DE4026837A1 - Control method for processing voltage desired values - controlling valves of inverter fed with specified input DC voltage to give continuous control of output voltage - Google Patents
Control method for processing voltage desired values - controlling valves of inverter fed with specified input DC voltage to give continuous control of output voltageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren zum Verarbeiten von Spannungs-Sollwerten zu Zündsignalen, die die Ventile eines mit vorgegebener Eingangsgleichspannung gespeisten Pulswechselrichters ansteuern, wobei zur quasikontinuierlichen Steuerung der Ausgangsspannungen des Pulswechselrichters die Abfolge und die Verweilzeiten von Zündsignalen so bestimmt werden, daß die Spannungs-Sollwerte jeweils innerhalb eines der m Darstellintervalle approximiert werden, und auf eine Steuereinrichtung für einen Pulswechselrichter.The invention relates to a control method for Processing voltage setpoints to ignition signals that the Valves one fed with a given DC input voltage Control pulse inverter, whereby to quasi-continuous Control of the output voltages of the pulse inverter Sequence and the dwell times of ignition signals are determined in this way be that the voltage setpoints within each of the m display intervals are approximated, and to a control device for a pulse inverter.
Ein Steuerverfahren ist aus der DE 31 31 344 C2 bekannt. Bei diesem Verfahren, auch bekannt als Raumzeiger-Modulation, wird ein Soll-Raumzeiger zunächst für eine bestimmte Zeit, das Darstellintervall, als konstant betrachtet. Dieser Raumzeiger ist durch den Betrag und den Winkel eindeutig bestimmt. Dieser Raumzeiger liegt innerhalb eines Sektors des Spannungszeigerdiagramms, das die acht möglichen Schaltzustände eines Pulswechselrichters darstellt. Gemäß der Raumzeiger-Modulation soll nun der Soll-Raumzeiger im Mittel über das Darstellintervall dadurch approximiert werden, daß mehrere Zeiger eines Sektors nacheinander geschaltet werden (=Schaltfolge). Die relative Einschaltdauer bzw. Verweilzeiten werden in Abhängigkeit vom Betrag und Winkel des Soll-Raumzeigers berechnet. Nach Beendigung dieses Darstellintervalls wird ein neuer Soll-Raumanzeiger vorgegeben und im nächsten Darstellintervall mittels Zeiger approximiert. Die Intervallänge der Darstellintervalle ist aus der maximalen Schaltfrequenz des Pulswechselrichters abgeleitet. Die Intervallänge ist konstant. In Abhängigkeit von der Frequenz des Soll-Spannungszeigers kann die Intervallänge der Darstellintervalle bereichsweise verändert werden. A control method is from DE 31 31 344 C2 known. In this process, also known as space vector modulation, a target space pointer is initially for a certain time, the display interval, is considered constant. This space pointer is unique due to the amount and the angle certainly. This space pointer lies within a sector of the Voltage vector diagram showing the eight possible switching states represents a pulse-controlled inverter. According to the space vector modulation should now be the target room pointer on average over the display interval are approximated in that several pointers of one Sector are switched one after the other (= switching sequence). The relative duty cycle or dwell times are dependent calculated from the amount and angle of the target space vector. To A new target room indicator will end this display interval specified and in the next display interval using Approximated pointer. The interval length of the display intervals is the maximum switching frequency of the pulse inverter derived. The interval length is constant. In dependence of The frequency of the target voltage pointer can be the interval length the display intervals are changed in some areas.
Es ist nun festgestellt worden, daß innerhalb eines Darstellintervalls die Augenblickswerte der Ausgangsspannungen des Pulswechselrichters vom Spannungs-Sollwert mehr oder weniger abweichen. Dadurch entsteht ein Verzerrungsstrom, der in dem angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise einem Drehstrommotor, zusätzliche Verluste verursacht. Der Wert des Verzerrungsstromes steigt mit wachsender Intervallänge der Darstellintervalle an. Außerdem hängt der Wert des Verzerrungsstromes auch von der Schaltfolge und vom Betrag bzw. Aussteuergrad und vom Winkel des Spannungs-Sollzeigers ab.It has now been found that within a display interval the instantaneous values of the output voltages of the pulse inverter deviate more or less from the voltage setpoint. This creates a distortion current in the connected consumers, for example a three-phase motor, caused additional losses. The value of the distortion current increases with increasing interval length of the display intervals at. The value of the distortion current also depends also of the switching sequence and the amount or degree of modulation and from the angle of the nominal voltage pointer.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverfahren und eine Steuervorrichtung für einen Pulswechselrichter anzugeben, mit dem die durch den Verzerrungsstrom verursachten mittleren Zusatzverluste minimiert werden, ohne daß die Anzahl der Schalthandlungen pro Wechselrichterventil und Periodendauer der Spannungsgrundschwingung den aufgrund der maximalen Schaltfrequenz zulässigen Wert überschreitet.The invention is based on the object of a control method and a control device for a pulse inverter to indicate with which those caused by the distortion current mean additional losses can be minimized without reducing the number of switching operations per inverter valve and period the fundamental voltage due to the maximum switching frequency permissible value exceeds.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of the license plate of claim 1 solved.
