DE102004027629A1

DE102004027629A1 - Verfahren zur Pulsweitenmodulierung mit Schaltverlustverringerung

Info

Publication number: DE102004027629A1
Application number: DE200410027629
Authority: DE
Inventors: Jochen Kühner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-05
Filing date: 2004-06-05
Publication date: 2006-01-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung von Halbbrücken eines einem elektrischen Drehspannungssystem zugeordneten Pulswechselrichters. Es eignet sich darüber hinaus für alle dreiphasigen Lasten mit entsprechend induktivem Anteil (zum Beispiel RL-Last). Jeder Phase U, V, W des elektrischen Drehspannungssystems ist eine Halbbrücke des Pulswechselrichters zugeordnet, die über pulsweitenmodulierte Ansteuersignale angesteuert wird. Am Sternpunkt des elektrischen Drehspannungssystems stellt sich eine dem Tastverhältnis der PWM-Ansteuersignale entsprechende Sternspannung U¶SP¶ ein. Die den Phasen U, V, W zugeordneten Halbbrücken werden im Wege der unsymmetrischen oder der symmetrischen Ansteuerung derart angesteuert, dass in einer der Halbbrücken für die Phasen U, V, W entweder eine 100%-Ansteuerung (29.1, 29.2) oder eine 0%-Ansteuerung (28) vorliegt.

Description

Technisches Gebiet
Zur Speisung von drehzahlveränderlichen und zur geregelten Ansteuerung von Drehfeldmaschinen, wie zum Beispiel Asynchronmaschinen und Synchronmaschinen, werden heute häufig Pulswechselrichter eingesetzt. Diese Pulswechselrichter stellen zum Beispiel über die Vornahme einer Pulsweitenmodulation die benötigten Spannungen für diese elektrischen Maschinen bereit. Die Pulswechselrichter umfassen in der Regel Halbbrücken, die von einer dem Pulswechselrichter zugeordneten Steuereinheit sinusförmig moduliert werden. Durch Aufschalten von Sinussignalen mit erhöhter Grundwellenfrequenz kann die maximale Ausgangsspannung des Pulwechselrichters gesteigert werden.

DE 102 35 787 A1 bezieht sich auf eine Last-Treibervorrichtung. Die offenbarte Last-Treibervorrichtung weist ein erstes Schaltelement auf, das mit einer ersten Leistungsquelle verbunden ist, die eine erste Spannung zuführt und mit einer Last in Verbindung steht. Ferner umfasst die Last-Treibervorrichtung ein zweites Schaltelement, das mit einer zweiten Leistungsquelle verbunden ist, die eine zweite Spannung zuführt, die niedriger als die erste Spannung liegt und ebenfalls mit der Last verbunden ist. Ferner ist eine Strom-Erfassungseinrichtung vorgesehen, die einen Wert eines Stromes erfasst, der in der Last fließt. Eine Steuereinrichtung ist mit dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement und der Strom-Erfassungseinrichtung verbunden, um eine zur Last zuzuführende Spannung zu steuern. Die Steuereinrichtung schaltet das zweite Schaltelement zuerst in einen EIN-Zustand, wobei die zweite Spannung von der zweiten Leistungsquelle fortgesetzt zur Last zuführt, während der Wert eines durch die Strom-Erfassungseinrichtung erfassten Stromes größer als ein vorbestimmter Wert ist. Die Steuereinrichtung schaltet das zweite Schaltelement in einen AUS-Zustand und treibt das erste Schaltelement derart, dass die erste Spannung von der ersten Leistungsquelle zur Last zugeführt wird, wenn der Wert eines durch die Strom-Erfassungseinrichtung erfassten Stromes einmal kleiner als der vorbestimmte Wert wird.

Die Last-Treibervorrichtung gemäß DE 102 35 787 A1 umfasst eine Gleichstrom-Spannungs-Wandlereinrichtung, die mit der ersten Leistungsquelle verbunden ist und die die erste Spannung herabsetzt. Die erste Spannung wird von der ersten Leistungsquelle mittels der Gleichstrom-Spannungs-Wandlereinrichtung mit einer PWM-Steuerung in eine Impulsspannung umgewandelt und der Last zugeführt.

