Abbildung 1-2 zeigt das Äquivalenzmodell eines realen Stromsensors mit Offset. In dieser Studie wird der Stromsensor-Offset als fester Wert modelliert, der auf den vollen Messbereich normalisiert ist, siehe Gleichung 8.

wo

• I₀ der absolute Offsetwert ist, der vom Sensor angezeigt wird
• I_MAX das Maximum der Messskala ist
• ẟ₀ der Wert pro Einheit des bei der Messung eingeführten Offsetfehlers ist

Das Ziel der Stromregelkreise der AC/DC-Stufe besteht darin, die von der MCU erkannten Ströme unter Kontrolle zu halten, ohne die realen Ströme im System zu ermitteln. Wenn die Messung aufgrund eines Offsetfehlers nicht mit dem tatsächlichen Strom übereinstimmt, verursacht der Strom eine unerwünschte Leistungsstörung im System, wie ausgedrückt wird mit Gleichung 9.

wo

• ΔP_O die durch die Offsetfehler verursachte Leistungsstörung als Funktion der Zeit ist
• I_O1, I_O2, und I_O3 Offsetfehler jedes Stromsensors sind
• V die Effektivspannung der Phase zum Neutralleiter ist
• ɷ die von der Netzfrequenz abgeleitete elektrische Pulsation ist

Die Leistungsstörung ist im Gegensatz zum Verstärkungsfehler keine Funktion der Leistungsumwandlung zwischen Wechselstrom- und Gleichstromstufe und tritt daher immer in allen Betriebsbedingungen auf. Dies spiegelt sich darin wider, dass die DC-Verbindung immer eine Spannungswelligkeit hat. Der Offset führt zu einer Leistungsstörung im System mit einer Frequenz, die der Netzfrequenz entspricht. Wie bereits im Kapitel Verstärkungsfehler erwähnt, kann die DC-Bus-Spannungsschleife die vom Sensorpunkt auskommende Stromwelligkeit nicht vollständig unterdrücken. Aus diesem Grund muss die Leistung des Regelkreises im Vergleich zur Strommessung simuliert werden. Simulationen wurden für den folgenden Anwendungsfall und die folgenden Annahmen durchgeführt:

• DC-Bus-Spannung arbeitet mit der minimalen Nennspannung zur Maximierung der Welligkeitsspannung (650 V)
• Maximaler Leistungsaustausch zwischen AC- und DC-Seite. Dies hat keine Auswirkungen auf das Ergebnis. Die Ergebnisse sind für den Zustand ohne Last die gleichen.
• Offsetfehler definiert in Bezug auf die volle Messskala pro Einheit. Bei Verwendung eines Shunt-basierten Designs mit einem isolierten Baustein für ±50 mV beträgt die maximale Skalierung ±32 A.
• Offset für die drei Phasen, die angewendet werden, um das Worst-Case-Szenario zu erreichen, wie folgt: I_O1 = –I_O2 = –I_O3
• Stromregelkreis-Bandbreite in allen Simulationen konstant gehalten (3 kHz)
• AC-Filter mit dem Ziel, die THD des Stromnetzes bei einer Nennleistung von 3 % bei idealer Abtastung zu halten
• Die Netzfrequenz beträgt 50 Hz

Abbildung 2-16 zeigt die Simulationsergebnisse eines AC/DC-Wandlers, der mit verschiedenen Strommessungen und unterschiedlichen Offsetfehlern arbeitet.

Abbildung 2-16 DC-Link-Spannungswelligkeit über die Zeit mit DC-Link-Bandbreite und Offset-Fehler als Parameter

Beobachten Sie, ob am DC-Link eine Welligkeit von 50 Hz vorhanden ist, die durch die von der Strommessstufe eingespeiste Spannungswelligkeit mit einer Offsetspannung verursacht wird. Außerdem ist der Mittelwert der Spannung in allen Fällen immer noch gleich, wenn dank des integrativen Teils der PI-Steuerung ein stabiler Zustand erreicht wird.

Der wichtige Zusammenhang zwischen der Welligkeit der DC-Link-Spannung und der Bandbreite der Spannungsregelung ist offensichtlich. Wenn die Bandbreite des Spannungsregelkreises hoch genug ist, versucht der Regelkreis , die Welligkeit der Spannung zu beseitigen, indem er die Stromschleifen schnell zu Lasten des Klirrfaktor zum Stromnetz steuert. Tatsächlich führt bei einer Bandbreite der Steuerung von 400 Hz, einem Offset von 1,4 % Offset-Fehler, zu einer Erhöhung des Klirrfaktor von 10 % (von 3 % auf 3,3 %). Wenn die Bandbreite der Spannungsschleife hingegen nicht hoch ist, ist die Schwankung in der DC-Verbindung sehr hoch, weil die Spannungsschleife diese Schwankungen nicht unterdrücken will, aber diesmal keine Oberschwingungen mehr ins Netz einspeist. Beachten Sie jedoch, dass eine Spannungswelligkeit im DC-Link zu einer Stromwelligkeit der Batterie führen kann, die nicht toleriert werden kann. Außerdem ist die Leistung des Sprungeinschwingverhaltens ziemlich schlecht, wenn die Spannungsbandbreite erheblich reduziert wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Stromsensor im Schaltknotenpunkt mit einem Offsetfehler von 1,4 % zu einer Erhöhung des Netzstrom-THD von mehr als 10 % führen kann.