Fig. 12 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Rekonstruktion des Phasenwinkels.

[0074] Figur 1 zeigt schematisch eine Prüfvorrichtung 12 zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings 14, mit einer aktiven Last 10. Die Aktive Last ist dazu eingerichtet, einen Phasenwinkel zu rekonstruieren. Der Prüfling 14 ist ein DC/AC-Wandler, der im Folgenden auch als Inverter oder Umrichter 14a bezeichnet wird, gibt somit eine Wechselspannung aus und ist mit seinem Ausgang an der aktiven Last 10 angeschlossen. Als DC-AC-Wandler weist der Prüfling 14 mehrere Prüflings-Schalteinrichtungen (nicht explizit dargestellt) auf, um die Wechselspannung einzuregeln, welche jedoch nicht im Detail dargestellt sind. Über ein Netzteil 13 und einen Gleichspannungszwischenkreis 21 wird der Prüfling 14 mit Spannung versorgt.

[0075] Die aktive Last 10 weist eine Messeinrichtung 16 zur Messung der vom Prüfling 14 ausgegebenen Wechselspannung in den drei Phasen U, V, W der Verbindungsleitung 17 auf. Die Messeinrichtung 16 ist eine Spannungsmesseinrichtung, vorzugsweise mit einem Komparator und/oder kann alternativ auch eine Spannungserfassungseinrichtung mit Analog-Digital-Wandler umfassen. Die Messeinrichtung 16 misst in dieser Ausführungsform der Erfindung, ob die Spannung am Ausgang des Prüflings 14 über oder unter einem Referenzwert liegt, der vorzugsweise der halben Zwischenkreisspannung des Prüflings 14 entspricht. Die Spannungsmessung wird für jede Phase der Verbindungsleitung 17 durchgeführt. Entsprechend wird über die Messeinrichtung 16 lediglich gemessen, ob die Ausgangsspannung des Prüflings 14 zu einem Zeitpunkt „oben“ oder „unten“ ist.

[0076] Der Ausgang des Prüflings 14 ist über die Messeinrichtung 16 und eine Induktivität 18 mit dem Eingang einer Schalteinrichtung 20, welche als AC/DC-Wandler ausgestaltet ist, verbunden. Der DC-Anschluss der Schalteinrichtung 20 ist mit dem DC-Anschluss des Prüflings 14 verbunden, um die auftretende Leistung innerhalb der Prüfvorrichtung 12 zu zirkulieren.

[0077] Ferner weist die aktive Last 10 eine Steuerungseinrichtung 22 mit einer Rekonstruktionseinrichtung 24 zur Rekonstruktion eines Phasenwinkels und einer Ansteuereinrichtung 26 auf. Die Rekonstruktionseinrichtung 24 ist zur Berechnung eines unkorrigierten rekonstruierten Phasenwinkels und zur Korrektur des Phasenwinkels des Prüflings 14 eingerichtet.

[0078] Um den Prüfling zu steuern und/oder zu regeln ist die Rekonstruktionseinrichtung 24 mit einer Ansteuereinrichtung 26 verbunden. Die Rekonstruktionseinrichtung 24 ist dazu eingerichtet, einen korrigierten Phasenwinkel Ycomp ZU rekonstruieren und/oder zu berechnen. Die Rekonstruktionseinrichtung 24 ist insbesondere dazu eingerichtet, einen korrigierten Phasenwinkel Ycomp aus transformierten Phasenspannungen Ua, Ug zu rekonstruieren.

[0079] Die Ansteuereinrichtung 26 sendet im Betrieb ein auf Grundlage des korrigierten Phasenwinkels Ycomp ein Steuersignal an die Schalteinrichtung 20, wobei die Schalteinrichtung 20 damit den Prüfling 14 ansteuert. Die Ansteuereinrichtung 26 verwendet hierfür als Stromregeleinrichtung Stromregelverfahren, die einen oder mehrere Stromsollwerte mit einem oder mehreren gemessenen Stromistwerten vergleicht, die aus der Strommesseinrichtung 19 gewonnen werden. Der oder die Stromsollwerte werden abhängig vom gewünschten Lastpunkt und dem rekonstrujerten Phasenwinkel berechnet:

[0080] Iv, set = /*COS(Ycomp(t)- ®),

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[0081] lv, set = Ü*cos(Ycomp(t)- 21/3- ®@) [0082] Iw, set = Ü*cosS(Ycomp(P)- 41/3- ©);

[0083] Hierbei entspricht / der vom Benutzer gewünschten Phasenstromamplitude, dem vom Benutzer gewünschten Phasenverschiebungswinkel und Ycomp(t) dem Zeitverlauf des rekonstrujerten Phasenwinkels der Spannung des Prüflings. Sollen alternativ andere Größen wie etwa Leistung und Leistungsfaktor vorgegeben werden, können gemäß allgemein bekanntem Fachwissen die Parameter f und € berechnet werden.

[0084] Als Stromregelstrecke im regelungstechnischen Sinn fungiert die Induktivität 18. Die Ansteuereinrichtung 26 berechnet eine Ausgangsspannung für die Schalteinrichtung 20, die den gewünschten Stromfluss durch die Induktivität 18 und somit in den Prüfling 14 hervorruft. Als Ansteuereinrichtung 26 können unterschiedliche Regeleinrichtungen genutzt werden, wie beispielsweise Pl-Regler, Zustandsregler oder Deadbeat-Regler. Die Ansteuereinrichtung 26 kann insbesondere auch eine Spannungsregeleinrichtung sein.

[0085] Das Verfahren zur Rückgewinnung des Phasenwinkels mit einer erfindungsgemäßen aktiven Last 10 wird im Detail anhand der Figuren 2 bis 11 beschrieben. Es wird dabei von der in Figur 1 dargestellten Prüfsituation ausgegangen, in der ein zu prüfender DC/AC-Wandler ein dreiphasiges Drehspannungssystem erzeugt. Die Figuren 2 bis 5 bzw. die Schritte a1 bis a5 betreffen die Erzeugung einer Wechselspannung durch den Prüfling 14 mittels Pulsweitenmodulation PWM. Die Figuren 6 bis 11 und die damit zusammenhängenden Schritte b1 bis b5 betreffen die Phasenwinkelrekonstruktion PR und die Korrektur eines Phasenfehlers des PLL-Phasenwinkels.

[0086] in einem ersten Schritt a1 wird zunächst die Grundfrequenz f und die Spannungsamplitude Ü der zu erzeugenden Wechselspannung des Prüflings 14 festgelegt. Anschließend wird in einem zweiten Schritt a2 zur Erzeugung der Wechselspannung ein Zeitsignal des Phasenwinkels prüflingsintern aus der Grundfrequenz f berechnet. Die Grundfrequenz f entspricht dabei der Vorgabe, die beispielsweise eine manuelle Eingabe eines Anwenders oder eine automatisierte Eingabe durch einen Prüfzyklus sein kann. Das vorgegebene Zeitsignal des Phasenwinkels folgt gemäß:

y@) = 2m ft [0087] Das Signal des vorgegebenen Phasenwinkels mit einer Periode von 1 ms bzw. einer Frequent f von 1 kHz ist in Fig. 2 dargestellt.

[0088] Aus dem vorgegebenen zeitabhängigen Phasenwinkel y(t) und einer von dem Anwender gewählten Spannungsamplitude Ü werden die Sollspannungen UseTt der drei Phasen U, V und W in einem dritten Schritt a3 berechnet, nach:

Uyser = DO: cos(y(t))

2m Uy ser = U + cos(y(t) — zz)

4n Uw, ser = U + cos(y(t) — zz)

[0089] Die berechneten Sollspannungen der drei Phasen sind in diesem Beispiel jeweils um 21/3 zueinander phasenverschoben und in Figur 3 dargestellt.