Durch Aufschalten eines Sinussignals mit dreifacher Grundwellenfrequenz (dritte Harmonische) kann die maximale Ausgangsspannung eines Pulswechselrichters um den Faktor 1,15 gesteigert werden. Der (virtuelle) Sternpunkt der elektrischen Maschine hat dabei eine mittlere Spannung, die mit dreifacher Grundwellenfrequenz um die halbe Zwischenkreisspannung schwankt. Wird die Ausgangsspannung 0 an allen Phasen benötigt, so wird an allen Halbbrücken ein Tastverhältnis von 50 % eingestellt. Der Sternpunkt liegt dann auf halber Zwischenkreisspannung, wobei dies als Näherungswert anzusehen ist.

Darstellung der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Modulationsverfahren für einen Pulswechselrichter zur Speisung eines elektrischen Drehspannungssystems beispielsweise an Drehfeldmaschinen, können die Schaltverluste des Pulswechselrichters deutlich abgesenkt werden, da weniger Schaltvorgänge erforderlich sind. Durch die reduzierte Anzahl der Schaltvorgänge sinkt zusätzlich der Aufwand bei der elektromagnetischen Verträglichkeits-Filterung (EMV-Filterung). Ferner sinkt die Ansteuerleistung für die Leistungsendstufen, wobei eine Erhöhung der maximal erreichbaren Ausgangsspannung des Pulswechselrichters erzielt werden kann.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Modulationsverfahren geht aus von der Pulsweitenmodulation mit Hilfe der dritten Harmonischen, d.h. durch Aufschaltung eines Sinussignals mit dreifacher Grundwellenfrequenz. Da bei einer geregelten Ansteuerung eines Pulswechselrichters normalerweise nicht der Winkel, sondern die Sollspannungen vorgegeben werden, werden die PWM-Sollwerte direkt aus den Spannungs-Sollwerten abgeleitet. Der Offset-Wert, der auf die einzelnen Steuersignale aufaddiert werden muss, wird direkt aus den Sollspannungen abgeleitet. Da die Sollspannungen negativ werden können, die Tastverhältnisse jedoch nicht, wird ein positiver Offset gewählt. Der Offset kann verschiedene Werte annehmen, im einfachsten Falle konstant 0,5. Im Falle der dritten Harmonischen ist der Offset eine Sinusschwingung mit dreifacher Grundfrequenz, bei symmetrischer bezie hungsweise unsymmetrischer Ansteuerung nimmt der Offset dementsprechend andere Werte an.

Bei den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird der Offset-Wert aus den Sollspannungen abgeleitet. Wird die Pulsweitenmodulations-Ansteuerung bei 0 % (0) oder bei 100 % (1) betrieben, tritt in der Halbbrücke eines Pulswechselrichters kein Schaltvorgang mehr auf. Bei einer Ansteuerung von 100 % oder 0 % treten daher keine Schaltverluste auf. Bei einem dreiphasig ausgelegten Drehspannungssystem können zwei Spannungen vorgegeben werden, wobei sich die dritte Spannung innerhalb des dreiphasigen Drehspannungssystems aus den beiden vorgegebenen Spannungen ergibt. Da jedoch drei Halbbrücken angesteuert werden, ergibt sich ein Freiheitsgrad hinsichtlich der Ansteuerung der dritten Halbbrücke.

Der Freiheitsgrad in der Ansteuerung der dritten Halbbrücke wird dazu benutzt, die mittlere Sternpunktspannung innerhalb von definierten Grenzen zu verschieben. Der Sternpunkt kann nunmehr so verschoben werden, dass immer eine der Halbbrücken 0 % oder 100 % PWM-Tastverhältnis aufweist.

Dazu stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung.

A Es erfolgt eine symmetrische Ansteuerung der Halbbrücken, d.h. eine 0 % und eine 100 % Aussteuerung der Halbbrücken werden gleichwertig benutzt oder
B Es erfolgt eine unsymmetrische Aussteuerung der Halbbrücken, d.h. nur die 0 % Aussteuerung wird benutzt.

Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung detaillierter beschrieben.
Es zeigt:
1 Phasenspannungen, Sternpunkt- und PWM-Tastverhältnisse, aufgetragen über dem Winkel eines Drehspannungssystems,
2 normierte Spannungsverläufe bei unsymmetrischer Ansteuerung der Halbbrücken eines Pulswechselrichters (Vollaussteuerung),
3 normierte Spannungsverläufe, aufgetragen über den Winkel bei symmetrischer Ansteuerung der Halbbrücken eines Pulswechselrichters (Vollaussteuerung),
4 die normierten Spannungen, aufgetragen über den Winkel bei einer unsymmetrischen Ansteuerung der Halbbrücken einer Drehfeldmaschine (Teilaussteuerung) und
5 die normierten Spannungen bei einer symmetrischen Modulation der Halbbrücken einer Drehfeldmaschine bei Teilaussteuerung.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß 1 sind die Phasenspannungen, der Verlauf der Sternpunktspannung sowie die Pulsweitenmodulations-Tastverhältnisse (im Folgenden PWM-Tastverhältnisse), jeweils aufgetragen über den Winkel, zu entnehmen mit Aufschaltung der dritten Harmonischen..
In der Darstellung gemäß 1 ist der Aussteuergrad, gegeben durch das Verhältnis aus Spannung zu Zwischenkreisspannung U_ZK, aufgetragen über den Winkel 2. Durch Bezugszeichen 3 ist die Periodendauer, d.h. 360°-Winkel, gekennzeichnet.
Die halbe Zwischenkreisspannung ist durch den Verlauf 4 dargestellt und beträgt 0,5 x die Zwischenkreisspannung U_ZK.
Der Verlauf der Phasenspannungen U, V, W ist sinusförmig und in 1 durch die um 120°-Drehwinkel zueinander versetzt dargestellten Kurvenverläufe 5, 6 und 7 dargestellt. In der Darstellung gemäß 1 schwankt die Sternpunktspannung U_SP um den halben Wert der Zwischenkreisspannung U_ZK, d.h. um 0,5 • U_ZK. Die Sollwerte für die Spannungen, d.h. die Pulsweitenmodulation-Sollwerte für die Phasenspannungen U, V und W sind durch die ebenfalls um 120° zueinander versetzt dargestellten Kurvenverläufe 9, 10 und 11 dargestellt.
Der Wert der Zwischenkreisspannung U_ZK ist in der Darstellung gemäß 1 durch das Bezugszeichen 12 gekennzeichnet und hat den normierten Wert 1.
Der Darstellung gemäß 2 ist die unsymmetrische Ansteuerung der Halbbrücken eines Pulswechselrichters bei Vollaussteuerung desselben zu entnehmen.
Ausgehend von der in 1 dargestellten Pulsweitenmodulation mit der Dritten Harmonischen werden, ausgehend von den Sollspannungen, ein PWM-Sollwert 25 für die Spannung U, ein PWM-Sollwert 26 für die Spannung V und ein PWM-Sollwert 27 für die Spannung W für die jeweiligen Halbbrücken des Pulswechselrichters vorgegeben. Die Ableitung der jeweiligen PWM-Sollwerte 25, 26, 27 erfolgt aus den jeweiligen Spannungs-Sollwerten.
Die Berechnung der PWM-Sollwerte, d.h. die Soll-PWM-Tastverhältnisse, erfolgt anhand einer Bestimmung von normierten Größen aus den drei Sollspannungen:
Aus diesen Zwischenergebnissen werden die Größen für die jeweils einzustellenden Tastverhältnisse abgeleitet. Dabei wird zwischen einer unsymmetrischen Ansteuerung und einer symmetrischen Ansteuerung unterschieden. Den 2 und 4 ist eine unsymmetrische Ansteuerung der Halbbrücken des Pulswechselrichters bei Vollaussteuerung, den 3 und 5 eine symmetrische Ansteuerung (Modulation) bei Teilaussteuerung der Halbbrücken des Pulswechselrichters jeweils zu entnehmen.
Gemäß der Darstellung in 2 handelt es sich um eine unsymmetrische Ansteuerung der Halbbrücken des Pulswechselrichters. Der Offset-Wert, der auf die einzelnen Steuersignale für die Halbbrücken des Pulswechselrichters jeweils addiert werden muss (dritte Harmonische), wird direkt aus den Sollspannungen abgeleitet.
Für die in den 2 und 4 dargestellte, unsymmetrische Ansteuerung bei Vollaussteuerung des Pulswechselrichters ergeben sich folgende Ansteuersignale:
Offset = – Minimum(τ'_U, τ'_V, τ'_W)
1. Ansteuersignal 25 U: τ_U = τ'_U + Offset
2. Ansteuersignal 26 V: τ_V = τ'_V + Offset
3. Ansteuersignal 27 W:τ_W = τ'_W + Offset
Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass die U-Phase 21, die V-Phase 22 sowie die W-Phase 23 einen sinusförmigen Spannungsverlauf aufweisen, aufgetragen über den Winkel 2. Mit Bezugszeichen 4 ist 0,5 • U_ZK, d.h. die halbe Zwischenkreisspannung U_ZK gekennzeichnet, während durch Bezugszeichen 12 die volle Zwischenkreisspannung U_ZK identifiziert ist. Die Darstellung gemäß 2 bezieht sich auf eine unsymmetrische Ansteuerung bei Vollaussteuerung der Halbbrücken des Pulswechselrichters.
Bezogen auf die Periodendauer 3 von 360° steigt während der ersten 120° der Periodendauer 3 der PWM-Sollwert 26 für V kontinuierlich an, um seinem Maximalwert entgegenzustreben, angedeutet durch die 100 %-Aussteuerung 29.1, d.h. der vollen Zwischenkreisspannung U_ZK. Gleichzeitig fällt während der ersten 120° der Periodendauer 3 der PWM-Sollwert 25 für U von seinem Maximalwert, d.h. der 100 %-Aussteuerung 29.2 auf seinen Minimalwert 28, d.h. 0 %-Aussteuerung ab. Es ergibt sich ein mit Bezugszeichen 30 gekennzeichneter Verlauf der Sternpunktspannung U_SP, der etwa bei 0,5 • Zwischenkreisspannung U_ZK liegt.
Während der ersten 120° der Periodendauer 3 liegt der PWM-Sollwert 27 für W auf 0, d.h. in der entsprechenden Halbbrücke findet kein Schaltvorgang statt, da das Tastverhältnis 0 für die entsprechende Halbbrücke eingestellt ist.
Im zweiten Abschnitt von 120° der Periodendauer 3 füllt der PWM-Sollwert 26 für V von seinem Maximalwert, d.h. 100 %-Aussteuerung 29.1 auf den Minimalwert 28, d.h. 0 %-Aussteuerung ab. Gleichzeitig wird das zuvor 0 betragende Tastverhältnis für den PWM-Sollwert 27 für W auf Maximalaussteuerung, d.h. auf 100 %-Aussteuerung 29.1 hochgefahren. Während des zweiten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 ist der PWM-Sollwert 25 für U auf 0 %-Aussteuerung, d.h. auf den Minimalwert 28 eingestellt, so dass die ihm entsprechende Halbbrücke des Pulswechselrichters nicht angesteuert wird und demzufolge kein Schaltvorgang stattfindet.
Während des dritten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 wird der PWM-Sollwert 26 für die Phase V auf 0 gesetzt. Gleichzeitig erfährt der PWM-Sollwert 25 für U eine Steigerung bis auf seinen Maximalwert 29.1, d.h. 100 %-Aussteuerung. Während der PWM-Sollwert 26 für die Phase V auf 0 %-Aussteuerung 28 verharrt, fällt das den PWM-Sollwert 27 für W entsprechende Steuersignal auf seinen Minimalwert 28, d.h. auf 0 %-Aussteuerung ab.
Aus der Darstellung gemäß 2 ergibt sich, dass die Sternpunktspannung U_SP gemittelt etwa bei 0,5 • Zwischenkreisspannung U_ZK liegt.
Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass bei unsymmetrischer Ansteuerung der Halbbrücken des Pulswechselrichters zwischen 0 % Tastverhältnis 28 und 100 % Tastverhältnis 29.1 die maximal mögliche Spannung eingestellt wird, wobei jede Halbbrücke über ein Drittel der Zeit, d.h. 120° der Periode 3, keinen Schaltvorgang erfährt. Die sich einstellenden mittleren Ausgangsspannungen verlaufen sinusförmig.
Aus der Darstellung gemäß 3 geht die symmetrische Ansteuerung der Halbbrücken eines Pulswechselrichters bei Vollaussteuerung hervor.
Der Darstellung gemäß 3 ist entnehmbar, dass die Zwischenkreisspannung U_ZK, angedeutet durch Bezugszeichen 24, als Gerade parallel zur Winkelachse verläuft. Die Steuersignale für den PWM-Sollwert 41 für U, den PWM-Sollwert 42 für V und den PWM-Sollwert 43 für W ergeben sich gemäß nachfolgender Beziehungen:
Die Berechnung der PWM-Sollwerte, d.h. die Soll-PWM-Tastverhältnisse erfolgt anhand einer Bestimmung normierter Größen aus den drei Sollspannungen:
Ermittlung von Zwischenwerten:
X = Maximum(τ'_U, τ'_V, τ'_W) Y = Minimum(τ'_U, τ'_V, τ'_W)
mit Fallunterscheidung:
X ≥ Y: Offset = 1 – X
X < Y: Offset = Y.
Die Bestimmung der Tastverhältnisse daraus erfolgt wie nachfolgend beschrieben:
τ_U = τ'_U + Offset τ_V = τ'_V+ Offset und τ_W = τ'_W + Offset.
Die sich bei symmetrischer Aussteuerung der Halbbrücken bei Vollaussteuerung einstellenden Sternpunktspannung U_SP ist durch Bezugszeichen 30 gekennzeichnet und verläuft symmetrisch zur halben Zwischenkreisspannung 0,5 • U_ZK. Die Zwischenkreisspannung U_ZK verläuft als Gerade, angedeutet durch Bezugszeichen 24 in 3. Die Verläufe der Signale für die PWM-Sollwerte 41 für U bei symmetrischer Ansteuerung sowie das den PWM-Sollwert 42 repräsentierende Ansteuersignal für V sowie das Ansteuersignal für den PWM-Sollwert 43 für W repräsentierende Signal verlaufen jeweils um 120° versetzt in etwa sinusförmig. Der Offset entspricht der auf U_ZK normierten Sternpunkt-Spannung.
Der Darstellung gemäß 4 ist die unsymmetrische Ansteuerung von Halbbrücken des Pulswechselrichters bei Teilaussteuerung zu entnehmen.
Bei Teilaussteuerung des Pulswechselrichters liegt die sich einstellende Sternpunktspannung U_SP, identifiziert durch den Kurvenverlauf 54, unterhalb der halben Zwischenkreisspannung 4, d.h. unterhalb von 0,5 • U_ZK. Die Verläufe der Spannungen in den drei Phasen U, V, W sind durch die um 120° zueinander versetzten Spannungsverläufe 51, 52 beziehungsweise 53 dargestellt.
Über eine vollständige Periodendauer 3 (d.h. 360°-Winkel gesehen) steigt das Ansteuersignal für den PWM-Sollwert 56 von V auf seinen Maximalwert 29.2, d.h. 100 %-Aussteuerung bei Teilaussteuerung an. Während desselben Abschnittes von 120° fallt das Ansteuersignal für den PWM-Sollwert 55 für U von seinem Maximalwert 29.2, d.h. 100 %-Aussteuerung auf sein Minimum 28, d.h. 0 %-Ansteuerung ab. Während des ersten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 bleibt das Ansteuersignal 57 für den PWM-Sollwert W auf 0 %-Ansteuerung, d.h. die der W-Phase zugeordnete Halbbrücke erfährt keine Ansteuerung und führt demzufolge auch keinen Schaltvorgang durch.
Während des zweiten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 gemäß der Darstellung in 4 fallt das Ansteuersignal für den PWM-Sollwert 56 für V auf sein Minimum 28, d.h. 0 %-Ansteuerung. Gleichzeitig steigt das Ansteuersignal für den PWM-Sollwert 57 für W, welches im vorhergehenden Abschnitt von 120° auf 0 %-Ansteuerung, d.h. seinen Minimalwert, eingestellt war, kontinuierlich auf sein Maximum 29.2, d.h. 100 %-Aussteuerung bei Teilaussteuerung an. Während des zweiten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 ist das Ansteuersignal 55 für den PWM-Sollwert für U auf sein Minimum 28, d.h. 0 %-Aussteuerung gelegt. Im letzten Abschnitt von 120° der Periodendauer 3 steigt das Ansteu ersignal 55 für den PWM-Sollwert U auf sein Maximum 29.2, d.h. 100 %-Aussteuerung an, während das Ansteuersignal 57 für den PWM-Sollwert für W auf sein Minimum 28, d.h. 0 %-Aussteuerung, abfällt. Während des dritten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 ist das Ansteuersignal 56 für den PWM-Sollwert für V auf 0 %-Ansteuerung, d.h. auf das Minimum gesetzt, so dass die der V-Phase zugeordnete Halbbrücke des Pulswechselrichters keine Ansteuerung erfährt und demzufolge keinen Schaltvorgang durchführt.
Da gemäß der in 4 dargestellten unsymmetrischen Ansteuerung der Halbbrücken des Pulswechselrichters bei Teilaussteuerung lediglich ein Teillastbetrieb von Drehfeldmaschinen, wie beispielsweise einer Asynchronmaschine oder einer Synchronmaschine, erfolgt, liegt die mittlere Sternpunktspannung U_SP (vgl. Verlauf der Kurve 54) unterhalb der halben Zwischenkreisspannung 0,5 • U_ZK. Auch bei der in 4 dargestellten Teilaussteuerung des Pulswechselrichters führt jede der Halbbrücken während 1/3 der Periodenzeit der Periodendauer 3 keine Schaltvorgänge aus. Sowohl die mittlere Sternpunktspannung U_SP als auch die Tastverhältnisse, mit denen die den einzelnen Phasen U, V, W zugeordneten Halbbrücken betrieben werden, weisen einen stetigen Signalverlauf auf.
Der Darstellung gemäß 5 ist eine symmetrische Modulation der Ansteuersignale für eine Ansteuerung der den Phasen U, V, W zugeordneten Halbbrücken eines Pulswechselrichters bei Teilaussteuerung zu entnehmen.
Die in 5 dargestellte symmetrische Modulation der Halbbrücken eines Pulswechselrichters ist durch einen sprungartigen Verlauf der mittleren Sternpunktspannung 61 (U_SP) gekennzeichnet. Zudem verlaufen die eingestellten Tastverhältnisse sprungartig.
Bei der symmetrischen Modulation 60 der Halbbrücken des Pulswechselrichters bei Teilaussteuerung springt der Spannungswert für die Sternpunktspannung U_SP bezüglich der halben Zwischenkreisspannung 0,5 • U_ZK zwischen einem ersten Sternspannungsniveau 62 und einem zweiten Sternspannungsniveau 63. Die Zwischenkreisspannung U_ZK ist mit Bezugszeichen 24 gekennzeichnet, die halbe Zwischenkreisspannung 0,5 • U_ZK ist durch Bezugszeichen 4 angedeutet. Das Ansteuersignal 64 für den PWM-Sollwert für U fällt während des ersten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 unterhalb des Wertes der halben Zwischenkreisspannung von 0,5 • U_ZK ab, um mit einem Sprung 64.1 entsprechend der Modulation stark anzusteigen und anschließend auf sein Minimum zu fallen. Analog verhält sich der Ansteuersignal 65 für den PWM-Sollwert V. Das Ansteuersignal 65 fällt von dem zu Beginn des zweiten Abschnittes der Periodendauer 3 eingestellten Wert ebenfalls bis unter die halbe Zwischenkreisspannung, d.h. 0,5 • U_ZK ab und nimmt danach einen weiter fallenden Verlauf an. Analog verhält es sich mit dem Ansteuersignal 66 für den PWM-Sollwert für W, der zu Beginn des dritten Abschnittes von 120° der Periodendauer 3 eben falls auf unter die halbe Zwischenkreisspannung 0,5 • U_ZK abfällt und sprungartig wieder auf das erste Sternpunktspannungsniveau 62 ansteigt, von diesem Niveau fällt das Ansteuersignal für den PWM-Sollwert für W wieder ab.
Aus der Darstellung gemäß 5 geht sowohl der sprungartige Verlauf der mittleren Sternpunktspannung U_SP (vgl. Bezugszeichen 61) zwischen dem ersten Sternspannungsniveau 62 und dem zweiten Sternspannungsniveau 63 deutlich hervor. Auch die Ansteuersignale 64, 65 beziehungsweise 66 für die Halbbrücken der Phasen U, V und W sind durch sprungartige Verläufe gekennzeichnet.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann sowohl bei Vollaussteuerung und bei Teilaussteuerung entsprechend der Last der Drehfeldmaschine eine Verschiebung der Sternpunktspannung U_SP herbeigeführt werden dergestalt, dass immer eine der die Phasen U, V. W der Drehfeldmaschine ansteuernden Halbbrücken des Pulswechselrichters entweder 0 % oder 100 % PWM-Tastverhältnisse aufweist. Dies kann sowohl im Wege der unsymmetrischen Ansteuerung (0 % und 100 %-Aussteuerung) als auch im Wege der unsymmetrischen Ansteuerung (nur 0 %-Aussteuerung) erreicht werden.

1: Aussteuerungsgrad (U/U_ZK)
2: Winkelverlauf
3: Periodendauer (360°)
4: halbe Zwischenkreisspannung (0,5 • U_ZK)
5: V-Phase
6: W-Phase
7: U-Phase
8: Verlauf U_SP (Sternpunktspannung)
9: Ansteuersignal PWM-Sollwert U (τ_U)
10: Ansteuersignal PWM-Sollwert W (τ_W)
11: PWM-Sollwert V (τ_V)
12: Verlauf Zwischenkreisspannung U_ZK
20: unsymmetrische Ansteuerung Pulswechselrichter (Vollaussteuerung)
21: U-Phase
22: V-Phase
23: W-Phase
24: Verlauf Zwischenkreisspannung U_ZK
25: Ansteuersignal PWM-Sollwert für U (τ_U)
26: Ansteuersignal PWM-Sollwert für V (τ_V)
27: Ansteuersignal PWM-Sollwert für W (τ_W)
28: 0 %-Aussteuerung (Minimum)
29.1: 100 %-Aussteuerung (Maximum) bei Vollaussteuerung
29.2: maximale Aussteuerung bei Teilaussteuerung
30: Verlauf Sternpunktspannung U_SP
40: symmetrische Aussteuerung (Vollaussteuerung)
41: Ansteuersignal PWM-Sollwert für U
42: Ansteuersignal PWM-Sollwert für V
43: Ansteuersignal für PWM-Sollwert für W
50: unsymmetrische Ansteuerung (Teilaussteuerung)
51: U-Phase
52: V-Phase
53: W-Phase
54: Verlauf Sternpunktspannung U_SP bei Teilaussteuerung
55: Ansteuersignal für PWM-Sollwert für U
56: Ansteuersignal für PWM-Sollwert für V
57: Ansteuersignal für PWM-Sollwert für W
60: symmetrische Modulation (Teilaussteuerung)
61: Verlauf Sternpunktspannung U_SP
62: erstes Sternpunktspannungsniveau
63: zweites Sternpunktspannungsniveau
64: Ansteuersignal für PWM-Sollwert für U
64.1: Signalsprung
65: Ansteuersignal für PWM-Sollwert für V
65.1: Sprung Ansteuersignal
66: Ansteuersignal für PWM-Sollwert für W
66.1: Sprung Ansteuersignal

Claims

Verfahren zur Ansteuerung von Halbbrücken eines einem elektrischen Drehspannungssystem zugeordneten Pulswechselrichters mit je einer der Phasen U, V, W zugeordneten Halbbrücke, die über pulsweitenmodulierte Ansteuersignale angesteuert werden, bei denen sich eine einem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation entsprechende Sternspannung U_SP im Drehspannungssystem einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die den Phasen U, V, W zugeordneten Halbbrücken im Wege der unsymmetrischen oder der symmetrischen Ansteuerung derart angesteuert werden, dass in einer der Halbbrücken für die Phasen U, V, W entweder eine 100 %-Ansteuerung (29.1, 29.2) oder eine 0 %-Ansteuerung (28) vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei unsymmetrischer und bei symmetrischer Ansteuerung der Halbbrücken jeweils die maximal möglich Spannung eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei unsymmetrischer Ansteuerung die die Tastverhältnisse der Halbbrücke bestimmenden Ansteuersignale (25, 26, 27; 55, 56, 57) gemäß
bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei symmetrischer Ansteuerung der Halbbrücken die Bestimmung von Zwischenwerten

mit U_ZK = Zwischenkreisspannung erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei X ≥ Y der OFFSET zu 1 – X gesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei X < Y der OFFSET zu Y gesetzt wird.
Verfahren gemäß der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei symmetrischer Ansteuerung die die Tastverhältnisse der Halbbrücke bestimmenden Ansteuersignale (41, 42, 43; 64, 65, 66) gemäß:
mit U_ZK = Zwischenkreisspannung bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der die Phasen U, V, W ansteuernden Halbbrücken jeweils während 1/3 der Periodendauer (3) keine Schaltvorgänge auslöst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschiebung der mittleren Sternpunktspannung U_SP derart erfolgt, dass eine der die Phasen U, V, W ansteuernden Halbbrücken entweder mit 100 %-Aussteuerung (29.1, 29.2) oder mit 0 %-Aussteuerung (28) betrieben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei unsymmetrischer Ansteuerung die 0 %-Aussteuerung der Halbbrücken erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei symmetrischer Aussteuerung sowohl die 0 %-Aussteuerung als auch die 100 %-Aussteuerung Anwendung findet.