DE102011017705A1 - Method for operating a rotating field machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine (4) an einem Wechselrichter (1) mittels jeweils an der Drehfeldmaschine (4) einzustellender Spannungsvektoren, wobei während einer jeweiligen PWM-Periode die Beträge der Phasenströme (IS1, IS2, IS3) an der Drehfeldmaschine (4) ermittelt werden, wobei in Abhängigkeit der während einer jeweiligen PWM-Periode ermittelten Phasenstrombeträge ein Leistungsschalter (T1...T6) des Wechselrichters (1) über eine gesamte PWM-Periodendauer der nachfolgenden PWM-Periode durchgeschaltet wird.Method for operating a three-phase machine (4) on an inverter (1) by means of voltage vectors to be set in each case on the three-phase machine (4), the amounts of the phase currents (IS1, IS2, IS3) being determined on the three-phase machine (4) during a respective PWM period are, depending on the phase current amounts determined during a respective PWM period, a circuit breaker (T1 ... T6) of the inverter (1) is switched through for an entire PWM period of the subsequent PWM period.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a method for operating a rotating field machine according to the preamble of
Bei Drehfeldmaschinen (PSM, ASM, etc.), die in unterschiedlichen Anwendungen wie z. B. Hybridkraftfahrzeugen, Servoantrieben, Werkzeugmaschinen und weiteren Anwendungen eingesetzt sind, werden in der Regel Spannungszwischenkreis-Wechselrichter für die Erzeugung der Stellgrößen, i. e. Spannungen verwendet. Zur Einstellung der gewünschten Spannungen am Ausgang des Wechselrichters wird als Modulationsverfahren zumeist das Unterschwingungsverfahren Pulsweitenmodulation (PWM) bzw. die Raumzeigermodulation verwendet.For induction machines (PSM, ASM, etc.), which are used in different applications such. As hybrid vehicles, servo drives, machine tools and other applications are used, usually voltage source inverter for the generation of the manipulated variables, i. e. Voltages used. To set the desired voltages at the output of the inverter, the undershoot pulse width modulation (PWM) or space vector modulation is usually used as the modulation method.
Die generierten PWM-Werte aus der Regelung oder der Steuerung zur Erzeugung eines bestimmten Spannungsvektors ändern sich mit der gewünschten Spannungsfrequenz und einer Amplitude. Die Größe der Amplitude ist ein Maß für die Länge des gestellten Spannungsvektors an dem Wechselrichter.The generated PWM values from the controller or controller to produce a particular voltage vector will vary with the desired voltage frequency and amplitude. The magnitude of the amplitude is a measure of the length of the imposed voltage vector on the inverter.
Durch das Schalten der Halbleiter-Schalter, z. B. MOSFETs oder IGBTs, im Wechselrichter entstehen Schaltverluste durch den nicht idealen Wechsel zwischen dem oberen und dem unteren Halbleiterschalter in einer Phase. Die Halbleiter benötigen eine gewisse Zeit bis sie ihre Ladungen auf- und abbauen.By switching the semiconductor switch, z. As MOSFETs or IGBTs, in the inverter switching losses caused by the non-ideal change between the upper and the lower semiconductor switch in one phase. The semiconductors take some time to build up and down their charges.
