DE102013106006A1

DE102013106006A1 - Synchronisation von Dreiphasen-Wechselrichtern

Info

Publication number: DE102013106006A1
Application number: DE201310106006
Authority: DE
Inventors: Matthias Lange
Original assignee: SMS Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft das Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter (22), wobei ein erster Pulsmustergenerator (11) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) generiert und wobei ein zweiter Pulsmustergenerator (21) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters (22) generiert. Der erste Pulsmustergenerator (11) stellt für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Taktsignale und eine für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Phaseninformation für eine Übermittlung an den zweiten Pulsmustergenerator (21) bereit. Der zweite Pulsmustergenerator (21) generiert Pulsfolgen basierend auf den vom ersten Pulsmustergenerator (11) übermittelten Taktsignalen und der übermittelten Phaseninformation.

Description

Die Erfindung betrifft die Ansteuerung von Dreiphasen-Wechselrichtern, insbesondere die Synchronisation von Dreiphasen-Wechselrichtern, die gemeinsam als Mehrphasen-Wechselrichter höherer Phasenzahl eingesetzt werden sollen.
Wechselrichter, die an ihren Ausgängen mehr als drei Phasen bereitstellen, werden in der Praxis beispielsweise für ein magnetisches Rühren von flüssigem Stahl oder anderen flüssigen und elektrisch leitenden Materialien eingesetzt.
Sollen mehrere Dreiphasen-Wechselrichter als Mehrphasen-Wechselrichter höherer Phasenzahl zusammenwirken, so muss ihre Ansteuerung synchronisiert werden, damit sie mit einer zueinander festen Phasenverschiebung operieren.
Zum Erzielen der starren Phasenverschiebung kann ein Wechselrichter als führender Wechselrichter eingesetzt werden, während alle anderen Wechselrichter als geführte Wechselrichter eingesetzt werden. Sollen beispielsweise zwei Dreiphasen-Wechselrichter mit einer zueinander um 30° verschobenen Phasenlage betrieben und zu einem Sechsphasen-Wechselrichter kombiniert werden, so wird üblicherweise die Phasenlage des geführten Dreiphasen-Wechselrichters mit Hilfe einer Phasenregelschleife (PLL – Phase Locked Loop) an die Phasenlage des führenden Dreiphasen-Wechselrichters gekoppelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Synchronisation von Dreiphasen-Wechselrichtern zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst mit einer Vorrichtung zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter. Die Vorrichtung umfasst einen Pulsmustergenerator mit einer Schaltung, die dazu eingerichtet ist, Pulsfolgen basierend auf Taktsignalen und einer Phaseninformation zu generieren, wobei die Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters bereitgestellt werden. Die Schaltung ist ferner dazu eingerichtet ist, für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Taktsignale und eine für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Phaseninformation zur Übertragung an einen zweiten, Pulsfolgen für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters generierenden Pulsmustergenerator bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten, komplementären Aspekt der Erfindung gelöst mit einer weiteren Vorrichtung zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter. Die Vorrichtung umfasst einen Pulsmustergenerator mit einer Schaltung, die dazu eingerichtet ist, Pulsfolgen basierend auf Taktsignalen und einer Phaseninformation zu generieren, wobei die Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters bereitgestellt werden. Die Schaltung ist ferner dazu eingerichtet, Taktsignale und eine Phaseninformation von einem Pulsfolgen für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters generierenden Pulsmustergenerator zu empfangen. Die Schaltung ist ferner dazu eingerichtet, die Pulsfolgen basierend auf den empfangenen Taktsignalen und der empfangenen Phaseninformation zu generieren.
Die jeweilige Schaltung der Vorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt kann eine Schaltung sein, die nur aus Hardwarekomponenten gebildet wird. Alternativ oder zusätzlich kann sie aber auch einen Speicher mit einem Computerprogramm sowie einen Prozessor zum Ausführen des Computerprogramms umfassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenso gelöst mit einem System, das eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und mindestens eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenso gelöst mit einem Verfahren zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter, wobei ein erster Pulsmustergenerator Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters generiert und wobei ein zweiter Pulsmustergenerator Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters generiert. Das Verfahren umfasst ein Übermitteln von von dem ersten Pulsmustergenerator für das Generieren von Pulsfolgen genutzten Taktsignalen und einer von dem ersten Pulsmustergenerator für das Generieren von Pulsfolgen genutzten Phaseninformation an den zweiten Pulsmustergenerator. Das Verfahren umfasst ferner ein Generieren von Pulsfolgen durch den zweiten Pulsmustergenerator basierend auf den übermittelten Taktsignalen und der übermittelten Phaseninformation.
Die Aufgabe wird für beide Aspekte der Erfindung ebenso gelöst durch ein Computerprogramm zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter, wobei ein erster Pulsmustergenerator Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters generiert und wobei ein zweiter Pulsmustergenerator Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters generiert.
Für den ersten Aspekt ist ein solches Computerprogramm dazu ausgebildet, bei Ausführung durch einen Prozessor eine Vorrichtung dazu veranlassen, von dem ersten Pulsmustergenerator für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Taktsignale und eine von dem ersten Pulsmustergenerator für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Phaseninformation an den zweiten Pulsmustergenerator zu übermitteln.
Für den zweiten Aspekt ist ein solches Computerprogramm dazu ausgebildet, bei Ausführung durch einen Prozessor eine Vorrichtung dazu veranlassen, vom ersten Pulsmustergenerator übermittelte Taktsignale und eine vom ersten Pulsmustergenerator übermittelte Phaseninformation zu empfangen und im zweiten Pulsmustergenerator Pulsfolgen basierend auf den empfangenen Taktsignalen und der empfangenen Phaseninformation zu generieren.
Die Aufgabe wird für beide Aspekte der Erfindung ebenso gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, in dem das jeweilige Computerprogramm in einem computerlesbaren Medium gespeichert ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine herkömmlich für eine Synchronisierung genutzte Phasenregelschleife nur eine relativ langsame Regelung bereitstellt. Bei einer kleinen Ausgangsfrequenz eines Dreiphasen-Wechselrichters, wie beispielsweise 0,2 Hz, erhält die Phasenregelschleife etwa nur alle 5 Sekunden einen neuen Wert der Regelabweichung. Bei Veränderungen der Frequenz als Stellgröße kommt es daher zu Übergangszuständen, in denen der geführte Wechselrichter dem führenden Wechselrichter hinterher eilt, wodurch die Phasenlagen auseinanderlaufen.
Die Erfindung sieht daher vor, dass ein Pulsmustergenerator, der für die Ansteuerung eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters genutzt wird, verwendete Taktsignale und Phaseninformationen an einen anderen Pulsmustergenerator übermittelt, der für die Ansteuerung eines zweiten Dreiphasen-Wechselrichters genutzt wird. Der Pulsmustergenerator, der für die Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters genutzt wird, ist erfindungsgemäß in der Lage, die erhaltenen Taktsignale unmittelbar als eigene Taktsignale zu verwenden und dabei die erhaltene Phaseninformation zu berücksichtigen. Es wird also vorgeschlagen, dass der Pulsmustergenerator eines führenden Dreiphasen-Wechselrichters einen direkten Eingriff in den Pulsmustergenerator mindestens eines geführten Dreiphasen-Wechselrichters erhält. Eine Phasenregelschleife ist damit nicht mehr erforderlich.
Erfindungsgemäß ist somit keine Auswertung einer Regelabweichung und keine – mit Zeitverzögerungen behaftete – Ausregelung durch einen Regler erforderlich. Stattdessen wird eine quasi zeitgleiche Ansteuerung von mehreren Dreiphasen-Wechselrichtern möglich. Hierbei können vorhandene Dreiphasen-Wechselrichter miteinander kombiniert werden. Es ist lediglich eine relativ unkomplizierte Änderung in den zugehörigen Pulsmustergeneratoren erforderlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, des erfindungsgemäßen Systems, des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Computerprogramme gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ein Pulsgenerator kann Taktsignale und Phaseninformationen an nur einen weiteren Pulsgenerator übertragen, wenn zwei Dreiphasen-Wechselrichtern zu einem 6-Phasen-Wechselrichter zusammengefasst werden sollen. Wenn mehr als zwei Dreiphasen-Wechselrichter zu einem Mehrphasen-Wechselrichter mit höherer Phasenzahl als sechs zusammengefasst werden sollen, kann der für einen führenden Wechselrichter vorgesehene Pulsgenerator Taktsignale und Phaseninformationen aber auch an eine beliebige größere Anzahl von weiteren Pulsgeneratoren übermittel. Jeder der weiteren Pulsgeneratoren kann dann einen Dreiphasen-Wechselrichter mit jeweils einem anderen Phasenversatz gegenüber dem führenden Wechselrichter ansteuern.
Die Pulsmustergeneratoren können insbesondere dazu eingerichtet sein, die Pulsfolgen mittels einer Pulsweitenmodulation zu generieren. Alternativ könnten aber auch andere Pulsmustergeneratoren eingesetzt werden, wie beispielsweise Pulsmustergeneratoren, die dazu eingerichtet sein, die Pulsfolgen mittels einer Pulsfrequenzmodulation zu generieren.
Bei der Ansteuerung der Dreiphasen-Wechselrichter durch Pulsfolgen werden Schaltelemente des jeweiligen Dreiphasen-Wechselrichters geschaltet. Die Schaltelemente der Wechselrichter können beispielsweise beliebige Leistungshalbleiter, wie Transistoren oder Thyristoren, umfassen.
Die übermittelte Phaseninformation kann eine beliebige, für die Generierung von Pulsfolgen für die Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters genutzte Phaseninformation sein. Sie kann die Phasenlage des von dem ersten Dreiphasen-Wechselrichters erzeugten Dreiphasensystems, also der Gesamtheit der erzeugten Ausgangsspannungen, angeben, oder lediglich einen Referenzpunkt für die Phasenlage. Sie kann beispielsweise einmalig, einmal bei jeder Frequenzänderung oder regelmäßig übermittelt werden. Sie kann eine willkürlich festgelegte Null-Grad-Position, also den Ursprung, eines Winkelverlaufs anzeigen. Sie kann auch den jeweiligen Nulldurchgang oder den jeweiligen positiven Nulldurchgang einer ausgewählten Spannung angeben. Eine solche Spannung kann eine für die Ansteuerung genutzte Hilfssinusspannung sein, oder eine an einem Ausgang des angesteuerten Wechselrichters vorliegende Spannung.
Die Taktsignale können im Pulsmustergenerator unmittelbar vorliegende Taktsignale sein, beispielsweise in Form von Interruptsignalen. Sie können aber auch indirekt vorliegen, beispielsweise in Form von Nulldurchgängen einer auf eine bestimmte Frequenz eingestellten Hilfsspannung.
In einer beispielhaften Ausführung liegen die Taktsignale, basierend auf denen die Schaltung Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters generiert, für vorgegebene, feste Winkelschritte vor. Dementsprechend zeigen die übermittelten Taktsignale der Schaltung, die die Taktsignale empfängt und die die Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters generiert, feste Winkelschritte an. Wenn dieser Schaltung der Wert des festen Winkelschritts bekannt ist, hat das den Effekt, dass außer Taktsignalen und Phaseninformation keine weiteren Informationen für die Synchronisierung übermittelt werden müssen.
In einer beispielhaften Ausführung ist die Schaltung der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt eingerichtet, den zweiten Dreiphasen-Wechselrichter basierend auf der erhaltenen Phaseninformation so anzusteuern, dass bereitgestellte Ausgangsspannungen einen vorgegebenen Phasenversatz zu durch den ersten Dreiphasen-Wechselrichter bereitgestellten Ausgangsspannungen aufweisen. In einer beispielhaften Variante dieser Ausführung ist der Phasenversatz dabei ein ganzzahliges Vielfaches des festen Winkelschritts. Hierdurch können die empfangenen Taktsignale in der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt unmittelbar ohne weitere Verschiebung verwendet werden. Wenn zwei oder mehr Dreiphasen-Wechselrichter etwa mit einer Phasenverschiebung von 30°, 60° und/oder 90° zueinander betrieben werden sollen, so könnte für diese Variante beispielsweise ein Winkelschritt von 7.5° genutzt werden.
Alternativ könnten die Taktsignale, basierend auf denen die Pulsmustergeneratoren Pulsfolgen generieren, aber auch in festen Zeitschritten vorliegen. In dem Fall könnte die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt neben den Taktsignalen und der Phaseninformation noch weitere Informationen übermitteln, etwa eine Angabe über eine eingestellte Frequenz.
In einer beispielhaften Ausführung ist die Schaltung der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt dazu eingerichtet, die Taktsignale in Form eines ersten binären Signals bereitzustellen und die Phaseninformation in Form eines weiteren binären Signals bereitzustellen. In einer entsprechenden Ausführung ist die Schaltung der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt dazu eingerichtet, die Taktsignale in Form eines ersten binären Signals zu empfangen und die Phaseninformation in Form eines weiteren binären Signals zu empfangen. Mit der Nutzung von zwei binären Signalen ist eine besonders geringe Datenrate möglich, insbesondere dann, wenn neben Taktsignalen und Phaseninformation keine weiteren Informationen übermittelt werden müssen.
In einer beispielhaften Ausführung werden die Taktsignale und die Phaseninformation über mindestens einen Lichtwellenleiter übertragen. Beispielsweise kann für die Taktsignale und für die Phaseninformation jeweils ein eigener Lichtwellenleiter genutzt werden. Stattdessen könnten die Taktsignale und die Phaseninformation aber beispielsweise auch unter Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen über einen einzigen Lichtwellenleiter übertragen werden.
Eine beispielhafte Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann ein Schnittstellenmodul aufweisen, das dazu eingerichtet ist, bereitgestellte Signale über mindestens einen Lichtwellenleiter an den zweiten Pulsmustergenerator zu übertragen. Das Schnittstellenmodul kann einen Modulator umfassen, der dazu eingerichtet ist, elektrische Signale für die Übertragung in optische Signale umzuwandeln. Das Schnittstellenmodul kann ferner einen Sender für die Übertragung umfassen, beispielsweise mindestens eine Leuchtdiode. Eine beispielhafte Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann entsprechend ein Schnittstellenmodul aufweisen, das dazu eingerichtet ist, Signale über mindestens einen Lichtwellenleiter zu empfangen. Dieses Schnittstellenmodul kann einen Demodulator umfassen, der dazu eingerichtet ist, empfangene optische Signale in elektrische Signale umzuwandeln. Das Schnittstellenmodul kann ferner einen Empfänger für den Empfang von optischen Signalen umfassen, beispielsweise mindestens eine Photodiode.
Die Nutzung mindestens eines Lichtwellenleiters kann den Effekt haben, dass die Signale am zweiten Pulsmustergenerator praktisch ohne Zeitverzögerung ankommen und dass die Übertragung wenig störungsanfällig ist.
Alternativ zu Lichtwellenleitern kann aber ebenso ein beliebiges anderes Medium für die Übertragung der Signale genutzt werden. Hierfür kommt sowohl eine drahtgebundene Verbindung als auch eine Funkverbindung, wie beispielsweise eine ZigBee-basierte Verbindung, in Frage. Bei der Verwendung einer funkbasierten Verbindung könnten für die Taktsignale und für die Phaseninformation zwei verschiedene Kanäle eines Sender-Empfänger-Paares in einer beispielhaften Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und einer beispielhaften Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt verwendet werden.
Jede der vorgestellten Vorrichtungen kann ein Pulsmustergenerator oder eine einen Pulsmustergenerator umfassende Einrichtung sein. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise ein Mikrocontroller, eine Steckkarte oder eine mindestens einen der Dreiphasen-Wechselrichter umfassende Wechselrichteranlage sein. Die Vorrichtung kann in einigen Ausführungsformen auch weitere Komponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Strommesser, einen Spannungsmesser und/oder Schaltkreise, die die Schaltelemente des Wechselrichters basierend auf den Pulsfolgen ein- und gegebenenfalls ausschalten. Die Vorrichtung kann ebenso eine Benutzerschnittstelle aufweisen oder mit einer anderen, eine Benutzerschnittstelle aufweisenden Einrichtung verbunden sein.
Die Erfindung kann für beliebige Einsatzgebiete genutzt werden, in denen ein Mehrphasen-Wechselrichter mit mehr als drei Phasen eingesetzt werden soll. Beispiele sind magnetisches Rühren, Dämpfen oder sonstiges Bewegen mittels Dreh- oder Wanderfelder. Andere mögliche Einsatzgebiete finden sich im Bereich der Antriebstechnik, beispielsweise bei Einsatz mehrphasiger Motoren oder Generatoren, etwa in Windkraftanlagen, oder bei Vorschubantrieben mit Linearmotoren.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines beispielhaften erfindungsgemäßen Systems;
2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Dreiphasen-Wechselrichters;
3 ein schematisches Blockschaltbild mit beispielhaften Details des Systems aus 1;
4 Diagramme, die eine beispielhafte Generierung einer Pulsfolge veranschaulichen;
5 ein Flussdiagram, dass ein beispielhaftes, erfindungsgemäßes Verfahren veranschaulicht;
6 ein Diagramm, das eine alternative beispielhafte Generierung einer Pulsfolge veranschaulicht; und
7 ein schematisches Blockschaltbild einer beispielhaften Schaltung, die in einem System gemäß 1 für eine Generierung von Pulsfolgen gemäß 6 eingesetzt werden kann.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems, in dem zwei Dreiphasen-Wechselrichter zu einem Sechsphasen-Wechselrichter kombiniert werden.
Das System weist einen ersten Pulsmustergenerator (PMG) 11 und einen mit dem ersten Pulsmustergenerator 11 verbundenen ersten Dreiphasen-Wechselrichter 12 auf. Das System weist des Weiteren einen zweiten Pulsmustergenerator 21 und einen mit dem zweiten Pulsmustergenerator 21 verbundenen zweiten Dreiphasen-Wechselrichter 22 auf.
Jeder der Pulsmustergeneratoren 11, 21 kann beispielsweise ein Pulsweitenmodulator (PWM) sein, der Pulsfolgen mit von Eingangssignalen abhängigen, variablen Pulsbreiten generiert.
Jeder der Pulsmustergeneratoren 11, 21 erhält als Eingangssignale eine Vorgabe bezüglich einer gewünschten Amplitude für die Ausgangsspannungen des zugehörigen Dreiphasen-Wechselrichters 12, 22 sowie die Ergebnisse von Messungen am Ausgang des zugehörigen Dreiphasen-Wechselrichters 12, 22, beispielsweise die Ergebnisse von Strom-, Spannungs- und/oder Frequenzmessungen. Zumindest der erste Pulsmustergenerator 11 erhält als zusätzliches Eingangssignal eine Vorgabe bezüglich einer gewünschten Frequenz.
Der erste Pulsmustergenerator 11 ist mit dem zweiten Pulsmustergenerator 21 verbunden.
Die Dreiphasen-Wechselrichter 12, 22 sollen in Kombination als sechsphasiger Wechselrichter eingesetzt werden. Hierzu müssen die von den Dreiphasen-Wechselrichtern 12, 22 bereitgestellten Dreiphasensysteme miteinander synchronisiert sein und einen Phasenversatz von 30° zueinander aufweisen.
Der Ausgang beider Dreiphasen-Wechselrichter 12, 22 kann dann mit einer Last 30 verbunden werden, die sechsphasig mit Strom versorgt werden soll. Bei der Last kann es sich beispielsweise um mit sechsphasigen Feldern zu bewegendes Material oder um einen sechsphasigen Motor handeln.
Der Aufbau der Dreiphasen-Wechselrichter 12, 22 kann identisch sein. 2 zeigt schematisch Details eines beispielhaften Dreiphasen-Wechselrichters.
Der Dreiphasen-Wechselrichter weist einen Anschluss an einen Gleichspannungszwischenkreis auf, an dem eine Gleichspannung Ug bereitgestellt wird, sowie eine Brückenschaltung mit sechs Zweigen, an deren Ausgängen U, V, W ein Dreiphasensystem bereitgestellt wird. Jeder der Brückenzweige des Dreiphasen-Wechselrichter weist mindestens einen Leistungshalbleiter S1–S6 auf, beispielsweise einen Transistor. Zusätzlich zu jedem Transistor können noch eine Freilaufdiode und ein Ansteuerschaltkreis vorhanden sein. Jeder der Leistungshalbleiter S1–S6 wird von einer jeweiligen, von einem Pulsmustergenerator 11, 21 bereitgestellten Pulsfolge gesteuert. Ein Ansteuerschaltkreis kann dabei einen Leistungshalbleiter S1–S6 für die jeweilige Dauer der Pulse einer Pulsfolge einschalten.
Der Dreiphasen-Wechselrichter kann beispielsweise Teil eines Umrichters sein, der zusätzlich einen an ein Drehstromnetz angeschlossenen Gleichrichter und einen Gleichspannungszwischenkreis, der die Gleichspannung Ug zur Verfügung stellt, aufweist.
3 zeigt beispielhafte Details der Pulsmustergeneratoren 11, 21.
Jeder der Pulsmustergeneratoren 11, 21 kann beispielsweise ein Mikrocontroller oder eine Steckkarte sein, oder einen Teil eines Mikrocontrollers und/oder einer Steckkarte und/oder einer anderen Vorrichtung, wie einem Computer, bilden. In 3 sind die Pulsmustergeneratoren 11, 21 als PWM-Karten dargestellt.
Der Pulsmustergenerator 11 weist eine Schaltung auf. Die Schaltung kann einen Prozessor 101 umfassen und, verbunden mit dem Prozessor 101, einen Speicher 102, eine Hardwareschaltung (HW-Schaltung) 103 und eine Modulator/Sender-Einheit 104. Die Hardwareschaltung 103 kann zum Beispiel Zähler, Register und Komparatoren umfassen, sowie eine Schnittstelle zum Ausgeben von sechs Pulsfolgen an den Wechselrichter 12. Des Weiteren kann sie eine Schnittstelle zum Einlesen von Nutzervorgaben über eine angebundene Benutzerschnittstelle (UI – User Interface) und von Messergebnissen von Messungen am Ausgang des Wechselrichters 12 und/oder an der Last umfassen. Der Prozessor 101 ist dazu eingerichtet, ein im Speicher 102 gespeichertes Computerprogramm auszuführen und damit den Pulsmustergenerator 11 zu veranlassen, bestimmte Aktionen durchzuführen. Neben Programmanweisungen, die für die Generierung der Pulsfolgen genutzt werden, sind Programmanweisungen vorhanden, die das Bereitstellen von Signalen für eine Synchronisierung veranlassen. Die Modulator/Sender-Einheit 104 ist eingerichtet, um elektrische Datensignale in optische Datensignale umzuwandeln und über ein Lichtwellenleiterpaar zu übertragen. Die Modulator/Sender-Einheit 104 könnte auch außerhalb der Karte bzw. außerhalb des Pulsmustergenerators 11 angeordnet sein.
Der Pulsmustergenerator 21 weist eine Schaltung auf. Die Schaltung kann einen Prozessor 201 umfassen und, verbunden mit dem Prozessor 201, einen Speicher 202, eine Hardwareschaltung 203 und eine Demodulator/Empfänger-Einheit 204. Die Hardwareschaltung 203 kann zum Beispiel Zähler, Register und Komparatoren umfassen, sowie eine Schnittstelle zum Ausgeben von sechs Pulsfolgen an den Wechselrichter 22. Des Weiteren kann sie eine Schnittstelle zum Einlesen von Nutzervorgaben über eine angebundene Benutzerschnittstelle und von Messergebnissen von Messungen am Ausgang des Wechselrichters 22 und/oder an der Last umfassen. Der Prozessor 201 ist dazu eingerichtet, ein im Speicher 202 gespeichertes Computerprogramm auszuführen und damit den Pulsmustergenerator 21 zu veranlassen, bestimmte Aktionen durchzuführen. Neben Programmanweisungen, die für die Generierung der Pulsfolgen genutzt werden, sind Programmanweisungen vorhanden, die Signale für eine Synchronisierung von einem anderen Pulsmustergenerator einlesen und für die Generierung der Pulsfolgen bereitstellen. Die Demodulator/Empfänger-Einheit 204 ist eingerichtet, um optische Datensignale zu empfangen und in elektrische Datensignale umzuwandeln. Die Demodulator/Empfänger-Einheit 204 könnte auch außerhalb der Karte bzw. außerhalb des Pulsmustergenerators 21 angeordnet sein.
Die Modulator/Sender-Einheit 104 des Pulsmustergenerators 11 ist mit der Demodulator/Empfänger-Einheit 204 des Pulsmustergenerators 21 über ein Lichtwellenleiterpaar 300 verbunden. Die Modulator/Sender-Einheit 104 ist somit ein beispielhaftes Schnittstellenmodul zum Übertragen von Signalen über ein Lichtwellenleiterpaar, und die Demodulator/Empfänger-Einheit 204 ist ein beispielhaftes Schnittstellenmodul zum Empfangen von Signalen über ein Lichtwellenleiterpaar.
Das Programm in Speicher 102 könnte ausschließlich Funktionen eines führenden Wechselrichters 12 unterstützen, und das Programm in Speicher 202 könnten ausschließlich Funktionen eines geführten Wechselrichters 22 unterstützen. Für einen flexiblen Einsatz der Pulsmustergeneratoren 11, 21 sind die Programme jedoch identisch ausgeführt und unterstützen jeweils sowohl Funktionen eines führenden Wechselrichters 12 also aus Funktionen eines geführten Wechselrichters 22. Die Unterscheidung, ob das Programm in einem jeweiligen Pulsmustergenerator Takt- und Phasensignale erzeugt oder empfängt, kann dann von dem Zustand eines Schalters abhängig gemacht werden. Dieser Schalter könnte sich hardwaremäßig als diskreter Schalter auf der Hardwareschaltung der Pulsmustergeneratoren 11, 21 befinden, oder es könnte sich um einen Softwareschalter handeln, der durch Ändern eines Parameters betätigt wird, der beispielsweise von einem Nutzer über die Benutzerschnittstelle des jeweiligen Pulsmustergenerators 11, 21 eingegeben werden kann.
Des Weiteren könnten die beiden Pulsmustergeneratoren 11, 21 vorteilhafterweise, aber nicht notwendigerweise, auch insgesamt identisch ausgeführt werden. Das heißt, sie könnten den gleichen Prozessor 101, 201, den gleichen Speicher 102, 202, das gleiche Programm und die gleiche Hardwareschaltung 103, 203 aufweisen. Beide Pulsmustergeneratoren 11, 21 könnten dann außerdem sowohl eine Modulator/Sender-Einheit als auch eine Demodulator/Empfänger-Einheit umfassen. Alternativ könnte die Modulator/Sender-Einheit 104 bzw. die Demodulator/Empfänger-Einheit 204 aber zum Beispiel auch als Aufsteckmodul jeweils auf den einen bzw. den anderen Pulsmustergenerator 11, 21 aufgesteckt werden. Der oben genannte Schalter könnte dann auch durch eine auf dem Aufsteckmodul vorhandene Kodierung betätigt werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird zur Pulsmustergenerierung durch die Pulsmustergenerator 11, 21 eine Raumzeigermodulation eingesetzt. Für eine Raumzeigermodulation müssen als Sollwerte für die Erzeugung von drei Ausgangsphasenspannungen nur eine Amplitude, wie z.B. ein Effektivwert, und ein Winkel vorgegeben werden.
Die Raumzeigermodulation geht davon aus, dass bezüglich der Ansteuerung der Leistungshalbleiter S1–S6 aus 2 acht verschiedene Zustände möglich sind, die davon abhängen, welche Leistungshalbleiter gerade eingeschaltet sind. Die Zustände sind in folgender Tabelle zusammengefasst:

Zustand Leitende Halbleiter

000 S2, S4, S6

001 S2, S4, S5

010 S2, S3, S6

011 S2, S3, S5

100 S1, S4, S6

101 S1, S4, S5

110 S1, S3, S6

111 S1, S3, S5
Die Zustände 000 und 111 werden dabei auch als Nullzustände bezeichnet, da hier der Ausgang des Wechselrichters jeweils nur mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden ist.
4 zeigt ein Diagramm, in dem die Zustände als Raumzeiger in einem Koordinatensystem dargestellt sind.
Jeder der Zustände ist als ein eine Spannung repräsentierender Vektor V ₀₀₀ bis V ₁₁₁ gezeigt. Die Vektoren V ₀₀₀ und V ₁₁₁ haben dabei eine Länge von Null, so dass sich sechs Sektoren 1–6 zwischen jeweils zwei Vektoren V ₀₀₁ bis V ₁₀₁ ergeben. Zum Erlangen von sinusförmigen Spannungen am Ausgang des Wechselrichters muss in diesem System ein Vektor V so generiert werden, dass er in vorgegebenen Winkelschritten durch die Sektoren rotiert.
Ein solcher Vektor V ist in 4 in Sektor 1 eingezeichnet. In Sektor 1 wird Vektor V generiert, indem die zwei den Sektor 1 begrenzenden Referenzvektoren V ₀₀₁ und V ₀₁₁ zeitlich so gewichtet werden, dass sich Vektor V ergibt. Hierzu erfolg ein abwechselndes Einschalten der Zustände 001 und 011, die den begrenzenden Referenzvektoren V ₀₀₁ und V ₀₁₁ entsprechen, und der Nullzustände 000, 111 mit einer fest vorgegebenen Schaltfrequenz für die Halbleiter. Durch das abwechselnde Einschalten können sowohl der Winkel α des Vektors V in Sektor 1 als auch die Länge des Vektors V, und damit die resultierende Ausgangsspannung, eingestellt werden.
Die für die Abfolge der Zustände erforderliche Pulsfolge für jeden Leistungshalbleiter S1–S6 wird von einem Pulsmustergenerator mit einer bestimmten Phasenlage generiert.
Für Details bezüglich der Berechnung der jeweiligen Einschaltzeitdauer eines Zustands basierend auf einer gewünschten Größe des Vektors V und einem gewünschten Winkel α sowie bezüglich der Pulsfolgegenerierung wird auf das Dokument AN2154 Application note, „Space vector modulation using 8-bit ST7MC microcontroller and ST7MC-KIT/BLDC starter kit", Rev 3, November 2007, der Firma ST Microelectronics verwiesen.
Eine für das Schalten der Leistungshalbleiter genutzte feste Schaltfrequenz kann zum Beispiel an die Möglichkeiten der Leistungshalbleiter optimal angepasst werden, um Schaltverluste zu minimieren. Die Nutzung einer festen Schaltfrequenz erlaubt außerdem die Verwendung von auf die Frequenz fest eingestellten Filtern.
Die Generierung der Pulsfolgen erfolgt jeweils nacheinander für einen schrittweise erhöhten Winkel α, so dass sich ein kontinuierlich rotierender Vektor V ergibt. Der jeweilige Zeitpunkt für die Erhöhung des Winkels basiert auf einem Taktsignal, das von der gewünschten Ausgangsfrequenz abhängt.
5 ist ein Flussdiagram, das ein beispielhaftes, in dem System gemäß 1 bis 3 durchgeführtes Verfahren veranschaulicht, das auf der Raumzeigermodulation basiert. Operationen des Pulsmustergenerators 11 sind auf der linken Seite dargestellt, und Operationen des Pulsmustergenerators 21 sind auf der rechten Seite dargestellt. Die von den Prozessoren 101, 201 durchgeführten oder veranlassten Operationen erfolgen dabei, wenn diese entsprechende Programmanweisungen aus den Speichern 102, 202 auslesen und ausführen.
Beiden Pulsmustergeneratoren 11, 21 können die für die Generierung der Pulsfolgen erforderliche Informationen, wie der gewünschte Winkel α und die gewünschte Größe von V, für den jeweiligen Betrieb vom Nutzer fest vorgegeben werden.
Der Pulsmustergenerator 11 generiert parallel zueinander sechs Pulsfolgen und stellt sie am Ausgang zur Verfügung. Die Berechnung und Einstellung der Pulse erfolgt durch Prozessor 101 basierend auf einer vorgegebenen Taktung, wobei die eigentlichen Pulse dann von der Hardwareschaltung 103 basierend auf fest vorgegebenen Schaltfrequenzen erzeugt werden können. Die Taktsignale für die Taktung geben an, wann der Winkel α des Vektors V um den vorgegebenen Winkelschritt weitergeschaltet werden soll. Somit steht unabhängig von der gewünschten Frequenz für das Ausgangssignal jeweils eine gleiche Anzahl Taktsignale pro Periode zur Verfügung.
Wenn der Winkelschritt bei jedem Taktsignal beispielsweise 7,5° beträgt, so ist der gewünschte Phasenversatz von 30° zwischen den durch die Dreiphasen-Wechselrichter 12 und 22 bereitgestellten Dreiphasensystemen ein ganzzahliges Vielfaches, nämlich das Vierfache, eines Winkelschritts.
Jede der sechs Pulsfolgen wird genutzt, um einen der Leistungshalbleiter S1–S6 des Dreiphasen-Wechselrichters 12 zu steuern.
Der Prozessor 101 stellt die Taktsignale zusätzlich der Modulator/Sender-Einheit 104 bereit. Außerdem stellt der Prozessor 101 der Modulator/Sender-Einheit 104 als Phaseninformation jeweils ein Signal bereit, wenn die Nullposition erreicht ist, wenn also in 4 der Vektor V in Richtung des Vektors V ₀₀₁ zeigt. Die Phaseninformation wird also einmal pro 360° bereitgestellt.
Die Modulator/Sender-Einheit 104 wandelt die Taktsignale in ein erstes binäres optisches Signal, und die die Nullposition anzeigenden Signale in ein zweites binäres optisches Signal. Die binären Signale werden über einen jeweiligen Lichtleiter des Lichtwellenleiterpaars 300 zur Demodulator/Empfänger-Einheit 204 des Pulsmustergenerators 21 übertragen.
Die Demodulator/Empfänger-Einheit 204 empfängt die optischen Signale, wandelt sie in elektrische Signale um und stellte sie dem Prozessor 201 zur Verfügung.
Der Pulsmustergenerator 21 generiert parallel zueinander sechs Pulsfolgen und stellt sie am Ausgang zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter S1–S6 des Dreiphasen-Wechselrichters 22 zur Verfügung. Die Berechnung und Einstellung der Pulse erfolgt durch Prozessor 201 mit der von extern erhaltenen Taktung, wobei die eigentlichen Pulse dann von der Hardwareschaltung 203 basierend auf fest vorgegebenen Schaltfrequenzen erzeugt werden können. Der Prozessor 201 kennt den aktuellen Winkelsollwert. Dieser kann zum Beispiel als Zahlenwert in einem Register des Prozessors 201 hinterlegt sein. Dieser Winkelsollwert wird mit jedem Taktsignal um den vorgegebenen Winkelschritt erhöht. Damit ist eine quasi zeitgleiche Ansteuerung beider Dreiphasen-Wechselrichter 12, 22 möglich. Prozessor 201 geht für den Winkelsollwert von einer Nullposition aus, die einen Phasenversatz von 30° gegenüber der erhaltenen Phaseninformation berücksichtigt.
Die Übermittlung der Phaseninformation könnte auch nur einmal zu Beginn des Betriebszyklus erfolgen. Eine regelmäßige Übermittlung während des Betriebs ermöglicht aber die schnelle Behebung von Fehlern bei Signalstörungen oder von Fehlern wenn ein Winkelschritt von Prozessor 201 nicht oder doppelt erkannt werden sollte.
Bis auf die starre Kopplung der Phasenlagen arbeiten die beiden Pulsmustergeneratoren 11, 21 somit autonom. Insbesondere berechnen sie die notwendigen Ein- und Ausschaltzeitpunkte der Leistungshalbleiter S1–S6 des zugeordneten Dreiphasen-Wechselrichters 12, 22 unabhängig voneinander. Damit wären bei Bedarf auch unterschiedliche Aussteuerungen bezüglich der Amplituden der Ausgangsspannungen oder Ausgangsströme in den verschiedenen Teilsystemen möglich.
Da der Winkelschritt bei der Raumzeigermodulation ohnehin eine der Eingangsgrößen ist, ist das Weiterschalten um einen Winkelschritt bei jedem Taktsignal hier besonders einfach zu realisieren.
Während die Raumzeigermodulation für viele Anwendungsgebiete von besonderem Vorteil ist, könnte aber auch ein beliebiges anderes Verfahren für die Pulsgenerierung eingesetzt werden.
6 veranschaulicht beispielhaft eine Generierung einer Pulsfolge durch einen Pulsmustergenerator 11, 21 mittels des Unterschwingungsverfahrens als einer möglichen Alternative. Grundsätzlich könnten die Leistungshalbleiter S1 und S2 des Wechselrichters aus 2 abwechselnd für jeweils eine halbe Periodendauer eingeschaltet werden, die Leistungshalbleiter S3 und S4 ebenso nur um 120° versetzt und Leistungshalbleiter S5 und S6 ebenso, nur um 240° versetzt. Für die Ansteuerung könnten hierzu sechs zueinander versetzte Pulsfolgen verwendet werden, die jeweils Pulse mit einer Pulsbreite von einer halben Periodendauer und einer nachfolgenden Pause von einer halben Periodendauer aufweisen.
Eine solche Pulsfolge P ist in einem ersten Diagramm in 6 über einem Winkelverlauf φ dargestellt.
Um am Ausgang des Wechselrichters eine annähernd sinusförmige Spannung zu erhalten, kann diese Pulsfolge jedoch zusätzlich abgewandelt werden.
Hierzu kann eine Hilfs-Dreiecksspannung mit einer Sinusspannung einer gewünschten Frequenz verglichen werden. Eine Hilfs-Dreiecksspannung U_D und eine Sinusspannung U_S sind in einem zweiten Diagramm in 6 über dem Winkelverlauf φ dargestellt.
Das dritte Diagramm in 6 zeigt eine aus dem Vergleich resultierende, abgewandelte Pulsfolge P₁ über dem Winkelverlauf φ. Immer, wenn die Dreiecksspannung U_D eine positive Sinusspannung U_S übersteigt, wird ein Puls für eine entsprechende Zeitdauer unterbrochen. Immer wenn die Dreiecksspannung U_D eine negative Sinusspannung U_S unterschreitet, wird während einer entsprechenden Zeitdauer ein zusätzlicher Puls eingefügt.
Aus Gründen der Anschaulichkeit wurde in 6 eine Dreiecksspannung U_D dargestellt, die lediglich die dreifache Frequenz der dargestellten Sinusspannung U_S aufweist. Je höher die Frequenz der Dreiecksspannung U_D im Vergleich zur gewünschten Frequenz der Sinusspannung U_S ist, desto besser kann die Wechselrichterausgangsspannung an eine Sinusform angenähert werden. Gleichzeitig erhöht sich aber auch der Rechenaufwand für den Vergleich. Das macht sich insbesondere bei hohen gewünschten Frequenzen bemerkbar.
Durch die Einstellung des Verhältnisses von der Amplitude der Sinusspannung U_S zu der Amplitude der Dreiecksspannung U_D kann die Amplitude der Ausgangsspannung eines Wechselrichters beeinflusst werden.
Die notwendigen Auswertungen der Spannungen U_D, U_S können mittels einer reinen Hardwareschaltung erfolgen, oder mittels eines entsprechende Programmanweisungen ausführenden Prozessors oder mittels einer mit einem Prozessor zusammenwirkenden Hardwareschaltung.
Es versteht sich, dass die berücksichtigten Spannungen U_D und U_S insbesondere bei einer prozessorbasierten Auswertung nicht als reale Spannungen vorliegen müssen, sondern durch Parameter definierte Modelle sein können, die als Berechnungsgrundlage verwendet werden.
In einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgen die Berechnungen für die Pulsfolge in festen Winkelschritten, unabhängig von der gewünschten Ausgangsfrequenz. Hierzu kann einem Prozessor oder einer Hardwareschaltung ein jeweiliger Winkelschritt durch ein Taktsignal angezeigt werden.
7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer beispielhaften Hardwareschaltung, mit der eine Pulsfolge für einen Leistungshalbleiter eines Dreiphasen-Wechselrichters gemäß 2 mittels des Unterschwingungsverfahrens in festen Winkelschritten erzeugt werden kann.
Die Hardwareschaltung kann Teil einer beispielhaften Ausführungsform eines Pulsmustergenerators 11 gemäß 1 sein. Sie umfasst einen Zähler 41, der über einen Speicher 42, einen Digital-Analog-Wandler (D/A Wandler) 43 und einen Multiplizierer 44 mit einem Komparator 45 verbunden ist. Der Zähler 41 umfasst einen Eingang für ein Taktsignal und einen Reset-Eingang. Der Multiplizierer 44 weist einen zweiten Eingang für eine Amplitude auf, und der Komparator 45 weist einen zweiten Eingang für eine Dreiecksspannung auf.
Der Speicher 42 kann beispielsweise ein EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) oder ein ähnlicher Speicher sein. In dem Speicher 42 sind an aufeinander folgenden Adressen die Sinuswerte für in festen Schritten aufeinander folgende Winkel abgelegt. Betragen die Winkelschritte beispielsweise 7,5°, so kann die Zuordnung von Werten zu Adressen wie folgt sein:

Adresse 0 Wert = 0 (sin 0°)

Adresse 1 Wert = 0,1305 (sin 7,5°)

Adresse 2 Wert = 0,2588 (sin 15°)

..

Adresse 47 Wert = –0,1305 (sin 352,5°)
Der Zähler 41 adressiert diesen Speicher 42. Ausgehend von einem Wert von 0 wird der Zählerstand des Zählers 41 mit einem Taktsignal jeweils um den Wert 1 erhöht, der Speicher 42 wird mit dem aktuellen Zählerstand adressiert, und der Wert des Speichers 42 an der entsprechenden Adresse wird ausgegeben. Bei einem Winkelschritt von 7,5° ergeben sich 48 notwendige Speicherplätze (0 .. 47). Nach der Adresse 47 muss jeweils wieder die Adresse 0 aufgerufen werden. Ein eine Phaseninformation repräsentierendes Signal setzt hierzu den Zähler 41 über den Reset-Eingang auf den Zählerstand 0 zurück.
Der von dem Speicher 42 ausgegebene digitale Zahlenwert wird dem D/A-Wandler 43 zugeführt, der den digitalen Zahlenwert in ein entsprechendes analoges Spannungssignal umwandelt. Der Multiplizierer 44 multipliziert das analoge Signal mit einer einstellbaren Amplitude. Die Amplitude kann beispielsweise als Prozentsatz 0 ... 100% einer maximal vorgesehenen Amplitude eingestellt werden. Der Komparator 45 vergleicht das Spannungssignal am Ausgang des Multiplizierers 44 mit einer Dreiecksspannung fester Frequenz. Immer dann, wenn die vom Multiplizierer 44 gelieferte Spannung größer ist als die Dreiecksspannung wird ein Puls ausgegeben, so dass sich am Ausgang des Komparators 45 eine Pulsfolge ergibt.
Für einen dreiphasigen Wechselrichter werden drei derartige Schaltungen benötigt. Dabei wird jedoch derselbe Zähler 41 für alle drei Schaltungen verwendet, so dass die drei Speicher 42 der drei Schaltungen parallel zueinander adressiert werden. Die in den Speichern 42 gespeicherten Sinuswerte sind jeweils um 120° zueinander verschoben. Der Ausgang der Komparatoren 45 der drei Schaltungen wird jeweils zusätzlich invertiert, so dass insgesamt sechs Pulsfolgen zum Ansteuern der sechs Leistungshalbleiter S1–S6 zur Verfügung stehen.
Anstelle der in 7 gezeigten Hardwareschaltung kann beispielsweise auch ein Mikroprozessor verwendet werden, um die beschriebenen Berechnungen entsprechend durchzuführen.
Bei einem beispielhaften Einsatz des Unterschwingungsverfahrens in einem System gemäß 1 und 2 generiert der Pulsmustergenerator 11 parallel zueinander sechs Pulsfolgen und stellt sie am Ausgang zur Verfügung. Hierzu können drei wie in 7 dargestellte Schaltungen mit gemeinsamem Zähler 41 eingesetzt werden. Die Taktsignale für den Zähler 41 werden in vorgegebenen Winkelschritten erzeugt. Das heißt, die Taktsignale haben keinen zeitlich konstanten Abstand zueinander, sondern einen Abstand der einem bestimmten Phasenwinkel bei der gewünschten Frequenz eines Dreiphasensystems am Ausgang des Dreiphasen-Wechselrichters 12 entspricht. Jede der sechs Pulsfolgen wird genutzt, um einen der Leistungshalbleiter S1–S6 des Dreiphasen-Wechselrichters 12 zu steuern.
Die Taktsignale werden zusätzlich einem Modulator des Pulsmustergenerators 11 bereitgestellt. Außerdem wird dem Modulator als Phaseninformation jeweils ein Signal bereitgestellt, wenn der Zähler 41 zurückgesetzt wird und somit eine der Sinusspannungen einen Nulldurchgang aufweist. Der Modulator wandelt die Taktsignale in ein erstes binäres optisches Signal, und die einen Spannungsnulldurchgang anzeigenden Signale in ein zweites binäres optisches Signal. Ein Sender des Pulsmustergenerators 11 überträgt sendet die binären Signale über einen jeweiligen Lichtleiter eines Lichtwellenleiterpaars zu einem Empfänger des Pulsmustergenerators 21.
Der Empfänger empfängt die optischen Signale. Ein Demodulator des Pulsmustergenerators 21 wandelt sie in elektrische Signale um und stellte sie als Taktsignal und Phaseninformation zur Verfügung.
Der Pulsmustergenerator 21 generiert parallel zueinander sechs Pulsfolgen und stellt sie am Ausgang zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter S1–S6 des Dreiphasen-Wechselrichters 22 zur Verfügung. Hierzu können ebenfalls drei wie in 7 dargestellte Schaltungen mit gemeinsamem Zähler 41 eingesetzt werden. Taktsignal und Phaseninformation für diesen Zähler 41 werden von dem Demodulator des Pulsmustergenerators 21 geliefert.
Damit ist eine quasi zeitgleiche Ansteuerung beider Dreiphasen-Wechselrichter 12, 22 möglich. Der Winkelschritt ist durch die Zahlenwerte in den Speichern 42 festgelegt, und bei Verwendung des gleichen Taktsignals ergibt sich auch die gleiche Frequenz für die Ansteuerung der Dreiphasen-Wechselrichter 12, 22. Zumindest bezüglich der Sinusspannung wird zusätzlich ein Phasenversatz von beispielsweise 30° berücksichtigt.
Um einen festen Phasenversatz zwischen den beiden Dreiphasen-Wechselrichtern 12, 22 von 30° zu realisieren, werden in dem ersten Speicher 42 des geführten Pulsmustergenerators 21 die Sinuswerte von 30° beginnend abgelegt. Mit den beispielhaft angenommenen Winkelschritten von 7.5° kann die Zuordnung von Werten zu Adressen kann somit wie folgt sein:

Adresse 0 Wert = 0,5 (sin 30°)

Adresse 1 Wert = 0,6088 (sin 37,5°)

Adresse 2 Wert = 0,7071 (sin 45°)

..

Adresse 47 Wert = 0,3827 (sin 22,5°)

Eine beispielhafte Zuordnung von Werten zu Adressen für die drei Speicher 42 des Pulsmustergenerators 21 ist in folgender Tabelle zusammengefasst:

	1. Speicher	2. Speicher	3. Speicher
Adresse 0	(sin 30°)	(sin 150°)	(sin 270°)
Adresse 1	(sin 37,5°)	(sin 157,5°)	(sin 277,5°)
Adresse 2	(sin 45°)	(sin 165°)	(sin 285°)
..
Adresse 47	(sin 22,5°)	(sin 142,5°)	(sin 262,5°)

Bis auf die starre Kopplung der Phasenlagen arbeiten die beiden Pulsmustergeneratoren 11, 21 wiederum autonom.
Es versteht sich, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind, die im Rahmen der Ansprüche auf vielfältige Weise modifiziert und/oder ergänzt werden können. Insbesondere kann jedes im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschriebene Merkmal alleine oder in beliebiger Kombination mit anderen beschriebenen Merkmalen eingesetzt werden. Ferner können sämtliche für eine Kategorie der Erfindung beschriebene Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination auch für jede andere Kategorie der Erfindung entsprechend eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Space vector modulation using 8-bit ST7MC microcontroller and ST7MC-KIT/BLDC starter kit“, Rev 3, November 2007 [0066]

Claims

Vorrichtung (11) zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter (22), umfassend einen Pulsmustergenerator (11) mit einer Schaltung (101, 102, 103), die dazu eingerichtet ist, Pulsfolgen basierend auf Taktsignalen und einer Phaseninformation zu generieren, wobei die Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schaltung (101, 102, 103) ferner dazu eingerichtet ist, für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Taktsignale und eine für das Generieren von Pulsfolgen genutzte Phaseninformation zur Übertragung an einen zweiten, Pulsfolgen für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters (22) generierenden Pulsmustergenerator (21) bereitzustellen.
Vorrichtung (11) gemäß Anspruch 1, wobei die Taktsignale, basierend auf denen die Schaltung (101, 102, 103) Pulsfolgen generiert, für vorgegebene, feste Winkelschritte vorliegen.
Vorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schaltung (101, 102, 103) dazu eingerichtet ist, die Taktsignale in Form eines ersten binären Signals bereitzustellen und die Phaseninformation in Form eines weiteren binären Signals bereitzustellen.
Vorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein Schnittstellenmodul (104), das dazu eingerichtet ist, bereitgestellte Signale über eines der folgenden Medien an den zweiten Pulsmustergenerator (21) zu übertragen: – mindestens einen Lichtwellenleiter (300); – mindestens eine drahtgebundene Verbindung; oder – eine funkbasierte Verbindung.
Vorrichtung (21) zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter (22), umfassend einen Pulsmustergenerator (21) mit einer Schaltung (201, 202, 203), die dazu eingerichtet ist, Pulsfolgen basierend auf Taktsignalen und einer Phaseninformation zu generieren, wobei die Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters (22) bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schaltung (201, 202, 203) ferner dazu eingerichtet ist, Taktsignale und eine Phaseninformation von einem Pulsfolgen für eine Ansteuerung des erste Dreiphasen-Wechselrichters (12) generierenden Pulsmustergenerator (11) zu empfangen, und – die Schaltung (201, 202, 203) ferner dazu eingerichtet ist, Pulsfolgen basierend auf den empfangenen Taktsignalen und der empfangenen Phaseninformation zu generieren.
Vorrichtung (21) gemäß Anspruch 5, wobei die empfangenen Taktsignale vorgegebene, feste Winkelschritte angeben.
Vorrichtung (21) gemäß Anspruch 6, wobei die Schaltung (201, 202, 203) eingerichtet ist, den zweiten Dreiphasen-Wechselrichter (22) basierend auf der erhaltenen Phaseninformation so anzusteuern, dass bereitgestellte Ausgangsspannungen einen vorgegebenen Phasenversatz zu durch den ersten Dreiphasen-Wechselrichter (12) bereitgestellten Ausgangsspannungen aufweisen, und wobei der Phasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches des festen Winkelschritts ist.
Vorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Schaltung (201, 202, 203) dazu eingerichtet ist, die Taktsignale in Form eines ersten binären Signals zu empfangen und die Phaseninformation in Form eines weiteren binären Signals zu empfangen.
Vorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner umfassend ein Schnittstellenmodul (204), das dazu eingerichtet ist, die Taktsignale und die Phaseninformation über eines der folgenden Medien zu empfangen: – mindestens einen Lichtwellenleiter (300); – mindestens eine drahtgebundene Verbindung; oder – eine funkbasierte Verbindung.
System umfassend eine Vorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und mindestens eine Vorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9.
Verfahren zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter (22), wobei ein erster Pulsmustergenerator (11) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) generiert und wobei ein zweiter Pulsmustergenerator (21) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters (22) generiert gekennzeichnet durch – das Übermitteln von von dem ersten Pulsmustergenerator (11) für das Generieren von Pulsfolgen genutzten Taktsignalen und einer von dem ersten Pulsmustergenerator (11) für das Generieren von Pulsfolgen genutzten Phaseninformation an den zweiten Pulsmustergenerator (21), und – das Generieren von Pulsfolgen durch den zweiten Pulsmustergenerator (21) basierend auf den übermittelten Taktsignalen und der übermittelten Phaseninformation.
Computerprogramm zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter (22), wobei ein erster Pulsmustergenerator (11) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) generiert und wobei ein zweiter Pulsmustergenerator (21) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters (22) generiert, wobei das Computerprogramm dazu eingerichtet ist, eine Vorrichtung (11) zu veranlassen, Folgendes durchzuführen, wenn es von einem Prozessor (101) ausgeführt wird: – Übermitteln von von dem ersten Pulsmustergenerator (11) für das Generieren von Pulsfolgen genutzten Taktsignalen und einer von dem ersten Pulsmustergenerator (11) für das Generieren von Pulsfolgen genutzten Phaseninformation an den zweiten Pulsmustergenerator (21).
Computerprogramm zum Synchronisieren eines ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) mit mindestens einem zweiten Dreiphasen-Wechselrichter (22), wobei ein erster Pulsmustergenerator (11) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des ersten Dreiphasen-Wechselrichters (12) generiert und wobei ein zweiter Pulsmustergenerator (21) Pulsfolgen als Grundlage für eine Ansteuerung des zweiten Dreiphasen-Wechselrichters (22) generiert, wobei das Computerprogramm dazu eingerichtet ist, eine Vorrichtung (21) zu veranlassen, Folgendes durchzuführen, wenn es von einem Prozessor (201) ausgeführt wird: – Empfangen von vom ersten Pulsmustergenerator (11) übermittelten Taktsignalen und einer vom ersten Pulsmustergenerator (11) übermittelten Phaseninformation, und – Generierens von Pulsfolgen im zweiten Pulsmustergenerator (21) basierend auf den empfangenen Taktsignalen und der empfangenen Phaseninformation.