DE4111733C1 - Universal symmetrising method for current distribution in parallel three=phase inverters - controlling pulse formation w.r.t. shunt or zero current thresholds by supplying corresp. null vectors - Google Patents
Universal symmetrising method for current distribution in parallel three=phase inverters - controlling pulse formation w.r.t. shunt or zero current thresholds by supplying corresp. null vectorsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist durch die IEEE-Transactions on Industry Applications, Vol. Ia-19, No. 2, März/April 1983, Seiten 198 bis 205 bekannt.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. Such a method is through the IEEE transactions on Industry Applications, Vol. Ia-19, No. 2, March / April 1983, pages 198 to 205 known.
Drehstromwechselrichter, insbesondere Drehstrom-Pulswechselrichter, finden breite Anwendungen, zum Beispiel in Drehstromantrieben und unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen. Bei einer Anwendung für höhere Leistungen ist mitunter eine Parallelschaltung der Wechselrichter unvermeidbar, wenn das Stromvermögen der verfügbaren Leistungshalbleiter nicht ausreichend ist.Three-phase inverters, in particular three-phase pulse inverters, find wide applications, for example in three-phase drives and uninterruptible power supply systems. In one application for higher outputs, the inverters may be connected in parallel unavoidable if the current capacity of the available power semiconductors is not sufficient.
Fig. 2 zeigt eine typische Parallelschaltung von zwei Drehstromwechselrichtern WRA und WRB mit gemeinsamem Gleichspannungszwischenkreis, der hier als Spanungsquelle Ud dargestellt ist. Die Wechselrichter WRA und WRB sind in gleicher Weise aus hier als IGBT-Elemente ausgeführten Leistungshalbleiterschaltern TA1 bis TA6 sowie TB1 bisTB6 jeweils mit (nicht näher bezeichneten) antiparallelgeschalteten Freilaufdioden aufgebaut. Die zwei Wechselrichter sind über drei Entkopplungsdrosseln LqU, LqV, LqW an eine Drehstromlast M, zum Beispiel einen Drehstrommotor angeschlossen. Fig. 2 shows a typical parallel connection of two three-phase inverters WRA and WRB with a common DC intermediate circuit, which is shown here as Spanungsquelle U d. The inverters WRA and WRB are constructed in the same way from power semiconductor switches TA 1 to TA 6 and TB 1 to TB 6 designed here as IGBT elements, each with free-wheeling diodes connected in antiparallel (not specified). The two inverters are connected to a three-phase load M, for example a three-phase motor, via three decoupling reactors L qU , L qV , L qW .
Beide Wechselrichter WRA und WRB haben eine gemeinsame Steuereinrichtung 1, die drei Potentialstellbefehle SU, SV und SW (jeweils für die Spannung +Ud oder die Spannung 0 Volt) für die drei Wechselrichterstränge der beiden Wechselrichter liefert. Mit Hilfe von Funktionseinheiten 3UA . . . 3WB (nur 3UA und 3UB gezeigt), die hier der Impulsbildung dienen, werden aus den Potentialstellbefehlen Schaltsignale für die einzelnen Leistungshalbleiterschalter (zum Beispiel TA1 und TA4 für den Zweigpaarsteg UA im Wechselrichter WRA) unter Berücksichtigung der betriebsnotwendigen Verzögerungszeiten der Halbleiterbauelemente gebildet. Mit 4A1 nicht gezeigt: . . . 4A6) und 4B1 (nicht gezeigt: . . . 4B6) sind Einheiten bezeichnet, die Impulsverstärker darstellen, die für die Verstärkung der einzelnen Steuersignale zwischen dem Steuerungsteil und dem Leistungsteil benötigt werden. Obwohl die beiden Wechselrichter WRA, WRB gemeinsam gesteuert werden, treten in der Praxis meistens Unterschiede in den Wechselrichterphasenströmen (iUAiUB, iVAiVB und iWA iWB) auf, die aufgrund der als Differenz der ungleichen Wechselrichterphasenströme auftretenden Querströme zu unsymmetrischen Belastungen der Leistungshalbleiterschalter führen. Die unsymmetrische Aufteilung der Ströme kann folgende Gründe haben:Both inverters WRA and WRB have a common control device 1 , which supplies three potential setting commands SU, SV and SW (each for the voltage + U d or the voltage 0 volt) for the three inverter strings of the two inverters. With the help of functional units 3 UA. . . 3 WB (only 3 UA and 3 UB shown), which are used here for pulse formation, become switching signals for the individual power semiconductor switches (for example TA 1 and TA 4 for the branch pair bridge UA in the inverter WRA) taking into account the delay times of the semiconductor components required for operation educated. Not shown with 4 A 1 :. . . 4 A 6 ) and 4 B 1 (not shown:... 4 B 6 ) are units which represent pulse amplifiers which are required for the amplification of the individual control signals between the control part and the power part. Although the two inverters WRA, WRB are controlled together, in practice there are usually differences in the inverter phase currents (i UA i UB , i VA i VB and i WA i WB ), which are asymmetrical due to the cross currents occurring as the difference between the unequal inverter phase currents Lead loads on the power semiconductor switch. The asymmetrical distribution of the currents can have the following reasons:
- - Unterschiedliche Durchlaßspannungen der Leistungshalbleiterschalter,- different forward voltages of the power semiconductor switches,
- - unterschiedliche Schalt- und/oder Verzögerungszeiten der Leistungshalbleiterschalter, der Impulsbildung und der Impulsverstärker,Different switching and / or delay times of the power semiconductor switches, the pulse formation and the pulse amplifier,
- - unterschiedliche Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterschalter infolge der unsymmetrischen Belastung bzw. Kühlung.- Different junction temperatures of the power semiconductor switches due to the asymmetrical load or cooling.
Zur Symmetrierung der Aufteilung der Ströme können folgende Maßnahmen getroffen werden:The following measures can be taken to symmetrize the distribution of the currents to be hit:
- - Vorselektierung der Leistungshalbleiterschalter, so daß nur Halbleiter mit ähnlichem Durchlaß- und Schaltverhalten verwendet werden. Die Vorselektierung ist mit zusätzlichem Aufwand verbunden und ist deshalb in der Praxis für die Fertigung und Lagerhaltung nachteilig.- Preselection of the power semiconductor switch, so that only Semiconductors with similar pass and switching behavior used will. Preselection involves additional effort connected and is therefore in practice for manufacturing and storage disadvantageous.
- - Die Entkopplungsdrosseln (LqU, LqV und LqW) werden genutzt, um die Unterschiede in den Strömen zu reduzieren. Eine gleichmäßigere Stromaufteilung durch Vorberechnung der erforderlichen Spannungszeitfläche der Querdrosseln ist in der eingangs angegebenen Literaturstelle aus den "IEEE Transactions" beschrieben. Diese Berechnung erfordert aber eine genaue Kenntnis der Streuungsgrenzen der Schaltverzugszeiten, der Durchlaßspannungen der Leistungshalbleiterschalter und ihrer Last- und Temperaturabhängigkeit.- The decoupling chokes (L qU , L qV and L qW ) are used to reduce the differences in the currents. A more uniform current distribution by precalculating the required voltage time area of the cross reactors is described in the literature reference mentioned at the beginning from the "IEEE Transactions". However, this calculation requires precise knowledge of the scatter limits of the switching delay times, the forward voltages of the power semiconductor switches and their load and temperature dependency.
- - Durch unterschiedliche Spannungssteuerungen der beiden Wechselrichter werden die Unterschiede der Ströme verringert (DE 36 02 496 C2). Diese Methode ist aber sehr aufwendig und erfordert spezielle Regelungen für die Wechselrichter.- By different voltage controls of the two inverters the differences in the currents are reduced (DE 36 02 496 C2). However, this method is very complex and requires special regulations for the inverters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine Vorselektierung der Leistungshalbleiterschalter vermieden werden kann, ohne daß eine Manipulation an den Querdrosseln oder innerhalb der betriebsmäßig vorgesehenen Steuereinheiten notwendig ist.The invention has for its object a method of the beginning Specify the type with which a preselection of the power semiconductor switch can be avoided without manipulation on the transverse chokes or within the operationally provided Control units is necessary.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by those characterized in claim 1 Features solved.
Vorteilhafterweise werden die redundanten möglichen Schaltzustände der Nullzeiger ausgenutzt, um die Querströme und den Nullstrom zu regeln, ohne daß dabei die Ausgangsspannung des Stromrichters verzerrt wird. Die Stromaufteilung kann unabhängig von der Streuung der Kennlinien der Leistungshalbleiterschalter und der Steuereinheiten symmetriert werden. Es ist ohne weiteres möglich, die mit dem Verfahren angegebene Querstromregelung als Zusatzkomponente zusätzlich bei einer Parallelschaltung von bestehenden Geräten einzubauen, ohne die vorhandenen Steuereinrichtungen bzw. Leistungsteile modifizieren zu müssen. Die Querstromregelung kann auch bei beliebigen Steuerverfahren (Raumzeigermodulation, Sinus-Dreieckvergleich . . . usw.) eingesetzt werden.The redundant possible switching states are advantageous the zero pointer is used to cross currents and zero current regulate without distorting the output voltage of the converter becomes. The current distribution can be independent of the spread of the Characteristic curves of the power semiconductor switches and the control units be symmetrized. It is easily possible with the procedure specified cross flow control as an additional component a parallel connection of existing devices without the Modify existing control devices or power units have to. Cross-flow control can also be used with any control method (Space vector modulation, sine-triangle comparison... Etc.) can be used.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sowie Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the method according to the invention and Arrangements for performing the method are in the further claims featured.
Die vorgesehenen unsymmetrischen Komparator-Grenzwerte (positiver/negativer Querstrom-Grenzwert und reduzierter Nullstrom-Grenzwert können die Häufigkeit des Eingreifens der Querstromregelung erheblich reduzieren, so daß keine nennenswerte Erhöhung der Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter entsteht.The provided asymmetrical comparator limit values (positive / negative Cross current limit and reduced zero current limit can significantly reduce the frequency of intervention of the cross flow control, so that no significant increase in the switching frequency of the Power semiconductors are created.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung für ein Beispiel erläutert werden. Es zeigtThe invention is intended to be used in the following with the aid of an example are explained. It shows
Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in Ergänzung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, Fig. 1 shows an arrangement for performing the method according to the invention in addition to the arrangement shown in Fig. 1,
Fig. 3 die Schalthysterese der in der Anordnung nach der Fig. 1 und Fig. 4 verwendeten Querstrom- und Nullstrom-Grenzwertkomparatoren und Fig. 3 shows the switching hysteresis of the assembly of FIG. 1 and FIG. 4 crossflow used and zero-current limit comparators and
Fig. 5 die Schaltzustände parallelgeschalteter Wechselrichter in Raumzeigerdarstellung. Fig. 5, the switching states of parallel-connected inverters in space vector representation.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild mit einer Querstromregelung 9 gezeigt, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Die Funktion der Querstromregelung 9 ist am Beispiel des Stranges U dargestellt. Zunächst werden die einzelnen Ströme an den Ausgängen der beiden Wechselrichter WRA und WRB, nämlich die Ströme iUA bis iWB durch Stromwandler 8UA bis 8WB erfaßt und jeweils strangweise Vergleichsgliedern 6 zugeführt. Die Ausgänge der drei Vergleichsglieder 6 sind auf ein Summierglied 7 geführt, dessen Ausgangssignal in einem Dividierglied 8 gedrittelt wird, so daß der im System aufgrund der gemeisamen Zwischenkreise Ud der Wechselrichter WRA und WRB fließende Nullstrom iq0 gebildet ist. Dieser Nullstrom iq0 wird weiteren Vergleichsgliedern 10 zugeführt, an die außerdem die Ausgangssignale der Vergleichsglieder 6 iqu, iqv und iqw gelegt sind. Am Ausgang der Vergleichsglieder 10 sind jeweils die Querströme iQU des Stranges U sowie (nicht weiter gezeigt) die Querströme der Stränge V und W abnehmbar.In Fig. 1 a block diagram is shown with a cross-flow scheme 9, which operates according to the inventive method. The function of the cross flow control 9 is shown using the example of line U. First, the individual currents at the outputs of the two inverters WRA and WRB, namely the currents i UA to i WB, are detected by current transformers 8 UA to 8 WB and are fed to comparator elements 6 in each case in strings. The outputs of the three comparators 6 are guided to a summing element 7, whose output signal is divided into three parts in a dividing element 8, so that is in the system due to the gemeisamen intermediate circuits U of the inverter WRA and WRB d flowing zero current i q0 formed. This zero current i q0 is fed to further comparison elements 10 , to which the output signals of the comparison elements 6 i qu , i qv and i qw are also applied. At the output of the comparison elements 10 , the cross currents i QU of the line U and (not shown further) the cross currents of the lines V and W can be removed.
Diese Querströme, hier also zum Beispiel iQU, sind jeweils zwei Querstrom- Grenzwertkomparatoren, für den Strang U mit 50PU, 50NU bezeichnet, zugeführt. Der eine Querstrom-Grenzwertkomparator 50PU gibt ein Grenzwertsignal SUP ab, wenn der Querstrom iQU einen positiven Grenzwert überschreitet. Der andere Querstrom-Grenzwertkomparator 50NU gibt ein Grenzwertsignal SUN ab, wenn der Querstrom iQU einen negativen Grenzwert unterschreitet. Die Ausgangssignale der Querstrom- Grenzwertkomparatoren sind auf eine zwischen die Steuereinrichtung 1 und die Impulsbildungseinrichtungen 3UA, 3UB usw. geschaltete Zusatz- Steuereinrichtung 2 geführt.These cross currents, here for example i QU , are each fed to two cross current limit value comparators, for the line U labeled 50 PU, 50 NU. The one cross-current limit value comparator 50 PU emits a limit value signal SUP when the cross current i QU exceeds a positive limit value. The other cross-current limit comparator 50 NU outputs a limit signal SUN when the cross current i QU falls below a negative limit. The output signals of the cross-current limit value comparators are fed to an additional control device 2 connected between the control device 1 and the pulse forming devices 3 UA, 3 UB etc.
Das Signal iq₀ am Ausgang des Dividierglieds 8 ist außerdem auf zwei Nullstrom-Grenzwertkomparatoren 50PO, 50NO geschaltet, von denen der Nullstrom-Grenzwertkomparator 50PO ein Signal SP an die Zusatz-Schalteinrichtung 2 abgibt, wenn der Nullstrom iq0 einen positiven Nullstrom- Grenzwert überschreitet, während der weitere Nullstrom-Grenzwertkomparator 50NO ein Ausgangssignal SN an die Zusatz-Steuereinrichtung 2 abgibt, wenn der Nullstrom iq0 einen negativen Grenzwert unterschreitet.The signal i q₀ at the output of the divider 8 is also connected to two zero current limit comparators 50 PO, 50 NO, of which the zero current limit comparator 50 PO outputs a signal SP to the additional switching device 2 when the zero current i q0 has a positive zero current - Limit value exceeds, while the further zero current limit value comparator 50 NO outputs an output signal SN to the additional control device 2 when the zero current i q0 falls below a negative limit value.
Üblicherweise charakterisieren die von der Steuereinrichtung 1 abgegebenen
Stellsignale SW,SV, SU nach Verteilung durch die Impulsbildungseinrichtungen
3UA, 3UB, usw. Schaltzustände der Wechselrichter an
ihren Klemmenausgängen her, die in einer Raumzeigerdarstellung für
die beiden Wechselrichter WRA, WRB in der Reihenfolge der Klemmen
UVA (A)/UVW (B) codiert angegeben werden können. Eine solche Raumzeigerdarstellung
zeigt Fig. 5. Dabei bedeutet die Codierung
1 = Ausgangsklemme am Pulspol der speisenden Gleichspannung
angeschlossen,
0 = Ausgangsklemme am Minuspol der speisenden Gleichspannung
angeschlossen.
Usually, the control signals 1 emitted by the control device 1 , SW, SV, SU, after distribution by the pulse-forming devices 3 UA, 3 UB, etc., characterize the switching states of the inverters at their terminal outputs, which are shown in a room pointer representation for the two inverters WRA, WRB in the order of Terminals UVA (A) / UVW (B) can be coded. Such a space pointer representation is shown in FIG. 5. The coding means
1 = output terminal connected to the pulse pole of the feeding DC voltage,
0 = output terminal connected to the negative pole of the DC supply.
Die Aktivzeiger (Spannung an den Ausgangsklemmen U, V, W) sind demnach durch folgende Schaltzustände gebildet: 110/110; 010/010; 011/011; 001/001; 101/101 und 100/100.The active pointers (voltage at the output terminals U, V, W) are accordingly formed by the following switching states: 110/110; 010/010; 011/011; 001/001; 101/101 and 100/100.
Für den Nullzeiger (Nullspannung an den Ausgangsklemmen U, V, W) sind dabei 10 redundante Schaltzustände möglich. An den Ausgangsklemmen U, V, W liegt die Spannung Null, wennFor the zero pointer (zero voltage at the output terminals U, V, W) 10 redundant switching states possible. At the output terminals U, V, W the voltage is zero if
- a) alle drei Stränge der Wechselrichter WRA und WRB an den Pluspol geschaltet sind (111/111),a) all three strings of the inverters WRA and WRB to the positive pole are switched (111/111),
- b) alle drei Stränge der Wechselrichter WRA und WRB an den Minuspol geschaltet sind (000/000),b) all three strings of the inverters WRA and WRB to the negative pole are switched (000/000),
- c) alle drei Stränge des Wechselrichters WRA am Pluspol und alle drei Stränge des Wechselrichters WRB am Minuspol oder umgekehrt geschaltet sind (111/000) oder (000/111),c) all three strings of the inverter WRA at the positive pole and all three strings of the inverter WRB at the negative pole or vice versa are switched (111/000) or (000/111),
- d) die Stränge der Wechselrichter WRA und WRB komplementär geschaltet sind, z. B. 110/001 usw.d) the strings of the inverters WRA and WRB switched complementarily are, e.g. B. 110/001 etc.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß die redundanten Schaltzustände der Nullzeiger ausgenutzt werden können, um die Querströme (und die zusätzlich auftretenden Nullströme) zu regeln, ohne daß dabei die Ausgangsspanung der Wechselrichter verzerrt wird. Die Schaltzustände der Nullzeiger 000/000 oder 111/111 sind die normalen Schaltzustände, die von der Steuereinheit 1 ausgegeben werden. Mit ihnen ist weder eine Beeinflussung eines der Querströme noch die Beeinflussung des Nullstromes möglich. Diese Schaltzustände werden von der Zusatz-Steuereinrichtung 2 bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung weitergeleitet, wenn der Nullstrom iq0 und die Querströme iQU, iQV und iQW innerhalb der Toleranzgrenzen liegen.The invention makes use of the knowledge that the redundant switching states of the zero pointers can be used to regulate the cross currents (and the additionally occurring zero currents) without the output voltage of the inverters being distorted. The switching states of the zero pointers 000/000 or 111/111 are the normal switching states that are output by the control unit 1 . With them it is neither possible to influence one of the cross currents nor to influence the zero current. These switching states are forwarded by the additional control device 2 in the arrangement shown in FIG. 1 when the zero current i q0 and the cross currents i QU , i QV and i QW are within the tolerance limits .
Überschreitet zum Beispiel der Nullstrom iq0 die Stromgrenze IG des Nullstrom-Grenzwertkomparators 50PO, wird das Ausgangssignal SP auf einen H-Pegel angehoben. Nun wartet die Zusatz-Steuereinrichtung 2, bis einer der normalen Nullzeiger 000/000 oder 111/111 von der Steuereinheit 1 ausgegeben wird und schaltet dann statt dessen einen der redundanten Nullzeiger, der den Nullstrom iq0 unter die Toleranzgrenze zurückbringt. In diesem Fall ist es der Nullzeiger mit der Schaltstellung 000/111, der den Nullstrom zurücktreibt. Dieser Nullzeiger entsprechend der Schaltstellung 000/111 wird solange eingeschaltet, bis der Nullstrom iq0 eine negative Toleranzgrenze -IG+ΔI erreicht. Der Nullstrom-Grenzwertkomparator 50PO schaltet dann sein Signal SP auf L-Pegel um. Damit ist dieser Regelvorgang beendet. Die Zusatz- Steuereinrichtung 2 leitet in Zukunft den von der Steuereinheit 1 ausgegebenen Nullzeiger (000/000) oder (111/111) weiter.For example, if the zero current i q0 exceeds the current limit I G of the zero current limit comparator 50 PO, the output signal SP is raised to an H level. Now the additional control device 2 waits until one of the normal zero pointers 000/000 or 111/111 is output by the control unit 1 and then switches instead one of the redundant zero pointers, which brings the zero current i q0 back below the tolerance limit . In this case it is the zero pointer with switch position 000/111 that drives the zero current back. This zero pointer corresponding to switch position 000/111 is switched on until the zero current i q0 reaches a negative tolerance limit -I G + ΔI. The zero current limit value comparator 50 PO then switches its signal SP to L level. This ends the control process. In the future, the additional control device 2 will forward the zero pointer (000/000) or (111/111) output by the control unit 1 .
Wenn die Steuereinrichtung 1 während der zuvor beschriebenen Regelung des Nullstromes einen aktiven Zeiger vorgibt, bevor der Nullstrom iq0 die Grenze -IG+ΔI erreicht hat, wird der Regelvorgang zunächst vorzeitig beendet und der aktive Zeiger durch die Zusatz-Steuereinrichtung weitergeleitet. Die Regelung wartet solange, bis wieder ein normaler Nullzeiger (000/000) oder (111/111) von der Steuereinrichtung 1 ausgegeben wird und nimmt dann die Regelung des Nullstromes iq0 unmittelbar wieder auf. Damit wird die Ausgangsspannung der Wechselrichter WRA, WRB durch die Querstromregeleinrichtung 9 nicht beeinflußt.If the control device 1 specifies an active pointer during the previously described control of the zero current before the zero current i q0 has reached the limit -I G + ΔI, the control process is ended prematurely and the active pointer is forwarded by the additional control device. The regulation waits until a normal zero pointer (000/000) or (111/111) is again output by the control device 1 and then immediately starts the regulation of the zero current i q0 again. Thus, the output voltage of the inverters WRA, WRB is not influenced by the cross-current control device 9 .
Überschreitet zum Beispiel der Nullstrom iq0 die negative Toleranzgrenze des weiteren Grenzwertkomparators 50NO, schaltet dieser sein Ausgangssignal SN auf den H-Pegel. Die Zusatzsteuereinrichtung 2 wartet dann, bis einer der normalen Nullzeiger 000/000 oder 111/111 ausgegeben werden soll, und schaltet statt dessen den redundanten Nullzeiger mit der Schaltstellung 111/000 solange, bis das Logiksignal SN wieder auf L-Pegel abfällt oder aber ein aktiver Zeiger von der Steuereinrichtung 1 ausgegeben wird. (Ein aktiver Zeiger wird jeweils vorrangig weitergeleitet.) Überschreitet zum Beispiel der Querstrom iqU die Stromgrenze IG des den positiven Querstrom-Grenzwert überwachenden Grenzwertkomparators 50PU, wird das Logiksignal SUP an seinem Ausgang auf H-Pegel geschaltet. Nun wartet die Zusatz-Steuereinrichtung 2, bis einer der normalen Nullzeiger 000/000 oder 111/111 von der Steuereinrichtung 1 ausgegeben wird und schaltet dann statt dessen den redundanten Nullzeiger mit der Schaltstellung 011/100, bis der Querstrom iQU eine negative Grenze -IG+ΔI erreicht hat oder ein aktiver Zeiger von der Steuereinrichtung 1 ausgegeben wird.If, for example, the zero current i q0 exceeds the negative tolerance limit of the further limit value comparator 50 NO, it switches its output signal SN to the H level. The additional control device 2 then waits until one of the normal zero pointers 000/000 or 111/111 is to be output, and instead switches the redundant zero pointer with the switch position 111/000 until the logic signal SN drops again to the L level or turns on active pointer is output by the control device 1 . (An active pointer is always forwarded with priority.) If, for example, the cross current i qU exceeds the current limit I G of the limit value comparator 50 PU that monitors the positive cross current limit, the logic signal SUP is switched to H level at its output. Now the additional control device 2 waits until one of the normal zero pointers 000/000 or 111/111 is output by the control device 1 and then switches the redundant zero pointer with the switching position 011/100 instead until the cross current i QU a negative limit - I G + ΔI has reached or an active pointer is output by the control device 1 .
Überschreitet der Quersrom IQU die negative Toleranzgrenze -IG des den negativen Grenzwert für den Querstrom überwachenden Grenzwertkomparators 50NU, wird dessen Ausgangslogiksignal SUN auf H-Pegel geschaltet. Die Zusatz-Steuereinrichtung 2 schaltet nun den redundanten Nullzeiger 100/011 anstelle eines der normalen, von der Steuereinrichtung 1 ausgegebenen Nullzeiger mit der Schaltstellung 000/000 oder 111/111, bis der Querstrom iQU einen reduzierten positiven Grenzwert IG-ΔI erreicht hat oder ein aktiver Zeiger von der Steuereinrichtung 1 ausgegeben wird.If the cross current I QU exceeds the negative tolerance limit -I G of the limit value comparator 50 NU monitoring the negative limit value for the cross current, its output logic signal SUN is switched to H level. The additional control device 2 now switches the redundant zero pointer 100/011 instead of one of the normal zero pointers output by the control device 1 with the switching position 000/000 or 111/111 until the cross current i QU has reached a reduced positive limit value I G -ΔI or an active pointer is output by the control device 1 .
Für den Querstrom iQV sind es die redundanten Zeiger 101/010 bzw. 010/101, die anstelle der normalen Nullzeiger mit den Schaltstellungen 000/000 oder 111/111 eingeschaltet werden, um den Querstrom in negative bzw. positive Richtung zwecks Symmetrierung zu treiben.For the cross current i QV , it is the redundant pointers 101/010 or 010/101 that are switched on instead of the normal zero pointers with the switch positions 000/000 or 111/111 in order to drive the cross current in the negative or positive direction for the purpose of symmetrization .
Für den Querstrom iQW sind es die redundanten Nullzeiger mit den Schaltstellungen 110/001 bzw. 001/110, die während der Zeitdauer eines der normalen Nullzeiger eingeschaltet werden, um den Querstrom iQW in negative bzw. positive Richtung ebenfalls zwecks Symmetrierung zu treiben.For the cross current i QW , it is the redundant zero pointers with the switch positions 110/001 or 001/110 that are switched on during the period of one of the normal zero pointers in order to drive the cross current i QW in the negative or positive direction for the purpose of symmetrization.
Werden die positiven bzw. negativen Grenzwerte ±IG erreicht bzw. für eine vorgegebene Zeitdauer überschritten, ohne daß ein Nullzeiger- Stellbefehl von der Steuerungseinrichtung 1 gemeldet wird, wird auch ausnahmsweise beim Vorliegen eines aktiven Zeigers auf den geeigneten bzw. den entsprechenden Nullzeiger umgeschaltet.If the positive or negative limit values ± I G are reached or exceeded for a predetermined period of time without a zero pointer setting command being reported by the control device 1 , an exception is also switched to the appropriate or the corresponding zero pointer when there is an active pointer.
In Fig. 3 ist noch einmal die Hysterese der Nullstrom- bzw. der Querstrom- Grenzwertkomparatoren dargestellt, durch die der zu reduzierende Strom jeweils nur bis zu einem um ein Strommaß ΔI reduzierten Grenzwert verringert wird. FIG. 3 shows the hysteresis of the zero-current or cross-current limit value comparators, by means of which the current to be reduced is only reduced up to a limit value reduced by a current measure ΔI.
In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf zum Beispiel des Querstromes iQU über der Zeit t gezeigt, wobei auch hier die Schalthysterese mit dem Absenken des Stromes iQU von dem positiven Grenzwert IG auf einen reduzierten Grenzwert -IG+ΔI gezeigt ist.In FIG. 4, the time course, for example, the cross current i QU shown over the time t, where here too the switching hysteresis with the lowering of the current i QU from the positive limit value I G to a reduced limit -I G + .DELTA.I is shown.
In den in Fig. 1 bzw. Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnungen sind als Halbleiterleistungsschalter zwar IGBT-Elemente dargestellt, doch ist das Verfahren nach der Erfindung auch selbstverständlich für andere abschaltbare Leistungshalbleiterschalter, wie Bipolartransistoren, MOSFET, GTO-Thyristoren, . . . usw. anwendbar. Auch gilt das angegebene Verfahren nicht nur für Wechselrichter, die einen gemeinsamen Zwischenkreis aufweisen, sondern auch für Wechselrichter, die über getrennte Zwischenkreise gespeist werden. (Dies ist dann ein Sonderfall, bei dem die Regelung des Nullstromes duch die Querstromregelungseinrichtung 9 entfällt.)In the circuit arrangements shown in FIG. 1 or FIG. 2, although IGBT elements are shown as semiconductor power switches, the method according to the invention is of course also applicable to other power semiconductor switches that can be switched off, such as bipolar transistors, MOSFET, GTO thyristors,. . . etc. applicable. The specified method also applies not only to inverters that have a common intermediate circuit, but also to inverters that are fed via separate intermediate circuits. (This is then a special case in which the control of the zero current by the cross-flow control device 9 is omitted.)
Die Steilheit der Querstromänderung während des für die Quer- und Nullstromregelung eingestellten redundanten Nullzeigers (abhängig von dem Induktivitätswert Lq) kann sehr groß sein, so daß eine rechtzeitige Unterbrechung beim Erreichen des Grenzwertes ±(IG-ΔI) zu hohen Dynamikanforderungen an die Komparatoren 50PO, 50NU . . . 50PW, 50NW und die Zusatzsteuerung 2 führt. In diesem Fall ist es besser, auf die Komparatorhysterese zu verzichten und statt dessen die notwendige Zeitdauer Δt zur Reduzierung des Querstroms und des Nullstroms von ∓IG auf ±(IG-ΔI) off-line abzuschätzen. Die Zusatzsteuerung 2 hat dann die Aufgabe, den redundanten Nullzeiger für die vorgegebene Zeitdauer Δt einzustellen.The steepness of the cross-current change during the redundant zero vector set for cross-current and zero-current control (depending on the inductance value L q ) can be very large, so that a timely interruption when the limit value ± (I G -ΔI) is reached leads to high dynamic demands on the comparators 50 PO, 50 NU. . . 50 PW, 50 NW and the additional control 2 leads. In this case, it is better to forego the comparator hysteresis and instead to estimate the time Δt necessary to reduce the cross-current and the zero-current from ∓I G to ± (I G -ΔI) off-line. The additional control 2 then has the task of setting the redundant zero pointer for the predetermined time period Δt.
