Da die weltweite Fertigungsindustrie vor dem Übergang zu strengeren Energievorschriften und dezentralen grünen Stromnetzen steht, ist die Nachfrage nach hocheffizienter industrieller Wärmebehandlung noch nie so groß wie heute. Wir bei EMA Indutec entwickeln seit Jahrzehnten Frequenzumrichter, die enorme Leistungsabgabe mit einer präzisen Steuerung verbinden. Heute sind wir stolz darauf, eine einzigartige Wechselrichter-Steuerungstechnologie vorstellen zu können:
TIV-SH – Hybrides Modulationsverfahren für resonante Wechselrichter
Für resonante Leistungswandler, wie sie in induktiven Erwärmungsanlagen eingesetzt werden, hat EMA ein hybrides Modulationsverfahren entwickelt: TIV-SH. Das Verfahren kombiniert die Vorteile der etablierten Phase-Shift-PWM (PSPWM) mit denen der Pulsdichtemodulation (PDM) und ermöglicht dadurch eine besonders effiziente und präzise Leistungsregelung.
Während die PSPWM eine schnelle und gleichmäßige Leistungsnachführung mit hoher Regelgüte bietet, zeichnet sich die PDM durch besonders geringe Schaltverluste aus, da Schaltvorgänge bevorzugt in stromarmen Bereichen des Resonanzverlaufs stattfinden. TIV-SH verbindet beide Ansätze in einem gemeinsamen Steuerverfahren. Hierzu werden kurze Pulsblöcke mit einer variablen Pulsbreite kombiniert, sodass sowohl eine hohe Stellauflösung als auch eine schnelle Anpassung der Ausgangsleistung erhalten bleiben.
Durch das gezielte Auslassen einzelner Pulse und die gleichzeitig höhere Aussteuerung der verbleibenden Pulse wird die Anzahl verlustbehafteter Schaltvorgänge deutlich reduziert. Gleichzeitig bleibt die feine Steuerbarkeit erhalten, die für resonante Anwendungen mit festen Nulldurchgängen entscheidend ist.
Das grundlegende Verfahren ist in [1, 2, 3] beschrieben.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für resonante Vollbrücken-Wechselrichter und andere schwingkreisbasierte Leistungselektronik, bei denen hohe Wirkungsgrade, geringe Schaltverluste und eine präzise Leistungsregelung gleichermaßen gefordert sind.
TIV-SH wird von EMA entwickelt und wird in eigenen Leistungselektroniksystemen eingesetzt. Die Kombination aus hoher Energieeffizienz, guter Regelbarkeit und reduzierter Bauteilbelastung ermöglicht leistungsfähige Wechselrichtersysteme für anspruchsvolle industrielle Anwendungen.
Quellen:
[1] J. Shen; H. Ma; W. Yan; J. Hui; L. Wu: PDM and PSM Hybrid Power Control of a Series-Resonant Inverter for Induction Heating Applications; ICIEA, 2006.
[2] P. Herasymenko: Combined PS-PDM control method for voltage-source series-resonant inverter; Przeglad Elektrotechniczny; ISSN 0033-2097, Nr5, 2021.
[3] S. Wang; Y. Konishi; O. Koudriatsev; M. Nakaoka; Voltage-Fed Pulse Density and Pulse Width Modulation Resonant Inverter for Silent Discharge Type Ozonizer; IEEJ Transactions on Industry Applications, Vol.120-D, No4, 2000, pp. 587-592.