Die Schalterverluste bilden sich aus dem Produkt der anliegenden Spannung an dem Halbleiter-Schalter und des durch ihn fließenden Stromes. Die Spannung ist durch die Zwischenkreisspannung an dem Zwischenkreiskondensator bestimmt. Sie ist in der Regel konstant. Das heißt, je größer der Strom in eine Phase ist, desto größer sind die Schaltverluste am Halbleiter in dieser Phase. Die Schaltverluste sind daher am größten bei dem Schalter, der den größten Strom führt.The switch losses are formed by the product of the applied voltage across the semiconductor switch and the current flowing through it. The voltage is determined by the intermediate circuit voltage at the DC link capacitor. It is usually constant. That is, the larger the current in one phase, the greater the switching losses on the semiconductor in this phase. The switching losses are therefore greatest in the switch that carries the largest current.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, vorstehend geschilderte Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren, insbesondere ein Modulationsverfahren, zum Betrieb einer Drehfeldmaschine vorzuschlagen, bei welchem die Drehfeldmaschine mit verringerten Schaltverlusten betreibbar ist.Proceeding from this, the present invention seeks to overcome the above-described disadvantages of the prior art and to propose a method, in particular a modulation method, for operating a rotating field machine in which the induction machine can be operated with reduced switching losses.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features of
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine an einem Wechselrichter, insbesondere einem Spannungszwischenkreis-Wechselrichter. Ein solcher weist netzseitig einen Spannungszwischenkreis auf, welcher vorzugsweise mittels eines Zwischenkreis-Kondensators gebildet ist. Des Weiteren weist der Wechselrichter Leistungsschalter auf, z. B. MOSFETs oder IGBTs, welche in Halbbrücken einer Wechselrichter-Brückenschaltung als High-Side-Leistungsschalter oder Low-Side-Leistungsschalter angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Wechselrichter mittels einer B6-Brückenschaltung gebildet, welche von einer Treiberstufe insbesondere des Wechselrichters ansteuerbar ist.According to the invention, a method for operating an induction machine on an inverter, in particular a voltage source inverter, is proposed. Such has a voltage intermediate circuit on the network side, which is preferably formed by means of a DC link capacitor. Furthermore, the inverter has power switch, z. As MOSFETs or IGBTs, which are arranged in half-bridges of an inverter bridge circuit as a high-side power switch or low-side power switch. Preferably, the inverter is formed by means of a B6 bridge circuit, which can be controlled by a driver stage, in particular of the inverter.
Zum Betrieb einer Drehfeldmaschine an dem Wechselrichter ist vorgesehen, an der Drehfeldmaschine Spannungsvektoren mittels des Wechselrichters durch geeignete Schaltstellungen der Leistungsschalter desselben einzustellen, insbesondere je einen Spannungsvektor – vorzugsweise einen Raumzeigermodulations-Spannungsvektor – während je einer PWM-Periode.For operation of a rotating field machine on the inverter is provided to set the voltage vector by means of the inverter by suitable switching positions of the circuit breaker thereof, in particular each a voltage vector - preferably a space vector modulation voltage vector - during each of a PWM period.
Der Wechselrichter ist hierbei mittels PWM-Vorgabewerten für die jeweiligen PWM-Perioden betreibbar, welche standardmäßig von einer Regelung oder einer Steuerung für die Ansteuerung der Phasen U, V, W der mit dem Wechselrichter verbundenen Drehfeldmaschine bzw. zur Einstellung des Spannungsvektors an der Drehfeldmaschine je PWM-Periode erneut zur Verfügung gestellt werden, i. e. einer Treiberstufe des Wechselrichters als Eingangsgröße zugeführt werden. Diese kann hiernach die Leistungsschalter des Wechselrichters, entsprechend den PWM-Vorgabewerten, welche Tastverhältnisse für eine Raumzeigermodulation ausdrücken, schalten und somit basierend auf den PWM-Vorgabewerten einen Spannungsvektor einstellen. Vorgesehen sind hierbei diskrete PWM-Vorgabewerte für je eine Phase U, V, W.The inverter is in this case by means of PWM default values for the respective PWM periods operable, which default of a control or a controller for controlling the phases U, V, W associated with the inverter induction machine or for adjusting the voltage vector of the induction machine depending PWM period are made available again, i. e. be fed to a driver stage of the inverter as an input. This may thereafter switch the power switches of the inverter according to the PWM default values expressing duty cycles for space vector modulation, and thus set a voltage vector based on the PWM default values. Discrete PWM default values are provided for each phase U, V, W.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Drehfeldmaschine wird nunmehr zur Reduktion der Schaltverluste im Wechselrichter vorgeschlagen, einen Leistungsschalter des Wechselrichters, insbesondere genau einen, in Abhängigkeit der während einer jeweiligen PWM-Periode ermittelten Phasenstrombeträge über die gesamte PWM-Periodendauer der nachfolgenden PWM-Periode durchzuschalten. Somit können dessen Schaltverluste in der nachfolgenden PWM-Periode vorteilhaft entfallen. Vorteilhaft wird hierbei ein Schalter durchgeschaltet, welcher einen betragsmäßig hohen Strom zu führen hat.In the method according to the invention for operating the induction machine, it is now proposed to reduce the switching losses in the inverter by connecting a power switch of the inverter, in particular exactly one, as a function of the phase current amounts determined during a respective PWM period over the entire PWM period of the subsequent PWM period , Thus, its switching losses can advantageously be omitted in the subsequent PWM period. Advantageously, in this case, a switch is turned on, which has to conduct a magnitude high current.
Zur Ermittlung der Phasenstrombeträge während einer jeweiligen PWM-Periode können vorzugsweise Stromsensoren genutzt werden, welche den Phasen U, V, W zugeordnet sind und den Betrag eines Phasenstroms einer Phase korrespondierend mit einer Amplitude desselben ausgeben können. Hierzu können alle drei Phasenstrombeträge direkt durch drei Stromsensoren gemessen werden oder nur zwei der Phasenstrombeträge durch zwei Stromsensoren, wobei der dritte Phasenstrombetrag dann anhand der 1. Kirchhoffschen Regel berechnet wird.In order to determine the phase current amounts during a respective PWM period, current sensors may preferably be used which comprise the Phases U, V, W are assigned and can output the amount of a phase current of a phase corresponding to an amplitude thereof. For this purpose, all three phase current amounts can be measured directly by three current sensors or only two of the phase current amounts by two current sensors, wherein the third phase current amount is then calculated on the basis of the first Kirchhoff's rule.
Hierbei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass je PWM-Periode PWM-Vorgabewerte, insbesondere je drei PWM-Vorgabewerte bzw. je ein PWM-Vorgabewert für je eine Phase U, V, W, für die nachfolgende PWM-Periode in Abhängigkeit der ermittelten Phasenstrombeträge modifiziert werden, wobei mittels einem der derart modifizierten PWM-Vorgabewerte ein Leistungsschalter des Wechselrichters über eine gesamte PWM-Periodendauer der nachfolgenden PWM-Periode durchgeschaltet wird.It is provided in the context of the present invention that per PWM period PWM default values, in particular three PWM default values and one PWM default value for each phase U, V, W, for the following PWM period depending on determined phase current amounts are modified, wherein by means of one of the thus modified PWM default values, a circuit breaker of the inverter over a whole PWM period of the following PWM period is turned on.
Insbesondere werden je PWM-Periode modifizierte PWM-Vorgabewerte für die nachfolgende PWM-Periode für sämtliche Phasen U, V, W ermittelt, mittels derer die Leistungsschalter des Wechselrichters in der nachfolgenden PWM-Periode betrieben werden. Mittels jeweiliger modifizierter PWM-Vorgabewerte für eine PWM-Periode wird insofern ein jeweils beabsichtigter, ursprünglich mittels der PWM-Vorgabewerte vorgegebener Spannungsvektor verzerrungsfrei und verlustarm eingestellt.In particular, for each PWM period, modified PWM default values are determined for the following PWM period for all phases U, V, W, by means of which the power switches of the inverter are operated in the following PWM period. By means of respective modified PWM default values for a PWM period, a respectively intended voltage vector, originally predetermined by means of the PWM default values, is set distortion-free and low-loss.
Insbesondere werden in einer jeweiligen PWM-Periode die PWM-Vorgabewerte für die jeweiligen Phasen U, V, W der Drehfeldmaschine verglichen und ein größter, ein kleinster und ein zwischen dem größten und dem kleinsten PWM-Vorgabewert liegender und insofern mittlerer PWM-Vorgabewert ermittelt.In particular, in a respective PWM period, the PWM default values for the respective phases U, V, W of the induction machine are compared, and a largest, a smallest and a PWM default value lying between the largest and the smallest PWM default values are determined.
Nachfolgend wird zunächst der Betrag des Phasenstroms der Phase, für welche der größte ermittelte PWM-Vorgabewert vorgegeben ist, mit dem Betrag des Phasenstroms der Phase, für welche der kleinste ermittelte PWM-Vorgabewert vorgegeben ist, verglichen. Somit wird es ermöglicht, einen PWM-Vorgabewert für eine Modifizierung zu identifizieren, welcher einerseits bereits eine lange Durchschaltzeit für einen Schalter vorgibt und andererseits mit einer Phase aktuell hohen Stroms korrespondiert – also für ein Durchschalten über eine gesamte Periodendauer bei nur geringem Modifikationsbedarf und gleichzeitig vermiedener hoher Schaltverluste besonders geeignet ist.Subsequently, first the magnitude of the phase current of the phase for which the largest determined PWM default value is given is compared with the magnitude of the phase current of the phase for which the smallest determined PWM default value is predetermined. Thus, it is possible to identify a PWM default value for a modification, which on the one hand already predetermines a long switch-on time for a switch and, on the other hand, corresponds to a phase of currently high current - that is, for a switch-through over an entire cycle with only a small modification requirement and at the same time avoided high switching losses is particularly suitable.
Hierzu wird das Ergebnis des Vergleichs herangezogen. In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses wird – falls das Vergleichsergebnis ergibt, dass der Betrag des Phasenstroms der Phase mit dem größten PWM-Vorgabewert größer ist als der Betrag des Phasenstroms der Phase mit dem kleinsten PWM-Vorgabewert – der High-Side-Schalter des Wechselrichters für die Phase, für welche der größte ermittelte PWM-Vorgabewert ermittelt wurde, mit einem ersten ermittelten und modifizierten größten PWM-Vorgabewert in der nachfolgenden PWM-Periode durchgeschaltet und ein erster modifizierter kleinster und ein erster modifizierter mittlerer PWM-Vorgabewert für die nachfolgende PWM-Periode ermittelt und je an den Wechselrichter zur Einstellung des Spannungsvektors ausgeben.The result of the comparison is used for this purpose. Depending on the result of the comparison, if the result of the comparison shows that the magnitude of the phase current of the phase with the largest PWM default value is greater than the magnitude of the phase current of the phase with the smallest PWM default value, the inverter's high-side switch for Phase, for which the largest determined PWM default value was determined, switched through with a first determined and modified largest PWM default value in the subsequent PWM period and determined a first modified minimum and a first modified mean PWM default value for the subsequent PWM period and each output to the inverter for setting the voltage vector.
Andernfalls wird der Low-Side-Schalter des Wechselrichters für die Phase, für welche der kleinste PWM-Vorgabewert ermittelt wurde, mit einem zweiten ermittelten und modifizierten größten PWM-Vorgabewert in der nachfolgenden PWM-Periode durchgeschaltet und ein zweiter modifizierter mittlerer und ein zweiter modifizierter größter PWM-Vorgabewert für die nachfolgende PWM-Periode ermittelt und je an den Wechselrichter zur Einstellung des Spannungsvektors ausgegeben.Otherwise, the low-side switch of the inverter for the phase for which the smallest PWM default value was determined is switched through with a second determined and modified largest PWM default value in the following PWM period, and a second modified middle and a second modified one largest PWM default value for the following PWM period is determined and output to the inverter each time to set the voltage vector.
Angemerkt sei hierbei, dass erste oder zweite modifizierte PWM-Vorgabewerte ermittelt und ausgegeben werden, i. e. ausschließlich alternativ.It should be noted here that first or second modified PWM default values are determined and output, i. e. only alternative.
Durch dieses Verfahren kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass sich in der nachfolgenden PWM-Periode eine hohe Schaltverlustreduktion ergibt, da ein Schalter, welcher nachfolgend – erkennbar aus dem jeweiligen PWM-Vorgabewert – einen hohen Strom führen soll und aktuell – erkennbar aufgrund der ermittelten Strombeträge – bereits führt, während derselben nicht aus- oder eingeschaltet wird sondern über die gesamte Periodendauer durchgeschaltet wird. Durch Modifikation der PWM-Vorgabewerte der anderen beiden Phasen wird zudem sichergestellt, dass sich der ursprünglich gewünschte Spannungsvektor einstellt.This method can advantageously ensure that a high switching loss reduction results in the following PWM period, since a switch, which is to lead a high current subsequently - recognizable from the respective PWM default value - and currently - recognizable on the basis of the determined current amounts - already leads, while it is not switched off or turned on but is switched through over the entire period. By modifying the PWM default values of the other two phases, it is also ensured that the originally desired voltage vector is established.
Vorgesehen ist, den ermittelten ersten modifizierten größten PWM-Vorgabewert auf 100% zu setzen, i. e. ein Tastverhältnis für die Halbbrücke, so dass ein den mit positivem Vorzeichen behafteten Strom führender High-Side-Schalter für eine maximale Dauer durchgeschaltet bleibt.It is intended to set the determined first modified largest PWM default value to 100%, i. e. a duty cycle for the half-bridge, so that a positive-signed current leading high-side switch remains switched for a maximum duration.
Für den ermittelten zweiten modifizierten kleinsten PWM-Vorgabewert ist vorgesehen, denselben auf 0% zu setzen, so dass ein den mit negativem Vorzeichen behafteten Strom führender Low-Side-Schalter für eine maximale Dauer durchgeschaltet bleibt.For the determined second modified smallest PWM default value is provided to set the same to 0%, so that a negatively signed current leading low-side switch for a maximum duration remains switched.
Die Ermittlung der weiteren ersten modifizierten PWM-Vorgabewerte kann hierbei mittels der im Rahmen der Erfindung nachfolgend vorgesehenen Gleichungen 1) bis 4) auf einfache Weise erfolgen.The determination of the further first modified PWM default values can in this case be carried out in a simple manner by means of the equations 1) to 4) provided below in the context of the invention.
Hiernach wird der erste modifizierte mittlere PWM-Vorgabewert mittels Gleichung 1) ermittelt, wobei
In Gleichung 1 bezeichnet PWMmidmod den ersten modifizierten mittleren PWM-Vorgabewert, PWMmaxmod den ersten modifizierten größten PWM-Vorgabewert, PWMmax den größten PWM-Vorgabewert und PWMmid den mittleren PWM-Vorgabewert.In
Ein erster modifizierter kleinster PWM-Vorgabewert wird mittels Gleichung 2) ermittelt, wobei
In Gleichung 2) bezeichnet PWMminmod den ersten modifizierten kleinsten PWM-Vorgabewert, PWMmaxmod den ersten modifizierten größten PWM-Vorgabewert, PWMmax den größten PWM-Vorgabewert und PWMmin den kleinsten PWM-Vorgabewert.In Equation 2), PWM minmod denotes the first modified smallest PWM default value, PWM maxmod the first modified largest PWM default value, PWM max the largest PWM default value, and PWM min the smallest PWM default value.
Ein zweiter modifizierter größter PWM-Vorgabewert kann mittels Gleichung 3) ermittelt werden, wobei
In Gleichung 3) bezeichnet PWMmaxmod den zweiten modifizierten größten PWM-Vorgabewert, PWMmax den größten PWM-Vorgabewert, PWMmin den kleinsten PWM-Vorgabewert und PWMminmod den zweiten modifizierten kleinsten PWM-Vorgabewert.In Equation 3), PWM maxmod denotes the second modified largest PWM default value, PWM max the largest PWM default value, PWM min the smallest PWM default value, and PWM minmod the second modified smallest PWM default value.
Letztlich kann ein zweiter modifizierter mittlerer PWM-Vorgabewert mittels Gleichung 4) ermittelt werden, wobei
In Gleichung 4) bezeichnet PWMmidmod den zweiten modifizierten mittleren PWM-Vorgabewert, PWMmid den mittleren PWM-Vorgabewert, PWMmin den kleinsten PWM-Vorgabewert und PWMminmod den zweiten modifizierten kleinsten PWM-Vorgabewert.In Equation 4), PWM midmod denotes the second modified mean PWM default value, PWM mid the average PWM default value, PWM min the smallest PWM default value, and PWM minmod the second modified smallest PWM default value.
Die PWM-Vorgabewerte und/oder die modifizierten ersten und zweiten PWM-Vorgabewerte drücken hierbei jeweils Tastverhältnisse zur Ansteuerung der Phasen der Drehfeldmaschine mittels des Wechselrichters aus.The PWM default values and / or the modified first and second PWM default values in each case express duty cycles for controlling the phases of the induction machine by means of the inverter.
Vorgeschlagen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Vorrichtung zum Betrieb einer Drehfeldmaschine mit einem wie vorstehend beschriebenen Wechselrichter, wobei die Vorrichtung zum Betrieb des Wechselrichters mittels erster und zweiter modifizierter PWM-Vorgabewerte gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet ist.Also proposed within the scope of the present invention is an apparatus for operating a rotating field machine having an inverter as described above, wherein the apparatus for operating the inverter is formed by means of first and second modified PWM default values according to the method described above.
Das Verfahren kann computerisiert durchgeführt werden, insbesondere kontinuierlich, z. B. mittels eines Mikrocontrollers, z. B. einer Steuerung oder einer Regelung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere z. B. derselben Steuerung oder Regelung, welche auch die PWM-Vorgabewerte berechnet. Das Verfahren kann den gesamten Betriebsbereich einer insbesondere dreiphasigen Drehfeldmaschine, z. B. einer Synchron- oder einer Asynchronmaschine, abdecken.The method can be carried out computerized, in particular continuously, z. B. by means of a microcontroller, for. As a control or regulation of a device according to the invention, in particular z. B. the same control or regulation, which also calculates the PWM default values. The method can the entire operating range of a particular three-phase induction machine, z. B. a synchronous or an asynchronous machine, cover.
Das vorgeschlagene Verfahren bzw. die vorgeschlagene Vorrichtung eignet sich besonders für Kraftfahrzeuge, um durch die Verringerung der Schaltverluste die dortigen Energiespeichersysteme (Batterien, Brennstoffzellen) und/oder Energieverwaltungssysteme zu entlasten. Insbesondere eignet es sich daher in Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor-Elektromotor-Hybridantriebsstrang oder einem reinen Elektromotorantriebsstrang. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung wird darin insbesondere zur Betätigung eines Drehstrommotors einer Aktorik, bevorzugt einer Lenkkraftunterstützungs-, Fahrwerks- oder Antriebsstrangaktorik, oder zur Betätigung eines Drehstrommotors eines Fahrantriebs des Antriebsstranges genutzt.The proposed method or the proposed device is particularly suitable for motor vehicles in order to relieve the local energy storage systems (batteries, fuel cells) and / or energy management systems by reducing the switching losses. In particular, it is therefore suitable in vehicles with an internal combustion engine-electric motor hybrid powertrain or a pure electric motor drive train. The method or the device is used in particular for actuating a three-phase motor of an actuator system, preferably a power steering, suspension or Antriebsstrangaktorik, or for actuating a three-phase motor of a traction drive of the drive train.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the following description of the figures, the same elements or functions are provided with the same reference numerals.
Die
Mittels der Schalter T1...T6 können über eine nicht dargestellte Treiberstufe des Wechselrichters
Ein Durchschaltzustand einer Halbbrücke für eine Phase U, V, W wird über einen PWM-Vorgabewert PWM1, PWM2, PWM3 entsprechend einem Tastverhältnis je PWM-Periode gesteuert.
Bei einem PWM-Vorgabewert PWM1 bzw. PWM2 bzw. PWM3 von 100% befindet sich ein Umschalter SU bzw. SV bzw. SW für die gesamte Dauer einer PWM-Periode in der Position +1, d. h. die Drehfeldmaschine
Die PWM-Vorgabewerte PWM1, PWM2, PWM3 werden von einer Steuerung ermittelt bzw. generiert, alternativ von einer Regelungsvorrichtung, und zur Ansteuerung der Schalter T1 bis T6 verwendet. Je PWM-Periode und Phase U, V, W wird hierbei ein PWM-Vorgabewert PWM1, PWM2, PWM3 für die nachfolgende PWM-Periode berechnet. Diese standardmäßig ermittelten PWM-Vorgabewerte PWM1, PWM2, PWM3 ermöglichen, die gewünschten Ströme und Spannungen an der Drehfeldmaschine