Bei diesem Verfahren werden die Intervallängen der Darstellungsintervalle über eine Grundschwingungsperiode in Abhängigkeit von Aussteuergrad und Winkel des Spannungs-Sollwertes verändert. Die Änderungen der Intervallängen der Darstellintervalle sind auch abhängig von der Schaltfolge. Durch dieses Verfahren werden die Intervallängen der Darstellintervalle innerhalb eines Sektors des Zeigerdiagramms in bezug auf ein mittleres Darstellintervall derart verändert, daß jeweils am Anfang und am Ende des Sektors die Intervallängen der Darstellintervalle größer und in der Umgebung der Sektormitte die Intervallängen der Darstellintervalle kleiner sind als ein mittleres Darstellintervall. Durch dieses Verfahren wird die Anzahl von Darstellintervallen bezogen auf eine Grundschwingungsperiode nicht verändert, sondern lediglich die einzelnen Intervallängen werden größer und kleiner, damit die Abweichungen der Augenblickswerte der Ausgangsspannungen des Pulswechselrichters von dem Spannungs-Sollwert bezogen auf eine Grundschwingungsperiode gemittelt und minimiert werden. Wenn bei diesem Verfahren innerhalb einer Grundschwingungsperiode der Spannungsbetrag und die Frequenz des Spannungs-Sollwertes konstant bleibt, kann eine optimale Minimierung der durch die Verzerrungsströme verursachten Verlustleistung erreicht werden.With this method, the interval lengths of the display intervals over a fundamental period of degree of modulation and angle of the voltage setpoint changed. The changes in the interval lengths of the display intervals are also dependent on the switching sequence. Because of this The interval lengths of the display intervals are used within a sector of the vector diagram with respect to one average display interval changed such that on The start and end of the sector are the interval lengths of the display intervals larger and around the center of the sector Interval lengths of the display intervals are smaller than one medium display interval. Through this procedure the Number of display intervals related to a fundamental period not changed, but only the individual Interval lengths become bigger and smaller, so the deviations the instantaneous values of the output voltages of the pulse inverter from the voltage setpoint related to a fundamental period be averaged and minimized. If at this procedure within a fundamental oscillation period of Voltage amount and the frequency of the voltage setpoint remains constant, can be optimally minimized by the Distortion currents can be achieved.
Bei einem vorteilhaften Steuerverfahren mit symmetrischer Schaltfolge nach dem Verfahren der Raumzeigerapproximation ändert sich die Intervallänge innerhalb eines Winkelbereichs von 60°el annähernd kosinusförmig um einen Mittelwert.In an advantageous control method with symmetrical Switching sequence according to the space pointer approximation method the interval length changes within an angular range of 60 ° el approximately cosine around an average.
Dieses Steuerverfahren kann prinzipiell bei jeder Steuereinrichtung (Steuersatz) angewendet werden, die nach dem Unterschwingungs- oder dem Raumzeiger-Verfahren arbeitet. Besonders geeignet sind Steuereinrichtungen mit abtastender Arbeitsweise, insbesondere Mikroprozessorlösungen.In principle, this control method can be used with any control device (Tax rate) applied after the undershoot or the space pointer method works. Especially control devices with scanning mode of operation are suitable, especially microprocessor solutions.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens, wird von einer Steuereinrichtung gemäß DE-31 31 344 C2 ausgegangen. Es kann auch von einer Steuereinrichtung ausgegangen werden, die in der Zeitschrift "Antriebstechnik", Band 27, 1988, Nr. 4, Seiten 131-133, insbesondere in Bild 7, dargestellt ist. Dieser bekannten Steuereinrichtung wird ein Speicher zugeordnet, in dem die Verläufe der Darstellintervalle als Funktion des Winkels des Spannungs- Sollwertes und des Aussteuergrads in Tabellenform hinterlegt sind. Diesem Speicher vorgeschaltet ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des Winkels und des Aussteuergrads. Mittels der Erweiterung der Steuereinheit werden die einzelnen Intervallängen der Darstellintervalle bestimmt, die dem bekannten Teil der Steuereinrichtung zugeführt werden, so daß auf der Grundlage der sich ändernden Intervallängen der Darstellintervalle ständige die Verweilzeiten der Spannungszeiger bzw. der Schaltzustände neu ermittelt werden.In the device for carrying out the control method according to the invention, a control device according to DE-31 31 344 C2 is assumed. It can also be assumed that a control device is shown in the journal "Antriebstechnik", Volume 27, 1988, No. 4, pages 131-133, in particular in Figure 7. A memory is assigned to this known control device, in which the courses of the display intervals as a function of the angle of the voltage setpoint and the degree of modulation are stored in tabular form. A device for determining the angle and the degree of modulation is connected upstream of this memory. By means of the expansion of the control unit, the individual interval lengths of the display intervals are determined, which are supplied to the known part of the control device, so that on the basis of the changing interval lengths of the display intervals, the dwell times of the voltage pointers or the switching states are continuously determined.
Bei einer zweiten Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens ist der bekannten Steuereinrichtung eine weitere Recheneinheit zugeordnet, in der ein oder mehrere Näherungsprogramme hinterlegt sind, der die Spannungs-Sollwerte zugeführt sind.In a second embodiment for performing the method the known control device is a further computing unit assigned in which one or more approximation programs are stored to which the voltage setpoints are supplied.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung bezug genommen, in der eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens schematisch veranschaulicht ist.For further explanation, reference is made to the drawing, in one embodiment of the device for performing schematically illustrates the control method according to the invention is.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des Pulswechselrichters zur Speisung einer symmetrischen Last, in Fig. 1 shows a schematic diagram of the pulse inverter for feeding a symmetrical load, in
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung nach Fig. 1 veranschaulicht, FIG. 2 illustrates a block diagram of a control device according to FIG. 1,
Fig. 3 zeigt einen Spannungs-Sollzeiger innerhalb eines durch die Zeiger Z 1, Z 2, Z 7 und Z 8 aufgespannten Spannungssektors, in den Fig. 3 shows a voltage target pointer within a voltage sector spanned by the pointers Z 1 , Z 2 , Z 7 and Z 8 , in the
Fig. 4 und 6 sind jeweils der Spannungs-Istwert und der Spannungs-Sollwert eines Darstellintervalls in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt, in den FIGS. 4 and 6 are respectively the actual voltage value and the voltage command value of a Darstellintervalls in a diagram over time t shown in the
Fig. 5 und 7 sind die zu den Fig. 4 und 6 zugehörigen Verzerrungsströme jeweils in einem Diagramm über der Zeit t veranschaulicht, in der FIGS. 5 and 7 are to FIGS. 4 and 6 associated distortion currents each t illustrated in a diagram over the time in which
Fig. 8 sind der Spannungs-Istwert und der Spannungs-Sollwert zweier verkürzter Darstellintervalle in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt, die FIG. 8 shows the actual voltage value and the desired voltage value of two shortened display intervals in a diagram over the time t
Fig. 9 zeigt den zur Fig. 8 gehörigen Verzerrungsstrom in einem Diagramm über der Zeit t und in FIG. 9 shows the distortion current associated with FIG. 8 in a diagram over time t and in
Fig. 10 ist der Verlauf der Intervallängen der Darstellintervalle Tpi in einem Diagramm über den Winkel γ* des Spannungs-Sollwertes u* dargestellt. FIG. 10 shows the course of the interval lengths of the display intervals T pi in a diagram over the angle γ * of the voltage setpoint u *.
In Fig. 1 ist ein Pulswechselrichter 2 über die Klemme 4 mit dem positiven und über die Klemme 6 mit dem negativen Anschluß einer vorgegebenen Eingangsgleichspannung UZ verbunden, wobei der Pulswechselrichter-Ausgang a entsprechend der Polarität eines digitalen Steuersignals SR über die auf diesen Ausgang a arbeitenden Ventile T1 und T2 alternativ mit dem positiven Eingang 4 oder dem negativen Eingang 6 verbindbar ist. Die entsprechenden, auf die Ausgänge b bzw. c arbeitenden Ventile sind mit T3, T4 bzw. T5, T6 bezeichnet. Die Ventile T1-T6 sind schematisch als Schalter dargestellt, sie können z. B. Schalttransistoren oder Thyristoren sein, wobei zu den Ventilen T1-T6 noch antiparallele Freilaufdioden D1-D6 vorgesehen sind. An den Ausgängen a, b und c des Pulswechselrichters 2 ist eine symmetrische Last 8 mit den Phasenspannungen UR, US, UT und freiem Sternpunkt 10 angeschlossen.In Fig. 1, a pulse inverter 2 is connected via terminal 4 to the positive and via terminal 6 to the negative terminal of a predetermined input DC voltage U Z , the pulse inverter output a corresponding to the polarity of a digital control signal S R via this output a working valves T 1 and T 2 can alternatively be connected to the positive input 4 or the negative input 6 . The corresponding valves working on the outputs b and c are designated T 3 , T 4 and T 5 , T 6 . The valves T 1 -T 6 are shown schematically as switches. B. switching transistors or thyristors, with anti-parallel freewheeling diodes D 1 -D 6 are also provided to the valves T 1 -T 6 . A symmetrical load 8 with the phase voltages U R , U S , U T and free star point 10 is connected to the outputs a, b and c of the pulse-controlled inverter 2 .
Die Steuersignale SR, SS und ST für die Steuerung der Ventile T1-T6 werden von einer Steuereinrichtung 12, deren Blockschaltbild in Fig. 2 näher dargestellt ist, in Form von digitalen Signalen gebildet, wobei beispielsweise dem Zustand SR=1 das geschlossene Ventil T1 und das geöffnete Ventil T2 zugeordnet ist. Zum Umschalten von Ventil T1 auf Ventil T2 bei einer Zustandsänderung von SR ist schematisch ein Negationsglied 14 dargestellt, wobei im reellen Fall noch üblicherweise weitere nicht dargestellte Bauteile, z. B. Endverstärker und eine Sperrschaltung, verwendet werden.The control signals S R , S S and S T for controlling the valves T 1 -T 6 are formed by a control device 12 , the block diagram of which is shown in more detail in FIG. 2, in the form of digital signals, the state S R =, for example 1 is associated with the closed valve T 1 and the open valve T 2 . To switch from valve T 1 to valve T 2 when the state changes from S R , a negation element 14 is shown schematically. B. power amplifier and a blocking circuit can be used.
Bei jedem Betriebszustand, bei dem jeweils eines der auf einen Ausgang arbeitenden Ventile T1, T2 bzw. T3, T4 bzw. T5, T6 gezündet ist, kann bei bekannter Eingangs-Gleichspannung UZ die Ausgangsspannung durch die Kombination der entsprechenden Zündsignale SR, SS, ST beschrieben werden. Entsprechend den möglichen acht Kombinationen dieser drei Zündsignale SR, SS und ST entstehen sechs Zeiger Z 1-Z 6 sowie die Nullzeiger Z 7 und Z 8, die jeweils einen Klemmenkurzschluß über die Klemme 4 oder 6 darstellen. Von diesen Zeigern Z 1-Z 8 sind in der Fig. 3 nur die Zeiger Z 1, Z 2, Z 7 und Z 8 dargestellt. Geht man davon aus, daß bei Zünden eines Ventils die Ausgangsspannung betragsmäßig proportional der Eingangsgleichspannung UZ ist und vernachlässigt Spannungsabfälle im Pulswechselrichter 2, so besteht für die Spannungsbeträge der ZusammenhangIs ignited at any operating state, wherein in each case one of the working on an output valves T 1, T 2 or T 3, T 4 and T 5, T 6, wherein a known input DC voltage U Z may be the output voltage by the combination of corresponding ignition signals S R , S S , S T are described. Corresponding to the possible eight combinations of these three ignition signals S R , S S and S T , six pointers Z 1 - Z 6 and the zero pointers Z 7 and Z 8 are produced , each of which represents a terminal short circuit via terminal 4 or 6 . Of these pointers Z 1 - Z 8 , only the pointers Z 1 , Z 2 , Z 7 and Z 8 are shown in FIG. 3. If one assumes that when a valve is ignited, the output voltage is proportional to the input DC voltage U Z and neglects voltage drops in the pulse inverter 2 , then there is a connection for the voltage amounts
Z 1 = . . . = Z 6 = 2/3 UZ und Z 7 = Z 8 = 0. Z 1 =. . . = Z 6 = 2/3 U Z and Z 7 = Z 8 = 0.
In Fig. 2 ist das Blockschaltbild der Steuereinrichtung 12 der Fig. 1 näher dargestellt. Diese Steuereinrichtung 12 besteht aus einer Recheneinheit 15, einer Zählereinheit 16, einem Zeitgeber 18, einer Zündsignallogik 20, einer Recheneinheit 22 und eines Speichers 24. Die Recheneinheit 22 bestimmt aus dem Spannungs-Sollwert u*, f*, die von einer übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung bereitgestellt werden, einen Aussteuergrad r und ein Sollwinkel γ* für das jeweilige Darstellintervall Tpi. Der ermittelte Aussteuergrad r und der Sollwinkel γ* werden der Recheneinheit 15 zugeführt. Außerdem wird das jeweilige Darstellintervall Tpi dieser Recheneinheit 15 vom Speicher 24 zugeführt, an deren Eingängen die Adreßwerte r und γ* anstehen. Die Recheneinheit 15 bestimmt aus diesen Eingangsgrößen r, γ* und Tpi die n Schaltzeiten kj. Tpi und die zugehörige Zündkombination Sj. Der Zählereinheit 16 werden die berechneten Verweilzeiten kj, Tpi von der Recheneinheit 15 und ein Clocksignal uC1 des Zeitgebers 18 zugeführt. Die Zählereinheit 16 generiert einerseits ein Signal uTS und andererseits ein Start-Signal uIR. Das Start-Signal uIR wird nach Ablauf eines Darstellintervalls Tpi generiert, wodurch die Recheneinheiten 22 und 15 für die Berechnung der Verweilzeiten kj. Tpi und der Zündkombinationen Sj für das nächste Darstellintervall Tpi freigegeben werden. Das Signal UTS bewirkt in der Zündsignallogik 20, daß eine nächste Zündkombination Sj an die Ausgänge SR, SS und ST gelegt wird. Die entsprechenden Verweilzeiten kj. Tpi werden mittels der im deutschen Patent 31 31 344 angegebenen Gleichungen berechnet. Die Recheneinheiten 15 und 22 und der Speicher 24 können durch einen Mikrorechner realisiert werden, der nach einem Start-Signal uIR die entsprechenden Berechnungen durchführt. FIG. 2 shows the block diagram of the control device 12 of FIG. 1 in more detail. This control device 12 consists of a computing unit 15 , a counter unit 16 , a timer 18 , an ignition signal logic 20 , a computing unit 22 and a memory 24 . The computing unit 22 determines from the voltage setpoint u *, f *, which are provided by a higher-level control and regulating device, a modulation level r and a setpoint angle γ * for the respective display interval T pi . The determined degree of modulation r and the desired angle γ * are fed to the computing unit 15 . In addition, the respective display interval T pi is fed to this arithmetic unit 15 from the memory 24 , at the inputs of which the address values r and γ * are present. The arithmetic unit 15 determines the n switching times k j from these input variables r, γ * and T pi . T pi and the associated ignition combination S j . The calculated dwell times k j , T pi from the arithmetic unit 15 and a clock signal u C1 from the timer 18 are fed to the counter unit 16 . The counter unit 16 generates a signal u TS on the one hand and a start signal u IR on the other hand. The start signal u IR is generated after a display interval T pi , whereby the computing units 22 and 15 for calculating the dwell times k j . T pi and the ignition combinations S j are released for the next display interval T pi . The signal U TS causes in the ignition signal logic 20 that a next ignition combination S j is applied to the outputs S R , S S and S T. The corresponding dwell times k j . T pi are calculated using the equations given in German Patent 31 31 344. The computing units 15 and 22 and the memory 24 can be implemented by a microcomputer, which carries out the corresponding calculations after a start signal u IR .
Die Fig. 3 zeigt ein Zeigerdiagramm, bestehend aus dem Spannungs-Sollzeiger u* und den Zeigern Z 1, Z 2, Z 7 und Z 8. Dieser Spannungszeiger wird mittels dieser Zeiger Z 1, Z 2, Z 7 und Z 8 während eines Darstellintervalles Tpi approximiert, wobei diese Zeiger beispielsweise in der Reihenfolge Z 7, Z 1, Z 2, Z 8 (bzw. Z 8, Z 2, Z 1, Z 7 im folgenden Darstellintervall) geschaltet werden können. Dabei verweilt der Pulswechselrichter 2 jeweils für eine bestimmte Verweildauer T₀, Tα und Tb in diesen Schaltzuständen. Diese Schaltzustände erzeugen an den Ausgängen a, b und c des Pulswechselrichters 2 Spannungs-Istwerte uq(t)=Zq(t) · UZ mit q=R, S, T und Zq(t)={0; ±1/3; ±2/3} die mehr oder weniger von dem Spannungs-Sollwert u* abweichen. Die dabei entstehenden Verzerrungsspannungen uq(t)-uq*(t) werden bestimmt von dem Betragswert | u* | bzw. vom Aussteuerungsgrad r des Spannungs-Sollwertes u* und dessen Winkel γ*. Diese entstehenden Verzerrungsspannungen erzeugen Verzerrungsströme iq(t) mit q=R, S, T. Diese Verzerrungsströme iq(t) ergeben sich mit sehr guter Näherung aus dem Integral der Verzerrungsspannung ausgedrückt durch folgende Formel: Fig. 3 shows a phasor diagram, consisting of the voltage command vector u * and arrows Z 1, Z 2, Z 7 and Z 8. This voltage pointer is approximated by means of these pointers Z 1 , Z 2 , Z 7 and Z 8 during a display interval T pi , these pointers, for example, in the sequence Z 7 , Z 1 , Z 2 , Z 8 (or Z 8 , Z 2 , Z 1 , Z 7 in the following display interval) can be switched. The pulse-controlled inverter 2 remains in these switching states for a specific dwell time T Ver, T α and T b . These switching states generate 2 actual voltage values u q (t) = Z q (t) · U Z with q = R, S, T and Z q (t) = {0; ± 1/3; ± 2/3} which deviate more or less from the voltage setpoint u *. The resulting distortion stresses u q (t) -u q * (t) are determined by the absolute value | u * | or the degree of modulation r of the voltage setpoint u * and its angle γ *. These resulting distortion voltages produce distortion currents i q (t) with q = R, S, T. These distortion currents i q (t) result with a very good approximation from the integral of the distortion voltage expressed by the following formula:
iq(t) = 1/L ∫ (Uq(t) - Uq*(t)) dt (1)i q (t) = 1 / L ∫ (U q (t) - U q * (t)) dt (1)
Dabei ist L ein konstanter Faktor, dessen Wert sich auf den gesuchten optimalen Verlauf der Intervallänge der Darstellintervalle Tpi nicht auswirkt. Die Größe uq(t) beschreibt den tatsächlichen Verlauf der Strangspannungen UR, US und UT der Last 8. Dieser kann nur diskrete Werte annehmen, die von der augenblicklichen Zündkombination Sj und der Zwischenkreisspannung UZ abhängen. Innerhalb eines Darstellintervalls Tpi werden nacheinander n Zündkombinationen Sj, hier vier Zündkombinationen Sj, geschaltet, wobei die j-te Kombination für die Dauer kj, Tpi beibehalten wird. Die Faktoren kj hängen vom Betrag | u* | und Winkel γ* des Spannungs-Sollzeigers u* ab.L is a constant factor, the value of which has no effect on the desired optimal course of the interval length of the display intervals T pi . The quantity u q (t) describes the actual profile of the phase voltages U R , U S and U T of the load 8 . This can only assume discrete values that depend on the instantaneous ignition combination S j and the intermediate circuit voltage U Z. Within a display interval T pi , n ignition combinations S j , here four ignition combinations S j , are switched in succession, the jth combination being retained for the duration k j , T pi . The factors k j depend on the amount | u * | and angle γ * of the nominal voltage pointer u * ab.
Die durch die Verzerrungsströme iq(t) verursachte Verzerrungsleistung PV(t) ist in guter Näherung proportional zum Quadrat der Verzerrungsströme iq(t) ausgedrückt durch folgende Gleichung:The distortion power P V (t) caused by the distortion currents i q (t) is in a good approximation proportional to the square of the distortion currents i q (t) expressed by the following equation:
Dabei ist R ein konstanter Faktor, dessen Wert sich auf den gesuchten optimalen Verlauf der Intervallängen der Darstellintervalle Tpi nicht auswirkt.R is a constant factor, the value of which does not affect the optimal course of the interval lengths of the display intervals T pi .
Die im Darstellintervall Tpi entstehende Verlustleistung QVi ergibt sich durch Integration der Verzerrungsleistung PV(t) ausgedrückt durch folgende GleichungThe power loss Q Vi that arises in the display interval T pi is obtained by integrating the distortion power P V (t) expressed by the following equation
wobei Toi der Zeitpunkt ist, zu dem das Darstellintervall beginnt.where T oi is the time at which the display interval begins.
Die Verlustenergie pro Grundschwingungsperiode ergibt sich ausThe energy loss per fundamental period results from
wobei m die Anzahl der Darstellintervalle pro Grundschwingungsperiode ist. Diese Anzahl der Darstellintervalle Tpi mit dem Wert entsprechen, der sich auch im Fall mit konstanter Intervallänge der Darstellintervalle Tp ergeben würde, damit die Umrichterschaltfrequenz gleich bleibt.where m is the number of display intervals per fundamental period. This number of display intervals T pi corresponds to the value that would also result in the case of a constant interval length of the display intervals T p , so that the converter switching frequency remains the same.
Die Optimierungsaufgabe besteht nun darin, die Verlustleistung Qv durch entsprechende Wahl der Darstellintervalle Tpi zu minimieren. Dazu sind Optimierungsverfahren zur Optimierung linearer Regelsysteme bekannt. The optimization task now consists in minimizing the power loss Q v by choosing the display intervals T pi accordingly. For this purpose, optimization methods for the optimization of linear control systems are known.
Für den Fall, daß die Pulswechselrichter-Schaltfrequenz groß gegenüber der Grundschwingungsfrequenz ist, kann die Summation der Gleichung (4) durch eine Integration ersetzt werden.In the event that the pulse inverter switching frequency is large compared to the fundamental frequency, the summation can the equation (4) can be replaced by an integration.
In den Fig. 4 und 6 sind jeweils der Istwert einer Strangspannung uR(t) und eines entsprechenden Sollwertes uR* über ein Darstellintervall Tpi als Zeitverläufe dargestellt. Der Sollwinkel γ* beträgt in Fig. 4 0° und in Fig. 6 30°, der Aussteuergrad r in beiden Fällen ist r=1. Die zugehörigen Verzerrungsströme iR(t) sind in den Fig. 5 und 7 in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt. Diese Fig. 4 bis 7 veranschaulichen, daß sich der Verzerrungsstrom bei konstantem Aussteuergrad r=const in Abhängigkeit vom Sollwinkel γ* ändert.In Figs. 4 and 6 are respectively the actual value of a phase voltage U R and a corresponding target value u R (t) * represented as time profiles over a Darstellintervall T pi. The setpoint angle γ * is 0 ° in FIG. 4 and 30 ° in FIG. 6, the degree of modulation r in both cases is r = 1. The associated distortion currents i R (t) are shown in FIGS. 5 and 7 in a diagram over time t. These FIGS. 4 to 7 illustrate that the distortion current changes with a constant degree of modulation r = const as a function of the desired angle γ *.
In der Fig. 8 sind der Spannungs-Istwert uR(t) und der Sollwert uR* gemäß Fig. 6 bei verkürztem (halbiertem) Darstellintervall Tpi dargestellt. Fig. 9 zeigt den zugehörigen Verzerrungsstrom iR(t). Dieses Beispiel veranschaulicht, daß mittels der Veränderung der Intervallänge (Halbierung) des Darstellintervalls Tpi der Wert des Verzerrungsstromes iR(t) beeinflußt werden kann.In FIG. 8, the voltage value u R (t) and the target value u * R of Fig. 6 in a shortened (halved) Darstellintervall T pi illustrated. Fig. 9 shows the associated distortion current i R (t). This example illustrates that the value of the distortion current i R (t) can be influenced by changing the interval length (halving) of the display interval T pi .
In Fig. 10 ist ein typischer Verlauf der Impulslängen der Darstellintervalle Tpi über den Winkel γ* des Spannungs-Sollwertes u* für ein Aussteuerungsgrad r=75% in einem Diagramm über den Winkel γ* dargestellt. Dieser typische Verlauf ergibt sich bei symmetrischer Schaltfolge nach dem Verfahren der Raumzeigerapproximation.In Fig. 10 is a typical curve of the pulse lengths of the Darstellintervalle T pi is γ * over the angle of the voltage target value u * for a level of at r = 75% in a diagram over the angle γ * shown. This typical course results from a symmetrical switching sequence using the space pointer approximation method.
Der Verlauf der Intervallängen der Darstellintervalle Tpi ergibt sich für 0°<γ<60° ausThe course of the interval lengths of the display intervals T pi results for 0 ° <γ <60 °
Dabei ist f(r, γ) eine von der gewählten Schaltfolge abhängige Funktion. Here f (r, γ) is dependent on the selected switching sequence Function.
Das Integral in obiger Gleichung muß für jeden Ansteuergrad r durch eine numerische Integration gelöst werden. Die Lösung Tp (r, γ) kann bei bekannter Schaltfolge in analytischer Form durch Variationsberechnung gefunden werden und in dem Speicher 24 der Steuereinrichtung 12 hinterlegt werden. Der Verlauf der Intervallängen der Darstellintervalle Tpi kann durch die Steuereinrichtung 12 mittels einer weiteren Recheneinheit auch durch Näherungsformeln berechnet werden oder durch eine Kombination aus Tabellenwerten und Näherungsformeln bestimmt werden.The integral in the above equation must be solved for each degree of control r by numerical integration. If the switching sequence is known, the solution T p (r, γ) can be found in analytical form by calculating the variation and can be stored in the memory 24 of the control device 12 . The course of the interval lengths of the display intervals T pi can also be calculated by the control device 12 by means of a further computing unit using approximation formulas or determined by a combination of table values and approximation formulas.
Somit können mit diesem Steuerverfahren, das bei beliebigen Steuersätzen eingesetzt werden kann, die durch die entstandenen Verzerrungsströme iq(t) erzeugten zusätzlichen Verluste minimiert werden. Dies wird erreicht, ohne daß die Anzahl der Schalthandlungen pro Halbleiterschalter und Periodendauer der Spannungsgrundschwingung den aufgrund der maximalen Schaltfrequenz zulässigen Wert überschreitet.With this control method, which can be used with any tax rates, the additional losses generated by the distortion currents i q (t) can be minimized. This is achieved without the number of switching operations per semiconductor switch and period of the fundamental voltage exceeding the value permitted by the maximum switching frequency.
Claims (4)
r = Aussteuergrad,
γ = Winkel des Spannungs-Sollwertes,
f(r, ) = Schaltfolgefunktion,
Tpmit = mittleres Darstellintervall
ist.1. Control method for processing voltage setpoints (u *, f *) into ignition signals (S j ), which the valves (T 1 ,..., T 6 ) of a pulse-controlled inverter ( 2 ) fed with a given DC input voltage (U Z ) control, for the quasi-continuous control of the output voltage (u R , u S , u T ) of the pulse-controlled inverter ( 2 ) the sequence ( Z 1 ,..., Z 8 ) and the dwell times (k j , T pi ) of ignition signals (S j) are determined so that the voltage command values (u *, f *) in each case within one of the m Darstellintervalle (T pi) are approximated, characterized in that the interval lengths of these Darstellintervalle (T pi) over a fundamental oscillation period in operation, with constant voltage amount (| u * |) and constant frequency (f *) according to the following equation change where
r = degree of modulation,
γ = angle of the voltage setpoint,
f (r,) = switching sequence function,
T pmit = mean display interval
is.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4026837A DE4026837A1 (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Control method for processing voltage desired values - controlling valves of inverter fed with specified input DC voltage to give continuous control of output voltage |
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| DE4026837A1 true DE4026837A1 (en) | 1992-02-27 |
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| DE4026837A Withdrawn DE4026837A1 (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Control method for processing voltage desired values - controlling valves of inverter fed with specified input DC voltage to give continuous control of output voltage |
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|---|---|
| DE (1) | DE4026837A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19612117A1 (en) * | 1996-03-27 | 1997-10-02 | Telefunken Microelectron | AC voltage regulator circuit arrangement for AC motor control |
| WO2007028298A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Changan Zhang | A digital control method for inverters and frequency conversion |
| CN112953257A (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-11 | 株式会社日立制作所 | Power conversion device, X-ray image capturing device, and motor drive device |
-
1990
- 1990-08-24 DE DE4026837A patent/DE4026837A1/en not_active Withdrawn
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