DE2719989C2 - Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter - Google Patents

Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter

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Description

mit
[ji, J2, -fj] max. = derjenige der gewünschten Zeitverläufe der Spannung in den einzelnen Lastphasen
S1, S2, sy der im gegebenen Augenblick den größten Augenblickswert hat, und
15 [S1, S2, sy] min. = derjenige der gewünschten Spannungszeitverläufe in den einzelnen Lastphasen j|,j2, S),
der im gegebenen Augenblick den kleinsten Augenblickswert hat.
2. Pulsdauermodulationsverlahren für dreiphasige Umrichter, bei dem die Pulsdauer der Ausgangsimpulse jeder Umrichterphase durch ein Steuersignal moduliert wird, welches sich aus der Summe des
20 gewünschten Zeitverlaufs der Ausgangsspannung und eines ergänzenden Signalverlaufs zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der ergänzende Signalverlauf d(t) bestimmt wird durch die Gleichung
\ dU) = sign [j,, S2, sy] |max.| M - \s\, J2, J3] |max.|
V 25 mit
ρ Ui, S2, S)] Imax.l = Augenblickswert desjenigen gewünschten Spannungs-Zeitverlaufs der einzelnen
^ Lastphasen der Phasenspannungen, der im gegebenen Augenblick den maximalen
f° Betrag hat,
30 sign [j,, s2, S)] Imax.l = Vorzeichen von [j,, s2, J3] |max.| und
M = maximale aufmodulierbare Spannungsgröße.
3. Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter, bei dem die Pulsdauer der Ausgangsimfpulse jeder Umrichterphase durch ein Steuersignal moduliert wird, welches sich aus der Summe des Jj, 35 gewünschten Zeitverlaufs der Ausgangsspannung und eines ergänzenden Signalverlaufs zusammensetzt, S dadurch gekennzeichnet, daß der ergänzende Signalverlauf (d(t) bestimmt wird durch die Gleichung
π d(i) sign [jlt s2, S)] |2. ma;;.| M - [s\, s2, J3] |2. max.l
H 40 mit
[ [J1, J2> S)] |2. max.l = Augenblickswert desjenigen der gewünschten Zeitverläufe in den einzelnen Last-
^ phasen J1, j2, J3, der im gegebenen Augenblick den zweitgrößten Betrag besitzt,
^ sign [j,, j2, j,] |2. max.l = Vorzeichen von [J1, J2, J3] |2. max.l und
j* 45 M = maximale aufmodulierbare Spannungsgröße.
['j 4. Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter, bei dem die Pulsdauer der Ausgangsim-
·] pulse jeder Umrichterphase durch ein Steuersignal moduliert wird, welches sich aus der Summe des
gewünschten Zeitverlaufs der Ausgangsspannung und eines ergänzenden Signalverlaufs zusammensetzt, * 50 dadurch gekennzeichnet, daß der ergänzende Signalverlauf d(t) bestimmt wird durch die Gleichung
dU) M - [j|, s2, j.i] max. oder -M- [s\, J2, J3] min.,
mit
[s],s2, S)] max. bzw. min. = derjenige der gewünschten Zeitverläufe der Spannung in den einzelnen Last-4 phasen J1, j2, jj, der im gegebenen Augenblick den größten bzw. kleinsten
Augenblickswert hat, und
M = maximale aufmodulierbare Spannungsgröße.
65 Die Erfindung betrifft Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 4.
Bekannte Pulsdauermodulationsverfahren beruhen darauf, daß in der Ausgangsspannung jeder aus Impulsen zusammengesetzten Umrichter-Phase die Impulsdauer durch den dem gewünschten Spannungs-Zeitvcrlaufder
betreffenden Phase der Last entsprechenden Zeitverlauf moduliert wird. Das Frequenzspektrum der Ausgangsspannung des Umrichters enthält einen modulierenden Zeitverlauf, gegebenenfalls seine Harmonischen und weitere Wellen, deren Frequenzen ganzzahlige lineare Kombinationen der modulierenden frequenz und der durch die Impulszahl und -art in der Ausgangsspannung der Spannungsphase bestimmten sogenannten Trägerfrequenz sind. Mit ansteigender Größe der Multiplizität sowie der modulierenden Frequenz als auch der Trägerfrequenz vermindert sich in der Regel die Bedeutung der Wellen infolge der Verkleinerung der Amplitude und der Vergrößerung der Frequenz.
Diese Technik hat zwei Nachteile.
Die aufmodulierbare Amplitude des gewünschten Spannungs-Zeitverlaufes ist auf einen Wert begrenzt, der eben dem Ineinanderfließen zweier Nachbarimpulse in der Ausgangsspannung der Umrichter-Phase entspricht. In Abhängigkeit von der Schaltung des Umrichters, der Zahl der selbständig steuerbaren Schaltelemente in einer Phase und einer bestimmten konkreten Pulsdauermodulationsart ist der minimale anwendbare Wert des Verhältnisses der Trägerfrequenz und der modulierenden Frequenz begrenzt, auch die Frequenznutzbarkeit des Umrichters ist begrenzt. Gegebenenfalls ist es unumgänglich, für eine bestimmte Frequenz der Umrichterausgangsspannung eine unvorteilhaft hohe Frequenz der Schaltvorgänge im Umrichter zu wählen.
Die Impulsdauermodulationsverfahren jnit erhöhter Spannungs- und Frequenznutzung sind bekannt (IEEE Conference record of 5th annual meeting of Industry and General Applications Group, 1970, S. 687-693) bei denen durch adaptive Veränderung des Verhältnisses Trägerfrequenz zu Frequenz der Grundwelle sowohl eine bessere Frequenz- als auch Spannungsnutzung erzielt wird.
Es ist auch bekannt (DE-AS 23 45 035) eine Verbesserung der Frequenz- und Spannungsnutzung in einem Dreiphasenwechselstromsystem durch eine Abflachung des Spannungsmaximums einer Phase, verbunden mit einer gleich großen additiven Korrektur der beiden anderen Phasen zu bewirken.
Ferner ist es bei einem mehrphasigen Umrichter, dessen Ausgangsspannung einem Steuersignal folgt, bekannt (AT-PS 2 32 134), dieses Steuersignal so aus dem gewünschten Zeitverlauf, nämlich der Sinus-Grundwelle, und wenigstens einer der durch drei teilbaren Oberwellen (der Grundwelle) additiv zusammenzusetzen, daß in der Kurvenform abgeplattete Phasenspannungen entstehen, die zur Verbesserung der Spannungsnutzung beitragen.
Bei der Verwendung von Steuersignalen für dreiphasige Umrichter mit verbesserter Spannungsnutzung, die durch die Addition von gewünschten Sinusverläufen mit Hilfssignalen, die nur aus Oberschwingungen der Ordnungszahlen A = 3,6, 9 .. .bestehen, ist es darüber hinaus bekannt (»etz-b«, Band 27,1975, Heft 7, S. 151-152), daß die Hilfssignale sich nicht nachteilig auf die Sinusform der verketteten Ausgangsspannungen auswirken.
Bei der vorliegenden Erfindung wird deshalb nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 4 von einem Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter ausgegangen, bei dem die Pulsdauer der Ausgangsimpulse jeder Umrichterphase durch ein Steuersignal moduliert wird, welches sich aus der Summe des gewünschten Zeitverlaufs der Ausgangsspannung und eines ergänzenden Signalverlaufs zusammensetzt (»etz-b«, a. a. O.).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren anzugeben, mit denen auf einfache Weise der ergänzende Signalverlauf aus den gewünschten Zeitverläufen der Spannung in den einzelnen Lastphasen hergeleitet verden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1 bis 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen einfachen mit Drehstromlast belasteten Drehstrom-Umrichter;
Fig. 2 sinusförmige modulierende Verläufe, Verläufe der Ausgangsspannung //!0 einer Wechselrichterphase und den Verlauf der Spannung u\ der entsprechenden Lastphase entsprechend der Schaltung nach Fig. 1 und Fig. 3 bis 6 vier unterschiedlich ergänzende Signalverläufe nach der Erfindung.
Für einen anschaulichen Vergleich mit dem bisherigen Stand der Technik wurden hier die gleiche Sinusspannungsamplitude, die gleiche Frequenz der Schaltvorgänge im Umrichter und das gleiche Pulsdauermodulalionsverfahren gewählt.
In Fig. I ist ein einfacher Drehstrom-Umrichter, der mit einer Drehstrom-Last mit in Stern geschalteten Impedanzen Z belastet ist, dargestellt. Spannungen «|0, «20 und ujo sind gegen die Mitte der Eingangsspannung U1, des Umrichters gemessene Ausgangsspannungen der einzelnen Umrichter-Phasen. Spannungen u\,u2, «1 sind Spannungen an den einzelnen Phasen der Last.
In Fig. 2a sind modulierende sinusförmige Verläufe m\, m2 und my in diesem Fall identisch mit den gewünschten sinusförmigen Spannungsverläufen s\, S2 und * an der Last, mit denen die Impulsdauer in den Ausgangsspannungen «10, «20 und wjo der einzelnen Umrichter-Phasen moduliert wird. Die Modulation kann direkt in bekannter Weise durch Vergleich des modulierenden Verlaufes mit einer Sägezahnspannung mit einer für alle Phasen gleichen Trägerfrequenz durchgeführt werden.
F i g. 2b zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung w!0 einer Umrichter-Phase und F i g. 2c den Verlauf der Spannung Wi der entsprechenden Lastphase, aus der die Wellen ausgeschlossen sind, die nicht Dreiphasensysteme bilden.
In Fig. 3 ist ein ergänzender Signalverlauf nach einem ersten Beispiel der Erfindung dargestellt. Der ergänzende Signalverlauf d{t) wird hierbei nach der Gleichung bestimmt:
(l(t) = - — [si, S2, Ji] max. - — [s\, S2, s%] min.
[ji,j2, S)] max. = derjenige der gewünschten Zeitverläufe der Spannung in den einzelnen Lastphasen
Ji, s2, sj der im gegebenen Augenblick den größten Augenblickswert hat, und
[j|,j2, J3] min. = derjenige der gewünschten Spannungszeitverläufe in den einzelnen Lastphasen λί,.ϊι, .vt, der im gegebenen Augenblick den kleinsten Augenblickswert hat.
In F i g. 3a sind die gewünschten sinusförmigen Spannungsverläufe der einzelnen Lastphasen J1, s2 und J3, der ergänzende Signalverlauf d(t) und die modulierenden Verläufe /W1 = J1 + d, m2 ~ S2 + d, m3 = s3 + d, mit welchen die Impulsdauer in den Ausgangsspannungen der einzelnen Phasen moduliert wird.
F i g. 3b zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung u:o einer Umrichter-Phase, der noch nicht den ganzen modulierenden Verlauf w, = j, + d enthält, und Fig. 3c den Verlauf der Spannung U1 der entsprechenden Lastphase. In Fig. 4 ist ein weiterer ergänzender Signalverlauf nach einem zweiten Beispiel der Erfindung dargestellt. Dieser wird nach der Regel gebildet, daß sein Augenblickswert gleich der Differenz ist zwischen dem maximalen aufmodulierbaren Wert M und dem Augenblickswert desjenigen der gewünschten Zeitverläufe j, bis J3, der im gegebenen Augenblick den größten absoluten Wert hat, wobei der maximale aufmodulierbare Wert mit dem gleichen Vorzeichen genommen wird wie der Augenblickswert des gewünschten Verlaufes, der von ihm subtrahiert wird.
Fig. 4a zeigt die gewünschten Zeitverläufe S1, S2, J3 an der Last aus denen der ergänzende Signalverlauf d(t) und mit diesem die modulierenden Zeitverläufe Ot1 = J1 + d; Ot2 = S2 + d und ot3 = J3 + d gebildet werden. Fig. 4b zeigt den Zeitverlauf um der Ausgangsspannung einer Lastphase und Fig.4c den Zeitverlauf der entsprechenden Lastphase.
In F i g. 5 ist ein weiteres Beispiel der Erfindung dargestellt. Der ergänzende Signalverlauf wird hierbei von der
Differenz des maximalen aufmodulierbaren Wertes M und desjenigen der gewünschten Spannungszeitverläufe auf den Lastphasen, der im gegebenen Augenblick die zweithöchste absolute Größe hat, gebildet, wobei das gleiche Vorzeichen des maximalen aufmodulierbaren Wertes M wie bei den gewünschten Zeitverläufen der Spannung an den einzelnen Lasten genommen wird.
Fig. 5a zeigt die gewünschten Zeitverläufe an der Last J1, j2, J3, den ergänzenden Signalverlauf d und die modulierenden Zeitverläufe Ot1 = J1 + d, m2 = J2 + d, /n3 = J3 + d und den maximalen aufmodulierbaren Wert M. F i g. 5b zeigt den Zeitverlauf ul0 der Ausgangsspannung einer Lastphase und F i g. 5c den Zeitverlauf der entsprechenden Lastphase.
In Fig. 6 ist ein abschließendes Beispiel eines ergänzenden Signalverlaufs d nach der Erfindung dargestellt. Es wird gebildet aus der Differenz des maximalen aufmodulierbaren Wertes M (bzw. -M) und desjenigen der Zeitveriäufe der Lastphasen, der im gegebenen Augenblick den maximalen (bzw. minimalen) Wert hat.
Fig. 6a zeigt die gewünschten Zeitverläufe J1, s2, J3 an der Last, den ergänzenden Signalverlauf d und die modulierenden Verläufe Ot1=J1+ d, m2 = J2 + d, Ot3 = J3 + d und den maximalen aufmodulierbaren Wert M. F i g. 6b zeigt den Verlauf «10 der Ausgangsspannung einer Lastphase und F i g. 6c den Zeitverlauf der entsprechenden Lastphase.
Die vorstehend erläuterten Beispiele zeigen, daß zur Durchführung der beanspruchten erfindungsgemäßen Verfahren lediglich ein Differenzbilder (bzw. Subtrahierer) sowie Detektoren zur Feststellung der maximalen bzw. minimalen Größen der Zeitverläufe j., j2 und J3 erforderlich sind.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter, bei dem die Pulsdauer der Ausgar.gsimpulse jeder Umrichterphase durch ein Steuersignal moduliert wird, welches sich aus der Summe des 5 gewünschten Zeitverlaufs der Ausgangsspannung und eines ergänzenden Signalverlaufs zusammensetzt, dadurchgekennze ichnet, daß der ergänzende Signalverlauf d(t) bestimmt wird durch die Gleichung
d(i) = - — [j,, si, si] max. - — [j,, s2, J3] min.
DE2719989A 1976-06-30 1977-05-04 Pulsdauermodulationsverfahren für dreiphasige Umrichter Expired DE2719989C2 (de)

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DE2719989A1 DE2719989A1 (de) 1978-01-05
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