Dreilevel-Wechselrichter mit dynamischer und adaptiver Unterdrückung der Gleichtaktspannung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerd Griepentrog
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471291871

Dieser Projektvorschlag zielt darauf ab, die Gleichtaktspannung (common mode voltage / CMV) eines 3-Phasen-Wechselrichters zu reduzieren, indem ein adaptives Verfahren in einem 3-Level-T-Typ-Wechselrichter (3L-TTC) verwendet wird. Es ist bekannt, dass mit den verfügbaren Schaltzuständen eines 3L-TTCs eine statische Gleichtaktspannung von Null erreicht werden kann, indem nur die Schaltzustände mit Null CMV ausgewählt werden (ZCMV). In diesem Fall müssen zwei Halbbrücken gleichzeitig schalten, um im Raumzeigerdiagramm des 3L-TTC von einem CMV-freien Spannungsvektor zum nächsten zu gelangen. Während des gleichzeitigen Schaltens zweier Halbbrücken tritt dennoch ein kurzer CM-Spannungspuls auf, hervorgerufen durch die Latenzzeit der Gate-Steuersignale, die Anstiegs- und Abfallzeiten der Halbleiter-Ausgangsspannung, die Totzeit und die Verzögerungen des Schalt- und Kommutierungsprozesses innerhalb der Halbbrücken. Obwohl von kurzer Dauer, können diese CMV-Impulse erhebliche Lagerströme in einer elektrischen Maschine erzeugen. Es wird vorgeschlagen, die CMV auf der AC-Seite des Umrichters zusammen mit den momentanen Phasenströmen während der Schaltvorgänge zu messen. Darauf basierend wird eine adaptive Kompensationsmethode implementiert, um die erbleibende CMV während der Schalthandlungen zu kompensieren. Dies wird durch die Implementierung einer zusätzlichen Verzögerung für die Schalthandlungen der Halbbrücken erreicht. Diese Verzögerungen werden offline vorausberechnet und in einer Look-up-Tabelle (LUT) initial gespeichert. Sie werden im Betrieb laufend aktualisiert und verbessert, basierend auf dem beobachteten CMV während des Schaltens, wodurch auch Drifteffekte entsprechend der Temperatur oder Alterung berücksichtigt werden. Basierend auf der vorgeschlagenen Methode können die Größe der passiven Filter in Form von Gleichtaktdrosseln (CM), die mit der CMV einhergehenden elektromagnetischen Störungen (EMI) und - im Falle des Motorbetriebs - Lagerströme reduziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen