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Advanced Pulse Modulation (APM)

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017468D
Original Publication Date: 2001-Jan-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 3 page(s) / 65K

Publishing Venue

Siemens

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Hans-Christian Doht: AUTHOR [+3]

Abstract

Pulsmuster für Wechselrichter mit Spannungszwischenkreis werden bisher durch den Vergleich eines Referenzsignals mit einem gleichseitigen Dreiecksignal gewonnen (Puls-Weiten-Modulation, PWM). Dabei kann über eine halbe Periode dieses Dreiecksignals eine der Referenzkurve proportionale Spannung approximiert werden. Bei n-stufigen Wechselrichtern werden entsprechend n Dreiecksignale verwendet. Ein solcher Steuersatz kann nicht für offline vorausberechnete optimierte Pulsmuster verwendet werden, da immer nur bestimmte Schalthandlungen während eines Regelungsintervalls stattfinden können. Daher wurden Steuersätze für optimierte Pulsmuster in einer anderen Weise als für PWM aufgebaut. Ein Spritzenstromeingriff (SSE) ist ein direkter Hardware-Eingriff in das Pulsmuster bei Erreichen einer bestimmten Grenze des Wechselrichter-Ausgangsstroms. Bei Verwendung der PWM und mehrstufigen Wechselrichtern wurde bei Spitzenstromeingriff das Referenzsignal so verändert, dass ein oder mehrere Ventile umgeschaltet werden. Hierbei kommt es in der Regel zu zusätzlichen Schalthandlungen gegenüber dem normalen Betrieb. Bei optimierten Pulsmustern werden einfach die entsprechenden Ventile umgeschaltet und nach einer bestimmten Zeit wieder zurückgeschaltet, wenn kein Überstrom mehr ansteht. Um den Ein- und Ausschaltvorgang der Ventile unabhängig voneinander zu steuern wird vorgeschlagen, zwei Referenzsignale und ein Sägezahnsignal zu verwenden. Dies ist besonders bei mehrstufigen Anordnungen vorteilhaft, weil dadurch zusätzliche Schalthandlungen der Ventile bei Spitzenstromeingriff grundsätzlich verhindert oder auch zugelassen werden können. Durch die Verwendung von Schieberegistern, insbesondere ein FIFO, für die beiden Referenzsignale können auch mehrere Referenzsignale innerhalb eines Regelungs-intervalls wirksam werden und damit auch mehrere Schalthandlungen während eines Inter-valls. Somit können auch Steuersätze für mehrstufige Wechselrichter mit PWM und opti-mierten Pulsmustern realisiert werden.

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Industrie

Advanced Pulse Modulation (APM)

Idee: Hans-Christian Doht, Erlangen; Martin Hilscher, Erlangen;

Michael Wokusch, Forchheim

Pulsmuster für Wechselrichter mit Spannungszwischenkreis werden bisher durch den Vergleicheines Referenzsignals mit einem gleichseitigen Dreiecksignal gewonnen (Puls-Weiten-Modulation,PWM). Dabei kann über eine halbe Periode dieses Dreiecksignals eine der Referenzkurveproportionale Spannung approximiert werden. Bei n-stufigen Wechselrichtern werdenentsprechend n Dreiecksignale verwendet. Ein solcher Steuersatz kann nicht für offlinevorausberechnete optimierte Pulsmuster verwendet werden, da immer nur bestimmteSchalthandlungen während eines Regelungsintervalls stattfinden können. Daher wurdenSteuersätze für optimierte Pulsmuster in einer anderen Weise als für PWM aufgebaut. EinSpritzenstromeingriff (SSE) ist ein direkter Hardware-Eingriff in das Pulsmuster bei Erreicheneiner bestimmten Grenze des Wechselrichter-Ausgangsstroms. Bei Verwendung der PWM undmehrstufigen Wechselrichtern wurde bei Spitzenstromeingriff das Referenzsignal so verändert,dass ein oder mehrere Ventile umgeschaltet werden. Hierbei kommt es in der Regel zuzusätzlichen Schalthandlungen gegenüber dem normalen Betrieb. Bei optimierten Pulsmusternwerden einfach die entsprechenden Ventile umgeschaltet und nach einer bestimmten Zeit wiederzurückgeschaltet, wenn kein Überstrom mehr ansteht.

Um den Ein- und Ausschaltvorgang der Ventile unabhängig voneinander zu steuern wirdvorgeschlagen, zwei Referenzsignale und ein Sägezahnsignal zu verwenden. Dies ist besonders beimehrstufigen Anordnungen vorteilhaft, weil dadurch zusätzliche Schalthandlungen der Ventile beiSpitzenstromeingriff grundsätzlich verhindert oder auch zugelassen werden können. Durch dieVerwendung von Schieberegistern, insbesondere ein FIFO, für die beiden Referenzsignalekönnen auch mehrere Referenzsignale innerhalb eines Regelungs-intervalls wirksam werden unddamit auch mehrere Schalthandlungen während eines Inter-valls. Somit können auch Steuersätzefür mehrstufige Wechselrichter mit PWM und opti-mierten Pulsmustern realisiert werden.

In Bild 1 ist eine Einheit eines modifizierten Pulsweitenmodulators, der hier auch als AdvancedPulse Modulation (APM) bezeichnet wird, für eine Phase einer Wechselrichterstufe dargestellt.Durch den größer/kleiner Vergleich der beiden Referenzsignale R1 und R2 mit demDreieckssignal DR mit anschließender Exklusiv-oder-Verknüpfung (XOR) wird das Aus-gangssignal imme...