DE3310816A1 - Method for compensation of the switching threshold voltage in a voltage-injection converter circuit, and a converter circuit for this purpose - Google Patents
Method for compensation of the switching threshold voltage in a voltage-injection converter circuit, and a converter circuit for this purposeInfo
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Abstract
Description
ytrfahren Kompensation der SchalterschwellspannungDrive compensation of the switch threshold voltage
bei einer spannungseinprägenden Stromrichterschaltung und Stromrichterschaltung hierzu Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Schaltersctlwellspannung bei einer Stromrichterschaltung, bei er zur Bildung der Steuerimpulse für einen auf einen Ausgang der Stromrichterschaltung arbeitenden Schalter eine Referenzspannung für die Spannung an diesem Ausgang vorgegeben ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Stromrichterschaltung hierzu, insbesondere einen Pulswechselrichter oder einen Direktumrichter.in the case of a voltage-impressing converter circuit and converter circuit The invention relates to a method for compensating the switch voltage with a converter circuit, with it to form the control pulses for one a reference voltage to an output of the converter circuit operating switch for the voltage at this output is specified. The invention also relates to a converter circuit for this purpose, in particular a pulse-controlled inverter or a Direct converter.
Ein Pulsumrichter besitzt im allgemeinen Steuereingänge für den Betrag u* und die Frequenz f* bzw. den Phasenwinkel α* des an seinen Ausgängen bereitgestellten Spannungssystems. Diese Sollwerte werden, wie am Beispiel der Fig. 1 erläutert werden soll, von einer übergeordneten Steuerung oder Regelung 1 bereitgestellt, wobei in diesem Fall angenommen ist, daß ein Integrator 2 den Frequenzsteuerwert f* in den entsprechenden Steuerwert * des Phasenwinkels umrechnet. Aus diesem Phasenwinkel werden, z.B. mittels eines Funktionsspeichers 3 und dreier vom Spannungsbetrag-Steuerwert u* beaufschlagter Multiplizierer 4.R, 4.S, 4.T drci Referenzspannungen Ure., Uref.S, Uref.T gebildet, die die im Funktionsspeicher 3 festgelegte Kurvenform (z.B. Sinusform) und die durch den Betragssteuerwert u* gegebene Amplitude aufweisen. Diese Referenz Spannungen werden in entsprechenden Komparatoren r½.R, 5.S,, 5.T mit einer von einem Dreieckgenerator 6 erzeigten Sägezahn verglichen. Die Ausgangssignale dieser Komparatoren stellen jeweils eine pulsbreitenmodulierte Form der entsprechenden Referenzspannung dar und dienen dazu, jeweils den Ausgang R, S und T der Stromrichterschaltung über entsprechende Stromrichterschalter 7.R, 7.S, 7.T mit dem positiven oder negativen Pol einer E@ gangsgleichspannung Ud zu verbind(n.A pulse converter generally has control inputs for the amount u * and the frequency f * or the phase angle α * of the one provided at its outputs Voltage system. These setpoint values will be explained, as will be explained using the example in FIG. 1 should, provided by a higher-level control or regulation 1, wherein in In this case it is assumed that an integrator 2 converts the frequency control value f * into the corresponding control value * of the phase angle converted. From this phase angle e.g. by means of a function memory 3 and three of the voltage amount control value u * applied multiplier 4.R, 4.S, 4.T drci reference voltages Ure., Uref.S, Uref.T, which contains the curve shape defined in function memory 3 (e.g. sinusoidal shape) and have the amplitude given by the amount control value u *. This reference Voltages are in corresponding comparators r½.R, 5.S ,, 5.T with one of one Triangle generator 6 showed sawtooth compared. The output signals of these comparators each represent a pulse-width modulated Form the corresponding Reference voltage and are used to set the output R, S and T of the converter circuit Via corresponding converter switches 7.R, 7.S, 7.T with the positive or negative Pole of an input DC voltage Ud to be connected (n.
Zwischen den entsprechenden Referenzsannungen Uref.R = u*.sin α*, Uref.S = u*.sin(oc*-2Tr/3), UrefT = u*sin (α*-4#/3) und den Grundschwingungen der entsprechenden Ausgangsspannungen U.R, U.S, U.T an den Phasen R, S, T herrscht im idealen Fall der Zusammenhang U.R = UN. Uref.R = UN . u*.sin «*, U.S = UN . Uref.S = UN u*.sin (α* - 2 #/3), U.T = UN. Uref.T = UN . u*.sin (α* - 4#/3), wobei UN ein (durch die gewählte Referenzkurvenform, die Pulsbreitenmodulation und andere Betriebsbedingungen bestimmter) Bruchteil der Eingangsgleichspannung Ud und « * 2 ir. f*.t ist.Between the corresponding reference voltages Uref.R = u * .sin α *, Uref.S = u * .sin (oc * -2Tr / 3), UrefT = u * sin (α * -4 # / 3) and the fundamental vibrations of the corresponding output voltages U.R, U.S, U.T at the phases R, S, T prevail in the ideal case the relationship U.R = UN. Uref.R = UN. u * .sin «*, U.S = UN. Uref.S = UN u * .sin (α * - 2 # / 3), U.T = UN. Uref.T = UN. u * .sin (α * - 4 # / 3), where UN a (by the selected reference waveform, the pulse width modulation and other operating conditions certain) fraction of the DC input voltage Ud and «* 2 ir. F * .t is.
Im realen Fall weisen aber die Schalter, die in der Regel aus antiparallel geschalteten Thyristoren oder anderen Halbleiter-Ventilen bestehen, einen Schwellspannungsabfall Uv auf, durch den sowohl der Betrag 1Ul wie auch der Phasenwinkel α der Klemmenspannung verfälscht werden. Dies stört vor allem bei geringer Aussteuerung des Umrichters, insbesondere bei geregelten Antrieben.In the real case, however, the switches, which are usually made anti-parallel switched thyristors or other semiconductor valves exist, a threshold voltage drop Uv, through which both the amount 1Ul and the phase angle α of the terminal voltage be falsified. This is particularly troublesome when the drive is low, especially with regulated drives.
In Fig. 1 ist ferner im Hinblick auf die Erfindung bereits die Möglichkeit gezeigt, daß an entsprechenden Additionsstellen 8.R, 8.S, 8.T zu den Referenzspannungen noch jeweils eine Zusatzspannung Uz.S, Uz.R, Uz.T aufgeschaltet werden kann, was einer Vorsteuerung der entsprechenden Ausgangsspannung, auf die der zur jeweiligen Referenzspannung gehörende Schalter arbeitet, entspricht.In Fig. 1 there is also the possibility with regard to the invention shown that at corresponding addition points 8.R, 8.S, 8.T to the reference voltages an additional voltage Uz.S, Uz.R, Uz.T each can be switched on, which a pre-control of the corresponding output voltage to which the relevant The switch belonging to the reference voltage works, corresponds to.
Die gleichen Verhältnisse liegen auch vor, wenn anstelle des in Fig. 1 dargestellten Pulswechselrichters mit Eingangsgleichspannung ein Direktumrichter oder ein anderer Stromrichter verwendet wird, bei dem für die Bildung der Schaltbefehle des auf einen Ausgang arbeitenden Schalters eine Referenzspannung für die betreffende Ausgangsspannung vorgeseben ist.The same conditions apply if instead of the one shown in Fig. 1 pulse inverter with DC input voltage is a direct converter or another converter is used for the generation of the switching commands of the switch working on an output provides a reference voltage for the relevant Output voltage is predetermined.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen spannungseinprägenden Stromrichterschaltungen sicherzuslln, daß durch die Schwellspannungen der verwendeten Schalter Phase und Betrag der Ausgangsspannung nicht verändert werden.The invention is based on the object of such voltage-impressing Converter circuits ensure that by the threshold voltages of the used Switch phase and amount of the output voltage cannot be changed.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Referenzspannung eine der Schwellspannung des verwendeten Schalters proportionale Zusatzspannung mit der Polarität des auf diesen Ausgang fließenden Stromes addiert wird. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Stromrichterschaltung besitzt demnach neben dem üblichen Referenzspannungsgenerator, aus dessen Ausgangsspannung die Umschaltimpulse eines Stromrichterschalters abgeleitet werden, zusätzlich ein Additionsglied, an dem zur Referenzspannung eine der Schwellspannung des Stromrichterschalters proportionale Zusatzspannung mit der Polarität des d<'n Schalter durchfließenden Stromes addiert wird.According to the invention, this object is achieved in that the reference voltage an additional voltage proportional to the threshold voltage of the switch used is added to the polarity of the current flowing to this output. One after This method working converter circuit therefore has in addition to the usual Reference voltage generator, from whose output voltage the switching pulses of a Converter switch are derived, in addition an adder to which for Reference voltage one of the threshold voltage of the converter switch proportional Additional voltage added to the polarity of the current flowing through the switch will.
Anhand eines Ausführungsbeispieles und drei weiteren Figuren wird die Erfindung näher erläutert.On the basis of an exemplary embodiment and three other figures the invention explained in more detail.
In Fig. 2 ist in einem Vektordiagramm die gegenseitige Lage des Ausgangsstromes i der Stromrichterschaltung, der sich im idealen Fall (Vernachlässigung der Schwellspannungen) ergebenden idealen Ausgangsspannung Ui und der im realen Fall sich ergebenden Ausgangsspannung Ur dargestellt. Betrag und Richtung des idealen Ausgangsspannungs- systems Ui ist entsprechend den eingangs angegebenen Formeln durch das Referenzspannungssystem vorgegeben. Die Schwellspannungen Uv führen jedoch dazu, daß im realen Fall die Stromrichterschaltung das Ausgangsspannungs system #r liefert, das gegenüber #i in Phase und Ampli tude abweicht. Gegenüber dem mit der Frequenz α = 2 #.In Fig. 2, the mutual position of the output current is in a vector diagram i of the converter circuit, which in the ideal case (neglecting the threshold voltages) resulting ideal output voltage Ui and the resulting output voltage in the real case Ur illustrated. Amount and direction of the ideal output voltage systems Ui is in accordance with the formulas given above through the reference voltage system given. However, the threshold voltages Uv lead to the fact that in the real case Converter circuit supplies the output voltage system #r, which compared to #i deviates in phase and amplitude. Compared to that with the frequency α = 2 #.
umlaufenden Referenzspannungssystem bzw. dem dazu synchronen idealen Ausgangsspannungssystem und dem Stromsystem # stellt sich der belastungsabhängige Stromwinkel # ei wobei der Ventilspannungsabfall durch die Richtung des Stromsystems gegeben ist, also ein ebenfalls mit der Frequenz α = 2 #. f* umlaufendes System darstellt, dessen Grundschwingung durch einen Schwellspannungsvektor U (1 der konstanten Amplitude Uv . sin ( α - # ). 4/# dargestellt werden kann.revolving reference voltage system or the ideal synchronous thereto The output voltage system and the current system # are the load-dependent Current angle # ei where the valve voltage drop through the direction of the current system is given, so one also with the frequency α = 2 #. f * circulating system represents whose fundamental oscillation is represented by a threshold voltage vector U (1 of the constant Amplitude Uv. sin (α - #). 4 / # can be represented.
Gemäß Fig. 2 ergibt sich somit zwischen den Beträgen der idealen und der realen Ausgangsspannungen das Verhältnis: und für den Winkel #α zwischen diesen Spannungen: Der max. Betragsfehler tritt demnach bei # = 0° oder 180° auf und ergibt sich zu während der max. Winkelfehler bei # = 90° vorliegt, wobei gilt: In Fig. 1 ist für die Phase R der Verlauf der zur entsprechenden Referenzspannung Uref. R gehörenden Ausgangsspannung Ui.R bei vernachlässigter Schwellspannung dargestellt, wobei von folgendem Betriebszustand ausgegangen wurde: Darunter ist für den Fall, daß entsprechend der vorgegebenen Belastung der Winkel # zwischen der Referenzspannung und dem Ausgangsstrom 60° beträgt, der Verlauf des Ausgangsstromes i.R der Phase R gezeigt. Der gestrichelt dargestellte Verlauf des Ventilspannungsvektors bei einem angenommenen Wert der Ventilspannung von 1,35 V ist in Phasen mit dem Strom. Die Ventil spannung bewirkt, daß im realen Fall die reale Ausgangsspannung Ur.R der Phase R gegenüber der idealen Spannung U. .R um den Wert # UV.R =UV.R . sign (i.R) verschoben ist. Für diesen Fall ergeben sich für die Fehler des Betrags und der Phase: Bei Antrieben mit hochwertiger Regelung, d.h. großem Stellbereich bei guter Dynamik, sind dit.t Fehler zu hoch.According to FIG. 2, the ratio between the absolute values of the ideal and the real output voltages is: and for the angle # α between these stresses: The maximum amount error therefore occurs at # = 0 ° or 180 ° and results in while the max. angle error is at # = 90 °, where: In FIG. 1, the profile of the reference voltage Uref for the corresponding reference voltage is for phase R. R associated output voltage Ui.R is shown with neglected threshold voltage, assuming the following operating state: Below this, the profile of the output current iR of phase R is shown for the case that the angle # between the reference voltage and the output current is 60 ° according to the specified load. The curve of the valve voltage vector shown in dashed lines for an assumed value of the valve voltage of 1.35 V is in phases with the current. The valve voltage has the effect that in the real case the real output voltage Ur.R of phase R compared to the ideal voltage U. .R by the value # UV.R = UV.R. sign (iR) has been postponed. In this case, the errors in the amount and the phase result: For drives with high-quality control, ie large setting range with good dynamics, dit.t errors are too high.
Um jedoch gegenüber dem Referenzsystem die Abweichung in der Grundschwingung der realen Ausgangsspannung zu berücksichtigen, genügt es wegen der Phasengleicllheit des Stromes und der Ventilspannungen, als Zusatzspannung den entsprechenden Additionsstellen 8.R, 8.S, 8.T, die bereits in Fig. 1 gezeigt sind, die entsprechenden Schwellspannungen mit dem Vorzeichen der entsprechenden Phasenströme aufzuschalten. Eine entsprechende Schaltung zeigt Fig.4.However, in relation to the reference system, the deviation in the fundamental oscillation It is sufficient to take into account the real output voltage because of the phase equality of the current and the valve voltages, as additional voltage to the corresponding addition points 8.R, 8.S, 8.T, which are already shown in Fig. 1, the corresponding threshold voltages to be connected with the sign of the corresponding phase currents. A corresponding The circuit is shown in Fig. 4.
Dabei ist aus den Ausgangsströmen i.R und i.S der Phasen R, S für den Fall, daß der Sternpunkt der Last nicht angeschlossen ist, der entsprechende Phasenstrom i.T gebildet. Mittels Vorzeichendetektoren (Grenzwertmelder l0.R, l0.S, l0.T) werden die Vorzeichen ermittelt. Das entsprechende Ausgangssignal dieser Vorzeichendetektoren, mit den jeweiligen Schwellspannungen gewichtet (Proportionalglieder ll.R, ll.S, ll.T), ergibt die jeweilige Korrekturspannung.It is from the output currents i.R and i.S of the phases R, S for in the event that the star point of the load is not connected, the appropriate one Phase current formed i.T. By means of sign detectors (limit indicators l0.R, l0.S, l0.T) the signs are determined. The corresponding output signal of these sign detectors, weighted with the respective threshold voltages (proportional terms ll.R, ll.S, ll.T), results in the respective correction voltage.
Die Schalterschwellspannungen werden somit phasen- und betragsrichtig kompensiert. Die Klemmenspannung entspricht dann auch bei kleinem Aussteuergrad den vorgegebenen Steuergrößen U*, α* Diese Kompensation kann an sich auch bei anderen Umrichtertypen angewendet werden, sie ist aber insbesondere bei spannungseinprägenden Typen (Pulsumrichter, Direktumrichter) vorteilhaft.The switch threshold voltages are thus correct in phase and amount compensated. The terminal voltage then corresponds to even with a low degree of modulation the specified control variables U *, α *. This compensation can in itself also can be used with other converter types, but it is particularly important for voltage-impressing Types (pulse converters, direct converters) advantageous.
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| DE19833310816 DE3310816A1 (en) | 1983-03-24 | 1983-03-24 | Method for compensation of the switching threshold voltage in a voltage-injection converter circuit, and a converter circuit for this purpose |
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| DE3310816C2 DE3310816C2 (en) | 1991-04-25 |
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| DE3310816C2 (en) | 1991-04-25 |
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