Siemens SIMOTICS GP Projektierungshandbuch Seite 18

1 Umrichterbetrieb
Abbildung 1-15: Darstellung der verketteten Spannung am Ausgang eines U-Umrichters [6]
Die Leistungshalbleiter des IGBT-Wechselrichters verbinden die Motoranschlüsse
mit der positiven bzw. negativen Zwischenkreisspannung. Hierfür stehen sechs
verschiedene aktive Schaltzustände zur Verfügung mit denen die Grundfrequenz
des entstehenden pulsweitenmodulierten Signals verändert werden kann. Über die
sogenannten Nullzustände, bei denen sämtlichen Phasen des Motors gleichzeitig
mit dem positiven bzw. negativen Zweig der Zwischenkreisspannung verbunden
werden, lässt sich die Amplitude der resultierenden Spannung beeinflussen. Die
Häufigkeit der Ein- und Ausschaltvorgänge wird als Puls- oder Schaltfrequenz des
Wechselrichters bezeichnet.
Zur Spannungsbildung können unterschiedliche Modulationsverfahren eingesetzt
werden. Nähere Details hierzu sind in [1] aufgeführt. Mit Blick auf das
Geräuschverhalten des Motors sollen hier drei Verfahren herausgegriffen werden:
•
Raumzeigermodulation
bei diesem Verfahren werden die Schaltzeitpunkte „online" berechnet. Die
Schaltfrequenz ist konstant.
•
Raumzeigermodulation mit Wobbeln
vergleichbar mit der o.g. Raumzeigermodulation nur stochastisch modulierter
Trägerfrequenz (Wobbeln) und damit in Grenzen variabler Schaltfrequenz.
•
Optimierte Pulsmuster/Flankenmodulation
In diesem Fall werden die Schaltzeitpunkte (Schaltwinkel) für unterschiedliche
Modulationsgrade und Umrichter-Ausgangfrequenzen vorher berechnet und in
Wertetabellen als „Pulsmuster" gespeichert. Die Regelung liest die Tabelle aus
und erzeugt die entsprechenden Steuersignale für die Halbleiter des
Umrichters.
In Abbildung 1-16 sind exemplarisch Beispiele von Frequenzanalysen der
gemessenen Motorspannung (Diagramme oben) bei einer Drehzahl von 1500 min
sowie die dazugehörigen Schalldruckpegel als 3D-Campelldiagramm (Diagramme
unten) für verschiedene Modulationsverfahren als Vergleich dargestellt. Zu
erkennen sind die deutlichen Unterschiede in der spektralen Verteilung. In Falle
der Raumzeigermodulation sind die eingangs erwähnten Vielfachen der
Schaltfrequenz erkennbar (links), bei modulierter Trägerfrequenz (Wobbeln) sind
diese verschmiert (Mitte) und im Falle der optimierten Pulsmuster ergibt sich eine
Verteilung ohne erkennbare Gruppierungen (rechts).
Projektierungshandbuch SIMOTICS GP/SD/DP
Beitrags-ID: 109759451, V 2.1, 03/2019
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