Inverses Modell zur Kompensation von nicht idealen IGBT-Wechselrichtereigenschaften

Abstract

In Verbindung mit modernen Steuer- und Regelalgorithmen sowie entsprechenden Modellen der elektrischen Maschinen wird ein hohes Maß an Dynamik des Antriebsystems erzielt. Um die Eigensicherheit des Stromrichters im Betrieb zu garantieren, sind physikalische Grenzen hinsichtlich der Ansteuerung der Halbleiter einzuhalten. Diese und die nicht idealen Eigenschaften der Leistungshalbleiter führen zur inexakten Abbildung der errechneten digitalen Stellgröße - repräsentiert durch adäquate Ansteuerimpulse der Halbleiter - durch den Stromrichter auf die letztlich an den Maschinenklemmen - im zeitlichen Mittel anstehenden Spannungen. Ein bezüglich dieser Effekte detailliertes Modell des Stromrichters erlaubt die kumulierte Abweichung der physikalischen Stellgröße in Echtzeit zu berechnen und vorzusteuern, sodass exakt die geforderte Stellgrößen - repräsentiert durch das Pulsmuster der Ansteuerung an den Klemmen der elektrischen Maschine resultieren.<br />

In this dissertation, a novel inverse inverter model is presented that eliminates the influence on the resulting output voltage of the inverter caused by real semiconductor effects of the utilized insulated gate bipolar transistors (IGBT), diodes as well as safety switching delay times. The model is based on a symmetric pulse-width modulation strategy which involves precontrolling the sum of voltage error terms as defined as the difference between resulting and reference output voltage in particular caused by effects due to the switching semiconductors. In order to illustrate the semiconductor effects and hereby demonstrate the validity of the presented inverter model, experimental results are used for a quantitative description of the voltage error of the inverter. Further, calculation and compensation of the error effects are presented in the developed inverter model. The cumulative error with the phase voltages, detected by a three-phase analog inte-grative measurement system over a full pulse-width modulation period, is used to build and describe the voltage error of the inverter with a resulting space vector. This and the resulting output voltages are measured at various operational states of an asynchronous induction machine of a traction system. Finally, the measurement results are compared and discussed against the theoretical results by using Fourier analyses.