Um die Schaltverluste bei einem Betrieb der Drehfeldmaschine
Hierzu werden während einer PWM-Periode mittels des Betriebsverfahrens, welches auch als Modulationsverfahren bezeichnet werden kann, die Beträge der Phasenströme IS1, IS2, IS3 an der Drehfeldmaschine
Während derselben PWM-Periode werden – wie bereits angedeutet – weiterhin die generierten PWM-Vorgabewerte PWM1, PWM2, PWM3 für die einzelnen Phasen U, V, W der Drehfeldmaschine
Nunmehr wird der Betrag des Phasenstroms der Phase U, V, W, für welche der größte ermittelte PWM-Vorgabewert PWMmax vorgegeben ist, mit dem Betrag des Phasenstroms der Phase U, V, W, für welche der kleinste ermittelte PWM-Vorgabewert PWMmin vorgegeben ist, verglichen, i. e. innerhalb derselben PWM-Periode, Bezugszeichen
Ergibt das Vergleichsergebnis, dass der Betrag des Phasenstroms der Phase U, V, W mit dem größten PWM-Vorgabewert PWMmax größer ist als der Betrag des Phasenstroms der Phase U, V, W mit dem kleinsten PWM-Vorgabewert PWMmin, der den im Vergleich, Bezugszeichen
Dieser erste ermittelte und modifizierte größte PWM-Vorgabewert PWMmaxmod, welcher 100% beträgt, wird an den Wechselrichter
Der erste modifizierte mittlere PWM-Vorgabewert wird hierbei mittels Gleichung 1) ermittelt, wobei
Der erste modifizierte kleinste PWM-Vorgabewert wird hierbei mittels Gleichung 2) ermittelt, wobei
Mittels der Modifikation via Gleichung 1) und 2) wird der ursprünglich mittels der PWM-Vorgabewerte PWM1, PWM2 und PWM3 beabsichtigte Spannungsvektor nunmehr verzerrungsfrei und verlustreduziert optimiert dargestellt.By means of the modification via Equation 1) and 2), the voltage vector originally intended by means of the PWM default values PWM1, PWM2 and PWM3 is now displayed optimally optimized without loss and with reduced losses.
Falls das Vergleichsergebnis ergibt, dass der Betrag des Phasenstroms der Phase U, V, W mit dem kleinsten PWM-Vorgabewert PWMmin größer oder gleich dem Betrag des Phasenstroms der Phase U, V, W mit dem größten PWM-Vorgabewert PWMmax ist, der den im Vergleich, Bezugszeichen
Dieser zweite ermittelte und modifizierte kleinste PWM-Vorgabewert PWMminmod, welcher 0% beträgt, wird an den Wechselrichter
Der zweite modifizierte kleinste PWM-Vorgabewert PWMminmod beträgt hierbei vorzugsweise 0%, i. e. der Low-Side-Schalter T2 oder T4 oder T6 schaltet über die gesamte nachfolgende Periodendauer durch, so dass dessen Schaltverluste während der nachfolgenden Periode entfallen. Für diesen Fall werden ferner ein zweiter modifizierter mittlerer und ein zweiter modifizierter größter PWM-Vorgabewert ermittelt und je an den Wechselrichter
Der zweite modifizierte größte PWM-Vorgabewert wird hierbei mittels Gleichung 3) ermittelt, wobei
Der zweite modifizierte mittlere PWM-Vorgabewert wird mittels Gleichung 4) ermittelt wird, wobei
Mittels der Modifikation via Gleichung 3) und 4) wird der ursprünglich mittels der PWM-Vorgabewerte beabsichtigte Spannungsvektor nunmehr verzerrungsfrei und verlustreduziert dargestellt.By means of the modification via Equation 3) and 4), the voltage vector originally intended by means of the PWM default values is now represented distortion-free and loss-reduced.
Das Verfahren zum Betrieb der Drehfeldmaschine
Eine Vorrichtung zum Betrieb des Wechselrichters
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wechselrichterinverter
- 22
- SpannungszwischenkreisVoltage link
- 33
- ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
- 44
- DrehfeldmaschineInduction machine
- 55
- Ermitteln PhasenstrombeträgeDetermine phase current amounts
- 66
- Vergleich PWMComparison PWM
- 77
- Vergleich PhasenstrombeträgeComparison phase current amounts
- 88th
- Modifikationmodification
- 99
- Modifikationmodification
- T1...T6T1 ... T6
- Leistungsschalterbreakers
- SU, SV, SW S U , S V , S W
- Umschalterswitch
- IS1, IS2, IS3 I S1 , I S2 , I S3
- Phasenströmephase currents
- U, V, WAND MANY MORE
- Phasenphases
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