Sensorunterstützte Einschrittkommutierung in Frequenzumrichtern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kommutierungsvorgänge im Matrixumrichter müssen unter ständiger aktiver Steuerung durchgeführt werden, um den Zuverlässigkeitsanforderungen nach Kurzschlusssicherheit und Laststromkontinuität gerecht werden zu können. Gestaffelte Kommutierungsverfahren auf Grundlage bidirektionaler Schalterzellen sind Stand der Forschung. Es konnte in diesem Forschungsvorhaben nachgewiesen werden, dass mehrschrittige spannungsgeführte Kommutierungsverfahren kurzschlusssicher ausgeführt werden können, jedoch mithin die größten Abweichungen in der Ausgangsspannung zur Folge haben. Die in diesem Vorhaben verfolgte Einschrittkommutierung basiert auf der Messung von sowohl Eingangsspannungs- als auch Laststromvorzeichen. Sämtliche Zustände, die im Kommutierungsgraph auftreten, sind kurzschlusssicher. Problematisch erweist sich jedoch die Behandlung des Stromnulldurchgangs, da dort die Vorzeichenerfassung des Laststromes bedingt durch Messungenauigkeiten und Laufzeiteffekte nicht sicher ist. Bereits geringe Ströme würden auf Grund der hohen Lastinduktivität und der hohen Flankensteilheit der eingesetzten Leistungshalbleiter zu bedrohlichen Überspannungen am schaltenden Bauelement führen. Zur Beherrschung des Stromnulldurchgangs wurden daher zwei Konzepte erarbeitet. Konzept 1 sieht die Umschaltung auf ein spannungsgeführtes Verfahren im Bereich eines zu definierenden Strombandes vor, während bei Konzept 2 der Nulldurchgang des Stromes aktiv über die Kommutierungssequenz gesteuert wird. Beide Konzepte wurden erfolgreich simuliert und im Versuchsstand mit dem Verfahren der direkten Fluss- und Drehmomentregelung implementiert. Es konnte gezeigt werden, dass mit Konzept 1 eine deutliche Verbesserung der Ausgangsspannungsqualität (Fehlerreduktion bis ca. 70%) erreicht wurde. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass das Verfahren der Einschrittkommutierung mit dem spannungsgeführten Mehrschrittverfahren uneingeschränkt kurzschlusssicher ist. Die vorgestellten Verfahren und Ergebnisse können nach Einschätzung der Projektbearbeiter eine Verbesserung der Akzeptanz des Matrixumrichters im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Regelungsgüte bedeuten.
