DE102020004679A1 - Machine emulation using a multilevel inverter with variable voltage potentials - Google Patents

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Abstract

Leistungselektronik (100) zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen (10), wobei die Leistungselektronik aufweist: i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) zum Erzeugen jeweils einer i-ten Funktionstestspannung (UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3) an einem i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik; wobei jede der i Schaltungsanordnungen konfiguriert ist n variable, tiefpassgefilterte Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) zu erzeugen, welche jeweils ein unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen und welche jeweils mit dem i-ten Anschluss verbindbar sind; und wobei jeweils eine der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss der Leistungselektronik anliegt; und wobei i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 und i, j, n ∈ N.Power electronics (100) for the function test of a switchable i-phase inverter with j voltage stages (10), the power electronics having: i circuit arrangements (110, 210, 310) for generating an i-th function test voltage (UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3) at one i-th connection (120, 220, 320) of the power electronics; each of the i circuit arrangements being configured to generate n variable, low-pass filtered intermediate voltages (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4), which each have a different voltage level and which can each be connected to the i-th connection; and wherein in each case one of the n intermediate voltages is present at the i-th connection of the power electronics; and where i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 and i, j, n ∈ N.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronik zum Funktionstest eines ein- oder mehrphasigen Wechselrichters und deren Verwendung in einem Maschinenemulator, einen Maschinenemulator zum Emulieren einer Drehfeldmaschine zum Funktionstest eines ein- oder mehrphasigen Wechselrichters, ein Verfahren zum Funktionstest eines ein- oder mehrphasigen Wechselrichters und ein Verfahren zum Emulieren einer Drehfeldmaschine zum Funktionstest eines ein- oder mehrphasigen Wechselrichters.The invention relates to power electronics for the function test of a single- or multi-phase inverter and its use in a machine emulator, a machine emulator for emulating a three-phase machine for the function test of a single- or multi-phase inverter, a method for the function test of a single- or multi-phase inverter and a method for emulation an induction machine for functional testing of a single- or multi-phase inverter.

Dabei wird unter einer Drehfeldmaschine eine Maschine verstanden, bei der sich ein Magnetfeld fortlaufend um eine Rotationsachse dreht, wie beispielsweise in einphasigen Wechselstrommotoren, mehrphasigen Drehstrommotoren oder Drehfeldmagneten. Für den Betrieb einer Drehfeldmaschine muss die Drehfeldmaschine an eine elektrische Versorgungseinrichtung angeschlossen mit einer Betriebsspannung versorgt werden. Als elektrische Versorgungseinrichtungen werden hierzu Drehfeldmaschinen-Wechselrichter und/oder Drehfeldmaschinen-Steuergeräte eingesetzt. Nachfolgend stehen stellvertretend für alle elektrischen Versorgungseinrichtungen für Drehfeldmaschinen beispielhaft die Drehfeldmaschinen-Wechselrichter und hierbei allgemein die Wechselrichter.A rotary field machine is understood to be a machine in which a magnetic field rotates continuously about an axis of rotation, such as in single-phase AC motors, multi-phase three-phase motors or rotary field magnets. To operate an induction machine, the induction machine must be connected to an electrical supply device and supplied with an operating voltage. For this purpose, induction machine inverters and/or induction machine control devices are used as electrical supply devices. In the following, the induction machine inverters and the inverters in general are examples of all electrical supply devices for induction machines.

Zum Funktionstest von Wechselrichtern wird üblicherweise ein elektro-mechanischer Maschinenprüfstand verwendet. Hierbei wird der unter Test stehende Wechselrichter an eine reale Drehfeldmaschine angeschlossen und die Drehfeldmaschine durch eine steuerbare Lastmaschine mechanisch unter Last gesetzt. Dazu wird die Lastmaschine derart angesteuert, dass sie typische mechanische Lastszenarien der Drehfeldmaschine simuliert und diese Lastszenarien an der Drehfeldmaschine anliegen lässt. Der unter Test stehende Wechselrichter muss dann am elektro-mechanischen Maschinenprüfstand die Drehfeldmaschine mit den entsprechenden elektrischen Spannungen und Strömen versorgen, um die Drehfeldmaschine unter ihren mechanischen Arbeitspunkten zu betreiben.An electro-mechanical machine test bench is usually used to test the functionality of inverters. The inverter under test is connected to a real induction machine and the induction machine is mechanically loaded by a controllable load machine. For this purpose, the load machine is controlled in such a way that it simulates typical mechanical load scenarios of the induction machine and applies these load scenarios to the induction machine. The inverter under test must then supply the induction machine with the appropriate electrical voltages and currents on the electro-mechanical machine test bench in order to operate the induction machine at its mechanical operating points.

Ein elektro-mechanischer Maschinenprüfstand, der die zu testenden Lastverhältnisse möglichst real simuliert, stellt aber ein sehr komplexes System dar, welches nur aufwendig zu realisieren ist und welches hohe Kosten verursacht. Zudem sind solche Maschinenprüfstände nicht flexibel genug um auf variable Einstellungen der Drehfeldmaschine angepasst werden zu können.However, an electro-mechanical machine test bench that simulates the load conditions to be tested as realistically as possible represents a very complex system that is difficult to implement and causes high costs. In addition, such machine test benches are not flexible enough to be able to be adapted to variable settings of the induction machine.

Als Alternative zu einem elektro-mechanischen Maschinenprüfstand kann hierbei ein rein elektrischer Maschinenemulator verwendet werden, der in der Lage ist, das elektrische Verhalten einer mechanisch belasteten Drehfeldmaschine nachzubilden um einen unter Test stehenden Wechselrichter entsprechend der Arbeitspunkte der Drehfeldmaschine elektrisch prüfen zu können. Ein solcher Maschinenemulator setzt sich dabei aus einem Maschinenmodel, welches das tatsächliche Maschinenverhalten in Echtzeit berechnet, und einer Leistungselektronik zusammen. Diese Leistungselektronik hat die Aufgabe, eine zuvor berechnete Gegenspannung einzustellen, sodass sich an den Anschlüssen des Maschinenemulators und an den Anschlüssen des zu testenden Wechselrichters dieselben Ströme ausbilden, wie sie im Test an einem elektro-mechanischen Maschinenprüfstand auftreten würden. Dabei soll das Betriebsverhalten der verwendeten Leistungselektronik, insbesondere bei einem getakteten Betrieb, keine Störungen in Form einer zusätzlichen Stromschwankungsbreite in diese Ströme einbringen. Nachfolgend wird für die Spannung an den Anschlüssen der Leistungselektronik des Maschinenemulators während des Funktionstests eines Wechselrichters synonym zu dem Begriff einer Gegenspannung der Begriff Funktionstestspannung verwendet.As an alternative to an electro-mechanical machine test bench, a purely electrical machine emulator can be used, which is able to simulate the electrical behavior of a mechanically loaded induction machine in order to be able to electrically test an inverter under test according to the operating points of the induction machine. Such a machine emulator consists of a machine model, which calculates the actual machine behavior in real time, and power electronics. This power electronics has the task of setting a previously calculated counter-voltage so that the same currents form at the connections of the machine emulator and at the connections of the inverter to be tested as would occur in the test on an electro-mechanical machine test bench. In this case, the operating behavior of the power electronics used, in particular in the case of clocked operation, should not introduce any disturbances in the form of an additional current fluctuation range into these currents. In the following, the term functional test voltage is used synonymously with the term counter-voltage for the voltage at the connections of the power electronics of the machine emulator during the functional test of an inverter.

Herkömmliche Maschinenemulatoren setzen für den Betrieb ihrer Leistungselektronik und die Einstellung der Funktionstestspannung häufig Wechselrichter ein. Um der getakteten Arbeitsweise dieser Wechselrichter entgegen zu wirken, sind verschiedene Ansätze bekannt.Traditional machine emulators often use inverters to operate their power electronics and set the bump test voltage. Various approaches are known for counteracting the clocked mode of operation of these inverters.

In einem ersten Ansatz wird die Schaltfrequenz der eingesetzten Wechselrichter erhöht, um eine Verringerung der zusätzlich eingebrachten, unerwünschten Stromschwankungsbreite zu erreichen. Eine Erhöhung der Schaltfrequenz kann hierbei durch eine tatsächliche Erhöhung der Schalthandlungen im Wechselrichter erreicht werden. Eine andere Möglichkeit ist der Parallelbetrieb mehrerer Halbbrücken im Wechselrichter, welche versetzt zueinander angesteuert werden, wobei sich eine wirksame Schaltfrequenz am Ausgang des Wechselrichters erhöht. Dabei kann eine Erhöhung der Schaltfrequenz die Stromschwankungsbreite zwar verringern, aber nicht vollständig eliminieren. Außerdem bewirkt eine Erhöhung der Schaltfrequenz gleichzeitig auch eine Erhöhung der Schaltverluste, welche proportional zur gewählten Schaltfrequenz sind. Eine Erhöhung der Schalthandlungen verursacht zudem eine Zunahme an Störeinkopplungen, insbesondere bei steilen Schaltflanken.In a first approach, the switching frequency of the inverters used is increased in order to achieve a reduction in the additionally introduced, undesired current fluctuation range. An increase in the switching frequency can be achieved by actually increasing the switching operations in the inverter. Another possibility is the parallel operation of several half-bridges in the inverter, which are controlled offset from one another, with an effective switching frequency at the output of the inverter increasing. Increasing the switching frequency can reduce the current fluctuation range, but not eliminate it completely. In addition, an increase in the switching frequency also causes an increase in the switching losses, which are proportional to the selected switching frequency. An increase in switching operations also causes an increase in interference coupling, especially with steep switching edges.

Ein weiterer Ansatz sieht die Verwendung von Tiefpassfiltern im Anschluss an die eingesetzten Wechselrichter vor. Der von den Wechselrichtern der Leistungselektronik verursachten stufen- und/oder rechteckförmige Verlauf der Wechselrichterausgangsspannung wird hierbei geglättet. Durch diese Glättung wird die erzeugbare Frequenzbandbreite der Ausgangsspannung allerdings verringert. Da aber die gewünschte Funktionstestspannung an den Anschlüssen der Leistungselektronik ebenfalls unstetiges Verhalten wie der stufen- und/oder rechteckförmigen Spannungsverlauf am Anschluss des unter Test stehenden Wechselrichters aufweist, erfordert die Nachbildung der gewünschten Funktionstestspannung auch hochfrequente Spannungsanteile. Diese hochfrequenten Spannungsanteile können aber durch die geglättete Wechselrichterausgangsspannung nur näherungsweise eingestellt werden.Another approach envisages the use of low-pass filters after the inverters used. The stepped and/or square-wave course of the inverter output voltage caused by the inverters of the power electronics is smoothed in this case. However, this smoothing reduces the frequency bandwidth of the output voltage that can be generated. However, since the desired function test voltage at the connections of the power electronics also exhibits discontinuous behavior such as the stepped and/or square-wave voltage profile at the connection of the inverter under test, simulating the desired function test voltage also requires high-frequency voltage components. However, these high-frequency voltage components can only be set approximately by the smoothed inverter output voltage.

Um den Einfluss der taktenden Arbeitsweise eines Wechselrichters in der Leistungselektronik zu vermeiden, werden zur Einstellung der Funktionstestspannung auch Linearverstärker ohne taktendes Verhalten eingesetzt. Allerdings ist auch das Ausgangssignal von Linearverstärkern bandbegrenzt, wodurch die Funktionstestspannung wiederum nur näherungsweise eingestellt werden kann. Bedingt durch die stetige Arbeitsweise der eingesetzten Transistoren ist zudem der Betrieb von Linearverstärkern sehr verlustbehaftet und insbesondere in hohen Leistungsklassen wenig effizient.In order to avoid the influence of the clocking mode of operation of an inverter in the power electronics, linear amplifiers without clocking behavior are also used to set the function test voltage. However, the output signal from linear amplifiers is also band-limited, which means that the function test voltage can only be set approximately. Due to the continuous operation of the transistors used, the operation of linear amplifiers is also very lossy and not very efficient, especially in high power classes.

Somit ist es bei den bekannten Ansätzen selbst theoretisch nicht möglich die Drehfeldmaschine exakt nachzubilden, da die tatsächliche Funktionstestspannung an den Anschlüssen der Leistungselektronik auf Grund von Einflüssen der Leistungselektronik mit erhöhten Schaltverlusten, Störeinkopplungen und einer Bandbegrenzung nicht auf die zuvor am Maschinenmodell berechnete Funktionstestspannung eingestellt werden kann.Thus, with the known approaches, it is not even theoretically possible to exactly simulate the induction machine, since the actual function test voltage at the connections of the power electronics cannot be set to the function test voltage previously calculated on the machine model due to influences of the power electronics with increased switching losses, interference couplings and a band limitation .

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funktionstestspannung zum Funktionstest eines schaltbaren ein- oder mehrphasigen Wechselrichters bereitzustellen, welche eine berechnete Funktionstestspannung mit hoher Genauigkeit nachbildet.It is therefore an object of the present invention to provide a function test voltage for the function test of a switchable single-phase or multi-phase inverter, which simulates a calculated function test voltage with high accuracy.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This problem is solved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Sofern nichts anderes angegeben ist, wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung unter dem Begriff „Verbinden“ stets ein elektrisches Verbinden verstanden.Unless otherwise stated, the term “connect” is always understood to mean an electrical connection in the context of the present description.

Ein Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Leistungselektronik zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen, wobei die Leistungselektronik aufweist: i Schaltungsanordnungen zum Erzeugen jeweils einer i-ten Funktionstestspannung an einem i-ten Anschluss der Leistungselektronik; wobei jede der i Schaltungsanordnungen konfiguriert ist n variable, tiefpassgefilterte Zwischenspannungen zu erzeugen, welche jeweils ein unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen und welche jeweils mit dem i-ten Anschluss verbindbar sind; und wobei jeweils eine der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss der Leistungselektronik anliegt; und wobei i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 und i, j, n ∈ N.One aspect of solving the problem relates to power electronics for the function test of a switchable i-phase inverter with j voltage levels, the power electronics having: i circuit arrangements for generating an i-th function test voltage at an i-th connection of the power electronics; each of the i circuit arrangements being configured to generate n variable, low-pass filtered intermediate voltages which each have a different voltage level and which can each be connected to the i-th connection; and wherein in each case one of the n intermediate voltages is present at the i-th connection of the power electronics; and where i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 and i, j, n ∈ N.

Dabei bietet die Leistungselektronik den Vorteil, dass die beschriebene Topologie für Funktionstests an einer Vielzahl von schaltbaren Wechselrichtern mit unterschiedlicher Anzahl von Phasen und Spannungsstufen einfach und modular angepasst werden kann. Durch eine zweistufige Erzeugung von einer oder mehreren Funktionstestspannungen in der Leistungselektronik können in einem ersten Schritt pro Phase eine Mehrzahl von niederfrequenten Zwischenspannungen unterschiedlicher Spannungsniveaus erzeugt werden, bei denen die Störeinflüsse einer getakteten Generierung in den Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik durch den Einsatz von Tiefpassfiltern nahezu vollständig eliminiert wird. In einem zweiten Schritt kann dann pro Phase hochfrequent zwischen Spannungsniveaus der Zwischenspannungen geschaltet werden, um das Schaltverhalten des Wechselrichters nachbilden zu können.The power electronics offer the advantage that the topology described can be easily and modularly adapted for function tests on a large number of switchable inverters with a different number of phases and voltage stages. Through a two-stage generation of one or more function test voltages in the power electronics, a plurality of low-frequency intermediate voltages of different voltage levels can be generated in a first step per phase, in which the interference of a clocked generation in the circuit arrangements of the power electronics is almost completely eliminated by the use of low-pass filters . In a second step, it is then possible to switch between voltage levels of the intermediate voltages at high frequency per phase in order to be able to simulate the switching behavior of the inverter.

Mit Wechselrichter ist stets eine elektrische Versorgungseinrichtungen zu verstehen, die als Drehfeldmaschinen-Wechselrichter und/oder Drehfeldmaschinen-Steuergeräte eingesetzt werden kann. Dabei bezeichnet i die Anzahl an Phasen des Wechselrichters und der Drehfeldmaschine, j die Anzahl der Gleichspannungsstufen des Wechselrichters und n die Anzahl an Gegenspannungsstufen pro Phase, die bei einer Maschinenemulation benötigt werden, um das Schaltverhalten des Wechselrichters nachbilden zu können. Die Anzahl an Zwischenspannungen in der Leistungselektronik richtet sich hierbei an der Anzahl n an Gegenspannungsstufen.An inverter is always to be understood as an electrical supply device that can be used as an induction machine inverter and/or induction machine control device. Here, i denotes the number of phases of the inverter and the induction machine, j the number of DC voltage stages of the inverter and n the number of counter voltage stages per phase that are required for a machine emulation in order to be able to simulate the switching behavior of the inverter. The number of intermediate voltages in the power electronics depends on the number n of counter-voltage stages.

Die von der Leistungselektronik testbaren Wechselrichter können ein- oder mehrphasig ausgelegt sein. Bei einem einphasigen Wechselrichter wird eine Anschlussspannung aus einer Gleichspannung generiert, wobei der Wechselrichter zwischen mindestens zwei Gleichspannungsstufen, hier vereinfacht Spannungsstufen genannt, schaltet. Die Anschlussspannung des Wechselrichters kann aber auch durch Schalten zwischen mehr als zwei Spannungsstufen generiert werden. Durch den getakteten Betrieb des Wechselrichters wird mittels einer pulsweitenmodulierten Rechteckspannung eine stufenförmige, über eine Pulsperiode gemittelte sinusförmige Anschlussspannung synthetisiert. Hierbei besteht die Anschlussspannung aus einem niederfrequenten, sinusförmigen Anteil, der zum Betrieb einer einphasigen Drehfeldmaschine benötigt wird, und einem hochfrequenten Anteil, der als Störeinfluss durch den getakteten Betrieb des Wechselrichters eingebracht wird. Beide Frequenzanteile der Anschlussspannung des Wechselrichters werden bei einem Funktionstest des Wechselrichters von der Leistungselektronik berücksichtigt. Bei einem mehrphasigen Wechselrichter werden mehrere Anschlussspannungen generiert, die sich nur durch eine Phasenverschiebung unterscheiden. Die Phasenverschiebungen addieren sich beim Durchlauf aller Phasen des Wechselrichters zu 360°.The inverters that can be tested by the power electronics can be single- or multi-phase. In the case of a single-phase inverter, a connection voltage is generated from a DC voltage, with the inverter switching between at least two DC voltage levels, referred to simply as voltage levels here. However, the connection voltage of the inverter can also be generated by switching between more than two voltage levels. Due to the clocked operation of the inverter, a stepped sinusoidal connection voltage averaged over a pulse period is synthesized using a pulse width modulated square-wave voltage. In this case, the connection voltage consists of a low-frequency, sinusoidal component, which is required to operate a single-phase induction machine, and a high-frequency component, which is introduced as an interference effect through the clocked operation of the inverter. Both frequency components of the connection voltage of the inverter are taken into account by the power electronics during a functional test of the inverter. In the case of a multi-phase inverter, several connection voltages are generated which differ only in terms of a phase shift. The phase shifts add up to 360° when running through all phases of the inverter.

Bei einem Funktionstest des zu testenden Wechselrichters muss zunächst die Leistungselektronik derart konfiguriert werden, dass die Anzahl an Leistungselektronik-Anschlüssen, an denen eine Funktionstestspannung abgegriffen werden kann, der Anzahl der Phasen des zu testenden Wechselrichters entspricht. Dabei wird jeweils der i-te Anschluss der Leistungselektronik mit einem i-ten Anschluss des zu testenden Wechselrichters gekoppelt. Hierbei können die Anschlüsse der Leistungselektronik während des Funktionstests sowohl als Eingang, als auch als Ausgang dienen, da die Leistungselektronik und der Wechselrichter sich wechselseitig beeinflussen. Ein Leistungsfluss ist bidirektional möglich.In a function test of the inverter to be tested, the power electronics must first be configured in such a way that the number of power electronics connections at which a function test voltage can be tapped corresponds to the number of phases of the inverter to be tested. In this case, the i-th connection of the power electronics is coupled to an i-th connection of the inverter to be tested. The connections of the power electronics can serve both as an input and as an output during the function test, since the power electronics and the inverter influence each other. A power flow is bidirectional possible.

Die i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik zum Erzeugen jeweils einer i-ten Funktionstestspannung werden parallel betrieben und haben außer einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle keinen Einfluss aufeinander.The i circuit configurations of the power electronics for generating an i-th function test voltage are operated in parallel and, apart from a common DC voltage source, have no influence on one another.

Die in jeder der i Schaltungsanordnungen erzeugten n variablen, tiefpassgefilterten Zwischenspannungen weisen vorzugsweise alle einen annähernd gleichförmigen Spannungsverlauf gleicher Frequenz und Amplitude auf, die einen niederfrequenten Anteil an der Zwischenspannung bilden. Dieser Anteil wird benötigt, um in der i-ten Funktionstestspannung den Betrieb der Drehfeldmaschine nachbilden zu können.The n variable, low-pass filtered intermediate voltages generated in each of the i circuit arrangements preferably all have an approximately uniform voltage curve of the same frequency and amplitude, which forms a low-frequency component of the intermediate voltage. This portion is required in order to be able to simulate the operation of the induction machine in the i-th function test voltage.

Die n Zwischenspannungen unterscheiden sich im Wesentlichen jeweils nur durch ein anderes Spannungsniveau, respektive eines anderen Gleichspannungsanteils. Dabei bilden die n unterschiedlichen Gleichspannungsanteile eine Treppenfunktion bei der ausgehend von der ersten Zwischenspannung an immer eine Gleichspannung ungefähr gleicher Größe bei der nächsten Zwischenspannung hinzuaddiert wird. Vorzugsweise ist der maximale Unterschied im Gleichspannungsanteil zwischen der ersten und der n-ten Zwischenspannung derart ausgelegt, dass dadurch der maximale Störeinfluss des hochfrequenten Schaltverhalten des zu testenden Wechselrichters in der i-ten Funktionstestspannung nachgebildet werden kann.The n intermediate voltages essentially only differ in each case by a different voltage level or a different DC voltage component. The n different DC voltage components form a step function in which, starting from the first intermediate voltage, a DC voltage of approximately the same magnitude is always added at the next intermediate voltage. The maximum difference in the direct voltage component between the first and the nth intermediate voltage is preferably designed such that the maximum interference effect of the high-frequency switching behavior of the inverter to be tested can be simulated in the i-th function test voltage.

Die i Schaltungsanordnungen sind zudem konfiguriert, jede der n Zwischenspannungen mit dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik zu verbinden oder zu trennen, wobei genau eine der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss der Leistungselektronik anliegt. Die i Schaltungsanordnungen sind dabei derart konfiguriert, dass nicht zwei oder mehrere Zwischenspannungen gleichzeitig mit dem i-ten Anschluss verbunden sind. Dadurch dass die genau eine anliegende Zwischenspannung am i-ten Anschluss der Leistungselektronik anliegt, liegt auch stets der niederfrequente Anteil der Zwischenspannungen am i-ten Anschluss der Leistungselektronik an und durch hochfrequentes Schalten zwischen den n Zwischenspannungen ist das hochfrequente Schaltverhalten des zu testenden Wechselrichters in der i-ten Funktionstestspannung nachbildbar.The i circuit arrangements are also configured to connect or disconnect each of the n intermediate voltages to the i-th connection of the power electronics, with exactly one of the n intermediate voltages being present at the i-th connection of the power electronics. In this case, the i circuit arrangements are configured in such a way that two or more intermediate voltages are not connected to the i-th connection at the same time. Because exactly one intermediate voltage is present at the i-th connection of the power electronics, the low-frequency component of the intermediate voltages is also always present at the i-th connection of the power electronics, and high-frequency switching between the n intermediate voltages means that the high-frequency switching behavior of the inverter to be tested is in the i-th function test voltage can be simulated.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Leistungselektronik weist jede der i Schaltungsanordnungen auf: n schaltbare, einphasige Wechselrichter mit jeweils nachgelagertem Tiefpassfilter zum Erzeugen der jeweils n-ten Zwischenspannung und n Schaltungseinrichtungen zum Trennen und Verbinden eines Tiefpassfilterausgangs des n-ten Wechselrichters mit dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik.In a preferred embodiment of the power electronics, each of the i circuit arrangements has: n switchable, single-phase inverters each with a downstream low-pass filter for generating the nth intermediate voltage and n switching devices for isolating and connecting a low-pass filter output of the nth inverter to the i-th connection of power electronics.

Dabei arbeiten bei jeder der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik die jeweils n einphasigen Wechselrichter ohne die nachgelagerte Tiefpassfilterung vorzugsweise vergleichbar zu dem Wechselrichter der i-ten Phase.In each of the i circuit configurations of the power electronics, the n single-phase inverters in each case work preferably comparable to the inverter of the i-th phase without the downstream low-pass filtering.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Leistungselektronik ergibt sich die Anzahl n der Zwischenspannungen für jede der i Schaltungsanordnungen nach einer folgenden Formel zu: n = ((j-1) * i) + 1.In a further preferred embodiment of the power electronics, the number n of intermediate voltages for each of the i circuit arrangements results from the following formula: n=((j-1)*i)+1.

Dabei bietet eine Anzahl n der Zwischenspannungen nach der vorangegangenen Formel die Möglichkeit, das hochfrequente Schaltverhalten des zu testenden Wechselrichters in der i-ten Funktionstestspannung mit hoher Genauigkeit nachzubilden.A number n of intermediate voltages according to the above formula offers the possibility of simulating the high-frequency switching behavior of the inverter to be tested in the i-th function test voltage with high accuracy.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Leistungselektronik beträgt die Anzahl i an Phasen und die Anzahl j an Spannungsstufen des zu testenden Wechselrichters i = 3 und j = 2 und die Anzahl der Zwischenspannungen n für jede der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik beträgt n = 4.In a further preferred embodiment of the power electronics, the number i of phases and the number j of voltage stages of the inverter to be tested is i=3 and j=2, and the number of intermediate voltages n for each of the i circuit arrangements of the power electronics is n=4.

Die Konfiguration einer Leistungselektronik mit jeweils vier Zwischenspannungen bei jeder der 3 Schaltungsanordnungen deckt dabei den wichtigen Anwendungsfall ab, bei dem ein dreiphasiger Zweipunkt-Wechselrichter mit der Leistungselektronik funktionsgetestet werden kann.The configuration of power electronics with four intermediate voltages in each of the 3 circuit arrangements covers the important application case in which a three-phase two-level inverter can be functionally tested with the power electronics.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Leistungselektronik sind die jeweils n Wechselrichter der i Schaltungsanordnungen derart schaltbar, dass die jeweils erzeugten n Zwischenspannungen einen annähernd sinusförmigen Zeitverlauf innerhalb einer ersten Periodendauer aufweisen, wobei die erste Periodendauer einer elektrischen Periodendauer einer während eines Funktionstests zu emulierenden Drehfeldmaschine entspricht; wobei die jeweils n Schalteinrichtungen der i Schaltungsanordnungen derart schaltbar sind, dass jeweils alle n Tiefpassfilterausgänge der n Wechselrichter innerhalb einer zweiten Periodendauer mindestens einmal mit dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik verbunden sind, wobei die zweite Periodendauer einer Schaltperiodendauer des schaltbaren i-phasigen unter Test stehenden Wechselrichters entspricht; und wobei die erste Periodendauer um ein Vielfaches größer ist als die zweite Periodendauer.In a further preferred embodiment of the power electronics, the n inverters of the i circuit arrangements can be switched in such a way that the n intermediate voltages generated in each case have an approximately sinusoidal time profile within a first period, the first period corresponding to an electrical period of an induction machine to be emulated during a function test; wherein the respective n switching devices of the i circuit arrangements can be switched in such a way that all n low-pass filter outputs of the n inverters are connected at least once to the i-th connection of the power electronics within a second period, the second period being a switching period of the switchable i-phase under test standing inverter; and wherein the first period is a multiple of the second period.

Ebenso wie bei den i Phasen des unter Test stehenden Wechselrichters synthetisieren die jeweils n Wechselrichter der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik vorzugsweise mittels einer pulsweitenmodulierten Reckteckspannung eine stufenförmige, über eine Pulsperiode gemittelte sinusförmige Spannung, die durch das Tiefpassfilter im Anschluss jeweils vom hochfrequenten Störeinfluss des taktenden Betriebs der n Wechselrichter befreit wird. Die aus der Kombination Wechselrichter und Tiefpassfilter generierten jeweiligen n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik weisen demnach nur einen niederfrequenten, sinusförmigen Anteil auf. Um die i Betriebsspannungen der i phasigen Drehfeldmaschine während eines Funktionstests nachbilden zu können, weisen alle n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik eine entsprechende niederfrequente Frequenz auf. Die Periodendauern des niederfrequenten sinusförmigen Anteils der n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik entsprechen somit der elektrischen Periodendauer einer während eines Funktionstests zu emulierenden i phasigen Drehfeldmaschine.As with the i phases of the inverter under test, the respective n inverters of the i circuit configurations of the power electronics synthesize a step-shaped sinusoidal voltage averaged over a pulse period using a pulse-width-modulated square wave voltage, which is then filtered through the low-pass filter by the high-frequency interference of the clocked operation of the n inverter is freed. The respective n intermediate voltages of the i circuit configurations of the power electronics generated from the combination of inverter and low-pass filter accordingly have only a low-frequency, sinusoidal component. In order to be able to simulate the i operating voltages of the i-phase induction machine during a function test, all n intermediate voltages of the i circuit arrangements of the power electronics have a corresponding low-frequency. The periods of the low-frequency sinusoidal component of the n intermediate voltages of the i circuit arrangements of the power electronics thus correspond to the electrical periods of an i-phase induction machine to be emulated during a function test.

Dadurch dass jeweils alle n Tiefpassfilterausgänge der n Wechselrichter innerhalb einer Schaltperiodendauer des zu testenden schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mindestens einmal mit dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik verbunden sind, können auch alle durch das Schalten der Wechselrichter verursachten hochfrequenten Störeinflüsse mit hoher Genauigkeit nachgebildet werden, ohne die niederfrequenten sinusförmigen Anteile der n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik und damit auch den niederfrequenten sinusförmigen Anteil der i Funktionstestspannungen zu beeinflussen.Since all n low-pass filter outputs of the n inverters are connected at least once to the i-th connection of the power electronics within a switching period of the switchable i-phase inverter to be tested, all high-frequency interference caused by the switching of the inverters can also be simulated with high accuracy, without influencing the low-frequency sinusoidal components of the n intermediate voltages of the i circuit arrangements of the power electronics and thus also the low-frequency sinusoidal component of the i function test voltages.

Dabei erstrecken sich die Schaltfrequenzen üblicher Wechselrichter über ein breites Frequenzspektrum. Bei den meisten Drehfeldmaschinen-Wechselrichtern liegt die Schaltfrequenz bei etwa 10 kHz, wobei auch Schaltfrequenzen von 5 kHz bis 100 kHz verwendet werden. Wechselrichter mit höheren Schaltfrequenzen bis 1 MHz werden meist nicht als Maschinenwechselrichter verwendet. Der niederfrequente Anteil der Funktionstestspannungen kann bei einer sehr hoch drehenden Drehfeldmaschine bis ungefähr 300 Hz betragen, was bei einer einpoligen Maschine einer Rotationsgeschwindigkeit von 18.000 min-1 entspricht.The switching frequencies of conventional inverters extend over a wide frequency spectrum. In most induction machine inverters, the switching frequency is around 10 kHz, although switching frequencies from 5 kHz to 100 kHz are also used. Inverters with higher switching frequencies of up to 1 MHz are usually not used as machine inverters. The low-frequency component of the function test voltages can be up to around 300 Hz for a very high-speed rotating field machine, which corresponds to a rotation speed of 18,000 rpm for a single-pole machine .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Leistungselektronik werden alle i Schaltungsanordnungen mit einer Gleichspannungsquelle betrieben. Zusätzlich oder optional sind die jeweils n Wechselrichter der i Schaltungsanordnungen als Tiefsetzsteller ausgebildet, die mit MOSFETs betrieben werden. Zusätzlich oder optional sind die Tiefpassfilter der jeweils n Wechselrichter als passive Filter mit Filterinduktivität und Filterkapazität ausgebildet. Zusätzlich oder optional sind die jeweils n Schaltungseinrichtungen der i Schaltungsanordnungen als zwei bidirektionale, antiparallele MOSFETs ausgebildet.In a further preferred embodiment of the power electronics, all i circuit arrangements are operated with a DC voltage source. Additionally or optionally, the respective n inverters of the i circuit arrangements are designed as step-down converters that are operated with MOSFETs. Additionally or optionally, the low-pass filters of the n inverters in each case are designed as passive filters with filter inductance and filter capacitance. Additionally or optionally, the respective n circuit devices of the i circuit arrangements are designed as two bidirectional, anti-parallel MOSFETs.

Der Einsatz von MOSFETs zum Schalten der Tiefsetzsteller und der Schalteinrichtungen ermöglicht ein sehr abruptes Umschalten und damit ein Nachbilden von unstetigen und/oder hochfrequenten Spannungsverläufen. Die Grenzfrequenzen der passiven Tiefpassfilter ergeben sich aus der maximalen Rotationsgeschwindigkeit der zu emulierenden Drehfeldmaschine multipliziert mit deren Anzahl an Polpaaren. Somit kann zur Festlegung der Grenzfrequenz der Tiefpassfilter die maximale Rotationsgeschwindigkeit der zu emulierenden Drehfeldmaschine herangezogen werden.The use of MOSFETs for switching the step-down converter and the switching devices enables very abrupt switching and thus simulation of discontinuous and/or high-frequency voltage curves. The limit frequencies of the passive low-pass filter result from the maximum rotational speed of the induction machine to be emulated multiplied by the number of pole pairs. The maximum rotational speed of the induction machine to be emulated can thus be used to determine the limit frequency of the low-pass filter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Leistungselektronik weist jede der i Schaltungsanordnungen eine erste Freilaufdiode zwischen einem ersten Ausgang der Gleichspannungsquelle und dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik und eine zweite Freilaufdiode zwischen dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik und dem zweiten Ausgang der Gleichspannungsquelle auf.In a further preferred embodiment of the power electronics, each of the i circuit arrangements has a first freewheeling diode between a first output of the DC voltage source and the i-th connection of the power electronics and a second freewheeling diode between the i-th connection of the power electronics and the second output of the DC voltage source.

Vorzugsweise wird während des Schaltens zwischen den n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik jeweils eine Totzeit vorgesehen, bei der keiner der Tiefpassfilterausgänge der n-ten Wechselrichter mit dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik verbunden ist. Auf diese Weise können Kurzschlüsse zwischen zwei Zwischenspannungsniveaus während des Schaltvorgangs vermieden werden. Während dieser Totzeiten kann ein Anschlussstrom am jeweils i-ten Anschluss, je nach Stromrichtung, über die erste oder über die zweite Freilaufdiode fließen. Um einen Fehler bei den i Funktionstestspannungen an den i Anschlüssen möglichst klein zu halten, ist die Totzeit vorzugsweise sehr klein. Die exakte Berechnung der einzustellenden Totzeiten hängt dabei maßgeblich vom Ein- und Ausschaltverhalten der verwendeten Komponenten, insbesondere der Schalteinrichtungen und deren Schalter ab. Hierbei ergibt sich üblicherweise eine gebräuchliche Totzeit von etwa 50 ns bis 100 ns und bei Auslegung mit genügend großer Toleranz eine Totzeit von etwa 1 µs.A dead time is preferably provided during the switching between the n intermediate voltages of the i circuit arrangements of the power electronics, during which none of the low-pass filter outputs of the n-th inverter is connected to the i-th connection of the power electronics. In this way, short circuits between two intermediate voltage levels can be avoided during the switching process. During these dead times, a connection current can flow at the respective i-th connection, depending on the direction of the current, via the first or via the second freewheeling diode. In order to keep an error in the i function test voltages at the i terminals as small as possible, the dead time is preferably very small. The exact calculation of the dead times to be set depends significantly on the switching on and off behavior of the components used, in particular the switching devices and their switches. This usually results in a customary dead time of about 50 ns to 100 ns and when designed with a sufficiently large tolerance, a dead time of about 1 μs.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft einen Maschinenemulator zum Emulieren einer Drehfeldmaschine zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen, wobei der Maschinenemulator aufweist: eine Leistungselektronik gemäß dem ersten Aspekt und dessen bevorzugten Ausführungsformen; eine Emulatoreinheit konfiguriert zum Erzeugen von jeweils n Referenz-Funktionsspannungen für die i Schaltungsanordnungen; und eine Steuerungs- und/oder Regeleinheit; und wobei die Steuerungs- und/oder Regeleinheit konfiguriert ist, die n Zwischenspannungen und ein Schalten zwischen den n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik derart zu regeln, dass an den i Anschlüssen der Leistungselektronik Funktionstestspannungen mit den jeweils n Referenz-Funktionsspannungen für die i Schaltungsanordnungen erzeugt werden.A further aspect for solving the problem relates to a machine emulator for emulating an induction machine for functional testing of a switchable i-phase inverter with j voltage levels, the machine emulator having: power electronics according to the first aspect and its preferred embodiments; an emulator unit configured to generate n reference function voltages for the i circuit arrangements, respectively; and a control and/or regulation unit; and wherein the control and/or regulating unit is configured to regulate the n intermediate voltages and switching between the n intermediate voltages of the i circuit arrangements of the power electronics in such a way that function test voltages with the respective n reference function voltages for the i circuit arrangements are applied to the i terminals of the power electronics be generated.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Maschinenemulators weist die Emulatoreinheit auf: eine Modelleinheit zur Berechnung von i Referenzströmen in den i Phasen der zu emulierenden Drehfeldmaschine; und eine Referenzwert-Berechnungseinheit zur Berechnung der jeweils n Referenz-Funktionsspannungen für die i Schaltungsanordnungen unter Einbeziehung der in der Modelleinheit berechneten i Referenzströme.In a preferred embodiment of the machine emulator, the emulator unit has: a model unit for calculating i reference currents in the i phases of the induction machine to be emulated; and a reference value calculation unit for calculating the respective n reference functional voltages for the i circuit arrangements, taking into account the i reference currents calculated in the model unit.

Die Modelleinheit berechnet dabei in Echtzeit das elektrische und mechanische Verhalten der Drehfeldmaschine unter Test. Dabei kann ein lineares oder ein nichtlineares Maschinenmodell verwendet werden. Als Eingangssignale der Modelleinheit werden Spannungen des unter Test stehenden Wechselrichters an seinen Anschlüssen gemessen.The model unit calculates the electrical and mechanical behavior of the induction machine under test in real time. A linear or a non-linear machine model can be used. Voltages of the inverter under test are measured at its terminals as input signals of the model unit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Maschinenemulators weist jede der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik auf: n schaltbare, einphasige Wechselrichter mit jeweils nachgelagertem Tiefpassfilter zum Erzeugen der jeweils n-ten Zwischenspannung; und n Schaltungseinrichtungen zum Trennen und Verbinden eines Tiefpassfilterausgangs des n-ten Wechselrichters mit dem i-ten Anschluss der Leistungselektronik. Die Steuerungs- und/oder Regeleinheit weist dabei auf: ein Spannungsregler zur Bestimmung von n Wechselrichterschaltsignalen für die jeweils n Wechselrichter der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik unter Einbeziehung der in der Referenzwert-Berechnungseinheit berechneten jeweils n Referenz-Funktionsspannungen für die i Schaltungsanordnungen; und eine Phasenauswahleinheit zur Bestimmung von n Schalterschaltsignalen für die jeweils n Schaltungseinrichtungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik.In a further preferred embodiment of the machine emulator, each of the i circuit arrangements of the power electronics has: n switchable, single-phase inverters each with a downstream low-pass filter for generating the nth intermediate voltage in each case; and n switching devices for isolating and connecting a low-pass filter output of the n-th inverter to the i-th connection of the power electronics. The open-loop and/or closed-loop control unit has: a voltage regulator for determining n inverter switching signals for the n inverters of the i circuit configurations of the power electronics, taking into account the n reference functional voltages calculated in the reference value calculation unit for the i circuit configurations; and a phase selection unit for determining n switch switching signals for the respective n circuit devices of the i circuit arrangements of the power electronics.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Maschinenemulators weist der Maschinenemulator i Koppelinduktivitäten auf, welche jeweils an den i-ten Anschluss der Leistungselektronik gekoppelt und an einem Anschluss der i-ten Phase des Wechselrichters koppelbar sind.In a further preferred embodiment of the machine emulator, the machine emulator has i coupling inductances which are respectively coupled to the i-th connection of the power electronics and can be coupled to a connection of the i-th phase of the inverter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Maschinenemulators berücksichtigt die Emulatoreinheit jeweils einen konstanten Phasenwiderstand, eine variable Phaseninduktivität und eine sinusförmige Rückspannung induziert durch ein elektrisches Feld der zu emulierenden Drehfeldmaschine für jede der i Phasen.In a further preferred embodiment of the machine emulator, the emulator unit takes into account a constant phase resistance, a variable phase inductance and a sinusoidal reverse voltage induced by an electric field of the induction machine to be emulated for each of the i phases.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Verwendung einer Leistungselektronik gemäß dem ersten Aspekt und dessen bevorzugten Ausführungsformen in einem Maschinenemulator zum Emulieren einer Drehfeldmaschine zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen.A further aspect for solving the problem concerns the use of power electronics according to the first aspect and its preferred embodiments in a machine emulator for emulating an induction machine for functional testing of a switchable i-phase inverter with j voltage levels.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Verfahren zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen von i Schaltungsanordnungen mit jeweils einem i-ten Anschluss, wobei das Verfahren für jede der i Schaltanordnungen folgende Schritte aufweist: Erzeugen von n variablen, tiefpassgefilterten Zwischenspannungen, welche jeweils ein unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen; Trennen einer der n Zwischenspannungen von dem i-ten Anschluss und Anlegen einer anderen der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss; wobei jeweils eine der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss anliegt; Bereitstellen jeweils einer i-ten Funktionstestspannung am i-ten Anschluss; wobei i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 und i, j, n ∈ ℕ.A further aspect of solving the problem relates to a method for functional testing of a switchable i-phase inverter with j voltage stages, the method having: providing i circuit arrangements each with an i-th connection, the method having the following steps for each of the i circuit arrangements : generating n variable, low-pass filtered intermediate voltages, each of which has a different voltage level; disconnecting one of the n intermediate voltages from the i th terminal and applying another of the n intermediate voltages to the i th terminal; one of the n intermediate voltages being present at the i-th connection; providing an i-th function test voltage at the i-th connection; where i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 and i, j, n ∈ ℕ.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Verfahren zum Emulieren einer Drehfeldmaschine zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen von jeweils n Referenz-Funktionsspannungen für die i Schaltungsanordnungen basierend auf einem Maschinenmodell; Durchführen der Verfahrensschritte gemäß dem vorigen Aspekt; wobei das Erzeugen der n Zwischenspannungen und das Schalten zwischen den n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen derart geregelt wird, dass an den i Anschlüssen der Leistungselektronik Funktionstestspannungen mit den jeweils n Referenz-Funktionsspannungen für die i Schaltungsanordnungen erzeugt werden.A further aspect of solving the problem relates to a method for emulating an induction machine for the functional test of a switchable i-phase inverter with j voltage levels, the method having: generating n reference functional voltages for the i circuit configurations based on a machine model; performing the method steps according to the previous aspect; the generation of the n intermediate voltages and the switching between the n intermediate voltages of the i circuit arrangements being controlled in such a way that function test voltages with the respective n reference function voltages for the i circuit arrangements are generated at the i connections of the power electronics.

Für die oben genannten Aspekte und insbesondere für diesbezüglich bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen der jeweils anderen Aspekte.The statements made above or below regarding the embodiments of the respective other aspects also apply to the above-mentioned aspects and in particular to embodiments that are preferred in this regard.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereitstellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen, sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. In the following, individual embodiments for solving the problem are described by way of example with reference to the figures. Some of the individual embodiments described have features that are not absolutely necessary to implement the claimed subject matter, but which provide desired properties in certain applications. Thus, embodiments that do not have all the features of the embodiments described below are also to be regarded as being disclosed as falling under the technical teaching described. Furthermore, in order to avoid unnecessary repetition, certain features are only mentioned in relation to individual embodiments described below. It is pointed out that the individual embodiments should therefore not only be considered individually, but should also be viewed as a whole.

Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.Based on this synopsis, the person skilled in the art will recognize that individual embodiments can also be modified by incorporating individual or multiple features of other embodiments. It is pointed out that a systematic combination of the individual embodiments with individual or multiple features that are described in relation to other embodiments can be desirable and useful and should therefore be considered and should also be regarded as covered by the description.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektro-mechanischen Maschinenprüfstands für Drehfeldmaschinen im Vergleich zu einem Prüfstand mit Maschinenemulation. 1 shows a schematic representation of an electro-mechanical machine test bench for induction machines compared to a test bench with machine emulation.
  • 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Schaltanordnung einer Dreiphasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine. 2 shows a simplified representation of a switching arrangement of a three-phase permanent magnet synchronous machine.
  • 3 zeigt einen Zeitverlauf einer Referenz-Funktionstestspannung für einen Dreiphasen-Zweipunkt-Wechselrichter. 3 shows a time course of a reference functional test voltage for a three-phase two-level inverter.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierstufigen Leistungselektronik gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 shows a schematic representation of a four-stage power electronics according to the present invention.
  • 5 zeigt eine Überblicksdarstellung einer Konfiguration für einen Maschinenemulator gemäß der vorliegenden Erfindung. 5 Figure 12 shows an overview of a configuration for a machine emulator according to the present invention.
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Referenzwert-Berechnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. 6 12 shows a block diagram of a reference value calculation unit according to the present invention.
  • 7 zeigt ein Blockschaltbild eines Spannungsreglers gemäß der vorliegenden Erfindung. 7 Figure 12 shows a block diagram of a voltage regulator according to the present invention.
  • 8 zeigt eine Zuordnungstabelle für eine Phasenauswahleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. 8th Figure 12 shows an allocation table for a phase selection unit according to the present invention.
  • 9 zeigt einen Zeitverlauf von Simulationsergebnissen einer Sprungantwort gemäß der vorliegenden Erfindung. 9 12 shows a time course of simulation results of a step response according to the present invention.
  • 10 zeigt einen Zeitverlauf mit einer Differenzdarstellung zwischen Referenzstrom und aktuellem Strom gemäß der vorliegenden Erfindung. 10 shows a time course with a difference representation between reference current and current current according to the present invention.
  • 11 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Maschinenstroms und einer Funktionstestspannung gemäß der vorliegenden Erfindung. 11 12 shows a detailed time history of a machine current and a functional test voltage according to the present invention.
  • 12 zeigt eine Tabelle für Simulationsparameter. 12 shows a table for simulation parameters.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektro-mechanischen Maschinenprüfstands für Drehfeldmaschinen in Vergleich zu einem Prüfstand mit Maschinenemulation. Generell bestehen Drehfeldmaschinensysteme dabei aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselrichter 10 mit mehreren Spannungsstufen und einer elektro-mechanischen Drehfeldmaschine 40, die von dem Wechselrichter 10 elektrisch versorgt wird. Bei der Entwicklung von neuen Wechselrichtern 10 für Drehfeldmaschinensysteme müssen dabei die neuen Wechselrichter 10 im Zusammenspiel mit bestehenden Drehfeldmaschinen 40 getestet werden. In einem herkömmlichen elektro-mechanischen Maschinenprüfstand, wie im oberen Teil der 1 aufgezeigt, wird dabei der zu testende Wechselrichter 10 im Prüfstand an eine unter Testbedingungen gesetzte Drehfeldmaschine 30 angeschlossen. Dafür wird beim Prüfstandtest die Drehfeldmaschine 40 von einer Lastmaschine 50 unter Lasttestbedingungen gesetzt. Um verschiedene Lastszenarien durchführen zu können, wird hierzu die Lastmaschine 50 von einem Lastwechselrichter 60 elektrisch versorgt und geregelt. Die Drehfeldmaschine unter Test 30 setzt sich somit unter Prüfstandbedingungen aus der Drehfeldmaschine 40, der Lastmaschine 50 und dem Lastwechselrichter 60 zusammen.the 1 shows a schematic representation of an electro-mechanical machine test bench for induction machines in comparison to a test bench with machine emulation. In general, induction machine systems consist of a single-phase or multi-phase inverter 10 with several voltage levels and an electromechanical induction machine 40, which is electrically supplied by the inverter 10. When developing new inverters 10 for induction machine systems, the new inverters 10 must be tested in interaction with existing induction machines 40 . In a conventional electro-mechanical machine test stand, as in the upper part of the 1 shown, the inverter 10 to be tested is connected to an induction machine 30 set under test conditions in the test bench. For this purpose, the induction machine 40 is placed under load test conditions by a load machine 50 during the test bench test. In order to be able to carry out different load scenarios, the load machine 50 is electrically supplied and controlled by a load inverter 60 for this purpose. The induction machine under test 30 is thus composed of the induction machine 40 , the load machine 50 and the load inverter 60 under test stand conditions.

Um den komplexen und kostenintensiven Aufbau eines realen elektro-mechanischen Maschinenprüfstands zu vermeiden, kann zum Testen eines Wechselrichters 10, wie in dem unteren Teil der 1 aufgezeigt, die Drehfeldmaschine unter Test 30 durch einen Maschinenemulator 20 ersetzt werden. Der Maschinenemulator 20 muss dabei das Maschinenverhalten unter Last so genau wie möglich in einem Maschinenmodell nachbilden und zudem eine Leistungselektronik 100 bereitstellen, welche dieselben elektrischen Anforderungen an die Anschlüsse des unter Test stehenden Wechselrichters stellt, wie die reale Drehfeldmaschine unter Test 30.In order to avoid the complex and costly construction of a real electro-mechanical machine test bench, an inverter 10 can be tested, as shown in the lower part of FIG 1 shown, the induction machine under test 30 can be replaced by a machine emulator 20. The machine emulator 20 must simulate the machine behavior under load as precisely as possible in a machine model and also provide power electronics 100, which places the same electrical requirements on the connections of the inverter under test as the real induction machine under test 30.

Die 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Schaltanordnung einer Dreiphasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine 70 als Beispiel für eine Drehfeldmaschine 40. Dabei werden für die Dreiphasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine 70 für alle drei Phasen ihre Phasenwiderstände 72, 82, 92, ihre variablen Phaseninduktivitäten 74, 84, 94, sowie ihre durch die elektro-magnetischen Felder der Drehfeldmaschine verursachten Rückspannungen Uind_1, Uind_2 und Uind_3 berücksichtigt. Im Sternpunkt der drei Phasen der Dreiphasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine 70 befindet sich ein Maschinen-Neutralpunkt-Potential φ*. Verursacht durch die schaltende Arbeitsweise des unter Test stehenden Wechselrichters 10 ändern sich die Eingangsspannungen an der Dreiphasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine 70 stufenweise. Dadurch springt das Maschinen-Neutralpunkt-Potential φ* bei jedem Schaltvorgang des Wechselrichters 10 und als Konsequenz daraus ändern sich auch die Spannungen über den Phaseninduktivitäten 74, 84, 94 stufenweise. Die Rückspannungen Uind_1, Uind_2 und Uind_3 verursacht durch die elektro-magnetischen Felder der Drehfeldmaschine ändern sich dagegen kontinuierlich. Um dieses Verhalten nachbilden zu können, muss die Leistungselektronik 100 des Maschinenemulators 20 in der Lage sein, unstetige Gegenspannungen zu emulieren. Die Anzahl an anzupassenden Gegenspannungsstufen n pro Phase hängt dabei von der Anzahl unterschiedlicher Maschinen-Neutralpunkt-Potentiale φ* ab, welche in einer Schaltperiodendauer des Wechselrichters 10 auftreten. Hierbei verursacht eine Erhöhung der Anzahl an Phasen i und/oder an Spannungsstufen j des Wechselrichters 10 auch die Anzahl an unterschiedlichen Maschinen-Neutralpunkt-Potentialen φ*. Mit dem Anstieg an unterschiedlichen Maschinen-Neutralpunkt-Potentialen φ* erhöht sich aber auch die Anzahl n an anzupassenden Gegenspannungsstufen. Um einen gemeinsamen Maschinen-Neutralpunkt nachbilden zu können, berechnet sich die Mindestanzahl n an anzupassenden Gegenspannungsstufen zu: n = ( ( j 1 ) * i ) + 1

Figure DE102020004679A1_0001
the 2 shows a simplified representation of a switching arrangement of a three-phase permanent magnet synchronous machine 70 as an example of an induction machine 40. For the three-phase permanent magnet synchronous machine 70 for all three phases, their phase resistances 72, 82, 92, their variable Phase inductances 74, 84, 94 and their reverse voltages U ind_1 , U ind_2 and U ind_3 caused by the electromagnetic fields of the induction machine are taken into account. In the star point of the three phases of the three-phase permanent magnet synchronous machine 70 there is a machine neutral point potential φ*. Due to the switching operation of the inverter under test 10, the input voltages at the three-phase permanent magnet synchronous machine 70 change in steps. As a result, the machine neutral point potential φ* jumps with each switching operation of the inverter 10 and, as a consequence, the voltages across the phase inductances 74, 84, 94 also change in stages. In contrast, the reverse voltages U ind_1 , U ind_2 and U ind_3 caused by the electromagnetic fields of the induction machine change continuously. In order to be able to emulate this behavior, the power electronics 100 of the machine emulator 20 must be able to emulate discontinuous reverse voltages. The number of counter-voltage stages n per phase to be adapted depends on the number of different machine neutral point potentials φ* that occur in a switching period of the inverter 10 . In this case, an increase in the number of phases i and/or voltage stages j of the inverter 10 also causes the number of different machine neutral point potentials φ*. With the increase in different machine neutral point potentials φ*, however, the number n of counter-voltage levels to be adjusted also increases. To a common machine neutral point, the minimum number n of counter-stress levels to be adjusted is calculated as follows: n = ( ( j 1 ) * i ) + 1
Figure DE102020004679A1_0001

Die 3 zeigt exemplarisch einen Zeitverlauf einer Referenz-Funktionstestspannung für einen Dreiphasen-Zweipunkt-Wechselrichter 10. Nach obiger Formel ergibt sich bei i=3 und j=2 eine Mindestanzahl an anzupassenden Gegenspannungsstufen von n=4. Während einer Schaltperiodendauer TPWM des Wechselrichters 10 verzeichnet eine zu emulierende Gegenspannung, welche nachfolgend als eine Referenz-Funktionstestspannung bezeichnet wird, sechs unstetige Sprünge zwischen vier Spannungsniveaus. Diese Spannungsniveaus sind jeweils den unterschiedlichen Maschinen-Neutralpunkt-Potentialen φ* und respektive den Schaltzuständen im Wechselrichter 10 zugeordnet. Die unstetigen Sprünge im Zeitverlauf der Referenz-Funktionstestspannung drücken die sprunghaften Spannungsänderungen über den Phaseninduktivitäten 74, 84, 94 der Dreiphasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine 70 aus. Die Spannung von jeder der vier Spannungsniveaus ändert sich sinusförmig und im Verhältnis zu den sprunghaften Spannungsänderungen langsam innerhalb einer elektrischen Periodendauer Tel der Drehfeldmaschine. Dieser sinusförmige Verlauf repräsentiert hierbei die Rückspannungen Uind_1, Uind_2 und Uind_3 und variable Maschineninduktivitäten. Die Referenz-Funktionstestspannung weist somit einen hochfrequenten, durch das Schalten des Wechselrichter 10 verursachten Anteil und einen niederfrequenten, durch die Drehfeldmaschine 40 gegebenen Anteil auf.the 3 shows an example of a time course of a reference function test voltage for a three-phase two-level inverter 10. According to the above formula, with i=3 and j=2, there is a minimum number of counter-voltage stages to be adapted of n=4. During a switching period duration T PWM of the inverter 10, a counter-voltage to be emulated, which is referred to below as a reference functional test voltage, registers six discontinuous jumps between four voltage levels. These voltage levels are assigned to the different machine neutral point potentials φ* and the switching states in the inverter 10 respectively. The discontinuous jumps in the course of time of the reference functional test voltage express the sudden voltage changes across the phase inductances 74, 84, 94 of the three-phase permanent magnet synchronous machine 70. The voltage of each of the four voltage levels changes sinusoidally and slowly in relation to the abrupt voltage changes within an electrical period T el of the induction machine. This sinusoidal curve represents the reverse voltages U ind_1 , U ind_2 and U ind_3 and variable machine inductances. The reference functional test voltage thus has a high-frequency component caused by the switching of the inverter 10 and a low-frequency component given by the induction machine 40 .

Die 4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierstufigen Leistungselektronik 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die vierstufige Leistungselektronik 100 ausgelegt, die in 3 diskutierte Referenz-Funktionstestspannung für einen Funktionstest eines dreiphasigen Wechselrichters 10 mit zwei Spannungsstufen möglichst exakt zu emulieren.the 4 shows a schematic representation of a four-stage power electronics 100 according to the present invention. The four-stage power electronics 100 are designed, which in 3 discussed reference function test voltage for a function test of a three-phase inverter 10 with two voltage levels to emulate as exactly as possible.

Die Leistungselektronik 100 weist dabei drei parallel an eine Gleichspannungsquelle 102 angeschlossene Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 auf, die jeweils an ihrem Ausgang über die Anschlüsse 120, 220 und 320 der Leistungselektronik 100 mit einem der Anschlüsse 12, 14, 16 einer der drei Phasen des Wechselrichters 10 mit Hilfe von Koppeldrosseln 590, 592, 594 gekoppelt werden können. Jeder der drei Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 teilt sich dabei in vier parallele Pfade auf, wobei ein Pfad jeweils in Serie einen Wechselrichter mit einem nachgelagerten Tiefpassfilter und eine Schalteinrichtung aufweist. Alle vier Schalteinrichtungen der vier parallelen Pfade sind dazu ausgelegt, den jeweiligen Pfad mit den jeweiligen Anschlüssen 120, 220 und 320 der Leistungselektronik 100 zu verbinden und wieder zu trennen. Dabei ist immer nur jeweils einer der vier Pfade über deren Schalteinrichtung mit jeweils einem der Anschlüsse 120, 220 und 320 verbunden.The power electronics 100 has three circuit arrangements 110, 210 and 310 connected in parallel to a DC voltage source 102, each of which is connected at its output via the connections 120, 220 and 320 of the power electronics 100 to one of the connections 12, 14, 16 of one of the three phases of the Inverter 10 using coupling chokes 590, 592, 594 can be coupled. Each of the three circuit arrangements 110, 210 and 310 is divided into four parallel paths, each path having an inverter with a downstream low-pass filter and a switching device in series. All four switching devices of the four parallel paths are designed to connect and disconnect the respective path with the respective connections 120, 220 and 320 of the power electronics 100. In this case, only one of the four paths is always connected to one of the connections 120, 220 and 320 via its switching device.

Exemplarisch für die erste Schaltungsanordnung 110 und analog anwendbar auf die Schaltanordnungen 210 und 310 zeigt die 4 die vier Pfade mit den Wechselrichtern 122, 142, 162 und 182, den Tiefpassfiltern 126, 146, 166 und 186 sowie den Schalteinrichtungen 130, 150, 170 und 190. Die aufgezeigten Wechselrichter 122, 142, 162 und 182 sind als Tiefsetzsteller mit jeweils einem ersten Schalter 123, 143, 163 und 183 und einem zweiten Schalter 124, 144, 164 und 184 konfiguriert, wobei alle Schalter als MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) ausgebildet sind. Die Wechselrichter 122, 142, 162 und 182 werden hierbei von jeweils einem Wechselrichterschaltsignal SWR1,1, SWR1,2, SWR1,3, SWR1,4 gesteuert. Die Tiefpassfilter 126, 146, 166 und 186 der Wechselrichter 122, 142, 162 und 182 sind jeweils als passive Tiefpassfilter bestehend aus einer Filterkapazität 127, 147, 167 und 187 und einer Filterinduktivität 128, 148, 168 und 188 konfiguriert. An den Ausgängen der Tiefpassfilter 126, 146, 166 und 186, über den Filterkapazitäten 127, 147, 167 und 187 liegen die Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 an und es fließen die Zwischenströme I1,1, I1,2, I1,3, I1,4. Die Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 weisen dabei unterschiedliche Spannungsniveaus auf, die mit den vier Spannungsniveaus der Referenz-Funktionstestspannung aus 3 korrespondieren.FIG 4 the four paths with the inverters 122, 142, 162 and 182, the low-pass filters 126, 146, 166 and 186 and the switching devices 130, 150, 170 and 190. The inverters 122, 142, 162 and 182 shown are as step-down converters with one each first switches 123, 143, 163 and 183 and a second switch 124, 144, 164 and 184, all switches being MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors). The inverters 122, 142, 162 and 182 are each controlled by an inverter switching signal SWR 1.1 , SWR 1.2 , SWR 1.3 , SWR 1.4 . The low-pass filters 126, 146, 166 and 186 of the inverters 122, 142, 162 and 182 are configured as passive low-pass filters consisting of a filter capacitance 127, 147, 167 and 187 and a filter inductance 128, 148, 168 and 188, respectively. The intermediate voltages U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 are present at the outputs of the low-pass filters 126, 146, 166 and 186, across the filter capacitors 127, 147, 167 and 187, and the Intermediate currents I 1.1 , I 1.2 , I 1.3 , I 1.4 . The intermediate voltages U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 have different voltage levels that correspond to the four voltage levels of the reference functional test voltage 3 correspond.

Die vier Wechselrichter 122, 142, 162, 182 erzeugen mit Hilfe der jeweiligen Wechselrichterschaltsignale SWR1,1, SWR1,2, SWR1,3, SWR1,4 die Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 mit den vier unterschiedlichen Spannungsniveaus. Dabei bilden die Wechselrichter 122, 142, 162, 182 für die Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 zunächst nur den niederfrequenten, sinusförmigen Anteil der Referenz-Funktionstestspannung aus der 3 nach, welcher den Einfluss der Rückspannungen Uind_1, Uind_2, Uind_3, der Phasenwiderstände 72, 82, 92 und der variablen Maschineninduktivitäten aus der 2 berücksichtigt. Aus diesem Grund kann die Grenzfrequenz der Tiefpassfilter 126, 146, 166, 186 sehr viel niedriger als die Schaltfrequenz der Wechselrichterschalter 123, 124, 143, 144, 163, 164, 183 und 184 angesetzt werden, um deren Störeinfluss auf das zu erzeugende sinusförmige Signal fast vollständig durch die Tiefpassfilter zu entfernen. Die auf diese Weise geglätteten Zwischenspannungen U1,1, U1,2 U1,3, U1,4 ändern ihren Spannungswert näherungsweise sinusförmig periodisch. Die dabei von den Wechselrichtern 122, 142, 162, 182 zu erzeugende Frequenz ergibt sich aus der Rotationsgeschwindigkeit der Drehfeldmaschine multipliziert mit deren Anzahl an Polpaaren und wird im Folgenden als elektrische Frequenz bezeichnet. Somit kann zur Festlegung der Grenzfrequenz der Tiefpassfilter 126, 146, 166, 186 die maximale Rotationsgeschwindigkeit der Drehfeldmaschine und deren Poolpaarzahl herangezogen werden.The four inverters 122, 142, 162, 182 use the respective inverter switching signals SWR 1,1 , SWR 1,2 , SWR 1,3 , SWR 1,4 to generate the intermediate voltages U 1,1 , U 1,2 , U 1 3 , U 1.4 with the four different voltage levels. In this case, the inverters 122, 142, 162, 182 for the intermediate voltages U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 initially only form the low-frequency, sinusoidal component of the reference functional test voltage from the 3 according to which the influence of the reverse voltages U ind_1 , U ind_2 , U ind_3 , the phase resistances 72, 82, 92 and the variable machine inductances from the 2 taken into account. For this reason, the cut-off frequency of the low-pass filters 126, 146, 166, 186 can be set much lower than the switching frequency of the inverter switches 123, 124, 143, 144, 163, 164, 183 and 184 in order to reduce their disturbing influence on the sinusoidal signal to be generated almost completely removed by the low-pass filter. The intermediate voltages U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1,4 smoothed in this way change their voltage value approximately sinusoidally periodically. The frequency to be generated by the inverters 122, 142, 162, 182 results from the rotational speed of the induction machine multiplied by the number of pole pairs and is referred to below as the electrical frequency. The maximum rotational speed of the induction machine and its number of pool pairs can thus be used to determine the limit frequency of the low-pass filters 126, 146, 166, 186.

Die Zwischenspannungen aller vier Pfade der drei Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 können, wie später für die 5 und 7 beschrieben, durch einen kaskadierten Regelkreislauf mit den Wechselrichterschaltsignalen SWR1,1, SWR1,2, SWR1,3, SWR1,4 als Stellgröße aus einem Spannungsregler 560 geregelt werden, um weitere Störeinflüsse von außen zu kompensieren. Auch die Zwischenströme aller vier Pfade der drei Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 können für den Regelkreislauf als Rückkopplung verwendet werden.The intermediate voltages of all four paths of the three circuits 110, 210 and 310 can, as later for the 5 and 7 described, are regulated by a cascaded control circuit with the inverter switching signals SWR 1.1 , SWR 1.2 , SWR 1.3 , SWR 1.4 as a manipulated variable from a voltage regulator 560 in order to compensate for further external interference. The intermediate currents of all four paths of the three circuit arrangements 110, 210 and 310 can also be used as feedback for the control circuit.

Da die Zwischenspannungen aller vier Pfade der drei Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 noch nicht den hochfrequenten Störeinfluss der sprunghaften Spannungsänderungen über den Phaseninduktivitäten 74, 84, 94, verursacht durch den schaltenden Wechselrichter 10, aufweisen, muss dieser Störeinfluss in einem zweiten Schritt nachgebildet werden. Hierzu werden die jeweiligen Schalteinrichtungen der vier Pfade der jeweiligen Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 verwendet.Since the intermediate voltages of all four paths of the three circuit arrangements 110, 210 and 310 do not yet have the high-frequency interference of the sudden voltage changes across the phase inductances 74, 84, 94 caused by the switching inverter 10, this interference must be simulated in a second step. The respective switching devices of the four paths of the respective circuit arrangements 110, 210 and 310 are used for this purpose.

Exemplarisch für die erste Schaltungsanordnung 110 und analog anwendbar auf die Schaltanordnungen 210 und 310 zeigt die 4 jeweils eine Schalteinrichtung 130, 150, 170, 190 für die vier Pfade. Die Schalteinrichtungen 130, 150, 170, 190 weisen jeweils einen ersten Schalter 131, 151, 171, 191 und einen zweiten Schalter 132, 152, 172, 192 auf, wobei alle Schalter als MOSFETs ausgebildet sind und der erste und der zweite Schalter jeweils bidirektional und antiparallel angeordnet ist. Diese Schalteinrichtungen 130, 150, 170, 190 ermöglichen ein abruptes Umschalten zwischen den vier Spannungsniveaus der Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 und ein Verbinden des jeweiligen Tiefpassfilterausgangs mit dem ersten Anschluss 120 der Leistungselektronik. 100. Dabei ist immer nur eine der vier Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 aktiv. Diese Zwischenspannung liegt am ersten Anschluss 120 der Leistungselektronik 100 an und überträgt den gesamten Ausgangsstrom. Somit kann durch das abrupte Umschalten zwischen den vier Spannungsniveaus der Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 am Anschluss 120 der Leistungselektronik 100 eine Funktionstestspannung erzeugt werden, bei dem auf den niederfrequenten Anteil jeder Zwischenspannung U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 noch der hochfrequente Störeinfluss der schaltenden Wechselrichters 10 aufmoduliert wird.FIG 4 one switching device 130, 150, 170, 190 for each of the four paths. The switching devices 130, 150, 170, 190 each have a first switch 131, 151, 171, 191 and a second switch 132, 152, 172, 192, all switches being MOSFETs and the first and second switches being bidirectional and arranged antiparallel. These switching devices 130, 150, 170, 190 allow abrupt switching between the four voltage levels of the intermediate voltages U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 and connecting the respective low-pass filter output to the first terminal 120 of the power electronics. 100. Only one of the four intermediate voltages U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 is always active. This intermediate voltage is present at the first connection 120 of the power electronics 100 and transmits the entire output current. Thus, by abruptly switching between the four voltage levels of the intermediate voltages U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 at the terminal 120 of the power electronics 100, a function test voltage can be generated in which the low-frequency component of each intermediate voltage U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 nor the high-frequency interference of the switching inverter 10 is modulated.

Um Kurzschlüsse zwischen Spannungsniveaus von zwei Zwischenspannungen zu vermeiden, wird während des Schaltens zwischen den Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 jeweils eine Totzeit vorgesehen. Während dieser Totzeiten kann ein Anschlussstrom am Anschluss 120 der Leistungselektronik über eine der beiden Freilaufdioden 194 und 196 fließen. Dabei ist die erste Freilaufdiode 194 zwischen dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 102 und dem Anschluss 120 der Leistungselektronik und die zweite Freilaufdiode 196 zwischen dem Anschluss 120 der Leistungselektronik und dem Minuspol der Gleichspannungsquelle 102 angeordnet. Um einen Fehler bei den Funktionstestspannungen an den Anschlüssen 120, 220 und 320 möglichst klein zu halten, ist die Totzeit vorzugsweise sehr klein.In order to avoid short circuits between voltage levels of two intermediate voltages, a dead time is provided in each case during switching between the intermediate voltages U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1,4 . During these dead times, a connection current can flow at connection 120 of the power electronics via one of the two freewheeling diodes 194 and 196 . The first freewheeling diode 194 is arranged between the positive pole of the direct voltage source 102 and the connection 120 of the power electronics and the second freewheeling diode 196 is arranged between the connection 120 of the power electronics and the negative pole of the direct voltage source 102 . In order to keep an error in the function test voltages at the terminals 120, 220 and 320 as small as possible, the dead time is preferably very small.

Die 5 zeigt eine Überblicksdarstellung einer Konfiguration für einen Maschinenemulator 20 gemäß der vorliegenden Erfindung. Um die Leistungselektronik 100 in einem Maschinenemulator 20 zu verwenden, werden zunächst die Anschlüsse 12, 14, 16 der drei Phasen des Wechselrichters 10 aus den 1 und 2 jeweils über eine der Koppelinduktivitäten 590, 592, 594 mit den drei Anschlüssen 120, 220, 320 der Leistungselektronik 100 gekoppelt. Die Leistungselektronik 100 wird dann von einem Signalverarbeitungssystem gesteuert und/oder geregelt, welches die benötigten Zustandsgrößen berechnet. Dabei weist das Signalverarbeitungssystem eine Emulatoreinheit 500 zum Emulieren eines Echtzeit-Maschinenmodells und eine Steuerungs- und/oder Regeleinheit 550 zum Ansteuern der Leistungselektronik 100 auf.the 5 Figure 12 shows an overview of a configuration for a machine emulator 20 in accordance with the present invention. To use the power electronics 100 in a machine emulator 20, first the terminals 12, 14, 16 of the three phases of the inverter 10 from the 1 and 2 each coupled via one of the coupling inductances 590, 592, 594 to the three terminals 120, 220, 320 of the power electronics 100. The power electronics 100 is then controlled and/or regulated by a signal processing system, which calculates the required state variables. In this case, the signal processing system has an emulator unit 500 for emulating a real-time machine model and a control and/or regulating unit 550 for controlling the power electronics 100 .

Die Emulatoreinheit 500 gliedert sich dabei in eine Modelleinheit 510 und eine Referenzwert-Berechnungseinheit 520. Die Modelleinheit 510 berechnet in Echtzeit das elektrische und mechanische Verhalten der Drehfeldmaschine unter Test 30, und somit das elektrische und mechanische Verhalten der Drehfeldmaschine 40, der Lastmaschine 50 und des Lastmaschinen-Wechselrichters 60. Für die Implementation der Modelleinheit 510 kann ein lineares oder ein nichtlineares Maschinenmodell verwendet werden. Im Folgenden berücksichtigt die Modelleinheit 510 die Phasenwiderstände 72, 82, 92, die Phaseninduktivitäten 74, 84, 94 und die Rückspannungen Uind_1, Uind_2, Uind_3 der Dreiphasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine 70. Als Eingangssignale der Modelleinheit 510 werden die Spannungen UMess1, UMess2, UMess3 des Wechselrichters 10 an seinen Anschlüssen 12, 14, 16 gemessen. Unabhängig vom Typ des Maschinenmodells berechnet die Modelleinheit 510 die Ströme in der Drehfeldmaschine unter Test 30, welche dann für das gesamte Signalverarbeitungssystem als Referenzströme I1,ref, I2,ref, I3,ref verwendet werden.The emulator unit 500 is divided into a model unit 510 and a reference value calculation unit 520. The model unit 510 calculates in real time the electrical and mechanical behavior of the induction machine under test 30, and thus the electrical and mechanical behavior of the induction machine 40, the load machine 50 and the load machine inverter 60. For the implementation of the model unit 510, a linear or a non-linear machine model can be used. In the following, the model unit 510 takes into account the phase resistances 72, 82, 92, the phase inductances 74, 84, 94 and the reverse voltages U ind_1 , U ind_2 , U ind_3 of the three-phase permanent magnet synchronous machine 70. The voltages U Mess1 , U Mess2 , U Mess3 of the inverter 10 at its connections 12 , 14 , 16 are measured as input signals of the model unit 510 . Regardless of the type of machine model, the model unit 510 calculates the currents in the induction machine under test 30, which are then used as reference currents I 1,ref , I 2,ref , I 3,ref for the entire signal processing system.

Die Referenzwert-Berechnungseinheit 520 berechnet unter Berücksichtigung der Referenzströme Iref_1, Iref_2, Iref_3 und der Induktivität Lc der Koppelinduktivitäten 590, 592, 594 für jede zu emulierende Funktionstestspannung UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3 eine Referenz-Funktionstestspannung Uref_1, Uref_2, Uref_3. Im Blockschaltbild der 6 wird die Referenzwert-Berechnungseinheit 520 noch näher beschrieben.The reference value calculation unit 520 calculates a reference function test voltage U ref_1 , U ref_2 , U ref_3 . In the block diagram of 6 the reference value calculation unit 520 will be described in more detail.

Die Steuerungs- und/oder Regeleinheit 550 gliedert sich in einen Spannungsregler 560 und eine Phasenauswahleinheit 580. Der Spannungsregler 560 bestimmt dabei jeweils die Wechselrichterschaltsignale SWR1,1, SWR1,2, SWR1,3, SWR1,4 der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310. Dabei hat jeder Pfad der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 einen zugeordneten Spannungsregler, der jeweils die Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 regelt. Das Blockschaltbild eines solchen Spannungsreglers wird in der 7 beschrieben.The control and/or regulating unit 550 is divided into a voltage regulator 560 and a phase selection unit 580. The voltage regulator 560 determines the respective inverter switching signals SWR 1.1 , SWR 1.2 , SWR 1.3 , SWR 1.4 of the circuit arrangements 110, 210 and 310. Each path of the circuit arrangements 110, 210 and 310 has an associated voltage regulator which regulates the intermediate voltages U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 of the circuit arrangements 110 , 210 and 310 in each case . The block diagram of such a voltage regulator is in the 7 described.

Die Phasenauswahleinheit 580 bestimmt jeweils die Schalterschaltsignale SC1,1, SC1,2, SC1,3, SC1,4 der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 und wird in 8 beschrieben.The phase selection unit 580 determines the respective switch switching signals SC 1,1 , SC 1,2 , SC 1,3 , SC 1,4 of the circuit arrangements 110, 210 and 310 and is 8th described.

Die 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Referenzwert-Berechnungseinheit 520 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Referenz-Funktionstestspannungen Uref_1, Uref_2, Uref_3 ergeben sich zu: U M e s s _ i U E M U _ i = L c d I i d t mit I i = I ref_i und U EMU_i = U ref_i und i = 1, 2, 3

Figure DE102020004679A1_0002
U ref_i = U Mess_i Lc dIref_ 1 d t
Figure DE102020004679A1_0003
the 6 FIG. 5 shows a block diagram of a reference value calculation unit 520 according to the present invention. The reference function test voltages U ref_1 , U ref_2 , U ref_3 result in: u M e s s _ i u E M u _ i = L c i.e I i i.e t with I i = I ref_i and U EMU_i = u ref_i and i = 1, 2, 3
Figure DE102020004679A1_0002
u ref_i = u Mess_i Lc dIref_ 1 i.e t
Figure DE102020004679A1_0003

Zusätzlich kann ein proportional arbeitender Stromregler 570 mit einem Korrekturparameter Kcorr die Differenz zwischen den Referenzströmen Iref_1, Iref_2, Iref_3 und den gemessenen Strömen I1, I2, I3 kompensieren. Der Stromregler 570 braucht hierbei kein integrales Element, weil das zu regelnde System bereits ein integrales Verhalten zeigt. In addition, a proportionally working current regulator 570 with a correction parameter Kcorr can compensate for the difference between the reference currents I ref_1 , I ref_2 , I ref_3 and the measured currents I 1 , I 2 , I 3 . In this case, the current controller 570 does not need an integral element because the system to be controlled already exhibits an integral behavior.

Die Referenz-Funktionstestspannungen Uref_1, Uref_2, Uref_3 weisen durch den schaltenden Wechselrichter 10 und den dadurch verursachten sprungweisen Verlauf der Maschinen-Neutralpunkt-Potential φ* jeweils einen diskontinuierlichen Spannungsverlauf auf.The reference functional test voltages U ref_1 , U ref_2 , U ref_3 each have a discontinuous voltage curve due to the switching inverter 10 and the abrupt curve of the machine neutral point potential φ* caused thereby.

Um einen kontinuierlichen Spannungsverlauf zu erreichen, wird jeweils die Referenz-Funktionstestspannung Uref_1, Uref_2, Uref_3 einer Phase in vier Referenzspannungen Ui,1,ref, Ui,2,ref, Ui,3,ref, Ui,4,ref unterteilt, welche jeweils für die vier Pfade der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 bestimmt sind. Die jeweilige Auswahl einer der vier Referenzspannungen U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref hängt vom Schaltzustand des Wechselrichters 10 ab, wobei eine Variable SW mit den Werten 0 bis 3 eine Anzahl an high-side MOSFETs des Wechselrichters 10 im einem geschalteten Zustand repräsentiert. Als Konsequenz daraus erhält jeder Pfad der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 nur eine Referenzspannung, wenn ein korrespondierender Schaltzustand des Wechselrichters 10 aktiv ist. Solange der Schaltzustand unterschiedlich ist, bleibt die Referenzspannung U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref unverändert. Obwohl der Verlauf der Referenzspannungen Uref_1, Uref_2, Uref_3 unstetig mit sechs Sprüngen pro Schaltperiodendauer TPWM des Wechselrichters springt, ändert sich der Verlauf der unterteilten Referenzspannungen U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref relativ langsam mit der elektrische Periodendauer Tel der Drehfeldmaschine. Zur Erzeugung dieser Referenzspannungen U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref können getaktet betriebene Tiefsetzsteller mit Tiefpassfilter verwendet werden, wobei sich deren Grenzfrequenz wieder an der maximale Rotationsgeschwindigkeit der Drehfeldmaschine und deren Poolpaarzahlen orientieren kann. Wenn jeder Pfad unstete Spannungen erzeugen müsste, wäre die Grenzfrequenz in der Theorie unendlich.In order to achieve a continuous voltage profile, the reference function test voltage U ref_1 , U ref_2 , U ref_3 of one phase is divided into four reference voltages U i,1,ref , U i,2,ref , U i,3,ref , U i, 4,ref , which are each intended for the four paths of the circuit arrangements 110, 210 and 310. The respective selection of one of the four reference voltages U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref depends on the switching state of the inverter 10, with a variable SW having the values 0 to 3 specifying a number of high side MOSFETs of the inverter 10 in a switched state. As a consequence of this, each path of the circuit arrangements 110, 210 and 310 only receives a reference voltage when a corresponding switching state of the inverter 10 is active. As long as the switching state is different, the reference voltage U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref remains unchanged. Although the course of the reference voltages U ref_1 , U ref_2 , U ref_3 jumps discontinuously with six jumps per switching period duration T PWM of the inverter, the course of the subdivided reference voltages U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n changes ,ref relatively slowly with the electrical period duration T el of the induction machine. Clocked buck converters with low-pass filters can be used to generate these reference voltages U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref , and their limit frequency can again be based on the maximum rotational speed of the induction machine and the number of pooled pairs. In theory, if each path had to generate unsteady voltages, the cutoff frequency would be infinite.

Die 7 zeigt ein Blockschaltbild eines Spannungsreglers 560 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Spannungsregler 560 ist als ein kaskadiertes Regelsystem ausgelegt, wobei die Referenzspannungen U1.n.ref, U2,n,ref, U3,n,ref und die gemessenen Zwischenspannungen U1,1, U1,2, U1,3, U1,4 als Eingangsvariablen dienen, um jeweils einen Referenz-Zwischenstrom I1,n,ref, I2,n,ref, I3,n,ref der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310, der in die jeweilige Filterkapazität 127, 147, 167, 187 fließt, zu berechnen. Für die Berechnung werden zwei Einstellparameter K1 und K2 ausgewählt, um die Sprungantwort des Reglers zu verbessern. Dabei hat der Regler eine Sprungantwort eines kritisch gedämpften Tiefpassfilters. Zusätzlich wird ein Integrator mit Bypass und einer Zeitkonstante T1 konfiguriert, um Abweichungen für einen stationären Zustand zu vermeiden. Der nachgeordnete Regelkreis muss den Zwischenstrom I1,n, I2,n, I3,n, der in die jeweilige Filterkapazität 127, 147, 167, 187 fließt, regeln. Besondern nach einem Schaltvorgang zwischen zwei Pfaden treiben die jeweilige Filterinduktivitäten 128, 148, 168, 188 in einem abgeschalteten Pfad weiterhin einen Strom zum oder vom der jeweiligen Filterkapazität 127, 147, 167, 187 weg. Dieser störende Strom muss so schnell wie möglich kompensiert werden. In diesem Zusammenhang wird ein Zeit getriggerter Zweipunkt-Regler zur Kontrolle des Kapazitätsstrom konfiguriert. Dabei wird der Referenz-Zwischenstrom I1,n,ref, I2,n,ref, I3,n,ref der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 jeweils mit dem aktuellen Zwischenstrom I1,n, I2,n, I3,n verglichen. Wenn der Referenzwert größer als der aktuelle Wert ist, muss der high-side MOSFET der korrespondierenden Halbbrücke in einem geschalteten Zustand sein. Andernfalls, muss der low-side MOSFET der korrespondierenden Halbbrücke in einem geschalteten Zustand sein. Durch das Zurückführen des Stroms in die jeweilige Filterkapazität 127, 147, 167, 187 anstelle des Stromflusses durch die jeweilige Filterinduktivitäten 128, 148, 168, 188, wird der Einfluss des Ausgangsstroms als Störgröße minimiert. Um die Schaltfrequenz der MOSFETs zu begrenzen, wird das gewünschte Schaltsignal zu einer getaktetem D Flip-Flop-Einheit weitergeleitet. Dabei sollte die Triggerfrequenz so hoch wie möglich sein. Sie wird aber durch die Schaltgeschwindigkeit der verwendeten MOSFETs und ihrer Gate-Treiber begrenzt. Das Ausgangssignal der Flip-Flop-Einheit ist das jeweilig aktuelle Wechselrichterschaltsignal SWRi,1, SWR1,2, SWR1,3, SWR1,4 der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310.the 7 5 shows a block diagram of a voltage regulator 560 according to the present invention. The voltage regulator 560 is designed as a cascaded control system, with the reference voltages U 1.n.ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref and the measured intermediate voltages U 1,1 , U 1,2 , U 1, 3 , U 1,4 serve as input variables in order to generate a reference intermediate current I 1,n,ref , I 2,n,ref , I 3,n,ref of the circuit arrangements 110, 210 and 310, which is fed into the respective filter capacitance 127 , 147, 167, 187 flows. For the calculation who the two setting parameters K 1 and K 2 are selected in order to improve the step response of the controller. The controller has a step response of a critically damped low-pass filter. In addition, an integrator with bypass and a time constant T 1 is configured to avoid drifts for a steady state. The downstream control loop must regulate the intermediate current I 1,n , I 2,n , I 3,n , which flows into the respective filter capacitance 127, 147, 167, 187. Particularly after a switching operation between two paths, the respective filter inductances 128, 148, 168, 188 in a switched-off path continue to drive a current to or from the respective filter capacitance 127, 147, 167, 187. This disturbing current must be compensated for as quickly as possible. In this context, a time-triggered two-point controller is configured to control the capacitance current. The reference intermediate current I 1,n,ref , I 2,n,ref , I 3,n,ref of the circuit arrangements 110, 210 and 310 is in each case compared with the current intermediate current I 1,n , I 2,n , I 3 ,n compared. If the reference value is greater than the current value, the high-side MOSFET of the corresponding half-bridge must be in a switched state. Otherwise, the low-side MOSFET of the corresponding half-bridge must be in a switched state. By feeding the current back into the respective filter capacitance 127, 147, 167, 187 instead of the current flow through the respective filter inductances 128, 148, 168, 188, the influence of the output current as a disturbance variable is minimized. In order to limit the switching frequency of the MOSFETs, the desired switching signal is passed to a clocked D flip-flop unit. The trigger frequency should be as high as possible. However, it is limited by the switching speed of the MOSFETs used and their gate drivers. The output signal of the flip-flop unit is the respective current inverter switching signal SWR i,1 , SWR 1,2 , SWR 1,3 , SWR 1,4 of the circuit arrangements 110, 210 and 310.

Die 8 zeigt eine Zuordnungstabelle für eine Phasenauswahleinheit 580 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Phasenauswahleinheit 580 zählt die Anzahl der high-side MOSFETs des Wechselrichters 10, welche sich in einem geschalteten Zustand befinden, um die Variable SW zu bestimmen. Anhand der Zuordnungstabelle generiert die Phasenauswahleinheit 580 die Schalterschaltsignale SC1,1, SC1,2, SC1,3, SC1,4 für die jeweiligen Schaltungseinrichtungen 130, 150, 170, 190 der Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310. Dabei wird derjenige Pfad der jeweiligen Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 mit dessen Anschlüssen 120, 220, 320 verbunden, welche die aktuell benötigte Funktionstestspannung UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3 bereitstellt. Zusätzlich wird eine Totzeit beim Schalten zwischen zwei Spannungsniveaus konfiguriert, um Kompensationsströme zwischen den Spannungsniveaus zu vermeiden.the 8th Figure 12 shows an allocation table for a phase selection unit 580 according to the present invention. The phase selection unit 580 counts the number of high-side MOSFETs of the inverter 10 that are in a switched state to determine the variable SW. Based on the assignment table, the phase selection unit 580 generates the switch switching signals SC 1.1 , SC 1.2 , SC 1.3 , SC 1.4 for the respective circuit devices 130, 150, 170, 190 of the circuit arrangements 110, 210 and 310 Path of the respective circuit arrangements 110, 210 and 310 connected to its terminals 120, 220, 320, which provides the currently required function test voltage U EMU _ 1 , U EMU _ 2 , U EMU_3 . In addition, a dead time is configured when switching between two voltage levels in order to avoid compensating currents between the voltage levels.

Die 9 bis 12 beziehen sich auf Simulationsergebnisse der Leistungselektronik 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Leistungselektronik 100 derart konfiguriert ist, um Drehfeldmaschinen zu emulieren, welche von einer Automotive On-Board Betriebsspannung von 12V bis 24V und von einem dreiphasigen Zweipunkt-Wechselrichter betrieben werden. 12 weist hierbei die Simulationsparameter auf. Die Werte für die passiven Filter der Schaltungsanordnungen und der Koppelinduktivitäten wurden dabei derart ausgewählt, dass die Abweichungen zwischen den Referenzströmen und den aktuellen Strömen möglichst gering sind. Die Grenzfrequenzen der Tiefpassfilter wurden für eine Drehfeldmaschine mit einer maximalen Rotationsgeschwindigkeit von 3000 min-1 dimensioniert.the 9 until 12 relate to simulation results of the power electronics 100 according to the present invention, the power electronics 100 being configured in such a way to emulate induction machines which are operated by an automotive on-board operating voltage of 12V to 24V and by a three-phase two-level inverter. 12 shows the simulation parameters. The values for the passive filters of the circuit configurations and the coupling inductances were selected in such a way that the deviations between the reference currents and the current currents are as small as possible. The cut-off frequencies of the low-pass filters were dimensioned for an induction machine with a maximum rotation speed of 3000 rpm.

Die 9 zeigt einen Zeitverlauf von Simulationsergebnissen einer Sprungantwort gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die Sprungantwort als zeitliche Verlauf des Referenzstroms Iref_1 und des aktuellen Stroms I1 zu sehen.the 9 12 shows a time course of simulation results of a step response according to the present invention. The step response can be seen as the time profile of the reference current I ref_1 and the current current I 1 .

Die 10 zeigt einen Zeitverlauf mit einer Differenzdarstellung zwischen Referenzstrom Iref_1 und aktuellem Strom I1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl die Ströme jeweils einen Maximalwert von 58 A aufweisen, beträgt die Differenz beider Ströme weniger als 0.2 A.the 10 shows a time course with a difference representation between reference current I ref_1 and current current I 1 according to the present invention. Although the currents each have a maximum value of 58 A, the difference between the two currents is less than 0.2 A.

Die 11 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Maschinenstroms I1 und einer Funktionstestspannung UEMU_1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei ist zu erkennen, dass der Maschinenemulator 20 auch in der Lage ist, die Flankensteilheit der Ströme nachzubilden. Dies ist möglich, da die Leistungselektronik 100 dazu in der Lage ist, der Referenz Funktionstestspannung URef_1 fast exakt folgen zu können. Auch die vier Spannungsniveaus sind im Zeitverlauf sichtbar. Da die Referenzspannung nach Gleichung (3) berechnet wurde, weist die Simulation einen seriellen Verlauf auf. Der Referenzstrom Iref_1 kann dabei nicht berechnet werden bevor die Funktionstestspannung UEMU_1 berechnet und die Schaltsignale bestimmt sind. Aus diesem Grund muss die Berechnung des Referenzstroms Iref_1 um einen Zyklus des Simulationstools verzögert werden.the 11 shows a detailed time course of a machine current I 1 and a function test voltage U EMU_1 according to the present invention. It can be seen here that the machine emulator 20 is also able to simulate the edge steepness of the currents. This is possible because the power electronics 100 is able to follow the reference functional test voltage U Ref_1 almost exactly. The four stress levels are also visible over time. Since the reference voltage was calculated according to Equation (3), the simulation shows a serial progression. In this case, the reference current I ref_1 cannot be calculated before the function test voltage U EMU_1 is calculated and the switching signals are determined. For this reason, the calculation of the reference current I ref_1 must be delayed by one cycle of the simulation tool.

Die 12 zeigt eine Tabelle für Simulationsparameter, um die Komponenten des Maschinenemulators 20 und den zu testenden Wechselrichter 10 aus der aufgezeigten Simulation aus den 9 bis 11 konfigurieren zu können.the 12 shows a table for simulation parameters to the components of the machine emulator 20 and the inverter to be tested 10 from the indicated simulation from the 9 until 11 to be able to configure.

BezugszeichenlisteReference List

ii
Anzahl Phasen Wechselrichter und DrehfeldmaschineNumber of phases inverter and induction machine
jj
Anzahl Gleichspannungsstufen WechselrichterNumber of DC voltage steps inverter
nn
Anzahl Gegenspannungsstufen und Zwischenspannungen pro PhaseNumber of reverse voltage levels and intermediate voltages per phase
1010
i-phasiger Wechselrichter mit j Spannungsstufeni-phase inverter with j voltage levels
12, 14, 1612, 14, 16
i-ter Anschluss des Wechselrichtersi-th connection of the inverter
2020
Maschinenemulatormachine emulator
3030
Drehfeldmaschine unter TestThree-phase machine under test
4040
Drehfeldmaschineinduction machine
5050
Lastmaschineload machine
6060
Lastmaschinen-Wechselrichterload machine inverter
7070
i-Phasen Permanent-Magnet-Synchron-Maschine (PMSM)i-phase permanent magnet synchronous machine (PMSM)
72, 82, 9272, 82, 92
i-ter Phasenwiderstand,i-th phase resistance,
74, 84, 9474, 84, 94
i-te Phaseninduktivitätith phase inductance
100100
Leistungselektronikpower electronics
102102
GleichspannungsquelleDC voltage source
110, 210, 310110, 210, 310
i-te Schaltungsanordnungi-th circuit arrangement
120, 220, 320120, 220, 320
i-ter Anschluss der Leistungselektroniki-th connection of the power electronics
122, 142, 162122, 142, 162
n-ter Wechselrichter der i-ten Schaltungsanordnungnth inverter of the i-th circuit arrangement
182 123, 143, 163182 123, 143, 163
erster Schalter des n-ten Wechselrichtersfirst switch of the nth inverter
183 124, 144, 164183 124, 144, 164
zweiter Schalter des n-ten Wechselrichterssecond switch of the nth inverter
184 126, 146, 166184 126, 146, 166
n-ter Tiefpassfilter der i-ten Schaltungsanordnungnth low-pass filter of the i-th circuit arrangement
186 127, 147, 167186 127, 147, 167
Filterkapazität des n-ten TiefpassfiltersFilter capacity of the nth low-pass filter
187 128, 148, 168187 128, 148, 168
Filterinduktivität des n-ten TiefpassfiltersFilter inductance of the nth low-pass filter
188 130, 150, 170188 130, 150, 170
n-te Schaltungseinrichtung der i-ten Schaltungsanordnungnth circuit device of the i-th circuit arrangement
190 131, 151, 171190 131, 151, 171
erster Schalter der n-ten Schaltungseinrichtungfirst switch of the nth switching device
191 132, 152, 172191 132, 152, 172
zweiter Schalter der n-ten Schaltungseinrichtungsecond switch of the nth switching device
192 194192 194
erste Freilaufdiode der i-ten Schaltungsanordnungfirst freewheeling diode of the i-th circuit arrangement
196196
erste Freilaufdiode der i-ten Schaltungsanordnungfirst freewheeling diode of the i-th circuit arrangement
500500
Emulatoreinheitemulator unit
510510
Modelleinheitmodel unit
520520
Referenzwert-Berechnungseinheitreference value calculation unit
550550
Steuerungs- und/oder RegeleinheitControl and/or regulation unit
560560
Spannungsreglervoltage regulator
570570
Stromreglercurrent regulator
580580
Phasenauswahleinheitphase selection unit
590, 592, 594590, 592, 594
i-te Koppelinduktivitäti-th coupling inductance
Uind_iUind_i
i-te Rückspannungi-th return voltage
UEMU_iUEMU_i
i-te Funktionstestspannungi-th function test voltage
URef_iURef_i
i-te Referenz Funktionstestspannungi-th reference function test voltage
Ui,nUi,n
n-te Zwischenspannung der i-ten Schaltungsanordnungn-th intermediate voltage of the i-th circuit arrangement
Ui,n,refUi,n,ref
n-te Referenz-Funktionsspannung der i-ten Schaltungsanordnungnth reference functional voltage of the i-th circuit arrangement
UMess_iUMess_i
i-te Ausgangsspannung des unter Test stehenden Wechselrichtersi-th output voltage of the inverter under test
Iref_iIref_i
i-ter Referenzstromith reference current
li,nleft,n
n-ter Zwischenstrom der i-ten Schaltungsanordnungn-th intermediate current of the i-th circuit arrangement
Ii,n,refIi,n,ref
n-te Referenz-Zwischenstrom der i-ten Schaltungsanordnungnth reference intermediate current of the i-th circuit arrangement
SWRi,nSWRi,n
n-tes Wechselrichterschaltsignal der i-ten Schaltungsanordnungnth inverter switching signal of the i-th circuit arrangement
SCi,nSCi,n
n-tes Schalterschaltsignal der i-ten Schaltungsanordnungnth switch switching signal of the ith circuit arrangement
φ*φ*
Maschinen-Neutralpunkt-PotentialeMachine neutral point potentials
TPWMTPWM
Schaltperiodendauer des WechselrichtersSwitching period duration of the inverter
Telphone
elektrische Periodendauer der Drehfeldmaschineelectrical period of the induction machine
Kcorrcorr
Korrekturparameter des SpannungsreglersCorrection parameters of the voltage regulator
K1, K2K1, K2
Einstellparameter des SpannungsreglersAdjustment parameters of the voltage regulator
T1T1
Zeitkonstante des SpannungsreglersVoltage regulator time constant

Claims (15)

Leistungselektronik (100) zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen (10), wobei die Leistungselektronik aufweist: i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) zum Erzeugen jeweils einer i-ten Funktionstestspannung (UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3) an einem i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik; wobei jede der i Schaltungsanordnungen konfiguriert ist n variable, tiefpassgefilterte Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) zu erzeugen, welche jeweils ein unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen und welche jeweils mit dem i-ten Anschluss verbindbar sind; und wobei jeweils eine der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss der Leistungselektronik anliegt; und wobei i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 und i, j, n ∈ ℕ.Power electronics (100) for the function test of a switchable i-phase inverter with j voltage stages (10), the power electronics having: i circuit arrangements (110, 210, 310) for generating an i-th function test voltage (U EMU_1 , U EMU_2 , U EMU_3 ) at an i-th connection (120, 220, 320) of the power electronics; wherein each of the i circuit arrangements is configured to generate n variable, low-pass filtered intermediate voltages (U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1,4 ), which each have a different voltage level and which each have the i-th connection are connectable; and wherein in each case one of the n intermediate voltages is present at the i-th connection of the power electronics; and where i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 and i, j, n ∈ ℕ. Leistungselektronik (100) nach Anspruch 1, wobei jede der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) aufweist: n schaltbare, einphasige Wechselrichter (122, 142, 162, 182) mit jeweils nachgelagertem Tiefpassfilter (126, 146, 166, 186) zum Erzeugen der jeweils n-ten Zwischenspannung (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4); und n Schaltungseinrichtungen (130, 150, 170, 190) zum Trennen und Verbinden eines Tiefpassfilterausgangs des n-ten Wechselrichters (122, 142, 162, 182) mit dem i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik.Power electronics (100) according to claim 1 , each of the i circuit arrangements (110, 210, 310) having: n switchable, single-phase inverters (122, 142, 162, 182) each with a downstream low-pass filter (126, 146, 166, 186) for generating the respective nth intermediate voltage ( U1,1 , U1,2 , U1,3 , U1,4 ); and n switching devices (130, 150, 170, 190) for isolating and connecting a low-pass filter output of the n-th inverter (122, 142, 162, 182) to the i-th connection (120, 220, 320) of the power electronics. Leistungselektronik (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Anzahl n der Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) für jede der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) nach einer folgenden Formel ergibt zu: n = ( ( j 1 ) * i ) + 1.
Figure DE102020004679A1_0004
Power electronics (100) according to claim 1 or 2 , where the number n of intermediate voltages (U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1,4 ) for each of the i circuit arrangements (110, 210, 310) results from the following formula: n = ( ( j 1 ) * i ) + 1.
Figure DE102020004679A1_0004
Leistungselektronik (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anzahl i an Phasen und die Anzahl j an Spannungsstufen des zu testenden Wechselrichters (10) i = 3 und j = 2 beträgt und die Anzahl der Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) n für jede der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) der Leistungselektronik n= 4 beträgt.Power electronics (100) according to one of Claims 1 until 3 , where the number i of phases and the number j of voltage stages of the inverter (10) to be tested is i = 3 and j = 2 and the number of intermediate voltages (U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1.4 ) n for each of the i circuit arrangements (110, 210, 310) of the power electronics is n=4. Leistungselektronik (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die jeweils n Wechselrichter (122, 142, 162, 182) der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) derart schaltbar sind, dass die jeweils erzeugten n Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) einen annähernd sinusförmigen Zeitverlauf innerhalb einer ersten Periodendauer (Tel) aufweisen, wobei die erste Periodendauer (Tel) einer elektrischen Periodendauer einer während eines Funktionstests zu emulierenden Drehfeldmaschine (30) entspricht; wobei die jeweils n Schalteinrichtungen der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) derart schaltbar sind, dass jeweils alle n Tiefpassfilterausgänge der n Wechselrichter (122, 142, 162, 182) innerhalb einer zweiten Periodendauer (TPWM) mindestens einmal mit dem i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik verbunden sind, wobei die zweite Periodendauer (TPWM) einer Schaltperiodendauer des schaltbaren i-phasigen Wechselrichters (10) entspricht; und wobei die erste Periodendauer (Tel) um ein Vielfaches größer ist als die zweite Periodendauer (TPWM).Power electronics (100) according to one of claims 2 until 4 , wherein the n inverters (122, 142, 162, 182) of the i circuit arrangements (110, 210, 310) can be switched in such a way that the n intermediate voltages (U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1.4 ) an approximately sinusoidal time course within having a first period (T el ), the first period (T el ) corresponding to an electrical period of an induction machine (30) to be emulated during a function test; wherein the respective n switching devices of the i circuit arrangements (110, 210, 310) can be switched in such a way that all n low-pass filter outputs of the n inverters (122, 142, 162, 182) are connected to the i at least once within a second period (T PWM ). th terminal (120, 220, 320) of the power electronics are connected, wherein the second period (T PWM ) corresponds to a switching period of the switchable i-phase inverter (10); and wherein the first period (T el ) is many times greater than the second period (T PWM ). Leistungselektronik (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei alle i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) mit einer Gleichspannungsquelle (102) betrieben werden; und/oder wobei die jeweils n Wechselrichter (122, 142, 162, 182) der i Schaltungsanordnungen als Tiefsetzsteller ausgebildet sind, die mit MOSFETs (123, 124; 143, 144; 163, 164) betrieben werden; und/oder wobei die Tiefpassfilter (126, 146, 166, 186) der jeweils n Wechselrichter (122, 142, 162, 182) als passive Filter mit Filterinduktivität (128, 148, 168) und Filterkapazität (127, 147, 167) ausgebildet sind; und/oder wobei die jeweils n Schaltungseinrichtungen (130, 150, 170, 190) der i Schaltungsanordnungen als zwei bidirektionale, antiparallele MOSFETs (131, 132; 151, 152; 171, 172) ausgebildet sind.Power electronics (100) according to one of claims 2 until 5 , wherein all i circuit arrangements (110, 210, 310) are operated with a DC voltage source (102); and/or wherein the respective n inverters (122, 142, 162, 182) of the i circuit arrangements are designed as step-down converters which are operated with MOSFETs (123, 124; 143, 144; 163, 164); and/or wherein the low-pass filters (126, 146, 166, 186) of the respective n inverters (122, 142, 162, 182) are designed as passive filters with filter inductance (128, 148, 168) and filter capacitance (127, 147, 167). are; and/or wherein the respective n circuit devices (130, 150, 170, 190) of the i circuit arrangements are designed as two bidirectional, anti-parallel MOSFETs (131, 132; 151, 152; 171, 172). Leistungselektronik (100) nach Anspruch 6, wobei jede der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) eine erste Freilaufdiode (194) zwischen einem ersten Ausgang der Gleichspannungsquelle (102) und dem i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik und eine zweite Freilaufdiode (196) zwischen dem i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik und dem zweiten Ausgang der Gleichspannungsquelle (102) aufweist.Power electronics (100) according to claim 6 , Each of the i circuit arrangements (110, 210, 310) having a first freewheeling diode (194) between a first output of the DC voltage source (102) and the i-th connection (120, 220, 320) of the power electronics and a second freewheeling diode (196) between the i-th connection (120, 220, 320) of the power electronics and the second output of the DC voltage source (102). Maschinenemulator (20) zum Emulieren einer Drehfeldmaschine (30) zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen (10), wobei der Maschinenemulator aufweist: eine Leistungselektronik (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; eine Emulatoreinheit (400) konfiguriert zu Erzeugen von jeweils n Referenz-Funktionsspannungen (U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref) für die i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) der Leistungselektronik; und eine Steuerungs- und/oder Regeleinheit (550); wobei die Steuerungs- und/oder Regeleinheit konfiguriert ist die n Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) und ein Schalten zwischen den n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) der Leistungselektronik derart zu regelt, dass an den i Anschlüssen (120, 220, 320) der Leistungselektronik Funktionstestspannungen (UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3) mit den jeweils n Referenz-Funktionsspannungen (U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref) für die i Schaltungsanordnungen erzeugt werden.Machine emulator (20) for emulating an induction machine (30) for functional testing of a switchable i-phase inverter with j voltage stages (10), the machine emulator having: power electronics (100) according to one of Claims 1 until 5 ; an emulator unit (400) configured to generate in each case n reference function voltages (U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref ) for the i circuit arrangements (110, 210, 310) of the power electronics; and a control and/or regulation unit (550); wherein the control and/or regulating unit is configured to control the n intermediate voltages (U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1,4 ) and switching between the n intermediate voltages of the i circuit arrangements (110, 210, 310 ) of the power electronics in such a way that function test voltages (U EMU_1 , U EMU _ 2 , U EMU_3 ) with the respective n reference function voltages (U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref ) can be generated for the i circuit configurations. Maschinenemulator (20) nach Anspruch 8, wobei die Emulatoreinheit (500) aufweist: eine Modelleinheit (510) zur Berechnung von i Referenzströmen (I1,ref, I2,ref, I3,ref) in den i Phasen der zu emulierenden Drehfeldmaschine (30); und eine Referenzwert-Berechnungseinheit (520) zur Berechnung der jeweils n Referenz-Funktionsspannungen (U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref) für die i Schaltungsanordnungen unter Einbeziehung der in der Modelleinheit (510) berechneten i Referenzströme.Machine emulator (20) after claim 8 , wherein the emulator unit (500) has: a model unit (510) for calculating i reference currents (I 1,ref , I 2,ref , I 3,ref ) in the i phases of the induction machine (30) to be emulated; and a reference value calculation unit (520) for calculating the respective n reference functional voltages (U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref ) for the i circuit configurations, taking into account the values stored in the model unit (510 ) calculated i reference currents. Maschinenemulator (20) nach Anspruch 9, wobei jede der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) der Leistungselektronik (100) aufweist: n schaltbare, einphasige Wechselrichter (122, 142, 162, 182) mit jeweils nachgelagertem Tiefpassfilter (126, 146, 166, 186) zum Erzeugen der jeweils n-ten Zwischenspannung (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4); und n Schaltungseinrichtungen (130, 150, 170, 190) zum Trennen und Verbinden eines Tiefpassfilterausgangs des n-ten Wechselrichters mit dem i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik; und wobei die Steuerungs- und/oder Regeleinheit (550) aufweist: ein Spannungsregler (560) zur Bestimmung von n Wechselrichterschaltsignalen (SWR1,1, SWR1,2, SWR1,3, SWR1,4) für die jeweils n Wechselrichter der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik unter Einbeziehung der in der Referenzwert-Berechnungseinheit (520) berechneten jeweils n Referenz-Funktionsspannungen (U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref) für die i Schaltungsanordnungen; und eine Phasenauswahleinheit (580) zur Bestimmung von n Schalterschaltsignalen (SC1,1, SC1,2, SC1,3, SC1,4) für die jeweils n Schaltungseinrichtungen der i Schaltungsanordnungen der Leistungselektronik.Machine emulator (20) after claim 9 , wherein each of the i circuit arrangements (110, 210, 310) of the power electronics (100) has: n switchable, single-phase inverters (122, 142, 162, 182) each with a downstream low-pass filter (126, 146, 166, 186) for generating the each nth intermediate voltage (U 1.1 , U 1.2 , U 1.3 , U 1.4 ); and n switching devices (130, 150, 170, 190) for isolating and connecting a low-pass filter output of the n-th inverter to the i-th connection (120, 220, 320) of the power electronics; and wherein the control and/or regulation unit (550) has: a voltage regulator (560) for determining n inverter switching signals (SWR 1.1 , SWR 1.2 , SWR 1.3 , SWR 1.4 ) for the respective n inverters the i circuit configurations of the power electronics including the respective n reference functional voltages (U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref ) calculated in the reference value calculation unit (520) for the i circuit configurations; and a phase selection unit (580) for determining n switch switching signals (SC 1,1 , SC 1,2 , SC 1,3 , SC 1,4 ) for the respective n circuit devices of the i circuit arrangements of the power electronics. Maschinenemulator (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Maschinenemulator i Koppelinduktivitäten (590, 592, 594) aufweist, welche jeweils an den i-ten Anschluss (120, 220, 320) der Leistungselektronik gekoppelt und an einem Anschluss der i-ten Phase (12, 14, 16) des Wechselrichters (10) koppelbar sind.Machine emulator (20) according to one of Claims 8 until 10 , wherein the machine emulator has i coupling inductances (590, 592, 594), which are respectively connected to the i-th connection (120, 220, 320) of the circuit Device electronics coupled and at a terminal of the i-th phase (12, 14, 16) of the inverter (10) can be coupled. Maschinenemulator (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Emulatoreinheit (500) jeweils einen konstanten Phasenwiderstand (72, 82, 92), eine variable Phaseninduktivität (74, 84, 94) und eine sinusförmige Rückspannung (Uind_1, Uind_2, Uind_3) induziert durch ein elektrisches Feld der zu emulierenden Drehfeldmaschine (30) für jede der i Phasen berücksichtigt.Machine emulator (20) according to one of Claims 8 until 11 , The emulator unit (500) each having a constant phase resistance (72, 82, 92), a variable phase inductance (74, 84, 94) and a sinusoidal reverse voltage (U ind_1 , U ind_2 , U ind_3 ) induced by an electric field of the to emulating induction machine (30) for each of the i phases. Verwendung einer Leistungselektronik (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Maschinenemulator (20) zum Emulieren einer Drehfeldmaschine (30) zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen (10).Use of power electronics (100) according to one of Claims 1 until 5 in a machine emulator (20) for emulating an induction machine (30) for functional testing of a switchable i-phase inverter with j voltage stages (10). Verfahren zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen (10), wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen von i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) mit jeweils einem i-ten Anschluss (120, 220, 320), wobei das Verfahren für jede der i Schaltanordnungen folgende Schritte aufweist: Erzeugen von n variablen, tiefpassgefilterten Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) welche jeweils ein unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen; Trennen einer der n Zwischenspannungen von dem i-ten Anschluss und Anlegen einer anderen der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss; wobei jeweils eine der n Zwischenspannungen am i-ten Anschluss anliegt; Bereitstellen jeweils einer i-ten Funktionstestspannung (UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3) am i-ten Anschluss; wobei i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 und i,j, n ∈ ℕ.Method for functional testing of a switchable i-phase inverter with j voltage levels (10), the method comprising: providing i circuit arrangements (110, 210, 310) each with an i-th connection (120, 220, 320), the method has the following steps for each of the i switching arrangements: generating n variable, low-pass filtered intermediate voltages (U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1,4 ) which each have a different voltage level; disconnecting one of the n intermediate voltages from the i th terminal and applying another of the n intermediate voltages to the i th terminal; one of the n intermediate voltages being present at the i-th connection; Providing in each case an i-th function test voltage (U EMU_1 , U EMU_2 , U EMU_3 ) at the i-th connection; where i ≥ 1, j ≥ 2, n ≥ 2 and i,j, n ∈ ℕ. Verfahren zum Emulieren einer Drehfeldmaschine (30) zum Funktionstest eines schaltbaren i-phasigen Wechselrichters mit j Spannungsstufen (10), wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen von jeweils n Referenz-Funktionsspannungen (U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref) für die i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) basierend auf einem Maschinenmodell; Durchführen der Verfahrensschritte nach Anspruch 14; wobei das Erzeugen der n Zwischenspannungen (U1,1, U1,2, U1,3, U1,4) und das Schalten zwischen den n Zwischenspannungen der i Schaltungsanordnungen (110, 210, 310) derart geregelt wird, dass an den i Anschlüssen (120, 220, 320) der Leistungselektronik Funktionstestspannungen (UEMU_1, UEMU_2, UEMU_3) mit den jeweils n Referenz-Funktionsspannungen (U1,n,ref, U2,n,ref, U3,n,ref) für die i Schaltungsanordnungen erzeugt werden.Method for emulating an induction machine (30) for the function test of a switchable i-phase inverter with j voltage stages (10), the method having: generating n reference function voltages (U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n,ref ) for the i circuit arrangements (110, 210, 310) based on a machine model; Carrying out the procedural steps Claim 14 ; wherein the generation of the n intermediate voltages (U 1,1 , U 1,2 , U 1,3 , U 1,4 ) and the switching between the n intermediate voltages of the i circuit arrangements (110, 210, 310) is regulated in such a way that on the i connections (120, 220, 320) of the power electronics function test voltages (U EMU_1 , U EMU_2 , U EMU_3 ) with the respective n reference function voltages (U 1,n,ref , U 2,n,ref , U 3,n, ref ) can be generated for the i circuit arrangements.
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US20210036646A1 (en) 2018-01-23 2021-02-04 Plecko Co., Ltd. Motor simulator

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