DE102022208793A1 - Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter - Google Patents

Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter Download PDF

Info

Publication number
DE102022208793A1
DE102022208793A1 DE102022208793.3A DE102022208793A DE102022208793A1 DE 102022208793 A1 DE102022208793 A1 DE 102022208793A1 DE 102022208793 A DE102022208793 A DE 102022208793A DE 102022208793 A1 DE102022208793 A1 DE 102022208793A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current
switching times
procedure according
pwm period
until
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
DE102022208793.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Malte Elzmann
Samuel Werner
Tobias Mauk
Maximilian Manderla
Eckart Mayer-John
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102022208793.3A priority Critical patent/DE102022208793A1/de
Publication of DE102022208793A1 publication Critical patent/DE102022208793A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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
    • H02M7/53—Conversion 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
    • H02M7/537—Conversion 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
    • H02M7/5387—Conversion 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
    • H02M7/53871—Conversion 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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
    • H02M7/53—Conversion 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
    • H02M7/537—Conversion 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
    • H02M7/539—Conversion 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 with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion 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 with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung von mindestens einem Leistungsschalter, wobei die Anordnung von mindestens einem Leistungsschalter zum Betreiben eines elektrischen Netzes dient und hierzu wenigstens einen Strom liefert, jeder Leistungsschalter mit einem Ansteuersignal angesteuert wird, das mindestens eine Ansteuersignal mit einem asymmetrischen Modulationsverfahren erzeugt wird, so dass jeweils Schaltzeiten des Ansteuersignals dieses Ansteuersignal charakterisieren, vor einer PWM-Periode Modellgleichungen eines Modells herangezogen werden, um Schaltzeiten zu berechnen, die einen angestrebten Stromverlauf (194) des zu liefernden Stroms bewirken, und abschließend die Anordnung mit den angepassten Schaltzeiten angesteuert wird, so dass sich der angestrebte Stromverlauf (194) ergibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter und eine Einheit zum Durchführen des Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Die Ansteuerung von Leistungsschaltern, die zum Schalten von hohen Strömen ausgelegt sind, kann grundsätzlich auf unterschiedliche Arten erfolgen. Die Leistungsschalter werden typischerweise getrennt jeweils mit einem Ansteuersignal angesteuert, wobei zwischen den Ansteuersignalen Abhängigkeiten bestehen können.
  • Es wird hierin ein Verfahren zum Ansteuern von Leistungsschaltern für den Betrieb elektrischer Netze beschrieben. Ein solches Verfahren wird bspw. in Verbindung mit einer dreiphasigen elektrischen Maschine durchgeführt, die bspw. mit einer B6-Brücke angesteuert wird. Eine B6-Brücke ist in diesem Fall Bestandteil möglicher Ausführungen von Dreiphasenwechselrichtern.
  • Bei der Erzeugung von Ansteuersignalen kommt typischerweise eine Pulsweitenmodulation (PWM) zum Einsatz. Grundsätzlich unterscheidet man hier auch zwischen symmetrischen und asymmetrischen Modulationsverfahren. Dabei werden geeignete Ein- und Ausschaltzeitpunkte für die Leistungsschalter, bspw. die Halbbrücken bzw. Transistoren der B6-Brücke, so gewählt, dass die an den Maschinenklemmen anliegenden Spannungen im zeitlichen Mittel über die PWM-Periode, die z. B. 100 µs umfasst, den vorgegebenen mittleren Spannungswerten je Maschinenklemme entsprechen.
  • Die Wahl dieser Schaltzeitpunkte ist dabei nicht eindeutig, daher sind verschiedene Modulationsverfahren denkbar. Vorteilhaft für den Betrieb ist jedoch die sogenannte (mitten)zentrierte Modulation, bei der die Ein- und Ausschaltzeiten an jeder Klemme innerhalb einer PWM-Periode symmetrisch zur zeitlichen Mitte der PWM-Periode festgelegt werden. Diese Symmetrie erlaubt eine verzerrungsfreie Messung der Phasenströme in der Mitte der PWM-Periode. Die Messung der Phasenströme ist dabei Voraussetzung für die Stromregelung.
  • Beim sogenannten 1-Shunt-Betrieb soll die Erfassung der Phasenströme mit nur einem einzigen Stromsensor anstelle der typischerweise zwei oder drei pro B6-Brücke vorgesehenen Stromsensoren, durchgeführt werden, der dazu typischerweise zwischen B6-Brücke und Zwischenkreiskondensator verbaut ist. Es wird hierzu auf 1 verwiesen. In diesem Sonderfall ist der Einsatz einer insbesondere symmetrischen mittenzentrierten Modulation nicht über den gesamten Arbeitsbereich möglich. Zu beachten ist, dass eine asymmetrische Modulation zumindest in demjenigen Teil des Arbeitsbereichs zum Einsatz kommt, wo die symmetrischeModulation nicht mehr einsetzbar ist. Daraus folgt aber nicht, dass es notwendig ist, im gesamten Arbeitsbereich asymmetrisch zu modulieren.
  • So beschreibt die Druckschrift DE 10 2006 052 467 A1 ein Verfahren zur Strommessung in einem mehrphasigen Stromnetz, bei dem durch mindestens ein steuerbares Schaltelement eine gewünschte Bestromung eines elektrischen Verbrauchers erfolgt. Das Verfahren wird mit einer Messverstärkerschaltung und einem Analog-Digital-Wandler durchgeführt. Die gewünschte Bestromung wird durch auf das steuerbare Schaltelement wirkende Ansteuersignale erzeugt. Dabei werden Messfenster zur Strommessung den Taktmustern der Ansteuersignale zugeordnet.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2018 200 085 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Synchronmaschine bekannt. Bei diesem werden vorzugsweise aber nicht ausschließlich mittenzentrierte PWM-Ansteuersignale verwendet, wobei jeweils zwei der Schaltelemente zu jeweils einer Halbbrücke verschaltet sind. Es wird weiterhin eine 1-Shunt-Strommessung durchgeführt, wobei eine definierte Mindestmessdauer bereitgestellt wird. Die Schaltsignale der Schaltelemente werden derart ausgebildet, dass zeitliche Sprünge entsprechend der Mindestdauer in den Schaltsignalen der Schaltelemente vermieden werden.
  • Für den Umgang mit den dann nicht mehr verzerrungsfrei möglichen Strommessungen gibt es weitere Ansätze. So beschreibt die Druckschrift EP 2 754 237 B1 ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Elektromotors, bei dem Statorspulen des Elektromotors zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes pulsweitenmoduliert mit einer Spannung beschaltet werden. Auf derartige Ansätze wird hierin jedoch nicht näher eingegangen.
  • Bei asymmetrische Modulationsverfahren ist gegenüber der symmetrischen mittenzentrierten Modulation weiteres zu beachten. So werden durch die asymmetrische Ansteuerung und insbesondere durch schnelle Änderungen der Schaltzeiten, z. B. bei Umschaltungen an Sektorgrenzen, wie diese in der Druckschrift DE 10 2006 052 467 A1 beschrieben sind, die Phasenströme systematisch transient angeregt bzw. gestört. Die Phasenströme weichen dann im zeitlichen Mittel von ihren eigentlich gewünschten und zu erwartenden Werten systematisch ab. Geschieht dies typischerweise synchron zur Drehzahl einer angesteuerten elektrischen Maschine, so wirkt sich dieser Effekt zusätzlich durch eine unerwünschte Geräuschbildung (NVH: Noise, Vibration, Harshness) aus. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass sich das Regelverhalten des Stromreglers verschlechtert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Einheit gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
  • Das vorgestellte Verfahren ist zum Ansteuern einer Anordnung von mindestens einem Leistungsschalter vorgesehen, wobei die Anordnung von mindestens einem Leistungsschalter zum Betreiben eines elektrischen Netzes dient und hierzu wenigstens einen Strom liefert und jeder Leistungsschalter mit einem Ansteuersignal angesteuert wird. Dies kann auch bedeuten, dass bspw. jeweils zwei der Leistungsschalter, die in einer Halbbrücke vorgesehen sein können, mit einem Ansteuersignal angesteuert werden. Das oder die Ansteuersignale wird bzw. werden mit einem asymmetrischen Modulationsverfahren erzeugt, so dass jeweils Schaltzeiten des Ansteuersignals dieses Ansteuersignal charakterisieren. Vor einer PWM-Periode werden Modellgleichungen eines Modells herangezogen, um Schaltzeiten zu berechnen, die einen angestrebten bzw. gewünschten Stromverlauf des zu liefernden wenigstens einen Stroms bewirken. Abschließend wird die Anordnung mit den angepassten Schaltzeiten angesteuert, so dass sich der angestrebte bzw. gewünschte Stromverlauf ergibt.
  • Mit dem vorgestellten Verfahren ist eine Kompensation transienter Anregungen bei asymmetrischen Modulationsverfahren möglich. Dabei wird durch geeignete Verschiebung der durch ein asymmetrisches Modulationsverfahren vorgegebenen Schaltzeiten die nachteilhafte systematische Anregung der Phasenströme zumindest reduziert oder sogar ganz vermieden. Dadurch können sowohl eine Geräuschbildung als auch eine Beeinträchtigung des Stromregelverhaltens vermieden werden. Dies bedeutet, dass das Verfahren typischerweise dazu eingesetzt wird, um Auswirkungen des asymmetrischen Modulationsverfahrens auf den zu liefernden wenigstens einen Strom zumindest zum Teil, d. h. möglichst weitgehend, zu kompensieren, so dass der angestrebte bzw. gewünschte Stromverlauf erhalten wird. Der angestrebte Stromverlauf ist somit ein Stromverlauf, bei dem die genannten Auswirkungen möglichst weitgehend, idealerweise vollständig, kompensiert sind.
  • In einer Ausführungsform dient das beschriebene Verfahren dazu, mit Hilfe von Modellgleichungen des elektrischen Netzes, z. B. mit Modellgleichungen einer elektrischen Maschine, vor Beginn jeder PWM-Periode die Auswirkungen der von der asymmetrischen Modulation für die bevorstehende PWM-Periode bereitgestellten und insbesondere geplanten Ein- und Ausschaltzeiten auf die zeitliche Weiterentwicklung der Phasenströme zu berechnen. Unter Berücksichtigung der Berechnungen für die zeitlich vorhergehende PWM-Periode wird das Ausmaß der durch die aktuell geplanten Schaltzeiten bewirkten unerwünschten Verzerrung des Stromverlaufs berechnet bzw. ermittelt. Auf dieser Grundlage werden, ebenfalls mit Hilfe der Modellgleichungen, geeignete Anpassungen der geplanten Ein- und Ausschaltzeiten berechnet, die der berechneten zu erwartenden Verzerrung der Phasenströme entgegenwirken und diese innerhalb der bevorstehenden PWM-Periode, insbesondere abhängig von der Modellgenauigkeit vollständig oder teilweise, kompensieren. Abschließend wird die B6-Brücke mit den angepassten Schaltzeiten angesteuert, sobald die neue PWM-Periode beginnt.
  • Die beschriebene Einheit, insbesondere elektronische Einheit, ist zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet und kann in einer Hardware und/oder Software implementiert sein.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine B6-Brücke.
    • 2 zeigt in zwei Graphen eine beispielhafte Ansteuerung bei einem asymmetrischen Modulationsverfahren.
    • 3 zeigt in einem Graphen den Verlauf eines Phasenstroms.
    • 4 zeigt in einem Graphen eine ideale ungestörte Fortsetzung einer Trendlinie.
    • 5 zeigt in einem Graphen einen stetigen Stromverlauf mit geänderten Schaltzeiten.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Das vorgestellte Verfahren wird nachfolgend am Beispiel einer dreiphasigen elektrischen Maschine mit Verschaltung der Phasen in Stern- oder Dreieckschaltung dargelegt, die mit einer B6-Brücke mit drei Halbbrücken mit je zwei Transistoren angesteuert wird. Zu beachten ist, dass das Verfahren jedoch nicht auf diese Ausführung beschränkt ist.
  • 1 zeigt eine B6-Brücke, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Diese B6-Brücke 10 umfasst sechs Leistungsschalter 12, die als Transistoren ausgebildet sind und die im Betrieb der B6-Brücke 10 angesteuert werden. Weiterhin ist der B6-Brücke 10 ein Stromsensor 14 zugeordnet. Es handelt sich hierbei um einen sogenannten 1-Shunt (Shunt: Messwiderstand) Betrieb, bei dem die Erfassung der Phasenströme mit einem einzigen Stromsensor, dem gezeigten Stromsensor 14, stattfindet. Zu beachten ist, dass der Stromsensor 14 auch auf einem anderen Messprinzip beruhen kann und nicht unbedingt ein Messwiderstand bzw. Shunt verwendet werden muss. Die Bezeichnung 1-Shunt-Betrieb dient somit insbesondere zur Abgrenzung gegenüber Ausführungen mit mehreren Stromsensoren unabhängig von dem Messprinzip. Der Stromsensor 14 in der gezeigten Ausführung ist typischerweise zwischen der B6-Brücke 10 und einem Zwischenkreiskondensator (nicht dargestellt) angeordnet.
  • Für den Betrieb einer dreiphasigen elektrischen Maschine durch eine B6-Brücke mit einer Pulsweitenmodulation werden wiederkehrend vor Beginn jeder PWM-Periode die Ein- und Ausschaltzeiten der Halbbrücken berechnet, die dann eine PWM-Periode lang zur Ansteuerung verwendet werden. Das verwendete Modulationsverfahren bestimmt die Art und Weise, wie diese Schaltzeiten berechnet werden. Als Eingangsgrößen bzw. Sollgrößen dienen die im Mittel über die PWM-Periode an die Klemmen anzulegenden Spannungen, die zunächst in die entsprechenden Tastverhältnisse (engl. Duty Cycles) je Halbbrücke umgerechnet werden. Dies erfolgt bspw. mittels Division durch die Zwischenkreisspannung. Alternativ können auch direkt die Tastverhältnisse als Eingangsgrößen dienen. Dies stellt eine gleichwertige Möglichkeit dar.
  • Das Tastverhältnis ist der Quotient aus der Zeitdauer innerhalb der PWM-Periode, während der die Halbbrücke die positive Spannung des Zwischenkreises an die Klemme anlegt (hoch bzw. high), und der PWM-Periodendauer, die der Zeitdauer hoch (high) plus der Zeitdauer niedrig (low) entspricht. Das Tastverhältnis liegt somit im Intervall von 0 bis 1.
  • Üblicherweise findet pro Halbbrücke und PWM-Periode höchstens ein Einschaltvorgang, d. h. low nach high, und ein Ausschaltvorgang, d. h. high nach low, statt. Das Verfahren wird für den Fall beschrieben, dass pro Halbbrücke und PWM-Periode genau ein Ein- und ein Ausschaltvorgang stattfindet, und zwar in dieser Reihenfolge, also die Zustandsabfolge low → high → low. Das Verfahren ist jedoch nicht auf diese Ausführung beschränkt. Zu erkennen ist somit, dass jeweils zwei der Leistungsschalter 12, nämlich jeweils zwei in Reihe geschaltete Leistungsschalter 12, die in einer Halbbrücke vorgesehen sind, mit einem Ansteuersignal angesteuert werden.
  • 2 zeigt in zwei Graphen eine beispielhafte Ansteuerung über 1 PWM-Periode bei einem asymmetrischen Modulationsverfahren.
  • In einem oberen Graphen 50, an dessen Abszisse 52 die Zeit und an dessen Ordinate 54 die Spannung aufgetragen ist, sind die Verläufe der Ansteuersignale der Phasen U 60, V 62 und W 64 dargestellt, die jeweils zwischen einem Hoch-Pegel (high), nämlich Uhoch 66, Vhoch 68 und Whoch 70, und einem Niedrig-Pegel (low), nämlich Uniedrig 72, Vniedrig 74 und Wniedrig 76, verlaufen. Pegelwechsel ergeben sich aus den Schaltzeitpunkten, wobei für jede Phase Einschaltzeitpunkte, d. h- Pegelwechsel von niedrig zu hoch, und Ausschaltzeitpunkte, d. h. Pegelwechsel von hoch zu niedrig, vorgesehen sind. Die Schaltzeitpunkte sind mit Bezugsziffer 78 angezeigt.
  • In einem unteren Graphen 80, an dessen Abszisse 82 die Zeit und an dessen Ordinate 84 der Phasenstrom aufgetragen ist, ist der zu den Ansteuersignalen 60, 62, 64 gehörige Verlauf eines Phasenstroms 90 gezeigt.
  • 2 verdeutlicht somit beispielhaft das Ergebnis eines asymmetrischen Modulationsverfahrens für die drei Halbbrücken (U, V, W) einer B6-Brücke sowie den möglichen Verlauf eines der Phasenströme. Bei hinreichend hoher Induktivität der elektrischen Maschine und hinreichend hoher PWM-Frequenz besteht der dargestellte Phasenstrom 90 näherungsweise aus abschnittsweise gerade verlaufenden Stücken mit Knicken an jedem der sechs Schaltzeitpunkte einer PWM-Periode.
  • 3 zeigt in einem Graphen 100, an dessen Abszisse 102 die Zeit und an dessen Ordinate 104 der Strom aufgetragen ist, den Verlauf eines Phasenstroms 110 über vier PWM-Perioden (I bis IV). In allen vier PWM-Perioden wird dabei näherungsweise dasselbe Tastverhältnis angefordert.
  • Bei dem hier verwendeten asymmetrischen Modulationsverfahren ist nun ein nachteilhafter Effekt zu bemerken. So werden insbesondere bei schnellen Änderungen der Schaltzeiten die Phasenströme auf eine Weise gestört, wie dies bei einer symmetrischen Modulation nicht auftritt.
  • Nach zwei PWM-Perioden (Start von III) findet eine deutliche Änderung der Modulation statt, d. h. es liegen deutlich geänderte Schaltzeiten trotz gleicher Tastverhältnisse vor. Somit ändert sich das Verhalten der Modulation. Eine Ursache hier ist beispielhaft gegeben durch das Vorliegen einer Sektorgrenze gemäß dem Verfahren der Druckschrift DE 10 2006 052 467 A1 .
  • Werden nur die Ströme an PWM-Periodengrenzen 120 betrachtet, so ist eine geradlinige Fortsetzung des Verlaufs erkennbar, wie dies durch Kreise 126 verdeutlicht ist. Dies ist einleuchtend, da sich die Tastverhältnisse und somit die im Mittel über eine PWM-Periode angelegten Spannungen nicht verändert haben. Im Detail hingegen, d. h. innerhalb der PWM-Perioden, verläuft der Phasenstrom 110 nach der Modulationsänderung (ab III) jedoch ganz anders als zuvor. Da deutlich andere Schaltzeiten verwendet wurden, treten die näherungsweise geraden Teilstücke des Stromverlaufs innerhalb einer PWM-Periode nun in anderer Länge und Reihenfolge auf. Zur weiteren Verdeutlichung sind in 3 die über je eine PWM-Periode gemittelten Ströme mit gestrichelten Linien 130 und die Trendlinie mit gestrichelten Linien 136 pro PWM-Periode eingezeichnet.
  • Es ist deutlich zu erkennen, dass sich die Trendlinie 136 nicht stetig fortsetzt. Auch der Mittelwert der PWM-Periode III ist deutlich versetzt. In diesem Fall ist dieser im Vergleich zu dem Wert, der bei stetiger Fortsetzung des Trends zu erwarten ist, niedriger. Diese Störung des Stromverlaufs wird lediglich durch die Modulation hervorgerufen und ist unerwünscht, da sie nicht von einer Änderung der Eingangswerte, d. h. Sollspannungen und/oder Tastverhältnisse, der Modulation herrührt, sondern vielmehr von einem unterschiedlichen Offset des Strom-Anfangswerts zu Beginn einer PWM-Periode zur Trendlinie 136 der PWM-Periode.
  • 4 zeigt in den Graphen 100 aus 3, eine ideale, ungestörte Fortsetzung der Trendlinie 160 und die zugehörige Stromform 162 in der PWM-Periode nach der Modulationsänderung. Eine solche Stromform 162 ist jedoch wegen der Unstetigkeit des Stroms am Übergang von II nach III nicht realisierbar.
  • 4 zeigt gegenüber 3 zusätzlich, wie der Stromverlauf in der PWM-Periode III aussehen müsste (Stromform 162), damit sich die Trendlinie 136 ungestört fortsetzt. Gegenüber dem Verlauf mit versetzter Trendlinie 136 ist die Lage näherungsweise nur verschoben, die Form unverändert, insbesondere unter linearer Kleinsignal-Annahme.
  • Dieser angestrebte Verlauf kann jedoch nicht realisiert werden, da der Strom sich dazu beim Übergang von II nach III sprungförmig ändern müsste, was theoretisch nur durch eine Dirac-förmige, d. h. eine unendlich kurze, unendlich hohe Spannung, möglich wäre.
  • Um dem gewünschten Verlauf möglichst nahe zu kommen und die durch die Modulationsänderung induzierte Störung möglichst gering zu halten, soll nun eine Ansteuerung gefunden werden, die die Störung innerhalb einer PWM-Periode kompensiert. Spätere Eingriffe ab der Periode IV sind damit nicht mehr erforderlich.
  • Es soll also eine Änderung der von der Modulation für PWM-Periode III geplanten Schaltzeiten derart vorgenommen werden, dass der Strom am Ende der PWM-Periode III den gewünschten Verlauf erreicht (Kreis 170 am Übergang von III nach IV), obwohl er am Anfang der PWM-Periode III beim tatsächlich vorliegenden Strom beginnen muss (Kreis 126 am Übergang von II nach III).
  • 5 verdeutlicht einen stetigen Stromverlauf mit geänderten Schaltzeiten in PWM-Periode III (Stromverlauf 194). Der Eingriff zur Kompensation der Modulationsänderung ist auf die PWM-Periode III beschränkt. Ab der PWM-Periode IV sind der Mittelwert und die Trendlinie wieder wie gewünscht.
  • 5 zeigt den Verlauf des Stroms (Stromverlauf 194), der sich ergibt, wenn die Schaltzeiten in PWM-Periode III wie beschrieben angepasst werden, um die durch die Modulationsänderung hervorgerufene Störung zu kompensieren. Durch diese Anpassung der Schaltzeiten wird die Auswirkung der Modulationsänderung in dem Sinne kompensiert, dass Trendlinie und Mittelwert des Stromverlaufs ab der darauffolgenden PWM-Periode IV wiederhergestellt sind. Der mittlere Stromverlauf verhält sich also so, wie es durch die vorgegebenen Tastverhältnisse zu erwarten ist. Lediglich in der PWM-Periode III können Mittelwert 197 und Trendlinie 199 von dem auf Basis der vorgegebenen Tastverhältnisse zu erwartenden Verhalten abweichen.
  • Da sich damit vom Anfang bis zum Ende der PWM-Periode III eine andere Gesamtänderung des Stroms ergibt, als dies ohne Anpassung der Schaltzeiten der Fall wäre, ist es unumgänglich, dass die Anpassung der Schaltzeiten die der Modulation als Sollwerte vorgegebenen Tastverhältnisse verletzt.
  • Das Verfahren wird hierin anhand des Verlaufs eines einzigen Phasenstroms veranschaulicht. Am betrachteten Beispiel einer dreiphasigen elektrischen Maschine sind aber tatsächlich alle drei Phasenströme von einer Änderung der Modulation betroffen. Die Kompensation sollte also für alle Ströme gleichzeitig erfolgen. Die sechs Ein- und Ausschaltzeiten sind so anzupassen, dass die gewünschte Fortsetzung der Trendlinien in der PWM-Periode IV für alle Ströme zugleich erreicht wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass alle Halbbrücken-Umschaltungen auf alle drei Phasenströme wirken (Verkopplung). Wegen der Verschaltung der drei Phasen (Stern-/Dreieckschaltung) genügt es allerdings, zwei Phasenströme zu betrachten, da sich der dritte automatisch ergibt.
  • Die Berechnung der notwendigen Anpassung der Schaltzeiten kann bspw. anhand eines mathematischen Modells des elektrischen Netzes erfolgen. Alternativ ist auch denkbar, die Anpassungen durch Vermessung an einem Prüfstand zu bestimmen und bspw. in einem Kennfeld abzulegen.
  • Besteht gemäß der bisherigen Beschreibung das Zielkriterium der Kompensation nur darin, die drei Phasenströme am Ende der PWM-Periode III, in der die Modulationsänderung auftritt, auf die gewünschten Zielwerte zur Fortsetzung der Trendlinie ab PWM-Periode IV zu steuern, so gibt es keine eindeutig optimale Wahl der sechs Ein- und Ausschaltzeiten, sondern es bestehen Freiheitsgrade, die zur Erreichung weiterer Ziele genutzt werden können.
  • Eine Möglichkeit zur Nutzung dieser Freiheitsgrade besteht darin, die Eingriffe so früh wie möglich innerhalb der PWM-Periode zu wählen, um der theoretischen nicht realisierbaren Lösung (Linie 196 in 5) möglichst nahe zu kommen.
  • Ein weiteres mögliches zusätzliches oder alternatives Optimierungsziel besteht darin, die Störung des Strom-Mittelwerts auch bereits in PWM-Periode III zu minimieren.
  • Weitere Nebenbedingungen, die durch die zusätzlichen Freiheitsgrade Berücksichtigung finden können, sind die notwendigen Grenzen der Schaltzeiten, d. h. frühestens zu Beginn der PWM-Periode und spätestens an deren Ende, sowie die Berücksichtigung von Zeitfenstern, in denen aus sonstigen Gründen kein Schaltvorgang liegen darf, beispielsweise zur störungsarmen Durchführung einer Strommessung bei 1-Shunt-Betrieb.
  • Das Verfahren ist allgemein für alle elektrischen Netze, z. B. elektrische Maschinen, 1-phasige Steller, Umrichter, anwendbar, bei denen nicht mittenzentrierte Modulationsverfahren, bspw. aufgrund 1-Shunt-Strommessung, zum Einsatz kommen und dennoch, z. B. aus Geräuschgründen, Mittelwertschwankungen der Stromsignale vermieden werden sollen.
  • 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
    • DE 102006052467 A1 [0007, 0010, 0030]
    • DE 102018200085 A1 [0008]
    • EP 2754237 B1 [0009]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung von mindestens einem Leistungsschalter (12), wobei die Anordnung von mindestens einem Leistungsschalter (12) zum Betreiben eines elektrischen Netzes dient und hierzu wenigstens einen Strom liefert, jeder Leistungsschalter (12) mit einem Ansteuersignal (60, 62, 64) angesteuert wird, das mindestens eine Ansteuersignal (60, 62, 64) mit einem asymmetrischen Modulationsverfahren erzeugt wird, so dass jeweils Schaltzeiten des Ansteuersignals (60, 62, 64) dieses Ansteuersignal (60, 62, 64) charakterisieren, vor einer PWM-Periode Modellgleichungen eines Modells herangezogen werden, um Schaltzeiten zu berechnen, die einen angestrebten Stromverlauf (194) des zu liefernden wenigstens einen Stroms bewirken, und abschließend die Anordnung mit den angepassten Schaltzeiten angesteuert wird, so dass sich der angestrebte Stromverlauf ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Auswirkungen des asymmetrischen Modulationsverfahrens auf den zu liefernden wenigstens einen Strom zumindest zum Teil kompensiert werden, so dass der angestrebte Stromverlauf (194) erhalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem vor jeder PWM-Periode die Schaltzeiten bestimmt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ausgehend von der vorherigen PWM-Periode die Berechnung der Schaltzeiten erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Berechnung der Schaltzeiten zunächst als Eingangsgrößen die im Mittel über die PWM-Periode anzulegenden Spannungen herangezogen werden und daraus entsprechende Tastverhältnisse berechnet werden
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Berechnung der Schaltzeiten als Eingangsgrößen Tastverhältnisse herangezogen werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem genau ein Stromsensor (14) zum Messen des wenigstens einen Stroms eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das elektrische Netz über drei Phasen zu betreiben ist, so dass Schaltzeiten für drei Ansteuersignale (60, 62, 64) zu ermitteln sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Anordnung sechs Leistungsschalter (12) umfasst, die eine B6-Brücke (10) bilden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die B6-Brücke (10) zum Betreiben eines Elektromotors eingerichtet ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem Modellgleichungen eines physikalischen Netzes verwendet werden.
  12. Einheit zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter (12), die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
DE102022208793.3A 2022-08-25 2022-08-25 Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter Pending DE102022208793A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022208793.3A DE102022208793A1 (de) 2022-08-25 2022-08-25 Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022208793.3A DE102022208793A1 (de) 2022-08-25 2022-08-25 Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022208793A1 true DE102022208793A1 (de) 2024-03-07

Family

ID=89905446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022208793.3A Pending DE102022208793A1 (de) 2022-08-25 2022-08-25 Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022208793A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006052467A1 (de) 2006-11-07 2008-05-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Strommessung in einem insbesondere mehrphasigen Stromnetz
EP2754237B1 (de) 2011-09-05 2019-05-08 Robert Bosch GmbH Elektronisch kommutierter elektromotor
DE102018200085A1 (de) 2018-01-04 2019-07-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Synchronmaschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006052467A1 (de) 2006-11-07 2008-05-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Strommessung in einem insbesondere mehrphasigen Stromnetz
EP2754237B1 (de) 2011-09-05 2019-05-08 Robert Bosch GmbH Elektronisch kommutierter elektromotor
DE102018200085A1 (de) 2018-01-04 2019-07-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Synchronmaschine

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jacob, Biji, und M. R. Baiju. „Space Vector based Dithered Sigma Delta Modulator for two-level inverter to suppress the harmonic spikes". 2012 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), 2012, S. 1–7. IEEE Xplore, https://doi.org/10.1109/PEDES.2012.6484373.
Park, R. H. „Two-reaction theory of synchronous machines generalized method of analysis-part I". Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Bd. 48, Nr. 3, Juli 1929, S. 716–27. IEEE Xplore, https://doi.org/10.1109/T-AIEE.1929.5055275.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007040560A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines Umrichters sowie zugehörige Vorrichtung
EP2730021B1 (de) Verfahren zur ansteuerung einer mehrphasigen maschine
WO2012107325A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur strommessung
DE4314211C2 (de) Verfahren zur Steuerung des Abschaltvorgangs in den Strängen eines Reluktanzmotors
EP1820032A1 (de) Verfahren zur strommessung mit einem shunt und vorrichtung zur strommessung
WO1995014327A1 (de) Treiberschaltung für einen schrittmotor
EP3285381A1 (de) Verfahren zum betreiben einer elektrischen maschine und elektrische maschine
DE102016216086A1 (de) Verfahren zum Betrieb zweier Gleichspannungswandler in einem Fahrzeugbordnetz und Spannungswandlerschaltung
DE102022208793A1 (de) Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung mit mindestens einem Leistungsschalter
DE102017211196A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektronisch kommutierten Synchronmaschine und Ansteuerschaltung
WO2019015894A1 (de) Elektrische maschine
DE19626447C2 (de) Verfahren zur Integration beliebiger für den stationären Betrieb von U-Pulsstromrichtern optimierter Pulsmuster in eine hochdynamische zeitdiskrete Vektorregelung
DE4426764A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines Pulswechselrichters durch Stellbefehle eines Pulsmustergenerators
DE102005028605B4 (de) Verfahren zur Strommessung mit einem Shunt und Vorrichtung zur Strommessung
DE102018204221A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines pulsbreitenmodulierten Stromrichters und pulsbreitenmodulierter Stromrichter
DE102011017705A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine
EP1768253A2 (de) Verfahren zur Strommessung mit einem Shunt und Vorrichtung zur Strommessung
CH701759A2 (de) Verfahren zur Reduktion der Ausgangsspannungswelligkeit von mehrphasigen leistungselektronischen Wandlern.
DE102017207297A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines Stromrichters, Steuervorrichtung für einen Stromrichter und Stromrichter
EP4342070A1 (de) SPRITZGIEßMASCHINE MIT ELEKTRISCHEN SCHALTEINHEITEN UND VERFAHREN ZUM SYNCHRONISIEREN VON STRÖMEN VON ELEKTRISCHEN SCHALTEINHEITEN
EP3300242A1 (de) Regelung eines drei-level-wechselrichters
WO2020151968A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung einer elektrischen maschine und elektrisches antriebssystem
DE102012210663A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters
EP4358390A1 (de) Betreiben von schaltelementen eines wechselrichters
DE102018217977A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Anpassen von PWM-Werten einer feldorientierten Regelung einer elektrischen Maschine

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified