.. und der Drehstrom. Hallo Forumsleser, im Beitrag Frequenzumrichter und third harmonic injection (Beitrag "Frequenzumrichter und third harmonic injection (THI)" ich mein Problem geschildert, eine Third Harmonic Injection (THI) bei einem Frequenzumrichter mit 3Phasen Vollbrücke einzuführen. Zur Info: Im Abschnitt "Optimierung durch Überlagerung von Oberschwingungen" bei Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumrichter ist THI erläutert. Nachdem ich einige Fehlerquellen in meiner Programmierung ausgeschlossen habe, bin ich nun auf ein grundsätzliches Problem gestoßen. Meiner Meinung nach ist es nämlich nicht möglich, THI bei einer 3Phasen-Vollbrücke anzuwenden. Warum? THI funktioniert nur, wenn man die drei Strangspannungen mit je 120 Grad Versatz zwischen je einer Phase und dem Sternpunkt hat. Die Strangspannung ist hierbei die Spannung zwischen einer Phase und dem Sternpunkt. Üblicherweise sind dies in Europa die bekannten 230V. Die Addition dieser Spannung ergibt dann eine sinusförmige Leiterspannung von 400V. Ob die Strangspannung sinusförmig oder mit einer dritten Harmischen überlagert ist, ist egal. Als Leiterspannung (zwischen zwei Phasen) kommt in beiden Fällen eine Sinusförmige Spannung heraus. Nur ist bei der Strangspannung mit überlagerter 3. Harmonischer die Leiterspannung höher, was ja der Vorteil der Überlagerung ist. Soweit so gut. Wenn ich eine einfache 3Phasen Vollbrücke hernehme, wie hier (http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:FU_Wechselrichter.PNG), dann habe ich zwischen zwei Brückenpunkten (der Brückenpunkt liegt zwischen den HighSide- und dem LowSideTransistor) immer die Leiterspannung (400V) anliegen, niemals jedoch die Strangspannung (230V). Deshalb sage ich, THI ist nicht möglich mit einer einfachen 3-Phasen Vollbrücke, wie oben angegeben. Aber: Es gibt einige Dokumentation, wie (www.microsemi.com/document-portal/doc_download/133495-space-vector-puls e-width-modulation-mss-software-implementation-user-guide) das steht so einfach: "The SVPWM implementation can be configured to use one of the following techniques: 1. MIN-MAX method 2. Direct injection of third harmonic" SVPWM (Space Vector PWM== Raumzeigermodulation) Wo ist mein Denkfehler? Welche Art der Vollbrücke gibt es noch, um THI zu nutzen? Danke fürs Feedback. angry Laedi
laedi schrieb: > dann habe ich zwischen zwei Brückenpunkten (der Brückenpunkt liegt > zwischen den HighSide- und dem LowSideTransistor) immer die > Leiterspannung (400V) anliegen, niemals jedoch die Strangspannung > (230V). Versuch mal zu erklären was du sagen willst. Ich kann dir an dieser Stelle nicht mehr folgen. Die Spannung an deinen "Brückenpunkten" wird zwischen 0 und der Zwischenkreisspannung hin und her geschaltet. Im Ruhezustand (0V Ausgangsspannung) haben alle 3 Brücken ein Tastverhältnis von 50% und erzeugen somit eine Gleichspannung gegen GND von der halben Zwischenkreisspannung. Der Motor sieht dann 0V. Mit zunehmender Aufsteuerung der PWM wird deine gewählte Kurvenform zwischen 0V und der Zwischenkreisspannung abgebildet. Die resultierende Spannung Phase gegen Phase kann als Spitzenwert nur die Zwischenkreisspannung erreichen. Dazu müssen die Kurvenformen aber so angepasst werden, dass der Zustand auftritt, dass eine Halbbrücke 324V ausgibt und die andere 0V. Das würde mit 3mal Sinus aber nicht gehen. Die anderen gezeigten Varianten lassen das aber zu. Wenn du mal den Spannungsabfall in den Dioden und IGBTs aussen vor lässt, wird aus gleichgerichteter Netzspannung eine Zwischenkreisspannung von 324V und daraus ein Drehfeld mit Phasenspitzenspannungen von max. 324V. Das ergibt dann wieder 230V eff. Was ist daran nicht zu verstehen? Einen normalen Motor (400/230V) kannst du da aber nur im Dreieck anschließen. Wenn du den Motor im Stern anschließen willst oder einen 690/400 im Dreieck brauchst du natürlich eine höhere Zwischenkreisspannung.
Du begehst einen Denkfehler indem du einen Sternpunkt annimmst den es bei den 3 Halbbrücken gar nicht gibt. Die 3 Halbbrücken erzeugen ausschließlich 3 Außenleiter zwischen denen sinusförmige 400V liegen. Wenn du einen Neutralleiter brauchst gegen den du 230V entnehmen kannst dann mußt du eine vierte Halbbrücke dazu nehmen und diese mit der 3. harmonischen alleine Speisen.
Hallo temp, schön dass Du mir antwortest. Zur 3Phasen Vollbrücke mit 325V Zwischenkreisspannung Ich nehme mir den ersten Brückenzweig und moduliere einen Tastgrad von 0% bis 100%. Weiterhin setze ich beim zweiten Brückenzweig einen Tastgrad von 0%. Die Spannung zwischen beiden Brückenzweigen beträgt zwischen 0V (bei 0% Tastgrad) und 325V (bei 100% Tastgrad). Ich kann also, wenn ich nur zwei Brückenzweige betrachte, eine Spannung zwischen 0..325V abbilden. Das hast Du nach meinem Verständnis geschrieben. Und das verstehe ich auch. Wenn ich jetzt alle drei Brückenzweige von Tastgrad=0% bis =100% zeitlich veränderlich sinusförmig moduliere mit Tastgrad1=k*sin(omega*t), Tastgrad2=k*sin((omega+120)*t) und Tastgrad3=k*sin((omega+249)*t) dann kann ich schon am Kurvenverlauf der drei obigen Funktionen erkennen, dass niemals bei einer Funktion ein Tastgrad von 100% herauskommt und gleichzeitig bei der anderen ein Tastgrad von 0%. Beispiel für omega*t=0 : wenn man bei omega=0 ein Tastgrad von 50% zugrunde legt, dann ist der Tastgrad bei sin((omega+120Grad)*t 93,3% und der Tastgrad bei sin((omega+240Grad)*t 6,7% Egal welchen Winkel man nimmt, nie liegt die volle Zwischnkreisspannung zwischen den Brückenzweigen, es fehlen immer 2*6,7%=13,4%. Wenn man jetzt - wie Du auch - die Spannungsabfälle über IGBT oder MOSFET und Dioden venachlässigst, bekommst Du nie wieder die volle Zwischenkreisspannung am Frequenzumrichter hin, sondern nur noch 325V*0,866=281V. Entsprechend geringer ist dann auch die effektive Wechselspannung zwischen den Leitern U, V, W. und die Leistung, mit der man einen Motor mit den Normspannungen 230/400 betreiben kann. Soweit ich verstanden habe, nennt sich diese Modulationsart SinusPWM. Mit der gleichen Brückentopologie kann man eine andere Modulationsart, nämlich SpaceVectorPWM (=Raumzeigermodulation) implementieren. Hier werden die Schalterstellungen der 3 Schalterpaare der Vollbrücke nicht unabhänig voeinander betrachtet, sondern miteinander in Beziehung gesetzt. Auf eine Art, die ich noch nicht verstanden habe, überwindet man den Mangel von 13,4% der Spannung und erhält eine Leiterspannung Uuv, Uvw, Uuw mit einem Maximum in Höhe der Zwischenkreisspannung. Weiterhin gibt es die Modulationsart THIPWM (Third Harmonic Injection), bei der man zunächst Sinusförmige Spannungen generiert und ihnen eine 3. Harmonische überlagert. Die Addition solcher Spannung ergibt dann wieder einen Sinus, aber mit höhere Spannung als die Zwischenkreisspannung. Das funktioniert allerdings nur dann, wenn es sich um Strangspannungen handelt, d.h. um Spannungen zwischen einem Leiter U,V,W und dem Sternmittelpunkt. Eine Vollbrücke stellt jedoch keinen Sternmittelpunkt zur Verfügung, so dass meine These ist: 3-Phasen Vollbrücke und THIPWM geht nicht. Irgendwie steh ich auf dem Schlauch. Leadi Hintergrund der ganzen Überlegung ist, dass ich einen FU mit Raumzeigermodulation und 325V Zwischenkreisspannung gebaut habe. Der im Dreieck angeschlossene Motor bringt aber nicht die volle Power , sondern nur ca. 80%. Da dachte ich, mit THIPWM könnte ich noch etwas herausholen. Einfach mal die Tabelle mit den Winkelfunktionen in der Programmierung ausgetauscht gege eine mit sinus+ Dritter Harmonischer, aber Pustekuchen. Noch weniger Power. Meine einzige Vermutung ist, dass THI nur funktioniert, wenn der Motor im Stern geschaltet ist. L.
Hi, laedi schrieb: > Tastgrad1=k*sin(omega*t), > Tastgrad2=k*sin((omega+120)*t) und > Tastgrad3=k*sin((omega+249)*t) So moduliert man aber nicht. Richtig wäre: Tastgrad1=k*sin(omega*t), Tastgrad2=k*sin((omega*t+120) und Tastgrad3=k*sin((omega*t+240) Welche Variante hast du in deinem Code? Cheers,
Hallo A-Freak A-Freak schrieb: > Du begehst einen Denkfehler indem du einen Sternpunkt annimmst den es > bei den 3 Halbbrücken gar nicht gibt. > genau das ist mein Problem. > Die 3 Halbbrücken erzeugen ausschließlich 3 Außenleiter zwischen denen > sinusförmige 400V liegen. > Richtig. > Wenn du einen Neutralleiter brauchst gegen den du 230V entnehmen kannst > dann mußt du eine vierte Halbbrücke dazu nehmen und diese mit der 3. > harmonischen alleine Speisen. Diese Idee hatte ich auch schon, sie schien mir aber zu absonderlich, weil ich (unerfahren) noch keine 3Phasen Brücke mit 4 Brücken gesehen habe. Deshalb habe ich sie wieder verworfen. Jetzt klingt es plausibel. Danke für den Hinweis. Und Sorry für meine langatmigen Beiträge. Gruesse, Laedi
Alexander schrieb: > Hi, > laedi schrieb: >> Tastgrad1=k*sin(omega*t), >> Tastgrad2=k*sin((omega+120)*t) und >> Tastgrad3=k*sin((omega+249)*t) > So moduliert man aber nicht. Richtig wäre: > Tastgrad1=k*sin(omega*t), > Tastgrad2=k*sin((omega*t+120) und > Tastgrad3=k*sin((omega*t+240) > > Welche Variante hast du in deinem Code? > > Cheers, Hallo Alexander, ja, stimmt omega*t+120, tschuldigung. Ich selbst habe RZM verwendet, so wie im Beitrag http://www.mikrocontroller.net/articles/Frequenzumrichter_mit_Raumzeigermodulation Leider fehlt mir ein bißchen Leistung am Motor und auf der Suche nach den Ursachen habe ich die verschiedenen Modulationsarten recherchiert, um ein Problem in meinem Ansatz zu finden. Hoffnung war, mit THIPWM noch 15% herauszuholen. Die Brückentransistoren meines FU können 10A Dauerstrom ab (Kühlung mal aussen vor), deshalb ging ich von einer maximalem effektiven Strom von 10A/sqrt(2)=7A aus bei 3x230V, also ca. 4,8kW. Ein 2kW Motor, den ich angeschlossen habe, brachte nur ca. 80% der Leistung. Leadi
laedi schrieb: > Meine einzige Vermutung ist, dass THI nur funktioniert, wenn der Motor > im Stern geschaltet ist. L. Das ist nicht richtig. Egal ob Stern oder Dreieck ist für den Motor bis auf die unterschiedliche Spannungshöhe egal. laedi schrieb: >> Tastgrad1=k*sin(omega*t), >> Tastgrad2=k*sin((omega*t+120) und >> Tastgrad3=k*sin((omega*t+240) Wenn man das mit Sinus macht hast du natürlich recht. Ich hatte dir doch schon die Excel-Formel gepostet um die entsprechenden Kurven zu generieren: L1=(SIN(x*PI()/180)+SIN(x*3*PI()/180)/6)/0,866025404 L2=(SIN((x+120)*PI()/180)+SIN((x+120)*3*PI()/180)/6)/0,866025404 L3=(SIN((x+240)*PI()/180)+SIN((x+240)*3*PI()/180)/6)/0,866025404 da hast du dann bei 60°, 120° ... jeweils den Zustand bei dem eine Phase auf 1 und eine andere auf 0 ist.
temp schrieb: > Ich hatte dir doch > schon die Excel-Formel gepostet um die entsprechenden Kurven zu > generieren: > > L1=(SIN(x*PI()/180)+SIN(x*3*PI()/180)/6)/0,866025404 > L2=(SIN((x+120)*PI()/180)+SIN((x+120)*3*PI()/180)/6)/0,866025404 > L3=(SIN((x+240)*PI()/180)+SIN((x+240)*3*PI()/180)/6)/0,866025404 > > da hast du dann bei 60°, 120° ... jeweils den Zustand bei dem eine > Phase auf 1 und eine andere auf 0 ist. Ja, genau. Von Deinen Excelkurven habe ich mich ja auch "inspirieren" lassen. Laedi. PS Nach dem Exkurs in Modulationsarten im Dreiphasensystem habe ich einen Grund für die Minderleistung in einer ganz trivialen Ecke gefunden. Die Zwischenkreiskapazität ist zu klein (Sparsamkeit?). Dadurch fällt die Spannung im Zwischenkreis extrem zusammen, und die Brücke wird nur unzureichend versorgt. Hinweis an mich: einfach mal das Naheliegende prüfen. :-( Laedi
Wenn du einen Motor betreiben willst dann vergesse bitte was ich über die vierte Halbbrücke geschrieben hatte. Diese brauchst du nur wenn du ein vollständiges Drehstromnetz mit Neutralleiter für 230 und 400V erzeugen willst. Motor in Dreieck dran, theoretischen Sternpunkt ignorieren und gut ists.
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