Umwandlung elektrischer Energie mit Leistungselektronik

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1 Umwandlung elektrischer Energie mit Leistungselektronik Félix Rojas Technische Universität München Prof. Dr. Ing. Ralph Kennel. Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Übung 5 RZM: 3-Level-NPC

2 Gliederung Topologie Raumzeigermodulation Pulsmuster und Balance Kondensatoren Beispiel Zusammenfassung

4 Topologie Der 3-Level Umrichter Durch Verdopplung der Leistungsschalter ist es möglich drei Spannungslevel für VAZ, V BZ und V CZ zu erzeugen. Hierbei muss das mittlere Spannungslevel mittels der Regelung des Stroms iz balanciert werden. Die Leistungsschalter S1, S 2, S 3 und S 4 erhalten jeweils eine antiparallele Diode (D 1, D 2, D 3, D 4 ). Die Dioden DZ1 und D Z2 werden als Clamped Dioden bezeichnet.

5 Ü4: RZM: 3-Level NPC 2/30 Topologie Der 3 Level Umrichter Definition für Switching States Die maximale Ausgangsphasenspannung ist E, während die Zwischenkreisspannung 2E beträgt. Im Vergleich zu einem 2-Level Umricheter, erzeugt der 3-Level Umrichter weniger Oberwellen und besitzt ein kleineres dv dt in der Ausgangsspannung. Nur die Schaltkombination O erzeugt einen Strom iz durch den Neutral Point Z. Die Schalter S1 und S 3 sowie S 2 und S 4 werden immer komplementär geschaltet.

6 Ü4: RZM: 3-Level NPC 3/30 Topologie Schaltvorgänge Beispiel für die Ausgangsspannung V AZ und den Zustand der Leistungsschalter. Im Vergleich zu einem 2-Level Umrichter, erzeugt der 3-Level Umrichter weniger Oberwellen und geringere Spannungsflanken in der Ausgangsspannung. Die Schaltfrequenz aller Schalter (S1, S 2, S 3 und S 4 ) ist identisch.

7 Topologie Schaltvorgänge Beispiel für die Ausgangsspannungen V AZ, V BZ, V CZ und V AB. Die verkettete Spannung VAB = V AZ V BZ besitzt 5 Level. Bei einem 2-Level Umrichter gibt es nur 3 Spannungslevel.

8 Topologie Schaltvorgänge Pulsmuster mit Totzeit für einen positiven Laststrom i A. Der Strom ia wird während des Schaltvorgangs als konstant angenommen.(induktive last) Die Kapazitaten sind ausreichend groß, damit die Spannung whrend des Schaltvorgangs konstant bleibt. Es handelt sich um ideale Schalter.

9 Topologie Schaltvorgänge Pulsmuster mit Totzeit für einen positiven Laststrom i A. Bei dem Übergang von O nach P liegt an den offenen Leistungshalbleitern maximal die halbe Zwischenkreisspannung an (E).

10 Ü4: RZM: 3-Level NPC 7/30 Topologie Schaltvorgänge Pulsmuster mit Totzeit für einen negativen Laststrom i A. Auch beim Übergang von O nach P, ist die maximale Spannung fr die Halbleiter E, unabhängig ob i z positiv oder negativ ist. Diese maximale Spannung gilt auch für den folgenden Übergang: P - O, N - O und O - N.

11 Der Übergang P - N oder N - P ist verboten! Bei dieser Kombination, schalten alle Schalter (S 1, S 2, S 3 und S 4 ), hierbei könnte eine zu große (> E) dynamische Spannung in einem Schalter hervorgerufen werden. Die Widererstä nde R1 4 konnten eingespart werden, wenn der leakage Strom der oberen Schalter (S 1 und S 4 ) kleiner ausfllt als der der mittleren Schalter (S 2 und S 4 ). Mehr Infos in Kapitel 2 von [1]. Ü4: RZM: 3-Level NPC 8/30 Topologie Schaltvorgänge Pulsmuster mit Totzeit für einen negativen Laststrom i A.

13 Raumzeigermodulation Raumzeigern Jeder Umrichterzweig besitzt 3 mögliche Kombinationen. Daher ergeben sich 3 3 = 27 mögliche Schaltkombinationen fr einen dreiphasigen Umrichter. Die 27 Kombinationen erzeugen 18 verschiedenen aktive Zeigern und ein Null Zeiger. Hierbei gibt es 6 redundante aktive Zeiger. Die aktiven Zeiger besitzen 3 verschiedene Amplituden. Diese werden als: Small, Medium und Large bezeichnet. Der Nullzeiger kann durch drei verschiedene Kombinationen erzeugt werden.

