DE102012210663A1 - Method for controlling inverter mounted in drive train of motor vehicle, involves providing electrical voltage when inverter is switched to tension-free switching state and tension switching state within pulse width modulation period - Google Patents
Method for controlling inverter mounted in drive train of motor vehicle, involves providing electrical voltage when inverter is switched to tension-free switching state and tension switching state within pulse width modulation period Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters mittels Raumzeigerpulsweitenmodulation, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von Bauelementen aufweist, die durch eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern und einer entsprechenden Mehrzahl von Freilaufdioden gebildet sind, wobei der Wechselrichter dazu ausgebildet ist, einen mehrphasigen elektrischen Strom bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, wobei der Wechselrichter derart angesteuert wird, dass eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schaltzuständen der Schalter eingerichtet wird, um eine elektrische Spannung in Form eines Spannungsraumzeigers bereitzustellen, wobei der Wechselrichter innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode mittels wenigstens eines der Schaltzustände in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand geschaltet wird, und mittels wenigstens eines der Schaltzustände in einen Spannungszustand geschaltet wird, in dem die elektrische Spannung bereitgestellt wird.The present invention relates to a method for driving an inverter by means of space vector pulse width modulation, in particular for driving an electrical machine, wherein the inverter comprises a plurality of components, which are formed by a plurality of controllable switches and a corresponding plurality of free-wheeling diodes, wherein the inverter is adapted is to provide a polyphase electric current, in particular in order to supply the electric machine polyphase with electric current, wherein the inverter is driven such that a plurality of successive switching states of the switches is arranged to provide an electrical voltage in the form of a voltage space vector, said Inverter is switched within a pulse width modulation period by means of at least one of the switching states in a voltage-free switching switching state, and by means of at least one of the switching conditions is switched to a voltage state in which the electrical voltage is provided.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von Bauelementen aufweist, die durch eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern und einer entsprechenden Mehrzahl von Freilaufdioden gebildet sind, und die dazu angeschlossen sind, einen mehrphasigen elektrischen Strom bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter derart anzusteuern, dass der Wechselrichter eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schaltzuständen der Schalter annimmt, um eine elektrische Spannung in Form eines Spannungsraumzeigers bereitzustellen, wobei einer der Schaltzustände innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode den Wechselrichter in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand schaltet und einer der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode den Wechselrichter in einen Spannungszustand schaltet, um die elektrische Spannung bereitzustellen. The present invention further relates to an apparatus for driving an inverter, in particular for driving an electrical machine, wherein the inverter comprises a plurality of components, which are formed by a plurality of controllable switches and a corresponding plurality of free-wheeling diodes, and which are connected thereto, to provide a polyphase electric current, in particular to multiphase electric power to the electrical machine, comprising a controller adapted to drive the inverter so that the inverter accepts a plurality of successive switching states of the switches to form an electrical voltage to provide a voltage space pointer, wherein one of the switching states within a pulse width modulation period switches the inverter in a de-energized switching state and one of the switching states within the pulse width modulator period the inverter switches to a voltage state to provide the electrical voltage.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit wenigsten einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Wechselrichter zum Ansteuern der elektrischen Maschine und mit einer Vorrichtung zum Ansteuern des Wechselrichters der oben beschriebenen Art.Finally, the present invention relates to a motor vehicle drive train with at least one electric machine for providing drive power, an inverter for driving the electric machine and with a device for driving the inverter of the type described above.
Stand der TechnikState of the art
Auf dem technischen Gebiet der Drehstromverbraucher im Allgemeinen und der elektrischen Drehstrommaschinen im Speziellen sind unterschiedliche Ansteuerungsverfahren bekannt. Dabei wird aktuell üblicherweise das Verfahren der Raumzeigermodulation zur Ansteuerung des Drehstromverbrauchers bevorzugt. Bei diesem Ansteuerungsverfahren wird ein Raumzeiger durch aufeinander folgende Einstellung von acht Grundspannungszeigern gebildet. Um die Strangspannung bereitzustellen, werden die Grundspannungszeiger pulsweitenmoduliert geschaltet, sodass eine entsprechende Ansteuerspannung generiert wird. In the technical field of three-phase current consumers in general and three-phase electrical machines in particular, different driving methods are known. Currently, the method of space vector modulation for controlling the three-phase current consumer is currently preferred. In this driving method, a space pointer is formed by sequentially setting eight ground voltage hands. In order to provide the string voltage, the ground voltage phasors are switched pulse width modulated, so that a corresponding drive voltage is generated.
Bei den bekannten Ansteuerungsverfahren werden die elektrischen Verbraucher mittels eines Wechselrichters mit Leistungshalbleiterschaltern angesteuert. Die Einstellung der acht aufeinander folgenden Grundspannungszeiger zur Erzeugung des Spannungsraumzeigers wird durch abwechselndes Ein- und Ausschalten bestimmter Leistungshalbleiterschalter der Wechselrichter realisiert. Bei sehr geringen Rotationsgeschwindigkeiten des Raumzeigers beziehungsweise, sofern der Drehstromverbraucher eine elektrische Maschine ist, bei geringen Drehzahlen der angesteuerten elektrischen Maschinen werden einzelne der Leistungshalbleiterschalter sehr häufig bzw. sehr lange geschaltet und somit durch einen sehr lange bzw. sehr häufig fließenden elektrischen Strom thermisch belastet. Daher müssen die Leistungshalbleiterschalter für sehr lange Einschaltzeiten und für sehr große Ströme ausgelegt werden, wodurch der Wechselrichter im Allgemeinen technisch aufwändig wird. In the known driving method, the electrical loads are controlled by means of an inverter with power semiconductor switches. The adjustment of the eight successive ground voltage pointers for generating the voltage space vector is realized by alternately turning on and off certain power semiconductor switches of the inverters. At very low rotational speeds of the space hand or, if the three-phase load is an electrical machine, at low speeds of the driven electrical machines individual power semiconductors are switched very often or very long and thus thermally stressed by a very long or very frequently flowing electric current. Therefore, the power semiconductor switches must be designed for very long turn-on times and for very large currents, whereby the inverter is generally technically complex.
Um einer, insbesondere thermischen, Überbelastung der Leistungshalbleiterschalter zu begegnen wird beispielsweise in der
Da die, insbesondere thermische, Belastung einzelner Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters abhängig von einem Phasenwinkel des bereitgestellten Stromraumzeigers ist bzw. einzelne der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters für bestimmte Phasenwinkel des bereitgestellten Stromraumzeigers unterschiedlich belastet werden, wird beispielsweise in der
Nachteilig dabei ist es, dass das Umschalten zwischen einem spannungsfrei schaltenden Schaltzustand zu einem anderen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand, um die Belastung der Schalter und Freilaufdioden zu verteilen, Schaltvorgänge erfordert, bei denen die Schaltzustände aller Schalter des Wechselrichters geändert werden müssen wodurch hohe Schaltverluste auftreten. The disadvantage here is that the switching between a de-energized switching state to another de-energized switching state to distribute the burden of the switches and freewheeling diodes, switching operations requires in which the switching states of all switches of the inverter must be changed whereby high switching losses occur.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters mittels Raumzeigerpulsweitenmodulation der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei der Wechselrichter mittels eines letzten Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen der Spannungszustände geschaltet wird. Insbesondere wird der Wechselrichter in einen Spannungszustand geschaltet, um die elektrische Spannung bereitzustellen. According to the invention, therefore, a method for driving an inverter by means of space vector pulse width modulation of the aforementioned type is provided, wherein the inverter is switched by means of a last switching state within the pulse width modulation period in one of the voltage states. In particular, the inverter is switched to a voltage state to provide the electrical voltage.
Ferner wird daher erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei das Steuergerät ferner dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter mittels eines letzten Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen der Spannungszustände zu schalten. Furthermore, an apparatus for driving an inverter of the type mentioned above is therefore provided according to the invention, wherein the controller is further adapted to switch the inverter by means of a last switching state within the pulse width modulation period in one of the voltage states.
Schließlich wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeugantriebsstrang bereitgestellt mit wenigstens einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Wechselrichter zum Ansteuern der elektrischen Maschine und mit einer Vorrichtung zum Ansteuern des Wechselrichters der oben beschriebenen Art.Finally, according to the invention, a motor vehicle drive train is provided with at least one electric machine for providing drive power, an inverter for driving the electric machine and with a device for driving the inverter of the type described above.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Dadurch, dass der letzte der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode den Wechselrichter in einen Spannungszustand schaltet, kann die folgende Pulsweitenmodulationsperiode mit einem in einen Spannungszustand schaltenden Schaltzustand beginnen und dadurch einen Übergang zwischen zwei unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen bilden und so die Schaltverluste reduzieren. Ferner kann zwischen Pulsweitenmodulationsperioden mit unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen beliebig gewechselt werden, ohne dass zusätzliche Schaltverluste entstehen. Im Ergebnis kann somit mit geringen Schaltverlusten die Variationsbandbreite der möglichen Schaltsequenzen erhöht und somit der Freiheitsgrad der Ansteuerung erhöht werden. Zusätzlich können durch den in einen Spannungszustand schaltenden Schaltzustand am Ende der Pulsweitenmodulationsperiode beim Wechsel zwischen unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters reduziert werden.Since the last of the switching states within the pulse width modulation period switches the inverter into a voltage state, the following pulse width modulation period can begin with a switching state switching to a voltage state and thereby form a transition between two different voltage-free switching switching states and thus reduce the switching losses. Furthermore, it is possible to change between pulse width modulation periods with different voltage-free-switching switching states without additional switching losses occurring. As a result, the variation bandwidth of the possible switching sequences can thus be increased with low switching losses, and thus the degree of freedom of the control can be increased. In addition, can be reduced by the switching to a voltage state switching state at the end of the pulse width modulation period when switching between different voltage-free switching switching states phase current fluctuations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem spannungsfrei schaltenden Schaltzustand verstanden werden, dass am Ausgangsanschluss des Wechselrichters keine Versorgungsspannung zwischen Phasen des Wechselrichters anliegt, und es wird unter einem Spannungszustand verstanden, dass an den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters eine Versorgungsspannung für einen anzuschließenden elektrischen Verbraucher anliegt bzw. bereitgestellt wird.For the purposes of the present invention, a switched-off switching state will be understood as meaning that no supply voltage is present between phases of the inverter at the output terminal of the inverter, and a voltage condition is understood to be applied to the output terminals of the inverter as a supply voltage for an electrical load to be connected . provided.
Vorzugsweise wird der Wechselrichter ferner mittels eines ersten der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen Spannungszustand geschaltet.Preferably, the inverter is further switched by means of a first of the switching states within the pulse width modulation period in a voltage state.
Dadurch kann die Pulsweitenmodulationsperiode an die Schaltzustände der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode angepasst werden, wodurch die Schaltverluste weiter reduziert werden können.Thereby, the pulse width modulation period can be adapted to the switching states of the previous pulse width modulation period, whereby the switching losses can be further reduced.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der erste Schaltzustand innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in Abhängigkeit des letzten Schaltzustandes der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode ausgewählt wird.It is further preferred if the first switching state within the pulse width modulation period is selected as a function of the last switching state of the previous pulse width modulation period.
Dadurch können zwei Pulsweitenmodulationsperioden direkt aneinander angepasst werden, so dass die Schaltverluste beim Umschalten zwischen zwei Pulsweitenmodulationsperioden reduziert werden können.As a result, two pulse width modulation periods can be adapted directly to each other, so that the switching losses can be reduced when switching between two pulse width modulation periods.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der erste Schaltzustand innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode identisch ist mit dem letzten Schaltzustand der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode. It is further preferred if the first switching state within the pulse width modulation period is identical to the last switching state of the previous pulse width modulation period.
Dadurch kann der erste Schaltzustand mit regelungstechnisch geringem Aufwand ausgewählt werden und die Schaltverluste zwischen den Pulsweitenmodulationsperioden auf Null reduziert werden, da kein Umschalten notwendig ist.As a result, the first switching state can be selected with little control effort and the switching losses between the pulse width modulation periods can be reduced to zero, since no switching is necessary.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode einer der Schaltzustände entfällt und ein identischer Schaltzustand innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode entsprechend verlängert wird.It is further preferred if one of the switching states is omitted within the pulse width modulation period and an identical switching state within the pulse width modulation period is extended accordingly.
Dadurch kann im Allgemeinen die Anzahl der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode reduziert werden, wodurch die Schaltvorgänge reduziert und gleichzeitig die Schaltverluste verringert werden können.As a result, in general, the number of switching states can be reduced within the pulse width modulation period, whereby the switching operations can be reduced and at the same time the switching losses can be reduced.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der letzte Schaltzustand der Pulsweitenmodulationsperiode entfällt. It is particularly preferred if the last switching state of the pulse width modulation period is omitted.
Dadurch kann mit regelungstechnisch einfachen Mitteln die Anzahl der Schaltzustände der Schalter reduziert werden und der letzte der Schaltzustände an eine folgende Pulsweitenmodulationsperiode angepasst werden. As a result, the number of switching states of the switches can be reduced and the last of the switching states can be adapted to a subsequent pulse width modulation period with simple control means.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn einer der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode entfällt, sofern eine Einschaltdauer des Schaltzustandes eine vordefinierte Dauer unterschreitet.It is further preferred if one of the switching states within the pulse width modulation period is omitted, if a duty cycle of the switching state falls below a predefined duration.
Dadurch kann die Anzahl der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode weiter reduziert werden, ohne dass die Ansteuerung des angesteuerten elektrischen Verbrauchers signifikant beeinträchtigt wird, da eine kurze Einschaltdauer der entsprechenden Schaltzustände den bereitzustellenden Spannungsraumzeiger nur unwesentlich beeinflusst.As a result, the number of switching states within the pulse width modulation period can be further reduced without the triggering of the controlled electrical load being significantly impaired, since a short switch-on duration of the corresponding switching states only insignificantly influences the voltage space pointer to be provided.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode lediglich einer der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände geschaltet wird.It is furthermore preferred if only one of the voltage-free-switching switching states is switched within the pulse width modulation period.
Dadurch können die Schaltverluste des Wechselrichters weiter reduziert werden und gleichzeitig einer ungleichmäßigen, insbesondere thermischen, Belastung des Wechselrichters entgegengewirkt werden.As a result, the switching losses of the inverter can be further reduced and at the same time a non-uniform, in particular thermal, load of the inverter can be counteracted.
Es ist dabei bevorzugt, wenn der spannungsfrei schaltende Schaltzustand derart ausgewählt wird, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen der Pulsweitenmodulationsperiode lediglich ein Schalterpaar geschaltet wird.It is preferred if the voltage-free switching switching state is selected such that only one switch pair is switched when switching between the switching states of the pulse width modulation period.
Dadurch können die Schaltverluste innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode weiter reduziert werden.As a result, the switching losses within the pulse width modulation period can be further reduced.
Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn die Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode derart hintereinander geschaltet werden, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen lediglich ein Schalterpaar geschaltet wird.It is furthermore generally preferred if the switching states within the pulse width modulation period are connected in series such that only one switch pair is switched when switching between the switching states.
Dadurch können die Schaltverluste innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode weiter reduziert werden.As a result, the switching losses within the pulse width modulation period can be further reduced.
Es ist ferner allgemein bevorzugt, wenn die Schaltzustände der Schalter der Pulsweitenmodulationsperiode für einen Winkelbereich des Spannungsraumzeigers auf der Grundlage von Sequenzen von Schaltzuständen der Schalter einer Pulsweitenmodulationsperiode eines Referenzwinkelbereichs eingestellt werden.It is also generally preferred that the switching states of the switches of the pulse width modulation period are set for an angular range of the voltage space vector based on sequences of switching states of the switches of a pulse width modulation period of a reference angle range.
Dadurch kann der regelungstechnische Aufwand zum Einstellen der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode reduziert werden, da lediglich für einen Winkelbereich des Spannungsraumzeigers eine bestimmte Anzahl von Sequenzen von Schaltzuständen bestimmt werden müssen.As a result, the control engineering effort for setting the switching states within the pulse width modulation period can be reduced, since only a certain number of sequences of switching states have to be determined for an angular range of the voltage space vector.
Wie oben erwähnt lassen sich durch die vorliegende Erfindung die Schaltverluste der steuerbaren Schalter des Wechselrichters reduzieren, da beim Umschalten von einer Pulsweitenmodulationsperiode zu einer nachfolgenden Pulsweitenmodulationsperiode möglichst wenig der steuerbaren Schalter geschaltet werden. Ferner können durch die besondere Folge von Schaltzuständen die Schaltverluste innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode reduziert werden, da beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen lediglich ein Schalterpaar des Wechselrichters umgeschaltet wird. Schließlich kann zwischen Pulsweitenmodulationsperioden mit unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen beliebig gewechselt werden, um unterschiedliche, insbesondere thermische, Belastungsverteilungen einzustellen ohne dass zusätzliche Schaltverluste entstehen. Durch diese Maßnahmen können insgesamt die Schaltverluste der steuerbaren Schalter und somit auch die Gesamtverluste des Wechselrichters reduziert werden, wodurch der Wechselrichter im Allgemeinen für geringere Belastungen ausgelegt werden kann und gleichzeitig durch die Reduzierung der Gesamtverluste die Lebensdauer des Wechselrichters erhöht werden kann.As mentioned above can be reduced by the present invention, the switching losses of the controllable switches of the inverter, since when switching from a pulse width modulation period to a subsequent pulse width modulation period as little as the controllable switch are switched. Furthermore, the switching losses within the pulse width modulation period can be reduced by the particular sequence of switching states, since only one switch pair of the inverter is switched when switching between the switching states. Finally, it is possible to switch between pulse width modulation periods with different voltage-free switching switching states in order to set different, in particular thermal, load distributions without additional switching losses occurring. Through these measures, the total switching losses of the controllable switch and thus the total losses of the inverter can be reduced, whereby the inverter can be designed in general for lower loads and at the same time by reducing the total losses, the life of the inverter can be increased.
Es versteht sich, dass Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.It is understood that features, properties and advantages of the method according to the invention also apply to the device according to the invention or are applicable.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Der Wechselrichter
Parallel zu den Schaltern S ist jeweils eine Freilaufdiode D geschaltet, die einen Stromfluss in entgegengesetzter Richtung ermöglicht. Parallel to the switches S, a freewheeling diode D is in each case connected, which allows a current flow in the opposite direction.
In
Durch wechselndes Öffnen und Schließen der Schalter S wird zwischen den Phasenleitern U, V, W jeweils eine Ansteuerspannung angelegt, sodass sich entsprechend jeweils ein Phasenstrom IU, IV, IW einstellt, der die elektrische Maschine
In
In dem Zeigerdiagramm
Sofern der Spannungszeiger V*, wie in dem in
In Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V* stellt sich ein Stromraumzeiger I* ein. Der Stromraumzeiger I* weist eine Amplitude und einen Phasenwinkel auf, die sich in Abhängigkeit des angesteuerten elektrischen Verbrauchers
Zur Bestromung des elektrischen Verbrauchers
In
Da der Nullspannungszeiger V0 lediglich die Schalter SLA, SLB, SLC, die dem niedrigen Potenzial der Spannungsquelle
In
Die beiden Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 weisen jeweils fünf Schaltzustände V0–V7 auf, wobei die erste Pulsweitenmodulationsperiode T1 lediglich den Nullspannungszeiger V0 und die zweite Pulsweitenmodulationsperiode T2 lediglich den Nullspannungszeiger V7 aufweist. Ferner beginnen und enden die Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 jeweils mit dem Grundspannungsraumzeiger V1. Die Abfolge der Schaltzustände V0–V7 der beiden Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 ist jeweils so gewählt, dass zwischen den einzelnen Schaltzuständen V0–V7 jeweils nur ein Schalterpaar geschaltet werden muss. Die Schalterpaare sind jeweils gebildet durch zwei der Schalter S, die jeweils einer der Phasen U, V, W zugeordnet sind. Mit anderen Worten werden die Schalterpaare gebildet durch die Paare von Schaltern SHA, SLA und SHB, SLB und SHC, SLC. Da die Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 jeweils mit demselben Schaltzustand, in diesem Falle V1, beginnen und enden, muss zwischen den Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 keiner der Schalter S umgeschaltet werden, so dass ohne zusätzliche Schaltverluste zwischen den beiden Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 umgeschaltet werden kann. Dadurch, dass die Nullspannungszeiger V0, V7 nicht am Anfang oder am Ende der jeweiligen Pulsweitenmodulationsperiode T1, T2 angeordnet sind, kann ohne zusätzliche Schaltverluste beliebig zwischen den beiden Sequenzen hin und her geschaltet werden, um die Belastung der Schalter innerhalb des Wechselrichters
Im Weiteren wird auf verschiedene Schaltsequenzen der Schaltzustände V0–V7 Bezug genommen, wobei die Schaltsequenzen lediglich als Zahlenfolgen der einzelnen Schaltzustände V0–V7 dargestellt sind. Als Beispiel wird im Folgenden die Sequenz der Pulsweitenmodulationsperiode T1 bezeichnet als -12101- und allgemein als Sequenz 1 und die Sequenz der Pulsweitenmodulationsperiode T2 mit -12721- beschrieben und allgemein als Sequenz 2 bezeichnet.In the following, reference is made to different switching sequences of the switching states V0-V7, wherein the switching sequences are shown only as numerical sequences of the individual switching states V0-V7. As an example, the sequence of the pulse width modulation period T1 is referred to as -12101- and generally described as sequence 1 and the sequence of the pulse width modulation period T2 with -12721- and generally referred to as
Die Einschaltdauer t der Schaltzustände der Sequenz 1 wird berechnet durch Lösung des folgenden Gleichungssystems:
Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände der Sequenz 2 werden berechnet durch Lösung des folgenden Gleichungssystems:
Die Schaltzustände der Sequenz 1 können auch intern ausgetauscht werden, ohne dass die Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers beeinträchtigt wird. Bei dieser Variation ist die Reihenfolge der Schaltzustände -10121- und wird im Folgenden als Sequenz 3 bezeichnet.The switching states of the sequence 1 can also be exchanged internally, without affecting the control of the electrical load. In this variation, the order of the switching states is -10121- and will be referred to as sequence 3 below.
Wie oben erwähnt kann zwischen den Sequenzen 1, 2 und 3 beliebig gewechselt werden, um mittels der Nullspannungszeiger V0, V7 den Belastungssollwert m einzustellen, ohne dass die Schaltverluste durch häufiges Umschalten zwischen den Schaltern S erhöht werden.As mentioned above, it is possible to change between the
Bezüglich der Auswahl der Sequenzen 1 oder 3 wird die Sequenz 1 bevorzugt, sofern die vorherige Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V0 und V1 endet, z.B. -2101- oder -12101-, wohingegen die Sequenz 3 bevorzugt verwendet wird, sofern die vorhergehende Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V2 und V1 endet, z.B. -10121-. Dadurch können Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters
Alternativ zu den Sequenzen 1 bzw. 3 können auch die Sequenz 4 -21272- oder die Sequenz 5 -27212- verwendet werden. Ferner kann die Sequenz 6 -21012- alternativ zu Sequenz 2 verwendet werden. Dabei unterscheiden sich die Sequenzen jeweils durch den verwendeten Nullspannungszeiger V0, V7 und den Anfangs- bzw. Endschaltzustand, der in den Sequenzen 4 bis 6 jeweils durch den Schaltzustand V2 gebildet ist. As an alternative to sequences 1 and 3, it is also possible to use the sequence 4-21272 or the sequence 5 -27212. Furthermore, sequence 6-21012 may be used as an alternative to
Die Einschaltdauer t der jeweiligen Schaltzustände der Sequenzen 4 und 5 wird berechnet durch Lösung des Gleichungssystems:
Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände der Sequenz 6 werden berechnet durch Lösung des Gleichungssystems:
Die Sequenz 4 wird bevorzugt verwendet, sofern eine vorhergehende Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V7 und V2 endet, z.B. -1272- oder -21272-. Die Sequenz 5 wird bevorzugt verwendet, sofern eine vorhergehende Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V1 und V2 endet, z.B. -27212-. Dadurch können Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters
In
Sofern der Spannungsraumzeiger V* von einem der Winkelbereiche
Die Einschaltdauer der jeweiligen Schaltzustände V0–V7 wird berechnet durch Lösung des vorliegenden Gleichungssystems:
Sofern der Spannungsraumzeiger V* aus dem Winkelbereich
Die Sequenzen 1 bis 8 weisen jeweils fünf unterschiedliche Schaltzustände auf, wobei demnach innerhalb jeder Pulsweitenmodulationsperiode viermal nachgeschaltet wird. The sequences 1 to 8 each have five different switching states, and thus four times downstream within each pulse width modulation period.
Sofern der Spannungsraumzeiger V* nahe einem der Grundspannungsraumzeiger V1–V6 ist bzw. in den Winkelbereich
Sofern der Spannungsraumzeiger V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V1 bzw. dem entsprechenden Schaltzustand V1 ist, wird bei der Sequenz 5 der letzte Schaltzustand V2 gestrichen, so dass die Sequenz 10 entsteht -2721-. Entsprechend wird die Sequenz 6 um den letzten Schaltzustand V2 verkürzt, so dass die Sequenz 11 entsteht -2101-, wobei der erste Schaltzustand V2 entsprechend verlängert wird.If the voltage space vector V * is close to the base voltage space vector V1 or the corresponding switching state V1, the last switching state V2 is canceled in the case of the
Für den Fall, dass der Spannungsraumzeiger V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V2 bzw. dem entsprechenden Schaltzustand V2 ist, wird bei der Sequenz 3 der letzte Schaltzustand V1 gestrichen, so dass die Sequenz 12 -1012- entsteht und bei der Sequenz 2 der letzte Schaltzustand V1 gestrichen wird, so dass die Sequenz 13 -1272- entsteht.In the event that the voltage space vector V * is close to the base voltage space vector V2 or the corresponding switching state V2, the last switching state V1 is canceled in the sequence 3, so that the sequence 12 -1012- arises and in the
Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände V1–V6 der Sequenzen 10 und 13 werden berechnet durch Lösen des folgenden Gleichungssystems:
Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände V1–V6 der Sequenzen 11 und 12 werden berechnet durch Lösen des folgenden Gleichungssystems:
Da die Sequenzen 10 und 11 jeweils mit dem Schaltzustand V1 enden und unterschiedliche Nullspannungszeiger V0, V7 verwenden und die Sequenzen 12 und 13 jeweils mit dem Schaltzustand V2 enden und unterschiedliche der Nullspannungszeiger V0, V7 verwenden, kann durch unterschiedliche Auswahl dieser Sequenzen der Spannungsraumzeiger V* gebildet werden unter Verwendung des einen oder des anderen Nullspannungszeigers V0, V7, um den Belastungssollwert m einzustellen.Since the
Sofern der Spannungsraumzeiger V* einen Phasenwinkel aufweist, der nahe einem Phasenwinkel eines Grundspannungsraumzeigers V1–V6 ist, können die Schaltzustände V1–V6 der Grundspannungsraumzeiger V1–V6 mit einer geringen Einschaltdauer t innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode T entfallen. Beispielsweise kann der Schaltzustand V1 der Sequenz 5 entfallen sofern der Phasenwinkel des Spannungsraumzeigers V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V2 ist, so dass die Sequenz 14 entsteht -272-. If the voltage space vector V * has a phase angle which is close to a phase angle of a basic voltage space vector V1-V6, the switching states V1-V6 of the basic voltage space vector V1-V6 can be omitted with a short duty cycle t within the pulse width modulation period T. For example, the switching state V1 of the
Die Einschaltdauern t der Sequenz 14 wird berechnet durch Lösung des folgenden Gleichungssystems:
Sofern der Phasenwinkel des Spannungsraumzeigers V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V1 ist, kann die Sequenz
Welche der Sequenzen 1 bis 10 ausgewählt wird, hängt von verschiedenen Kriterien ab. Vorzugsweise sollte der erste Vektor der Pulsweitenmodulationsperiode T identisch sein mit dem letzten Vektor der vorhergehenden Pulsweitenmodulationsperiode T. Der Nullspannungszeiger V0, V7 wird bestimmt durch den Belastungssollwert m. Sofern der Spannungsraumzeiger V* den Winkelbereich
Die Sequenzen sind hier lediglich beispielhaft für den Winkelbereich
Nachdem auf der Grundlage der oben angegebenen Auswahlkriterien und des Referenzphasenwinkels αref eine der Sequenzen 1 bis 15 ausgewählt wurde, wird die ausgewählte Sequenz wieder zurückprojiziert bzw. umgerechnet auf den Winkelbereich
Sofern der Wechselrichter
Dabei können die folgenden Initialisierungssequenzen verwendet werden:
Sequenz 16: -01-
wobei die Einschaltzeiten t berechnet werden mit dem Gleichungssystem:
wobei die Einschaltzeiten t berechnet werden mit dem Gleichungssystem
wobei sich die Einschaltzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem:
Sequenz 19: -72-
wobei sich die Einschaltzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem:
wobei sich die Einschaltzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem:
wobei sich die Einstellzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem:
Sequence 16: -01-
wherein the turn-on times t are calculated using the system of equations:
wherein the turn-on times t are calculated using the equation system
where the switch-on times t calculate with the system of equations:
Sequence 19: -72-
where the switch-on times t calculate with the system of equations:
where the switch-on times t calculate with the system of equations:
where the response times t calculate with the system of equations:
Durch diese Sequenzen 16 bis 21 werden mögliche Initialisierungssequenzen angegeben, um die anfänglichen Nullspannungszustände V0, V7 an die Pulsweitenmodulationssequenz 1 bis 15 anzupassen, die jeweils mit einem Grundspannungsraumzeiger V1–V6 beginnen.Through these
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2010/000548 A2 [0006] WO 2010/000548 A2 [0006]
- DE 10393516 T1 [0007] DE 10393516 T1 [0007]
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