PWM Teil2. Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik. Arcisstraße 21 D München

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1 Lehrsthl für Elektrische Antriebssysteme nd Leistngselektronik Technische Universität München Arcisstraße 21 D München eat@ei.tm.de Internet: Prof. Dr.-Ing. Ralph Kennel Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) PWM Teil2 1

2 1 Afmodlation harmonischer Schwingngen Im vorhergehenden Kapitel(PWM) wrde detlich, dass es mittels der Sins-Dreieck-Modlation nicht möglich ist, annähernd an die Asgangsspannng, welche im Blockbetrieb erreicht wird heranzkommen. Praktisch würde das bedeten, dass eine Maschine die mittels der Sins- Dreieck- Modlation geregelt wird ca. das 1,27- fache der Zwischenkreisspannng benötigen würde, wie eine Maschine welche im Blockbetrieb betrieben wird. Ein wesentlicher Vorteil des Unterschwingngsverfahren gegenüber dem Blockbetrieb ist, dass ein nahez sinsförmiger Strom resltiert. Da das Sechseck, welches im Blockbetrieb drchlafen wird die größt möglichste Assteerng darstellt, sollte zerst verscht werden, den größten Kreis innerhalb dieses Sechsecks z modlieren. Solange die Modlation kreisförmig ist, spricht man von linearer Modlation, welche sich dadrch aszeichnet, dass Spannngsbetrag nd Winkelgeschwindigkeit nter der Annahme einer nendlichen Schaltfreqenz konstant sind. Der Bereich von einem Modlationsindex von 0,785..0,907 wird üblicherweise als modifiziertes Unterschwingngsverfahren bezeichnet. Erreicht werden höhere Modlationsindizes als 0,785 indem af das sinsförmige Sollsignal ein weiteres Signal addiert wird, welches an der Last lediglich das Potential verschiebt. Somit gilt für ein n-phasiges System, dass alle n*m-fach harmonischen keinen Einflss af das Verhalten der Last haben. Hierbei geht m von 1 bis nendlich. Beispielsweise würde für ein 3-phasiges System die Addition einer 3,6,9,12...-fachen harmonischen keinen Einflss haben. Mittels dieses Freiheitsgrades können beispielsweise folgende Signal erzegt werden. Abbildng 1.1: Beispiele von addierten 3-fachen Harmonischen 1.1 Übermodlation Die nicht linearen Modlationsverfahren werden in einem Bereich von 0, verwendet. Hierbei wird zwischen denjenigen Verfahren nterschieden, die sowohl in der Winkelgeschwindigkeit, als ach im Spannngsbetrag nlinear sind, als ach zwischen, denjenigen, die lediglich im Spannngsbetrag nicht konstant sind. Letztere sind bis z einem Modlationsindex von

3 anwendbar. Charakterisisch für die Trajektorien im Übermodlationsbereich ist, dass diese teilweise aßerhalb des Sechsecks gezeichnet werden, was dadrch erreicht wird, indem die Rotationsgeschwindigkeit nd der Spannngsbetrag varrieren. Bei einer Darstellng aßerhalb des Sechsecks ist grndsätzlich immer die Grndwellenschwingng abgebildet, da diese drchas größer sein kann, als die verrsachende Spannngstrajektorie. Dies darf jedoch nicht interpretiert werden, als ob eine Spannng anliegt, welche physikalisch größer ist als der Rand des Sechsecks. Die Form der größten Übermodlation ist der Blockbetrieb, da hier die Spannngsgrndwelle ein Maximm erreicht. Erkaft wird sich diese hohe Spannng drch Oberwellen, welche thermische Verlste nd Drehmomentoberwellen hervorrfen. Abbildng 1.2: Halbschwingng im Übermodlationsbereich einer Phase Anhand der Abbildng wird der Übergang von der linearen zr Blockmodlation detlich. Für die Graphen bis z einem Modlationsindex von 0,952 wird detlich, dass keine Sprünge vorhanden sind. Oberhalb von 0,952 sind die Sprünge im Bereich der halben nd vollen Assteerng sichtbar. Die zeitliche Abfolge für diese Modlation wird anhand der nächsten Zeichnng erlätert. Bei Vergleich des Sollzeigers, welcher mit einer konstanten Geschwindigkeit rotiert, mit dem Istzeiger wird detlich, dass der Istzeiger den Bereich an den Längsseiten des Sechsecks schneller drchläft, als die Ecken. In den Ecken verlangsamt die Geschwindigkeit des Istzeigers sich, so dass der Sollspannngszeiger den Istspannngszeiger wieder einholt. Mit dieser Methode wird erreicht, dass die Spannngszeitfläche vergrößert wird, da die maximale Spannng des Umrichters in den Ecken größer ist als an den Längsseiten. 3

4 Abbildng 1.3: Ramzeiger Übermodlation zeitlich gestaffelt 1.2 Vertiefngen Beschreiben Sie die Vor- nd Nachteile der Anwendng von Übermodlation. Zeichen Sie qalitativ die Stromverläfe für eine blockförmig basierte Modlation nd eine sinsförmig basierte. Gehen Sie hierbei von einer sinsförmigen Gegenspannng nd einer hohen Schaltfreqenz as Erlätern Sie die Unterschiede zwischen den verschiedenen Übermodlationsverfahren nd sinsförmiger Modlation in Bezg af Winkelgeschwindigkeit nd Betrag des Spannngszeigers Um die lineare Assteerng z erhöhen wird eine dritte harmonische af die Grndwelle addiert. Erlätern Sie die Idee hinter der Afmodlation von zero seqence Systems. Berechnen Sie die Amplitde der dritten harmonischen bei welcher der Modlationsindex maximal wird. 4

5 Abbildng 1.4: Hilfszeichngen 5

6 Abbildng 1.5: Hilfszeichngen 6

7 Abbildng 1.6: Hilfszeichngen 7