14 Raumzeigermodulation Raumzeigern Die 18 Aktivzeiger erzeugen 24 verschiedene Regionen (Dreiecke) in denen die Referenzspannung liegen kann. Analog zu der RZM für einen 2-Level Umrichter definiert der Kreis den Bereich der linearen Aussteuerung. Mittels folgender Schritte wird ein zum Referenzzeiger passendes Pulsmuster ermittelt: 1. Bestimmung der Region in dem sich der Referenzzeiger befindet. 2. Berechnung der Zeiten für die relevanten Schaltzustnde. 3. Definition eines Pulsmusters.

15 Ü4: RZM: 3-Level NPC 11/30 Raumzeigermodulation Dwell Time V 1 = V d 3 V 7 = ê α 3Vd 3 ( ) 3 2 êα êβ V 2 = V ( ) d 12 3 ê α êβ V ref = V ref cos(θ) + V ref sin(θ) T a T b Tc = 3 V ref V d cos(θ)t s Die Modulation der Referenzspannung wird durch 3 Zeiger realisiert. Hierbei muss nicht immer ein Nullzeiger vorhanden sein. V x t x + V y t y + V z t z = V ref T s In Sektor I: V x,y,z [V 0, V 1, V 2, V 13, V 7, V 14 ] Im Beispiel liegt die Referenzspannung in Region Nummer T b Tc = 3 V ref V sin(θ)t s d T s = T a + T b + T c T a = T s (1 2m a sin(θ)) ( T b = T s 2ma sin( π 3 + θ) 1) T c = T s ( 1 2ma sin( π 3 θ)) V 1 T a + V 7 T b + V 2 T c = V ref T s

16 Ü4: RZM: 3-Level NPC 12/30 Raumzeigermodulation Raumzeigern T a = T s (1 2m a sin(θ)) ( T b = T s 2ma sin( π 3 + θ) 1) Analog gilt für die anderen Regionen: T c = T s ( 1 2ma sin( π 3 θ)) Gültig für 0 < θ π 3. m a = 3 V ref V d analog zur RZM für einen 2-Level Umrichter. Die Referenzspannung darf nicht auerhalb des definierten 3Vd Kreises liegen. V ref max = 3 m a,max = 1 Diese Tabelle gilt für alle Sektoren wenn der Winkel definiert wird als: θ = θ (k 1) π3 k = 1, 2, 3, 4, 5, 6 für den Sektor in welchem sich der Referenzzeiger befindet.

18 Balance Kondensatoren Versorgungssystem Nullzeiger ( V 0 ) erzeugen keinen Strom i z. Positive Small -Zeiger erzeugen einen negativen Strom i z. (V z erhört). Negative Small -Zeiger erzeugen einen positiven Strom i z. (V z reduziert sich). Medium -Zeiger erzeugen einen positiven oder negativen Strom i z, abhängig vom Arbeitspunkt. Large -Zeiger erzeugen keinen Strom iz. Diese Punkte gelten nur für den Fall, dass der Umrichter als Quelle arbeitet. Für den regenerativen Betrieb ändert sich das Vorzeichen von i z.

19 Balance Kondensatoren Regeneratives System Betrieb als Quelle ( Small -Zeiger) Regenerativer Betrieb ( Small -Zeiger) Im regenerativen Betrieb fließt Wirkleistung von dem Erzeuger zum Umrichter.

20 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster

21 Ü4: RZM: 3-Level NPC 15/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Sobald die Schaltzeitpunkte, der aktuelle Sektor und die Regionen ausgewählt sind, lassen sich die Pulsmuster bestimmen.

22 Ü4: RZM: 3-Level NPC 15/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Sobald die Schaltzeitpunkte, der aktuelle Sektor und die Regionen ausgewählt sind, lassen sich die Pulsmuster bestimmen. Für jeden Referenzvektor gibt es mehrere Pulsmuster. Es sollte allerdings ein Pulsmuster ausgewählt werden, welches die folgenden Bedingungen gerecht wird:

23 Ü4: RZM: 3-Level NPC 15/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Sobald die Schaltzeitpunkte, der aktuelle Sektor und die Regionen ausgewählt sind, lassen sich die Pulsmuster bestimmen. Für jeden Referenzvektor gibt es mehrere Pulsmuster. Es sollte allerdings ein Pulsmuster ausgewählt werden, welches die folgenden Bedingungen gerecht wird: a) Beim Wechsel des diskreten Zeigers, dürfen nur zwei Schalter in einem Zweig (Bein) schalten. b) Der Übergang zwischen den Sektoren (oder Regionen) darf keinen bzw. nur minimal mögliche Schaltvorgänge beinhalten. c) Während des Schaltvorgangs darf sich die Zwischenkreisspannung nur minimal ändern.

