Zero-Position-Coding-Modulationsverfahren mit separiertem Basisband für dreiphasige Pulswechselrichter
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Laufe des Projektes wurden die schwierigen Aufgabenstellungen einer Übertragung des SB-ZePoC Verfahrens für leistungselektronische Anwendungen gelöst. Zunächst wurden die Latenzzeiten des Verfahrens für die Modulation einer Sinusspannung massiv reduziert, so dass eine Berechnung der Schaltzeitpunkte in jeder Abtastzeit auf Basis der unmittelbar vorliegenden Kennwerte des Spannungssollwertes möglich ist (Amplitude, Frequenz, Phasenlage). Für die Anwendung im dreiphasigen Wechselrichter wurde das Verfahren zu einer zweiflankigen Modulation weiterentwickelt. Schließlich wurde das Verfahren zur Vergrößerung des Aussteuerbereichs für dreiphasige Wechselrichter um die Injektion einer dritten Harmonischen erweitert. Es folgte eine Implementierung in einen Signalprozessor, so dass die komplizierten Berechnungen der Schaltzeitpunkte in Echtzeit durchgeführt werden konnten. Dabei wurde gezeigt, dass sich das Verfahren für den Einsatz in einer geschlossenen Regelschleife eignet. Hinsichtlich der Verluste und der Dimensionierung weist das Verfahren keine Unterschiede zur herkömmlichen PWM auf. Wie gezeigt bietet das SB-ZePoCD-Verfahren ohne Injektion einer dritten Harmonischen in einer symmetrischen dreiphasigen Realisierung jedoch keine wesentlichen Vorteile gegenüber dem zurzeit gebräuchlichen RPWMD-Verfahren. Auf Grund der aufwändigen Berechnung der Schaltzeitpunkte für SB-ZePoC bringt die Anwendung dieses Verfahrens für einen leistungselektronischen Wechselrichter keine wesentlichen Vorteile, wenn vollständige Symmetrie des Systems angenommen werden kann. Wenn das System eine ausgeprägte Unsymmetrie der Phasen aufweist, dann könnte jedoch SB-ZePoCD Vorteile bringen. Ob sich der zusätzliche elektronische Aufwand bei der Erzeugung von SB-ZePoCD-Signalen bei solchen Systemen lohnt, muss im Einzelfall geprüft werden. In einer symmetrischen dreiphasigen Realisierung ergeben sich bei dem Verfahren mit Injektion der dritten Harmonischen bei niedriger Taktzahl Vorteile von SB-ZePoCDIII gegenüber RPWMDIII. Im Wesentlichen werden Störungen im Bereich unterhalb der Trägerfrequenz, die sich bei RPWMDIII als Anteile der 5. und 7. Harmonischen zeigen und Amplituden von einzelnen Prozent erreichen, bei SB- ZePoCDIII unterdrückt. Dies kann insbesondere bei Verwendung von LC-Tiefpassfiltern von Vorteil sein, deren Resonanzfrequenz in der Bandlücke liegen muss. Die Abwägung dieses Vorteils gegenüber der hier nochmals aufwändigeren Berechnung der Schaltzeitpunkte muss dem Einzelfall überlassen bleiben. Sinnvolle Anwendungen könnten dort zu finden sein, wo eine hohe spektrale Reinheit von Signalen bei niedrigen Taktraten gefordert ist, und sich ein synchrones Verfahren - z.B. mit offline optimierten Pulsmustertabellen - verbietet. Für diesen Anwendungsfall sollten die Störkomponenten, die z,B. durch Totzeiten entstehen, aktiv kompensiert werden. Die Aufgabenstellung des Projektes, nämlich die Übertragung und Einordnung des neuen Verfahrens in die bestehende Landschaft von Modulationsverfahren für die Leistungselektronik, wurde damit abschließend erfüllt.