Claims (6)
- - daß an den Phasenausgängen der Wechselrichter (WRA, WRB) Stromwandler (8UA bis 8WA, 8UB bis 8WB) vorgesehen sind, die sekundärseitig jeweils strangweise mit einem Vergleichsglied (6) innerhalb einer Querstromregeleinrichtung (9) verbunden sind,
- - daß den drei Vergleichsgliedern (6) ein Summierglied (7) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal zur Bildung des Querstromes (iq0) von einem Dividierglied (8) gedrittelt wird,
- - daß die Ausgänge der drei Vergleichsglieder (6) zusätzlich mit drei weiteren Vergleichsgliedern (10) verbunden sind, die außerdem an den Ausgang des Dividiergliedes (8) angeschlossen sind,
- - daß der Ausgang jedes weiteren der Vergleichsglieder (10) an jeweils zwei Grenzwertkomparatoren (50PU, 50NU) angeschlossen ist, von denen der eine das Ausgangssignal eines der weiteren Vergleichsglieder (10) mit einem positiven Querstrom-Grenzwert und der andere das Ausgangssignal eines der weiteren Vergleichsglieder (10) mit einem negativen Querstrom-Grenzwert vergleicht,
- - daß jeder der Grenzwertkomparatoren (50PU, 50NU) an eine der Steuereinrichtung (1) der Wechselrichter (WRA, WRB) nachgeschaltete Zusatz-Steuereinrichtung (2) angeschlossen ist, die bei einem von den Grenzwertkomparatoren (50PU, 50NU) abgegebenen Grenzwertsignal statt eines von der Steuereinrichtung (1) abgegebenen Nullzeigers der Schaltstellung 111/111 oder 000/000 einen Nullzeiger der Schaltstellungen 100/011; 010/101; 001/110; 110/001; 101/010; 011/100 im Sinne einer Verringerung des Querstromes abgibt,
- - daß der Ausgang des Dividiergliedes (8) ferner an zwei weitere Grenzwertkomparatoren (50PO, 50NO) angeschlossen ist, von denen der eine das Ausgangssignal des Dividiergliedes (8) mit einem positiven Nullstrom-Grenzwert und der andere das Ausgangssignal des Dividiergliedes (8) mit einem negativen Nullstrom- Grenzwert vergleicht,
- - und daß jeder der weiteren Grenzwertkomparatoren (50PO, 50NO) an die Zusatz-Steuereinrichtung angeschlossen ist, die bei einem von den weiteren Grenzwertkomparatoren (50PO, 50NO) abgegebenen Grenzwertsignal statt eines von der Steuereinrichtung (1) abgegebenen Nullzeigers der Schaltstellungen 111/111 oder 000/000 einen Nullzeiger der Schaltstellung 000/111 oder 111/000 im Sinne einer Verringerung des Nullstromes (iq0) abgibt.
- - Current converters ( 8 UA to 8 WA, 8 UB to 8 WB) are provided at the phase outputs of the inverters (WRA, WRB), each of which is connected on the secondary side to a comparator ( 6 ) within a cross-current control device ( 9 ),
- - That the three comparison elements ( 6 ) is followed by a summing element ( 7 ), the output signal for forming the cross current (i q0 ) is divided into three by a dividing element ( 8 ),
- - That the outputs of the three comparison elements ( 6 ) are additionally connected to three further comparison elements ( 10 ), which are also connected to the output of the dividing element ( 8 ),
- - That the output of each further of the comparison elements ( 10 ) is connected to two limit value comparators ( 50 PU, 50 NU), one of which is the output signal of one of the further comparison elements ( 10 ) with a positive cross-current limit value and the other is the output signal of one compares the further comparison elements ( 10 ) with a negative cross-current limit value,
- - That each of the limit value comparators ( 50 PU, 50 NU) is connected to one of the control devices ( 1 ) of the inverters (WRA, WRB) downstream additional control device ( 2 ), which is delivered by one of the limit value comparators ( 50 PU, 50 NU) Limit signal instead of a zero pointer of the switching position 111/111 or 000/000 output by the control device ( 1 ) a zero pointer of the switching positions 100/011; 010/101; 001/110; 110/001; 101/010; 011/100 in the sense of reducing the cross-flow,
- - That the output of the divider ( 8 ) is also connected to two further limit comparators ( 50 PO, 50 NO), one of which is the output signal of the divider ( 8 ) with a positive zero current limit and the other the output signal of the divider ( 8 ) with a negative zero current limit value,
- - And that each of the further limit value comparators ( 50 PO, 50 NO) is connected to the additional control device which, in the case of a limit value signal output by the further limit value comparators ( 50 PO, 50 NO) instead of a zero pointer of the switch positions output by the control device ( 1 ) 111/111 or 000/000 a zero pointer of the switching position 000/111 or 111/000 in the sense of a reduction in the zero current (i q0 ).
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DE4111733A DE4111733C1 (en) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | Universal symmetrising method for current distribution in parallel three=phase inverters - controlling pulse formation w.r.t. shunt or zero current thresholds by supplying corresp. null vectors |
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