Raumzeigermodulation. Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik. Arcisstraße 21 D München

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Rosa Ziegler
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Lehrsuhl für Elekrische Anriebssyseme und Leisungselekronik Technische Universiä München Arcissraße 1 D 80333 München Email: ea@ei.

1 Lehrsuhl für Elekrische Anriebssyseme und Leisungselekronik Technische Universiä München Arcissraße 1 D München ea@ei.um.de Inerne: hp:// Prof. Dr.-Ing. Ralph Kennel Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Raumzeigermodulaion 1

2 1 Raumzeigermodulaion Gegenüber des Unerschwingungsverfahrens, wird bei der Raumzeigermodulaion der gewünsch Raumzeiger miels eines Anriebsrechners berechne. Im Zuge der Weierenwicklung der Mikroconroller ha sich die Raumzeigermodulaion indusriell bereis schon lange durchgesez. Die Voreile gegenüber unerschwingungsbasieren Verfahren liegen in der Freihei der Wahl der einzelnen Pulse. So is es z.b. möglich eine Spannnungszeifläche zu schalen, die geringer is als die Sollspannungszeifläche. Im nächsen Zyklus kann dann die fehlende Fläche dazu addier werden, so dass im Miel wieder die korrek Spannungszeifläche resulier. Die Möglichkei der Freihei für die Wahl der Pulsbreien in den einzelnen Zyklen, bedeue enorme Möglichkeien in Bezug auf die Redukion von Oberschwingungen und der Verwendung spezieller Umricheropologien, welche miels des Unerschwingungsverfahrens nich einsezbar wären. Die Freihei jeden beliebigen Raumzeiger zu schalen ha folgende Voreile: 1. sehr kosengünsige Treiberschalungen können realisier werden.. diverse Möglichkeien der Übermodulaion eröffnen sich 3. Der Nullzeiger kann beliebig variier werden. Hiermi ergeben sich enorme Möglichkeien zur Oberschwingungsredukion 4. Schalpulse können angepass werden um z.b. die Srommessung zu verbessern Die Grundidee bei der Raumzeigermodulaion is den Spannungsraumzeiger miels drei Zeigern zu modulieren. Die Schalzusände sezen sich aus den ach Grundraumzeigern zusammen (sprich: 100,010,001,011 usw.). Die Schalfolge is immer so gewähl, dass pro Zeigerumschalung immer nur ein Leisungshalbleier geschale wird. Dies dien der Verkleinerung von Schalverlusen und vermeide die Möglichkei von Überspannungen am Moor aufgrund von Wellenphänomenen. Der prinzipielle Realisierung der Raumzeiger Modulaion wird in dem folgenden Blockdiagramm gezeig.

3 Abbildung 1.1: Blockdiagramm Raumzeigermodulaion Um die passenden Pulsmuser für den vorgegebenen Spannungsraumzeiger zu modulieren, is die Einschaldauer der Grundraumzeiger wesenlich. Dieser Zusammenhang wird qualiaiv in der nächsen Abbildung verdeulich. 110 u T 0 0 u soll Abbildung 1.: Pulsmuser für einen Raumzeiger im ersen Sekor In der obigen Abbildung wird deulich, dass sowohl der Nullzeiger 000, als auch der Nullzeiger 111 geschale wird. Für spezielle Anwendungen is es sinnvoll das Verhälnis der Nullzeiger zu ändern bzw. einen Nullzeiger komple wegfallen zu lassen. Es is lediglich zu beachen, dass die Einschaldauer des Nullzeigers gleich bleib. In der nächsen Abbildung sind zwei weiere Pulsmuser dargesell, welche demselben Raumzeiger wie in 1. ensprechen. 3

4 u T 0 u T 0 Abbildung 1.3: Flaop- Modulaion Bei Berachung der Pulsmuser aus Abbildung 1.3 fäll auf, dass eine Schalhandlung komple wegfäll. Diese spezielle Ar der Modulaion nenn sich Flaop- Modulaion und dien dazu die Schalverluse zu minimieren. Die Anwendung dieser Modulaion is jedoch nich nur von Voreil, da die Halbleier unsymmerisch belase werden. Hinzu komm, dass es für einige Umricheropologien erforderlich is, dass eine Maximalzei zwischen den Schalhandlungen der Halbleier nich überschrien werden darf. Bei der Flaop Modulaion komm es aufgrund der langen Nullzeiger Einschaldauer zu erhöhen Oberschwingungen. Uner anderem deshalb is diese Modulaionsvariane auch nur bei hohen Ausseuerungen sinnvoll. Diese Oberschwingungen ensehen, weil der Srom im Momen des Nullzeiger sich sehr schnell verkleiner und in Richung Null endier. 4

5 1.1 Veriefungen 4 Leien Sie die resulierenden Schalzeien für eine beliebige Sollspannung im ersen Sekor her. 4.1 Berechnen Sie die Schalzeien für folgenden Spannungszeiger = / ( /6) und für = /3 ( /4). Zeichnen Sie anschließend die resulierenden Pulsmuser. 4. Inwiefern können die Spannungen aus 4.1 miels modifizierer Pulsmuser dargesell werden? Zeichen Sie verschiedene Pulsmuservarianen für die Spannung aus Für die Realisierung der Raumzeigermodulaion is ein Mikrorechner mi6bi Zähler gegeben, die Takfrequenz des Zählers beräg 48MHz. Die dahinergeschalee Leisungselekronik soll mi 8KHz Schalfrequenz arbeien. Berechnen Sie für die aus Aufgabe 4.1 berechneen Schalzeien die Zählerwere aus. Die Schalzeien sind in 16Bi Regisern gespeicher, welche auf die Zykluszei normier sind. Bei der PWM handel es sich um eine symerische. 4.4 Was verseh man uner opimieren Pulsmusern? Was is dessen Voreil? 4.5 Beschreiben Sie den Effek der Doppelumschalung. Was zeichne bei der Raumzeigermodulaion die bevorzuge Schalfolge aus? 4.1* Berechnen Sie die Schalzeien für die Spannung = /3 ( /6). Inerpreieren Sie das Ergebnis 5

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