24 Ü4: RZM: 3-Level NPC 15/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Sobald die Schaltzeitpunkte, der aktuelle Sektor und die Regionen ausgewählt sind, lassen sich die Pulsmuster bestimmen. Für jeden Referenzvektor gibt es mehrere Pulsmuster. Es sollte allerdings ein Pulsmuster ausgewählt werden, welches die folgenden Bedingungen gerecht wird: a) Beim Wechsel des diskreten Zeigers, dürfen nur zwei Schalter in einem Zweig (Bein) schalten. b) Der Übergang zwischen den Sektoren (oder Regionen) darf keinen bzw. nur minimal mögliche Schaltvorgänge beinhalten. c) Während des Schaltvorgangs darf sich die Zwischenkreisspannung nur minimal ändern. Um Punkt c) zu erfüllen, ist es wichtig die small -Zeiger zu regeln. Wir können zwei verschiedene Regionen identifizieren. Regionen Nummer 4 und 3 haben nur einen small - Zeiger ( V 1 oder V 2 ), Regionen 1 und 2 erhalten jeweils 2 small -Zeiger ( V 1 und V 2 ).

25 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster mit ein Small Zeiger Ü4: RZM: 3-Level NPC 16/30

26 Ü4: RZM: 3-Level NPC 16/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster mit ein Small Zeiger Sobald der Referenzzeiger in Region 4 Sektor I liegt, wird dieser durch die Zeiger V 2, V 7, V 14 moduliert. Um die Abweichung in der Zwischenkreisspannung zu minimieren (Punkt c) ), müssen die Schaltzeiten der Small -Zeiger in positive und negative Zustände gleichmäßig aufgeteilt werden.

27 Ü4: RZM: 3-Level NPC 16/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster mit ein Small Zeiger Sobald der Referenzzeiger in Region 4 Sektor I liegt, wird dieser durch die Zeiger V 2, V 7, V 14 moduliert. Um die Abweichung in der Zwischenkreisspannung zu minimieren (Punkt c) ), müssen die Schaltzeiten der Small -Zeiger in positive und negative Zustände gleichmäßig aufgeteilt werden.

28 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster mit einem Small -Zeiger

29 Ü4: RZM: 3-Level NPC 17/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster mit einem Small -Zeiger Beim Wechsel des diskreten Zeigers, dürfen nur zwei Schalter in einem Zweig (Bein) schalten. (Punkt a) ist erfüllt) Die Schaltzeit der Small -Zeiger ( V 2 ) ist in positivem und negativem Zustand gleichmäßig verteilt. In jeder Periode werden nur 2 Schalter geschaltet. Wenn angenommen wird, dass es keine Schalthandlung während des Übergangs der Sektoren gibt, dann beträgt die Schaltfrequenz: f sw,dev = fs 2 ; fs = Ts 1, wobei Ts der Abtastzeit entspricht.

30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster mit zwei Small Zeiger Liegt der Referenzzeiger in Sektor I und Region Nummer 1 oder 2, ergeben sich 2 Small -Zeiger pro Region. Es wird ein Zeiger ausgewählt, der eine größere Schaltzeit hat. Daher wird in Region 1a und 2a V 1 benutzt. In Region 1b und 2b wird der Zeiger V 2 verwendet. Für Sektor I-2a gilt:

31 Ü4: RZM: 3-Level NPC 19/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Der Übergang zwischen den Sektoren erfordert keinen Schaltvorgang. Der Übergang zwischen Region a und b erfordert einen zusätzlichen Schaltvorgang. Dieser ist als schwarzer Punkt dargestellt. Die Schaltfrequenz jedes Schalters ist gegeben mit: f sw,dev = fs 2 + f 1 2. f s = 1 T s der Abtastzeit entspricht. f 1 ist die Grundschwingungsfrequenz. Ts, wobei

32 Ü4: RZM: 3-Level NPC 20/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Ausgangsspannung RZM bei f 1 = 60Hz, T s = , ma = 0.8. Last PF = 0.9i Wie erwartet besitzen die Phasenspannungen eine dritte-harmonische und vielfache von 3. Da diese Harmonischen ein Nullsystem darstellen, tauchen sie nicht in verketteten Spannung auf. Wie beim 2-Level Umrichter, besitzt das Signal V ab keine Halbwellesymmetrie. Daher ergibt sich ein gerade Zahl von Harmonischen. Die Phasenspannung besitzt 3-Level. Die Verkettetespannung besitzt 5-Level. Hierdurch gibt es weniger Oberwellen und geringere Spannungsflanken (EMI) Die dominanten Harmonischen sind die 17. und 19., diese befinden sind um die 18. Harmonische. (fs = 18 f1 = 1080Hz). Diese Frequenz wird als Umrichter-Frequenz bezeichnet, die Schaltfrequenz ist allerdings f sw,dev = = 570Hz. Dies ist ein großer Vorteil von 3-Level Umrichtern. Sowohl für 2-Level, als auch fr 3-Level Umrichter, liegt der maximal möglische Effektivwert der verketteten Spannung bei m a = 1, V ab max = 3 Vd = 0.707V 2 3 d.

33 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Ausgangsspannung Gerade und Ungerade Harmonische Frequenzspektrum für Zwei Modulationsindex.Links m a = 0.8, Rechts m a = 0.9 (500Hz/div)

34 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Ausgangsspannung Seven-segment Pulsmuster. Sektor I, Region 4. Zwei möglische Pulsmuster für Sektor IV, Region 4.

35 Ü4: RZM: 3-Level NPC 23/30 Pulsmuster Seven-Segment Pulsmuster Ausgangsspannung Um geradzahlige Harmonische zu eliminieren,müssen Type-A und Type-B Pulsmuster alle 60 wechseln. Bei diesem Verfahren erhöht sich die Schaltfrequenz mit: f sw,dev = fs 2 + f f 1 2 = fs 2 + f 1. Die Eliminierung geradzahliger Harmonischer wird normalerweise im Netzbetrieb angewendet.

36 Pulsmuster Tabelle Seven-Segment Pulsmuster Ü4: RZM: 3-Level NPC 24/30

38 RZM für einen 3-Level NPC Umrichter Beispiel Die verkettete Referenzspannung ist gegeben mit: V ab = 350 cos (ωt + π 6 + π 18 ) V bc = 350 cos (ωt 2π 3 + π 6 + π 18 ) V ca = 350 cos (ωt + 2π 3 + π 6 + π 18 ) 1. Berechnen Sie die Zwischenkreisspannung, um mittels der gegebenen verketteten Spannungen einen Modulationsindex von m a = 0.8 zu erhalten. 2. Zeigen Sie die diskreten Referenzvektoren für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 3. Berechnen Sie den Sektor und die Region des Referenzvektors für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 4. Berechnen sie die Abtastzeit für das erste und zweite abgetastete Signal. 5. Zeigen Sie die seven-segment Pulsmuster für die erste 3 Sampled Values mit und ohne Eliminierung geradzahliger Harmonischer. 6. Welche Schaltfrequenz ist bei gleicher Abtastfrequenz für eine RZM gegeben, bei der die geradzahligen Harmonischen eliminiert werden.

39 Ü4: RZM: 3-Level NPC 25/30 RZM für einen 3-Level NPC Umrichter Beispiel Die verkettete Referenzspannung ist gegeben mit: V ab = 350 cos (ωt + π 6 + π 18 ) V bc = 350 cos (ωt 2π 3 + π 6 + π 18 ) V ca = 350 cos (ωt + 2π 3 + π 6 + π 18 ) 1. Berechnen Sie die Zwischenkreisspannung, um mittels der gegebenen verketteten Spannungen einen Modulationsindex von m a = 0.8 zu erhalten. 2. Zeigen Sie die diskreten Referenzvektoren für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 3. Berechnen Sie den Sektor und die Region des Referenzvektors für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 4. Berechnen sie die Abtastzeit für das erste und zweite abgetastete Signal. 5. Zeigen Sie die seven-segment Pulsmuster für die erste 3 Sampled Values mit und ohne Eliminierung geradzahliger Harmonischer. 6. Welche Schaltfrequenz ist bei gleicher Abtastfrequenz für eine RZM gegeben, bei der die geradzahligen Harmonischen eliminiert werden. 3Vref 1. m a = U d 3(350/ 3) m a = U d m a = 0.8 U d = 437.5V

