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Veraendern und Anpassen der Schaltfrequenz eines Umrichters im Betrieb

IP.com Disclosure Number: IPCOM000126269D
Published in the IP.com Journal: Volume 5 Issue 7B (2005-08-10)
Included in the Prior Art Database: 2005-Aug-10
Document File: 7 page(s) / 292K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Das Veraendern und Anpassen der Schaltfrequenz eines Umrichters waehrend des Betriebs kann erforderlich sein, um in Antriebssystemen stoerende Geraeusche oder eine unerwuenschte Anregung von System- und Resonanzfrequenzen zu vermeiden. Derzeit bekannte Verfahren erfordern einen hohen Aufwand in der Implementierung und eine hohe Rechenzeit zur Verarbeitung im Mikroprozessor, der die Steuerung/Regelung der ueblicherweise eingesetzten Pulsbreiten-Modulation (PWM: Pulse Width Modulation) durchfuehrt bzw. die Sollspannungen berechnet. An diese Bearbeitungszeit ist die Schaltfrequenz herkoemmlicher Umrichter relativ starr gekoppelt. Systeme in Umrichtern arbeiten haeufig mit festen „Zeitscheiben“ (TP) welche die Laenge einer Pulsperiode vorgeben. Diese stehen fuer die Berechnung der Pulsmuster oder Sollspannungszeiger zur Verfuegung und legen die Schaltfrequenz des Umrichters ueber das Verhaeltnis 1/TP (bzw. ganzzahlige Vielfache davon) direkt fest. Soll in derartigen Systemen die Schaltfrequenz veraendert oder angepasst werden, laesst sich das nur ueber ganzzahlige Faktoren aendern oder durch Aenderung der Laenge der Pulsperiode (Zeitscheibe), die der Berechnung des Pulsmusters dient. Dies kann ein hohes Derating (Leistungsreduzierung) des Umrichters verursachen und zu Ueberdimensionierung fuehren.

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Veraendern und Anpassen der Schaltfrequenz eines Umrichters im Betrieb

Idee: Hans-Dieter Heining, DE-Erlangen

Das Veraendern und Anpassen der Schaltfrequenz eines Umrichters waehrend des Betriebs kann erforderlich sein, um in Antriebssystemen stoerende Geraeusche oder eine unerwuenschte Anregung von System- und Resonanzfrequenzen zu vermeiden. Derzeit bekannte Verfahren erfordern einen hohen Aufwand in der Implementierung und eine hohe Rechenzeit zur Verarbeitung im Mikroprozessor, der die Steuerung/Regelung der ueblicherweise eingesetzten Pulsbreiten-Modulation (PWM: Pulse Width Modulation) durchfuehrt bzw. die Sollspannungen berechnet. An diese Bearbeitungszeit ist die Schaltfrequenz herkoemmlicher Umrichter relativ starr gekoppelt.

Systeme in Umrichtern arbeiten haeufig mit festen "Zeitscheiben" (TP) welche die Laenge einer Pulsperiode vorgeben. Diese stehen fuer die Berechnung der Pulsmuster oder Sollspannungszeiger zur Verfuegung und legen die Schaltfrequenz des Umrichters ueber das Verhaeltnis 1/TP (bzw. ganzzahlige Vielfache davon) direkt fest. Soll in derartigen Systemen die Schaltfrequenz veraendert oder angepasst werden, laesst sich das nur ueber ganzzahlige Faktoren aendern oder durch Aenderung der Laenge der Pulsperiode (Zeitscheibe), die der Berechnung des Pulsmusters dient. Dies kann ein hohes Derating (Leistungsreduzierung) des Umrichters verursachen und zu Ueberdimensionierung fuehren.

Da die Steuerung/Regelung und der Steuersatz ueblicherweise synchron und in fester Relation zueinander ablaufen, aendern sich bei jeder Anpassung der Schaltfrequenz durch Aenderung der Zeitscheibe fuer den Steuersatz, auch die zeitabhaengigen Groessen der Steuerung/Regelung und somit die dynamischen Eigenschaften des Antriebs. Das heisst, dass bei Veraenderung der Schaltfrequenz innerhalb bestimmter Grenzen oder bei der Anpassung an Randbedingungen stets alle Parameter zeitabhaengig nachgefuehrt werden muessen, um einen korrekten Betrieb zu gewaehrleisten. Dies erfordert einen grossen Aufwand sowohl bei der Implementierung als auch bei der direkten (online) Signalverarbeitung, da alle zeitabhaengigen Parameter mit einer im Betrieb veraenderbaren Zeitbasis skalierbar vorgesehen werden muessen. Auch die zu den Zeitscheiben asynchrone Berechnung und Abarbeitung der Pulsmuster bzw. Sollspannungen ist sehr aufwaendig in der Ueberwachung und Durchfuehrung. Hierbei kann es zu Fehlern bei der Spannungsbildung kommen, etwa durch ueberschriebene Schaltzustaende oder Schaltzustaende, die zum falschen Zeitpunkt ausgefuehrt werden, was zu transienten Ueberstroemen und unerwuenschten Einschwingvorgaengen fuehren kann.

Im Folgenden wird ein Verfahren vorgeschlagen, wodurch sich die Schaltfrequenz innerhalb gewisser Grenzen dadurch veraendern laesst, dass die Zeitscheibe fest bleibt und die Spannungsbildung im Steuersatz durch die Manipulation mit Nullsystemen veraendert wird. Da der Sternpunkt der Last (z.B. eines Motors) heute ueblicherweise nic...