Raumzeigermodulation Unterschiede

[Jan Dijkstra (Gast)]

Hallo,

ich habe 3 Varianten von RZM implementiert, getestet habe ich noch 
nicht. Was sind dabei die Vor und Nachteile?

Gruss,
Jan

[sausage (Gast)]

Jan Dijkstra schrieb:
> 3 Varianten von RZM

Nein.
1 Space Vector Modulation ohne overdrive
2 Sinusmodulation
3 sieht aus wie Flat Top

[Tobias P. (hubertus)]

Die Unterschiede liegen zB. in der erzielbaren Spannung, welche 
ausgegeben wird.

Wie hast du die Dinger implementiert?

[temp (Gast)]

Plotte mal die Spannung zwischen den Phasen. Dabei kannst du dann sehen, 
dass die ereichbare Spannung in deiner Variante 2 deutlich kleiner ist 
als in den anderen beiden. Dafür ist der virtuelle Sternpunkt bei 
Variante 2 eine glatte Line bei Ub/2. Variante 1 erzeugt da einen 
Dreieck und Variante 3 noch eine andere Kurvenform. Das spielt zwar für 
einen angeschlossenen Motor keine Rolle, aber bisher wissen wir ja nicht 
was das Ziel ist. Wenn du z.B. eine Drehstromwechselrichter mit 
definiertem Sternpunkt und unsymetrisch belastbaren Phasen haben 
möchtest, bleibt dir nur die Variante 2.
Bei Variante 3 wird auch immer mal betrachtet, dass in einem drittel der 
Zeit keine Schaltvorgänge stattfinden und damit eventuell ein wenig 
Umschaltverluste vermieden werden.

Hier ein paar Threads zum Thema:
Beitrag "SVPWM mit LPC1769"
Beitrag "Frequenzumrichter und third harmonic injection (THI)"

[Jan Dijkstra (Gast)]

temp schrieb:
> Plotte mal die Spannung zwischen den Phasen. Dabei kannst du dann
> sehen,
> dass die ereichbare Spannung in deiner Variante 2 deutlich kleiner ist
> als in den anderen beiden. Dafür ist der virtuelle Sternpunkt bei
> Variante 2 eine glatte Line bei Ub/2. Variante 1 erzeugt da einen
> Dreieck und Variante 3 noch eine andere Kurvenform. Das spielt zwar für
> einen angeschlossenen Motor keine Rolle, aber bisher wissen wir ja nicht
> was das Ziel ist. Wenn du z.B. eine Drehstromwechselrichter mit
> definiertem Sternpunkt und unsymetrisch belastbaren Phasen haben
> möchtest, bleibt dir nur die Variante 2.
> Bei Variante 3 wird auch immer mal betrachtet, dass in einem drittel der
> Zeit keine Schaltvorgänge stattfinden und damit eventuell ein wenig
> Umschaltverluste vermieden werden.

Du hattest recht. Die Mittelpunktspannungen sind unterschiedlich, dafür 
die Leiterleiterspannungen sind exakt gleich.

[Al3ko -. (al3ko)]

Jan Dijkstra schrieb:
> u hattest recht. Die Mittelpunktspannungen sind unterschiedlich, dafür
> die Leiterleiterspannungen sind exakt gleich.

Hi Jan,

1. Raumzeigermodulation
2. Sinus-Dreieck PWM
3. Discontinuous PWM (Flat Top)

Wir nehmen 2. (Sinus PWM) als Referenz für die weiteren Erklärungen:
Sinus PWM ist die herkömmliche Art zur DC/AC Wandlung. Da haben sowohl 
Phasen- als auch Leiterspannungen einen reinen Sinus, so dass im 
niederfrequenten Bereich keine Oberschwingungen aufgrund der 
Sinus-Dreieck Modulation entstehen. Das ist ein Vorteil. Der Nachteil 
ist, dass die lineare Region für deinen Modulationsindex stark begrenzt 
ist, so dass du eine relativ hohe Zwischenkreisspannung benötigst, um 
die gewünschte Sinusspannung am Ausgang zu erhalten. Die 
Zwischenkreisspannung ist die Spannung, die deine Halbleiter schalten 
müssen. Je höher die Spannung, desto höher die Schaltverluste.

Deshalb hat die Raumzeigermodulation (1.) an Attraktivität gewonnen, 
weil die hinzugefügte Common Mode Voltage (Un0 in deinem Bild) die 
lineare Region deines Modulationsindexes erweitert. Das heißt, dass du 
für eine gleichbleibende Leiterspannung am Ausgang (Phase-Phase) eine 
kleinere Zwischenkreisspannung verwenden kannst, um somit die 
Schaltverluste zu reduzieren. Der Nachteil ist, dass die Phasenspannung 
durch den Common Mode Offset sowohl niederfrequente als auch 
höherfrequente Oberwellen erzeugt. Diese niederfrequenten und 
höherfrequenten Oberwellen sind aber nur in den Phasenspannungen 
vorhanden, und nicht in den Leiterspannungen, weil die Common Mode 
Spannung gleich für jede Phase ist und sich somit bei der Bildung der 
Leiterspannung (Phase-Phase) eliminiert.
Diese Common Mode Spannung ist aber in der Mittelpunktspannung 
vorhanden, was wiederum zu Common Mode Störungen führen kann. Im 
Englischen spricht man von Leakage Currents, was u.A. in der PV und in 
der Antriebstechnik ein großes Problem ist.

3. Discontinuous PWM (Flat Top) ist eine weitere Art, um Schaltverluste 
zu vermeiden. Der Trick besteht darin, dass eine Phase für eine 
bestimmte Periode NICHT schaltet, wohingegen die anderen beiden Phasen 
PWM Schalten. Der Vorteil dieser Modulationsart liegt darin, dass du 
Schaltverluste erheblich reduzieren kannst, was gerade bei hohen 
Leistungen (Windkraftanlagen, PV Parks, Umrichter für Bahntechnik) ein 
wesentlicher Vorteil ist. Der Nachteil ist derselbe wie bei gewöhnlicher 
Raumzeiermodulation, dass ebenfalls sehr viel mehr Oberwellen in den 
Phasenspannungen entstehen, was wiederum ein Nachteil ist.

Alle Modulationsarten haben ihre Vor- und Nachteile, und keine ist 
grundsätzlich besser als die andere. Fazit: Es kommt stark auf die 
Anwendung drauf an.

Bei Fragen einfach melden.

Cheers,

[temp (Gast)]

Jan Dijkstra schrieb:
> dafür
> die Leiterleiterspannungen sind exakt gleich.
Naja gleich ist was anderes, rein optisch schon aber wie gesagt ist bei 
deiner Variante 2 (sinus Modulation) die Amplitude kleiner

Al3ko -. schrieb:
> Der Nachteil ist, dass die Phasenspannung
> durch den Common Mode Offset sowohl niederfrequente als auch
> höherfrequente Oberwellen erzeugt.
Bei im Link oben beschriebenen Variante mit third harmonic injection 
besteht die Phasenspannung nur aus der Grundwelle und der 3. 
Harmonischen. Der daraus resultierende virtuelle Sternpunkt ist dann ein 
Sinus mit der dreifachen Frequenz und nicht wie in deinem Bild 1 ein 
Dreieck. da dürften dann wesentlich weniger Oberwellen entstehen.

[Al3ko -. (al3ko)]

Hi temp,
temp schrieb:
> Al3ko -. schrieb:
>> Der Nachteil ist, dass die Phasenspannung
>> durch den Common Mode Offset sowohl niederfrequente als auch
>> höherfrequente Oberwellen erzeugt.
> Bei im Link oben beschriebenen Variante mit third harmonic injection
> besteht die Phasenspannung nur aus der Grundwelle und der 3.
> Harmonischen. Der daraus resultierende virtuelle Sternpunkt ist dann ein
> Sinus mit der dreifachen Frequenz und nicht wie in deinem Bild 1 ein
> Dreieck. da dürften dann wesentlich weniger Oberwellen entstehen.

das stimmt leider nicht. Gewöhnliche Raumzeigermodulation verhält sich 
(minimal) besser was Oberwellen und THD angeht. Ob dieser Unterschied in 
der Realität im Filterdesign erkennbar ist oder vernachlässigt werden 
kann, ist jedem selbst überlassen.

Grahame Holmes hat seine Doktorarbeit über die PWM Theorie geschrieben 
und als Resultat das Buch
"Pulse Width Modulation for Power Converters: Theory and Praxis" 
veröffentlicht, welches die Berechnungsgrundlagen für das Spektrum der 
gewünschten Modulationsart aufzeigt.

EDIT:
Ein Auszug aus seinem Buch:
>The main benefit of SVM compared to simple sinusoidal or third-harmonic
>injected PWM can be seen by contrasting Figure 5.5(b) for a simple >sinusoidal
>reference, and Figure 5.8(a) for one-sixth third-harmonic injected >modulation,
>against Figure 6.1O(b). Clearly, the effect of SVM is to transfer harmonic
>energy into the outer sideband harmonics and to some extent to the >sidebands
>of the second carrier group, and reduce the inner sideband harmonics as a 
>consequence.
>This reduces the overall WTHD of the switched output waveform.
aus
D. Grahame Holmes; Thomas A. Lipo, "Zero Space Vector Placement 
Modulation Strategies," in Pulse Width Modulation for Power 
Converters:Principles and Practice , 1, Wiley-IEEE Press, 2003, pp.744-
doi: 10.1109/9780470546284.ch6
Gruß,