40 Ü4: RZM: 3-Level NPC 25/30 RZM für einen 3-Level NPC Umrichter Beispiel Die verkettete Referenzspannung ist gegeben mit: V ab = 350 cos (ωt + π 6 + π 18 ) V bc = 350 cos (ωt 2π 3 + π 6 + π 18 ) V ca = 350 cos (ωt + 2π 3 + π 6 + π 18 ) 1. Berechnen Sie die Zwischenkreisspannung, um mittels der gegebenen verketteten Spannungen einen Modulationsindex von m a = 0.8 zu erhalten. 2. Zeigen Sie die diskreten Referenzvektoren für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 3. Berechnen Sie den Sektor und die Region des Referenzvektors für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 4. Berechnen sie die Abtastzeit für das erste und zweite abgetastete Signal. 5. Zeigen Sie die seven-segment Pulsmuster für die erste 3 Sampled Values mit und ohne Eliminierung geradzahliger Harmonischer. 6. Welche Schaltfrequenz ist bei gleicher Abtastfrequenz für eine RZM gegeben, bei der die geradzahligen Harmonischen eliminiert werden. 3Vref 1. m a = U d 3(350/ 3) m a = U d m a = 0.8 U d = 437.5V 2. V a0 = cos (ωt + π 18 ) V b0 = cos (ωt 2π 3 + π 18 ) V c0 = 350 cos (ωt + 2π π ) V ref = 350 ( ωt + π ) 3 18

41 Ü4: RZM: 3-Level NPC 25/30 RZM für einen 3-Level NPC Umrichter Beispiel Die verkettete Referenzspannung ist gegeben mit: V ab = 350 cos (ωt + π 6 + π 18 ) V bc = 350 cos (ωt 2π 3 + π 6 + π 18 ) V ca = 350 cos (ωt + 2π 3 + π 6 + π 18 ) 1. Berechnen Sie die Zwischenkreisspannung, um mittels der gegebenen verketteten Spannungen einen Modulationsindex von m a = 0.8 zu erhalten. 2. Zeigen Sie die diskreten Referenzvektoren für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 3. Berechnen Sie den Sektor und die Region des Referenzvektors für eine Periode bei einer Abtastfrequenz von f sp = 900Hz. (Erste sample T s = 0). 4. Berechnen sie die Abtastzeit für das erste und zweite abgetastete Signal. 5. Zeigen Sie die seven-segment Pulsmuster für die erste 3 Sampled Values mit und ohne Eliminierung geradzahliger Harmonischer. 6. Welche Schaltfrequenz ist bei gleicher Abtastfrequenz für eine RZM gegeben, bei der die geradzahligen Harmonischen eliminiert werden. 3Vref 1. m a = U d 3(350/ 3) m a = U d m a = 0.8 U d = 437.5V 2. V a0 = cos (ωt + π 18 ) V b0 = cos (ωt 2π 3 + π 18 ) V c0 = 350 cos (ωt + 2π π ) V ref = 350 ( ωt + π ) In einer Periode gib es = 18 abgetastete Werte. Dann: t k = k T s ; k [0, 1, 2, 3, 4,..., 18] V ref (t 0 ) = 350 ( 2π π ) 3 18 V ref (t 0 ) = 350 (10 ) 3 V ref (t 1 ) = 350 ( 2π50 (1/900) + π ) 3 18 V ref (t 1 ) = 350 (30 ) 3 V ref (t 2 ) = (50 ) V ref (t 3 ) = (70 ) V ref (t k ) = ((10 + n 20) )

42 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel Ü4: RZM: 3-Level NPC 26/30

43 Ü4: RZM: 3-Level NPC 26/30 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 3. V ref (t 0 ) = (10 ) V ref (t 1 ) = (30 ) V ref (t 2 ) = (50 ) gehören zu den Sektor I. Welche Region?

44 Ü4: RZM: 3-Level NPC 26/30 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 3. V ref (t 0 ) = (10 ) V ref (t 1 ) = (30 ) V ref (t 2 ) = (50 ) gehören zu den Sektor I. Welche Region? V ref (t 0 ) = (cos(10 )ê α + sin(10 )ê β ) Normierte Wert ist: V ref nor (t 0 ) = 0.8 (cos(10 )ê α + sin(10 )ê β ) d m1 = 0.8 sin(60 10 ) = 0.61 d m2 = 0.8 sin(10 ) =

45 Ü4: RZM: 3-Level NPC 26/30 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 3. V ref (t 0 ) = (10 ) V ref (t 1 ) = (30 ) V ref (t 2 ) = (50 ) gehören zu den Sektor I. Welche Region? V ref (t 0 ) = (cos(10 )ê α + sin(10 )ê β ) Normierte Wert ist: V ref nor (t 0 ) = 0.8 (cos(10 )ê α + sin(10 )ê β ) d m1 = 0.8 sin(60 10 ) = 0.61 d m2 = 0.8 sin(10 ) = Wenn: (d m1 + d m2 ) 0.5 => Region 1 d m1 > 0.5 => Region 3 d m2 > 0.5 => Region 4 Andere => Region 2 Deswegen: V ref nor (t 0 ) gehrt Sektor I, Region 3.

46 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 4. Für V ref (t 0 ) V 1 => T a = T s(2 2m a sin(π/3 + θ)) T a = ( sin(π/3 + π/18)) = 0.551ms

47 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 4. Für V ref (t 0 ) V 1 => T a = T s(2 2m a sin(π/3 + θ)) T a = ( sin(π/3 + π/18)) = 0.551ms V 7 => T b = T s m a sin(θ) T b = 1/ sin(π/18) = 0.308ms

48 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 4. Für V ref (t 0 ) V 1 => T a = T s(2 2m a sin(π/3 + θ)) T a = ( sin(π/3 + π/18)) = 0.551ms V 7 => T b = T s m a sin(θ) T b = 1/ sin(π/18) = 0.308ms

49 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 4. Für V ref (t 0 ) V 1 => T a = T s(2 2m a sin(π/3 + θ)) T a = ( sin(π/3 + π/18)) = 0.551ms V 7 => T b = T s m a sin(θ) T b = 1/ sin(π/18) = 0.308ms V 13 => T c = T s(2m a sin(π/3 θ) 1) T c = 1/900(2 0.8 sin(π/3 π/18) 1) = 0.25ms Wobei: T s = T a + T b + T c

50 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 4. Für V ref (t 0 ) V 1 => T a = T s(2 2m a sin(π/3 + θ)) T a = ( sin(π/3 + π/18)) = 0.551ms V 7 => T b = T s m a sin(θ) 5. Für V ref (t 0 ) V 1N V 13 V 7 V 1P V 7 V 13 V 1N [ONN]-[PNN]-[PON]-[POO]-[PON]-[PNN]-[ONN]. T b = 1/ sin(π/18) = 0.308ms V 13 => T c = T s(2m a sin(π/3 θ) 1) T c = 1/900(2 0.8 sin(π/3 π/18) 1) = 0.25ms Wobei: T s = T a + T b + T c

51 PWM Zero-Sequence Injection Beispiel 4. Für V ref (t 0 ) V 1 => T a = T s(2 2m a sin(π/3 + θ)) T a = ( sin(π/3 + π/18)) = 0.551ms V 7 => T b = T s m a sin(θ) T b = 1/ sin(π/18) = 0.308ms V 13 => T c = T s(2m a sin(π/3 θ) 1) T c = 1/900(2 0.8 sin(π/3 π/18) 1) = 0.25ms 5. Für V ref (t 0 ) V 1N V 13 V 7 V 1P V 7 V 13 V 1N [ONN]-[PNN]-[PON]-[POO]-[PON]-[PNN]-[ONN]. 6. Ohne geradzahligen Harmonischen Eliminierung: f sw,dev = 900/2 + 50/2 = 475Hz Mit geradzahligen Harmonischen Eliminierung: f sw,dev = 900/ = 500Hz Wobei: T s = T a + T b + T c

53 Folgerung Ein lineare Aussteuerung der RZM ist gegeben für m a 1. Die verkettete Spannung besitzt fnf Level. Hierdurch ergeben sich geringere Oberwellen und kleiner Spannungsflanken als beim 2-Level Umrichter. Zur Erzeugung der Pulsmuster gibt es zwei Verfahren. Wenn angestrebt wird geradzahlige Harmonische zu eliminieren fällt die Schaltfrequenz um f 1 /2 höher aus.

54 Referenzen [1] Hava, A.M.; Kerkman, R.J.; Lipo, T.A., Carrier-based PWM-VSI overmodulation strategies: analysis, comparison, and design, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol.13, no.4, pp.674,689, Jul 1998 [2] Bin Wu, High Power Converters nad AC Drives. IEEE Press, Wiley-Interscience.

55 Übung für Zuhause Ü4: RZM: 3-Level NPC 30/30

56 Fragen Nächste Übung am um 09:45 Uhr