DE102021130390A1 - Verfahren und Gerät zum Erzeugen einer Dreiphasenspannung - Google Patents

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Samuel David Ahearn
Richard Phillips
Tim Woolmer
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Abstract

Wir beschreiben Techniken zur Reduzierung von Gleichstrom-Rippelspannung durch Bestimmen einer Vielzahl von Schaltereignissen für jede der drei Phasen in jeder Pulsbreitenmodulations- (PWM) Periode. Die Schaltereignisse stellen eine gewünschte Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode bereit. Anhand dieser Bestimmung der Schaltereignisse kann ein Vergleich angestellt werden, um eine erste Zeitperiode (T1) zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen, und eine zweite Zeitperiode (T2) zwischen einem zweiten und einem dritten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen. Die Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode wird in Reaktion auf die Tatsache angepasst, dass die bestimmte Zeitperiode einen Schwellenwert überschreitet, um die bestimmte erste oder zweite Zeitperiode zu reduzieren.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Dreiphasenspannung, und ein Gerät zur Erzeugung einer Dreiphasenspannung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Dreiphasenspannung, und ein Gerät zur Erzeugung einer Dreiphasenspannung zum Ansteuern einer Last, wie beispielsweise eines Elektromotors, und einen Wechselrichter zum Ansteuern einer Last wie beispielsweise eines Elektromotors.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Strom-Wechselrichter sind allgemein bekannt. Ein Beispiel findet sich in US8958222 , aus welchem 1 genommen wurde, und zeigt einen Dreiphasen-Stromwechselrichter 100 zum Umwandeln einer Gleichstromversorgung 101 in einen Wechselstromausgang 103, welcher anschließend mit einer Last (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Der Wechselrichter umfasst drei separate Phasen 200, 300, 400 (jeweils ebenso bezeichnet als U, V, W). Jede Phase schließt zwei in Reihe geschaltete Schalter ein: 200a, 200b in Phase 200/U; 300a, 300b in Phase 300/V; und 400a, 400b in Phase 400/W. Die Schalter 200a, 300a und 400a sind mit der positiven Schiene 105 verbunden (und können als die „oberen“ Schalter bezeichnet werden) und die Schalter 200b, 300b und 400b sind mit der negativen Schiene 107 verbunden (und können als die „unteren“ Schalter bezeichnet werden). In 1 kann jeder Schalter ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) sein, und für jeden IGBT kann eine zugeordnete antiparallele Diode verwendet werden (nicht gezeigt). Es können jedoch beliebige Schalter mit schnellem Schaltvermögen verwendet werden. Ein Steuerungssystem (wie beispielsweise ein Prozessor) (nicht gezeigt) steuert die Schaltung der Schalter 200a, 200b, 300a, 300b, 400a, 400b zum Steuern des Wechselstromausgangs des Wechselrichters 100. Der Strom-Wechselrichter schließt ebenfalls ein Gleichstrom-Buskondensator 102 ein, welcher eine stabilere Gleichstromspannung bereitstellt, wodurch Fluktuationen begrenzt werden, während der Wechselrichter sporadisch hohe Stromstärke fordert.
  • Ein sinusförmiger Ausgangsstrom kann am Wechselstromausgang 103 durch eine Kombination von Schaltzuständen der sechs Schalter erzeugt werden. Der Wechselrichter 100 muss jedoch so gesteuert werden, dass die beiden Schalter in derselben Phase niemals gleichzeitig geschaltet werden, sodass die Gleichstromversorgung 101 nicht kurzgeschlossen wird. Folglich, wenn 200a eingeschaltet ist, muss 200 b ausgeschaltet sein und umgekehrt; wenn 300a eingeschaltet ist, muss 300b ausgeschaltet sein und umgekehrt; und wenn 400a eingeschaltet ist, muss 400b ausgeschaltet sein und umgekehrt. Hieraus resultieren acht mögliche Schaltvektoren für den Wechselrichter, wie in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 sind die Vektorwerte Zustände der drei oberen Schalter 200a, 300a, 400a, wobei die drei unteren Schalter 200b, 300b, 400b zwangsläufig den entgegengesetzten Zustand annehmen, um einen Kurzschluss der Gleichstromversorgung zu vermeiden.
    Vektor 200a 300a 400a 200b 300b 400b Vuw Vwv Vvu
    V0={000} AUS AUS AUS EIN EIN EIN 0 0 0 Null
    V1={100} EIN AUS AUS AUS EIN EIN +Vdc 0 -Vdc Aktiv
    V2={110} EIN EIN AUS AUS AUS EIN 0 +Vdc -Vdc Aktiv
    V3={010} AUS EIN AUS EIN AUS EIN -Vdc +Vdc 0 Aktiv
    V4={011} AUS EIN EIN EIN AUS AUS -Vdc 0 +Vdc Aktiv
    V5={001} AUS AUS EIN EIN EIN AUS 0 -Vdc +Vdc Aktiv
    V6={101} EIN AUS EIN AUS EIN AUS +Vdc -Vdc 0 Aktiv
    V7={101} EIN EIN EIN AUS AUS AUS 0 0 0 Null
  • 2 zeigt die sechs aktiven Vektoren und die zwei Nullspannungsvektoren von Tabelle 1, grafisch dargestellt in einem Wechselrichter-Spannungs-Schaltsechseck. Solch eine vektorielle Darstellung von Dreiphasensystemen ist dem Fachmann wohlbekannt und wird nicht detailliert beschrieben. Allgemein kann jedoch jedes Dreiphasensystem eindeutig durch einen drehenden Vektor Vs wie in 2 gezeigt dargestellt werden. Der drehende Vektor Vs umfasst Komponenten der sechs in Tabelle 1 und in 2 gezeigten aktiven Vektoren. Dies ist als Raumvektormodulation (SWM) bekannt. Die Spannung am Wechselstromausgang 103 kann durch Variieren des Verhältnisses zwischen den Nullspannungsvektoren V0 und V7 und dem aktiven Vektor Vs (welcher Komponenten von V1 bis V6 umfasst) (Modulationsindex) durch Pulsbreitenmodulations-(PWM) Techniken verändert werden.
  • 3 zeigt ein Beispiel von Pulsbreiten-Raumvektormodulation über eine Schaltperiode nach dem Stand der Technik. Die Schaltfunktion für jeden Schalter 200a, 300a, 400a ist eine Zeit-Wellenform, welche den Wert 1 annimmt, wenn der Schalter eingeschaltet ist und 0, wenn der Schalter ausgeschaltet ist. Unter Bezugnahme auf 3 sind während der ersten Periode t0/2 alle drei Schalter 200a, 300a, 400a ausgeschaltet (Wert 0), was den Vektor V0 von Tabelle 1 erzeugt. V0 ist ein Nullspannungsvektor, sodass diese Zeitperiode eine inaktive Periode ist. In der zweiten Periode t1 nimmt der Schalter 200a den Wert 1 an, und die Schalter 300a und 400a nehmen den Wert 0 an, was den Vektor V1 erzeugt, welcher ein aktiver Vektor ist. In der dritten Periode t2 nehmen die Schalter 200a und 300a den Wert 1 an, und der Schalter 400a nimmt den Wert 0 an, was den Vektor V2 erzeugt, welcher ebenfalls ein aktiver Vektor ist. Abschließend sind während der vierten Periode t0/2 alle drei Schalter 200a, 300a, 400a eingeschaltet (Wert 1), was den Nullspannungsvektor V7 von Tabelle 1 erzeugt. Folglich lauten die aktiven Perioden t1 und t2 und die inaktive Periode lautet t0. Das Verhältnis zwischen der gesamten aktiven Periode (in diesem Fall, t1 + t2) und der gesamten inaktiven Periode (in diesem Fall, t0/2+t0/2=t0) bestimmt die Ausgangsspannung am Wechselspannungsausgang.
  • 4 zeigt Phasenspannungen (in Bezug auf die in 1 gezeigte OV-Linie, welche die Hälfte des Gleichspannungsbusses ist) mit symmetrischer Schaltung im Vergleich zum Ausgangsspannungswinkel (mit einem Gleichstrombus von 250V und einem 200V-Spitzenbedarf). 5 zeigt die resultierende Außenleiterspannung, von der Motorlast aus betrachtet.
  • Wie oben erwähnt, stellt der Gleichstrom-Buskondensator 102 eine stabilere Gleichstromspannung bereit, wodurch Fluktuationen begrenzt werden, während der Wechselrichter sporadisch hohe Stromstärke fordert. Der DC-Link-Kondensator gleicht fluktuierende augenblickliche Stromwerte an den Wechselrichter-Gleichspannungsschienen aus, welche durch die Aktivität der Schaltstufen 200, 300, 400 eingespeist werden. Der mittlere Rippelstrom/die mittlere Rippelspannung (dimensioniert bei einer gegebenen Frequenz und Gleichstrom-Versorgungsspannung) ist die Gesamtmenge der quadratischen Mittelwerte (RMS) von Wechsel- und Gleichstrom/-spannung, welcher ein Kondensator ohne Ausfall standhalten kann. Wechselrichter-Spitzen-Rippelspannung ist die zwischen dem minimalen Gleichstromwert und dem maximalen Gleichstromwert über die DC-Link-Kondensatoren gemessene Spannung. Diese Spannungsspitzen werden nicht durch die Gleichstromversorgung aufgrund der Impedanz zwischen der Gleichstromversorgung und den Wechselrichter-DC-Link-Kondensatoren geglättet. Häufig ist eine Begrenzung der Spitzen-Rippelspannung (auf Systemebene bestimmt) vorhanden, sodass andere, lokal an den Wechselrichter, an die Gleichstromversorgung angebundene Geräte nicht ungünstig durch den Betrieb des Wechselrichters beeinflusst werden. Die Rippelspannung erhöht sich bei schwereren Lasten oder höheren Modulationsindizes, und dies gilt auch für die technischen Anforderungen an den Gleichstrom-Buskondensator. Häufig müssen Konstrukteure den Gleichstrom-Buskondensator dergestalt überdimensionieren (Spitze-Spitze-Spannung, Kapazität usw.), dass dieser dem Worst-case-Szenario bei jeder gegebenen Last oder jedem gegebenen Modulationsindex standhält. Dies kann zu großen, teuren Kondensatoren führen, welche der Konstruktion eines Wechselrichters zusätzliches Gewicht und signifikante Kosten hinzufügen.
  • Einige Techniken nach dem Stand der Technik versuchen, die Gleichstrom-Bus-Welligkeit zu reduzieren, indem sie die Schaltfrequenz des Wechselrichters erhöhen. Beispielsweise wiesen bestimmte Konstruktionen eine Spitze-Spitze-Rippelspannung von ungefähr 30 V bei einer 10 kHz-Schaltfrequenz auf. Erhöhen der Schaltfrequenz auf 20 kHz reduziert diese Spitze-Spitze-Gleichstrom-Bus-Welligkeit um über 15 V. Die Schaltfrequenz kann abhängig von den Last-, und folglich von den Spannungs-Welligkeitsbedingungen, variiert werden.
  • Die Erhöhung der Schaltfrequenz kann jedoch erhöhte Schaltverluste innerhalb des Wechselrichters verursachen und ebenfalls Schaltrauschen (gleichermaßen hörbar und elektromagnetisch) erhöhen. Ferner nimmt die Verringerung der Spannungswelligkeit nicht linear ab, während die Schaltfrequenz ansteigt, wodurch eine weitere Erhöhung der Schaltfrequenz die Wirkung in Bezug auf verbesserte Spannungswelligkeit verringert.
  • Daher haben wir den Bedarf nach einer verbesserten Technik gewürdigt, um die Gleichstrom-Bus-Welligkeit bei einem Wechselrichter zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Folglich stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer Dreiphasen-Ausgangsspannung, und einen Wechselrichter zur Erzeugung einer Dreiphasen-Ausgangsspannung zum Ansteuern einer elektrischen Last nach den beigefügten unabhängigen Ansprüche bereit.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden ebenfalls nach den abhängigen Ansprüchen bereitgestellt, welche ebenfalls beigefügt sind.
  • Insbesondere beschreiben wir ein Verfahren zur Erzeugung einer Dreiphasen-Ausgangsspannung zur Versorgung einer elektrischen Last, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufnehmen einer Eingangsspannung von einer Spannungsquelle und Steuern einer Steuerung, unter Verwendung von Pulsbreitenmodulation (PWM) über eine Vielzahl von PWM-Perioden, um einen Dreiphasen-Wechselstromausgang für eine elektrische Last zu erzeugen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden ein oder mehrere Schaltereignisse umfasst, wobei die Schalterereignisse ansteigende und abfallende Flanken zwischen einer niedrigen Spannung und einer hohen Spannung zum Bereitstellen von EIN-Perioden bei der hohen Spannung und von AUS-Perioden bei der niedrigen Spannung umfassen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden einen Zeitabschnitt der Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannung erzeugt; für jede jeweilige PWM-Periode: Bestimmen einer Vielzahl von Schaltereignissen für jede der drei Phasen, um eine Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode bereitzustellen; und Vergleichen der Schaltereignisse über jede der drei Phasen, um eine erste Zeitperiode zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen, und eine zweite Zeitperiode zwischen dem zweiten und einem dritten Schaltereignis über alle Phasen; und Anpassen der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode in Reaktion auf die Tatsache, dass die bestimmte Zeitperiode einen Schwellenwert überschreitet, um die bestimmte erste oder zweite Zeitperiode zu reduzieren.
  • Wir haben identifiziert, dass es möglich ist, die Zeitsteuerung der Schaltereignisse an einer einzigen Phase zu manipulieren, wodurch die maximalen Differenzen der umschaltfreien Zeit reduziert werden, um die Gleichstrom-Spannungswelligkeit zu reduzieren. Durch Reduzierung der Gleichstrom-Bus-Welligkeit können Konstrukteure nun einen Wechselrichter mit einer verbesserten Gleichstrom-Bus-Welligkeitsleistung implementieren, oder der Konstrukteur kann kleinere Gleichstrom-Buskondensatoren (für denselben Umfang an Gleichstrom-Bus-Welligkeit wie ohne eine verbesserte Technik) bei der Konstruktion eines Wechselrichters verwenden. Oder aber der Konstrukteur kann eine Kombination beider Vorteile in seiner Konstruktion verwenden. Da nur eine Phase einen Anstieg der Schaltereignisse aufweist, ist der Anstieg an Schaltverlust geringer als bei Techniken nach dem Stand der Technik, welche die Anzahl der Schaltereignisse in allen Phasen erhöhen.
  • Wenn die erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltereignis größer als die zweite Zeitperiode zwischen dem zweiten und dem dritten Schaltereignis für die jeweilige PWM-Periode ist, können die Schaltereignisse in nur einer der Phasen dergestalt angepasst werden, dass die EIN-Periode in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, und wobei, innerhalb der jeweiligen PWM-Periode, der erste EIN-Abschnitt zeitlich vorgeschoben und der zweite EIN-Abschnitt zeitlich verzögert werden kann.
  • Der erste und der zweite EIN-Abschnitt können gleicher Dauer sein.
  • Wenn die vorige PWM-Periode während einer AUS-Periode endet, kann der erste EIN-Abschnitt vorgeschoben werden, um rund um den Zeitpunkt zentriert zu sein, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist. Die jeweilige PWM-Periode kann beginnen und/oder enden, während die einzige Phase im AUS-Zustand ist.
  • Wenn die erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltereignis größer als die zweite Zeitperiode zwischen dem zweiten und dem dritten Schaltereignis für die jeweilige PWM-Periode ist, und wenn die vorige PWM-Periode während einer EIN-Periode endet, kann der erste EIN-Abschnitt zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode dergestalt vorgeschoben werden, dass sich eine EIN-Periode vom Ende der vorigen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode erstreckt.
  • Der zweite EIN-Abschnitt kann zeitlich verzögert werden, um rund um den Zeitpunkt zentriert zu sein, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  • Wenn die zweite Zeitperiode zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltereignis größer als die erste Zeitperiode zwischen dem zweiten und dem dritten Schaltereignis für die jeweilige PWM-Periode ist, können die Schaltereignisse dergestalt angepasst werden, dass die EIN-Periode in einen ersten, einen zweite und einen dritten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, wobei der erste EIN-Abschnitt in Richtung des Beginns der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben wird, der zweite EIN-Abschnitt rund um den Zeitpunkt zentriert auftritt, welcher ½ der PWM-Periode zugeordnet ist, und der dritte EIN-Abschnitt in Richtung des Endes der jeweiligen PWM-Periode verzögert wird.
  • In diesem Szenario wird der erste EIN-Abschnitt an den Beginn der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben und der dritte EIN-Abschnitt an das Ende der jeweiligen PWM-Periode dergestalt verzögert, dass die jeweilige PWM-Periode beginnt und endet, während die einzige Phase in dem EIN-Zustand ist. Die jeweilige PWM-Periode kann eine erste AUS-Periode zwischen dem ersten und dem zweiten EIN-Abschnitt umfassen, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  • Wenn die vorige PWM-Periode mit einem AUS-Zustand endet, kann der erste EIN-Abschnitt ferner angepasst werden, um unmittelbar vor dem zweiten EIN-Abschnitt dergestalt zu liegen, dass sich der erste und der zweite EIN-Abschnitt kombinieren, um einen EIN-Abschnitt zu bilden, welcher die kombinierten Dauern des ersten und des zweiten EIN-Abschnitts aufweist. Dies hilft beim Übergang zwischen unterschiedlichen Schemata in einer angrenzenden PWM-Periode.
  • Die jeweilige PWM-Periode kann eine zweite AUS-Periode zwischen dem zweiten und dem dritten EIN-Abschnitt umfassen, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  • Wenn die jeweilige PWM-Periode mit einem EIN-Zustand endet, und wenn die nächste PWM-Periode mit einer AUS-Periode beginnt, und wenn die bestimmte Zeitperiode für die jeweilige nächste PWM-Periode den Schwellenwert unterschreitet, kann das Verfahren Anpassen der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in der einzigen der Phasen in der jeweiligen nächsten PWM-Periode umfassen. Dies hilft beim Übergang zwischen unterschiedlichen Schemata in einer angrenzenden PWM-Periode.
  • Die Zeitsteuerung der Schaltereignisse in der einzigen der Phasen für die jeweilige nächste PWM-Periode kann dergestalt angepasst werden, dass eine EIN-Periode in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, und wobei der erste EIN-Abschnitt zeitlich innerhalb der jeweiligen nächsten PWM-Periode vorgeschoben wird. Der erste EIN-Abschnitt in der jeweiligen nächsten PWM-Periode kann zeitlich auf den Beginn der jeweiligen nächsten PWM-Periode dergestalt vorgeschoben werden, dass sich eine EIN-Periode vom Ende der jeweiligen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen nächsten PWM-Periode erstreckt.
  • Der zweite EIN-Abschnitt in der jeweiligen nächsten PWM-Periode kann eine Dauer aufweisen, welche gleich der unangepassten EIN-Periode der jeweiligen nächsten PWM-Periode, minus der Dauer des ersten EIN-Abschnitts der jeweiligen nächsten PWM-Periode, ist.
  • Die Vielzahl der Schaltereignisse kann eine Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung verursachen. Das Verfahren kann Folgendes umfassen: für jede jeweilige PWM-Periode, Bestimmen der Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung für die Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode; und wobei der Schritt der Anpassung der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode eintritt, wenn die Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung einen Schwellenwert überschreitet. Dies versetzt das Verfahren in die Lage, nur unter Betriebsbedingungen verwendet zu werden, welche für die Vorzüge des Verfahrens besser geeignet sind, und versetzt das Verfahren in die Lage, ausgeschaltet zu werden, wenn es weniger Vorteile bietet.
  • Der Schritt der Anpassung der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse kann in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode eintreten, wenn ein Modulationsindex der Ausgangsspannung größer als oder gleich eins ist.
  • In einem beliebigen der obigen Verfahren kann die elektrische Last einen Elektromotor umfassen.
  • Wir beschreiben ebenso einen Wechselrichter zur Erzeugung einer Dreiphasen-Ausgangsspannung zur Versorgung einer elektrischen Last, wobei der Wechselrichter Folgendes umfasst: einen Eingang zur Aufnahme von Eingangsspannungen; drei Wechselstromausgänge, einen pro Phase, zum Ausgeben einer Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannung zur Versorgung einer elektrischen Last; einen Eingang zum Empfangen von Daten, welche eine Bedarfs-Ausgangsspannung des Wechselrichters darstellen; und eine Steuerung zur Steuerung der Eingangsspannung unter Verwendung von Pulsbreitenmodulation (PWM) über eine Vielzahl von PWM-Perioden, um die Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannungen für einen Elektromotor zu erzeugen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden ein oder mehrere Schaltereignisse umfasst, wobei die Schalterereignisse ansteigende und abfallende Flanken zwischen einer niedrigen Spannung und einer hohen Spannung zum Bereitstellen von EIN-Perioden bei der hohen Spannung und von AUS-Perioden bei der niedrigen Spannung umfassen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden einen Zeitabschnitt der Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannungen erzeugt; wobei die Steuerung konfiguriert ist zum: für jede jeweilige PWM-Periode: Bestimmen einer Vielzahl von Schaltereignissen für jede der drei Phasen, um eine Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode bereitzustellen; und Vergleichen der Schaltereignisse über jede der drei Phasen, um eine erste Zeitperiode zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen, und eine zweite Zeitperiode zwischen dem zweiten und einem dritten Schaltereignis über alle Phasen; und wobei die Steuerung zum Anpassen der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode in Reaktion auf die Tatsache konfiguriert ist, dass die bestimmte Zeitperiode einen Schwellenwert überschreitet, um die bestimmte erste oder zweite Zeitperiode zu reduzieren.
  • Wir haben identifiziert, dass es möglich ist, die Zeitsteuerung der Schaltereignisse an einer einzigen Phase zu manipulieren, wodurch die maximalen Differenzen der umschaltfreien Zeit reduziert werden, um die Gleichstrom-Spannungswelligkeit zu reduzieren. Durch Reduzierung der Gleichstrom-Bus-Welligkeit können Konstrukteure nun einen Wechselrichter mit einer verbesserten Gleichstrom-Bus-Welligkeitsleistung implementieren, oder der Konstrukteur kann kleinere Gleichstrom-Buskondensatoren (für denselben Umfang an Gleichstrom-Bus-Welligkeit wie ohne eine verbesserte Technik) bei der Konstruktion eines Wechselrichters verwenden. Oder aber der Konstrukteur kann eine Kombination beider Vorteile in seiner Konstruktion verwenden. Da nur eine Phase einen Anstieg der Schaltereignisse aufweist, ist der Anstieg an Schaltverlust geringer als bei Techniken nach dem Stand der Technik, welche die Anzahl der Schaltereignisse in allen Phasen erhöhen.
  • In solch einem Wechselrichter kann die Vielzahl von Schaltereignissen eine Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung verursachen. Die Steuerung kann konfiguriert sein zum: für jede jeweilige PWM-Periode, Bestimmen der Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung für die Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode; und wobei die Steuerung konfiguriert sein kann, um die Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode anzupassen, wenn die Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung einen Schwellenwert überschreitet.
  • Die Steuerung kann konfiguriert sein, um die Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode anzupassen, wenn ein Modulationsindex der Ausgangsspannung größer als oder gleich eins ist.
  • Die mit dem Wechselrichter verbundene elektrische Last kann einen Elektromotor umfassen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei Folgendes gilt:
    • 1 zeigt ein vereinfachtes Schema eines Wechselrichters;
    • 2 zeigt eine Vektordarstellung der Schaltzustände des Wechselrichters von 1;
    • 3 zeigt ein Beispiel für Pulsbreiten-Raumvektormodulation (SVM) über einen Pulsbreitenmodulations-Schaltzyklus;
    • 4 zeigt Phasenspannungen (in Bezug auf die OV-Linie) am Ausgang des Wechselrichters von 1;
    • 5 zeigt die resultierenden Außenleiterspannungen am Ausgang des Wechselrichters von 1, von der elektrischen Last aus betrachtet;
    • 6 zeigt die maximalen Differenzen der umschaltfreien Zeit;
    • 7 zeigt einen Schalt-Zeitsteuerungs-Plot für ein Standard-SVM-Schema;
    • 8 zeigt eine erste PWM-Periode für eines der Segmente unter Verwendung des neuen Schaltschemas;
    • 9 zeigt eine zweite PWM-Periode für eines der Segmente unter Verwendung des neuen Schaltschemas;
    • 10 zeigt das modifizierte Schema, dargestellt in einem Wechselrichter-Spannungs-Schaltsechseck;
    • 11 zeigt den resultierenden Ausgang, einschließend die umschaltfreie Differenz unter Verwendung des modifizierten Steuerungsschemas;
    • 12 zeigt einen Plot der Gleichstrom-Spannungswelligkeit für eine gegebene Gleichstrom-Kapazität bei unterschiedlichen Schaltfrequenzen für Standard-SVM und das modifizierte Schema;
    • 13 zeigt ein Beispiel-Zeitsteuerungsdiagramm, für ein Szenario, in welchem entweder SVM oder das T1 > T2-modifizierte Schema einer PWM-Periode vorausgehen, welche das T1 < T2-modifizierte Schema erfordert;
    • 14 zeigt ein Beispiel-Zeitsteuerungsdiagramm beim Übergang vom T1 < T2modifizierten Schema entweder zu SVM oder zum T1 > T2-modifizierten Schema;
    • 15 zeigt die Übergänge zwischen SVM, dem T1 > T2-modifizierten Schema und den T1 < T2-modifizierten Schemata;
    • Die 16a und b veranschaulichen die erste Lösung zu den Übergangen zwischen Schemata;
    • 17 zeigt die zweite Lösung zum Übergang zwischen Schemata;
    • 18 zeigt die zweite Lösung zum Übergang zwischen Schemata; und
    • Die 19a und 19b zeigen Beispiel-Gleichstrom-Bus-Link-Rippelspannungen unter unterschiedlichen Bedingungen über eine Ausgangsfrequenzwelle, und 19c zeigt einen Beispiel-Schwellenwertpegel für die Entscheidung, ob das modifizierte Schema implementiert werden soll oder nicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es ist bekannt, dass der Pegel von Gleichstrom-Spannungswelligkeit durch die größte Trennung zwischen Schaltübergangsflanken in dem Wechselrichter beeinflusst wird. Daher erhöhen bekannte Techniken die Schaltfrequenz an allen Phasen, was diese Trennung zwischen Schaltübergangsflanken reduziert und folglich die Welligkeit reduziert. Eine erhöhte Schaltfrequenz bewirkt jedoch wie oben erörtert erhöhte Schaltverluste in den Schaltvorrichtungen.
  • 6 zeigt die maximalen umschaltfreien Zeitdifferenzen (Zeit, in welcher keine Stromversorgungsgeräte zwischen EIN und AUS oder umgekehrt umschalten) pro Schaltperiode in schwarz. Die U-Phase in einer strichpunktierten Linie, die V-Phase in einer gepunkteten Linie und W in einer gestrichelten Linie. Das hier gezeigte Beispiel ist für 250 Vac von einem 500 Vdc-Bus.
  • Um die Gleichstrom-Bus-Rippelspannung zu reduzieren, ist eine alternative Technik erforderlich, um diese Differenzen der umschaltfreien Zeit zu reduzieren. Pulsbreitenmodulations- (PWM) Techniken, wie beispielsweise Raumvektormodulation (SVM), bieten Flexibilität bei Steuerungsschemata. Bei mehrphasigen Ausgängen wie beispielsweise Dreiphasenausgängen, solange die Außenleiterspannungen als eine geeignete Spannung gegenüber der Last erscheinen (beispielsweise für einen Motor, eine allgemein sinusförmige Spannung zwischen den Leitern), ist es für die Last irrelevant, was mit der Absolutspannung an jedem der Leiter an jedem beliebigen Punkt geschieht. Dies eröffnet daher Möglichkeiten zur Steuerung der Zeitsteuerung einzelner Schaltereignisse zur Reduzierung der Differenzen der umschaltfreien Zeit.
  • Wir haben identifiziert, dass es möglich ist, die Zeitsteuerung der Schaltereignisse an einer einzigen Phase zu manipulieren, wodurch die maximalen Differenzen der umschaltfreien Zeit reduziert werden, um die Gleichstrom-Spannungswelligkeit zu reduzieren. Durch Reduzierung der Gleichstrom-Bus-Welligkeit können Konstrukteure nun einen Wechselrichter mit einer verbesserten Gleichstrom-Bus-Welligkeitsleistung implementieren, oder der Konstrukteur kann kleinere Gleichstrom-Buskondensatoren (für denselben Umfang an Gleichstrom-Bus-Welligkeit wie ohne eine verbesserte Technik) bei der Konstruktion eines Wechselrichters verwenden. Oder aber der Konstrukteur kann eine Kombination beider Vorteile in seiner Konstruktion verwenden.
  • 7 zeigt einen Schalt-Zeitsteuerungs-Plot für ein Standard-SVM-Schema. Die U-Phase ist in einer strichpunktierten Linie, die V-Phase in einer gepunkteten Linie und die W-Phase in einer gestrichelten Linie geplottet. Der obere Plot zeigt die oberen Einschalt-/Ausschalt-Platzierungskurven für einen 60-Grad-Sektor bei Eins-Modulation. Bei Übermodulation wären die Kurven für U und W gerade Linien in dem Umfang der oben gezeigten Kurven.
  • Wie in der Standard-SVM ist T0 die Nullvektorzeit und ist als Differenz zwischen den beiden blauen W-Kurven ersichtlich. T1 ist die Zeitdifferenz zwischen der roten U- und der gelben V- und T2 ist die Zeitdifferenz zwischen der gelben V- und der blauen W-Phase.
  • Zwei Beispiele für PWM-Zeitsteuerungsmuster sind als Beispiele A und B gezeigt. In A ist die V-Phase am weitesten von der U-Phase entfernt, und folglich wird die maximale Zeitdifferenz ohne ein Schaltereignis zwischen der U-und der V-Phase genommen. Die Differenz wird als der schwarze Plot mit ansteigendem Wert auf der rechten Seite gezeigt. Während die Spannung der V-Phase ansteigt, folgt der schwarze Plot einer „v-Form“, bis zur Spitze, welche eintritt, wenn die V-Phasenflanke auf halbem Wege zwischen der U-und der W-Phase liegt. Während sich die U-Phase der U-Phase nähert, erhöht sich die maximale Differenz, während die U-Phasenflanke sich von der W-Phasenflanke entfernt. Dadurch steigt die Gleichstrom-Spannungswelligkeit auf das Sechsfache der Frequenz der Ausgangsspannungs-Wellenform an.
  • Standard-SVM an sich bietet kein Mittel zum Reduzieren der maximalen (und der minimalen) Phasenumschaltungsflanken-Differenz. Wenn wir jedoch die Methode darauf beschränken, stets Flanken bei jeder PWM-Periode zu haben und wenn wir nur bis zu einer Eins-Modulation betrachten, können wir die maximale Zeitdifferenz zwischen Flanken durch eine Ausgangswinkel-Steuerungs-Platzierung der T0-Periode einzelner Phasen reduzieren.
  • Zusammengefasst berücksichtigt die vorliegende Erfindung die Gleichstrom-Rippelspannung durch Bestimmen einer Vielzahl von Schaltereignissen für jede der drei Phasen in jeder PWM-Periode. Die Schaltereignisse stellen eine gewünschte Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode bereit. Anhand dieser Bestimmung der Schaltereignisse kann ein Vergleich angestellt werden, um eine erste Zeitperiode (T1) zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen, und eine zweite Zeitperiode (T2) zwischen dem zweiten und einem dritten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen. Die Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode wird in Reaktion auf die Tatsache angepasst, dass die bestimmte Zeitperiode einen Schwellenwert überschreitet, um die bestimmte erste oder zweite Zeitperiode zu reduzieren. Maßgebend für diesen Ansatz ist die Tatsache, dass die Zeitsteuerung von Schaltereignissen in nur einer der Phasen dergestalt angepasst wird, dass die beiden anderen Phasen (beispielsweise in einem Dreiphasensystem) unverändert gegenüber dem Standard-SVM-Zeitsteuerungsschema bleiben. Dieser Ansatz reduziert somit die umschaltfreie Differenz und folglich die Gleichstrom-Rippelspannung.
  • Indem nur die Zeitsteuerung der Schaltereignisse in nur einer der Phasen angepasst wird, sind die Schaltverluste in solch einem Schema erheblich reduziert, beispielsweise im Vergleich zu dem Schema aus dem Stand der Technik, wobei die Schaltfrequenz aller Phasen erhöht wird. Solange die Außenleiterspannungen für die gewünschte Last kohärent bleiben, kann das Schaltschema manipuliert werden, um die Gleichstrom-Rippelspannung zu reduzieren.
  • 8 zeigt eine PWM-Periode für eines der Segmente. Die U-Phase (obere Linie) ist gestrichelt angezeigt, die W-Phase (zweite Linie von oben) ist in einer strichpunktierten Linie gezeigt, und die V-Phase (dritte und vierte Linie von oben) sind in gepunkteten Linien gezeigt. Die V-Phase ist gezeigt, wie sie in einem Standard-SVM-Schema wäre (dritte Linie von oben: Vsvm) und in dem modifizierten/neuen Schema (vierte Linie von oben: Vnew).
  • 8 zeigt den Zustand, in welchem T1 > T2, d. h., in welchem die Periode zwischen dem ersten Schaltereignis (in diesem Fall, der Anstiegsflanke in der U-Phase) und dem zweiten Schaltereignis (in diesem Fall, der Anstiegsflanke in der V-Phase) größer ist als die Periode zwischen der zweiten Flanke (der Anstiegsflanke in der V-Phase) und dem dritten Schaltereignis (in diesem Fall, der Anstiegsflanke in der W-Phase).
  • In solch einem Szenario passt das modifizierte Verfahren die Schaltereignisse in der einzigen der Phasen dergestalt an, dass die EIN-Periode in dieser jeweiligen Phase in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird. Innerhalb der jeweiligen PWM-Periode wird der erste EIN-Abschnitt zeitlich vorgeschoben und der zweite EIN-Abschnitt wird zeitlich verzögert. In diesem Fall wird in der Vnew-Linie gezeigt, dass die erste EIN-Periode vorgeschoben wird, um rund um den Zeitpunkt zu fallen, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist. Der zweite EIN-Abschnitt wird zeitlich verzögert, um rund um den Zeitpunkt zentriert zu sein, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist. Der erste und der zweite EIN-Abschnitt können gleicher Dauer sein, müssen dies jedoch nicht. Die Vorschub- und Verzögerungszeiten können ebenfalls von den im Diagramm gezeigten Werten unterschiedliche Werte aufweisen.
  • Die Idee ist, dass die aktive Zeit, in der der Standard-SVM-Puls für diese Periode erfolgen würde, aufgespalten und über die PWM-Periode ausgedehnt wird, um die Differenz der umschaltfreien Zeit zu reduzieren. Wie ersichtlich, ist die Differenz der umschaltfreien Zeit in dieser Wellenform aufgrund der erhöhten Schaltereignisse in der V-Phase erheblich reduziert, und da der Anstieg der Schaltfrequenz (in diesem Fall, eine Verdoppelung der Schaltfrequenz) nur in einer Phase eintritt, ist der Anstieg der Schaltverluste nicht so groß wie in dem Fall, in dem alle Phasen mit erhöhter Frequenz umgeschaltet werden.
  • 9 zeigt eine zweite PWM-Periode für eines der Segmente unter Verwendung des neuen Schaltschemas.
  • 9 zeigt den Zustand, in welchem T2 > T1, d. h., in welchem die Periode zwischen dem ersten Schaltereignis (in diesem Fall, der Anstiegsflanke in der U-Phase) und dem zweiten Schaltereignis (in diesem Fall, der Anstiegsflanke in der V-Phase) kleiner ist als die Periode zwischen dem zweiten Schaltereignis (der Anstiegsflanke in der V-Phase) und dem dritten Schaltereignis (in diesem Fall, der Anstiegsflanke in der W-Phase).
  • Zwar ist es möglich, die Schaltereignisse unter Verwendung desselben Schemas wie in 8 gezeigt für das in 9 gezeigte Szenario anzupassen, doch es wurde bewiesen, dass die Gleichstrom-Rippelspannung eher ansteigen als abfallen kann, da die EIN-Periode der modifizierten Phase zur maximalen umschaltfreien Zeitdifferenz wird.
  • In solch einem Szenario passt das modifizierte Verfahren folglich stattdessen die Schaltereignisse nur in einer der Phasen dergestalt an, dass die EIN-Periode in einen ersten, einen zweiten und einen dritten EIN-Abschnitt aufgespalten wird. Der erste EIN-Abschnitt wird in Richtung des Beginns der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben. Der zweite EIN-Abschnitt tritt zentriert um den Zeitpunkt auf, welcher ½ der PWM-Periode zugeordnet ist. Der dritte EIN-Abschnitt wird in Richtung des Endes der jeweiligen PWM-Periode verzögert.
  • In 9 ist der erste EIN-Abschnitt an den Beginn der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben und der dritte EIN-Abschnitt an das Ende der jeweiligen PWM-Periode dergestalt verzögert gezeigt, dass die jeweilige PWM-Periode beginnt und endet, während die einzige Phase in dem EIN-Zustand ist.
  • Auch hier ist die Idee, dass die aktive Zeit, in der der Standard-SVM-Puls für diese Periode erfolgen würde, aufgespalten und über die PWM-Periode ausgedehnt wird, um die Differenz der umschaltfreien Zeit zu reduzieren. Wie ersichtlich, ist die Differenz der umschaltfreien Zeit in dieser Wellenform aufgrund der erhöhten Schaltereignisse in der V-Phase erheblich reduziert, und da der Anstieg der Schaltfrequenz (in diesem Fall, eine Verdoppelung der Schaltfrequenz) nur in einer Phase eintritt, ist der Anstieg der Schaltverluste nicht so groß wie in dem Fall, in dem alle Phasen mit erhöhter Frequenz umgeschaltet werden.
  • 9 zeigt ebenfalls, dass die jeweilige PWM-Periode eine erste AUS-Periode zwischen dem ersten und dem zweiten EIN-Abschnitt umfasst, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist, und eine zweite AUS-Periode zwischen dem zweiten und dem dritten AUS-Abschnitt, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist. Der erste und der zweite AUS-Abschnitt können gleicher Dauer sein, müssen dies jedoch nicht. Die Vorschub- und Verzögerungszeiten können ebenfalls von den im Diagramm gezeigten Werten unterschiedliche Werte aufweisen.
  • Zwar demonstrieren die 8 und 9, dass das modifizierte Schema nur auf die V-Phase angewandt wurde, doch es erschließt sich dem fachmännischen Leser, dass das modifizierte Schema in anderen PWM-Perioden reihum auf eine der anderen Phasen angewandt wird.
  • 10 zeigt das modifizierte Schema, dargestellt in einem Wechselrichter-Spannungs-Schaltsechseck. Wie in 2 ist dies eine grafische Darstellung der Spannungsvektoren, welche verwendet werden, um die Spannungen an jeder der drei Phasen U, V und W zu steuern. Während das Sechseck von 2 die aktiven Vektoren V1 bis V6 zeigt, kann aufgrund der Symmetrie des modifizierten Schemas jedes der sechs Segmente (wobei jedes 60 Grad darstellt) in zwei 30 Grad-Segmente aufgespalten werden, woraus sich 12 Segmente mit jeweils 30 Grad ergeben. Das bedeutet, dass wir lediglich die erste halbe PWM-Periode in jedem Segment betrachten müssen, da die zweite Hälfte ein Spiegelbild der ersten ist.
  • Daher können die Phasen basierend auf den unterschiedlichen Steuerungsschemata wie nachstehend in Tabelle 2 gezeigt gesteuert werden:
    Sektor U V W
    0,7 SVM SVM T1 > T2:
    1,6 SVM SVM T2 > T1
    3, 8 SVM T1 > T2: SVM
    2,9 SVM T2 > T1 SVM
    4, 11 T1 > T2: SVM SVM
    5, 10 T2 > T1 SVM SVM
    Wobei:
    • SVM: Phase gesteuert als Standard-SVM für die gewünschte Spannung
    • T1 > T2: Modifiziertes Schema wie in Bezug auf die 8 erörtert
    • T2 > T1: Modifiziertes Schema wie in Bezug auf die 9 erörtert
  • 11 zeigt den resultierenden Ausgang, einschließend die umschaltfreie Differenz unter Verwendung des modifizierten Steuerungsschemas.
  • Wie ersichtlich, weist die umschaltfreie Differenz der Standard-SVM (in Schwarz gezeigt) einen Spitze-Spitze-Wert auf, welcher größer als die umschaltfreie Differenz des modifizierten Schemas (in Grün gezeigt) ist.
  • Simulationen haben bei einer Schaltfrequenz von 20 kHz unter Verwendung eines Gleichstrom-Buskondensators von 540 uF bei 650 Arms Folgendes gezeigt:
    • • Standard-Raumvektormodulation: 14,7 V (Spitze-Spitze) Gleichstromwelligkeit
    • • Modifiziertes Schema: 9,6V (Spitze-Spitze)
    • • Reduzierung um 34,7 %
    • • Diese Welligkeit stellt sich als geringer heraus als diejenige von SVM bei 30 kHz
  • Weitere Simulationen haben bei einer Schaltfrequenz von 16 kHz unter Verwendung eines Gleichstrom-Buskondensators von 540 uF bei 650 Arms Folgendes gezeigt:
    • • Standard-Raumvektormodulation: 18,7 V (Spitze-Spitze) Gleichstromwelligkeit
    • • Modifiziertes Schema: 9,9 V (Spitze-Spitze)
    • • Reduzierung um 47,0 %
    • • Die Welligkeit ähnelt derjenigen von SVM bei 30 kHz
  • 12 zeigt einen Plot der Gleichstrom-Spannungswelligkeit für eine gegebene Gleichstrom-Kapazität bei unterschiedlichen Schaltfrequenzen für Standard-SVM- und das modifizierte Schema. In diesem Plot beträgt die Kapazität 540 uF und die Schaltfrequenz variiert zwischen 10 kHz und 20 kHz bei 650 Arms. Die Ergebnisse der Standard-Raumvektormodulation (SVM) sind in Gelb gezeigt. Die Ergebnisse des modifizierten Schemas (betitelt als „Bus-Unterstützung“) ist in Blau im Vergleich zur gleichen Grundfrequenz gezeigt. Das modifizierte Schema führt ausgewählte Zusatzumschaltungen ein und erhöht so den Schaltverlust im Vergleich zur gleichen Grundfrequenz bei SVM. Die rote Kurve zeigt das modifizierte Schema bei der tatsächlichen Schaltfrequenz und folglich bei gleichwertigem Schaltverlust im Vergleich zu Standard-SVM.
  • Das neue Verfahren erfordert die Verdoppelung der Schaltfrequenz einer der Phasen, um das erforderliche Schaltmuster bereitzustellen. Daher müssen die Zeitsteuerungswerte bei jedem Viertel der originalen PWM-Periode aktualisiert werden. Eine einfache Art, dies an einer Mikroprozessor-Zeitsteuerung zu implementieren, besteht darin, die PWM-Periode bei der doppelten Zyklusgeschwindigkeit (Verdoppelung der Frequenz) zu fahren, und dies zu verwenden, um die doppelte Schaltfrequenz an einer der Phasen zu erzeugen. An denjenigen Phasen, die bei der Original-Schaltfrequenz bleiben, wurden keine Zeitsteuerungsereignisse (welche ihre Schaltfrequenz steuern) an alternativen PWM-Perioden platziert, wodurch ein Muster bei der Original-Schaltfrequenz erzeugt wird. Bei derjenigen Phase, welche bei der doppelten Schaltfrequenz arbeitet, können die Schaltereignisse aktualisiert werden, um das erforderliche Muster in Zeitabschnitten zu befolgen, welche einem Viertel der Original-PWM-Periode entsprechen. Andere Implementierungsverfahren werden sich dem fachmännischen Leser erschließen.
  • Es lassen sich deutlich vorteilhafte Reduzierungen der Gleichstrom-Spannungswelligkeit unter Verwendung des modifizierten Schemas wie oben beschrieben erzielen.
  • Übergänge
  • Die Standard-SVM und das neue Verfahren mit T1 > T2 beginnen und beenden sämtlich die PWM-Periode mit allen Phasen im AUS-Zustand. Das neue Verfahren mit T1 < T2 beginnt und beendet die PWM-Periode mit der betroffenen Phase im EIN-Zustand. Dies bewirkt ein Problem beim Einsteigen in und Aussteigen aus dem neuen Verfahren mit T1 < T2.
  • 13 zeigt ein Beispiel-Zeitsteuerungsdiagramm für solch ein Szenario, in welchem entweder SVM oder das T1 > T2-modifizierte Schema einer PWM-Periode vorausgehen, welche das T1 < T2-modifizierte Schema erfordert. Da das T1 < T2-modifizierte Schema erfordert, dass die Phase in einem EIN-Zustand am Beginn der PWM-Periode ist, verlieren wir im Endeffekt ein wenig aktive Zeit, da der Übergangspunkt zwei negative Auslöser Rücken an Rücken verursacht, das heißt, dass es keinen positiven Auslöser gibt, um die Phase in den EIN-Zustand zu bringen. Dies äußert sich im Motor als eine Asymmetrie im induzierten Feld und als ein hörbares Klopfen.
  • 14 zeigt ein Beispiel-Zeitsteuerungsdiagramm beim Übergang vom T1 < T2modifizierten Schema entweder zu SVM oder zum T1 > T2-modifizierten Schema. Da das T1 < T2-modifizierte Schema die PWM-Periode in einem EIN-Zustand beendet, und die SVM oder das T1 > T2-modifizierte Schema mit einem AUS-Zustand beginnt, gibt es keinen negativen Auslöser. In diesem Fall gewinnen wir stattdessen unbeabsichtigt aktive Zeit. Die Punkte mit Rücken an Rücken stehenden positiven Auslösern bedeuten, dass die Linie hoch bleibt und wir mehr Fläche als beabsichtigt erzielen.
  • Wir haben ein Übergangsschema entwickelt, welches diese Szenarien berücksichtigt.
  • 15 zeigt die erforderlichen Übergänge zwischen den Differenz-Schemata, d. h. die Übergänge zwischen SVM und dem T1 > T2-modifizierten Schema, und dem T1 < T2modifizierten Schema. Wir haben drei Lösungen entwickelt, um die unterschiedlichen Übergänge zwischen diesen Schemata zu berücksichtigen.
  • Wie ersichtlich, sind keine Anpassungen zwischen SVM und dem T1 > T2-modifizierten Schema erforderlich.
  • Lösung 1 kann für den Übergang zwischen folgenden Schemata verwendet werden:
    • • T1 > T2-modifiziertes Schema zu T1 < T2-modifiziertem Schema
    • • SVM zu T1 < T2-modifiziertem Schema
  • Lösung 2 kann für den Übergang zwischen folgenden Schemata verwendet werden:
    • • T1 < T2-modifiziertes Schema zu T1 > T2-modifiziertem Schema
  • Lösung 3 kann für den Übergang zwischen folgenden Schemata verwendet werden:
    • • T1 < T2-modifiziertes Schema zu SVM
  • Wir werden jede dieser Lösungen nacheinander erörtern.
  • 16a zeigt Lösung 1 in dem Fall, in welchem ein Übergang vom T1 > T2-modifizierten Schema zum T1 < T2-modifizierten Schema vorliegt.
  • In dieser Lösung wird die Zeitsteuerung der Schaltereignisse für den ersten EIN-Abschnitt der PWM-Periode, wenn das gewünschte Schema das T1 < T2-modifizierte Schema ist, weiter angepasst, um unmittelbar vor dem zweiten EIN-Abschnitt zu liegen. Wie in der Figur ersichtlich, wird der „fehlende“ EIN-Abschnitt verlegt, um unmittelbar vor dem zweiten EIN-Abschnitt zu liegen. In dieser Lösung kombinieren sich der erste und der zweite EIN-Abschnitt in dieser PWM-Periode, um einen EIN-Abschnitt zu bilden, welcher die kombinierten Dauern des ersten und des zweiten EIN-Abschnitts aufweist. Daher wird keine aktive Zeit eingebüßt, es wurde lediglich die Energie, welche am Beginn der relevanten PWM-Periode verpasst worden wäre, innerhalb derselben Periode versetzt.
  • 16b zeigt Lösung 1 in dem Fall, in welchem ein Bedarf nach einem Übergang von SVM zum T1 < T2- modifizierten Schema besteht. Wiederum wird die Zeitsteuerung der Schaltereignisse des ersten EIN-Abschnitts innerhalb der PWM-Periode unter Verwendung des T1 < T2-modifizierten Schemas weiter angepasst, um unmittelbar vor dem zweiten EIN-Abschnitt dergestalt zu liegen, dass der erste und der zweite EIN-Abschnitt in dieser PWM-Periode sich kombinieren, um einen EIN-Abschnitt zu bilden, welcher die kombinierten Dauern des ersten und des zweiten EIN-Abschnitts aufweist.
  • 17 zeigt Lösung 2 in dem Fall, in welchem ein Übergang vom T1 < T2-modifizierten Schema zum T1 > T2-modifizierten Schema vorliegt.
  • In dieser Lösung, wenn die vorige PWM-Periode (unter Verwendung des T1 < T2modifizierten Schemas) während einer EIN-Periode endet, wird der erste EIN-Abschnitt der folgenden PWM-Periode (unter Verwendung des T1 > T2-modifizierten Schemas) an den Beginn der jeweiligen PWM-Periode dergestalt vorgeschoben (indem die Zeitsteuerung der Schaltereignisse angepasst wurde), dass sich eine EIN-Periode vom Ende der vorigen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode erstreckt. Wiederum wird keine aktive Zeit innerhalb der jeweiligen PWM-Periode eingebüßt.
  • 18 zeigt Lösung 3 in dem Fall, in welchem ein Übergang vom T1 < T2-modifizierten Schema zu SVM vorliegt.
  • In dieser Lösung berücksichtigen wir das Szenario, in welchem die vorige PWM-Periode (unter Verwendung des T1 < T2-modifizierten Schemas) mit einem EIN-Zustand endet, und, wenn die nächste PWM kein modifiziertes Schema verwendet (d. h., dass die nächste PWM-Periode beispielsweise SVM benutzt), die PWM-Periode mit einer AUS-Periode beginnt. In dieser Lösung wird die Zeitsteuerung der Schaltereignisse in der SVM-Periode dergestalt angepasst, dass die EIN-Periode in dieser Periode in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, und der erste EIN-Abschnitt wird zeitlich innerhalb der jeweiligen PWM-Periode auf den Beginn dieser jeweiligen PWM-Periode dergestalt vorgeschoben, dass sich eine EIN-Periode vom Ende der vorigen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode erstreckt.
  • Bevorzugterweise weist der zweite EIN-Abschnitt in der jeweiligen PWM-Periode eine Dauer auf, welche gleich der unangepassten EIN-Periode der jeweiligen nächsten PWM-Periode, minus der Dauer des ersten EIN-Abschnitts der jeweiligen nächsten PWM-Periode, ist. Auf diese Weise wird keine aktive Zeit innerhalb der jeweiligen PWM-Periode eingebüßt oder gewonnen.
  • Wann sollte man die modifizierten Verfahren einsetzen
  • Obwohl es vorteilhaft ist, die obigen modifizierten Schemata bei Szenarien einzusetzen, in welchen T1 > T2 und T1 < T2 vorkommen, mag es nicht immer optimal sein, die modifizierten Schemata über alle Modulationsindizes des Wechselrichters einzusetzen. Während sich der Modulationsindex des Wechselrichters bei Standard-SVM verringert, verringern sich ebenso die umschaltfreien Differenzperioden, was zu einer Reduzierung der Gleichstrom-Rippelspannung führt. In den niedrigeren Werten des Modulationsindizes kann die Verwendung der modifizierten Schemata wie oben erörtert eine sehr kleine oder vernachlässigbare Verringerung der Gleichstrom-Rippelspannung bereitstellen, jedoch auf Kosten erhöhter Schaltverluste (im Vergleich zu Standard-SVM), aufgrund der Tatsache, dass eine der Phasen zu einem besonderen Zeitpunkt mit der doppelten Schaltfrequenz aller anderen Phasen schaltet. Wie oben erläutert, sind die Schaltverluste des modifizierten Schemas nach wie vor wesentlich geringer als die Schemata nach dem Stand der Technik, bei welchen alle Phasen mit höheren Schaltfrequenzen gefahren werden.
  • Das modifizierte Schema ist sehr effektiv bei höheren Stromstärkepegeln und höherem Modulationsindex, da es den Gleichstrom-Bus unter Spitzenleistungsbedingungen unterstützt.
  • Daher wäre es günstig, in der Lage zu sein, die modifizierten Schemata ein- und auszuschalten (wobei während der aus-Zeiten ein Schema wie beispielsweise SVM implementiert werden kann), abhängig von Bedingungen, unter welchen der Wechselrichter betrieben werden soll. Da wir bereits zwischen Schemata auf einer Einzel-PWM-Perioden-Basis umschalten, wäre es ebenfalls wünschenswert, das modifizierte Schema auf derselben Einzel-PWM-Perioden-Basis ein- und auszuschalten.
  • Um dies zu berücksichtigen, können zwei Parameter zur Bestimmung verwendet werden, welches Schema (modifiziert ein, oder modifiziert aus), verwendet werden soll:
    • • Gewünschter Betriebsmodulationsindex des Wechselrichters
    • • Wert der Gleichstrom-Bus-Rippelspannung
  • In Bezug auf den Modulationsindex des Wechselrichters stellte sich heraus, dass die modifizierten Schemata die größte Verbesserung in Bezug auf die Reduzierung von Gleichstrom-Bus-Rippelspannung bereitstellen, wenn der Modulationsindex des Wechselrichters eins oder darüber beträgt. Und da die Entscheidung auf einer Einzel-PWM-Perioden-Basis getroffen werden kann, könnte das modifizierte Schema in den Übergang von keinem modifizierten Schema zu vollständig modifiziertem Schema eingeflochten werden, während der Modulationsindex sich eins nähert, eins erreicht und anschließend eins überschreitet.
  • In Bezug auf die Gleichstrom-Bus-Rippelspannung könnte die Entscheidung, die modifizierten Schemata zu implementieren oder nicht, auf einem maximal zulässigen Spitzen-Spitzen-Wert der Gleichstrom-Bus-Rippelspannung getroffen werden. Wenn die Gleichstrom-Bus-Rippelspannung den maximal zulässigen Wert überschreitet (welcher je nach Anwendung unterschiedlich sein könnte), könnten die modifizierten Schemata implementiert werden, und anschließend, wenn die Gleichstrom-Bus-Rippelspannung den maximal zulässigen Wert unterschreitet, könnten die modifizierten Schemata ausgeschaltet werden (in welchem Fall SVM, oder das augenblicklich verwendete PWM-Schema, implementiert wird).
  • Die 19a und 19b zeigen Beispiel-Gleichstrom-Bus-Link-Rippelspannungen unter verschiedenen Bedingungen über eine Ausgangsfrequenzwelle, wobei die Spitzen-Spitzen-Gleichstrom-Bus-Rippelspannung die Hülle der Wellenform ist. 19c zeigt einen Beispiel-Schwellenwert zur Entscheidung, ob das modifizierte Schema (hier bezeichnet als Bus-Unterstützung) implementiert werden soll oder nicht. Bei jeder Gleichstrom-Bus-Rippelspannung, welche diesen Schwellenwert überschreitet, werden die modifizierten Schemata implementiert, und bei einer Gleichstrom-Bus-Rippelspannung unterhalb dieses Schwellenwertes wird ein Standard-Schema wie beispielsweise SVM verwendet. Wie ersichtlich, kann die Verwendung der modifizierten Schemata nur für Abschnitte der Ausgangsfrequenzwelle in Bezug auf eine oder mehrere PWM-Perioden eingesetzt werden.
  • Wiederum unter Bezugnahme auf 10 und Tabelle 2 wird das Segment, in welchem das System arbeitet, zu jedem bestimmten Zeitpunkt durch den Modulationswinkel definiert, wodurch die 60 Grad-Segmente und die 30 Grad-Segmente bestimmt werden. 60 Grad-Segmente sind der Implementierung von Standard-SVM zugeordnet. Wir betrachten den Winkel über dieses 60 Grad-Segment um zu bestimmen, in welchem der 30 Grad-Segmente wir uns befinden. Die 30 Grad-Segmente spalten das 60 Grad-Segment in der Mitte auf, sodass sie mit den 60 Grad-Segmenten fluchten.
  • Das vorige Betriebssegment wird gespeichert, beispielsweise in einem Speicher, sodass eine Bestimmung, ob ein Übergang (Lösungen 1, 2 oder 3) angesichts des nächsten bekannten Betriebssegments benötigt wird oder nicht, vorgenommen werden kann. Eine Nachschlagetabelle, basierend auf 10, kann hierfür vom Speicher referenziert werden. Es ist zu beachten, dass 10 die 12 30 Grad-Segmente zeigt.
  • Der Modulationswinkel ist der Ausgangsspannungswinkel. Indem man diesen und den in 19c gezeigten Schwellenwert verwendet, kann eine Bestimmung der Tatsache, ob mit SVM oder dem modifizierten (Bus-Unterstützungs-) Modus gearbeitet werden soll, vorgenommen werden. Der Schwellenwert ist in einer Nachschlagetabelle enthalten (ebenso im Speicher gespeichert), mit Einträgen in Form von Ausgangsstrom und anderen Parametern. Diese Tabelle enthält Werte, welche den Bereich der Ausgangswelle (beispielsweise in Grad, elektrisch) definieren, in welchem der Wechselrichter in Bus-Unterstützung betrieben werden sollte.
  • Diese Winkel können beispielsweise innerhalb der ersten 180 Grad der Ausgangswelle liegen und die Steuerung kann 180 zu diesen hinzufügen, um den Bereich in den zweiten 180 Grad zu bestimmen. Ein Wert von 180 oder darüber bedeutet bei allen Winkeln das Verbleiben in SVM. Ein Wert von 0 bedeutet stets den Betrieb in SVM. Andere Arten der Implementierung solcher Entscheidungen werden sich dem fachmännischen Leser erschließen.
  • Anstelle einer Nachschlagetabelle können Gleichungen verwendet werden. Eine Kombination aus Tabellen und Gleichungen ist ebenfalls möglich.
  • Alle obigen Verfahren können in einer Steuerung, in Hardware oder Software implementiert werden, gekoppelt mit den steuerbaren Schaltern wie beispielsweise in 1 gezeigt. Solch eine Steuerung ist jedoch nicht auf die physische Anordnung von 1 begrenzt. Während beispielsweise 1 ein vereinfachter Stromrichter/Wechselrichter aus dem Stand der Technik ist, an welchem das oben genannte modifizierte Verfahren implementiert werden kann, ist zu beachten, dass dieses Verfahren ebenfalls auf mehrstufige Umrichter anwendbar ist, das heißt Stromrichter, welche mehr als die beiden in 1 gezeigten Gleichstromspannungen aufweisen.
  • Dem Fachmann werden sich zweifellos viele andere effektive Alternativen erschließen. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist, und Modifizierungen mit einschließt, welche dem Fachmann ersichtlich sind und innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Patentansprüche liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8958222 [0002]

Claims (38)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer Dreiphasen-Ausgangsspannung zur Versorgung einer elektrischen Last, wobei des Verfahren Folgendes umfasst: Aufnehmen einer Eingangsspannung von einer Spannungsquelle und Steuern einer Steuerung, unter Verwendung von Pulsbreitenmodulation (PWM) über eine Vielzahl von PWM-Perioden, um einen Dreiphasen-Wechselstromausgang für eine elektrische Last zu erzeugen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden ein oder mehrere Schaltereignisse umfasst, wobei die Schalterereignisse ansteigende und abfallende Flanken zwischen einer niedrigen Spannung und einer hohen Spannung zum Bereitstellen von EIN-Perioden bei der hohen Spannung und von AUS-Perioden bei der niedrigen Spannung umfassen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden einen Zeitabschnitt der Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannung erzeugt; für jede jeweilige PWM-Periode: Bestimmen einer Vielzahl von Schaltereignissen für jede der drei Phasen, um eine Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode bereitzustellen; und Vergleichen der Schaltereignisse über jede der drei Phasen, um eine erste Zeitperiode zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen, und eine zweite Zeitperiode zwischen einem zweiten und einem dritten Schaltereignis über alle Phasen; und Anpassen der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode in Reaktion auf die Tatsache, dass die bestimmte Zeitperiode einen Schwellenwert überschreitet, um die bestimmte erste oder zweite Zeitperiode zu reduzieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltereignis größer als die zweite Zeitperiode zwischen dem zweiten und dem dritten Schaltereignis für die jeweilige PWM-Periode ist, die Schaltereignisse in nur einer der Phasen dergestalt angepasst werden, dass die EIN-Periode in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, und wobei, innerhalb der jeweiligen PWM-Periode, der erste EIN-Abschnitt zeitlich vorgeschoben und der zweite EIN-Abschnitt zeitlich verzögert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite EIN-Abschnitt gleicher Dauer sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn die vorige PWM-Periode während einer AUS-Periode endet, der erste EIN-Abschnitt vorgeschoben wird, um rund um den Zeitpunkt zentriert zu sein, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die jeweilige PWM-Periode mit nur der einen Phase in dem AUS-Zustand beginnt und/oder endet.
  6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn die vorige PWM-Periode während einer EIN-Periode endet, der erste EIN-Abschnitt zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode dergestalt vorgeschoben wird, dass sich eine EIN-Periode vom Ende der vorigen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode erstreckt.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei der zweite EIN-Abschnitt zeitlich verzögert wird, um rund um den Zeitpunkt zentriert zu sein, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die zweite Zeitperiode zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltereignis größer als die erste Zeitperiode zwischen dem zweiten und dem dritten Schaltereignis für die jeweilige PWM-Periode ist, die Schaltereignisse dergestalt angepasst werden, dass die EIN-Periode in einen ersten, einen zweiten und einen dritten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, wobei der erste EIN-Abschnitt in Richtung des Beginns der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben wird, der zweite EIN-Abschnitt rund um den Zeitpunkt zentriert auftritt, welcher ½ der PWM-Periode zugeordnet ist, und der dritte EIN-Abschnitt in Richtung des Endes der jeweiligen PWM-Periode verzögert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste EIN-Abschnitt an den Beginn der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben und der dritte EIN-Abschnitt an das Ende der jeweiligen PWM-Periode dergestalt verzögert wird, dass die jeweilige PWM-Periode beginnt und endet, während die einzige Phase in dem EIN-Zustand ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die jeweilige PWM-Periode eine erste AUS-Periode zwischen dem ersten und dem zweiten EIN-Abschnitt umfasst, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn die vorige PWM-Periode mit einem AUS-Zustand endet, der erste EIN-Abschnitt ferner angepasst wird, um unmittelbar vor dem zweiten EIN-Abschnitt dergestalt zu liegen, dass sich der erste und der zweite EIN-Abschnitt kombinieren, um einen EIN-Abschnitt zu bilden, welcher die kombinierten Dauern des ersten und des zweiten EIN-Abschnitts aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die jeweilige PWM-Periode eine zweite AUS-Periode zwischen dem zweiten und dem dritten EIN-Abschnitt umfasst, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei, wenn die jeweilige PWM-Periode mit einem EIN-Zustand endet, und wenn die nächste PWM-Periode mit einer AUS-Periode beginnt, und die bestimmte Zeitperiode für die jeweilige nächste PWM-Periode den Schwellenwert unterschreitet, das Verfahren Anpassen der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in der einzigen der Phasen in der jeweiligen nächsten PWM-Periode umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Zeitsteuerung der Schaltereignisse in der einzigen der Phasen für die jeweilige nächste PWM-Periode dergestalt angepasst wird, dass eine EIN-Periode in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, und wobei der erste EIN-Abschnitt zeitlich innerhalb der jeweiligen nächsten PWM-Periode vorgeschoben wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der erste EIN-Abschnitt in der jeweiligen nächsten PWM-Periode zeitlich auf den Beginn der jeweiligen nächsten PWM-Periode dergestalt vorgeschoben wird, dass sich eine EIN-Periode vom Ende der jeweiligen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen nächsten PWM-Periode erstreckt.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, wobei der zweite EIN-Abschnitt in der jeweiligen nächsten PWM-Periode eine Dauer aufweist, welche gleich der unangepassten EIN-Periode der jeweiligen nächsten PWM-Periode, minus der Dauer des ersten EIN-Abschnitts der jeweiligen nächsten PWM-Periode, ist.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Schaltereignissen eine Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung verursacht, und wobei das Verfahren Folgendes umfasst: für jede jeweilige PWM-Periode, Bestimmen der Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung für die Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode; und wobei der Schritt der Anpassung der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode eintritt, wenn die Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung einen Schwellenwert überschreitet.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt der Anpassung der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode eintritt, wenn ein Modulationsindex der Ausgangsspannung größer als oder gleich eins ist.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Last einen Elektromotor umfasst.
  20. Wechselrichter zur Erzeugung einer Dreiphasen-Ausgangsspannung zur Versorgung einer elektrischen Last, wobei der Wechselrichter Folgendes umfasst: einen Eingang zur Aufnahme von Eingangsspannungen; drei Wechselstromausgänge, einen pro Phase, zum Ausgeben einer Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannung zur Versorgung einer elektrischen Last; einen Eingang zum Empfangen von Daten, welche eine Bedarfs-Ausgangsspannung des Wechselrichters darstellen; und eine Steuerung zur Steuerung der Eingangsspannung unter Verwendung von Pulsbreitenmodulation (PWM) über eine Vielzahl von PWM-Perioden, um die Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannungen für einen Elektromotor zu erzeugen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden ein oder mehrere Schaltereignisse umfasst, wobei die Schalterereignisse ansteigende und abfallende Flanken zwischen einer niedrigen Spannung und einer hohen Spannung zum Bereitstellen von EIN-Perioden bei der hohen Spannung und von AUS-Perioden bei der niedrigen Spannung umfassen, wobei jede der Vielzahl von PWM-Perioden einen Zeitabschnitt der Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangsspannungen erzeugt; wobei die Steuerung konfiguriert ist zum: für jede jeweilige PWM-Periode: Bestimmen einer Vielzahl von Schaltereignissen für jede der drei Phasen, um eine Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode bereitzustellen; und Vergleichen der Schaltereignisse über jede der drei Phasen, um eine erste Zeitperiode zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltereignis über alle Phasen zu bestimmen, und eine zweite Zeitperiode zwischen dem zweiten und einem dritten Schaltereignis über alle Phasen; und wobei die Steuerung zum Anpassen der Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode in Reaktion auf die Tatsache konfiguriert ist, dass die bestimmte Zeitperiode einen Schwellenwert überschreitet, um die bestimmte erste oder zweite Zeitperiode zu reduzieren.
  21. Wechselrichter nach Anspruch 20, wobei, wenn die erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltereignis größer als die zweite Zeitperiode zwischen dem zweiten und dem dritten Schaltereignis für die jeweilige PWM-Periode ist, die Steuerung konfiguriert ist, um die Zeitsteuerung der Schaltereignisse in der einzigen der Phasen dergestalt anzupassen, dass die EIN-Periode in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, und wobei, innerhalb der jeweiligen PWM-Periode, der erste EIN-Abschnitt zeitlich vorgeschoben und der zweite EIN-Abschnitt zeitlich verzögert wird.
  22. Wechselrichter nach Anspruch 21, wobei der erste und der zweite EIN-Abschnitt gleicher Dauer sind.
  23. Wechselrichter nach Anspruch 21 oder 22, wobei, wenn die vorige PWM-Periode während einer AUS-Periode endet, der erste EIN-Abschnitt vorgeschoben wird, um rund um den Zeitpunkt zentriert zu sein, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  24. Wechselrichter nach Anspruch 23, wobei die jeweilige PWM-Periode mit nur der einen Phase in dem AUS-Zustand beginnt und/oder endet.
  25. Wechselrichter nach Anspruch 21 oder 22, wobei, wenn die vorige PWM-Periode während einer EIN-Periode endet, der erste EIN-Abschnitt zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode dergestalt vorgeschoben wird, dass sich eine EIN-Periode vom Ende der vorigen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen PWM-Periode erstreckt.
  26. Wechselrichter nach Anspruch 23, 24 oder 25, wobei der zweite EIN-Abschnitt zeitlich verzögert wird, um rund um den Zeitpunkt zentriert zu sein, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  27. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei, wenn die zweite Zeitperiode zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltereignis größer als die erste Zeitperiode zwischen dem zweiten und dem dritten Schaltereignis für die jeweilige PWM-Periode ist, die Steuerung konfiguriert ist, um die Zeitsteuerung der Schaltereignisse dergestalt anzupassen, dass die EIN-Periode in einen ersten, einen zweiten und einen dritten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, wobei der erste EIN-Abschnitt in Richtung des Beginns der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben wird, der zweite EIN-Abschnitt rund um den Zeitpunkt zentriert auftritt, welcher ½ der PWM-Periode zugeordnet ist, und der dritte EIN-Abschnitt in Richtung des Endes der jeweiligen PWM-Periode verzögert wird.
  28. Wechselrichter nach Anspruch 27, wobei der erste EIN-Abschnitt an den Beginn der jeweiligen PWM-Periode vorgeschoben und der dritte EIN-Abschnitt an das Ende der jeweiligen PWM-Periode dergestalt verzögert wird, dass die jeweilige PWM-Periode beginnt und endet, während die einzige Phase in dem EIN-Zustand ist.
  29. Wechselrichter nach Anspruch 27 oder 28, wobei die jeweilige PWM-Periode eine erste AUS-Periode zwischen dem ersten und dem zweiten EIN-Abschnitt umfasst, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher einem ¼ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  30. Wechselrichter nach Anspruch 27, wobei, wenn die vorige PWM-Periode mit einem AUS-Zustand endet, der erste EIN-Abschnitt ferner angepasst wird, um unmittelbar vor dem zweiten EIN-Abschnitt dergestalt zu liegen, dass sich der erste und der zweite EIN-Abschnitt kombinieren, um einen EIN-Abschnitt zu bilden, welcher die kombinierten Dauern des ersten und des zweiten EIN-Abschnitts aufweist.
  31. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die jeweilige PWM-Periode eine zweite AUS-Periode zwischen dem zweiten und dem dritten EIN-Abschnitt umfasst, welche rund um den Zeitpunkt zentriert ist, welcher ¾ der PWM-Periode zugeordnet ist.
  32. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 27 bis 31, wobei, wenn die jeweilige PWM-Periode mit einem EIN-Zustand endet, und wenn die nächste PWM-Periode mit einer AUS-Periode beginnt, und die bestimmte Zeitperiode für die jeweilige nächste PWM-Periode den Schwellenwert unterschreitet, die Steuerung konfiguriert ist, um die Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in der einzigen der Phasen in der jeweiligen nächsten PWM-Periode anzupassen.
  33. Wechselrichter nach Anspruch 32, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Zeitsteuerung der Schaltereignisse in der einzigen der Phasen für die jeweilige nächste PWM-Periode dergestalt anzupassen, dass eine EIN-Periode in einen ersten und einen zweiten EIN-Abschnitt aufgespalten wird, und wobei der erste EIN-Abschnitt zeitlich innerhalb der jeweiligen nächsten PWM-Periode vorgeschoben wird.
  34. Wechselrichter nach Anspruch 33, wobei der erste EIN-Abschnitt in der jeweiligen nächsten PWM-Periode zeitlich auf den Beginn der jeweiligen nächsten PWM-Periode dergestalt vorgeschoben wird, dass sich eine EIN-Periode vom Ende der jeweiligen PWM-Periode bis zum Beginn der jeweiligen nächsten PWM-Periode erstreckt.
  35. Wechselrichter nach Anspruch 32, 33 oder 34, wobei der zweite EIN-Abschnitt in der jeweiligen nächsten PWM-Periode eine Dauer aufweist, welche gleich der unangepassten EIN-Periode der jeweiligen nächsten PWM-Periode, minus der Dauer des ersten EIN-Abschnitts der jeweiligen nächsten PWM-Periode, ist.
  36. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 20 bis 35, wobei die Vielzahl von Schaltereignissen eine Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung verursacht, und wobei die Steuerung konfiguriert ist zum: für jede jeweilige PWM-Periode, Bestimmen der Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung für die Ziel-Ausgangsspannung für die jeweilige PWM-Periode; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode anzupassen, wenn die Spitze-Spitze-Spannungswelligkeit an der Versorgungsspannung einen Schwellenwert überschreitet.
  37. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 20 bis 36, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Zeitsteuerung eines oder mehrerer Schaltereignisse in nur einer der Phasen in der jeweiligen PWM-Periode anzupassen, wenn ein Modulationsindex der Ausgangsspannung größer als oder gleich eins ist.
  38. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 20 bis 37, wobei die elektrische Last einen Elektromotor umfasst.
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