DE102012201184A1

DE102012201184A1 - Invertereinheit

Info

Publication number: DE102012201184A1
Application number: DE102012201184A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kawashima; Kazuki Najima; Yoshiki Nagata
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2012-08-02
Also published as: CN102624327B; JP2012157212A; KR20120087839A; US20120194111A1; JP5636990B2; KR101344613B1; CN102624327A; US8604732B2

Abstract

Die Zwei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit umfasst eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, einen Nebenschlusswiderstand und eine Steuerung. Die Schaltvorrichtungen steuern einen Drei-Phasen-Motor an. Der Nebenschlusswiderstand ist zwischen einer Gleichstromenergiezufuhr und den Schaltvorrichtungen angeschlossen. Die Steuerung liest eine an den Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung in einem Lesezyklus, berechnet Befehlsspannungen basierend auf der gelesenen Spannung, und verwendet die Befehlsspannungen und Trägersignale, um drei Steuersignale zu berechnen. Der Lesezyklus entspricht zwei oder mehr Signalzyklen jedes Trägersignals. Jedes Steuersignal weist einen Impuls für jeden Signalzyklus des entsprechenden Trägersignals auf. Die Steuerung integriert eine Vielzahl von Impulsen von jedem Steuersignal in dem Lesezyklus in einen oder mehrere Impulse. Die Steuerung liest eine an dem Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung zum Zeitpunkt des Ausgebens des integrierten einen oder der mehreren Impulse in dem nächsten Lesezyklus.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Invertereinheit, die einen dreiphasigen Motor ansteuert.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2005-192358 offenbart eine Zwei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit als eine Invertereinheit, die einen Drei-Phasen-Motor ansteuert. Die Zwei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit steuert einen Drei-Phasen-Motor durch Abschätzen einer Winkelposition (oder elektrischen Winkel des Rotors) des Drei-Phasen-Motors basierend auf dem durch die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase des Drei-Phasen-Motors fließenden Stroms an, die aus der an einen Nebenschlusswiderstand angelegten Spannung berechnet werden, durch EIN- und AUS-schalten der Schaltvorrichtungen, die Wechselströme an beliebige zwei Phasen der drei Phasen basierend auf der abgeschätzten Winkelposition senden, und ebenso durch Beibehalten der Schaltvorrichtungen in entweder einem EIN- oder einem AUS-Zustand, die einen Wechselstrom an die dritte Phase senden.
Diese Zwei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit kann den Schaltverlust im Vergleich zu einer Drei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit reduzieren, bei der die Schaltvorrichtungen aller drei Phasen EIN- und AUS-geschaltet werden.
In dem Fall einer Zwei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit für einen Drei-Phasen-Motor, der eine niedrige Spannung benötigt, gilt beispielsweise, dass wenn die Zwei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit den Drei-Phasen-Motor bei einer niedrigen Geschwindigkeit ansteuert, jedoch die Zeit, während der die Schaltvorrichtungen der zwei Phasen der drei Phasen EIN sind, reduziert wird, und dadurch die Zeit, während der der elektrische Strom durch den Nebenschlusswiderstand fließt, ebenso reduziert wird. In einem Lesezyklus, in dem die Steuerschaltung, wie etwa die CPU, eine an dem Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung liest bzw. erfasst, wenn die Impulsbreite eines Steuersignals, das die Schaltvorrichtungen EIN-schaltet, kleiner als die Impulsbreite entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung lange genug ist, um die an den Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung zu lesen bzw. zu erfassen, schlägt die Steuerschaltung fehl, die Spannung zu lesen bzw. zu erfassen, was die Steuerbarkeit des Drei-Phasen-Motors verschlechtern kann.
Wenn die Impulsbreite des Steuersignals, welches die Schaltvorrichtungen EIN-schaltet, kleiner als die Impulsbreite entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung lange genug ist, um die an dem Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung in dem vorstehend beschriebenen Lesezyklus zu lesen, muss die Impulsbreite des Steuersignals, welches die Schaltvorrichtungen EIN-schaltet, in dem nächsten Spannungslesezyklus erhöht werden. Bezug nehmend auf 8 gilt, dass wenn der Lesezyklus der an den Nebenschlusswiderstand angelegten Spannung dreimal so lange wie die Signalzyklen des für eine Pulsbreitenmodulations-(PWM)-Steuerung verwendeten Trägersignals ist, und ebenso, wenn die Spannung zum Zeitpunkt des Ausgebens eines Impulses des Steuersignals für die U-Phase gelesen wird, die in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechnet wird, die an dem dritten Signalzyklus berechnete Pulsbreite des Trägersignals größer gemacht werden muss, als jene der anderen beiden Signalzyklen.