[0090] Um in einem vierten Schritt a4 Steuersignale Uy, out für die Phasen zu berechnen, werden die Sollspannungen auf die halbe Zwischenkreisspannung bezogen mit einem dreieckigen Trägersignal verglichen (Sinus-Dreieck-Modulation). Liegt die bezogene Sollspannung über dem Trägersignal, schaltet die Halbbrücke des Prüflings 14 das positive Zwischenkreisspannungspotential, liegt sie darunter, schaltet sie das negative Zwischenkreisspannungspotential. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 4 nur das Sollspannungssignal Uu, set und das höherfrequente Trägersignal Urer für die Phase U dargestellt. Die Signale für die Phasen V und W sind äquivalent dazu.

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[0091] In einem fünften Schritt a5 wird das in Schritt a4 berechnete Vergleichssignal an der einen oder den mehreren Prüflings-Schalteinrichtungen des Prüflings 14 angelegt, worauf dieser die Wechselspannung bzw. das Drehspannungssystem aus Figur 5 erzeugt.

[0092] Für die Rekonstruktion des Phasenwinkels muss die vom Prüfling 14 ausgegebene Wechselspannung bzw. das Drehspannungssystem aus Figur 5 von der Rekonstruktionseinrichtung 24 der aktiven Last 10 erfasst werden. Dies geschieht vorzugsweise aus der Messung der Phasenspannungen des Prüflings 14 mit einer Messeinrichtung 16, die als Komparator ausgestaltet ist, wobei die Referenzspannung des Komparators die halbe Zwischenkreisspannung ist. In einem ersten Schritt der Phasenrekonstruktion b1 wird daher ein Binärsignal Uu, pinar erzeugt, das entweder 0 ist, wenn die entsprechende Halbbrücke des Umrichter 14a das negative Zwischenkreispotential schaltet und 1, wenn sie das positive Zwischenkreispotential schaltet. Alternativ kann eine wertkontinuierliche bzw. höher diskretisierte Messung durch eine gewöhnliche Spannungsmessung beispielsweise durch marktübliche Analog-Digitalwandler stattfinden und dieses Signal weiterverarbeitet werden, das heißt, dass die Wechselspannung bzw. das Drehspannungssystem aus Figur 5 als Signal vorliegen.

[0093] Das Binärsignal Uuy, pinar Ist in Figur 6 dargestellt. Mittels einer Clarke-Transformation werden in einem zweiten Schritt der Phasenrekonstruktion b2 aus den binären Signalen aus Figur 6 oder den Signalen aus Fig. 5 zwei transformierte Phasenspannungen Ua und Ug berechnet und/oder erzeugt. Die Clarke-Transformation überführt die drei Phasenspannungen Uu, binär, Uv, binär UNd Uw, binar IN zwei gleichwertige transformierte Phasenspannungen U und Ug, gemäß:

2m 4m 2 Ua = (cos(0) * Uy,pinär + COS (3) * Uy,pinär + COS _ ‘ Uw binär) ‘3

. . f/2u „Ar 2 Ug = (Sin(0) * Uy,pinär + Sin (3) ° Uy,pinär + Sin _ ‘ Uw.binär) ‘3

[0094] Die auf diese Weise aus drei Phasen auf zwei zueinander orthogonal äquivalente Phasen erzeugten transformierten Phasenspannungen sind in Fig. 7 dargestellt.

[0095] Die transformierten Phasenspannungen werden anschließend, in einem optionalen Schritt der Phasenrekonstruktion b2.1 gefiltert, um den Einfluss der Oberwellen durch die Schalthandlungen des Umrichters 14a zu reduzieren. Die Filterfrequenz wird hierzu vorzugsweise zwischen der erwarteten Grundfrequenz f der Spannung (siehe oben) und der Schaltfrequenz des Umrichters 14a gewählt, um möglichst viel von der Grundinformation zu erhalten und gleichzeitig das störende Schalten zu unterdrücken. Das Filtern führt unweigerlich zu einem Fehler sowohl in der Amplitude als auch in der Phase. Beide Fehler werden in den folgenden Schritten eliminiert, kompensiert und/oder korrigiert. Die gefilterten Signale Ua, : und Ug, + sind in Figur 8 dargestellt. Sie weisen nun eine starke Ähnlichkeit mit einer Sinuswelle und einer Kosinuswelle auf, was für die Phasenrekonstruktion vorteilhaft ist. Außerdem enthalten sie (gedämpfte) Oberwellen, die durch das Schalten des Prüflings 14 verursacht werden. Weiter ist in Figur 8 das Signal einer Hypote-

NUSE Upypot,f = (Uern + UEfn dargestellt, welches zur Normierung berechnet wird.

[0096] Bei der Rekonstruktion der Phase ist die Amplitude des Signals grundsätzlich nicht von Bedeutung. Die Amplitude der Signale wird an dieser Stelle von der eingestellten Spannungsamplitude 0, der Zwischenkreisspannung und dem Filtertyp und den Koeffizienten der Filterung im vorigen Schritt beeinflusst. Für die folgenden Schritte werden in einem dritten Schritt der Phasenrekonstruktion b3 die beiden gefilterten Phasenspannungen Ua, und Ug, : normiert zu Ua,f,n und Ug, sn, damit sie als Eingangssignale für die nun folgende Phasenregelschleife (phase-locked loop, PLL) dienen können. Durch die Normierung liegen die Signale stets im Wertebereich von 1 bis +1. Wird auf den optionalen Schritt b2.1 verzichtet, ist vorgesehen, dass die beiden ungefilterten Phasenspannungen U« und Ug normiert werden, zu Ua,n und Us, ., Gleiches gilt, wenn statt der Spannungsmessung mittels Komparator eine wertkontinuierliche bzw. höher diskretisierte Spannungsmessung verwendet wird. Das weitere Verfahren funktioniert ansonsten in jedem Fall identisch. Auf die mehrfache Nennung aller Optionen wird aus Gründen der Lesbarkeit im Fol-

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genden verzichtet.

[0097] Da die Signale Ua: und Ug,: orthogonal zueinander sind, können sie über die Hypotenuse normiert werden zu:

Un Uafn = Uefn + U fm U Up fan = Bf U® . +U2 a,fmn T VB,fn

[0098] In Figur 9 sind die gefilterten transformierten Phasenspannungen von Fig. 8 nach einer solchen Normierung dargestellt.

[0099] In der Signalverarbeitung ist bekannt, dass eine Phase aus (verzerrten) sin/cos-Signalen zurückgewonnen werden kann, wenn eine Phasenregelschleife (phase-locked loop, PLL) oder ein sogenannter angle-tracking observer (ATO) verwendet wird. Intern wird hierzu ein beobachteter Winkel der Phasenregelschleife vyp,, berechnet, der dann an den Eingang zurückgeführt wird, an dem der Fehler zum Eingangssignal berechnet und auf null geregelt wird. Auf diese Weise wird der intern beobachtete Winkel zum rekonstruierten Winkel, der als Ausgangssignal verwendet wird. Auch die beobachtete Grundfrequenz der Phasenregelschleife fp__ wird berechnet und als Ausgangssignal verwendet.

[00100] Der Filter aus dem Schritt b2.1 der Phasenrekonstruktion verursacht aufgrund seines Funktionsprinzips einen Phasenfehler. Da die Filtertopologie und die Grundfrequenz des Winkelsignals dank der PLL bekannt sind, ist auch der frequenzabhängige Phasenfehler des Filters bekannt und kann ausgeglichen werden, beispielsweise mithilfe einer Look-up-Tabelle oder einer analytischen Gleichung. Der Fehler zwischen dem vorgegebenen Phasenwinkel yszt und dem PLL-Phasenwinkel vypı. der Phasenregelschleife ist die Differenz der Verläufe zwischen den Kurven in Fig. 10.

[00101] Um den Fehler zu korrigieren, wird der PLL-Phasenwinkel ypı. korrigiert zu einem korrigierten Phasenwinkel ycomp. Ein Ergebnis der in einem fünften Schritt der Phasenrekonstruktion b5 durchgeführten Fehlerkorrektur des Phasenfehlers ist in Figur 11 dargestellt.

[00102] Der Sollwinkel des Phasenwinkels vs; weicht vom ermittelten PLL-Phasenwinkel yp,, ab. Durch die Fehlerkorrektur, insbesondere mittels Hilfe einer Look-up-Tabelle oder einer anaIytischen Gleichung, wird dieser Fehler korrigiert, so dass die kompensierte Phasenwinkelkurve Ycomp ihren Verlauf vom ermittelten Phasenwinkel zum Sollwinkel des Phasenwinkels ysgr angleicht. Im dargestellten Beispiel erfordert der Angleichungsprozess etwa 1,5 Perioden bzw. 1,5 ms. Zur Kompensation können unterschiedliche mathematische Funktionen angewendet werden, durch welche die Differenz der Verläufe verringert, insbesondere stetig verringert wird.

[00103] In Figur 12 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erzeugung einer Wechselspannung und zur Rekonstruktion des Phasenwinkels dargestellt, in welchem die Schritte der Figuren 2 bis 11 zusammengefasst sind. Die Schritte und die in den einzelnen Schritten berechneten Größen und übergebenen Größen sind ebenfalls angegeben. Zu beachten ist, dass die Schritte b1.1 und b2.1 jeweils optional sind und nicht zwingend durchgeführt werden müssen.

[00104] Die voranstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

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BEZUGSZEICHENLISTE

10 aktive Last

12 Prüfvorrichtung

13 Netzteil

14 Prüfling

14a Umrichter

16 Messeinrichtung

17 Verbindungsleitung

18 Induktivität

19 Strommesseinrichtung

20 Schalteinrichtung

21 Gleichspannungszwischenkreis 22 Steuerungseinrichtung

24 Rekonstruktionseinrichtung

26 Ansteuereinrichtung

YSET Sollwinkel des Phasenwinkels

f Grundfrequenz

Ü Spannungsamplitude

Uu, set Sollspannung der Phase U

Uu, out Steuersignal der Phase U, Phasenspannung Uu, binär Binärsignal der Phase U

Ua Ug transformierte Phasenspannungen Ua, Ue,r gefilterte transformierte Phasenspannungen

Ua,f,n, Up,t,n MNormierte gefilterte transformierte Phasenspannungen

YPLL ermittelter Phasenwinkel Ycomp kompensierter Phasenwinkel fPLL ermittelte Frequenz

(0 Phasenverschiebungswinkel

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Patentansprüche

1. Aktive Last (10) zur Rekonstruktion eines Phasenwinkels einer von einem Prüfling (14) mit wenigstens einer Prüflings-Schalteinrichtung ausgegebenen Wechselspannung, umfassend

eine Messeinrichtung (16) zur Messung der vom Prüfling (14) ausgegebenen Wechselspannung,

eine Rekonstruktionseinrichtung (24), die dazu eingerichtet ist, einen Phasenwinkels der Wechselspannung zu rekonstruieren,

eine Schalteinrichtung (20), und

eine Ansteuereinrichtung (26), die in signaltechnischer Verbindung mit der Rekonstruktionseinrichtung (24) steht und dazu eingerichtet ist, einen Lastpunkt des Prüflings (14) in Abhängigkeit des rekonstruierten Phasenwinkels der Wechselspannung über die Schalteinrichtung (20) phasenrichtig einzuregeln.

2. Aktive Last (10) nach Anspruch 1, wobei der Prüfling (14) ein elektrischer Umrichter (14a) mit einem mehrphasigen Ausgang, insbesondere ein DC/AC-Umrichter ist.

3. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Prüflings-Schalteinrichtung eine Halbbrücke aufweist.

4. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechselspannung eine mehrphasige Wechselspannung, insbesondere eine dreiphasige Wechselspannung ist.

5. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (16) einen Komparator aufweist.

6. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rekonstruktionseinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, den Phasenwinkel der Wechselspannung über die folgenden Schritte zu rekonstruieren:

b1) Messen von Phasenspannungen der Wechselspannung vorzugsweise dadurch, dass die Werte der Phasenspannungen in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf eine DC-Zwischenkreisspannung durch einen Komparator und somit der Schalterstellung der Prüflings-Schalteinrichtung ermittelt werden;

b2) Berechnen von zwei transformierten Phasenspannungen (u«, ug) durch Projizieren der Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out, Uw, out) Mittels Clarke-Transformation.

b3) Normieren der transformierten Phasenspannungen (Ua, Ug), insbesondere auf Werte von -1 bis +1;

b4) Rekonstruieren eines PLL-Phasenwinkels (vYpı.) aus den normierten transformierten Phasenspannungen (Ua, f,n, Ug, 1,2) mit einer Phasenregelschleife; und

b5) Einregeln eines Lastpunkts des Prüflings (14) in Abhängigkeit des rekonstruierten PLLPhasenwinkels.

7. Aktive Last (10) nach Anspruch 6, ferner umfassend den Schritt: b1.1) Normieren der Phasenspannungen der Wechselspannung, wobei die Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out; Uw, out) IM Nachfolgenden Verfahrensschritt die normierten Phasenspannungen (Uu, binär, Uv, vinär, Uw, vinar) Sind.

8. Aktive Last (10) nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend den Schritt: b2.1) Filtern der transformierten Phasenspannungen (ua, ug) mit einer Filterfrequenz, die insbesondere zwischen der Grundfrequenz (f) und einer Schaltirequenz der Last liegt.

9. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: b2.2) Korrigieren eines Phasenfehlers des PLL-Phasenwinkel.

10. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rekonstruktionseinrichtung (24) ferner dazu eingerichtet ist, zu prüfen, ob der rekonstruierte Phasenwinkel va-

lide ist, insbesondere durch Analyse von Schaltsignalen des Prüflings (14).

11. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Eingabeeinrichtung, zur Aufnahme einer Benutzereingabe, wobei die Benutzereingabe eine erwartete Grundfrequenz umfasst.

12. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rekonstruktionseinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, eine Grundfrequenz des Prüflings (14) automatisch zu ermitteln.

13. Verfahren zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings (14) mit einer Prüflings-Schalteinrichtung, der dazu eingerichtet ist, eine mehrphasige Wechselspannung auszugeben, umfassend die Schritte:

a0) Verbinden einer aktiven Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Prüfling (14),

a1) Festlegen einer Grundfrequenz f und einer Spannungsamplitude 0; a2) Berechnen eines Zeitsignals des Phasenwinkels y, insbesondere nach v(t) = 2m *f*t;

a3) Berechnen von Sollspannungen für jede der Phasen des Prüflings (14), insbesondere nach

Uu, set = Ü*cos(y(t)), Uv, set = Ü*cos(y(t)- 27/3 und Uw, set = Ü*cos(y(t)- 41/3;

a4) Berechnen von Steuersignalen für die Phasen;

a5) Erzeugen der Wechselspannung durch Schalten der Prüflings-Schalteinrichtungen des Prüflings mit den in Schritt a4 berechneten Steuersignalen;

b1) Messen von Phasenspannungen der Wechselspannung, vorzugsweise dadurch, dass die Werte der Phasenspannungen in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf eine DC- Zwischenkreisspannung durch einen Komparator und somit der Schalterstellung der Prüflings-Schalteinrichtung ermittelt werden;

b2) Berechnen von zwei transformierten Phasenspannungen (u«, ug) durch Projizieren der Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out, Uw, out) Mittels Clarke-Transformation;

b3) Normieren der gefilterten transformierten Phasenspannungen (Ua,r, Ug, 1), Insbesondere auf Werte von -1 bis +1;

b4) Rekonstruieren eines PLL-Phasenwinkels (ypı.) aus den normierten gefilterten transformierten Phasenspannungen (Ua, f,n, Ue,:,n) mit einer Phasenregelschleife; und

b5) Einregeln eines Lastpunkts des Prüflings (14) in Abhängigkeit des rekonstruierten PLLPhasenwinkels.

14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend den Schritt: b1.1) Normieren der Phasenspannungen der Wechselspannung wobei die Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out; Uw, out) IM Nachfolgenden Verfahrensschritt die normierten Phasenspannungen (Uu, binär, Uv, vinär, Uw, vinar) Sind.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner umfassend die Schritte:

b2.1) Filtern der transformierten Phasenspannungen (ua, ug) mit einer Filterfrequenz, die insbesondere zwischen der Grundfrequenz (f) und einer Schaltirequenz der Last liegt und

b2.2) Korrigieren eines Phasenfehlers der gefilterten transformierten Phasenspannungen (Ua, Uß) In Abhängigkeit des Filterns in Schritt b2.1).

16. Prüfvorrichtung (12), zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings (14), mit einer aktiven Last (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

x bes AT 528 283 A4 2025-12-15 Ss N Geänderte Patentansprüche

1. Aktive Last (10) zur Rekonstruktion eines Phasenwinkels einer von einem Prüfling (14) mit wenigstens einer Prüflings-Schalteinrichtung ausgegebenen Wechselspannung, umfassend

eine Messeinrichtung (16) zur Messung der vom Prüfling (14) ausgegebenen Wechselspannung,

eine Rekonstruktionseinrichtung (24), die dazu eingerichtet ist, einen Phasenwinkels der Wechselspannung zu rekonstruieren,

eine Schalteinrichtung (20), und

eine Ansteuereinrichtung (26), die in signaltechnischer Verbindung mit der Rekonstruktionseinrichtung (24) steht und dazu eingerichtet ist, einen Lastpunkt des Prüflings (14) in Abhängigkeit des rekonstruierten Phasenwinkels der Wechselspannung über die Schalteinrichtung (20) phasenrichtig einzuregeln dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (16) einen Komparator aufweist.

2. Aktive Last (10) nach Anspruch 1, wobei der Prüfling (14) ein elektrischer Umrichter (14a) mit einem mehrphasigen Ausgang, insbesondere ein DC/AC-Umrichter ist.

3. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Prüflings-Schalteinrichtung eine Halbbrücke aufweist.

4. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechselspannung eine mehrphasige Wechselspannung, insbesondere eine dreiphasige Wechselspannung ist.

5. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rekonstruktionseinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, den Phasenwinkel der Wechselspannung über die folgenden Schritte zu rekonstruieren:

b1) Messen von Phasenspannungen der Wechselspannung vorzugsweise dadurch, dass die Werte der Phasenspannungen in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf eine DC-Zwischenkreisspannung durch einen Komparator und somit der Schalterstellung der Prüflings-Schalteinrichtung ermittelt werden;

b2) Berechnen von zwei transformierten Phasenspannungen (u«, ug) durch Projizieren der Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out, Uw, out) Mittels Clarke-Transformation.

b3) Normieren der transformierten Phasenspannungen (Ua, Ug), insbesondere auf Werte von -1 bis +1; b4) Rekonstruieren eines PLL-Phasenwinkels (vYpı.) aus den normierten transformierten Phasenspannungen (Ua, f,n, Ug, 1,2) mit einer Phasenregelschleife; und b5) Einregeln eines Lastpunkts des Prüflings (14) in Abhängigkeit des rekonstruierten PLLPhasenwinkels.

6. Aktive Last (10) nach Anspruch 5, ferner umfassend den Schritt:

b1.1) Normieren der Phasenspannungen der Wechselspannung, wobei die Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out; Uw, out) IM Nachfolgenden Verfahrensschritt die normierten Phasenspannungen (Uu, binär, Uv, vinär, Uw, vinar) Sind.

7. Aktive Last (10) nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend den Schritt: b2.1) Filtern der transformierten Phasenspannungen (ua, ug) mit einer Filterfrequenz, die insbesondere zwischen der Grundfrequenz (f) und einer Schaltfrequenz der Last liegt.

8. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: b2.2) Korrigieren eines Phasenfehlers des PLL-Phasenwinkel.

9. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rekonstruktionseinrichtung (24) ferner dazu eingerichtet ist, zu prüfen, ob der rekonstruierte Phasenwinkel valide ist, insbesondere durch Analyse von Schaltsignalen des Prüflings (14).

ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

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Ss N

10. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Eingabeeinrichtung, zur Aufnahme einer Benutzereingabe, wobei die Benutzereingabe eine erwartete Grundfrequenz umfasst.

11. Aktive Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rekonstruktionseinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, eine Grundfrequenz des Prüflings (14) automatisch zu ermitteln.

12. Verfahren zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings (14) mit einer Prüflings-Schalteinrichtung, der dazu eingerichtet ist, eine mehrphasige Wechselspannung auszugeben, umfassend die Schritte:

a0) Verbinden einer aktiven Last (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Prüfling (14),

a1) Festlegen einer Grundfrequenz f und einer Spannungsamplitude U; a2) Berechnen eines Zeitsignals des Phasenwinkels y, insbesondere nach v(t) = 2m *f*t;

a3) Berechnen von Sollspannungen für jede der Phasen des Prüflings (14), insbesondere nach

Uu, set = Ü*cos(y(t)), Uv, set = U*cos(y(t)- 21/3 und Uw, set = Ü*cos(y(t)- 47/3;

a4) Berechnen von Steuersignalen für die Phasen;

a5) Erzeugen der Wechselspannung durch Schalten der Prüflings-Schalteinrichtungen des Prüflings mit den in Schritt a4 berechneten Steuersignalen;

b1) Messen von Phasenspannungen der Wechselspannung, vorzugsweise dadurch, dass die Werte der Phasenspannungen in Abhängigkeit des Spannungswertes der Wechselspannung in Bezug auf eine DC-Zwischenkreisspannung durch einen Komparator und somit der Schalterstellung der Prüflings-Schalteinrichtung ermittelt werden;

b2) Berechnen von zwei transformierten Phasenspannungen (u«, ug) durch Projizieren der Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out, Uw, out) Mittels Clarke-Transformation;

b3) Normieren der gefilterten transformierten Phasenspannungen (Ua,r, Ug, 1), Insbesondere auf Werte von -1 bis +1;

b4) Rekonstruieren eines PLL-Phasenwinkels (ypı.) aus den normierten gefilterten transformierten Phasenspannungen (Ua, f,n, Ue,:,n) mit einer Phasenregelschleife; und

b5) Einregeln eines Lastpunkts des Prüflings (14) in Abhängigkeit des rekonstruierten PLLPhasenwinkels.

13. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend den Schritt: b1.1) Normieren der Phasenspannungen der Wechselspannung wobei die Phasenspannungen (Uu, out, Uv, out; Uw, out) IM Nachfolgenden Verfahrensschritt die normierten Phasenspannungen (Uu, binär, Uv, vinär, Uw, pinar) Sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner umfassend die Schritte:

b2.1) Filtern der transformierten Phasenspannungen (ua, ug) mit einer Filterfrequenz, die insbesondere zwischen der Grundfrequenz (f) und einer Schaltirequenz der Last liegt und

b2.2) Korrigieren eines Phasenfehlers der gefilterten transformierten Phasenspannungen (Ua, Uß) In Abhängigkeit des Filterns in Schritt b2.1).

15. Prüfvorrichtung (12), zum Prüfen eines leistungselektronischen Prüflings (14), mit einer aktiven Last (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE