DE3540113A1

DE3540113A1 - Verfahren zum betrieb eines pulsmustergenerators

Info

Publication number: DE3540113A1
Application number: DE19853540113
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Prenzel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-11-09
Filing date: 1985-11-09
Publication date: 1987-06-04
Also published as: DE3540113C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der "Siemens-Zeitschrift" 45 (1971) Heft 3, Seiten 154 bis 161 bekannt.

Während im unteren Frequenzbereich (d.h. zum Beispiel beim Anfahren eines über den als Pulswechselrichter arbeitenden Stromrichter gespeisten Motors) üblicherweise die Dreieckspannung bei festgehaltener Pulsfrequenz "frei läuft" (sogenanntes freies Pulsen), ist bei steigender Frequenz (z.B. ab 60% der Nennfrequenz) die Sinusspannung mit der Dreieckspannung synchronisiert (sogenanntes synchronisiertes Pulsen). Beim Erhöhen der Aussteuerung des Pulsmustergenerators (also dem Erhöhen der Ampli tude der Sinusspannung) werden die abgegebenen Impulse, d. h. die Zeiten, in denen die Dreieckspannung höher als die Sinusspannung ist, automatisch kürzer. Der Kürze der Impulsdauer ist jedoch aufgrund der physikalischen Gegebenheiten der Ventile des Stromrichters, die in der Regel als Halb leiterschalter ausgebildet sind, eine Grenze gesetzt. Beim Schalten der Ventile sind mithin Mindestzeiten einzuhalten, so daß die Impulsdauer bei kurzen Impulsen auf die notwendige Mindestzeit ausgedehnt werden muß. Kommt es schließlich zu bestimmten Zeiten der Halbperiode nahe des Maximums der Sinusspannung zu keinem Impuls mehr, weil die Drei eckspannung die Amplitude der Sinusspannung dort nicht mehr übersteigt (was z. B. etwa bei 80% der Maximalaussteuerung auftritt), treten beim Übergang vom Zustand mit Impulsen der Mindestzeitdauer zu dem Zustand ohne Impulse Sprünge in der Grundschwingungsamplitude der Ausgangs spannung des Stromrichters auf. Bei verhältnismäßig niedrigen (aber aus anderen Gründen nicht erhöhbaren) Pulsfrequenzen der Dreieckspannung (etwa bei einer 9er-Taktung pro Periode) ist ein solcher Spannungssprung besonders gravierend. Die Unstetigkeiten erweisen sich als äußerst störend, weil z. B. ein Spannungssprung von 3% eine bis zu 10prozentige Strom änderung zur Folge haben kann. Ein vom Stromrichter gespeister Motor reagiert mit entsprechenden Drehmomentänderungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der ein gangs genannten Art Spannungssprünge am Ausgang des Stromrichters in folge des Auftretens von durch den Pulsmustergenerator erzeugten Steuer impulsen, die aufgrund des Schnittstellen-Vergleichs der Sinusspannung mit der Dreieckspannung gleich oder kürzer als die Mindestzeit sind, zu minimieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn zeichneten Merkmale gelöst.

Infolge des synchronisierten Verlaufs von Sinusspannung und Dreieckspan nung ist es bei Kenntnis der über die Ansteuerung des Pulsmustergene rators vorgegebenen Spannungsamplitude der Sinusspannung und der Höhe der Dreieckspannung ohne Mühe feststellbar, wann die Impulse die Min destschaltzeit der Ventile in ihrer Dauer erreichen bzw. unterschreiten. Diese Impulse werden dann gezielt ausgeblendet. Die ebenfalls ohne wei teres ermittelbare Spannungszeitfläche der ausgeblendeten Impulse wird verbliebenen Impulsen zugegeben, so daß die sonst auftretenden Span nungssprünge gemindert, wenn nicht gar beseitigt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Das Verfahren nach der Erfindung soll im folgenden für ein Beispiel anhand der Zeichnung erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1a den zeitlichen Verlauf von Sinus- und Dreieckspannung in einem Pulsmustergenerator,

Fig. 1b den zeitlichen Verlauf der daraus erzeugten Steuerimpulse nach dem Stande der Technik und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

In Fig. 1a ist für eine Viertelperiode über der Zeit t der Verlauf einer sinusförmigen Spannung U _S gezeigt, durch deren Amplitude die Höhe der Aussteuerung eines Pulsmustergenerators bestimmt ist. Ferner steht dem Pulsmustergenerator zur Bereitstellung von Steuerimpulsen für die Ventile eines steuerbaren Stromrichters eine mit der sinusförmigen Spannung syn chronisierte, symmetrische Dreieckspannung U _D zur Verfügung. Durch analogen Schnittstellen-Vergleich der beiden Spannungen durch den als Komparator ausgebildeten Pulsmustergenerator entstehen die in Fig. 1b gezeigten Steuersignale U ₁₀.

Bei einer für den Stromrichter geforderten Aussteuerung von zum Beispiel < 80%, wie in Fig. 1a gezeigt, ist die sinusförmige Spannung U _S so weit in ihrer Amplitude angehoben, daß nahe des Spannungsmaximums bei π/2 der Kurvenzug der Dreieckspannung U _D den Kurvenzug der Sinus spannung U _S nicht mehr schneidet, d. h. es treten keine Impulse mehr auf. Bevor dieses der Fall ist, werden die Impulse so schmal, daß sie eine bei den Ventilen des Stromrichters einzuhaltende Mindestzeit t _min unter schreiten. Um zu verhindern daß die Ventile in derartigen Fällen Schaden nehmen, werden von einer dem Pulsmustergenerator nachgeschalteten Ein richtung die unterhalb der Dauer der Mindestzeit liegenden Impulse auf die Mindestzeit t _min verlängert, wie es gestrichelt in Fig. 1b beim Impuls a angedeutet ist.

Der Übergang bei den Steuersignalen zwischen dem Zustand, in dem diese, auf die Mindestzeit verlängerten Impulse vorliegen und dem Zustand, in dem infolge der mangelnden Schnittstelle (Fig. 1a) der zu vergleichenden beiden Spannungen keine Impulse auftreten, führt zu un erwünschten Sprüngen der Grundschwingung der Spannung am Ausgang des Stromrichters. Um diese Sprünge möglichst klein zu halten, werden Impulse, die kürzer als die Mindestzeit t _min sind, gezielt aus dem Verlauf der Steuerspannung U ₁₀ ausgeblendet (z. B. Impuls a), während die Spannungs zeitfläche dieses ausgeblendeten Impulses den verbliebenen Impulsen (z.B. dem Impuls b) zugeschlagen wird, was zu einer entsprechenden Verbrei terung der Nachbarimpulse führt.

In Fig. 2 ist dieses Prinzip verdeutlicht: Dem Pulsmustergenerator PMG wird eine für die Aussteuerung des Stromrichters notwendige Steuer spannung U zugeführt, die die Amplitude der im Pulsmustergenerator PMG vorliegenden (hier nicht gezeigten) sinusförmigen Spannung U _S zum Ver gleich mit der (ebenfalls hier nicht gezeigten) synchronisierten Dreieck spannung U _D bestimmt. Ferner erhält der Pulsmustergenerator PMG die gewünschte Frequenz f vorgegeben, die die Ausgangsspannung des vom Pulsmustergenerator PMG gesteuerten Stromrichters aufweisen soll.

Der Pulsmustergenerator PMG stellt entsprechend dem zu Fig. 1a er läuterten Schnittstellen-Vergleich an seinem Ausgang Steuerimpulse (U ₁₀ in Fig. 1b) mit einer Frequenz f _p zur Verfügung. Diese Steuer impulse werden einem Decoder DEC zugeführt. Dem Decoder DEC wird außerdem die Spannung U als Maß für die Spannungsamplitude der sinus förmigen Spannung eingegeben. Da die Frequenz f _p der Steuersignale vor liegt, die Dreieckspannung mit der sinusförmigen Spannung synchronisiert ist und auch deren Höhe bekannt ist, bestimmt der Decoder DEC ohne Mühe die Zeitpunkte, zu denen Steuerinpulse so kurz werden müssen, daß sie die Mindestzeit der Ventile unterschreiten würden. In diesen Fällen blendet der Decoder DEC diese Impulse aus, so daß am Ausgang Steuer impulse der Frequenz f′ _p vorliegen. Tritt eine Impulsausblendung auf, so gibt der Decoder DEC eine Spannung Δ U heraus, die entsprechend dem ausgeblendeten Impuls bewertet ist. Bis zur Ausblendung des nächsten Impulses wird dieses Δ U wieder zurückgenommen, um dann, entsprechend bewertet, wieder zur Verfügung zu stehen. Die Spannung Δ U wird an einem Summierungspunkt vor dem Eingang des Pulsmustergenerators PMG der Steuerspannung U abgezogen, so daß die Amplitude der sinusförmigen Spannung U _S in diesem Bereich entsprechend gesenkt wird. Demzufolge werden die verbliebenen Impulse um die zu ergänzende Spannungszeit fläche breiter.

In gleichem Sinne ist es auch vorteilhaft, durch den Decoder DEC auf die Dreieckspannung beim Pulsmustergenerator PMG einzuwirken und diese in Bereichen, in denen ein auszublendender Impuls auftritt, zu erhöhen.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines die Ventile eines Stromrichters nach dem Unterschwingungsverfahren steuernden Pulsmustergenerators, der Impulse durch Schnittstellen-Vergleich einer Sinusspannung mit einer synchroni sierten Dreieckspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn beim Vergleich der Sinusspannung mit der Dreieck spannung ein Impuls entstehen muß, der gleich oder kürzer als die bei den Ventilen einzuhaltende Mindestschaltzeit ist, dieser Impuls ausge blendet wird und seine Spannungszeitfläche einem oder mehreren zeit lich benachbarten Impulsen zugeschlagen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Bereich des Auftretens des oder der verbliebenen Impulse die Amplitude der Dreieckspannung angehoben und/oder die Amplitude der Sinusspannung gesenkt wird.