DE10248375C2 - Umrichter und Verfahren zur Bestimmung eines Stromraumzeigers - Google Patents
Umrichter und Verfahren zur Bestimmung eines StromraumzeigersInfo
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Abstract
Umrichter und Verfahren zur Bestimmung eines Stromraumzeigers DOLLAR A für einen pulweitenmoduliert betreibbaren Umrichter, umfassend Signalelektronik und eine Leistungsendstufe, die drei, jeweils einen unteren und einen oberen Zweig umfassende Halbbrücken angeordnete Leistungsschalter umfasst, wobei DOLLAR A - entweder in allen drei unteren oder in allen drei oberen Zweigen der Halbbrücken Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet sind, DOLLAR A - innerhalb eines Zeitabschnitts mit zwei der drei Mittel zur Erfassung der Ströme jeweils mindestens ein zugehöriger Stromabtastwert bestimmt wird, DOLLAR A - aus den mit diesem Paar von Mitteln bestimmten Stromabtastwerten ein Stromraumzeiger gebildet wird oder die Stromwerte in den Ausgangszweigen gebildet werden, insbesondere zur Verwendung in einem Steuer- und/oder Regelverfahren, DOLLAR A dieses Paar von Mitteln abhängig vom Ausgangsspannungsraumzeiger verschieden ausgewählt wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen Umrichter und ein Verfahren zur Bestimmung eines
Stromraumzeigers.
Bei einem ausgangsspannungsseitig pulsweitenmoduliert betriebenen Umrichter mit digitaler
Regelung ist es zur Erreichung einer ausreichenden Regelgüte erforderlich, für eine
Pulsweitenmodulationsperiode einen Wert für denjenigen Stromraumzeiger zu bestimmen,
welcher dem über diese Pulsweitenmodulationsperiode gebildeten Mittelwert des real
vorhandenen Stromraumzeigers entspricht. Die pulsweitenmodulierte Ausgangsspannung
hat bei induktiver Last, wie insbesondere bei einem Elektromotor, einen sogenannten
Stromripple zur Folge. Die Bestimmung des Stromraumzeigers muss unbeeinflusst von
diesem Stromripple erfolgen. Bei manchen Umrichtern des Standes der Technik sind die
Stromsensoren in den Zuleitungen zum Motor angeordnet, wodurch kontinuierliche
Stromsignale auftreten, die durch analoge Filterung vom Stromripple befreit werden und
dann für die Regelung verwendbar sind.
Aus dem Buch "Praxis der feldorientierten Drehstromantriebsregelungen" von Nguyen Phung
Quang und Jörg-Andreas Dittrich, zweite Auflage, aus dem Jahre 1999, sind aus Seite 110-
113 pulsweitenmoduliert betreibbare Umrichter bekannt, bei denen Stromerfassungen mit
Hilfe von drei (Abb. 5.1) oder auch nur zwei (Abb. 5.3, 5.5, 5.6, 5.9, 5.11) potentialtrennenden
Stromfühlern in den Ausgangszweigen vorgesehen sind. Aus den Strommesswerten wird
dabei ein Stromraumzeiger mit zwei Freiheitsgraden bestimmt (Abb. 5.3, 5.5, 5.6, 5.9, 5.11).
Weiter ist auf der Seite 76 bis 77 ausgeführt, dass zur Erfassung der Grundschwingung der
Motorströme ohne Oberschwingungen, also ohne Stromripple, zu geeigneten Zeitpunkten die
Strommesswerte zu erfassen sind. Dabei bezeichnet man die Abweichung von der
Grundschwingung als Differenzstromraumzeiger. Die Erfassung der Strommesswerte erfolgt
dann im Nulldurchgang des Differenzstromraumzeigers. Von Nachteil ist bei diesen
bekannten Umrichtern, dass mindestens zwei kostspielige, potentialtrennende
Strommessmittel notwendig sind.
Aus der DE 196 81 189 T1 ist ein pulsweitenmoduliert betreibbarer Umrichter mit
Zwischenkreiskondensator (Fig. 1, Bezugszeichen 3) und eine mit diesem verbundene
Endstufe bekannt, die nur einen Stromfühler zur Erfassung des Zwischenkreisstromes
umfasst. Die Stromerfassung enthält somit je nach Winkel des Ausgangsspannungszeigers
die Information über einen einzelnen Phasenstrom oder Summen von Phasenströmen.
Nachteilig ist dabei, dass bei bestimmten Winkeln des Ausgangsspannungszeigers das
Bestimmen eines Stromraumzeigers nicht zufriedenstellend ausführbar ist.
Aus der Schrift von Francesco Parasiliti, "Low cost current Sensing in DSP Based Drives",
Industrial Electronics, 1999, ISIE'99, Proceedings of the IEEE, Volume 3, 1999, International
Symposium, Volume 3, 1999, ist ein Umrichter bekannt, bei dem Shuntwiderstände in allen
unteren Zweigen der Halbbrücken als Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet
sind. Alle drei Strommesswerte werden erfasst, wobei die Messanstöße in der zeitlichen Mitte
desjenigen Zeitabschnitts innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode liegen, in welchem
der diskrete Schaltzustand (000), also der Nullvektor v0, anliegt (Seite 1287, linke Spalte und
Fig. 7). Bei der konkreten Ausführung ist ein kleiner Zeitversatz zu dieser Mitte wegen
Berücksichtigung von Totzeiten, Signallaufzeiten und dergleichen, vorhanden. Aus den
zugehörigen Messwerten wird dann der Stromraumzeiger bestimmt. Nachteil ist dabei
allerdings, dass in den schattierten Bereichen des Hexagons (Seite 1287, linke Spalte, letzter
Abschnitt und Fig. 8) keine oder nur eine ungenaue Bestimmung des Stromraumzeigers
möglich ist, da in diesen schattierten Bereichen entweder kein Nullvektor verwendet wird
oder nur sehr kurz. Wenn nämlich der Nullvektor nicht vorhanden ist oder nur sehr kurz
anliegt, ist damit automatisch in einer Phase kein oder nur ein sehr kurzes Strommesssignal
vorhanden, welches somit für eine Auswertung nicht oder nur ungenau zur Verfügung steht.
Daraus resultiert, dass im Fall eines über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten
Ausgangsspannungsraumzeigers aus dem schattierten Bereich (Seite 1287, Fig. 8)
mindestens ein Strommesswert verfälscht ist.
Aus der US 5 815 391 ist ein Umrichter bekannt, bei dem in allen unteren Zweigen der
Halbbrücken Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet sind (Fig. 2A). In der
zugehörigen Tabelle (Fig. 2B) wird erklärt, dass der Strom in der Phase A abhängig von
den Schaltzuständen messbar (beispielhaft 1. Zeile: messbar; ) oder aus den beiden anderen
Strom-Messwerten berechenbar ist (5. Zeile: berechenbar; ). Wenn jedoch der untere
Schalter der Phase A und ein weiterer, unterer Schalter geöffnet sind, ist der Strommesswert
der Phase A nicht bestimmbar. Solche Schaltzustände sind in dieser Schrift als 'unknown' bei
der Phase A gekennzeichnet.
Die genannte Tabelle 2B und das geschilderte Problem beziehen sich auf die
Schaltzustände, also den jeweiligen Augenblickszustand des Umrichters.
Die genannte Tabelle 2B bezieht sich nur auf Phase A. Es lassen sich aber die zugehörigen
Tabellen für die Phasen B und C aufstellen. Dabei ist leicht zu erkennen, dass bei einigen
Schaltzuständen, nämlich (111), (110), (101), (011), kein oder nur ein Strommesswert
bestimmbar ist und somit auf keinen Fall ein Stromraumzeiger für diese
Augenblickszustände. Aus der US 5 815 391 geht daher nicht hervor, wie ein
Stromraumzeiger zu bestimmen ist, welcher dem über eine Pulsweitenmodulationsperiode
gebildeten Mittelwert des real vorhandenen Stromraumzeigers entspricht. Insbesondere ist
nicht dargestellt, wie vorzugehen ist, damit der Stromraumzeiger nicht durch Stromripple
verfälscht ist.
Die Dauer eines "known"-Schaltzustandes innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode
hängt von folgenden Faktoren ab:
Trägerfrequenz der Pulsweitenmodulation,
Art und Weise des Pulsweitenmodulationsverfahrens.
Wenn diese Dauer eines "known"- Schaltzustandes zu kurz ist, ist der Stromraumzeiger nicht bestimmbar.
Trägerfrequenz der Pulsweitenmodulation,
Art und Weise des Pulsweitenmodulationsverfahrens.
Wenn diese Dauer eines "known"- Schaltzustandes zu kurz ist, ist der Stromraumzeiger nicht bestimmbar.
Wie das Pulsweitenmodulationsverfahren ausgeführt wird, ist in dieser Schrift nicht näher
erläutert; es ist dem Fachmann jedoch klar, dass die Schrift lehrt, dass diese "unknown"-
Zustände ein Problem darstellen. In Spalte 1, Zeile 40-44 wird von einem "Zurückrechnen"
gesprochen, das aber nicht ausführbar beschrieben ist. Die Schrift lehrt den Fachmann, dass
das Problem der "unknown"-Zustände umgangen werden kann, indem gemäß den Fig. 5
und 6 sowohl in den oberen als auch in den unteren Zweigen der Halbbrücken Messmittel,
insbesondere potentialfreie Messmittel, wie Rogowski-Spulen oder dergleichen, eingesetzt
werden. Durch geschicktes Kombinieren der Messsignale, insbesondere Addition der
Messsignale der unteren und der oberen Messmittel, wird ein kontinuierliches
Strommesssignal erreicht, und die "unknown"-Zustände stellen kein Problem mehr dar.
Diese Lehre der US 5 815 391, sowohl in den oberen als auch in den unteren Zweigen der
Halbbrücken Messmittel einzusetzen, wäre auch auf die vorgenannte IEEE-Schrift
anwendbar. Auf diese Weise wäre die Strommessung in den dort schattierten Bereichen
problemlos und genau ausführbar. Allerdings müssten aufwendige Messmittel, insbesondere
solche zur Überwindung der Potentialbarriere, und somit kostspielige, vorgesehen werden.
Die Lösungen wären also sehr aufwendig und kostspielig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Umrichter weiterzubilden, bei dem auf
möglichst viele kostspielige Teile verzichtet werden kann und insbesondere bei
Massenproduktion eine kostengünstige Herstellung erreichbar ist und trotzdem ein Verfahren
zur Bestimmung eines Stromraumzeigers ausführbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren nach den in Anspruch 1 oder 17
angegebenen Merkmalen und bei einem Umrichter nach den in Anspruch 13 angegebenen
Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass zur Bestimmung eines
Stromraumzeigers für einen pulsweitenmoduliert betreibbaren Umrichter, umfassend
Signalelektronik und eine Leistungsendstufe, die in drei, jeweils einen unteren und einen
oberen Zweig umfassende Halbbrücken angeordnete Leistungsschalter umfasst,
wobei:
- - entweder in allen drei unteren oder in allen drei oberen Zweigen der Halbbrücken Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet sind,
- - innerhalb eines Zeitabschnitts, der eine Pulsweitenmodulationsperiode beträgt, mit zwei der drei Mittel zur Erfassung der Ströme jeweils mindestens ein zugehöriger Stromabtastwert bestimmt wird,
- - mit einem zweiten Mittel des Paares ein erster und ein zweiter zugehöriger Stromabtastwert vor und nach dem Erfassen eines mit einem ersten Mittel des Paares erfassten Stromabtastwertes vorgesehen ist,
- - aus den mit diesem Paar von Mitteln bestimmten Stromabtastwerten ein
Stromraumzeiger gebildet wird oder die Stromwerte in den Ausgangszweigen gebildet
werden, insbesondere zur Verwendung in einem Steuer- und/oder Regelverfahren,
und - - dieses Paar von Mitteln abhängig vom mittleren Ausgangsspannungsraumzeiger verschieden ausgewählt wird,
- - wobei der mittlere Ausgangsspannungsraumzeiger bestimmt ist durch die über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Ausgangspotentiale der drei Ausgangsphasen.
Vorteiligerweise werden zur Bestimmung des Stromraumzeigers für jede
Pulsweitenmodulationsperiode stets nur die zwei geeignetsten der drei möglichen
Strommesswerte ausgewählt. Insbesondere liegt der Erfindung die überraschende
Erkenntnis zugrunde, dass die Information über den Stromraumzeiger im Zeitverlauf der zwei
geeignetsten Strommesssignale enthalten ist. Dabei ist es sogar erlaubt, dass innerhalb
dieser Pulsweitenmodulationsperiode sogar Schaltzustände zeitweise auftreten dürfen, die
für sich genommen keine Bestimmung des Stromraumzeigers erlauben würden, also im
Sinne der US 5 815 391 "unknown"-Zustände sind!
Da bei der Variante mit in allen drei unteren Zweigen der Halbbrücken angeordneten Mittel
zur Erfassung der jeweiligen Ströme immer diejenige Phase, bei der das entsprechende
Pulsweitenmodulations-Signal kürzer als eine Mindestdauer im LOW-Zustand ist, nicht
verwendet wird, ist ein sicheres Bestimmen des Stromraumzeigers gewährleistet unter
Verwendung eines geeigneten Pulsweitenmodulationsverfahrens, insbesondere eines
symmetrischen Pulsweitenmodulationsverfahrens. Dabei ist im jeweiligen LOW-Zustand der
untere Leistungsschalter geschlossen und der obere geöffnet. Bei einem HIGH-Zustand liegt
der umgekehrte Fall vor.
Außerdem sind möglichst viele kostspielige Teile verzichtbar, insbesondere
potentialtrennende Stromfühler, da die Ströme nicht in den Ausgangszweigen sondern in den
unteren oder oberen Zweigen der Halbbrücken gemessen werden. Bei Massenproduktion ist
eine kostengünstige Herstellung erreichbar.
Insbesondere werden bei der Erfindung mit den zwei der drei Mitteln zur Erfassung der
Ströme die zugehörigen Stromabtastwerte nicht gleichzeitig innerhalb der
Pulsweitenmodulationsperiode erfasst und/oder die zugehörigen Messanstöße nicht
gleichzeitig ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass bei dem Umrichter ein Mikrocontroller mit
nur einem einzigen Analog-Digital-Wandler und keiner zusätzlichen Sample-Hold-Schaltung
verwendbar ist, also keiner extern vom Mikrocontroller angeordneten Sample-Hold-
Schaltung.
Insbesondere wird mit mindestens einem der zwei Mittel mehr als einmal pro Pulsweiten
modulationsperiode ein Stromabtastwert erfasst und/oder mehr als ein Messanstoß innerhalb
einer Pulsweitenmodulationsperiode vorgesehen.
Insbesondere wird mit einem ersten der zwei Mittel genau zweimal pro Pulsweiten
modulationsperiode ein Stromabtastwert erfasst, und der Messanstoß für das zweite der zwei
Mittel liegt in der Mitte der Pulsweitenmodulationsperiode. Vorteiligerweise liegen die zwei
Messanstöße des ersten der zwei Mittel äquidistant zur Mitte der
Pulsweitenmodulationsperiode, das heißt, dass der zeitliche Abstand vom ersten Messanstoß
des ersten Mittels zum ersten Messanstoß des zweiten Mittels gleich groß ist wie der zeitliche
Abstand vom Messanstoß des zweiten Mittels zum zweiten Messanstoß des ersten Mittels
und der letztgenannte Messanstoß des zweiten Mittels in der Mitte der
Pulsweitenmodulationsperiode liegt.
Bei der Variante mit in allen drei unteren Zweigen der Halbbrücken angeordneten Mittel zur
Erfassung der jeweiligen Ströme bezeichnet die zeitliche Mitte der Pulsweitenmodulations-
Periode die zeitliche Mitte der jeweiligen LOW-Zustände. Während dieser Zustände sind
Strommesssignale an den Mitteln zur Erfassung der jeweiligen Ströme vorhanden.
Zur Bestimmung des Stromraumzeigers sind die Strommesswerte von den zu den beiden
genannten Mitteln gehörigen Phasen ausreichend. Bei der vorliegenden Erfindung sind stets
die insgesamt drei Strommesswerte der beiden Mittel erhältlich, weil bei der Erfindung ein
vorteilhaftes Pulsweitenmodulations-Verfahren verwendet wird, wie beispielsweise ein
symmetrisches Pulsweitenmodulations-Verfahren, und der Ausgangsspannungsraumzeiger
auf den Innkreis des Hexagons begrenzt wird. Dies bedeutet beispielsweise auch, dass keine
Eckvektoren des Hexagons dauerhaft über eine ganze Pulsweitenmodulations-Periode
hinweg auftreten.
Damit der Stromraumzeiger frei vom Einfluss des durch die PULSWEITENMODULATION
bedingten Stromripples bleibt, müssen die Messanstöße an geeigneten Zeitpunkten erfolgen.
Dafür vorteilhaft wären die Zeitpunkte der Messanstöße der beiden Mittel jeweils gleichzeitig
und in die Mitte der Pulsweitenmodulations-Periode zu legen. Dann wären jedoch entweder
zwei A/D-Wandler oder externe Sample-Hold-Schaltungen notwendig, was kostspielig wäre.
Erfindungsgemäß werden aber mit dem ersten Mittel zwei zeitlich versetzte Messanstöße
ausgeführt. Der Zeitpunkt des Messanstoßes des zweiten Mittels ist in die Mitte der
Pulsweitenmodulations-Periode gelegt. Die Zeitpunkte der beiden Messanstöße des ersten
Mittels weisen jeweils den selben zeitlichen Abstand zur Mitte der Pulsweitenmodulations-
Periode auf. Somit ist infolge der Mittelwertbildung und wegen der Symmetrie des
Stromripples, der wegen des symmetrischen Pulsweitenmodulations-Verfahrens symmetrisch
zur Mitte der Pulsweitenmodulations-Periode verläuft, ein Strommesswert unter Verwendung
des ersten Mittels bestimmt, der gleich ist zu demjenigen Strommesswert, der mit dem ersten
Mittel am Zeitpunkt der Mitte der Pulsweitenmodulations-Periode messbar wäre.
Insbesondere wird der Stromraumzeiger für jede Pulsweitenmodulationsperiode bestimmt.
Von Vorteil ist dabei, dass auch bei kleiner Pulsweitenmodulationsfrequenz eine möglichst
häufige Bestimmung des Stromraumzeigers vorsehbar ist zur Verbesserung der Regelgüte
des Regelverfahrens des Umrichters.
Bei bevorzugten Ausführungen werden die Strommesssignale auf dem unteren
Zwischenkreispotential gebildet, wobei den jeweiligen Halbbrücken zugeordnete
Strommesswerte aus Stromabtastwerten bestimmt werden, die aus den Strommesssignalen
abgeleitet werden. Insbesondere entspricht das Bezugspotential der Signalelektronik, die
eine Steuer- und Regeleinrichtung des Umrichters umfasst, dem Bezugspotential, auf
welchem die Strommesssignale gebildet werden. Von Vorteil ist dabei, dass Optokoppler zur
Potentialtrennung einsparbar sind. Das Bezugspotential der Signalelektronik weist ebenfalls
das untere Zwischenkreispotential auf. Wesentlicher Vorteil ist dabei, dass die
Ansteuersignale der unteren Leistungsschalter in den Halbbrücken von der Signalelektronik
generierbar sind, ohne dass ein hoher Spannungsabstand auftritt, der eine aufwendige
Potentialtrennung notwendig machen würde. Nur die Ansteuersignale der oberen
Leistungsschalter müssen über Optokoppler oder andere potentialtrennende Vorrichtungen
angesteuert werden. Insbesondere bei einem Umrichter, der keine Anschlüsse für einen
Geber, wie Drehzahl- oder Positionsgeber, oder für andere potential-abzutrennende
Vorrichtungen aufweist, ist somit ein wesentlicher Schritt zur Kosteneinsparung und eine
Reduktion der Anzahl der Teile erreichbar.
Vorteilhaft sind als untere Leistungsschalter in den Halbbrücken Leistungshalbleiterschalter,
wie IGBT vom Typ npn, verwendbar, die mit Steuerspannungen ansteuerbar sind, die als
Bezugspotential das untere Zwischenkreispotential aufweisen.
Bei Verwendung komplementärer Leistungshalbleiterschalter, wie beispielsweise IGBT vom
Typ pnp, ist dann als Bezugspotential für die Strommessung und für die Signalelektronik das
obere Zwischenkreispotential zu wählen und der Umrichter entsprechend zu gestalten.
Bei einer bevorzugten Ausführung wird das Paar abhängig vom Winkel des
Ausgangsspannungsraumzeigers und nicht vom Pulsweitenmodulationsmuster verschieden
ausgewählt. Von Vorteil ist dabei, dass die programmtechnische Realisierung besonders
einfach ist.
Bei einer anderen Ausführung wird statt der einen Pulsweitenmodulationsperiode ein
Zeitabschnitt von zwei oder mehreren Pulsweitenmodulationsperioden verwendet. Von Vorteil
ist dabei, dass auch bei hoher Schaltfrequenz der Stromraumzeiger bestimmbar ist. Dabei ist
zwar eine leichte Verfälschung vorhanden, die aber bei hoher Schaltfrequenz gering ist.
Bei einer bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführung wird das Erfassen des mit dem
ersten Strommessmittel, also Mittel zur Erfassung der Ströme, erfassten Stromabtastwertes
mittig in der Pulsweitenmodulationsperiode ausgeführt. Insbesondere wird mit einem zweiten
der zwei Strommessmittel ein erster und ein zweiter zugehöriger Stromabtastwert
symmetrisch vor und nach dem Erfassen eines mit dem ersten Strommessmittel erfassten
Stromabtastwertes erfasst. Von Vorteil ist dabei, dass mit nur einem Analog-Digital-Wandler
ohne externe Sample-Hold-Schaltungen Strommesswerte bestimmbar sind, die nicht von
Pulsweitenmodulations-bedingten Stromripple verfälscht sind. Also ist die Bestimmung der
Strommesswerte besonders einfach und mit wenig Rechenaufwand ausführbar.
Bei Verwendung zusätzlicher, externer Sample-Hold-Schaltungen könnten mit den zwei der
drei Mitteln zur Erfassung der Ströme die zugehörigen Stromabtastwerte gleichzeitig erfasst
und/oder die zugehörigen Messanstöße gleichzeitig ausgeführt werden. Insbesondere
würden die Messanstöße mittig in der Pulsweitenmodulationsperiode ausgeführt. Von Vorteil
wäre dabei, dass die Bestimmung der Strommesswerte besonders einfach ist und trotzdem
keine durch Stromripple verursachten Verfälschungen vorhanden sind.
Bei einer anderen, bevorzugten Ausführung der Erfindung wird mit dem ersten der zwei Mittel
zur Erfassung der Ströme ein zugehöriger Stromabtastwert mindestens eine
Pulsweitenmodulationsperiode nach dem Erfassen eines zum zweiten Mittel zur Erfassung
der Ströme zugehörigen Stromabtastwertes erfasst. Insbesondere liegen die zu den beiden
Mitteln zur Erfassung der Ströme zugehörige Messanstöße in verschiedenen
Pulsweitenmodulationsperioden. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei hohen
Schaltfrequenzen unter Verwendung nur eines einzigen Analog-Digital-Wandlers und ohne
zusätzliche Sample-Hold-Schaltungen ein Stromraumzeiger bestimmbar ist, insbesondere
ohne durch Stromripple verursachte Verfälschungen.
Bei einer bevorzugten Ausführung wird der erste Stromabtastwert des Paares mehr als
einmal pro Pulsweitenmodulationsperiode erfasst und aus den erfassten Werten wird ein
gemäß den Zeitpunkten der jeweiligen Erfassung interpolierter Wert und/oder Mittelwert
gebildet. Insbesondere wird ein erster Stromabtastwert des Paares, der einer ersten
Halbbrücke zugeordnet ist, vor und nach dem zweiten Stromabtastwert des Paares, der einer
zweiten Halbbrücke zugeordnet, erfasst. Von Vorteil ist dabei, dass durch Interpolation oder
auch Mittelwertbildung ein fiktiver Strommesswert mit guter Genauigkeit bestimmbar ist, der
zeitgleich zum anderen erfassten Stromabtastwert vorhanden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung entspricht der erfasste Stromraumzeiger dem Mittelwert
des Stromraumzeigers über eine Pulsweitenmodulationsperiode. Von Vorteil ist dabei, dass
der infolge der Pulsweitenmodulation vorhandene Stromripple das Ergebnis und somit auch
die Regelverfahren nicht verfälscht.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Umrichter, umfassend eine Signalelektronik
und eine Leistungsendstufe, die in drei, jeweils einen unteren und einen oberen Zweig
umfassende Halbbrücken angeordnete Leistungsschalter umfasst, wobei der Umrichter
pulsweitenmoduliert betreibbar ist, sind, dass:
- - entweder in allen drei unteren oder in allen drei oberen Zweigen der Halbbrücken Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet sind,
- - von den drei Mitteln zur Erfassung der Ströme erfasste Strommesssignale über einen Multiplexer nur einem einzigen Analog-Digital-Wandler zugeführt werden und/oder zuführbar sind.
Von Vorteil ist dabei, dass das kostspielige, potentialtrennende Mittel einsparbar und das
Bauvolumen des Umrichters reduzierbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung umfassen die Mittel zur Stromerfassung Widerstände,
insbesondere Shunt-Widerstände. Von Vorteil ist dabei, dass die Stromerfassung äußerst
kostengünstig sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Mittel zur Stromerfassung derart in den
Halbbrücken angeordnet, dass sie entweder mit dem oberen oder mit dem unteren
Zwischenkreispotential verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass Mittel zur
Potentialtrennung einsparbar sind. Bei einer weiter bevorzugten Ausführung weist die
Signalelektronik ein Bezugspotential auf, das auch Bezugspotential für die Mittel zur
Stromerfassung ist. Wenn dieses Bezugspotential UZ- beträgt, dann sind die Mittel zur
Potentialtrennung für die Ansteuersignale der unteren Leistungsschalter der Halbbrücken
einsparbar. Wenn dieses Bezugspotential UZ+ beträgt, dann sind die Mittel zur
Potentialtrennung für die Ansteuersignale der oberen Leistungsschalter der Halbbrücken
einsparbar.
Bei einer bevorzugten Ausführung weist die Signalelektronik ein Bezugspotential auf, das
auch Bezugspotential für die Mittel zur Stromerfassung ist. Von Vorteil ist dabei, dass
kostspielige potentialtrennende Mittel einsparbar sind. Denn, wären die Mittel zur
Stromerfassung in den Zuleitungen zum Motor vorgesehen, würden kostspielige,
potentialtrennende Mittel notwendig sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist einem einzigen Analog-Digital-Wandler mittels eines
Multiplexers und/oder Schalters jedes Mittel zur Stromerfassung zuordenbar. Von Vorteil ist
dabei, dass der Umrichter kostengünstig ausführbar ist, insbesondere durch Einsparung von
weiteren Analog-Digital-Wandlern.
Prinzipiell wäre es auch möglich, mehr als einen Analog-Digital-Wandler den Mitteln zur
Stromerfassung zuzuordnen. Von Vorteil wäre dabei, dass bei Verwendung geeignet
angeordneter Multiplexer das jeweils ausgewählte Paar von Mitteln zur Erfassung der Ströme
den beispielsweise zwei Analog-Digital-Wandlern zuordenbar ist und zusätzliche Sample-
Hold-Schaltungen einsparbar sind. Insbesondere wäre jedem Mittel zur Stromerfassung
jeweils ein Analog-Digital-Wandler zuordenbar. Von Vorteil ist dabei, dass keine zusätzlichen
Sample-Hold-Schaltungen notwendig sind und eine synchrone Erfassung der
Stromabtastwerte gewährleistbar ist. Bevorzugt wäre dann auch zwischen jedem Mittel zur
Stromerfassung und dem zuordenbaren Analog-Digital-Wandler jeweils eine Sample-Hold-
Schaltung anordenbar. Von Vorteil wäre hierbei, dass der Stromraumzeiger ohne
Verfälschung durch Stromripple bestimmbar ist und ein einziger Analog-Digital-Wandler
genügt. Weiter bevorzugt könnte die Signalelektronik einen Mikrocontroller, der einen
einzigen Analog-Digital-Wandler aufweist, und eine Sample-Hold-Schaltung aufweisen, die
nicht vom Mikrocontroller umfasst ist, also eine zusätzliche externe. Von Vorteil wäre dabei,
dass ein kostengünstiger Mikrocontroller verwendbar ist, der nur einen einzigen Analog-
Digital-Wandler umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst die Signalelektronik Mittel zur Erzeugung
pulsweitenmodulierter Steuersignale für die Leistungsschalter und die Signalelektronik weist
ein Bezugspotential auf, das auch Bezugspotential für die Mittel zur Stromerfassung ist. Von
Vorteil ist dabei, dass Mittel zur Potentialtrennung einsparbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist einem einzigen Analog-Digital-Wandler
mittels eines Multiplexers und/oder Schalters ein jeweiliges Mittel zur Stromerfassung
zuordenbar. Somit sind dann kostspielige, weitere Analog-Digital-Wandler verzichtbar.
Bei einer anderen, vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die
wesentlichen Merkmale, dass:
- - entweder in allen drei unteren oder in allen drei oberen Zweigen der Halbbrücken Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet sind,
- - die Pulsweitenmodulationsfrequenz größer ist als eine Mindestfrequenz,
- - innerhalb eines Zeitabschnitts, der zwei Pulsweitenmodulationsperioden beträgt, mit zwei der drei Mittel zur Erfassung der Ströme jeweils mindestens ein zugehöriger Stromabtastwert bestimmt wird und in beiden Pulsweitenmodulationsperioden derselbe mittlere Ausgangsspannungsraumzeigers ausgegeben wird,
- - mit einem ersten Mittel des Paares ein erster Stromabtastwert in der Mitte der ersten der zwei Pulsweitenmodulationsperioden erfasst wird und mit einem zweiten Mittel des Paares ein zugehöriger Stromabtastwert in der Mitte der zweiten, also unmittelbar nachfolgenden Pulsweitenmodulationsperiode erfasst wird,
- - aus den mit diesem Paar von Mitteln bestimmten Stromabtastwerten ein Stromraumzeiger gebildet wird oder die Stromwerte in den Ausgangszweigen gebildet werden, insbesondere zur Verwendung in einem Steuer- und/oder Regelverfahren, und
- - dieses Paar von Mitteln abhängig vom mittleren Ausgangsspannungsraumzeiger verschieden ausgewählt wird,
- - und wobei der mittlere Ausgangsspannungsraumzeiger bestimmt ist durch die Differenzen der über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Ausgangspotentiale der drei Ausgangsphasen.
Von Vorteil ist dabei, dass auch bei hohen Pulsweitenmodulations-Frequenzen ein einziger
Analog-Digital-Wandler ausreichend ist und keine externen Sample-Hold-Schaltungen
notwendig sind. Bei Unterschreiten der Mindestfrequenz, die beispielsweise 10 kHz beträgt,
ist auf das zuvor beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren umschaltbar. Somit sind die
Vorteile sogar bei allen Pulsweitenmodulations-Frequenzen vorhanden.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
1
Steuer- und Regelvorrichtung
21
Sample-Hold-Schaltung
22
Mikrocontroller
23
Multiplexer
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Fig. 1 ist für einen dreiphasigen Umrichter eine Leistungsendstufe schematisch
skizziert. Die Leistungsschalter mit zugeordneten Freilaufdioden sind dabei durch sechs
Schaltersymbole SRo, SSo, STo, SRu, SSu und STu bezeichnet. In den unteren Zweigen der
Halbbrücken sind als Mittel zur Stromerfassung Shunt-Widerstände RR, RS und
RT angeordnet. Diese sind somit mit dem unteren Bezugspotential UZ- verbunden, das auch
gleichzeitig Bezugspotential der eine Steuer- und Regelvorrichtung 1 umfassenden
Signalelektronik des Umrichters ist. Die motorseitigen Ausgangspotentiale des Umrichters
sind UR, US und UT; die Motorströme sind mit IR, IS und IT bezeichnet.
Die Widerstände sind mit Verstärkerschaltungen VR, VS und VT verbunden, die jeweils
ausgangsseitig ein Strommesssignal IRM, ISM und ITM erzeugen. Aus den drei
Strommesssignalen werden durch Analog-Digital-Wandlung Stromabtastwerte abgeleitet,
aus denen Strommesswerte gebildet werden. Aus diesen Strommesswerten wird der
Stromraumzeiger bestimmt, wobei die zu den Strommesswerten zugehörigen Halbbrücken
abhängig vom Winkel des Spannungsraumzeigers ausgewählt werden. Da für die
Motorströme nach der Kirchhoff'schen Regel IR + IS + IT = 0 gilt, weist dieser
Stromraumzeiger zwei Freiheitsgrade auf. Er weist also zwei unabhängige Parameter auf.
Daher genügt es prinzipiell, dass zur Bestimmung des Stromraumzeigers nur zu zwei
Zweigen zugeordnete Strommesswerte verwendet werden. Dabei ist allerdings zu beachten,
dass Pulsweitenmodulationssignale des Umrichters innerhalb einer
Pulsweitenmodulationsperiode nicht konstant sein müssen, also die Schaltzustände derart
wechseln, dass sogar Schaltzustände zeitweise auftreten können, die für sich allein
genommen gar keine Bestimmung des Stromraumzeigers erlauben würden!
Für das Regelverfahren des Umrichters ist es zur Erreichung einer hinreichenden Regelgüte
ausreichend, einmal pro Pulsweitenmodulationsperiode einen Stromraumzeiger als
Rechengröße zu bestimmen, der den über eine Pulsweitenmodulationsperiode gebildeten
Mittelwert des physikalischen Stromraumzeigers repräsentiert.
Die von der Steuer- und Regelvorrichtung 1 generierten Pulsweitenmodulations-Signale
PWMR(t), PWMS(t) und PWMT(t) bestimmen den Zustand der Leistungsschalter
SRo, SSo, STo, SRu, SSu und STu. Die Pulsweitenmodulations-Signale sind folgendermaßen
vorgesehen: Wenn das jeweilige Pulsweitenmodulations-Signal, beispielsweise PWMR(t), 1
beträgt, wird der zugehörige, obere Leistungsschalter, also beispielhaft SRo, geschlossen und
der zugehörige, untere Leistungsschalter, also beispielhaft SRu, geöffnet. In diesem Fall
beträgt das zugehörige Ausgangsspannungspotential UZ+. Beträgt das
Pulsweitenmodulations-Signal 0, ist also im LOW-Zustand, sind die zugehörigen
Leistungsschalter in dem jeweils anderen Zustand und das zugehörige
Ausgangsspannungspotential beträgt UZ-. Die in der praktischen Realisierung eingefügte,
sogenannte Totzeit, während der der jeweils obere und untere Schalter offen ist, ist für die
prinzipielle Funktion der Erfindung nicht relevant.
Wenn ein zu einer Halbbrücke gehörendes Pulsweitenmodulations-Signal sich im LOW-
Zustand befindet, fließt der zugehörige Motorstrom im unteren Zweig der zugehörigen
Halbbrücke und damit über den jeweiligen Shunt-Widerstand. Zur genauen Erfassung der
Strommesswerte muss der Shunt-Widerstand länger als eine Mindestdauer vom zugehörigen
Motorstrom durchflossen werden. Die Mindestdauer ist dabei abhängig von der Filterwirkung
der Messverstärkerschaltungen, umfassend Verstärkerschaltungen VR, VS und VT. Eine
Filterwirkung wird durch entsprechende Beschaltung erreicht, um Rauschanteile oder
Störanteile bei den Strommesswerten zu unterdrücken. Beispielsweise ist bei einer
Pulsweitenmodulationsfrequenz von 16 kHz eine Filterzeitkonstante aus dem Bereich von 0,5 µs
bis 2 µs vorteilhaft.
Bei der vorliegenden Erfindung wird vorteiligerweise ein sogenanntes symmetrisches
Pulsweitenmodulationsverfahren verwendet. Bei solchen symmetrischen
Pulsweitenmodulationsverfahren hat derjenige zeitliche Mittelwert, der aus dem Wert des
Zeitpunktes eines ersten Schaltzustandswechsels des Pulsweitenmodulations-Signals in
einer ersten Phase und dem Wert des Zeitpunktes des zeitlich nachfolgenden zugehörigen
Schaltzustandswechsels in der selben Phase gebildet wird, den selben Wert wie die
entsprechend gebildeten Mittelwerte der anderen beiden Phasen. Daher liegen also die
Schaltzustandswechsel von HIGH auf LOW und zurück in allen drei Phasen symmetrisch zur
Mitte der Pulsweitenmodulations-Periode.
Bei der Erfindung wird die Amplitude des gemittelten Ausgangsspannungsraumzeigers auf
UZ/√3 begrenzt, so dass stets ein sinusförmiges Drehspannungssystem generierbar ist.
Diese Begrenzung bezeichnet bei der Erfindung die maximale Aussteuerung. Eine
Übersteuerung, also Verlassen dieses durch die Begrenzung definierten Arbeitsbereiches,
wird stets vermieden.
Die Erfindung bezieht sich also nur auf solche Umrichter, die derart pulsweitenmoduliert
betrieben werden, dass in keiner Pulsweitenmodulationsperiode eine derartig hohe
Aussteuerung vorgenommen wird, dass nur ein einziger aktiver Schaltzustand für eine volle
Pulsweitenmodulationsperiode auftritt. Bei einem solchen aktiven Schaltzustand nehmen die
Pulsweitenmodulations-Signale PWMR(t), PWMS(t) und PWMT(t) die Werte (110), (101),
(100), (001), (010) oder (011) an, die auch als diskrete, aktive
Ausgangsspannungsraumzeiger bezeichnet werden. Aktive Schaltzustände umfassen also
nicht die Schaltzustände (111) und (000). Die beiden zuletzt genannten Schaltzustände
werden jeweils auch als diskreter Nullspannungsraumzeiger oder Nullvektor bezeichnet.
Sogenannte Randvektoren sind diejenigen, über eine Pulsweitenmodulationsperiode
gemittelten Ausgangsspannungsraumzeiger, welche beim theoretischen Anlegen eines
einzigen der aktiven Schaltzustände über eine ganze Pulsweitenmodulationsperiode sich
ergeben würden. Bei der Erfindung nimmt der über eine Pulsweitenmodulationsperiode
gemittelte Ausgangsspannungsraumzeiger nie den Wert eines solchen Randvektors an
wegen der oben erwähnten Begrenzung des Arbeitsbereichs.
Im Bild der genannten IEEE-Schrift von Francesco Parasiliti nach der dortigen Fig. 8 auf
Seite 1287 gesprochen, bedeutet die oben beschriebene Begrenzung des über eine
Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Ausgangsspannungsraumzeigers, dass dieser
innerhalb des maximalen Innenkreises des Hexagons liegt. Der gemittelte
Ausgangsspannungsraumzeiger nimmt nie den Wert eines Randvektors an, kommt also bei
der Erfindung nie auf die Ecken des Hexagons zu liegen.
Da der Ausgangsspannungsraumzeiger begrenzt ist, wechseln sich verschiedene, diskrete
Schaltzustände ab. Durch geschickte Wahl der Zeitpunkte für die Messanstöße innerhalb
einer Pulsweitenmodulationsperiode ist für jede Pulsweitenmodulationsperiode ein
Stromraumzeiger bestimmbar. Die sich abwechselnden Zustände umfassen dabei unter
anderem sogar Zustände, bei denen die Bestimmung eines Stromraumzeigers nicht möglich
wäre, wenn sie dauerhaft über eine Pulsweitenmodulationsperiode anliegen würden, wie
beispielsweise auch den Zustand (101) entsprechend der letzten Zeile der Tabelle 2B aus
der US 5 815 391. Insbesondere wird beispielsweise an einem ersten Zeitpunkt in einer
ersten Phase ein Messanstoß ausgeführt, zu einem anderen zweiten Zeitpunkt in einer
zweiten Phase ein zweiter Messanstoß und zu einem dritten Zeitpunkt in der ersten Phase
ein dritter Messanstoß. Durch Mittelwertbildung des ersten und dritten Messwertes wird
erreicht, dass der ermittelbare Stromraumzeiger nicht durch Stromripple verfälscht ist bei
dem für die Erfindung zulässigen Pulsweitenmodulations-Verfahren, insbesondere
symmetrischen Pulsweitenmodulations-Verfahren, bei denen der
Ausgangsspannungsraumzeiger auf den Innkreis des Hexagons begrenzt ist. Somit ist also
nur ein einziger Analog-Digital-Wandler notwendig, insbesondere ohne externe zusätzliche
Sample-Hold-Schaltungen.
In der Fig. 2 ist eine realisierbare Variante für einen Teil der Steuer- und Regelvorrichtung 1
aus Fig. 1 gezeigt. Dieser umfasst eine Sample-Hold-Schaltung 21, der die drei
Strommesssignale zugeführt werden, und einen Mikrocontroller 22 mit integriertem Analog-
Digital-Wandler. Der Mikrocontroller 22 steuert über die Signale S/H1, S/H2 und S/H3 die
Abtastzeitpunkte, die auch als Messanstöße bezeichnet werden, zu denen die Sample-Hold-
Schaltung 21 Strommesssignale bis zur Analog-Digital-Wandlung fest hält. Der
Mikrocontroller 22 muss dann nur einen einzigen Analog-Digital-Wandler zusammen mit
einem Analog-Multiplexer oder Umschalter 23 umfassen. Vorteil ist dabei, dass mit nur einem
einzigen Analog-Digital-Wandler eine gleichzeitige Erfassung von Stromabtastwerten erreicht
ist, obwohl eine sequentielle Analog-Digital-Wandlung stattfindet. Im Mikrocontroller 22
werden dann aus den Stromabtastwerten Strommesswerte beziehungsweise ein
Stromraumzeiger bestimmt. Der Mikrocontroller 22 steuert über die Signale S/H1, S/H2 und
S/H3 die Sample-Hold-Schaltung und damit die Messanstöße entsprechend der weiter unten
geschilderten Verfahren.
In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 3 im Unterschied
zur Variante nach Fig. 2 die Sample-Hold-Schaltung 21 einsparbar. Dabei ist es jedoch
notwendig, die Stromabtastwerte nacheinander zu erfassen entsprechend der weiter unten
geschilderten Verfahren.
In der Fig. 4 sind beispielhafte, zeitliche Verläufe der über jeweils eine
Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten, motorseitigen Ausgangspotentiale UR, US und
UT des Umrichters über eine Ausgangsspannungsperiode gezeigt, wobei die motorseitigen
Ausgangspotentiale UR, US und UT normiert eingezeichnet sind und der
Ausgangsspannungswinkel α sich über den Bereich von 0 bis 2π erstreckt. Entsprechend
der Normierung entspricht der Potentialwert UZ- dem Wert -1 und UZ+ dem Wert +1.
In der Fig. 4 ist zu erkennen, dass die Mittelwerte der Ausgangspotentiale eine dritte
Oberschwingung enthalten.
Weiter sind in Fig. 4 Winkelbereiche 1 bis 6 des Ausgangsspannungszeigers eingezeichnet,
in denen verschiedene Mittel zur Stromerfassung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet werden.
Bei einem Ausgangsspannungswinkel von α = π/6 beträgt der Mittelwert des
Ausgangspotentials US Null. Der Mittelwert des Ausgangspotentials UR liegt in der Nähe des
positiven, maximalen Wertes 1. Der Mittelwert des Ausgangspotentials UT liegt in der Nähe
des minimalen Wertes -1. Die Mittelwerte der Ausgangspotentiale erreichen bei diesem
Ausgangsspannungswinkel und bei der beispielhaft gewählten Amplitude also fast die
maximale Aussteuerung des Umrichters.
In der Fig. 5 sind für die Ausgangspotentiale aus Fig. 4 wieder beim
Ausgangsspannungswinkel α = π/6 zugehörige, zeitliche Verläufe der
Pulsweitenmodulations-Signale PWMR(t), PWMS(t) und PWMT(t) skizziert. Aus diesen
werden die Ansteuersignale für die Leistungsschalter SRo, SSo, STo,
SRu, SSu und STu abgeleitet. Wenn das jeweilige Pulsweitenmodulations-Signal, beispielsweise
PWMR(t), 1 beträgt, wird der zugehörige, obere Leistungsschalter, also beispielhaft SRo,
geschlossen und der zugehörige, untere Leistungsschalter, also beispielhaft SRu, geöffnet. In
diesem Fall beträgt das zugehörige Ausgangsspannungspotential UR = UZ+. Beträgt das
Pulsweitenmodulations-Signal 0, gehen die zugehörigen Leistungsschalter in den jeweils
anderen Zustand, und das zugehörige Ausgangsspannungspotential beträgt UZ-. Die in der
praktischen Realisierung eingefügte, sogenannte Totzeit, während der der jeweils obere und
untere Schalter offen ist, ist für die Funktion der Erfindung prinzipiell nicht relevant. In der
Fig. 5 sind in Abszissenrichtung zwei Pulsweitenmodulationsperioden gezeigt.
Das über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelte Ausgangsspannungspotential US = 0
wird gemäß Fig. 5 durch ein PWMS(t)-Signal erreicht, das zu 50% der
Pulsweitenmodulationsperiode 1 ist und zu 50% der Pulsweitenmodulationsperiode 0 ist. Die
Pulsweitenmodulations-Verhältnisse der anderen Pulsweitenmodulations-Signale PWMR(t)
und PWMT(t) sind entsprechend deren über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemitteltes
Ausgangsspannungspotential verteilt.
In der Fig. 6 sind die zu den beiden genannten Pulsweitenmodulationsperioden
zugehörigen, beispielhaften Motorströme IR(t), IS(t) und IT(t) in den Ausgangszweigen
gezeigt. Außerdem ist die aufgrund der pulsweitenmodulierten Ausgangspotentiale
resultierende Stromwelligkeit angedeutet.
In der Fig. 7 ist der zu den beiden genannten Pulsweitenmodulationsperioden zugehörige
idealisierte, zeitliche Verlauf der Strommesssignale IRM(t), ISM(t) und ITM(t) gezeigt ohne
die filternde Wirkung der Verstärkerschaltungen VR, VS und VT. Ein von Null abweichender
Stromabtastwert ergibt sich immer nur zu denjenigen Zeitabschnitten, bei denen das
Pulsweitenmodulations-Signal der zugehörigen Halbbrücke Null ist; d. h., der untere Schalter
geschlossen ist. Ist der obere Schalter geschlossen, fließt nämlich der Motorstrom nicht über
den Shunt-Widerstand der Halbbrücke, so dass während dieser Zeit der Strommesssignal
unabhängig vom tatsächlichen Strom Null ist. Die Strommesssignale repräsentieren also
nicht kontinuierlich die Motorströme, sondern sie repräsentieren diese lediglich in denjenigen
Zeitabschnitten, in welchen die Pulsweitenmodulations-Signale PWMR(t), PWMS(t) und
PWMT(t) Null sind. Bei dem gezeigten Verlauf ist das Strommesssignal IRM(t) nur während
eines sehr kurzen Zeitabschnittes von Null verschieden. Bei Vollaussteuerung der
Ausgangsspannung würde dieser Zeitabschnitt sogar gänzlich verschwinden. Aus Fig. 7 ist
daher ersichtlich, dass das Bestimmen eines Stromraumzeigers bei solchen
Betriebszuständen versagt, wenn der Stromraumzeiger unter Verwendung von
Strommesssignalen gebildet wird, die nur so kurzzeitig von Null verschieden sind, wie in
Fig. 7 beispielhaft IRM(t), dass sie durch die Filterwirkung zum Zeitpunkt der Erfassung,
also beim Messanstoß, nennenswert verfälscht werden. Eine Mindestfilterwirkung ist aber
notwendig, um Messrauschen und Störsignale zu unterdrücken.
Daher wird bei der vorliegenden Erfindung für jede Pulsweitenmodulationsperiode dasjenige
"optimale" Paar, das die jeweils breiteren Pulsweitenmodulations-Signale aufweist, aus den
drei Halbbrücken ausgewählt, d. h. es werden nur Strommesssignale dieser beiden speziellen
Halbbrücken verwendet. Das Auswählen erfolgt derart, dass dasjenige Strommesssignal
nicht verwendet wird, dessen unterer Schalter innerhalb einer jeweiligen
Pulsweitenmodulationsperiode eine kürzere Zeit den geschlossenen Zustand aufweist als die
beiden anderen unteren Schalter.
In der Fig. 7 ist ein Betriebszustand für zwei Pulsweitenmodulationsperioden gezeigt, bei
dem das ausgewählte Paar ISM(t) und ITM(t) ist. Für diese sind auch die Zeitpunkte, zu
denen die Stromabtastwerte erfasst werden und die auch als Messanstöße bezeichnet
werden, durch gezackte Pfeile angedeutet.
Dabei sind erfindungsgemäß zwei Grundtypen von Verfahren verwendbar.
Für ein erstes Verfahren sind die Messanstöße mit durchgezogen, nicht gestrichelt
gezeichneten, gezackten Pfeilen eingezeichnet. Dabei werden die Stromabtastwerte beim
ausgewählten Paar ISM(t) und ITM(t) gleichzeitig erfasst. Hierbei sind verschiedene
Ausführungen vorsehbar. Bei einer ersten Ausführung wird jeder Stromabtastwert durch
einen separaten Analog-Digital-Wandler gebildet. Bei einer zweiten Ausführung werden die
drei Strommesssignale gemäß Fig. 2 jeweils einem Sample-Hold-Verstärker der Sample-
Hold-Schaltung 21 zugeführt, wobei die Sample-Hold-Verstärker zum Zeitpunkt der
Abtastung in den Hold-Zustand wechseln. Somit kann der Analog-Digital-Wandler mittels des
Multiplexers oder Umschalters die fest gehaltenen Strommesssignale nacheinander wandeln.
Bei einer dritten Ausführung werden zwei Analog-Digital-Wandler und entsprechende
Umschalter verwendet. Bei weiteren Ausführungen sind auch Mischformen ausführbar.
Beim ersten Verfahren wird vorteiligerweise ein symmetrisches Pulsweitenmodulations-
Verfahren verwendet, wobei die Schaltfrequenz nicht höher als 20 kHz gewählt ist und die
oben beschriebene, maximale Aussteuerung nicht überschritten wird. Somit ist stets
innerhalb einer Pulsweitenmodulations-Periode ein Pulsmuster vorhanden, bei dem in
maximal einem Ausgangszweig ein solches Pulsweitenmodulations-Signal auftritt, dessen
LOW-Zustand kürzer als die Mindestdauer währt. D. h., dass niemals in zwei Phasen
gleichzeitig für weniger als die Mindestdauer beide Pulsweitenmodulations-Signale im LOW-
Zustand sind. Für den Fall, dass der LOW-Zustand eines der Pulsweitenmodulations-
Signale, beispielsweise PWMR(t), die Mindestdauer unterschreitet, ist trotzdem sicher
gestellt, dass der Stromraumzeiger korrekt bestimmt wird. Denn die beiden anderen
Pulsweitenmodulations-Signale, im Beispiel also PWMS(t) und PWMT(t), unterschreiten die
Mindestdauer nicht. Somit ist bei der vorliegenden Erfindung immer ein korrektes Bestimmen
des Stromraumzeigers gewährleistet, sofern bei der jeweiligen Art der
Pulsweitenmodulations-Verfahren sicher gestellt ist, dass immer nur maximal ein
Pulsweitenmodulations-Signal kürzer als die Mindestdauer im LOW-Zustand verweilt.
Bei einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren ist der in der Mitte der
Pulsweitenmodulationsperiode liegende Messanstoß für ITM des ersten erfindungsgemäßen
Verfahrens durch zwei Messanstöße ersetzt, die jeweils einen Zeitversatz Δt aufweisen.
Zuerst erfolgt dabei in sequentieller Weise der erste Messanstoß für ITM, danach der für
ISM und dann der zweite Messanstoß für ITM. Vorteilhaft ist dabei, den Messanstoß für ISM
in die Mitte der Pulsweitenmodulationsperiode zu legen. Der Zeitversatz Δt ist möglichst
klein, aber größer als die Analog-Digital-Wandler-Zeit zu wählen. Aus dem ersten und
zweiten Stromabtastwert für ITM wird der Mittelwert gebildet und zur Bestimmung des
Stromraumzeigers verwendet. Dieser so gebildete Mittelwert entspricht demjenigen fiktiven
Stromabtastwert für ITM, der gleichzeitig zur Erfassung des Stromabtastwertes ISM erfassbar
wäre. Damit ist der auf diese Weise bestimmte Stromraumzeiger frei vom Einfluss des
Stromripple. Denn bei der Verwendung von symmetrischen Pulsweitenmodulationsverfahren
weist auch der Stromripple einen zur Mitte der Pulsweitenmodulationsperiode
punktsymmetrischen Verlauf zur jeweiligen Strom-Funktionswert bei t = 0.5 auf, wie auch in
Fig. 6 beispielhaft erkennbar ist. In Fig. 6 liegt die Mitte der ersten
Pulsweitenmodulationsperiode bei t = 0.5 und der zweiten Pulsweitenmodulationsperiode bei
t = 1.5. Da also die beiden Stromabtastwerte ITM(t = 0.5 - Δt) und ITM(t = 0.5 + Δt)
punktsymmetrisch zum Strom-Funktionswert ITM(t = 0.5) sind, gleicht der Mittelwert der
beiden Stromabtastwerte ITM(t = 0.5 - Δt) und ITM(t = 0.5 + Δt) dem Strom-Funktionswert
ITM(t = 0.5).
Auf diese Weise ist es ermöglicht, mit nur einem einzigen Analog-Digital-Wandler den
Stromraumzeiger ohne Verfälschung durch Stromripple zu bestimmen. Da nämlich alle
Stromabtastungen sequentiell ausführbar sind, sind zudem zusätzliche Sample-Hold-
Schaltungen verzichtbar. Unter zusätzlichen Sample-Hold-Schaltungen sind nicht diejenigen
Sample-Hold-Schaltungen zu verstehen, die fester Bestandteil bei gebräuchlichen Analog-
Digital-Wandlern sind.
Auch beim zweiten Verfahren wird vorteiligerweise ein symmetrisches
Pulsweitenmodulations-Verfahren verwendet, wobei die Schaltfrequenz vorteiligerweise nicht
höher als 20 kHz gewählt ist und die oben beschriebene, maximale Aussteuerung nicht
überschritten wird. Somit ist wiederum stets innerhalb einer Pulsweitenmodulations-Periode
ein Pulsmuster vorhanden, bei dem in maximal einem Ausgangszweig ein solches
Pulsweitenmodulations-Signal auftritt, dessen LOW-Zustand kürzer als die Mindestdauer
währt. Bei dem beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten
Pulsweitenmodulations-Verfahren ist stets mindestens ein Pulsweitenmodulations-Signal
vorhanden, dessen LOW-Zustand länger als die Summe aus Mindestdauer und dem
doppelten Zeitversatz, also 2.Δt, währt. Somit ist bei der vorliegenden Erfindung immer ein
korrektes Bestimmen des Stromraumzeigers gewährleistet, sofern bei der jeweiligen Art der
Pulsweitenmodulations-Verfahren sicher gestellt ist, dass die Pulsweitenmodulations-Signale
eine ausreichende Pulsbreite aufweisen. Flat-Top-Verfahren sind zwar symmetrische
Pulsweitenmodulations-Verfahren im Allgemeinen aber nicht vorteilig bei kleinen
Ausgangsspannungen verwendbar.
Bei der vorliegenden Erfindung werden also nur solche Pulsweitenmodulations-Verfahren
verwendet, die in der Mitte Pulsweitenmodulations-Periode einen Schaltzustand derart
aufweisen, dass mindestens zwei untere Schalter geschlossen sind.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden die Stromabtastwerte
nicht in derselben Pulsweitenmodulationsperiode bestimmt, sondern es wird der erste
Stromabtastwert in einer ersten Pulsweitenmodulationsperiode erfasst und der zweite
Stromabtastwert in einer der darauf folgenden Pulsweitenmodulationsperioden. Dabei ist
wiederum nur ein einziger Analog-Digital-Wandler ohne zusätzliche Sample-Hold-Schaltung
vorsehbar. Dies ist besonders vorteilhaft bei hoher Schaltfrequenz und somit also kurzen
Pulsweitenmodulationsperioden. Dabei tritt keine Verfälschung durch Stromripple auf. Nur
die in dieser Zeit vorkommende Änderung des Winkels des Stromraumzeigers kann Ursache
für Verfälschungen werden. Die Auswahl des Paares erfolgt dabei gemäß Fig. 8.
In Fig. 4 sind Winkelbereiche 1 bis 6 eingezeichnet, die verschiedenen Winkelbereichen
des Ausgangsspannungszeigers entsprechen. In der Fig. 8 ist für jeden dieser
Winkelbereiche das zu verwendende Paar durch gezackte Pfeile angegeben. Beispielsweise
ist im Winkelbereich 1 nur S und T, also ISM und ITM, zu verwenden. Im Winkelbereich 2 ist
nur R und T, also IRM und ITM, zu verwenden
Wie oben beschrieben, wird bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren der symmetrisch
in der Mitte der Pulsweitenmodulationsperiode liegende Messanstoß für einen
Stromabtastwert des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens durch zwei Messanstöße
ersetzt, die jeweils einen Zeitversatz Δt aufweisen. Fig. 9 zeigt, wie in Abhängigkeit von den
Winkelbereichen des Ausgangsspannungsraumzeigers die Messanstöße durchzuführen
sind. Es ist insbesondere dargestellt, in welcher Halbbrücke zwei Messanstöße und in
welcher Halbbrücke der einzelne, mittig liegende Messanstoß durchzuführen sind. Im
Winkelbereich 1 erfolgt also ein erster Messanstoß für ITM, danach ein einzelner, mittig
liegender Messanstoß für ISM und zuletzt ein zweiter Messanstoß für ITM. Die Messanstöße
weisen dabei einen zeitlichen Abstand von Δt auf.
Im Winkelbereich 3 erfolgt also ein erster Messanstoß für IRM, danach ein einzelner, mittig
liegender Messanstoß für ITM und zuletzt ein zweiter Messanstoß für IRM.
Für jeden Winkelbereich gibt es also eine Phase mit einem durchgezogen gezeichneten Blitz,
was eine in der Mitte liegende Stromabtastung in dieser Phase bedeutet, und eine andere
Phase mit zwei gestrichelt gezeichneten Blitzen, was eine doppelte Stromabtastung in dieser
Phase bedeutet, und zwar um den Zeitversatz Δt vor- und nach der Mitte. Es werden bei der
vorliegenden Erfindung nur solche Pulsweitenmodulationsverfahren verwendet, deren
Pulsmuster stets derart beschaffen ist, dass die unteren Schalter im jeweiligen Winkelbereich
der mit Blitzen gekennzeichneten Phasen geschlossen sind in einem Zeitbereich um die
jeweiligen Stromabtastungen herum. Bei der Phase mit zwei gestrichelt gezeichneten Blitzen
ist der zugehörige, untere Schalter von vor dem ersten Messanstoß bis nach dem zweiten
Messanstoß geschlossen.
Kennzeichen der verwendbaren Pulsweitenmodulations-Verfahren ist, dass zumindest im
Zeitpunkt der Mitte der Pulsweitenmoduations-Periode stets zwei untere Schalter
geschlossen sind, wobei derjenige von diesen beiden unteren Schaltern, der zu der Phase
mit der doppelten Stromabtastung zugeordnet ist, sogar mindestens eine Zeitspanne 2Δt
geschlossen bleibt.
Bei anderen, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden gemäß Fig. 7 die beiden
Stromabtastwerte des Strommesssignals ITM nicht symmetrisch um den Messanstoß zur
Erfassung des Stromabtastwertes des Strommesssignals ISM herum erfasst, also nicht mit
Zeitabstand Δt vor und hinter der Erfassung von ISM, sondern mit unterschiedlichen
Zeitabständen. Dann wird statt des Mittelwertes ein interpolierter Wert gebildet, der die
entsprechenden Zeitabstände berücksichtigt, wobei allerdings den Motor kennzeichnende
Größen und auch die Art und Dauer der Schaltzustände beim Interpolieren zu
berücksichtigen sind.
Bei anderen, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden statt der erwähnten zwei
Stromabtastwerte mehr Stromabtastwerte erfasst. Darüber hinaus ist grundsätzlich jeder
Stromabtastwert durch mehrere Stromabtastwerte ersetzbar. Somit ist eine weitere
Verringerung von Messrauschen vorsehbar.
Bei weiteren, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird das Zeitverhalten der
Verstärkerschaltungen VR, VS und VT berücksichtigt, indem alle Messanstöße um die Filter-
Zeitkonstante der Verstärkerschaltungen verzögert stattfinden. Die Filterzeitkonstante ist
dabei kleiner als die halbe Mindestdauer.
Das Verfahren funktioniert auch bei höheren Pulsweitenmodulations-Frequenzen als 20 kHz.
Claims (16)
1. Verfahren zur Bestimmung eines Stromraumzeigers,
insbesondere zur Verwendung in einem Steuer- und/oder Regelverfahren,
für einen pulsweitenmoduliert betriebenen Umrichter, umfassend eine Signalelektronik, eine
Leistungsendstufe mit in drei, jeweils einen unteren und einen oberen Zweig aufweisende
Halbbrücken angeordneten Leistungsschaltern sowie in den drei oberen oder unteren
Zweigen der Halbbrücke angeordnete Mittel zur Abtastung der jeweiligen Ströme,
wobei
zur Ansteuerung der Halbbrücken ein symmetrisches Pulsmuster innerhalb eines Zeitabschnitts, der eine Pulsweitenmodulationsperiode beträgt, derart generiert wird, dass zu einem mittig in der Pulsweitenmodulationsperiode liegenden Abtastzeitpunkt jeweils ein Paar der drei oberen oder ein Paar der drei unteren, mit Mitteln zur Abtastung des Stromes ausgestatteten Brückenzweige eingeschaltet sind,
in jedem der beiden eingeschalteten Brückenzweige mit den Mitteln zur Abtastung des Stromes mindestens ein Stromabtastwert bestimmt wird,
das Paar von eingeschalteten Brückenzweigen abhängig vom mittleren Ausgangsspannungsraumzeiger verschieden gewählt wird und
aus den Stromabtastwerten der Stromraumzeiger bestimmt wird, wobei der mittlere Ausgangsspannungsraumzeiger bestimmt ist durch die Differenzen der über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Ausgangspotentiale der drei Ausgangsphasen.
zur Ansteuerung der Halbbrücken ein symmetrisches Pulsmuster innerhalb eines Zeitabschnitts, der eine Pulsweitenmodulationsperiode beträgt, derart generiert wird, dass zu einem mittig in der Pulsweitenmodulationsperiode liegenden Abtastzeitpunkt jeweils ein Paar der drei oberen oder ein Paar der drei unteren, mit Mitteln zur Abtastung des Stromes ausgestatteten Brückenzweige eingeschaltet sind,
in jedem der beiden eingeschalteten Brückenzweige mit den Mitteln zur Abtastung des Stromes mindestens ein Stromabtastwert bestimmt wird,
das Paar von eingeschalteten Brückenzweigen abhängig vom mittleren Ausgangsspannungsraumzeiger verschieden gewählt wird und
aus den Stromabtastwerten der Stromraumzeiger bestimmt wird, wobei der mittlere Ausgangsspannungsraumzeiger bestimmt ist durch die Differenzen der über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Ausgangspotentiale der drei Ausgangsphasen.
2. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem Mittel des zweiten Brückenzweiges des Paares ein erster und ein zweiter
zugehöriger Stromabtastwert zeitlich vor und nach dem Erfassen eines mit dem Mittel des
ersten Brückenzweiges des Paares erfassten Stromabtastwertes vorgesehen ist.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Paar abhängig vom Winkel des Ausgangsspannungsraumzeigers verschieden
ausgewählt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromabtastwerte mit Mitteln bestimmt werden, die mit dem unteren oder mit dem oberen
Zwischenkreispotential verbunden sind.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Bezugspotential der Signalelektronik einem Bezugspotential entspricht, auf welchem
die Strommesssignale liegen und/oder die Stromabtastwerte erfasst werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erfassen eines Stromabtastwertes mittig zu demjenigen Zustand der
Pulsweitenmodulationsperiode erfolgt, bei dem der im gleichen Zweig wie das zugehörige
Strommessmittel angeordnete Leistungsschalter leitend ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erfassen eines Stromabtastwertes um die Filterzeitkonstante versetzt zur Mitte
desjenigen Zustandes der Pulsweitenmodulationsperiode erfolgt, bei dem der im gleichen
Zweig wie das zugehörige Strommessmittel angeordnete Leistungsschalter leitend ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am längsten dauernde Leitendzustand von den drei unteren Leistungsschaltern auftritt, sofern die Strommessmittel in den drei unteren Zweigen angeordnet sind, und
dass das erste Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am zweitlängsten dauernde Leitendzustand von den drei unteren Leistungsschaltern auftritt.
das zweite Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am längsten dauernde Leitendzustand von den drei unteren Leistungsschaltern auftritt, sofern die Strommessmittel in den drei unteren Zweigen angeordnet sind, und
dass das erste Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am zweitlängsten dauernde Leitendzustand von den drei unteren Leistungsschaltern auftritt.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am längsten dauernde Leitendzustand von den drei oberen Leistungsschaltern auftritt, sofern die Strommessmittel in den drei oberen Zweigen angeordnet sind, und
dass das erste Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am zweitlängsten dauernde Leitendzustand von den drei oberen Leistungsschaltern auftritt.
das zweite Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am längsten dauernde Leitendzustand von den drei oberen Leistungsschaltern auftritt, sofern die Strommessmittel in den drei oberen Zweigen angeordnet sind, und
dass das erste Mittel des Paares dasjenige Mittel ist, bei welchem der während der jeweiligen Pulsweitenmodulations-Periode am zweitlängsten dauernde Leitendzustand von den drei oberen Leistungsschaltern auftritt.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Messanstöße zur Erfassung der zu einem Mittel zugehörigen Stromabtastwerte innerhalb
einer Pulsweitenmodulationsperiode jeweils den selben zeitlichen Abstand zur Mitte der
Pulsweitenmodulations-Periode liegen.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit beiden Mitteln mehr als einmal pro Pulsweitenmodulationsperiode ein Stromabtastwert
erfasst wird und/oder mehr als ein Messanstoß innerhalb einer
Pulsweitenmodulationsperiode vorgesehen ist.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus den erfassten Stromabtastwerten ein gemäß den Zeitpunkten der jeweiligen Erfassung
interpolierter Wert und/oder Mittelwert gebildet wird als Strommesswert zur Bestimmung des
Stromraumzeigers.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein
erster und zweiter Stromabtastwert des zweiten Mittels des Paares gleichzeitig zum Erfassen
des erfassten Stromabtastwertes vorgesehen ist, insbesondere durch eine einzige Abtastung
ersetzt wird.
14. Verfahren zur Bestimmung eines Stromraumzeigers
für einen pulsweitenmoduliert betreibbaren Umrichter, umfassend Signalelektronik und eine
Leistungsendstufe, die in drei, jeweils einen unteren und einen oberen Zweig umfassende
Halbbrücken angeordnete Leistungsschalter umfasst,
wobei
entweder in allen drei unteren oder in allen drei oberen Zweigen der Halbbrücken Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet sind,
die Pulsweitenmodulationsfrequenz größer ist als eine Mindestfrequenz,
innerhalb eines Zeitabschnitts, der zwei Pulsweitenmodulationsperioden beträgt, mit zwei der drei Mittel zur Erfassung der Ströme jeweils mindestens ein zugehöriger Stromabtastwert bestimmt wird und in beiden Pulsweitenmodulationsperioden derselbe mittlere Ausgangsspannungsraumzeigers ausgegeben wird,
mit einem ersten Mittel des Paares ein erster Stromabtastwert in der Mitte der ersten der zwei Pulsweitenmodulationsperioden erfasst wird und
mit einem zweiten Mittel des Paares ein zugehöriger Stromabtastwert in der Mitte der zweiten, also unmittelbar nachfolgenden Pulsweitenmodulationsperiode erfasst wird,
aus den mit diesem Paar von Mitteln bestimmten Stromabtastwerten ein Stromraumzeiger gebildet wird oder die Stromwerte in den Ausgangszweigen gebildet werden, insbesondere zur Verwendung in einem Steuer- und/oder Regelverfahren, und
dieses Paar von Mitteln abhängig vom mittleren Ausgangsspannungsraumzeiger verschieden ausgewählt wird, und
wobei der mittlere Ausgangsspannungsraumzeiger bestimmt ist durch die Differenzen der über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Ausgangspotentiale der drei Ausgangsphasen.
entweder in allen drei unteren oder in allen drei oberen Zweigen der Halbbrücken Mittel zur Erfassung der jeweiligen Ströme angeordnet sind,
die Pulsweitenmodulationsfrequenz größer ist als eine Mindestfrequenz,
innerhalb eines Zeitabschnitts, der zwei Pulsweitenmodulationsperioden beträgt, mit zwei der drei Mittel zur Erfassung der Ströme jeweils mindestens ein zugehöriger Stromabtastwert bestimmt wird und in beiden Pulsweitenmodulationsperioden derselbe mittlere Ausgangsspannungsraumzeigers ausgegeben wird,
mit einem ersten Mittel des Paares ein erster Stromabtastwert in der Mitte der ersten der zwei Pulsweitenmodulationsperioden erfasst wird und
mit einem zweiten Mittel des Paares ein zugehöriger Stromabtastwert in der Mitte der zweiten, also unmittelbar nachfolgenden Pulsweitenmodulationsperiode erfasst wird,
aus den mit diesem Paar von Mitteln bestimmten Stromabtastwerten ein Stromraumzeiger gebildet wird oder die Stromwerte in den Ausgangszweigen gebildet werden, insbesondere zur Verwendung in einem Steuer- und/oder Regelverfahren, und
dieses Paar von Mitteln abhängig vom mittleren Ausgangsspannungsraumzeiger verschieden ausgewählt wird, und
wobei der mittlere Ausgangsspannungsraumzeiger bestimmt ist durch die Differenzen der über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Ausgangspotentiale der drei Ausgangsphasen.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 12 ausgeführt wird, wenn die
Pulsweitenmodulationsfrequenz kleiner gewählt wird als die Mindestfrequenz und
das Verfahren nach Anspruch 14 ausgeführt wird, wenn die Pulsweitenmodulationsfrequenz
größer gewählt wird als die Mindestfrequenz.
16. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mindestfrequenz einen Wert zwischen 8 und 16 kHz hat.
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