DE3542753A1

DE3542753A1 - Verfahren zur pulsbreitenmodulation eines pulswechselrichters

Info

Publication number: DE3542753A1
Application number: DE19853542753
Authority: DE
Inventors: Norbert Ing Grad Niesel; Klaus Ing Grad Wegener
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-11-30
Filing date: 1985-11-30
Publication date: 1987-06-04
Also published as: DE3542753C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein derartiges Verfahren ist der DE-PS 24 61 501 zu ent nehmen.

Im Bereich um 30° des Drehwinkels des umlaufenden Vektors der Aus gangsspannung des Pulswechselrichters und erneut jeweils 60° weiter ergeben sich betrieblich bedingt verhältnismäßig hohe Tastverhältnisse, d. h. die gewünschte Ausgangsspannung erfordert, daß die Schalter des Pulswechselrichters extrem oft geöffnet und geschlossen werden müssen. Dabei sind jedoch die Mindestzeiten der in der Regel aus Halbleitern be stehenden Schalter des Pulswechselrichters, der zumeist lastseitiger Teil eines an einem speisenden Netz liegenden Umrichters ist, zu beachten. Diese Mindestzeiten begrenzen frequenzmäßig, wenn die Frequenz der Modulations-Dreieckspannung zu hoch ist, die Betriebsmöglichkeit des Pulswechselrichters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem eine Beschränkung des Betriebes durch halbleiterschalterbedingte Mindestzeiten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Dadurch sind extreme Tastverhältnisse, wie sie besonders im Bereich um 30° des Drehwinkels auftreten, trotz der bestehenden Mindestzeiten mög lich. Im Zusammenwirken mit dem Tiefpaßverhalten einer an den Puls wechselrichter angeschlossenen Last ergibt sich zudem vorteilhafterweise eine vom Tastverhältnis nahezu unabhängige konstante Stromwelligkeit.

Das Verfahren nach der Erfindung soll beispielhaft anhand der Zeichnung nachfolgend erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines einen Motor speisenden Umrichters mit einem Pulswechselrichter und die Steuerung des Pulswechsel richters zur Pulsbreitenmodulation der an den Motor gelegten Spannung,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von zwei der Steuerung des Pulswechsel richters zugrundeliegenden Dreieckspannungen sowie die daraus abgeleiteten Signale zur Erstellung der Steuersignale für den Pulswechselrichter,

Fig. 3 des zeitliche Verlauf der Steuersignale für sechs Schalter des Pulswechselrichters und

Fig. 4 die durch die Pulsbreitenmodulation mittels der in Fig. 2 dar gestellten Steuersignale auftretende Ortskurve des Ausgangs spannungsvektors an einer Phase des Pulswechselrichters.

Der Umrichter gemäß Fig. 1 speist aus einem links angedeuteten drei phasigen Netz einen dreiphasigen Motor M mit einer pulsbreitenmodu lierten Spannung. Der Umrichter weist dabei eingangsseitig einen Gleich richter GR, der als Quelle variabler Spannung bzw. variablen Stromes für einen Zwischenkreis mit einem Kondensator C und Drosselspule L dient, auf. Die Zwischenkreisspannung wird von einem, wie angedeutet, in dreiphasiger Drehstrombrückenschaltung aufgebauten Pulswechsel richter PWR durch Pulsbreitenmodulation in eine dreiphasige Sinus spannung für den Motor M umgewandelt.

Zur Erzeugung der Steuersignale für sechs Wechselrichterschalter (Thyristoren) des Pulswechselrichters PWR sind zwei in üblicher Weise aufgebaute und deshalb nicht in Einzelheiten dargestellte Dreiecksgeneratoren D 1 und D 2 vorgesehen. Der Dreiecksgenerator D 2 erzeugt eine symmetrische Dreieck spannung ϕ₆₀ mit einer Frequenz der dreifachen Ausgangsfrequenz. Ein dem Dreiecksgenerator D 1 zugeführtes Signal V* die Drehrichtungs änderungen bei einem Reversieren des Motors M vor und legt damit die Integrationsrichtung bei der Erzeugung der Dreieckspannung ϕ₆₀ fest. Das Reversieren kann damit stetig erfolgen.

Der Dreiecksgenerator D 1 in Funktion eines Pulsbreitenumsetzers stellt eine symmetrische Dreieckspannung d _M bereit, die die Ausgangs spannung moduliert und die (variable) Pulsfrequenz bestimmt.

Die Steuersignale für den Pulswechselrichter PWR werden durch Vergleich der beiden Dreieckspannungen ϕ₆₀ und ϕ _M gebildet. Dieses erfolgt über einen Komparator K, dessen Ausgangssignal T einer Steuereinrichtung S zugeführt ist. Diese Steuereinrichtung weist einen (nicht dargestellten) Ringzähler auf, der über eine weitere (nicht dargestellte) Steuereinheit die vom Ringzähler abgegebenen Signale auf den Steueranschluß der ein zelnen Schalter des Pulswechselrichters PWR schaltet.

Das Ausgangssignal T des Komparators K gibt mit seinen Flanken die Taktsignale (Clocksignale) C für den Ringzähler vor. Mit dem Rücken des Signals T entsprechend einem Signal V wird der Ringzähler je nach dem, ob es sich um einen Highpegel oder einen Lowpegel handelt, ver anlaßt, in diesem Zeitbereich vorwärts oder rückwärts zu zählen (Signale V _V bzw. V _R).

Erfindungsgemäß wird der Dreiecksgenerator D 1 als Pulsbreitenumsetzer bei der Erzeugung der Dreieckspannung ϕ _M in Abhängigkeit vom Dreh winkel ϕ des Vektors der Ausgangsspannung am Ausgang des Puls wechselrichters PWR derart gesteuert, daß bei 0° des Drehwinkels ϕ die maximale Pulsfrequenz auftritt, während diese kontinuierlich bis auf ein Minimum bei 30° gemindert wird. Anschließend steigt die Frequenz kontinuierlich bis zum Erreichen des Winkels d = 60° wieder auf ihr Maximum. Anschließend wiederholt sich der gesamte Vorgang innerhalb von jeweils 60° des Drehwinkels ϕ. Dadurch sind extreme Tastver hältnisse, wie sie besonders im Bereich um d = 30° auftreten, trotz der Umrichtermindestzeiten möglich.

Fig. 2 zeigt wie durch Vergleich der beiden Signale ϕ₆₀ und ϕ _M das Ausgangssignal T des Komparators und die daraus entstehenden Ring zähleransteuersignale C und V abgeleitet werden.

In Fig. 3 sind die Ansteuersignale für die sechs (Thyristor-) Schalter des Pulswechselrichters PWR gezeigt. Entsprechend der Modulation durch den Vergleich der Dreieckspannungen ϕ _M und ϕ₆₀ wird jeder Schalter über 60° in der Breite ansteigend gepulst, über 120° dann dauerhaft ge schlossen, darauf über weitere 60° in der Breite abklingend gepulst und schließlich für die restlichen 120° des Drehwinkels ϕ geöffnet.

Die Ansteuerung der Ventile führt zu einem kontinuierlich verstellbaren Spannungssystem, dessen Ortskurve für den umlaufenden Zeiger der Spannung U einer Phase am Ausgang des Pulswechselrichters PWR in Fig. 4 dargestellt ist.

Das beschriebene Verfahren ist z. B. für die kontinuierliche Drehwinkel verstellung zwischen ϕ 0° und 360° geeignet, wenn der Motor einen Positionierantrieb bildet.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines in dreiphasiger Drehstrombrückenschaltung geschalteten, eine pulsbreitenmodulierte Ausgangsspannung abgebenden Pulswechselrichters, bei dem zur Erzeugung der sechs Steuersignale für die Schalter des Pulswechselrichters ein Vergleich zweier symmetrischer Dreieckspannungen durchgeführt wird, von denen die eine eine Frequenz der dreifachen Ausgangsfrequenz des Pulswechselrichters aufweist und durch die andere die Pulsfrequenz bestimmt sowie die Ausgangsspannung des Pulswechselrichters moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Pulsfrequenz bestimmende Dreieckspannung bei 0° des Dreh winkels des umlaufenden Vektors der Ausgangsspannung ihre maximale Frequenz aufweist, von der sie dann kontinuierlich auf ein Minimum ihrer Frequenz bei 30° des Drehwinkels zurückgenommen wird, um erneut kon tinuierlich in der Frequenz auf ein Maximum bei 60° des Drehwinkels zu steigen, worauf sich der gesamte Vorgang jeweils innerhalb von 60° des Drehwinkels wiederholt.