DE10332933A1 - Atonale Um- und Wechselrichter - Google Patents

Atonale Um- und Wechselrichter Download PDF

Info

Publication number
DE10332933A1
DE10332933A1 DE10332933A DE10332933A DE10332933A1 DE 10332933 A1 DE10332933 A1 DE 10332933A1 DE 10332933 A DE10332933 A DE 10332933A DE 10332933 A DE10332933 A DE 10332933A DE 10332933 A1 DE10332933 A1 DE 10332933A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pulse width
voltage
pulse
direct voltage
intervals
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.)
Withdrawn
Application number
DE10332933A
Other languages
English (en)
Inventor
Wolf Dr. Boll
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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 DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE10332933A priority Critical patent/DE10332933A1/de
Priority to US10/893,537 priority patent/US20050189986A1/en
Publication of DE10332933A1 publication Critical patent/DE10332933A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

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
    • H02M7/539—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
    • 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
    • H02M7/505—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/525—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
    • H02M7/527—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency by pulse width modulation

Landscapes

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

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erzeugen einer pulsweitenmodulierten Drehspannung oder Wechselspannung (2) aus einer Gleichspannung (1) mittels mindestens einem Umrichter oder Wechselrichter, wird die Gleichspannung (1) mit variablen Pulsweitenintervallen (t¶1¶, t¶2¶, t¶3¶) abgetastet. Diese Maßnahme erlaubt es, störende Geräusche im hörbaren Bereich zu unterdrücken.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer pulsweitenmodulierten Drehspannung oder Wechselspannung aus einer Gleichspannung mittels mindestens einem Umrichter oder Wechselrichter.
  • Um- und Wechselrichter zur Erzeugung von Drehstrom oder Wechselstrom aus Gleichstrom umfassen Leistungshalbleiter, deren Verlustleistung mit steigender Frequenz steigt. Derartige Um- und Wechselrichter werden insbesondere verwendet, um die Versorgungsspannung von Elektromaschinen zu Antriebszwecken, zum Beispiel in Brennstoffzellenfahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder speziellen Bahnantrieben bereitzustellen. Bei starker Strombeaufschlagung geben die Um- und Wechselrichter eine deutlich vernehmbare Schallabstrahlung von sich, die im Falle einer Wasserkühlung auch die Wasserwege mit Körperschall belegen kann. Die Schallabstrahlung stellt häufig ein als unangenehm empfundenes hochfrequentes Pfeifen dar, welches von der Taktfrequenz herrührt, mit der ein Gleichstrom unterbrochen wird, um mit Hilfe der Pulsweitenmodulation aus der Gleichspannung eine modulierte effektive Dreh- oder Wechselspannung zu erzeugen.
  • Aus Wirkungsgradgründen ist eine hohe Taktfrequenz unerwünscht, da bei hohen Frequenzen in den Leistungshalbleitern große Verluste erzeugt werden. Eine hohe Taktfrequenz von ca. 100 kHz ist deshalb nur bei hohen Maschinendrehzahlen verwendbar. Bei tieferen Drehzahlen wird zur Erhöhung des Wirkungsgrades die Taktfrequenz verringert. Liegt die Taktfrequenz jedoch im höhrbaren Frequenzbereich, werden über die Ströme in den elektrischen Leitern Koppelkräfte erzeugt, die elastische Elemente in den Um- und Wechselrichtern zu Geräuschen anregen.
  • Mit der gleichen Frequenz können auch Magnetostriktionsgeräusche von nachgeschalteten Aggregaten verursacht werden. Diese Geräusche sind deshalb besonders unangenehm, da sie einen ausgeprägten tonalen Anteil aufweisen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu schaffen, mit dem zur Erhöhung des Wirkungsgrads die Taktfrequenz abgesenkt werden kann und die tonalen Anteile von angeregten Schwingungen verringert werden können.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die Gleichspannung mit variablen Pulsweitenintervallen abgetastet wird. Unter Pulsweitenintervall wird dabei die Zeitspanne verstanden, innerhalb der ein Puls zur Abtastung der Gleichspannung erzeugt wird. Die Pulsweitenintervalle werden so unterschiedlich gewählt und laufend so variiert, dass kein bestimmter Ton erkennbar wird. Es wird erfindungsgemäß also ein gezielt aperiodischer Takt und somit ein aperiodisches Modulationsverfahren verwendet. Dies bewirkt, dass Störgeräusche der Elektromaschine, in der die Um- oder Wechselrichter verwendet werden, und/oder des angekoppelten Umfeldes, insbesondere Eigenresonanzen von Bauteilen, entweder gar nicht erst angeregt werden oder gegengekoppelt angeregt werden, so dass die Amplitude der Störgeräusche sinkt und/oder der Klangcharakter sich verändert. Dabei kann auch die Abstrahlung von Geräuschen, die durch Magnetostriktion verursacht werden; vermindert werden. Im Gegensatz zu Verfahren, bei denen bewusst ein „weißes Rauschen" über einen Zufallsgenerator erzeugt wird, wird ein zumindest teilweise unterdrücktes Geräusch erzeugt, dem eine gezielte Aperiodizität überlagert ist, was als weniger störend empfunden wird als ein starkes Rauschen.
  • Bei einer Verfahrensvariante erzeugen die relativen Pulsweiten in den Pulsweitenintervallen die gewünschte effektive Wechselspannung. Unter relativer Pulsweite wird das Verhältnis der Pulsdauer zur Länge des Pulsweitenintervalls verstanden. Die Pulsweiten der Pulse in jedem Pulsweitenintervall sind ebenfalls variabel. Sie werden vorzugsweise so gewählt, dass die gewünschte effektive Wechsel- oder Drehspannung erzeugt wird. Innerhalb eines Pulsweitenintervalls können die Pulse zum Abtasten der Gleichspannung zu jedem beliebigen Zeitpunkt beginnen und enden. Der Beginn eines Pulses ist daher nicht notwendigerweise zeitgleich mit dem Beginn des Pulsweitenintervalls. Insbesondere werden die relativen Pulsweiten so bestimmt, dass sie den relativen Pulsweiten bei einer periodischen Taktung, d.h. bei Pulsweitenintervallen konstanter Dauer, zur Erzeugung derselben vorgegebenen Wechsel- oder Drehspannung entsprechen.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Folge der Pulsweitenintervalle frei programmierbar ist. Insbesondere können sie so programmiert werden, dass bestimmte Eigenfrequenzen der angeschlossenen Aggregate umgangen werden.
  • Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird ein Akustiksignal und/oder ein Signal eines oder mehrerer Beschleunigungsaufnehmer erfasst und wird daraus die Folge der Pulsweitenintervalle bestimmt. Die eingelesenen Signale wer den dabei in der Weise interpretiert und ausgewertet, dass auffällige Frequenzpegel nicht über die Taktfrequenz angeregt werden. Diese Interpretation der eingelesenen Akustiksignale bzw. der Signale eines oder mehrerer Beschleunigungsaufnehmer kann, um Rechenleistung zu sparen, einmalig aufgrund eines Einlesevorgangs erfolgen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Akustiksignale und/oder die Signale der Beschleunigungaufnehmer kontinuierlich erfasst werden und die Pulsweitenintervallfolge kontinuierlich bestimmt wird. Diese Maßnahme erlaubt es, auf sich ändernde Gegebenheiten Rücksicht zu nehmen. Die Pulsweitenintervallfolge wird dabei „online", d.h. in Echtzeit angepasst. Auf diese Art und Weise werden störende Geräusche besonders wirksam unterdrückt.
  • Die Pulsweitenintervallfolge kann in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt einer Elektromaschine aus einem Kennfeld abgerufen werden. Das Kennfeld enthält Daten, die charakteristisch für eine bestimmte Elektromaschine sind. Mit Kenntnis eines solchen Kennfeldes kann die Pulsweitenintervallfolge so eingestellt werden, dass Störgeräusche der Maschine, insbesondere Eigenresonanzen von Bauteilen, nicht oder gegengekoppelt angeregt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, da für jeden Betriebspunkt der Elektromaschine die Pulsweitenfolge aufgrund des Kennfeldes eingestellt werden kann.
  • Das Kennfeld kann auf besonders einfache Art und Weise erzeugt werden, indem es experimentell bestimmt wird.
  • In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Vorrichtung, umfassend mindestens einen Umrichter und/oder einen Wechselrichter zum Erzeugen eines Drehstroms oder eines Wechselstroms aus einem Gleichstrom mit Mitteln zum Pulsweitenmodulieren einer Gleichspannung mit variablen Pulsweiteninterval len. Eine solche Vorrichtung kann bevorzugt in Antriebseinheiten von Elektromaschinen, zum Beispiel Brennstoffzellenfahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder Bahnantrieben zum Einsatz kommen. Eine solche Vorrichtung ermöglicht, die Pulsweitenmodulation bei Frequenzen im hörbaren Bereich durchzuführen, dadurch den Wirkungsgrad zu erhöhen und störende Geräusche zu vermeiden.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Taktgenerator vorgesehen ist, der so gestaltet ist, dass er ein eingelesenes Akustiksignal und/oder ein Signal eines oder mehrerer Beschleunigungsaufnehmer in der Weise interpretiert, dass auffällige Frequenzpegel nicht über die Taktfrequenz angeregt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 eine grafische Darstellung der Pulsweitenmodulation einer Gleichspannung.
  • In dem Diagramm der 1 ist entlang der Ordinate die Spannung U aufgetragen und entlang der Abszisse die Zeit t. Die Gleichspannung 1 wird pulsweitenmoduliert abgetastet, um die effektive Wechselspannung 2 zu erzeugen. In den exemplarisch dargestellten Pulsweitenintervallen t1, t2, t3 wird die Gleichspannung 1 während der jeweiligen Pulsdauer bzw. Pulsweite t4, t5, t6 abgetastet. Die Pulsweitenintervalle t1, t2, t3 sind so unterschiedlich gewählt, dass aufgrund Ihrer Folge bzw. ihrer Frequenz kein bestimmter Ton erkennbar ist. Ihre Abfolge ist aperiodisch.
  • Die relativen Pulsweiten t4/t1, t5/t2 und t6/t3 sind so gewählt, dass die gewünschte effektive Wechselspannung 2 entsteht. Die Pulsweiten t4, t5, t6 sind ebenfalls variabel. Dar aus ergibt sich die Pulsweitenmodulation. Aufgrund der variablen Pulsweitenintervalle t1, t2, t3 werden durch die Um- bzw. Wechselrichter, die die effektive Wechselspannung erzeugen, keine tonalen Frequenzen im hörbaren Bereich angeregt, bzw. werden solche unterdrückt. Es handelt sich daher um „a-tonale" Um-/ bzw. Wechselrichter.
  • Bei einem Verfahren zum Erzeugen einer pulsweitenmodulierten Drehspannung oder Wechselspannung (2) aus einer Gleichspannung (1) mittels mindestens einem Umrichter oder Wechselrichter, wird die Gleichspannung (1) mit variablen Pulsweitenintervallen (t1, t2, t3) abgetastet. Diese Maßnahme erlaubt es, störende Geräusche im hörbaren Bereich zu unterdrücken.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer pulsweitenmodulierten Drehspannung oder Wechselspannung (2) aus einer Gleichspannung (1) mittels mindestens einem Umrichter oder Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung (1) mit variablen Pulsweitenintervallen (t1, t2, t3) abgetastet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relativen Pulsweiten (t4/t1, t5/t2, t6/t3) bestehend aus dem Verhältnis der Pulsdauer zur Pulsweitenintervalldauer in jedem Pulsweitenintervall (t1, t2, t3) die gewünschte effektive Wechselspannung (2) erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge der Pulsweitenintervalle (t1, t2, t3) frei programmierbar ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akustiksignal und/oder ein Signal eines oder mehrerer Beschleunigungsaufnehmer erfasst wird und daraus die Folge der Pulsweitenintervalle (t1, t2, t3) bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Akustiksignal und/oder die Signale der Beschleunigungsaufnehmer kontinuierlich erfasst werden und die Pulsweitenintervallfolge kontinuierlich bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenintervallfolge in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt einer Elektromaschine aus einem Kennfeld abgerufen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld experimentell bestimmt wird.
  8. Vorrichtung umfassend mindestens einen Umrichter und/oder einen Wechselrichter zum Erzeugen eines Drehstroms oder eines Wechselstroms aus einem Gleichstrom mit Mitteln zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Taktgenerator vorgesehen ist.
DE10332933A 2003-07-19 2003-07-19 Atonale Um- und Wechselrichter Withdrawn DE10332933A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10332933A DE10332933A1 (de) 2003-07-19 2003-07-19 Atonale Um- und Wechselrichter
US10/893,537 US20050189986A1 (en) 2003-07-19 2004-07-19 Atonal converter and inverter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10332933A DE10332933A1 (de) 2003-07-19 2003-07-19 Atonale Um- und Wechselrichter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10332933A1 true DE10332933A1 (de) 2005-02-03

Family

ID=33560225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10332933A Withdrawn DE10332933A1 (de) 2003-07-19 2003-07-19 Atonale Um- und Wechselrichter

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20050189986A1 (de)
DE (1) DE10332933A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2195912A1 (de) * 2007-09-24 2010-06-16 Robert Bosch GmbH Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromotors

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4527226A (en) * 1983-11-02 1985-07-02 Sundstrand Corporation Inverter control system for providing an easily filtered output
US5043857A (en) * 1990-04-11 1991-08-27 Sundstrand Corporation Real-time control of PWM inverters by pattern development from stored constants
US6134127A (en) * 1994-05-18 2000-10-17 Hamilton Sunstrand Corporation PWM harmonic control
US5757633A (en) * 1995-12-04 1998-05-26 General Atomics High efficiency multistep sinewave synthesizer
US6600669B2 (en) * 2001-06-27 2003-07-29 The Board Of Regents Of The University And Community College System Of Nevada, On Behalf Of The University Of Nevada At Reno Random pulse width modulation method and device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2195912A1 (de) * 2007-09-24 2010-06-16 Robert Bosch GmbH Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromotors
US10097121B2 (en) 2007-09-24 2018-10-09 Robert Bosch Gmbh Method and device for controlling an electric motor

Also Published As

Publication number Publication date
US20050189986A1 (en) 2005-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006014309B4 (de) Schaltvorrichtung und Betriebsverfahren
DE102005053246B4 (de) Steuerung einer durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung und Verfahren um Geräusch der Vorrichtung zu reduzieren
DE102010043973A1 (de) Erzeugung eines Geräusches für ein durch einen Elektromotor angetriebenes Kraftfahrzeug
DE102006014898B4 (de) Vorrichtung zum Steuern einer gesteuerten Variablen durch EIN/AUS-Schaltoperationen mit weniger Rauschen
DE2813729C2 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Anregung von Ultraschallschwingern, die in der Impuls-Echo-Technik eingesetzt werden
DE102008013586A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Ausgabe von akustischen Signalen
DE102007011696A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Drehmomentabtriebs eines AC-Motors bei niedriger Frequenz
DE4036618C2 (de)
EP3460970A1 (de) Windenergieanlage mit oberschwingungsarmen umrichtersystem sowie verfahren zum betrieb
DE102014104850A1 (de) Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs sowie Abgassystem für ein Kraftfahrzeug
DE2527763A1 (de) Geraeuschsimulationseinrichtung fuer dieselmodellbahnzuege
DE102008047872A1 (de) Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Unterdrücken einer Funkstörung von einer Rauschquelle durch aktive Filterung
DE10332933A1 (de) Atonale Um- und Wechselrichter
WO2017129415A1 (de) Verfahren zur anregung von piezoelektrischen wandlern und schallerzeugungsanordnung
DE102017208769A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung der akustischen Abstrahlung einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeuges
DE3912706A1 (de) Verfahren zum geraeuscharmen betrieb einer von einem pulswechselrichter gespeisten maschine
DE19651281A1 (de) Modulationsverfahren zur Geräuschreduktion bei Frequenzumrichtern
DE102021107143A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, Antriebsstrang sowie Kraftfahrzeug
EP2154377A2 (de) Geräuschminimierung eines Pumpenaggregats
DE2228008C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer in einem starren Verhältnis zur Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes stehenden Sendefrequenz und Anwendung dieses Verfahrens
WO2019206554A1 (de) Verfahren zum ansteuern eines pulswechselrichters
DE3701208C2 (de)
DE102021204448A1 (de) Verfahren zur Steuerung einer Frequenz einer Steuerungseinrichtung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs
DE102023100422B4 (de) Verfahren zum Reduzieren eines akustischen Störsignals einer elektrischen Maschine und Steuereinheit
DE102021114525B4 (de) Reduzierung der gestrahlten Störaussendungen bei AC angesteuerten Lasten

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee