DE102019208524A1 - Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Wechselrichters - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, wobei Pulsweitenmodulierungs-Werte („PWM-Werte“) von wenigstens zwei Phasen in wenigstens zwei Perioden eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Einstellung der PWM-Werte der einzelnen Phasen in einer Strommessungsperiode erfolgt, in der eine Strommessung wenigstens eines Stroms der elektrischen Maschine durchgeführt wird, und in Abhängigkeit der in der Strommessungsperiode eingestellten PWM-Werte eine Einstellung der PWM-Werte der Phasen in wenigstens einer weiteren Periode durchgeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, wobei Pulsweitenmodulierungs-Werte („PWM-Werte“) von wenigstens zwei Phasen in wenigstens zwei Perioden eingestellt werden.
• Für die Ansteuerung von Gleichstrom- und Drehfeldmaschinen werden überwiegend Spannungszwischenkreis-Wechselrichter („Wechselrichter“) verwendet, beispielsweise für eine Drehfeldmaschine. Mittels unterschiedlichen Modulationsverfahren können die gewünschten Spannungen (z.B. für die Drehfeldmaschine) am Ausgang des Wechselrichters durch Generierung von Pulsweitenmodulierungs-Werten („PWM-Werte“) eingestellt werden. Die generierten PWM-Werte aus der Regelung oder der Steuerung zur Erzeugung eines bestimmten Spannungsvektors ändern sich dabei mit der gewünschten Spannungsfrequenz und -amplitude.
• Als Schaltelemente im Wechselrichter werden Halbleiter, beispielsweise MOSFET, IGBT, Thyristoren, GTO usw. verwendet. Das Ausschalten eines Halbleiters geschieht nicht sprungförmig, es benötigt eine gewisse Zeit („Sperrzeit“ oder „Totzeit“) bis alle Ladungen im Sperrbereich des Halbleiters ausgeräumt werden. Erst danach wird der Halbleiter ganz ausgeschaltet. Diese Totzeit hängt von den verwendeten Halbleitern ab, wobei diese beispielsweise beim MOSFET unter 1µs und beim IGBT zwischen 1µs und 5µs liegen kann.
• In einem Wechselrichter dürfen ferner die zwei komplementären Schaltelemente in einer Phase niemals gleichzeitig eingeschaltet werden, da dies andernfalls zum Kurzschluss des Zwischenkreises führen kann, was eine Zerstörung des Zwischenkreiskondensators und der Schaltelemente zur Folge haben könnte. Aus diesem Grund wird in der Regel eine Verriegelzeit zwischen dem Ausschalten eines Schaltelements (bis alle Ladungen ausgeräumt wurden) und dem Einschalten des komplementären Schaltelements bestimmt, beispielsweise in Abhängigkeit der Totzeit.
• Für die Durchführung einer feldorientierten Regelung („FOR“), beispielweise für eine permanenterregte Synchronmaschine („PSM-Maschine“) sind neben der Rotorposition und der Zwischenkreisspannung Informationen über die Phasenströme erforderlich um die Rückführung der zu regelnden Größen (beispielsweise d,q-Ströme) zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass Strommesssensoren zur Messung der Ströme benötigt werden.
• Üblicherweise werden zwei Strommesssensoren für die Strommessung der üblicherweise drei Phasen der elektrischen Maschine verwendet, um alle drei Phasenströme der elektrischen Maschine zu ermitteln. Dabei werden zwei Phasenströme (z.B. Is1 und Is2) gemessen und die dritte Phase durch die Gleichung Is_3 = -Is_1 - Is_2 berechnet. In anderen Anwendungen wird jeder Phasenstrom der drei Phasen über eine jeweilige Strommessung direkt gemessen.
• Für die Abtastung der Phasenströme mit einer Erfassungseinrichtung, beispielsweise einer Shunt-Messeinrichtung (in der Regel am Ende einer Schaltperiode des Wechselrichters), benötigt man einen Mindestzeitabstand („T_minMess“) zwischen zwei benachbarten Schaltflanken des Wechselrichters, um eine saubere Strommessung durchzuführen. Im Wechselrichter sind zusätzlich zum Shunt-Widerstand StreuInduktivitäten sowie kleine Kapazitäten vorhanden. Diese verursachen bei jeder Flanke ein schwingendes Verhalten, was erst nach einer gewisser Zeit ausklingt. Deswegen wird der Mindestzeitabstand benötigt, um nicht während dieses Einschwingverhaltens den Strom fälschlicherweise abzutasten.
• Auch für LEM-Wandler als Messsensor ist ein Mindestzeitabstand „T_minMess“ zu einer schaltenden Flanke wichtig, um die Strommessung nicht zu beeinträchtigen. In der Regel ist der Mindestzeitabstand bei einem LEM-Wandler kleiner als bei einer Shunt-Messung. Üblicherweise ist der Regler-Zyklus T_A gleich der Schaltperiode des Wechselrichters T_s =1/f_S, vor allem bei Traktionsantrieben mit kleinen Schaltfrequenzen des Wechselrichters f_S, beispielsweise wegen des Einsatzes von IGBT. Deswegen ist die Berücksichtigung des Mindestzeitabstandes für jede Schaltperiode des Wechselrichters notwendig.
• Für Stellantriebe in der Automobileindustrie werden meistens kostengünstige Controller eingesetzt. Dabei wird der Regler nur in großen Zeitabständen aufgerufen. Die eingesetzten Wechselrichter in solchen Antrieben sind meistens MOSFET- Wechselrichter mit hohen Schaltfrequenzen. Das führt dazu, dass die Schaltfrequenz des Wechselrichters als ein Vielfaches des Regler-Zyklus ausgewählt wird.
• Der Regler-Zyklus (bzw. Task) bildet in diesem Fall eine Vielzahl der Schaltperiode (PWM-Periode) des Wechselrichters T_s. Wobei die PWM-Periode dem Inversen der Wechselrichter-Frequenz entspricht. Die Strommessung geschieht nur einmal in einem Regler-Zyklus. Üblicherweise werden die Phasenströme am Ende der letzten PWM-Periode eines (vorherigen) Regler-Zyklus abgetastet und gemessen. Bei solchen „Low-Cost-Antrieben“ werden kostengünstige Strommesseinrichtungen verwendet, die einen großen Mindestzeitabstand T_minMess benötigen.
• Jede PWM-Staffel PWM_uvw(i) einer PWM-Periode (i) enthält die PWM-Werte für die Phase u PWM_u(i), für die Phase v PWM_v(i) und für die Phase w PWM_w(i). Diese bilden im Mittel einen gewünschten Spannungsvektor in der PWM-Periode (i). Die PWM-Staffeln können gleich oder unterschiedlich sein. Der Mindestzeitabstand ist nicht immer in jeder Schaltperiode des Wechselrichters T_s verfügbar, da die Regelung/Steuerung der elektrischen Maschine wegen des Drehfeldes innerhalb einer elektrischen Periode und der maximalen Ausnutzung der elektrischen Maschine die volle Ansteuerung jeder Phase fordert. D.h. in bestimmten Arbeitspunkten (hohe Drehzahlen) werden PWM-Werte nahe 100% gefordert. Dies führt dazu, dass die jeweilige Phase nicht genug Zeitabstand zwischen zwei benachbarten Flanken in einer Schaltperiode des Wechselrichters gewährleiten kann, was eine Beeinträchtigung der Strommessung verursacht.
• Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die PWM-Werte aufgrund des Mindestzeitabstandes für die Strommessung einfacherweise auf einen maximalen Wert abzuschneiden, um den Mindestzeitabstand zu gewährleisten. Dies führt üblicherweise zu einem Spannungsabfall (Verluste) und akustischen Problemen. Wobei bei derartigen Antrieben mit mehrfacher PWM-Ausgabe nur diejenige PWM-Periode abgeschnitten wird, in welcher die Strommessung stattfindet. Trotzdem sind Beeinträchtigungen des Spannungsvektors (Reduktion der Leistung) sowie akustische Probleme bei einer solchen Vorgehensweise nicht vermeidbar.
• Zusätzlich zu dem Mindestzeitabstand für die Strommessung benötigt man, wie bereits beschrieben, im Wechselrichter eine Mindestzeit (Sperrzeit, „T_mind“), um einen Halbleiter ein- und auszuschalten. Dies führt dazu, dass der Wechselrichter in jeder PWM-Periode bzw. Schaltperiode T_s für jede Phase eine Mindestzeit benötigt. Damit wird der PWM-Wert in jeder Phase durch einen minimalen Wert, der nicht unterschritten werden darf und durch einen maximalen Wert, der nicht überschritten werden darf, begrenzt.
• Wird eine Maschine bei hohen Drehzahlen betrieben, so wird eine hohe Spannung aus dem Wechselrichter benötigt, um ein maximales Drehmoment trotz Spannungsabfällen aufgrund induzierter Spannung sowie ohmschen und induktiven Verlusten zu erreichen. In solchen Betriebsfällen werden hohe PWM-Werte und kleine PWM-Werte aus dem Regler gefordert. In diesem Fall können die PWM-Werte nicht mehr eingestellt werden, weil ein Teil der Schaltperiode eines Wechselrichters für das Ein- und Ausschalten der komplementären Halbleiter verwendet wird.
• In „Low-Cost-Varianten“ werden in einer Regler-Periode mehrere PWM-Werte ausgegeben. Alle PWM-Perioden müssen wegen der Sperrzeit auf einen maximalen und minimalen Wert begrenzt werden. Eine davon (in der Regel die letzte PWM-Periode des Reglerzyklus) wird wegen der Strommessung zusätzlich auf einen maximalen PWM-Wert PWM_MessMax begrenzt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Wechselrichters anzugeben, insbesondere die Spannungsausnutzung des Wechselrichters bzw. der elektrischen Maschine zu verbessern und niedrigere Verzerrungen der Spannungen der elektrischen Maschine zu erreichen.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine erste Einstellung der PWM-Werte der einzelnen Phasen in einer Strommessungsperiode erfolgt, in der eine Strommessung wenigstens eines Stroms der elektrischen Maschine durchgeführt wird, und in Abhängigkeit der in der Strommessungsperiode eingestellten PWM-Werte eine Einstellung der PWM-Werte der Phasen in wenigstens einer weiteren Periode durchgeführt wird.
• Demnach werden die PWM-Werte der Maschine moduliert, um die zuvor beschriebenen Nachteile zu überwinden und die beschrieben Vorteile zu erreichen, insbesondere eine höhere Ausnutzung der Spannung und niedrige Verzerrungen, wobei die festgelegten Bedingungen (definierte Strommessung und Berücksichtigung der Sperrzeit des Wechselrichters) eingehalten werden. Vor allem bei mehrfacher Ausgabe der PWM-Werte innerhalb eines Regler-Zyklus lässt sich die Spannung der elektrischen Maschine anhand der PWM-Korrektur besser wiederherstellen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, den ursprünglichen Spannungsvektor der einzelnen Phasen in der Periode beizubehalten und diese nicht durch das auf der Sperrzeit bzw. dem Mindestzeitabstand basierenden Abschneiden zu verzerren. Stattdessen wird zunächst die Strommessungsperiode betrachtet, also diejenige Periode in der die Strommessung des Stroms der elektrischen Maschine durchgeführt wird. Dabei kann basierend auf den eingestellten Werten, insbesondere PWM-Werten der Phasen in der Strommessungsperiode, eine Einstellung der PWM-Werte der Phasen in wenigstens einer weiteren Periode durchgeführt werden, insbesondere können sämtliche weiteren Perioden des Zyklus basierend auf den veränderten Phasen in der Strommessungsperiode eingestellt werden. Mit anderen Worten kann die Änderung der PWM-Werte in der PWM-Periode für die Strommessung zuerst vorgenommen werden, d.h. in der Strommessungsperiode die PWM-Werte der einzelnen Phasen zuerst verändert werden und anschließend die PWM-Werte der benachbarten PWM-Perioden.
• Wegen der Sperrzeit im Wechselrichter ist eine Mindestzeit T_mind zu berücksichtigen. Will man diese auf die einzelnen PWM-Werte umrechnen, darf der PWM-Wert jeder Phase nicht größer sein als ein maximaler Wert (in der Regel 100%) vermindert um einen Anteil des Mindestzeitabstandes T_mind aus der Schaltperiode des Wechselrichters. Zusätzlich darf jeder PWM-Werte nicht kleiner sein als ein minimaler Wert (in der Regel 0%) erhöht um einen Anteil der Mindestzeit T_mind aus der Schaltperiode des Wechselrichters.
• Um die erste Bedingung (Berücksichtigung der Sperrzeit) zu erfüllen, werden zwei Grenzwerte der PWM-Werte definiert, die bei jeder Berechnung berücksichtigt werden sollen. Ein minimaler PWM-Wert PWM_mind zur Gewährleistung der Schaltung zweier komplementärer Schaltelemente aufgrund der Sperrzeit: $$PWM\_\text{min }d=100\%*\frac{T\_\text{min }d}{T\_s}$$

  
• Wenn keine Strommessung in einer PWM-Periode benötigt wird, muss für den PWM-Wert ein maximaler Wert PWM_maxd berücksichtigt werden. Der maximale PWM-Wert PWM_maxd dient der Gewährleistung der Schaltung zweier komplementärer Schaltelemente (Halbleiter) wegen der Sperrzeit: $$PWM\_maxd=100\%\ast \frac{T\_s-T\_mind}{T\_s}$$

  
• Für die Strommessungsperiode ist weiterhin ein Mindestzeitabstand T_minMess zu berücksichtigen, um eine saubere Strommessung durchzuführen. Will man diesen auf die PWM-Werte umrechnen, darf der PWM-Wert jeder Phase nicht größer sein als der maximal mögliche Wert (in der Regel 100%) vermindert um einen Anteil des Mindestzeitabstandes T_minMess aus der Schaltperiode des Wechselrichters T_s. In der Regel ist dieser Mindestzeitabstand T_minMess größer als T_mind. Dies führt dazu, dass zusätzlich in der Schaltperiode des Wechselrichters mit Strommessung ein maximaler Wert PWM_maxMess berücksichtigt werden soll: $$PWM\_MaxMess=100\%\ast \frac{T\_s-T\_minMess}{T\_s}.$$

  
• Ferner kann bei dem Verfahren zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters vorgesehen sein, dass eine Sortierung der PWM-Werte der einzelnen Phasen der Periode durchgeführt wird, wobei die Phasen nach der Größe der PWM-Werte sortiert werden. Für die optimale Modulation der PWM-Werte jeder PWM-Staffel werden zuerst die PWM-Werte durch einen direkten Vergleich ihrer Größe nach sortiert. Dabei erhält man, beispielsweise für drei Phasen, den größten PWM-Wert PWM_1, den mittleren PWM-Wert PWM_2 und den kleinsten PWM-Wert PWM_3 für jede PWM-Periode i (wobei i=1... k). Selbstverständlich ist die Anzahl der Phasen anderweitig wählbar. Wobei k die Anzahl der PWM-Perioden in einem Regler-Zyklus ist. Die PWM-Werte PWM_1, PWM_2 und PWM_3 können die PWM-Werte PWM_u oder PWM_v oder PWM_w der drei Phasen der elektrischen Maschine (U, V und W) sein. In nachfolgender Tabelle sollen mögliche Kombinationen bei verschiedenen Größenverhältnissen der einzelnen PWM-Werte dargestellt werden:

  Kombination	PWM-Werte sortiert
  Fall 6	PWM_w > PWM_v > PWM_u
  Fall 5	PWM_w > PWM_u > PWM_v
  Fall 4	PWM_v > PWM_w > PWM_u
  Fall 3	PWM_v > PWM_u > PWM_w
  Fall 2	PWM_u > PWM_w > PWM_v
  Fall 1	PWM_u > PWM_v > PWM_w

• Nachdem der PWM-Wert PWM_mind (Gl. 1) als minimale Grenze und der PWM-Wert PWM_maxd (Gl. 2) als maximale Grenze ermittelt wurde, können diese beiden Grenzen berücksichtigt werden, um die Funktionalität des Wechselrichters zu gewährleisten sowie Schäden (Kurzschluss) zu vermeiden. Dazu muss der PWM-Wert in einer PWM-Periode mit Strommessung zusätzlich den PWM-Wert PWM_maxMess (Gl. 3) berücksichtigen, um eine saubere Strommessung zu gewährleisten. Nachdem die einzelnen PWM-Werte ihrer Größe nach sortiert wurden, ist es möglich, den größten PWM-Wert zu betrachten. Insbesondere kann eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem größten PWM-Wert in Bezug auf einen ersten in Abhängigkeit einer Messzeit für eine Strommessung festgelegten Schwellenwert PWM_maxMess festgestellt werden. Insbesondere kann PWM_maxMess nach Gleichung 3 bestimmt werden. Demnach kann in Abhängigkeit des vorliegenden Falls derjenige PWM Wert der größten Phase bzw. derjenigen Phase U, V, W mit dem größten PWM-Wert in Bezug auf den ersten Schwellenwert PWM_maxMess untersucht werden. Insbesondere kann festgestellt werden, ob der PWM-Wert oberhalb oder unterhalb des ersten festgelegten Schwellenwerts liegt oder ob dieser angenommen wird.
• Ziel ist es, falls der PWM-Wert einer Phase größer als PWM_maxd (bzw. PWM_maxMess) oder kleiner als PWM_mind ist, diese nicht, wie im Stand der Technik üblich, auf PWM_maxd (bzw. PWM_maxMess) oder PWM_mind zu begrenzen, sondern die PWM-Werte der beiden anderen Phasen so zu ändern, dass es möglich ist, der Phase einen PWM-Wert von 0% (bzw. PWM_mind) oder 100% (bzw. PWM_maxd oder PWM_maxMess) zuzuweisen ohne den ursprünglichen Spannungsvektor zu beeinträchtigen bzw. nur minimal zu ändern.
• Damit benötigt man in der Phase mit einem PWM-Wert von 0% oder 100% kein Ein- und Ausschalten der beiden komplementären Schaltelemente (Halbleiter), weil nur ein Schaltelement durchgeschaltet ist. Zusätzlich dazu sind Schaltflanken in dieser Phase bei 100% nicht vorhanden, was die Strommessung in dieser Phase nicht beeinträchtigen kann. Wird der PWM-Wert auf PWM_mind, oder PWM_maxd bzw. PWM_maxMess gesetzt, so sind die Mindestzeitabstände für eine saubere Strommessung und sauberes Umschalten der beiden komplementären Halbleiter in einer Phase gewährleistet.
• Nachdem der größte PWM-Wert PWM_1 aus den drei PWM-Werten ermittelt und der entsprechende Fall festgestellt wurde, kann PWM_1 moduliert werden. Dazu kann zunächst die Lage des PWM-Werts PWM_1 überprüft werden. Das Verfahren kann insbesondere dahingehend weitergebildet werden, dass bei Unterschreiten des ersten Schwellenwerts PWM_maxMess die PWM-Werte aller Phasen unverändert bleiben und bei Annehmen oder Überschreiten des ersten Grenzwerts PWM_maxMess eine zweite Überprüfung durchgeführt wird.
• Des Weiteren ist es möglich, dass in der zweiten Überprüfung die Lage des veränderten größten PWM-Werts in Bezug auf einen zweiten Schwellenwert $\begin{array}{l}PWM\_maxMessZ\text{ festgestellt wird}\text{, insbesondere mit }PWM\_maxMessZ=\hfill \\ PWM\_maxMess+\frac{\left(100\%-PWM\_maxMess\right)}{2}.\hfill \end{array}$

  
• Ferner kann vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten des zweiten Schwellwerts PWM_maxMessZ der veränderte PWM-Wert der ersten Phase (PWM_1n) für die erste Periode auf den ersten Schwellenwert PWM_maxMess verändert wird und bei Annehmen oder Überschreiten des zweiten Grenzwerts PWM_maxMessZ der PWM-Wert der ersten Phase für die erste Periode auf 100% verändert wird.
• Dabei wird überwacht, ob der PWM-Wert PWM_1 der größten Phase einen Schwellenwert überschritten hat. Ist das der Fall, so kann dieser auf einen Wert von 100% gesetzt werden. Für die PWM-Periode mit der Strommessung kann der PWM-Wert PWM_1 abhängig von zusätzlichen Bedingungen alternativ auf den maximalen Wert PWM_maxMess gesetzt werden. Um den ursprünglichen Spannungsvektor beizubehalten, müssen die beiden anderen PWM-Werte PWM_2 (mittlerer PWM-Wert) und PWM_3 (kleinster PWM-Wert) folgendermaßen angepasst werden: $$PWM\_1n=100\%\text{ oder PWM\_maxMess}$$

  

  $$PWM\_2n=PWM\_2+\left(PWM\_1n-PWM\_1\right)$$

  

  $$PWM\_3n=PWM\_3+\left(PWM\_1n-PWM\_1\right)$$

  
• Dabei betrifft PWM_1 den PWM-Wert der Phase 1 mit dem größten PWM-Wert vor der Modulation, PWM_2 den PWM-Wert der Phase 2 mit dem mittleren PWM-Wert vor der Modulation, PWM_3 den PWM-Wert der Phase 3 mit dem kleinsten PWM-Wert vor der Modulation, PWM_1 n den PWM-Wert der Phase 1 mit dem größten PWM-Wert nach der Modulation, PWM_2n den PWM-Wert der Phase 2 mit dem mittleren PWM-Wert nach der Modulation und PWM_3n den PWM-Wert der Phase 3 mit dem kleinsten PWM-Wert nach der Modulation. Folglich kann das Verfahren dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass die PWM-Werte der weiteren Phasen derselben Periode in Abhängigkeit der Veränderung des PWM-Werts der ersten Phase verändert werden, insbesondere wird der PWM-Wert PWM_k (k= 2 oder 3) der Phase in Abhängigkeit des ursprünglichen PWM-Werts PWM_1 der ersten Phase und des veränderten PWM-Werts PWM_1n der ersten Phase auf $\text{PWM}\_\text{xn}=\text{PWM}\_\text{k}+\left(\text{PWM}\_1\text{n}-\text{PWM}\_1\right)\text{ ver}\ddot{\text{a}}\text{ndert}.$

  
• Der neue berechnete PWM-Wert PWM_2n (Gl. 5) kann sich in einem unteren Übergangsbereich (zwischen 0% und PWM_mind) oder in einem oberen Übergangsbereich (zwischen PWM_maxd und 100% bzw. zwischen PWM_maxMess und 100% bei der PWM-Periode mit der Strommessung) befinden. Der neu berechnete PWM-Wert PWM_3n (aus Gl. 6) kann wegen Drehfeldeigenschaften nur Werte kleiner als 50% einnehmen. Demnach besteht die Möglichkeit, dass er sich unpassend im unteren Bereich (zwischen 0% und PWM_mind) befinden kann. In solchen Fällen kann PWM_3n nicht eingestellt werden. Eine zusätzliche Korrektur bzw. Modulation muss durchgeführt werden, die nachfolgend noch genauer beschrieben wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x in Bezug auf den ersten Schwellenwert PWM_maxMess überprüft wird.
• Für den Fall, dass ein PWM-Wert PWM_xn sich in einem unteren Bereich befindet, ermittelt man den Schwellenwert PWM_minZ zur Einhaltung der Mindestschaltzeit für das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente (Halbleiter) durch die Gleichung Gl. 7: $$PWM\_\text{min }Z=PWM\_\text{min }d-\frac{\left(PWM\_\text{min }d-0\%\right)}{2}=\frac{PWM\_\text{min }d}{2}$$

  
• Abhängig davon ob ein korrigierter PWM-Wert PWM_2n (bzw. PWM_3n) größer oder kleiner ist als PWM_minZ wird dieser noch einmal geändert. Ist PWM_xn kleiner als PWM_minZ, so wird er auf den Wert 0% gesetzt. Ist PWM_2n (bzw. PWM_3n) größer als PWM_minZ, so wird er auf den Wert PWM_mind gesetzt, um die Mindestschaltzeit für das Ein- und Ausschalten der Halbleiter zu gewährleisten. Mit dieser Vorgehensweise kann man im Mittel den ursprünglich korrigierten PWM-Wert PWM_2n (bzw. PWM_3n) aus Gl. 5 (bzw. Gl.6) nachbilden.
• Für den Fall, dass der PWM-Wert PWM_2n sich im oberen Bereich befindet, ermittelt man den Schwellenwert PWM_maxZ durch die Gleichung Gl. 8 für die PWM-Perioden ohne Strommessung und den Schwellenwert PWM_maxMessZ durch Gl. 9 für die PWM-Periode mit der Strommessung: $$PWM\text{ max }Z=PWM\text{ max }d+\frac{\left(100\%-PWM\text{ max }d\right)}{2}$$

  

  $$PWMmaxMeasZ=PWMmaxMeas+\frac{\left(100\%-PWMmaxMeas\right)}{2}$$

  
• Somit ist es möglich, dass bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts PWM_maxMess die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x in Bezug auf den zweiten Schwellenwert PWM_maxMessZ überprüft und bei Unterschreiten des ersten Schwellenwerts PWM_maxMess die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x in Bezug auf einen dritten Schwellenwert PWM_mind überprüft wird, insbesondere mit $PWM\_\text{min }d=100\%*\frac{\Delta TMind}{Ts}.$

  
• Wie zuvor beschrieben, bekommt man, nachdem alle drei PWM-Werte PWM_u(k), PWM_v(k) und PWM_w(k) sortiert sind, den größten PWM_1 (k), den mittleren PWM_2(k) und den kleinen PWM_3(k) PWM-Wert. Befindet sich der größte PWM-Wert PWM_1 (k) in einem Bereich zwischen PWM_maxMess und 100%, so muss eine Korrektur dieses PWM-Wertes durchgeführt werden. Ist PWM-Wert PWM_1 größer als die Schwelle PWM_maxMessZ aus Gl. 9, so wird dieser auf 100% gesetzt. Ist der PWM_1 kleiner als die Schwelle PWM_maxMessZ, so wird er auf den Wert PWM_maxMess gesetzt. In beiden Fällen ist die Abweichung dPWM_1n gleich null.
• Abhängig davon, ob der korrigierte PWM-Wert PWM_2n größer oder kleiner ist als PWM_maxZ (bzw. PWM_maxMessZ), wird dieser noch einmal verändert. Ist PWM_2n größer als PWM_maxZ (bzw. PWM_maxMessZ), so wird er auf den Wert 100% gesetzt. Ist PWM_2n kleiner als PWM_maxZ (bzw. PWM_maxMessZ), so wird er auf den Wert PWM_maxd (bzw. PWM_maxMess) gesetzt, um die Mindestschaltzeit für Ein- und Ausschalten der Halbleiter (bzw. eine saubere Strommessung) zu gewährleisten. Mit dieser Vorgehensweise kann man im Mittel den ursprünglichen korrigierten PWM-Wert PWM_2n aus Gl. 5 nachbilden, denn in der Regel ändert sich die Spannungsamplitude (steigend oder sinkend), was zu einer Änderung der PWM-Werte in diesem Übergangsbereich zwischen PWM_maxd (bzw. PWM_maxMess) und 100% führt.
• Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_xn bei Annehmen oder Überschreiten des zweiten Schwellenwerts PWM_maxMessZ auf 100% verändert und eine Abweichung dPWM_k bestimmt wird, insbesondere dPWM_k = 100% - PWM_xn, und dass der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_k bei Unterschreiten des zweiten Schwellenwerts PWM_maxMessZ auf den ersten Schwellenwert PWM_maxMess verändert und eine Abweichung dPWM_k bestimmt wird, insbesondere dPWM_2n(k) = PWM_maxMess - PWM_2n(k).
• Bei Überschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind durch den wenigstens einen veränderten PWM-Wert PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x kann der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x beibehalten werden und bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind durch den wenigstens einen veränderten PWM-Wert PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase w kann der veränderte PWM-Wert PWM_xn in Bezug auf einen vierten Schwellenwert PWM minZ überprüft werden, insbesondere mit $PWM\_\text{min }Z=PWM\_\text{min }d-\frac{\left(PWM\_\text{min }d-0\%\right)}{2}=\frac{PWM\_\text{min }d}{2}.$

  
• Bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ durch den wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x wird der wenigstens eine veränderte PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x auf den dritten Schwellenwert PWM_mind verändert und es wird eine Abweichung bestimmt, insbesondere dPWM_x = PWM_mind - PWM_xn, und bei Unterschreiten oder Annehmen des vierten Schwellenwerts PWM_minZ wird der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_xn auf 0% verändert und eine Abweichung wird bestimmt, insbesondere dPWM_xn = 0% - PWM_xn.
• Der modulierte PWM-Wert PWM_2n(k) kann in bestimmten Fällen nicht einstellbar sein, wenn er sich in einem der beiden Bereiche (oberer Übergangsbereich zwischen PWM_maxMess und 100% oder unterer Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind) befindet. In diesem Fall ist eine zweite Korrektur bzw. Modulation notwendig, um einen einstellbaren PWM-Wert zu berechnen. Dabei werden zwei Schwellenwerte definiert: einer im unteren Übergangsbereich PWM_minZ aus Gl.7 und einer im oberen Bereich PWM_maxMessZ aus Gl. 9. Befindet sich der PWM-Wert PWM_2n(k) im oberen Bereich, so wird oberhalb des Schwellenwerts PWM_maxMeasZ eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 10: $$dPWM\_2n\left(k\right)=100\%-\text{PWM\_}2\text{n}\left(\text{k}\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_2n(k) auf den Wert 100% gesetzt. Unterhalb des Schwellenwerts PWM_maxMeasZ wird eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 11: $$dPWM\_2n\left(k\right)=\text{PWM\_maxMess}-\text{PWM\_}2\text{n}\left(\text{k}\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_2n(k) auf den Wert PWM_maxMess gesetzt. Befindet sich der PWM-Wert PWM_2n(k) im unteren Bereich, so wird oberhalb des Schwellenwerts PWM_minZ eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 12: $$dPWM\_2n\left(k\right)=PWM\_mind-PWM\_2n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_2n(k) auf den Wert PWM_mind gesetzt. Unterhalb des Schwellenwerts PWM_minZ wird eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 13: $$dPWM\_2n\left(k\right)=0\%-PWM\_2n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_2n(k) auf den Wert 0% gesetzt. Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_2n(k) und seinem neuen Wert (0% oder PWM_mind oder PWM_maxMess oder 100%). Mit den Abweichungen kann man den nicht einstellbaren Teil des PWM-Werts PWM_2n(k) ermitteln. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in benachbarten PWM-Periode (k-1) verwendet.
• Der PWM_3n(k) kann sich in bestimmten Fällen im unteren Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind befinden. Analog zu PWM_2n(k) wird eine Korrektur durchgeführt. Befindet sich der PWM-Wert PWM_3n im unteren Bereich, so wird oberhalb des Schwellenwerts PWM_minZ eine Abweichung dPWM_3n(k) nach Gl. 14: $$dPWM\_3n\left(k\right)=PWM\_mind-PWM\_3n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_3n(k) auf den Wert PWM_mind gesetzt. Unterhalb des Schwellenwerts PWM_minZ wird eine Abweichung dPWM_3n(k) nach Gl. 15: $$dPWM\_3n\left(k\right)=0\%-PWM\_3n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_3n(k) auf den Wert 0%gesetzt. Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_3n(k) und seinem neuen Wert (0% oder PWM_mind). Mit den Abweichungen kann man den nicht einstellbaren Teil des PWM-Werts PWM_3n(k) ermitteln. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in der benachbarten PWM-Periode (k-1) verwendet.
• Ferner kann demnach eine Überprüfung der Lage des veränderten PWM-Werts der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert (PWM_3n) in Bezug auf einen dritten Schwellenwert PWM_mind durchgeführt werden, wobei bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind der PWM_Wert der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert beibehalten wird und bei Annehmen oder Überschreiten des dritten Schwellenwerts eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert in Bezug auf einen vierten Schwellenwert PWM_minZ durchgeführt wird.
• Anschließend kann der PWM_Wert der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert (PWM_3n) bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf den dritten Schwellenwert PWM_mind verändert werden und eine Abweichung bestimmt werden, insbesondere dPWM_3n = PWM_mind - PWM_3n, und bei Unterschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf 0% verändert und eine Abweichung bestimmt werden, insbesondere dPWM_3n = 0% - PWM_3n.
• Weiterhin ist es möglich, dass wenigstens ein PWM-Wert für wenigstens eine Phase für wenigstens eine weitere Periode, insbesondere eine auf die Strommessperiode folgende Periode k, bestimmt wird, wobei wenigstens eine in der Strommessperiode bestimmte Abweichung bei der Bestimmung des wenigstens einen PWM-Werts berücksichtigt wird, insbesondere PWM_uz(k - 1) = PWM_u(k - 1) + dPWM_u(k). Hierbei wird davon ausgegangen, dass in der weiteren Periode keine Strommessung durchgeführt wird und daher der erforderliche Mindestzeitabstand für die Strommessung nicht eingehalten werden muss.
• Die geänderten PWM-Werte können, wie zuvor beschrieben, wieder sortiert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Sortierung der PWM-Werte für die einzelnen Phasen der Periode durchgeführt wird, wobei die Phasen nach der Größe der PWM-Werte sortiert werden. Die neue PWM-Werte PWM_uz(k-1), PWM_vz(k-1) und PWM_wz(k-1) werden durch einen direkten Vergleich sortiert. Man erhält aus den größten PWM-Wert PWM_z1(k-1), den mittleren PWM-Wert PWM_z2(k-1) und den kleinsten PWM-Wert PWM_z3(k-1) für die PWM-Periode k-1. Die neuen PWM-Werte werden analog zu den PWM-Werte für die PWM-Periode k moduliert, dabei sind einige Unterschiede zu beachten. In der PWM-Periode k-1 wird keine Strommessung stattfinden, deswegen ist nur die Einhaltung der Sperrzeit des Wechselrichters bei der Modulation zu berücksichtigen.
• Mit den Kenntnissen aus der Sortierung der PWM-Werte PWM_1 (k), PWM_2(k) und PWM_3(k) können die einzelnen PWM-Werte PWM_1 n(k), PWM_2n(k) und PWM_3n(k) sowie die einzelnen Abweichungen dPWM_1n(k), dPWM_2n(k) und dPWM_3n(k) an den jeweiligen Phasen u, v und w für die PWM-Periode k zugewiesen werden. Man erhält PWM_uN(k), PWM_vN(k) und PWM_xn(k) sowie dPWM_u(k), dPWM_v(k) und dPWM_w(k).
• Die ermittelten Abweichungen dPWM_u(k), dPWM_v(k) und dPWM_w(k) werden in der benachbarten Periode verwendet. Entsprechend wird die Modulation der PWM-Werte aller anderen PWM-Perioden (i=k-1 bis 1) ohne Strommessung durchgeführt. Dies kann somit auf alle anderen PWM-Perioden (k-2,...,1) übertragen werden. Dabei werden aus den berechneten PWM-Werten für die PWM-Periode (k-1): PWM_u(k-1), PWM_v(k-1) und PWM_w(k-1) neue Start-PWM-Werte berechnet. Für die Phase u berechnet man in Gl. 16: $$PWM\_uz\left(k-1\right)=PWM\_u\left(k-1\right)+dPWM\_u\left(k\right)$$

  
• Für die Phase v in Gl. 17: $$PWM\_vz\left(k-1\right)=PWM\_v\left(k-1\right)+dPWM\_v\left(k\right)$$

  
• Und für die Phase w in Gl. 18: $$PWM\_wz\left(k-1\right)=PWM\_w\left(k-1\right)+dPWM\_w\left(k\right)$$

  
• Anschießend kann eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem größten PWM-Wert PWM_z1(k-1) in Bezug auf einen fünften Schwellenwert PWM_maxd festgestellt werden, insbesondere mit $PWM\_maxd=100\%\ast \frac{Ts-\mathrm{\Delta }T\_Mind}{Ts}.$

  

  Dabei können bei Annehmen oder Unterschreiten des fünften Schwellenwerts PWM_maxd die PWM-Werte aller Phasen unverändert bleiben und bei Überschreiten des fünften Grenzwerts PWM_maxd der größte PWM-Wert PWM_z1(k-1) auf 100% verändert werden. Ist der PWM_z1(k-1) kleiner als PWM_maxd, dann kann die Sperrzeit zwischen den komplementären Halbleitern der Phase 1 eingehalten werden. Der PWM_z1n(k-1) ist gleich PWM_z1(k-1) und die Abweichung dPWM_1n(k-1) ist gleich Null. Ist PWM_z1(k-1) größer als PWM_maxd dann ermittelt man die Abweichung dPWM_z1n(k-1) aus Gl. 19: $$dPWM\_z1n\left(k-1\right)=100\%-PWM\_z1\left(k-1\right)$$

  

  und anschließend setzt man den PWM-Wert PWM_z1n(k-1) auf 100%.
• Danach werden die beiden PWM-Werte PWM_z2(k-1) und PWM_z3(k-1) anhand der beiden Gleichungen Gl. 5 und Gl. 6. moduliert. Die neue PWM-Werte PWM_z2n(k-1) und PWM_z3n(k-1) können sich in unterschiedlichen Bereichen befinden. Sind die neuen PWM-Werte PWM_z2n(k-1) und PWM_z3n(k-1) einstellbar, so werden Abweichungen dPWM_2n(k-1) und PWM_3n(k-1) gleich Null gesetzt und damit keine weitere Korrektur benötigt. Die PWM-Werte einer weiteren Phase PWM_z2n derselben Periode können daher in Abhängigkeit der Veränderung des größten PWM-Werts PWM_z1verändert werden, insbesondere wird der PWM-Wert PWM_z2n der weiteren Phase in Abhängigkeit des ursprünglichen größten PWM-Werts PWM_z1 und des veränderten größten PWM-Werts PWM_z1n auf $\text{PWM}\_\text{z}2\text{n}=\text{PWM}\_\text{z}2\text{n}+\left(\text{PWM}\_\text{z}1\text{n}-\text{PWM}\_\text{z}1\right)\text{ ver}\ddot{\text{a}}\text{ndert}\text{.}$

  
• Der modulierte PWM-Wert PWM_z2n(k-1) kann in bestimmten Fällen nicht einstellbar sein, weil er sich in einem der beiden Bereichen (oberer Übergangsbereich zwischen PWM_maxd und 100% oder unterer Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind) befindet. In diesem Fall ist eine zweite Korrektur bzw. Modulation notwendig, um einen einstellbaren PWM-Wert zu berechnen. Dabei werden zwei Schwellenwerte definiert: einer im unteren Übergangsbereich PWM_minZ aus Gl.7 und einer im oberen Bereich PWM_maxZ aus Gl. 8.
• Befindet sich der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) im oberen Bereich, so wird oberhalb des Schwellenwerts PWM_maxd eine Abweichung dPWM_z2n(k-1) nach Gl. 20: $$dPWM\_z2n\left(k-1\right)=100\%-PWM\_z2n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) auf den Wert 100% gesetzt. Unterhalb des Schwellenwerts PWM_maxZ wird eine Abweichung dPWM_z2n(k-1) nach Gl. 21: $$dPWM\_z2n\left(k-1\right)=PWM\_maxd-PWM\_z2n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) auf den Wert PWM_maxd gesetzt.
• Befindet sich der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) im unteren Bereich, so wird oberhalb des Schwellenwerts PWM_minZ eine Abweichung dPWM_z2n(k-1) nach Gl. 22: $$dPWM\_z2n\left(k-1\right)=PWM\_mind-PWM\_z2n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) auf den Wert PWM_mind gesetzt. Unterhalb des Schwellenwerts PWM_minZ wird eine Abweichung dPWM_z2n(k-1) nach Gl. 23: $$dPWM\_z2n\left(k-1\right)=0\%-PWM\_z2n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) auf den Wert 0% gesetzt.
• Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_z2n(k-1) und seinem neuen zugewiesenen Wert (0% oder PWM_mind oder PWM_maxd oder 100%). Mit den Abweichungen kann man den nicht einstellbaren Teil des PWM-Werts PWM_z2n(k-1) ermitteln. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in benachbarten PWM-Periode (k-2) verwendet.
• Mit anderen Worten ist es möglich, die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_z2n der wenigstens einen weiteren Phase in Bezug auf den fünften Schwellenwert PWM_maxd zu überprüfen und bei Überschreiten des fünften Schwellenwerts PWM_maxd die Lage des wenigstens einen veränderten weiteren PWM-Werts PWM_z2n der wenigstens einen weiteren Phase in Bezug auf einen sechsten Schwellenwert PWM_maxZ zu überprüfen und bei Unterschreiten des sechsten Schwellenwerts PWM_maxZ den weiteren PWM-Wert PWM_z2n auf den dritten Schwellenwert PWM_mind zu verändern und eine Abweichung zu bestimmen, insbesondere dPWM_z2n(k - 1) = PWM_maxd - PWM_z2n(k - 1),und bei Annehmen oder Überschreiten des sechsten Schwellenwerts PWM_maxZ den weiteren PWM-Wert PWM_z2n auf 100% zu verändern und eine Abweichung zu bestimmen, inbesondere dPWM_z2n(k - 1) = 100% - PWM_z2n(k - 1).
• Ferner ist es möglich, dass bei Annehmen oder Unterschreiten des fünften Schwellenwerts PWM_maxd die Lage des wenigstens einen weiteren veränderten PWM-Werts PWM_z2n in Bezug auf den dritten Schwellenwert PWM_mind überprüft wird, wobei bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind der veränderte weitere PWM-Wert PWM_z2n beibehalten wird und bei Überschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind die Lage des weiteren veränderten PWM-Werts PWM_z2n in Bezug auf den vierten Schwellenwert PWM_minZ überprüft wird.
• Dabei kann vorgesehen sein, dass bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ der wenigstens einen weitere veränderte PWM-Wert PWM_z2n der wenigstens einen weiteren Phase auf den dritten Schwellenwert verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_z2n(k - 1) = PWM_mind - PWM_z2n(k - 1), und bei Unterschreiten oder Annehmen des vierten Schwellenwerts PWM_minZ der veränderte PWM-Wert PWM_z2n auf 0% verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_z2n(k - 1) = 0% - PWM_z2n(k - 1).
• Der PWM_z3n(k-1) kann sich in bestimmten Fällen im unteren Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind befinden. Befindet sich der PWM-Wert PWM_z3n(k-1) im unteren Bereich, so wird oberhalb des Schwellenwerts PWM_minZ eine Abweichung dPWM_3n(k-1) nach Gl. 24: $$dPWM\_z3n\left(k-1\right)=PWM\_mind-PWM\_z3n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z3n(k-1) auf den Wert PWM_mind gesetzt. Unterhalb des Schwellenwerts PWM_minZ wird eine Abweichung dPWM_3n(k-1) nach Gl. 25: $$dPWM\_z3n\left(k-1\right)=0\%-PWM\_z3n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z3n(k-1) auf den Wert 0% gesetzt.
• Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_z3n(k) und seinem neuen zugewiesenen Wert (0% oder PWM_mind). Mit den Abweichungen kann man den nicht einstellbaren Teil des PWM-Wertes PWM_z3n(k-1) ermitteln. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in benachbarten PWM-Periode (k-2) verwendet.
• Demnach kann vorgesehen sein, dass eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert PWM_z3(k-1) in Bezug auf den dritten Schwellenwert PWM_mind bestimmt wird, wobei bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind eine Lage des PWM-Werts PWM_z3(k-1) der Phase in Bezug auf einen vierten Schwellenwert PWM_minZ bestimmt wird und bei Überschreiten oder Annehmen der PWM-Wert PWM_z3(k-1) beibehalten und eine Abweichung auf 0 gesetzt wird.
• Der PWM_Wert PWM_z3(k-1) der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert kann bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf den dritten Schwellenwert PWM_mind verändert werden und eine Abweichung kann bestimmt wird, insbesondere dPWM_z3n(k - 1) = PWM_mind - PWM_z3n(k - 1), und bei Unterschreiten oder Annehmen des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf 0% verändert und eine Abweichung bestimmt werden, insbesondere dPWM_z3n(k - 1) = 0% - PWM_z3n(k - 1).
• Mit den Kenntnissen aus der Sortierung der PWM-Werte PWM_1 (k-1), PWM_2(k-1) und PWM_3(k-1) können die einzelnen PWM-Werte PWM_z1n(k-1), PWM_z2n(k-1) und PWM_z3n(k-1) sowie die einzelnen Abweichungen dPWM_1n(k-1), dPWM_2n(k-1) und dPWM_3n(k-1) an den jeweiligen Phasen u, v und w in der PWM-Periode (k-1) zugewiesen werden. Man erhält PWM_uN(k-1), PWM_vN(k-1) und PWM_xn(k-1), dPWM_u(k-1), dPWM_v(k-1) und dPWM_w(k-1).
• Die Modulation aller weiteren PWM-Staffeln der PWM-Perioden i=k-2 bis i=1 erfolgt analog. Dabei werden alle PWM-Werte PWM_u(i), PWM_v(i) und PWM_v(i) (i=k-2 bis 1) analog zu den PWM-Werte PWM_u(k-1), PWM_v(k-1) und PWM_w(k-1) wie beschrieben moduliert. Die Abweichungen der PWM-Werten jeder PWM-Periode (i) werden immer in der laufenden PWM-Periode (i-1) mitberücksichtigt und verwendet, um die Kompensation der PWM-Abweichungen und damit auch die Spannungsvektor-Abweichungen im Mittel zu erreichen.
• Sind alle PWM-Werte PWM_uN(i), PWM_vN(i) und PWM_xn(i) mit i=k, k-1, k-2,...,1) ermittelt, so werden diese an den Wechselrichter weitergeleitet um sie einzustellen. Durch die Modulation der PWM-Werte im beschriebenen Verfahren ist die Berücksichtigung der Sperrzeit im Wechselrichter bei jeder PWM-Staffel der PWM-Periode immer gewährleistet. Zudem ist eine saubere Strommessung durch die Einhaltung des Mindestzeitabstandes zur Vermeidung von Schwingungen in Stromsignale in der PWM-Periode mit der Strommessung gesichert. Die Modulation der PWM-Werte versucht den ursprünglichen Spannungsvektor der PWM-Perioden im Mittel beizubehalten, was zu einer Verminderung der Verzerrungen und der Verluste in der Spannungen führt. Die PWM-Werte wenigstens einer weiteren Periode können also wie zuvor beschrieben bestimmt werden.
• Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für die Steuerung eines Betriebs eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung. Selbstverständlich sind sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden, vollständig auf die Steuerungseinrichtung und die elektrische Maschine übertragbar.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
• 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
• 2 einen ersten Block des Ablaufdiagramms von 1; und
• 3 einen zweiten Block des Ablaufdiagramms von 1.
• 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Regelung einer elektrischen Maschine zur verbesserten Spannungsausnutzung eines Wechselrichters, insbesondere bei Low-Cost-Controllern mit vergleichsweise großem Regler-Zyklus und mehrfacher PWM-Ausgabe. 1 zeigt den allgemeinen Ablauf des Verfahrens zur Steuerung des Betriebs eines Wechselrichters der elektrischen Maschine, insbesondere zur PWM-Modulation bei einer beliebigen mehrfachen PWM-Ausgabe.
• Das Verfahren startet in Block 1. Betrachtet wird eine Regelung mit einem RegelZyklus T_A und einer vielfachen PWM-Ausgabe. Dabei werden in Block 2 k PWM-Perioden mit dem gleichen PWM-Zyklus T_s in dem Regler-Zyklus berechnet und ausgegeben. In jeder PWM-Periode (i=1 ... k) wird eine PWM-Staffel, die einen Spannungsvektor darstellt, ausgegeben. In diesem Beispiel wird die Strommessung -wie üblich- in der letzten PWM-Periode (k) des vorherigen Regler-Zyklus ausgeführt. Alternativ können andere PWM-Periode (i... (k-1)) für die Strommessung verwendet werden.
• Nachdem in Block 2 die Grenzen der PWM-Werte PWM_mind, PWM_maxd und PWM_maxMess aus den Gleichungen 7, 8 und 9 mittels des Mindestzeitabstandes T_mind für die Wechselrichtersperrzeit, des Mindestzeitabstand T_minMess für die saubere Strommessung und die Schaltperiode des Wechselrichters T_s ermittelt wurden, kann in Block 3 mit der Modulation der PWM-Werte in allen PWM-Periode (1...k) PWM_uvw(1) ... PWM_uvw(k) begonnen werden.
• Dabei ist PWM_uvw(i) eine Staffel, die die PWM-Werte von drei beispielhaften Phasen u, v und w in der PWM-Periode i enthält. Zuerst werden gemäß Block 4 die PWM-Werte der elektrischen Maschine, die der Schaltperiode k mit der Strommessung zugehören, moduliert. Aus den PWM-Werten PWM_u(k), PWM_v(k) und PWM_w(k) werden anhand des Blocks 4, der im Detail in 2 dargestellt ist, neue PWM-Werte PWM_uN(k), PWM_vN(k) und PWM_xn(k) sowie die Abweichungen dPWM_uN(k), dPWM_vN(k) und dPWM_xn(k) ermittelt.
• Die Abweichungen dPWM_uN(k), dPWM_vN(k) und dPWM_xn(k) werden für die Berechnung der neuen PWM-Werten der vorherigen PWM-Periode k-1 verwendet, um mögliche Abweichungen im Spannungsvektor der PWM-Periode k mit der Strommessung zu kompensieren. Dazu werden die in Block 4 ermittelten Abweichungen an Block 5 übermittelt. Die in Block 3 erfasste bzw. ermittelte PWM-Staffel PWM_uvw(k-1) wird ebenfalls an Block 5 übertragen bzw. ist in Block 5 verfügbar.
• Die Idee basiert darauf, eine Kompensation der Abweichungen der PWM-Werte, die durch die Modulation entstehen, in der benachbarten PWM-Periode zu erreichen. In jeder PWM-Periode wird versucht, die Abweichung der benachbarten PWM-Periode zu kompensieren, mit dem Ziel, dass der Mittelwert aller PWM-Werte einer Phase aus den PWM-Perioden (i=1 ...k) gleich oder näherungsweise gleich den ursprünglichen Ausgangswerten ohne Modulation ist. Damit erhält man im Mittel über den Regler-Zyklus (=Summe aller PWM-Periode i=1 ...k) den gleichen Mittelwert des Spannungsvektors, bei dem die Sperrzeit des Wechselrichters und der Mindestzeitabstand für die eine saubere Strommessung immer gewährleistet werden.
• Entsprechend können in Block 5 neue PWM-Werte PWM_uN(k-1), PWM_vN(k) und PWM_xn(k-1) sowie die Abweichungen dPWM_uN(k-1), dPWM_vN(k-1) und dPWM_xn(k-1) ermittelt.
• Die Abweichungen dPWM_uN(k-1), dPWM_vN(k-1) und dPWM_xn(k-1) werden für die Berechnung der neuen PWM-Werten der vorherigen PWM-Periode k-2 verwendet, um mögliche Abweichungen im Spannungsvektor der PWM-Periode k-1 zu kompensieren. Dazu werden die in Block 5 ermittelten Abweichungen an Block 6 übermittelt. Die in Block 3 erfasste bzw. ermittelte PWM-Staffel PWM_uvw(k-2) wird ebenfalls an Block 6 übertragen bzw. ist in Block 6 verfügbar. Das beschrieben Verfahren kann anschließend für sämtliche Perioden (dargestellt durch einen Block 7) durchgeführt werden.
• Die geänderten bzw. neuen PWM-Werte PWM_uvwN(i) können von den jeweiligen Blöcken 4 - 7 an einen Block 8 übertragen werden, in dem sie innerhalb der entsprechenden PWM-Periode i eingestellt werden. Ferner werden die geänderten bzw. neuen PWM-Werte PWM_uvwN(i) in Block 9 an den Wechselrichter übertragen. Anschließend kann in Block 10 das Verfahren beendet werden.
• 2 zeigt den Block 4 aus 1 zur Modulation der PWM-Werte der PWM-Periode k mit der Strommessung im Detail. Der Block 4 startet in Block 11. Nachdem alle drei PWM-Werte PWM_u(k), PWM_v(k) und PWM_w(k) in Block 12 anhand ihrer Größe nach sortiert sind, bekommt man den größten PWM_1 (k), den mittleren PWM_2(k) und den kleinen PWM_3(k) PWM-Wert. In Block 13 wird die Lage des größten PWM-Werts PWM_1 (k) überprüft. Befindet sich der größte PWM-Wert PWM_1 (k) in der Zone zwischen PWM_maxMess und 100%, so muss eine Korrektur dieses PWM-Wertes durchgeführt werden.
• In Block 14 wird dazu die Lage des ersten PWM Werts PWM_1 (k) in Bezug auf einen Schwellen wert PWM_maxMessZ überprüft. Ist der PWM-Wert PWM_1 größer als oder gleich dem Schwellenwert PWM_maxMeasZ aus Gl. 9, so wird dieser in Block 15 auf 100% gesetzt. Ist der PWM-Wert PWM_1 kleiner als der Schwellenwert PWM_maxMessZ, so wird er in Block 16 auf den Wert PWM_maxMess gesetzt. In beiden Fällen ist die bestimmte Abweichung dPWM_1n gleich null.
• Danach werden in Block 17 die beiden PWM-Werte PWM_2(k) und PWM_3(k) anhand der beiden Gleichungen Gl. 5 und Gl. 6 bestimmt und die neuen PWM-Werte PWM_2n(k) und PWM_3n(k) moduliert. Diese sich wiederum können in unterschiedlichen Bereichen befinden. Sind die neue PWM-Werte PWM_2n(k) und PWM_3n(k) einstellbar, so werden die Abweichungen dPWM_2n(k) und PWM_3n(k) gleich null gesetzt und damit keine weitere Korrektur benötigt.
• Der modulierte PWM-Werte PWM_2_n(k) kann in bestimmten Fällen nicht einstellbar sein, wenn er sich in einem der beiden Bereichen (oberer Übergangsbereich zwischen PWM_maxMess und 100% oder unterer Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind) befindet. In diesem Fall ist eine zweite Korrektur bzw. Modulation notwendig, um einen einstellbaren PWM-Wert zu berechnen. Dabei werden in Block 18 zwei Schwellenwerte definiert: einer im unteren Übergangsbereich PWM_minZ aus Gl.7 und einer im oberen Bereich PWM_maxMessZ aus Gl. 9.
• In Block 19 wird überprüft, ob der PWM-Wert PWM_2n(k) oberhalb des Schwellenwerts PWM_maxMess liegt. Befindet sich der PWM-Wert PWM_2n(k) im oberen Bereich, so wird in Block 20 oberhalb des Schwellenwerts oder bei Annahme des Schwellenwerts PWM_maxMessZ eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 10 bestimmt: $$dPWM\_2n\left(k\right)=100\%-\text{PWM}\_2\text{n}\left(\text{k}\right)$$

  
• Anschließend wird der PWM-Wert PWM_2n(k) in Block 21 auf den Wert 100% gesetzt.
• Unterhalb des Schwellenwerts PWM_maxMessZ wird eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 11: $$dPWM\_2n\left(k\right)=\text{PWM}\_\text{maxMess}-\text{PWM}\_2\text{n}\left(\text{k}\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_2n(k) in Block 22 auf den Wert PWM_maxMess gesetzt. Befindet sich der PWM-Wert PWM_2n(k) (Überprüfung in Block 19) im unteren Bereich, so wird in Block 23 überprüft, ob der PWM-Wert PWM_2n(k) oberhalb von PWM_mind liegt.
• Trifft dies zu, wird in Block 24 geprüft, ob der PWM-Wert PWM_2n(k) oberhalb des Schwellenwerts PWM_minZ liegt. Trifft dies zu, wird in Block 25 eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 12: $$dPWM\_2n\left(k\right)=PWM\_mind-PWM\_2n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_2n(k) auf den Wert PWM_mind gesetzt. Andernfalls, also bei Annahme oder unterhalb des Schwellenwerts PWM_minZ wird in Block 26 eine Abweichung dPWM_2n(k) nach Gl. 13: $$dPWM\_2n\left(k\right)=0\%-PWM\_2n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_2n(k) auf den Wert 0% gesetzt. Liegt der PWM-Wert PWM_2n(k) oberhalb von PWM_mind kann in Block 27 die Abweichung dPWM_2n(k) gleich null gesetzt werden.
• Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_2n(k) und seinem neuen Wert (0% oder PWM_mind oder PWM_maxMess oder 100%). Mit den Abweichungen kann man den nicht einstellbaren Teil des PWM-Werts PWM_2n(k) ermitteln. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in der benachbarten PWM-Periode (k-1) gemäß Block 5 in 1 verwendet.
• Ergibt die Prüfung in Block 13, dass der PWM-Wert PWM_1 (k) kleiner oder gleich PWM_maxMess ist, kann in Block 28 die Abweichung dPWM_1n(k) gleich null gesetzt werden. In diesem Fall ist eine weitere Modulation der PWM-Werte nicht erforderlich, sodass PWM_1 n = PWM_1, PWM_2n=PWM_2 und PWM_3n=PWM_3.
• Der PWM_3n(k) kann sich in bestimmten Fällen im unteren Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind befinden. Analog zu PWM_2n(k) wird in Block 29 die Lage des PWM-Werts PWM_3n(k) in Bezug auf PWM_mind überprüft. Unterschreitet PWM_3n(k) den Schwellenwert PWM_mind wird eine Korrektur durchgeführt. Andernfalls wird in Block 30 eine Abweichung dPWM_3n(k) gleich null gesetzt. Befindet sich der PWM-Wert PWM_3n im unteren Bereich, also unterhalb PWM_mind, so wird in Block 31 überprüft, ob der Schwellenwert PWM_minZ überschritten wird. Oberhalb des Schwellenwerts PWM_minZ wird in Block 32 eine Abweichung dPWM_3n(k) nach Gl. 14: $$dPWM\_3n\left(k\right)=PWM\_mind-PWM\_3n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_3n(k) auf den Wert PWM_mind gesetzt. Andernfalls wird in Block 33 eine Abweichung dPWM_3n(k) nach Gl. 15: $$dPWM\_3n\left(k\right)=0\%-PWM\_3n\left(k\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_3n(k) auf den Wert 0%gesetzt.
• Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_3n(k) und seinem neuen Wert (0% oder PWM_mind). Mit den Abweichungen kann man den nicht einstellbaren Teil des PWM-Wertes PWM_3n(k) ermitteln. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in der benachbarten PWM-Periode (k-1) analog Block 5 in 1 verwendet.
• Mit den Kenntnissen aus der Sortierung der PWM-Werte PWM_1 (k), PWM_2(k) und PWM_3(k) in Block 12 können die einzelnen PWM-Werte PWM_1n(k), PWM_2n(k) und PWM_3n(k) sowie die einzelnen Abweichungen dPWM_1n(k), dPWM_2n(k) und dPWM_3n(k) in Block 34 an die jeweiligen Phasen u, v und w für die PWM-Periode (k) zugewiesen werden. Man erhält PWM_uN(k), PWM_vN(k) und PWM_xn(k) sowie dPWM_u(k), dPWM_v(k) und dPWM_w(k). In Block 35 wird der Verfahrensschritt gemäß Block 4 beendet.
• Die ermittelten Abweichungen dPWM_u(k), dPWM_v(k) und dPWM_w(k) werden im benachbarten Block 5 verwendet (siehe 1). Block 5 dient dazu, die Modulation der PWM-Werte aller anderen PWM-Perioden (i=k-1 bis 1) ohne Strommessung auszuführen. 3 zeigt die einzelnen Schritte des Blocks 5 zur Modulation der PWM-Werte für die Periode (k-1). Dies kann für andere PWM-Periode (k-2,...,1) übertragen, also insbesondere auf die Blöcke 6 und 7.
• Der Teil des Verfahrens gemäß Block 5 startet in Block 36. Dabei werden aus den berechneten PWM-Werten für die PWM-Periode (k-1) PWM_u(k-1), PWM_v(k-1) und PWM_w(k-1) i Block 37 neue Start-PWM-Werte berechnet. Für die Phase u berechnet man in Gl 16: $$PWN\_uz\left(k-1\right)=PWM\_u\left(k-1\right)+dPWM\_u\left(k\right)$$

  

  Für die Phase v Gl. 17: $$PWN\_vz\left(k-1\right)=PWM\_v\left(k-1\right)+dPWM\_v\left(k\right)$$

  

  Und für die Phase w Gl. 18: $$PWN\_wz\left(k-1\right)=PWM\_w\left(k-1\right)+dPWM\_w\left(k\right)$$

  
• Die neuen PWM-Werte PWM_uz(k-1), PWM_vz(k-1) und PWM_wz(k-) werden in Block 38 durch einen direkten Vergleich sortiert. Man erhält daher den größten PWM-Wert PWM_z1(k-1), den mittleren PWM-Wert PWM_z2(k-1) und den kleinsten PWM-Wert PWM_z3(k-1) für die PWM-Periode (k-1).
• Analog zu Block 4 (2) werden die neuen PWM-Werte für die PWM-Periode moduliert, dabei sind jedoch einige Unterschiede zu beachten. In der PWM-Periode (k-1) wird keine Strommessung stattfinden, deswegen ist nur die Einhaltung der Sperrzeit des Wechselrichters bei der Modulation zu berücksichtigen.
• In Block 39 wird der größte PWM-Wert PWM_z1(k-1) in Bezug auf den Schwellenwert PWM_maxd überprüft. Ist PWM_z1(k-1) kleiner als PWM_maxd, kann die Sperrzeit zwischen den komplementären Schaltelementen (Halbleiter) der Phase 1 eingehalten werden. Der PWM_z1n(k-1) wird in diesem Fall in Block 40 gleich PWM_z1(k-1) und die Abweichung dPWM_1n(k-1) gleich null gesetzt. Entsprechend kann in Block 41 PWM_z1n = PWM_z1, PWM_z2n = PWM_z2 und PWM_z3n = PWM_z3 gesetzt werden. Ist PWM_z1(k-1) größer als PWM_maxd dann wird in Block 42 die Abweichung dPWM_z1n(k-1) aus Gl. 19 ermittelt: $$dPWM\_z1n\left(k-1\right)=100\%-PWM\_z1\left(k-1\right)$$

  

  und anschließend wird der PWM-Wert PWM_z1n(k-1) auf 100% gesetzt.
• Danach werden in Block 43 die beiden PWM-Werte PWM_z2(k-1) und PWM_z3(k-1) anhand der beiden Gleichungen Gl. 5 und Gl. 6. moduliert. Die neuen PWM-Werte PWM_z2n(k-1) und PWM_z3n(k-1) können sich wiederum in unterschiedlichen Bereichen befinden. Sind die neuen PWM-Werte PWM_z2n(k-1) und PWM_z3n(k-1) einstellbar, so werden Abweichungen dPWM_2n(k-1) und dPWM_3n(k-1) gleich Null gesetzt und damit keine weitere Korrektur benötigt.
• Der modulierte PWM-Wert PWM_z2n(k-1) kann in bestimmten Fällen nicht einstellbar sein, weil er sich in einem der beiden Bereiche (oberer Übergangsbereich zwischen PWM_maxd und 100% oder unterer Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind) befindet. In diesem Fall ist eine zweite Korrektur bzw. Modulation notwendig, um einen einstellbaren PWM-Wert zu berechnen. Dabei werden in Block 44 zwei Schwellenwerte definiert: einer im unteren Übergangsbereich PWM_minZ aus Gl. 7 und einer im oberen Bereich PWM_maxZ aus Gl. 8.
• Zunächst kann in Block 45 die Lage des PWM-Werts PWM_z2n in Bezug auf den Schwellenwert PWM_maxd überprüft werden. Ist der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) größer oder gleich PWM_maxd, so wird in Block 46 eine weitere Überprüfung durchgeführt, nämlich, ob der PWM-Wert PWM_z2n größer oder gleich PWM_maxZ ist. Trifft dies zu, wird in Block 47 eine Abweichung dPWM_z2n(k-1) nach Gl. 20 bestimmt: $$dPWM\_z2n\left(k-1\right)=100\text{\%}-PWM\_z2n\left(k-1\right)$$

  

  und anschließend der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) auf den Wert 100% gesetzt. Unterhalb des Schwellenwerts PWM_maxZ wird in Block 48 eine Abweichung dPWM_2n(k-1) nach Gl. 21 bestimmt: $$dPWMz2n\left(k-1\right)=PWMmaxd-PWMz2n\left(k-1\right)$$

  

  und anschließend der PWM-Wert PWM_z_2n(k-1) auf den Wert PWM_maxd gesetzt.
• Befindet sich der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) im unteren Bereich, also kleiner oder gleich PWM_maxd, so wird in Block 49 eine weitere Überprüfung durchgeführt. Liegt der PWM_z2n unterhalb von PWM_maxd wird in Block 50 die Lage in Bezug auf PWM_minZ überprüft. Liegt PWM_z2n oberhalb des Schwellenwerts PWM_minZ angenommen, wird in Block 51 eine Abweichung dPWM_z2n(k-1) nach Gl. 22 bestimmt: $$dPWM\_z2n\left(k-1\right)=PWM\_mind-PWM\_z2n\left(k-1\right)$$

  

  und anschließend der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) auf den Wert PWM_mind gesetzt.
• Unterhalb des Schwellenwerts PWM_minZ oder bei PWM_z2n = PWM_minZ wird in Block 52 eine Abweichung dPWM_2n(k-1) nach Gl. 23 bestimmt: $$dPWM\_z2n\left(k-1\right)=0\%-PWM\_z2n\left(k-1\right)$$

  

  und anschließend der PWM-Wert PWM_z2n(k-1) auf den Wert 0% gesetzt. Ist der PWM-Wert PWM_z2n größer oder gleich PWM_mind, wird in Block 53 die Abweichung dPWM_z2n gleich null gesetzt.
• Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_z2n(k-1) und seinem neuen zugewiesenen Wert (0% oder PWM_mind oder PWM_maxd oder 100%). Mit den Abweichungen kann man den nicht einstellbaren Teil des PWM-Werts PWM_z2n(k-1) ermitteln. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in der benachbarten PWM-Periode (k-2) analog Block 6 verwendet.
• Der PWM_z3n(k-1) kann sich in bestimmten Fällen im unteren Übergangsbereich zwischen 0% und PWM_mind befinden. Daher wird in Block 54 die Lage in Bezug auf PWM_mind geprüft. Liegt PWM_z3n unterhalb von PWM_mind wird in Block 55 die Lage in Bezug auf PWM_minZ überprüft. Befindet sich der PWM-Wert PWM_z3n(k-1) im unteren Bereich, so wird oberhalb des Schwellenwerts PWM minZ in Block 56 eine Abweichung dPWM_z3n(k-1) nach Gl. 24: $$dPWM\_z3n\left(k-1\right)=PWM\_mind-PWM\_z3n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z3n(k-1) auf den Wert PWM_mind gesetzt.
  Unterhalb des Schwellenwerts PWM_minZ wird in Block 57 eine Abweichung dPWM_3n(k-1) nach Gl. 25: $$dPWM\_z3n\left(k-1\right)=0\%-PWM\_z3n\left(k-1\right)$$

  

  berechnet und anschließend der PWM-Wert PWM_z3n(k-1) auf den Wert 0% gesetzt. Liegt der PWM-Wert PWM_z3n nicht unterhalb von PWM_mind kann in Block 58 die Abweichung dPWM_z3n auf null gesetzt werden.
• Damit bekommt man die Abweichungen zwischen dem alten berechneten PWM-Wert PWM_z3n(k) und seinem neuen zugewiesenen Wert (0% oder PWM_mind). Mit den Abweichungen kann der nicht einstellbare Teil des PWM-Werts PWM_z3n(k-1) ermittelt werden. Dieser wird für die Berechnung der neuen PWM-Werte in der benachbarten PWM-Periode (k-2) analog Block 6 verwendet.
• Mit den Kenntnissen aus der Sortierung der PWM-Werte PWM_1(k-1), PWM_2(k-1) und PWM_3(k-1) in Block 38 können in Block 59 die einzelnen PWM-Werte PWM_z1n(k-1), PWM_z2n(k-1) und PWM_z3n(k-1) sowie die einzelnen Abweichungen dPWM_1n(k-1), dPWM_2n(k-1) und dPWM_3n(k-1) an den jeweiligen Phasen u, v und w in der PWM-Periode (k-1) zugewiesen. Man erhält PWM_uN(k-1), PWM_vN(k-1) und PWM_xn(k-1), dPWM_u(k-1), dPWM_v(k-1) und dPWM_w(k-1). Anschließend kann in Block 60 der Verfahrensschritt nach Block 5 in 1 beendet werden.
• 1 zeigt den weiteren Verlauf der Modulation aller PWM-Staffeln der PWM-Perioden i=k-2 bis i=1. Dabei werden alle PWM-Werte PWM_u(i), PWM_v(i) und PWM_v(i) (i=k-2 bis 1) analog zu den PWM-Werte PWM_u(k-1), PWM_v(k-1) und PWM_w(k-1) mittels des Ablaufs, wie in 3 dargestellt ermittelt. Die Abweichungen der PWM-Werten jeder PWM-Periode (i) werden immer in der laufenden PWM-Periode (i-1) mitberücksichtigt und verwendet, um die Kompensation der PWM-Abweichungen und damit auch der Spannungsvektor-Abweichungen im Mittel zu erreichen.
• Sind alle PWM-Werte PWM_uN(i), PWM_vN(i) und PWM_xn(i) mit i=k, k-1, k-2,...,1) ermittelt, so werden diese an den Wechselrichter weitergeleitet um sie einzustellen. Durch die Modulation der PWM-Werte gemäß dem beschriebenen Verfahren ist die Berücksichtigung der Sperrzeit im Wechselrichter bei jeder PWM-Staffel der PWM-Periode immer gewährleistet. Dazu ist eine saubere Strommessung durch die Einhaltung des Mindestzeitabstandes zur Vermeidung von Schwingungen in den Stromsignalen in der PWM-Periode mit der Strommessung auch gesichert. Die Modulation der PWM-Werte versucht den ursprünglichen Spannungsvektor der PWM-Perioden im Mittel beizubehalten, was zu einer Verminderung der Verzerrungen und der Verluste in der Spannungen führt.
• Bezugszeichenliste

1-60

Block

Claims (28)

1. Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, wobei Pulsweitenmodulierungs-Werte („PWM-Werte“) von wenigstens zwei Phasen in wenigstens zwei Perioden eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Einstellung der PWM-Werte der einzelnen Phasen in einer Strommessungsperiode erfolgt, in der eine Strommessung wenigstens eines Stroms der elektrischen Maschine durchgeführt wird, und in Abhängigkeit der in der Strommessungsperiode eingestellten PWM-Werte eine Einstellung der PWM-Werte der Phasen in wenigstens einer weiteren Periode durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sortierung der PWM-Werte der einzelnen Phasen der Periode durchgeführt wird, wobei die Phasen nach der Größe der PWM-Werte sortiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem größten PWM-Wert in Bezug auf einen ersten in Abhängigkeit einer Messzeit für eine Strommessung festgelegten Schwellenwert PWM_maxMess festgestellt wird, insbesondere mit $PWM\_MaxMess=100\%\ast \frac{Ts-\Delta TMinMess}{Ts}.$

   
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten des ersten Schwellenwerts PWM_maxMess die PWM-Werte aller Phasen unverändert bleiben und bei Annehmen oder Überschreiten des ersten Grenzwerts PWM_maxMess eine zweite Überprüfung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Überprüfung die Lage des größten PWM-Werts in Bezug auf einen zweiten Schwellenwert PWM_maxMessZ festgestellt wird, insbesondere mit $PWM\_MaxMessZ=PWM\_MaxMess+\frac{\left(100\%-PWM\_MaxMess\right)}{2}$

   
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert in Bezug auf einen dritten Schwellenwert PWM_mind durchgeführt wird, wobei bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind der PWM_Wert der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert beibehalten wird und bei Annehmen oder Überschreiten des dritten Schwellenwerts eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert in Bezug auf einen vierten Schwellenwert PWM_minZ durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der PWM_Wert der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf den dritten Schwellenwert PWM_mind verändert wird und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_3n = PWM_mind - PWM_3n, und bei Unterschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf 0% verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_3n = 0% - PWM_3n.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten des zweiten Schwellwerts PWM_maxMessZ der PWM-Wert der ersten Phase für die erste Periode auf den ersten Schwellenwert PWM_maxMess verändert wird und bei Annehmen oder Überschreiten des zweiten Grenzwerts PWM_maxMessZ der PWM-Wert der ersten Phase für die erste Periode auf 100% verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die PWM-Werte der weiteren Phasen derselben Periode in Abhängigkeit der Veränderung des PWM-Werts der ersten Phase verändert werden, insbesondere wird der PWM-Wert PWM_x der Phase x in Abhängigkeit des ursprünglichen PWM-Werts PWM_1 der ersten Phase und des veränderten PWM-Werts PWM_1n der ersten Phase auf $\text{PWM}\_\text{xn}=\text{PWM}\_\text{x}+\left(\text{PWM}\_1\text{n}-\text{PWM}\_1\right)$

   

   verändert.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x in Bezug auf den ersten Schwellenwert PWM_maxMess überprüft wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts PWM_maxMess die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x in Bezug auf den zweiten Schwellenwert PWM_maxMessZ überprüft und bei Unterschreiten des ersten Schwellenwerts PWM_maxMess die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x in Bezug auf einen dritten Schwellenwert PWM_mind überprüft wird, insbesondere mit $PWM\text{ min }d=100\%\ast \frac{\Delta TMind}{Ts}.$

    
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_xn bei Annehmen oder Überschreiten des zweiten Schwellenwerts PWM_maxMessZ auf 100% verändert und eine Abweichung dPWM_x bestimmt wird, insbesondere dPWM_x = 100% - PWM_xn, und dass der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_x bei Unterschreiten des zweiten Schwellenwerts PWM_maxMessZ auf den ersten Schwellenwert PWM_maxMess verändert und eine Abweichung dPWM_x bestimmt wird, insbesondere dPWM_2n(k) = PWM_maxMess - PWM_2n(k).
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind durch den wenigstens einen veränderten PWM-Wert PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase w beibehalten wird und bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind durch den wenigstens einen veränderten PWM-Wert PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase w der veränderte PWM-Wert PWM_xn in Bezug auf einen vierten Schwellenwert PWM_minZ überprüft wird, insbesondere mit $PWM\text{ min }Z=PWM\text{ min }d-\frac{\left(PWM\text{ min }d-0\%\right)}{2}=\frac{PWM\text{ min }d}{2}.$

    
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ durch den wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x der wenigstens eine veränderte PWM-Werts PWM_xn der wenigstens einen weiteren Phase x auf den dritten Schwellenwert PWM_mind verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_x = PWM_mind - PWM_xn, und bei Unterschreiten oder Annehmen des vierten Schwellenwerts PWM_minZ der wenigstens eine veränderte PWM-Wert PWM_xn auf 0% verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_xn = 0% - PWM_xn.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein PWM-Wert für wenigstens eine Phase für wenigstens eine weitere Periode, insbesondere eine auf die Strommessperiode folgende Periode k, bestimmt wird, wobei wenigstens eine in der Strommessperiode bestimmte Abweichung bei der Bestimmung des wenigstens einen PWM-Werts berücksichtigt wird, insbesondere PWM_uz(k - 1) = PWM_u(k - 1) + dPWM_u(k).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sortierung der PWM-Werte für die einzelnen Phasen der Periode durchgeführt wird, wobei die Phasen nach der Größe der PWM-Werte sortiert werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem größten PWM-Wert PWM_z1(k-1) in Bezug auf einen fünften Schwellenwert PWM_maxd festgestellt wird, insbesondere mit $PWM\_maxd=100\%\ast \frac{Ts-\Delta T\_Mind}{Ts}.$

    
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annehmen oder Unterschreiten des fünften Schwellenwerts PWM_maxd die PWM-Werte aller Phasen unverändert bleiben und bei Überschreiten des fünften Grenzwerts PWM_maxd der größte PWM-Wert PWM_z1(k-1) auf 100% verändert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des PWM-Werts der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert PWM_z3(k-1) in Bezug auf den dritten Schwellenwert PWM_mind bestimmt wird, wobei bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind eine Lage des PWM-Werts PWM_z3(k-1) der Phase in Bezug auf einen vierten Schwellenwert PWM_minZ bestimmt wird und bei Überschreiten oder Annehmen der PWM-Wert PWM_z3(k-1) beibehalten und eine Abweichung auf 0 gesetzt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der PWM_Wert PWM_z3(k-1) der Phase mit dem niedrigsten PWM-Wert bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf den dritten Schwellenwert PWM_mind verändert wird und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_z3n(k - 1) = PWM_mind - PWM_z3n(k - 1), und bei Unterschreiten oder Annehmen des vierten Schwellenwerts PWM_minZ auf 0% verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_z3n(k - 1) = 0% - PWM_z3n(k - 1).
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die PWM-Werte einer weiteren Phase PWM_z2n derselben Periode in Abhängigkeit der Veränderung des größten PWM-Werts PWM_z1verändert wird, insbesondere wird der PWM-Wert PWM_z2n der weiteren Phase in Abhängigkeit des ursprünglichen größten PWM-Werts PWM_z1und des veränderten größten PWM-Werts PWM_z1n auf $\text{PWM}\_\text{z}2\text{n}=\text{PWM}\_\text{z}2\text{n}+\left(\text{PWM}\_\text{z}1\text{n}-\text{PWM}\_\text{z}1\right)$

    

    verändert.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des wenigstens einen veränderten PWM-Werts PWM_z2n der wenigstens einen weiteren Phase in Bezug auf den fünften Schwellenwert PWM_maxd überprüft wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des fünften Schwellenwerts PWM_maxd die Lage des wenigstens einen veränderten weiteren PWM-Werts PWM_z2n der wenigstens einen weiteren Phase in Bezug auf einen sechsten Schwellenwert PWM_maxZ überprüft und bei Unterschreiten des sechsten Schwellenwerts PWM_maxZ der weitere PWM- Wert PWM_z2n auf den dritten Schwellenwert PWM_mind verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_z2n(k - 1) = PWMmaxd - PWM_z2n(k - 1),und bei Annehmen oder Überschreiten des sechsten Schwellenwerts PWM_maxZ der weitere PWM-Wert PWM_z2n auf 100% verändert und eine Abweichung bestimmt wird, inbesondere dPWM_z2n(k - 1) = 100% - PWM_z2n(k - 1).
24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annehmen oder Unterschreiten des fünften Schwellenwerts PWM_maxd die Lage des wenigstens einen weiteren veränderten PWM-Werts PWM_z2n in Bezug auf den dritten Schwellenwert PWM_mind überprüft wird, wobei bei Unterschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind der veränderte weitere PWM-Wert PWM_z2n beibehalten wird und bei Überschreiten des dritten Schwellenwerts PWM_mind die Lage des weiteren veränderten PWM-Werts PWM_z2n in Bezug auf den vierten Schwellenwert PWM_minZ überprüft wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vierten Schwellenwerts PWM_minZ der wenigstens einen weitere veränderte PWM-Wert PWM_z2n der wenigstens einen weiteren Phase auf den dritten Schwellenwert verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_z2n(k - 1) = PWMmind - PWM_z2n(k - 1), und bei Unterschreiten oder Annehmen des vierten Schwellenwerts PWM_minZ der veränderte PWM-Wert PWM_z2n auf 0% verändert und eine Abweichung bestimmt wird, insbesondere dPWM_z2n(k - 1) = 0% - PWM_z2n(k - 1).
26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PWM-Werte wenigstens einer weiteren Periode nach mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 25 bestimmt werden.
27. Steuerungseinrichtung für die Steuerung eines Betriebs eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
28. Elektrische Maschine mit einer Steuerungseinrichtung nach Anspruch 27.

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