Wenn die Impulsbreite des Steuersignals, welches die Schaltvorrichtungen EIN-schaltet, in dem nächsten Spannungslesezyklus erhöht wird, werden jedoch die Schaltvorrichtungen für eine unnötig lange Zeit EIN-geschaltet, was die Steuerbarkeit des Drei-Phasen-Motors verschlechtern kann.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet eine Invertereinheit bereitzustellen, die einen Drei-Phasen-Motor durch EIN- und AUS-schalten der Schaltvorrichtungen von zwei Phasen der drei Phasen, und ebenso durch Beibehalten von EIN oder AUS der Schaltvorrichtungen der dritten Phase ansteuert, wodurch verhindert wird, dass sich die Steuerbarkeit des Drei-Phasen-Motors verschlechtert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Invertereinheit eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, einen Nebenschlusswiderstand und eine Steuerung. Die Schaltvorrichtungen werden EIN- und AUS-geschaltet, um eine Ausgabe einer Gleichstromenergiezufuhr in drei Wechselströme zu wandeln, die einander gegenphasig sind, um dadurch einen Drei-Phasen-Motor anzusteuern. Der Nebenschlusswiderstand ist zwischen der Gleichstromenergiezufuhr und den Schaltvorrichtungen angeschlossen. Die Steuerung ist zum Lesen einer an den Nebenschlusswiderstand angelegten Spannung in einem Lesezyklus, wenn die Schaltvorrichtungen EIN-geschaltet werden, zum Berechnen von durch drei Phasen des Drei-Phasen-Motors fließenden Strömen basierend auf der gelesenen Spannung, ebenso zum Berechnen von Befehlsspannungen basierend auf den berechneten elektrischen Strömen, und zum Verwenden der Befehlsspannungen und Trägersignale für eine Pulsbreitenmodulationssteuerung, um drei Steuersignale zu berechnen, wobei zwei davon die an zwei Phasen der drei Phasen des Drei-Phasen-Motors angeschlossenen Schaltvorrichtungen EIN- und AUS-schaltet, und die dritte davon die an der dritten Phase der drei Phasen des Drei-Phasen-Motors angeschlossenen Schaltvorrichtungen auf EIN oder AUS belässt, bereitgestellt. Der Lesezyklus entspricht zwei oder mehreren Signalzyklen von jedem Trägersignal. Jedes Steuersignal weist einen Impuls für jeden Signalzyklus des entsprechenden Trägersignals auf. Die Steuerung integriert eine Vielzahl von Impulsen von jedem Steuersignal in dem Lesezyklus in einen oder mehrere Impulse. Die Steuerung liest bzw. erfasst eine an den Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung zum Zeitpunkt des Ausgebens des integrierten einen oder der mehreren Impulse in dem nächsten Lesezyklus.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen ersichtlich, welche beispielhaft die Prinzipien der Erfindungen veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung, zusammen mit Aufgaben und Vorteilen davon, wird am Besten durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den anhängenden Zeichnungen ersichtlich, in denen gilt:
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Invertereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das die Pegel einer U-Phasen-, einer V-Phasen- und einer W-Phasen-Befehlsspannung zeigt, die für die PWM-Steuerung verwendet werden;
3 ist ein Diagramm, das Spannungen zwischen der U-Phase und der Masse (GND) zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation einer Steuerschaltung der Invertereinheit veranschaulicht;
5 ist ein Diagramm, das ein Steuersignal zeigt, das an die U-Phasen-Schaltvorrichtungen der Invertereinheit gesendet wird;
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation einer Steuerschaltung einer Invertereinheit gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
7 ist ein Diagramm, das ein Steuersignal zeigt, das an die U-Phasen-Schaltvorrichtungen der Invertereinheit gemäß der Modifikation gesendet wird; und
8 ist ein Diagramm, das ein Steuersignal zeigt, das an die U-Phasen-Schaltvorrichtungen einer Invertereinheit gemäß dem Stand der Technik gesendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden wird die Invertereinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. Bezug nehmend auf 1 wandelt die Invertereinheit, die mit Bezugszeichen 1 versehen ist, die Ausgabe einer Gleichstromenergiequelle 2 in drei Wechselströme um, die einander um 120 Grad gegenphasig sind, um dadurch einen Drei-Phasen-Motor 3 anzusteuern. Die Invertereinheit 1 umfasst Schaltvorrichtung 4 bis 9, wie etwa einen MOSFET oder einen IGBT, mit parallel verbundenen Dioden, einen Nebenschlusswiderstand 10 und eine Steuerschaltung 11, die als die Steuerung der vorliegenden Erfindung dient.
Die Schaltvorrichtungen 4 und 5 sind in Reihe miteinander und parallel zu der DC-Energiezufuhr 2 verbunden. Der Verbindungsknoten zwischen den Schaltvorrichtungen 4 und 5 ist mit der U-Phase des Drei-Phasen-Motors 3 verbunden. Die Schaltvorrichtungen 6 und 7 sind in Reihe miteinander und parallel zu der DC-Energiezufuhr 2 verbunden. Der Verbindungsknoten zwischen den Schaltvorrichtungen 6 und 7 ist mit der V-Phase des Drei-Phasen-Motors 3 verbunden. Die Schaltvorrichtungen 8 und 9 sind in Reihe miteinander und parallel zu der DC-Energiezufuhr 2 verbunden. Der Verbindungsknoten zwischen den Schaltvorrichtungen 8 und 9 ist mit der W-Phase des Drei-Phasen-Motors 3 verbunden.
Der Nebenschlusswiderstand 10 ist zwischen dem negativen Anschluss der DC-Energiezufuhr 2 und den entsprechenden Verbindungsknoten der Schaltvorrichtungen 5, 7 und 9 angeschlossen. Die Steuerschaltung 11 liest bzw. erfasst die an den Nebenschlusswiderstand 10 angelegte Spannung V_S für jeden Lesezyklus T_r, berechnet die durch die entsprechenden Phasen des Drei-Phasen-Motors 3 fließenden elektrischen Ströme basierend auf der gelesenen bzw. erfassten Spannung V_S, berechnet die Winkelposition (oder den elektrischen Winkel des Rotors) des Drei-Phasen-Motors 3 basierend auf den berechneten elektrischen Strömen, und berechnet die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Befehlsspannungen für den Drei-Phasen-Motor 3 basierend auf der berechneten Winkelposition des Drei-Phasen-Motors 3 und der gewünschten Geschwindigkeit des Drei-Phasen-Motors 3.
Durch Verwenden der berechneten Befehlsspannungen und Trägersignale für die PWM-Steuerung erzeugt die Steuerschaltung 11 das Steuersignal S_U, welches die Schaltvorrichtungen 4 und 5 der U-Phase EIN- und AUS-schaltet, das Steuersignal S_V, welches die Schaltvorrichtungen 6 und 7 der V-Phase EIN- und AUS-schaltet, und das Steuersignal S_W, welches die Schaltvorrichtungen 8 und 9 der W-Phase EIN- und AUS-schaltet. Beispielsweise berechnet die Steuerschaltung 11 den elektrischen Strom, der durch die U-Phase des Drei-Phasen-Motors 3 fließt, basierend auf der gelesenen bzw. erfassten Spannung V_S, wenn sich das Steuersignal S_U auf einem hohen Pegel befindet, die Schaltvorrichtung 4 EIN-geschaltet ist und die Schaltvorrichtung 5 AUS-geschaltet ist, und berechnet ebenso den elektrischen Strom, der durch die V-Phase des Drei-Phasen-Motors 3 fließt, basierend auf der gelesenen bzw. erfassten Spannung V_S, wenn sich das Steuersignal S_V auf einem hohen Pegel befindet, die Schaltvorrichtung 6 EIN-geschaltet ist und die Schaltvorrichtung 7 AUS-geschaltet ist. Die Steuerschaltung 11 berechnet den durch die W-Phase fließenden elektrischen Strom basierend auf den berechneten elektrischen Strömen durch die U-Phase und die V-Phase. Jedes Steuersignal weist einen Impuls für jeden Signalzyklus des entsprechenden Trägersignals auf.
In dem Fall, in dem die Steuerschaltung 11 die in 2 gezeigten U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Befehlsspannungen für eine PWM-Steuerung verwendet, wenn die Winkelposition des Drei-Phasen-Motors 3 in dem Bereich von 120° bis 240° liegt, werden die Schaltvorrichtungen 4 und 5 auf EIN oder AUS gehalten, während die Schaltvorrichtungen 6 bis 9 EIN- und AUS-geschaltet werden. Weil die Schaltoperation der Schaltvorrichtungen 4 und 5 gestoppt wird, wenn sich die Winkelposition des Drei-Phasen-Motors 3 in dem Bereich von 120° bis 240° befindet, ist die Spannung zwischen der U-Phase und der Masse (GND) ein Massepotential, wie in 3 gezeigt ist.
Bezug nehmend auf das Flussdiagramm von 4, welches die Operation der Steuerschaltung 11 veranschaulicht, liest bzw. erfasst zunächst in Schritt S1 die Steuerschaltung 11 die an den Nebenschlusswiderstand 10 angelegte Spannung V_S in einem Lesezyklus T_r, und berechnet die Befehlsspannungen entsprechend den entsprechenden Phasen des Drei-Phasen-Motors 3 basierend auf der gelesenen bzw. erfassten Spannung V_S, wie vorstehend in dem Schritt S1 beschrieben.
In dem nächsten Schritt S2 verwendet die Steuerschaltung 11 die in dem Schritt S1 berechneten Befehlsspannungen und Trägersignale für eine PWM-Steuerung, um dadurch drei Steuersignale S_U, S_V und S_W zu berechnen, wobei zwei davon die Schaltvorrichtungen von beliebigen zwei Phasen des Drei-Phasen-Motors 3 EIN- und AUS-schalten, und die dritte davon die Schaltvorrichtungen der dritten Phase des Drei-Phasen-Motors 3 in dem EIN- oder AUS-Zustand belässt.
In dem nächsten Schritt S3 bestimmt die Steuerschaltung 11, ob die Impulsbreite von beliebigen zwei der Steuersignale S_U, S_V und S_W, die in dem Schritt S2 berechnet werden, und zum EIN- und AUS-schalten deren entsprechenden Schaltvorrichtungen verwendet werden, größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist oder nicht, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen bzw. zu erfassen.
Wenn in dem Schritt S3 JA zutrifft, oder wenn die Impulsbreiten der Steuersignale, die die Schaltvorrichtungen der beiden Phasen EIN- und AUS-schalten, größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, sendet die Steuerschaltung 11 die in Schritt S2 berechneten Steuersignale S_U, S_V und S_W, wie diese sind, in dem nächsten Lesezyklus T_r in dem Schritt S4 zu den Schaltvorrichtungen 4 bis 9.
Wenn in dem Schritt S3 NEIN zutrifft, oder wenn die Impulsbreiten der Steuersignale, die die Schaltvorrichtungen der beiden Phasen EIN- und AUS-schalten, kleiner als die Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, integriert die Steuerschaltung 11 eine Vielzahl von Impulsen von jedem der Steuersignale, die die Schaltvorrichtungen der beiden Phasen EIN- und AUS-schalten, in einen oder mehrere Impulse zum Zeitpunkt des Lesens der Spannung V_S in dem Schritt S5.
Anschließend bestimmt in dem Schritt S6 die Steuerschaltung 11, ob die Breite des einen oder der mehreren in Schritt S5 integrierten Impulse größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist oder nicht, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen. Wenn in dem Schritt S6 NEIN zutrifft, oder wenn die Breiten des einen oder der mehreren in Schritt S5 integrierten Impulse kleiner als die Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, verbreitert die Steuerschaltung 11 den einen oder die mehreren in den Schritt S5 integrierten Impulse auf ein solches Ausmaß, dass die Impulsbreite größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S in dem Schritt S7 zu lesen. Anschließend sendet in dem Schritt S8 die Steuerschaltung 11 nur den verbreiterten integrierten einen oder die mehreren Impulse an die entsprechenden Schaltvorrichtungen in dem nächsten Lesezyklus T_r. Die Steuerschaltung 11 liest die Spannung V_S zum Zeitpunkt des Ausgebens des erweiterten integrierten einen oder der mehreren Impulse.
Wenn in dem Schritt S6 NEIN zutrifft, oder wenn die Breiten des einen oder der mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse kleiner als die Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, kann die Steuerschaltung 11 den einen oder die mehreren in dem Schritt S5 integrierten bzw. zusammengefassten Impulse auf ein solches Ausmaß verbreitern, dass die Impulsbreiten gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen.
Wenn in dem Schritt S6 JA zutrifft, oder wenn die Breiten des einen oder der mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse größer oder gleich der Pulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, sendet andererseits die Steuerschaltung 11 nur den einen oder die mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse an die entsprechenden Schaltvorrichtungen in dem nächsten Lesezyklus T_r in dem Schritt S8. Die Steuerschaltung 11 liest bzw. erfasst die an den Nebenschlusswiderstand 10 angelegte Spannung zum Zeitpunkt des Ausgebens des einen oder der mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse.
Beispielsweise wird angenommen, dass ein Lesezyklus T_r drei Signalzyklen eines Trägersignals entspricht, und ebenso, dass die an den Nebenschlusswiderstand 10 angelegte Spannung zum Zeitpunkt des Ausgebens eines Impulses des Steuersignals S_U, das in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechnet wird, wie in 5 gezeigt ist, gelesen bzw. erfasst wird.
In einem solchen Fall gilt, dass wenn die Impulsbreite des in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U kleiner als die Impulsbreite des Steuersignals entsprechend einer Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, der Impuls des in dem ersten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U und der Impuls des in dem zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U mit dem Impuls des in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U integriert werden. In dem nächsten Lesezyklus T_r wird ein Erzeugen der Impulse des in dem ersten und zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U unterbunden, und der integrierte Impuls wird ausgegeben.
Wenn die Breite des integrierten Impulses kleiner als die Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, wird der integrierte Impuls weiterhin in dem nächsten Lesezyklus T_r auf ein solches Ausmaß verbreitert, dass die Impulsbreite größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen. In dem nächsten Lesezyklus T_r wird ein Erzeugen der Impulse des in dem ersten und zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U unterbunden, und der weiterhin verbreiterte integrierte Impuls wird ausgegeben.
Die Impulse der in dem zweiten und dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignale S_U können mit dem Impuls des in dem ersten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U integriert werden. Die Impulse des in dem ersten und dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U kann mit dem Impuls des in dem zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U integriert bzw. zusammengefasst werden. Die Länge des Lesezyklus T_r kann zwei oder mehreren Signalzyklen des Trägersignals entsprechen.
Der Impuls des in dem ersten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U kann in zwei Teile aufgeteilt werden, wobei einer davon mit dem Impuls des in dem zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U integriert wird, und der andere davon mit dem Impuls des in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U integriert wird. In diesem Fall wird ein Erzeugen des Impulses des in dem ersten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U in dem nächsten Lesezyklus T_r unterbunden. Der Impuls des in dem zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U kann in zwei Teile aufgeteilt werden, wobei einer davon mit dem Impuls des in dem ersten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U integriert wird, und der andere davon mit dem Impuls des in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U integriert wird. In diesem Fall wird ein Erzeugen des Impulses des in dem zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U in dem nächsten Lesezyklus T_r unterbunden.
In der vorstehend beschriebenen Invertereinheit 1 gilt, dass wenn die Impulsbreite des Steuersignals kleiner als die Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, die Impulse von jedem der Steuersignale, die die Schaltvorrichtungen der beiden Phasen EIN- und AUS-schalten, in einen oder mehrere Impulse integriert bzw. zusammengefasst werden. Die Spannung V_S in dem nächsten Lesezyklus T_r wird zum Zeitpunkt des Ausgebens des integrierten einen oder der mehreren Impulse gelesen bzw. erfasst.
Gemäß der Invertereinheit 1 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels gilt, dass auch wenn die zum Betreiben des Drei-Phasen-Motors 3 notwendige Spannung reduziert wird, und die Impulsbreite demzufolge ebenso reduziert wird, die an den Nebenschlusswiderstand 10 angelegte Spannung davor bewahrt wird, unlesbar bzw. nicht erfassbar zu sein. Zusätzlich werden die Schaltvorrichtungen jeder Phase davor bewahrt, für eine übermäßige Zeitlänge in dem nächsten Lesezyklus T_r EIN-geschaltet zu sein. Daher wird die Steuerbarkeit des Drei-Phasen-Motors 3 daran gehindert, sich zu verschlechtern.
Wenn die Invertereinheit 1 zum Ansteuern eines in dem Kompressor einer Wärmepumpe bereitgestellten Drei-Phasen-Motors verwendet wird, kann der Drei-Phasen-Motor angesteuert werden, während dessen Schaltverlust oder Wärmeerzeugung durch die Zwei-Phasen-Modulationssteuerung reduziert werden. Daher gilt, dass wenn der Drei-Phasen-Motor bei einer niedrigen Geschwindigkeit angetrieben wird, um den Durchfluss von Kühlmittel zu reduzieren, der Temperaturanstieg der Invertereinheit 1 reduziert wird. Daher wird das Herunterfahren der Wärmepumpe aufgrund des Temperaturanstiegs verhindert, und daher kann die Wärmepumpe in einem breiteren Bereich betrieben werden, während die Steuerbarkeit des Drei-Phasen-Motors beibehalten wird.
Wenn die Steuerschaltung 11 bestimmt, dass die Impulsbreiten der Steuersignale, welche die Schaltvorrichtungen der beiden Phasen EIN- und AUS-schalten, größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, oder wenn in dem Schritt S3 das Flussdiagramms von 4 JA zutrifft, kann die Steuerschaltung 11 auf eine solche Weise betrieben werden, dass wenn die durch einen Temperatursensor, der in der Invertereinheit 1 bereitgestellt ist, erfasste Temperatur bei einem Schwellenwertniveau T_th1 oder höher liegt, der Impuls des in dem Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals der in 5 gezeigten Impulse in zwei Teile aufgeteilt wird, wobei einer davon mit dem Impuls des in dem zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals integriert wird, und der andere davon mit dem Impuls des in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals integriert wird, und dass ein Erzeugen des Impulses des in dem ersten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals unterbunden wird. Durch eine solche Steuerung wird der Schaltverlust der Invertereinheit 1 reduziert. Zusätzlich kann die Steuerschaltung 11 ebenso auf eine solche Weise betrieben werden, dass wenn die durch den Temperatursensor, der in der Invertereinheit 1 bereitgestellt ist, erfasste Temperatur bei oder über einem Schwellwertniveau T_th2 liegt, das höher als das Schwellenwertniveau T_th1 ist, die Impulse der in dem ersten und zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignale der in 5 gezeigten Impulse mit dem Impuls des in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals integriert werden, und dass ein Erzeugen der Impulse des in dem ersten und zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals unterbunden wird. Durch eine solche Steuerung wird der Schaltverlust weiterhin reduziert.
Bezug nehmend auf 6 veranschaulicht das Flussdiagramm eine modifizierte Operation der Steuerschaltung 11. Die in den Schritten S1 bis S6 durchgeführten Operationen und die Operationen nach einem NEIN in dem Schritt S6, die im Wesentlichen die gleichen wie die entsprechenden in 4 gezeigten Operationen sind, werden weggelassen.
Wenn die Steuerschaltung 11 bestimmt, dass die Breiten des einen oder der mehreren in dem Schritt S5 integrierten bzw. zusammengefassten Impulse größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, oder wenn in dem Schritt S6 JA zutrifft, verschmälert die Steuerschaltung 11 den einen oder die mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse auf ein solches Ausmaß, dass die Impulsbreiten gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit sind, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen. In dem Schritt S9 setzt die Steuerschaltung 11 den Impuls entsprechend der Differenz zwischen den Breiten des einen oder der mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse und der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, als den in den Signalzyklen des Trägersignals in dem nächsten Lesezyklus T_r auszugebenden Impuls, der sich von dem Signalzyklus unterscheidet, in dem der verschmälerte integrierte eine oder mehreren Impulse ausgegeben werden. Die Steuerschaltung 11 sendet den Impuls entsprechend den vorstehenden Differenzen und den verschmälerten integrierten einen oder die mehreren Impulse zu deren entsprechenden Schaltvorrichtungen in dem nächsten Lesezyklus T_r in dem Schritt S8, und liest die Spannung V_S zum Zeitpunkt des Ausgebens des verschmälerten integrierten einen oder der mehreren Impulse.
Beispielsweise wird angenommen, dass ein Lesezyklus T_r drei Signalzyklen eines Trägersignals entspricht, und dass die an dem Nebenschlusswiderstand 10 angelegte Spannung zum Zeitpunkt des Ausgebens eines Impulses des in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechneten Steuersignals S_U gelesen bzw. erfasst wird, wie in 7 gezeigt ist.
In einem solchen Fall gilt, dass wenn die Breiten des einen oder der mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, der Impuls entsprechend der Differenz zwischen den Breiten des eines oder der mehreren in Schritt S5 integrierten Impulse und der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, in zwei Teile aufgeteilt wird, wobei einer davon als der in dem ersten Signalzyklus des Trägersignals berechnete Impuls gesetzt wird, und der andere davon als der in dem zweiten Signalzyklus des Trägersignals berechnete Impuls gesetzt wird. Der eine oder die mehreren in dem Schritt S5 integrierten Impulse werden auf ein solches Ausmaß verschmälert, dass die Impulsbreiten gleich der Impulsbreite des Steuersignals entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerschaltung 11 lange genug ist, um die Spannung V_S zu lesen, und ein solcher Impuls wird als der in dem dritten Signalzyklus des Trägersignals berechnete Impuls gesetzt.
Durch ein solches Betreiben der Steuerschaltung 11 wird die Steuerbarkeit des Drei-Phasen-Motors 3 davor bewahrt, sich zu verschlechtern, wie in dem Fall, in dem die Operation der Steuerschaltung 11 gemäß dem in 4 gezeigten Flussdiagramm durchgeführt wird. Obwohl in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der elektrische Strom, der durch jede Phase des Drei-Phasen-Motors 3 fließt, basierend auf der an einen einzelnen Nebenschlusswiderstand 10 angelegten Spannung berechnet wird, kann die Anzahl von zwischen der DC-Energiezufuhr 2 und den Schaltvorrichtungen 4 bis 9 verbundenen Nebenschlusswiderstände zwei oder mehr sein.
Die Zwei-Phasen-Modulationssteuerinvertereinheit umfasst eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, einen Nebenschlusswiderstand und eine Steuerung. Die Schaltvorrichtungen steuern einen Drei-Phasen-Motor an. Der Nebenschlusswiderstand ist zwischen einer Gleichstromenergiezufuhr und den Schaltvorrichtungen angeschlossen. Die Steuerung liest eine an den Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung in einem Lesezyklus, berechnet Befehlsspannungen basierend auf der gelesenen Spannung, und verwendet die Befehlsspannungen und Trägersignale, um drei Steuersignale zu berechnen. Der Lesezyklus entspricht zwei oder mehr Signalzyklen jedes Trägersignals. Jedes Steuersignal weist einen Impuls für jeden Signalzyklus des entsprechenden Trägersignals auf. Die Steuerung integriert eine Vielzahl von Impulsen von jedem Steuersignal in dem Lesezyklus in einen oder mehrere Impulse. Die Steuerung liest eine an dem Nebenschlusswiderstand angelegte Spannung zum Zeitpunkt des Ausgebens des integrierten einen oder der mehreren Impulse in dem nächsten Lesezyklus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-192358 [0002]

Claims

Invertereinheit (1) mit: einer Vielzahl von Schaltvorrichtungen (4 bis 9), die EIN- und AUS-geschaltet werden, um eine Ausgabe einer Gleichstromenergiezufuhr (2) in drei einander gegenphasige Wechselströme zu wandeln, um dadurch einen Drei-Phasen-Motor (3) anzusteuern; einem Nebenschlusswiderstand (10), der zwischen der Gleichstromenergiezufuhr (2) und den Schaltvorrichtungen (4 bis 9) angeschlossen ist; und einer Steuerung (11) zum Lesen einer an den Nebenschlusswiderstand (10) angelegten Spannung (V_S) in einem Lesezyklus (T_r), wenn die Schaltvorrichtungen (4 bis 9) EIN-geschaltet sind, zum Berechnen von durch drei Phasen des Drei-Phasen-Motors (3) fließenden elektrischen Strömen basierend auf der gelesenen Spannung (V_S), ebenso zum Berechnen von Befehlsspannungen basierend auf den berechneten elektrischen Strömen, und zum Verwenden der Befehlsspannungen und Trägersignale für eine Pulsbreitenmodulationssteuerung zum Berechnen von drei Steuersignalen (S_U, S_V, S_W), wobei zwei davon die mit zwei Phasen der drei Phasen des Drei-Phasen-Motors (3) verbundenen Schaltvorrichtungen (4 bis 9) EIN- und AUS-schalten, und das dritte davon die an der dritten Phase der drei Phasen des Drei-Phasen-Motors (3) angeschlossenen Schaltvorrichtungen (4 bis 9) auf EIN oder AUS belässt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesezyklus (T_r) zwei oder mehr Signalzyklen von jedem Trägersignal entspricht, wobei jedes Steuersignal (S_U, S_V, S_W) einen Impuls für jeden Signalzyklus des entsprechenden Trägersignals in dem Lesezyklus (T_r) aufweist, wobei die Steuerung (11) eine Vielzahl von Impulsen von jedem Steuersignal (S_U, S_V, S_W) in dem Lesezyklus (T_r) in einen oder mehrere Impulse integriert, wobei die Steuerung (11) eine an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) zum Zeitpunkt des Ausgebens des integrierten einen oder der mehreren Impulse in dem nächsten Lesezyklus (T_r) liest.
Invertereinheit (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Impulsbreiten der Steuersignale (S_U, S_V, S_W), welche die Schaltvorrichtungen (4 bis 9) EIN-schalten, kleiner als eine Impulsbreite des Steuersignals (S_U, S_V, S_W) entsprechend einer Zeit sind, die für die Steuerung (11) ausreichend ist, um die an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) zu lesen, die Steuerung (11) eine Vielzahl von Impulsen jedes Steuersignals (S_U, S_V, S_W) in dem Lesezyklus (T_r) in einen oder mehrere Impulse integriert, wobei die Steuerung (11) die an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) zum Zeitpunkt des Ausgebens des integrierten einen oder der mehreren Impulse in dem nächsten Lesezyklus (T_r) liest.
Invertereinheit (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Breiten des integrierten einen oder der mehreren Impulse kleiner als eine Pulsbreite des Steuersignals (S_U, S_V, S_W) entsprechend einer Zeit sind, die für die Steuerung (11) ausreichend ist, um die an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) zu lesen, die Steuerung (11) den integrierten einen oder die mehreren Impulse auf ein solches Ausmaß verbreitert, dass die Breiten des integrierten einen oder der mehreren Impulse größer oder gleich der Impulsbreite des Steuersignals (S_U, S_V, S_W) entsprechend der Zeit ist, die für die Steuerung (11) lange genug ist, um die an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) zu lesen.
Invertereinheit (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Breiten des integrierten einen oder der mehreren Impulse größer als eine Impulsbreite des Steuersignals (S_U, S_V, S_W) entsprechend einer Zeit sind, die für die Steuerung (11) ausreichend ist, um die an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) zu lesen, die Steuerung (11) den integrierten einen oder die mehreren Impulse auf ein solches Ausmaß verschmälert, dass die Breiten des integrierten einen oder der mehreren Impulse gleich der Impulsbreite des Steuersignals (S_U, S_V, S_W) entsprechend einer Zeit sind, die für die Steuerung (11) ausreichend ist, um die an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) zu lesen, wobei die Steuerung (11) einen Impuls entsprechend einer Differenz zwischen den Breiten des integrierten einen oder der mehreren Impulse und der Impulsbreite des Steuersignals (S_U, S_V, S_W) entsprechend einer Zeit, die für die Steuerung (11) ausreichend ist, um eine an dem Nebenschlusswiderstand (10) angelegte Spannung (V_S) als einen in den Signalzyklen des Trägersignals in dem nächsten Lesezyklus (T_r) zu lesen, der sich von dem Signalzyklus unterscheidet, in dem die verschmälerten integrierten einen oder mehreren Impulse ausgegeben werden, auszugebenden Impuls setzt, wobei die Steuerung (11) den Impuls entsprechend der Differenz an die entsprechenden Schaltvorrichtungen (4 bis 9) in dem nächsten Lesezyklus (T_r) sendet.