DE102021129356A1 - Wechselrichtersystem und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems - Google Patents

Wechselrichtersystem und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems Download PDF

Info

Publication number
DE102021129356A1
DE102021129356A1 DE102021129356.1A DE102021129356A DE102021129356A1 DE 102021129356 A1 DE102021129356 A1 DE 102021129356A1 DE 102021129356 A DE102021129356 A DE 102021129356A DE 102021129356 A1 DE102021129356 A1 DE 102021129356A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bridge circuits
potential connection
bridge
inverter system
inverter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021129356.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Joachim Hemmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102021129356.1A priority Critical patent/DE102021129356A1/de
Priority to PCT/DE2022/100768 priority patent/WO2023083406A1/de
Priority to CN202280068990.5A priority patent/CN118104116A/zh
Priority to KR1020247015781A priority patent/KR20240089650A/ko
Publication of DE102021129356A1 publication Critical patent/DE102021129356A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • H02M7/53876Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output based on synthesising a desired voltage vector via the selection of appropriate fundamental voltage vectors, and corresponding dwelling times
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50Reduction of harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wechselrichtersystem (3) mit einem mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Wechselrichter (7), der mindestens drei Halbbrückenschaltungen umfasst, die parallel mit einem positiven Potentialanschluss (P) und mit einem negativen Potentialanschluss (N) verbunden sind, wobei alle Halbbrückenschaltungen jeweils einen zwischen dem positiven Potentialanschluss (P) und einem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten High-Side-Schalter (HS1, HS2, HS3) und einen zwischen dem negativen Potentialanschluss (N) und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) umfassen, wobei mindestens zwei der Halbbrückenschaltungen einen zwischen dem negativen Potentialanschluss (N) und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Shunt-Widerstand (R) zur Strommessung umfassen, und mit einer Steuereinrichtung (8) zur Ansteuerung der Halbbrückenschaltungen, die dazu konfiguriert ist, die Halbbrückenschaltungen zur Erzeugung von Spannungsraumzeigern (RZ) in aufeinanderfolgenden Schaltperioden derart anzusteuern, dass die Spannungsraumzeiger (RZ) durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation erzeugt werden, bei welcher mindestens einer der Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) der mindestens zwei Halbbrückenschaltungen, die einen Shunt-Widerstand (R) umfassen, innerhalb der jeweiligen Schaltperiode (T) mindestens einmal leitend geschaltet ist

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wechselrichtersystem mit einem mehrphasigen Wechselrichter und einer Steuereinrichtung. Ferner betrifft Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems.
  • Anwendung finden kann die Erfindung bei einem Aktuator für ein Steer-by-Wire-System oder für einen Wankstabilisator. Bei derartigen Anwendungen ist das Wechselrichtersystem typischerweise in einer gewissen Entfernung von dem Aktuator angeordnet, der durch das Wechselrichtersystem angesteuert wird. Hierdurch sind in der Regeln Kabelverbindungen gewisser Länge zwischen dem Wechselrichtersystem und dem Aktuator erforderlich. Solche Kabelverbindungen sind generell anfällig dafür, unerwünschten Abstrahlungen hervorzurufen, so dass Grenzwerte der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), insbesondere im Automobilbereich, oftmals nicht eingehalten werden können.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die elektromagnetische Verträglichkeit eines Wechselrichtersystems zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wechselrichtersystem mit
    einem mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Wechselrichter, der mindestens drei Halbbrückenschaltungen umfasst, die parallel mit einem positiven Potentialanschluss und mit einem negativen Potentialanschluss verbunden sind,
    wobei alle Halbbrückenschaltungen jeweils einen zwischen dem positiven Potentialanschluss und einem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten High-Side-Schalter und einen zwischen dem negativen Potentialanschluss und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Low-Side-Schalter umfassen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens zwei der Halbbrückenschaltungen einen zwischen dem negativen Potentialanschluss und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Shunt-Widerstand zur Strommessung umfassen, und mit
    einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Halbbrückenschaltungen, die dazu konfiguriert ist, die Halbbrückenschaltungen zur Erzeugung von Spannungsraumzeigern in aufeinanderfolgenden Schaltperioden derart anzusteuern, dass die Spannungsraumzeiger durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation erzeugt werden, bei welcher mindestens einer der Low-Side-Schalter der mindestens zwei Halbbrückenschaltungen, die einen Shunt-Widerstand umfassen, innerhalb der jeweiligen Schaltperiode mindestens einmal leitend geschaltet ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichtersystem werden die Halbbrückenschaltungen im Gegensatz zu einem mit herkömmlicher Pulsweitenmodulation gesteuerten Wechselrichtersystem nicht derart angesteuert, dass die Schalter der Halbbrücken in alle ihnen mögliche Zustände versetzt werden können. Vielmehr erfolgt die Ansteuerung derart, dass in jeder Schaltperiode eine der Halbbrücken keinen Schaltvorgang durchführt - der jeweilige Low-Side-Schalter bleibt über die gesamte Schaltperiode leitend geschaltet. Hierdurch wird die Anzahl an Schaltvorgängen reduziert, so dass sich unerwünschte elektromagnetische Abstrahlungen aufgrund von Schaltvorgängen verringern. Die elektromagnetische Verträglichkeit kann durch diese Maßnahmen verbessert werden. Ferner erfolgt die Ansteuerung in einer Weise, dass in jeder Schaltperiode mindestens einer der Low-Side-Schalter derjenigen Halbbrückenschaltungen, die einen Shunt-Widerstand umfassen, mindestens einmal leitend geschaltet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass in jeder Schaltperiode einer der Shunt-Widerstände zumindest zu einem Zeitpunkt stromdurchflossen ist, sodass zu diesem Zeitpunkt eine Strommessung, beispielsweise zur Regelung des Wechselrichters bzw. des Aktuators, möglich ist.
  • Bevorzugt erfolgt eine Strommessung mit dem jeweiligen Shunt-Widerstand immer zu einem Zeitpunkt, zu dem der Low-Side-Schalter der Halbbrücke, dessen Teil der Shunt-Widerstand ist, leitend geschaltet ist. Besonders bevorzugt erfolgt eine solche Strommessung in jeder Schaltperiode mindestens einmal, so dass die Frequenz, mit welcher die Strommessungen durchgeführt werden, im Wesentlichen der durch die Steuereinrichtung vorgegebenen Schaltfrequenz (also dem Kehrwehrt der Periodendauer der Schaltperioden) entspricht. Auf diese Weise kann eine quasi-kontinuierliche Strommessung, beispielsweise zur Regelung des Wechselrichters bzw. des Aktuators, erfolgen.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei der diskontinuierlichen Pulsweitenmodulation mindestens einer der Low-Side-Schalter für die gesamte Dauer der jeweiligen Schaltperiode durchgehend leitend geschaltet ist. Hierdurch kann die Anzahl von Schaltvorgängen weiter reduziert werden.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass alle Halbbrückenschaltungen des Wechselrichters einen zwischen dem negativen Potentialanschluss und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Shunt-Widerstand zur Strommessung umfassen. Bei einer derartigen Ausgestaltung können alle Halbbrückenschaltungen des Wechselrichters gleichberechtigt angesteuert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Halbbrückenschaltungen dazu konfiguriert ist, dass die Schaltperioden eine Periodendauer im Bereich von 50 µs bis 100 µs aufweisen. Eine Periodendauer in diesem Bereich entspricht einer Schaltfrequenz im Bereich von 10 kHz bis 20 kHz und ermöglicht eine weitere Reduktion von Schaltvorgängen zur Verringerung von unerwünschten Abstrahlungen. Zudem verringert eine Schaltfrequenz in diesem Bereich akustische Belastungen durch Schaltfrequenzen in dem von Menschen wahrnehmbaren Frequenzbereich. Bevorzugt liegt die Periodendauer im Bereich von 50 µs bis 75 µs, besonders bevorzugt bei 50 µs.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die High-Side-Schalter und die Low-Side-Schalter als MOSFETs (engl. metal-oxide-semiconductor fieldeffect transistor) oder IGBTs (engl. insulated-gate bipolar transistor) ausgebildet sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die High-Side-Schalter und die Low-Side-Schalter einen Durchlasswiderstand aufweisen, der im Bereich von 3 mΩ bis 30 mΩ liegt. Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter können die Low-Side-Schalter, welche in einer Halbbrücke mit Shunt-Widerstand angeordnet eine über einen längeren Zeitraum stromleitend geschaltet sein als bei einer herkömmlichen Ansteuerung mit Pulsweitenmodulation. Durch eine derartige Auswahl des Durchlasswiderstands können Durchlassverluste verringert und ein unerwünschtes Erwärmen der Low-Side-Schalter reduziert werden. Bevorzugt liegt der Durchlasswiderstand im Bereich von 3 mΩ bis 20 mΩ, besonders bevorzugt im Bereich von 3 mΩ bis 10 mΩ, beispielsweise bei 3 mS2.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Aktuator für ein Steer-by-Wire-System oder für einen Wankstabilisator mit einer elektrischen Maschine und einem vorstehend beschriebenen Wechselrichtersystem.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems mit einem mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Wechselrichter, der mindestens drei Halbbrückenschaltungen umfasst, die parallel mit einem positiven Potentialanschluss und mit einem negativen Potentialanschluss verbunden sind, wobei alle Halbbrückenschaltungen jeweils einen zwischen dem positiven Potentialanschluss und einem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten High-Side-Schalter und einen zwischen dem negativen Potentialanschluss und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Low-Side-Schalter umfassen, wobei mindestens zwei der Halbbrückenschaltungen einen zwischen dem negativen Potentialanschluss und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Shunt-Widerstand zur Strommessung umfassen, wobei die Halbbrückenschaltungen zur Erzeugung von Spannungsraumzeigern in aufeinanderfolgenden Schaltperioden derart angesteuert werden, dass die Spannungsraumzeiger durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation erzeugt werden, bei welcher mindestens einer der Low-Side-Schalter der mindestens zwei Halbbrückenschaltungen, die einen Shunt-Widerstand umfassen, innerhalb der jeweiligen Schaltperiode mindestens einmal leitend geschaltet ist.
  • Bei dem Aktuator und dem Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem Wechselrichtersystem beschrieben worden sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Shunt-Widerstände Ströme gemessen werden und anhand der gemessenen Ströme die Spannungsraumzeiger in Abhängigkeit von den gemessenen Strömen erzeugt werden. Auf diese Weise kann eine Regelung des Wechselrichtersystems bzw. des durch das Wechselrichtersystems angesteuerten elektrischen Maschine erfolgen.
  • Bei dem Aktuator und dem Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems können alternativ oder zusätzlich auch die im Zusammenhang mit dem Wechselrichtersystem beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale, allein oder in Kombination, Anwendung finden.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators in einem Blockdiagramm;
    • 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems in einem Schaltbild;
    • 3 eine exemplarische Darstellung von Raumzeigern;
    • 4 ein Pulsverlauf zur Erzeugung eines Raumzeigers in Sektor 1 gemäß einer herkömmlichen Pulsweitenmodulation; und
    • 5 ein Pulsverlauf zur Erzeugung eines Raumzeigers in Sektor 1 gemäß der Erfindung.
  • In der 1 ist ein Blockdiagramm eines Aktuators 1 gezeigt, der als Aktuator für ein Steer-by-Wire-System oder für einen Wankstabilisator eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein kann. Der Aktuator 1 ist an einem Versorgungsnetz 2, beispielsweise einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, angeschlossen, so dass der Aktuator 1 aus dem Versorgungsnetz 2 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Sofern das Versorgungsnetz 2 als Bordnetze eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, kann dieses eine Versorgungsspannung von 12 V oder 48 V bereitstellen.
  • Der Aktuator 1 umfasst eine elektrische Maschine 4, beispielsweise eine permanenterregte Synchronmaschine, sowie ein Wechselrichtersystem 3 zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 4. Das Wechselrichtersystem 3 umfasst einen Wechselrichter 7 mit mehreren Halbbrückenschaltungen sowie eine Steuereinrichtung 8 zur Ansteuerung dieser Halbbrückenschaltungen. Weitere Bestandteile des Wechselrichtersystems 3 sind ein EMV-Filter 5 sowie ein Gleichspannungszwischenkreis 6. Der Wechselrichter 7 ist einerseits mit diesem Gleichspannungszwischenkreis 6 und andererseits mit Zuleitungen 9 für die elektrische Maschine 4 verbunden.
  • Bei dem Aktuator 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Wechselrichtersystem 3 nicht in unmittelbarer Nachbarschaft der elektrischen Maschine 4, sondern in einer gewissen Entfernung von dem Antrieb 4 angeordnet, so dass die Zuleitungen 9 zwischen dem Wechselrichtersystem 3 und der elektrischen Maschine 4 eine nicht unerhebliche Länge aufweisen und elektromagnetische Abstrahlungen hervorrufen können. Bei dem Wechselrichtersystem 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel sind daher Maßnahmen ergriffen, um die elektromagnetische Verträglichkeit des Aktuators 1 zu verbessern. Diese sollen nachfolgend anhand der Darstellungen in 2 bis 5 erläutert werden.
  • Die 2 zeigt den Aufbau des Wechselrichters 7 des Wechselrichtersystems 3. Dargestellt sind ferner der Gleichspannungszwischenkreis 6, der bei einer Gleichspannung VDC betrieben wird, die Steuereinrichtung 8 und die elektrische Maschine 4, die eine dreiphasige Wicklung L umfasst. Der Wechselrichter 7 ist als dreiphasiger Wechselrichter mit drei Halbbrückenschaltungen ausgebildet, die parallel mit einem positiven Potentialanschluss P und mit einem negativen Potentialanschluss N verbunden sind. Die Halbbrückenschaltungen umfassen jeweils einen zwischen dem positiven Potentialanschluss und einem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten High-Side-Schalter HS1, HS2, HS3 und einen zwischen dem negativen Potentialanschluss N und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Low-Side-Schalter LS1, LS2, LS3. Die High-Side-Schalter HS1, HS2, HS3 und die Low-Side-Schalter LS1, LS2, LS3 sind bei dem Ausführungsbeispiels als MOSFETs ausgebildet, können alternativ aber als IGBTs ausgestaltet sein. Der Durchlasswiderstand High-Side-Schalter HS1, HS2, HS3 und die Low-Side-Schalter LS1, LS2, LS3 liegt im Bereich von 3 mΩ bis 30 mS2.
  • Ferner ist bei mindestens zwei der Halbbrückenschaltungen, hier bei allen Halbbrückenschaltungen, ein zwischen dem negativen Potentialanschluss N und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneter Shunt-Widerstand R zur Strommessung vorgesehen. Die Strommessung kann über einen nicht dargestellten Spannungssensor erfolgen. Die Daten der Strommessung werden der Steuereinrichtung 8 bereitgestellt, welche unter anderem in Abhängigkeit dieser Strommessungen die High-Side-Schalter HS1, HS2, HS3 und Low-Side-Schalter LS1, LS2, LS3 des Wechselrichters 7 ansteuert, beispielsweise um ein Drehmoment der elektrischen Maschine 4 zu regeln.
  • Die Steuereinrichtung 8 ist ferner derart konfiguriert, die Halbbrückenschaltungen zur Erzeugung von Spannungsraumzeigern in aufeinanderfolgenden Schaltperioden derart anzusteuern, dass die Spannungsraumzeiger durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation erzeugt werden, bei welcher mindestens einer der Low-Side-Schalter LS1, LS2, LS3 innerhalb der jeweiligen Schaltperiode mindesten einmal leitend geschaltet ist. Im vorliegenden Fall ist mindestens einer der Low-Side-Schalter LS1, LS2, LS3 sogar für die gesamte Dauer der jeweiligen Schaltperiode durchgehend leitend geschaltet. Der entsprechende Shunt-Widerstand ist dann stromführend und kann daher zur Strommessung verwendet werden. Zudem reduziert diese Schaltstrategie die Häufigkeit von Schaltvorgängen und liefert dadurch einen Beitrag zu weniger schaltbedingten elektromagnetischen Abstrahlungen.
  • Die 3 zeigt eine exemplarische Darstellung von Raumzeigern RZ in sechs unterschiedlichen Sektoren S1-S6. Die Grenzen der Sektoren sind durch bestimmte eine dreistellige Angabe der Schaltstellung der Halbbrücken gekennzeichnet, wobei eine Halbbrücke, deren High-Side-Schalter H1, H2, H3 leitend ist mit „+“ und eine Halbbrücke, deren Low-Side Schalter L1, L2, L3 leitend ist mit „-“ referenziert ist.
  • In 4 ist eine Pulsfolge einer Schaltperiode dargestellt, die nach einem herkömmlichen Verfahren der Pulsweitenmodulation dazu geeignet ist, einen Raumzeiger in Sektor S1 zu erzeugen. Auf der Abszisse ist die Zeit in ms und auf der Ordinate das Ausgangspotential in V aufgetragen. Dabei sind die am Ausgang der jeweiligen Halbbrücke bereitgestellten Potentiale V(a), V(b), V(c) und die entsprechenden Schaltstellungen der Halbbrücken mit der zuvor erläuterten Notation angegeben. Es ist erkennbar, dass gemäß dieser herkömmlichen Schaltstrategie die Halbbrücken des Wechselrichters derart schalten, dass zu einem Zeitpunkt keiner der drei Low-Side-Schalter leitend ist („+++“).
  • Die 5 zeigt hingegen eine Pulsfolge gemäß der in dem erfindungsgemäßen Wechselrichtersystem 3 verwendeten Schaltstrategie. Auf der Abszisse ist die Zeit in µs und auf der Ordinate das Ausgangspotential in V aufgetragen. Hier ist ein Low-Side-Schalter L1, L2, L3 einer der Halbbrücken durchgehend leitend geschaltet, so dass die diesen Low-Side-Schalter L1, L2, L3 enthaltenden Halbbrücke durchgehend das Ausgangspotential 0V liefert. In der 5 ist ferner erkennbar, dass die Schaltperioden eine Periodendauer T im Bereich von 50 µs bis 100 µs aufweisen, hier 50 µs.
  • Das vorstehend erläuterte Wechselrichtersystem weist ein verbessertes EMV-Verhalten auf.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Aktuator
    2
    Versorgungsnetz
    3
    Wechselrichtersystem
    4
    elektrische Maschine
    5
    EMV-Filter
    6
    Gleichspannungszwischenkreis
    7
    Wechselrichter
    8
    Steuerungseinrichtung
    9
    Zuleitungen
    HS1, HS2, HS3
    High-Side-Schalter
    LS1, LS2, LS3
    Low-Side-Schalter
    L
    Wicklung
    N
    negativer Potentialanschluss
    P
    positiver Potentialanschluss
    R
    Shunt-Widerstand
    S1-S6
    Sektor
    V(a), V(b), V(c)
    Ausgangspotential einer Halbbrücke
    VDC
    Versorgungsspannung

Claims (8)

  1. Wechselrichtersystem (3) mit einem mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Wechselrichter (7), der mindestens drei Halbbrückenschaltungen umfasst, die parallel mit einem positiven Potentialanschluss (P) und mit einem negativen Potentialanschluss (N) verbunden sind, wobei alle Halbbrückenschaltungen jeweils einen zwischen dem positiven Potentialanschluss (P) und einem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten High-Side-Schalter (HS1, HS2, HS3) und einen zwischen dem negativen Potentialanschluss (N) und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Halbbrückenschaltungen einen zwischen dem negativen Potentialanschluss (N) und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Shunt-Widerstand (R) zur Strommessung umfassen, und mit einer Steuereinrichtung (8) zur Ansteuerung der Halbbrückenschaltungen, die dazu konfiguriert ist, die Halbbrückenschaltungen zur Erzeugung von Spannungsraumzeigern (RZ) in aufeinanderfolgenden Schaltperioden derart anzusteuern, dass die Spannungsraumzeiger (RZ) durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation erzeugt werden, bei welcher mindestens einer der Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) der mindestens zwei Halbbrückenschaltungen, die einen Shunt-Widerstand (R) umfassen, innerhalb der jeweiligen Schaltperiode (T) mindestens einmal leitend geschaltet ist.
  2. Wechselrichtersystem (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Halbbrückenschaltungen des Wechselrichters (7) einen zwischen dem negativen Potentialanschluss (N) und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Shunt-Widerstand (R) zur Strommessung umfassen
  3. Wechselrichtersystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) zur Ansteuerung der Halbbrückenschaltungen dazu konfiguriert ist, dass die Schaltperioden eine Periodendauer (T) im Bereich von 50 µs bis 100 µs aufweisen.
  4. Wechselrichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die High-Side-Schalter (HS1, HS2, HS3) und die Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) als MOSFETs oder IGBTs ausgebildet sind.
  5. Wechselrichtersystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die High-Side-Schalter (HS1, HS2, HS3) und die Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) einen Durchlasswiderstand aufweisen, der im Bereich von 3 mΩ bis 30 mΩ liegt.
  6. Aktuator (1) für ein Steer-by-Wire-System oder für einen Wankstabilisator mit einer elektrischen Maschine (4) und einem Wechselrichtersystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems (3) mit einem mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Wechselrichter (7), der mindestens drei Halbbrückenschaltungen umfasst, die parallel mit einem positiven Potentialanschluss (P) und mit einem negativen Potentialanschluss (N) verbunden sind, wobei alle Halbbrückenschaltungen jeweils einen zwischen dem positiven Potentialanschluss (P) und einem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten High-Side-Schalter (HS1, HS2, HS3) und einen zwischen dem negativen Potentialanschluss (N) und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) umfassen, wobei mindestens zwei der Halbbrückenschaltungen einen zwischen dem negativen Potentialanschluss (N) und dem Ausgang der Halbbrückenschaltung angeordneten Shunt-Widerstand (R) zur Strommessung umfassen, wobei die Halbbrückenschaltungen zur Erzeugung von Spannungsraumzeigern (RZ) in aufeinanderfolgenden Schaltperioden derart angesteuert werden, dass die Spannungsraumzeiger (RZ) durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation erzeugt werden, bei welcher mindestens einer der Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) der mindestens zwei Halbbrückenschaltungen, die einen Shunt-Widerstand (R) umfassen, innerhalb der jeweiligen Schaltperiode (T) mindestens einmal leitend geschaltet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Shunt-Widerstände (R) Ströme gemessen werden und anhand der gemessenen Ströme die Spannungsraumzeiger (RZ) in Abhängigkeit von den gemessenen Strömen erzeugt werden.
DE102021129356.1A 2021-11-11 2021-11-11 Wechselrichtersystem und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems Pending DE102021129356A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021129356.1A DE102021129356A1 (de) 2021-11-11 2021-11-11 Wechselrichtersystem und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems
PCT/DE2022/100768 WO2023083406A1 (de) 2021-11-11 2022-10-18 Wechselrichtersystem und verfahren zu dessen betrieb
CN202280068990.5A CN118104116A (zh) 2021-11-11 2022-10-18 逆变器系统及其操作方法
KR1020247015781A KR20240089650A (ko) 2021-11-11 2022-10-18 인버터 시스템 및 이를 동작시키는 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021129356.1A DE102021129356A1 (de) 2021-11-11 2021-11-11 Wechselrichtersystem und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021129356A1 true DE102021129356A1 (de) 2023-05-11

Family

ID=84044385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021129356.1A Pending DE102021129356A1 (de) 2021-11-11 2021-11-11 Wechselrichtersystem und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20240089650A (de)
CN (1) CN118104116A (de)
DE (1) DE102021129356A1 (de)
WO (1) WO2023083406A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208559A1 (de) 2019-06-12 2020-12-17 Vitesco Technologies GmbH Betreiben von Schaltelementen eines Wechselrichters

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW584688B (en) * 2001-06-06 2004-04-21 Toshiba Corp Washing machine
CN102832880B (zh) * 2011-06-17 2017-03-01 迪尔阿扣基金两合公司 控制转换器的方法
US10381968B2 (en) * 2017-12-05 2019-08-13 Otis Elevator Company Converter pulse width modulation strategies for three phase regenerative drives
DE102018210391A1 (de) * 2018-06-26 2020-01-02 Schmidhauser Ag Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters und Wechselrichter
JP7203253B2 (ja) * 2020-01-15 2023-01-12 三菱電機株式会社 交流回転機の制御装置、及び電動パワーステアリング装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208559A1 (de) 2019-06-12 2020-12-17 Vitesco Technologies GmbH Betreiben von Schaltelementen eines Wechselrichters

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240089650A (ko) 2024-06-20
WO2023083406A1 (de) 2023-05-19
CN118104116A (zh) 2024-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005012405B3 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Detektion eines Leitungsbruches
DE19749392B4 (de) Strommeßschaltung
DE3914863A1 (de) Steuersystem fuer einen kraftfahrzeugladegenerator
EP1459434A1 (de) Schaltungsanordnung zum betreiben einer elektrischen maschine
EP2792061B1 (de) Wahlweise steuerung eines wechselstrommotors oder gleichstrommotors
DE102018213130A1 (de) Elektrisches Bordnetz und Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetz
EP3317967B1 (de) Schaltungsanordnung zur ansteuerung eines transistors
EP3748827A1 (de) Umrichterhalbbrücke mit reduzierter ausschaltgatespannung während der totzeiten
DE102021129356A1 (de) Wechselrichtersystem und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichtersystems
DE102007050620A1 (de) Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Last und mit Laststrommessung
DE102020124387A1 (de) Leistungselektronische Einrichtung, Verfahren zu deren Betrieb und Kraftfahrzeug
EP1035642A1 (de) Pulsweitenmodulation zum Betrieb eines Drehstromumrichters für Drehstrommotoren
DE102011083841A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines abschaltbaren Leistungshalbleiterschalters
EP3285394B1 (de) Verfahren zum betreiben einer elektrischen maschine und elektrische maschine
EP2945288A1 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zum ansteuern eines halbleiterschaltelements
EP1715573A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von elektrischen Verbrauchern
DE102020111576B4 (de) Schaltungsanordnung für einen Stromrichter, Stromrichter, elektrische Maschine und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine
DE102020214810B3 (de) Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrommotors
DE102005028605B4 (de) Verfahren zur Strommessung mit einem Shunt und Vorrichtung zur Strommessung
DE102011080442A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine
DE102021111770A1 (de) Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Maschine und elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens
DE102023101244A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102016220892A1 (de) Stromrichter und Verfahren zur Ansteuerung eines Stromrichters
DE102008000277A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors, Vorrichtung dafür sowie damit ausgestattetes Lenksystem
DE102015223647A1 (de) Schaltungsanordnung mit einer Halbbrückenschaltung und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Schaltungsanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication