DE102012203749B4

DE102012203749B4 - Inverterstromgenerator

Info

Publication number: DE102012203749B4
Application number: DE102012203749.7A
Authority: DE
Inventors: Narutoshi Yokokawa; Tomoyuki Hoshikawa; Kazumi Murata; Junichi Kanai; Naoyuki Mashima
Original assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd Jp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2032-03-10
Also published as: KR20120104107A; DE102012203749A1; US8786225B2; US20120229063A1; KR101333474B1; JP2012191801A; JP5778445B2

Abstract

Ein Inverterstromgenerator mit einer Antriebsmaschine (11), einem Synchronmotor (13) gekoppelt mit der Antriebsmaschine, ein Wandler (14) verbunden mit dem Synchronmotor (13), ein Inverter (15) verbunden mit dem Wandler (14) und ein Kondensator (19) angeordnet zwischen dem Wandler (14) und dem Inverter (15), wobei die Antriebsmaschine (11) den Synchronmotor (13) rotiert, um Wechselstrom zu erzeugen, der Wandler (14) den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und der Inverter (15) den Gleichstrom in Wechselstrom einer benötigten Frequenz invertiert, wobei:der Wandler (14) eine Stromsteuerung (14a) beinhaltet, die ein Stromgrenzverhältnis entsprechend einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors (13) einstellt und einen Wandlerstrom gemäß dem Stromgrenzverhältnis begrenzt; unddie Stromsteuerung (14a) das Stromgrenzverhältnis niedriger als 100% einstellt, wenn der Synchronmotor (13) bei einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit niedriger als eine Nenn-Rotationsgeschwindigkeit ist, und das Stromgrenzverhältnis linear auf 100% vergrößert entsprechend einer Vergrößerung der Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors (13).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inverterstromgenerator, der einen Wechselstrom mit einem Synchronmotor erzeugt, der durch eine Antriebsmaschine, wie zum Beispiel einen Motor, angetrieben wird, den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom mit einem Inverter in Wechselstrom einer benötigten Frequenz invertiert.
2. Beschreibung verwandter Technik
Der Inverterstromgenerator wird weit verbreitet verwendet, um elektrischen Strom unter Verwendung einer Antriebsmaschine, wie zum Beispiel einen Motor, zu erzeugen. Der Inverterstromgenerator verbindet eine Ausgangswelle des Motors zu einer Rotationswelle eines Synchronmotors, treibt den Synchronmotor mit dem Motor an, um Wechselstrom zu erzeugen, wandelt den Wechselstrom mit einem Wandler in Gleichstrom um und invertiert den Gleichstrom mit einem Inverter in Wechselstrom einer benötigten Spannung und Frequenz. Der Ausgangswechselstrom wird an einer Last, wie zum Beispiel ein Motor, eine Lampe oder dergleichen, geliefert, die mit dem Inverter verbunden ist.
Ein Beispiel eines Inverterstromgenerators ist in der JP 2010 - 110 062 A (Patentdokument 1) offenbart. Diese verwandte Technik berechnet den durch einen Motor erzeugten Strom vor und nachdem eine Änderung in der Last auftritt, findet eine Differenz in der erzeugten Spannung zwischen vor und nach der Laständerung und, falls die Referenz größer als eine Schwelle ist, erhöht die Rotationsgeschwindigkeit des Motors. Diese Technik verändert die Rotationsgeschwindigkeit des Motors, ohne dass ein gutes Betriebsgefühl verloren geht.
Um die Energieeffizienz zu verbessern, wird von dem Inverterstromgenerator verlangt, die Rotationsgeschwindigkeit des Motors so wenig wie möglich zu reduzieren. Ein Betreiben des Motors mit niedriger Geschwindigkeit verursacht jedoch ein Problem, wenn die Last sich plötzlich ändert, um eine Stromnachfrage des Wandlers zu erhöhen. Um der erhöhten Stromnachfrage nachzukommen, muss der Motor seine Rotationsgeschwindigkeit erhöhen. Der Motor ist jedoch nicht in der Lage, seine Rotationsgeschwindigkeit schnell zu erhöhen und abzuwürgen.
Weiterhin beschreibt US 6 492 785 B1 eine Strombegrenzung eines Antriebsmotors in Abhängigkeit von einem Fußpedal.
EP 2 497 675 A1 beschreibt eine Strombegrenzungseinheit, welche den lastseitigen Strom eines Wechselrichters anhand einer Leistungsbilanz zwischen Generator und Wechselrichter begrenzt.
JP H09- 140 196 A beschreibt eine Strombegrenzung eines Erregerstromes in Abhängigkeit der Drehzahl, um ein Abwürgen des Verbrennungsmotors zu verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie oben angemerkt, wird von dem Inverterstromgenerator verlangt, die Energieeffizienz durch Verringern der Rotationsgeschwindigkeit des Motors zu verbessern. Die verwandte Technik des Patentdokuments 1 offenbart jedoch nicht eine Lösung zu dem Problem, dass der Motor abgewürgt wird, wenn er bei einer niedrigen Geschwindigkeit betrieben wird. Es gibt eine Notwendigkeit für eine Technik, ein Abwürgen des Motors zu verhindern, wenn dieser bei niedriger Geschwindigkeit betrieben wird.
Um diese Notwendigkeit zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen Inverterstromgenerator bereit, der in der Lage ist, eine Antriebsmaschine, wie zum Beispiel einen Motor, kontinuierlich zu betreiben, ohne denselben abzuwürgen, wenn eine plötzliche Lastveränderung eintritt, wenn die Antriebsmaschine bei niedriger Geschwindigkeit betrieben wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, beinhaltet der Inverterstromgenerator eine Antriebsmaschine, einen Synchronmotor gekoppelt mit der Antriebsmaschine, einen Wandler verbunden mit dem Synchronmotor, einen Inverter verbunden mit dem Wandler und einen Kondensator, der zwischen dem Wandler und dem Inverter eingerichtet ist. Die Antriebsmaschine rotiert den Synchronmotor, um Wechselstrom zu erzeugen, der Wandler wandelt den Wechselstrom im Gleichstrom um und der Inverter invertiert den Gleichstrom in Wechselstrom einer benötigten Frequenz. Der Wandler beinhaltet eine Stromsteuerung, die ein Stromgrenzenverhältnis einstellt gemäß einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors und begrenzt einen Wandlerstrom gemäß dem Stromgrenzverhältnis. Die Stromsteuerung stellt das Stromgrenzverhältnis niedriger als 100% ein, falls der Synchronmotor bei einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit niedriger als eine Nenn-Rotationsgeschwindigkeit ist und vergrößert das Stromgrenzverhältnis linear auf 100% gemäß einer Vergrößerung in der Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors .
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockdiagramm, das einen Inverterstromgenerator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Inverter des Inverterstromgenerators der 1 darstellt;
3 ist ein Blockdiagramm, das ein PWM-Signalerzeuger und einen Stromdetektor des Inverters der 2 darstellt;
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Stromerbefehlserzeuger des Inverters der 2 darstellt;
5 ist ein Blockdiagramm, das einen Tiefpassfilter des Spannungsbestimmungserzeugers der 4 darstellt;
6 ist ein Blockdiagramm, das einen FrequenzBefehlserzeuger des Inverters der 2 darstellt;
7 ist eine Ansicht, die eine Korrespondenzstabelle darstellt, die von einem Stromverbrauchs-Rechner des Inverters der 2 verwendet wird;
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgangsstromsteuerung eines Wandlers des Inverterstromgenerators der 1 darstellt;
9 ist eine Stromgrenzverhältnis-Tabelle, die von dem Inverterstromgenerator angewandt wird, und die eine Beziehung zwischen Motorgeschwindigkeit und Stromgrenzverhältnis anzeigt;
10 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Schalt-Schaltkreis des Inverters der 2 darstellt;
11 ist eine Zeitgraphik, die Signale des Inverterstromgenerators der 1 darstellt, ohne einen Stromgrenzbetrieb als ein Referenzfall; und
12 ist ein Zeitgraphik, die Signale des Inverterstromgenerators der 1 mit dem Stromgrenzbetrieb darstellt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Inverterstromgenerator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Inverterstromgenerator 100 gemäß der Ausführungsform darstellt. Der Inverterstromgenerator 100 beinhaltet eine Antriebsmaschine, das heißt einen Motor 11 wie zum Beispiel ein Dieselmotor, ein Gasmotor oder dergleichen, einen Synchronmotor 13, der durch den Motor 11 angetrieben wird und Drei-Phasen (U, V, W) Wechselstrom erzeugt, eine Kopplung 12, die eine Ausgangswelle des Motors 11 und eine Rotationswelle des Synchronmotors 13 miteinander koppelt, einen Wandler 14, der elektrisch mit dem Synchronmotor 13 verbunden ist und den Drei-Phasen-Wechselstrom in PN-Gleichstrom umwandelt, ein Inverter 15, der den PN-Gleichstrom in Drei-Phasen (R, S, T) Wechselstrom invertiert, eiern Hauptschaltkreiskondensator 19, der in einer elektrischen Leitung angeordnet ist, die dem Wandler 14 und den Inverter 15 elektrisch miteinander koppelt, und einen LC-Filter 16, der mit dem Inverter 15 verbunden ist und Schaltrauschen reduziert.
Der LC-Filter 16 ist mit einer Last 18, wie zum Beispiel ein Induktionsmotor, durch einen Stromunterbrecher 17 verbunden. Obwohl 1 einen Stromunterbrecher 17 und eine Last 18 darstellt, ist es allgemein, eine Vielzahl von Stromunterbrechern und Lasten nach dem LC-Filter 16 anzuordnen. Wenn die Last 18 ein Induktionsmotor ist, ist es allgemein, einen Schaltschütz 18a in einer ersten Stufe der Last 1 anzuordnen, um den Induktionsmotor zu starten und zu stoppen. Der Synchronmotor 13 kann ein IPM-Motor sein, der Permanentmagnete in einem Rotor einbettet.
Der Motor 11 ist mit einer ECU (Motorsteuereinheit) 20 verbunden, die die Rotation des Motors 11 steuert.
Der Gleichrichter 14 weist Halbleiterschaltelemente auf, wie zum Beispiel Transistoren, IGBTs, MOSFETs, oder dergleichen und Dioden. Mit diesen drei Schaltelementen wandelt der Wandler 14 Drei-Phasen (U, V, W) Wechselstrom in PN-Gleichstrom um. Gemäß dem Stromverbrauch der Last 18 liefert der Gleichrichter 14 eine geeignete Stromstärke an den Synchronmotor 13, um den benötigten Strom ohne häufiges Wechseln der Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 zu erzeugen. Anders als ein konventioneller Gleichrichter, wandelt der Wandler 14 die durch den Synchronmotor 13 erzeugten Drei-Phasen-Wechselspannung in PN-Gleichspannung einer benötigten Größe um, und leifert zur gleichen Zeit einen Strom an den Synchronmotor 13 entsprechend eines Ausgangsstroms an die Last 18, so dass der Synchronmotor 13 stabil Strom erzeugen kann als Reaktion auf Veränderungen in der Last 18. Der Wandler 14 beinhaltet eine Stromsteuerung (einen Ausgangsstrom-Begrenzer) 14a (8), die einen durch den Synchronmotor 13 fließenden Strom begrenzt. Die Einzelheiten der Stromsteuerung 12a werden später erklärt.
Der Hauptschaltkreis-Kondensator 19 glättet die PN-Gleichspannung von dem Wandler 14 und sammelt Strom an, so dass der Inverter 15 einen großen Strom ausgeben kann.
Ähnlich wie der Wandler 14, hat der Inverter 15 Halbleiterschaltelemente, wie zum Beispiel Transistoren, IGBTs, MOSFETs oder dergleichen und Dioden. Mit diesen Schaltelementen invertiert der Inverter die geglättete PN-Gleichspannung in Drei-Phasen (R, S, T) Wechselspannung. Durch Ändern von Schaltmustern der Schaltelemente von einem zu einem anderen, ist der Inverter 15 in der Lage, einen optionalen Spannungswert und einen optionalen Frequenzwert auszugeben.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Einzelheiten des Inverters 15 darstellt. Der Inverter 15 beinhaltet einen Schalt-Schaltkreis 150, der Halbleiter-Schaltelemente verwendet, um eine PN-Gleichspannung in eine Drei-Phasen-Wechselspannung zu invertieren, einen PN-Spannungsdetektor 151, der eine Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 19 erfasst, einen Frequenzbefehlserzeuger 153, der einen Frequenzbefehlswert für die Drei-Phasen-Wechselspannung ausgibt, die von dem Schalt-Schaltkreis 150 zu erzeugen ist, und einem Spannungsbefehlserzeuger 154, der einen Spannungsbefehlswert für die Drei-Phasen-Wechselspannung ausgibt, die durch den Schalt-Schaltkreis 150 zu erzeugen ist.
Der Inverter 15 beinhaltet auch einen PWM-Signalerzeuger 152, der ein PWM-Signal erzeugt gemäß dem Frequenzbefehlswert von dem Frequenzbefehlserzeuger 153, dem Spannungsbefehlswert von dem Spannungsbefehlserzeuger 154 und dem erfassten PN-Spannungswert von dem PN-Spannungsdetektor 151 und das PWM-Signal an den Schalt-Schaltkreis 150 ausgibt.
Der Inverter 15 beinhaltet auch ein Amperemeter (Stromstärkendetektor) 157, der R-, S- und T-Phasenleitungsstromstärken IR, IS und IT erfasst, die von dem Schalt-Schaltkreis 150 ausgegeben werden, einen Stromstärkendetektor 156, der Zwei-Phasen-Achsen (d-Achse, q-Achse) Stromstärkensignale bereitstellt gemäß den Leitungsströmen IR, IS und IT von dem Amperemeter 157 und dem PWM-Signal von dem PWM-Signalerzeuger 152, und einen Stromverbrauchs-Rechner 155, der einen Stromverbrauch der Last 18 (1) berechnet gemäß den Zwei-Phasen-Achsen (d-Achse, q-Achse) Stromstärkensignalen von dem Stromstärkendetektor 156 .
Der Schalt-Schaltkreis 150 beinhaltet, wie in 10 dargestellt, sechs Transistoren Tr1 bis Tr6 und Dioden D1 bis D6, die jeweils parallel mit den Transistoren Tr1 bis Tr6 verbunden sind. Die Transistor Tr1 und Tr2 sind in Reihe verbunden. Ein Kollektor des Transistors Tr1 ist mit einer positiven (P) Elektrode verbunden. Ein Emitter des Transistors Tr2 ist mit einer negativen (N) Elektrode verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen den Transistoren Tr1 und Tr2 ist ein Ausgangspunkt zum Bereitstellen einer R-Phasenspannung Vr. Ähnlich sind die Transistoren Tr3 und Tr4 in Reihe verbunden und ein Verbindungspunkt zwischen diesen ist ein Ausgangspunkt zum Bereitstellen einer S-Phasenspannung Vs. Die Transistoren Tr5 und Tr6 sind in Reihe verbunden und ein Verbindungspunkt zwischen diesen ist ein Ausgangspunkt zum Bereitstellen einer T-Phasenspannung Vt.
Der Schalt-Schaltkreis 150 beinhaltet auch sechs AND-Gates AND1 bis AND6. Ein erster Eingangsanschluss jedes der AND-Gates AND1 bis AND6 empfängt ein Gate-Signal, um eine Stromlieferung zu steuern. Zweite Anschlüsse der AND-Gates AND1 bis AND6 empfangen PWM-Signale SigTu, SigSu, SigRu, SigRd, SigSd und SigTd ausgegeben von dem PWM-Signalerzeuger 152. Wenn das Gate-Signal AN ist (hoher Pegel), treiben die entsprechenden PWM-Signale die Transistoren Tr1 bis Tr6 an, um die Drei-Phasen-Wechselspannungen Vr, Vs und Vt bereitzustellen. Wenn das Gate-Signal AUS ist (niedriger Pegel), sind die Transistoren Tr1 bis Tr6 inaktiv ohne Berücksichtigung der PWM-Signale. Die Transistoren Tr1, Tr3 und Tr5 und Dioden D1, D3 und D5 auf einer oberen Seite des Schalt-Schaltkreises 150 bilden einen oberen Arm und die Transistoren Tr2, Tr4 und Tr6 und Dioden D2, D4 und D6 auf einer unteren Seite des Schalt-Schaltkreises 150 bilden einen unteren Arm.
Der Stromverbrauchs-Rechner 155 (2) ist mit einer Korrespondenztabelle 155a ausgestattet, die eine Beziehung zwischen Stromverbrauch und Rotationsgeschwindigkeit des Motors anzeigt. Der Stromverbrauch-Rechner 155 berechnet einen Stromverbrauch der Last 18 und findet gemäß des berechneten Stromverbrauchs und der Korrespondenztabelle 155a Rotationsgeschwindigkeitsdaten für den Motor 11. Die Rotationsgeschwindigkeitsdaten werden an die ECU 20 des Motors 11 übertragen. Gemäß den übertragenen Rotationsgeschwindigkeitsdaten steuert die ECU 20 den Motor 11 auf eine benötigte Motorgeschwindigkeit.
Die Korrespondenztabelle 155a zeigt, wie in 7 dargestellt, eine Beziehung zwischen Stromverbrauch der Last 18 und Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 an. Die Korrespondenztabelle 155a wird vorbereitet gemäß einer Treibstoff-Verbrauchskurve des Motors 11 und wird verwendet, um eine geeignete Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 zu finden, um Strom zu erzeugen, der den Stromverbrauch der Last 18 zusammen mit einer vorbestimmten Reserve entspricht. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Motor 11 auf eine Leerlauf-Rotationsgeschwindigkeit eingestellt, wenn der Stromverbrauch der Last 18 niedrig oder Null ist, und wenn sich der Stromverbrauch erhöht, wird dieser linear erhöht und bei einer maximalen Rotationsgeschwindigkeit festgehalten.
Die Einzelheiten des PWM-Signalerzeugers 152 und Stromstärkendetektors 156 werden mit Bezug auf 3 erklärt. Der PWM-Signalerzeuger 152 beinhaltet einen Spannungskorrektor 31, der die q-Achsenspannung korrigiert, die in einem Zwei-Phasen-Achsen (d-Achse, q-Achse) Spannungsbefehlswert enthalten ist, ein Zwei-zu-Drei-Phasenwandler 32, ein PWM-Wellenformwandler 33, der ein Drei-Phasen-PWM-Signal erzeugt gemäß einem Drei-Phasen (R, S, T) Spannungssignal und einem elektrischen Winkelerzeuger 34.
Der Spannungskorrektor 31 multipliziert den Spannungsbefehlswert mit einem Verhältnis von (Eingestellter PN-Spannungswert) / (Erfasster PN-Spannungswert), das heißt ein Verhältnis von (Eingestellter PN-Spannungswert) / (Rückkopplungs-PN-Spannungswert), wodurch die in dem Spannungsbefehlswert enthaltene q-Achsenspannung korrigiert wird. Die korrigierte q-Achsenspannung wird an den Zwei-zu-Drei-Phasenwandler 32 geliefert.
Der Zwei-zu-Drei-Phasenwandler 32 führt eine Zwei-zu-Drei-Phasenumwandlung aus gemäß der korrigierten q-Achsenspannung und einer in dem Spannungsbefehlswert enthaltenen d-Achsenspannung, so dass der PWM-Signalerzeuger 152 Drei-Phasen (R, S, T) Sechsarm-PWM-Signale erzeugen kann. Die erzeugten PWM-Signale (SigTu, SigSu, SigRu, SigRd, SigSd, SigTd) werden an den Schalt-Schaltkreis 150 (2) geliefert, um die Transistoren Tr1 bis Tr6 zu betreiben (10).
Der elektrische Winkelerzeuger 34 findet einen elektrischen Winkel für die Drei-Phasen (R, S, T) Spannung gemäß einem Frequenzbefehlswert von dem Frequenzbefehlserzeuger 153 ( 2). Der gefundene elektrische Winkel wird an den Zwei-zu-Drei-Phasenwandler 32 und Stromstärkendetektor 156 geliefert. Der elektrische Winkel wird so bestimmt, dass ein elektrisches Zeitintervall mit einem elektrischen Winkelbereich von 0 bis 360 Grad übereinstimmt. Falls der Frequenzbefehlswert 50 Hz ist, ist ein elektrisches Zeitintervall 20 ms, und deshalb wird ein elektrischer Winkel so erzeugt, dass ein Zeitintervall von 20 ms mit 0 bis 360 Grad übereinstimmt.
Der in 3 dargestellten Stromstärkendetektor 156 beinhaltet einen Drei-zu-Zwei-Phasenwandler 35, der die R-, S- und T-Phasenstromstärken IR, IS und IT verwendet, die von dem Stromstärkenmessapparat 157 (2) gemessen werden und dem elektrischen Winkel von dem elektrischen Winkelerzeuger 34, um eine Zwei-Phasen-Stromstärke bereitzustellen, das heißt d- und q-Achsenstromstärken für den Stromverbrauchs-Rechner 155 ( 2) .
Eine Stromverbrauchs-Berechnungsprozedur, die von dem Stromverbrauchs-Rechner 155 ausgeführt wird, wird nun beschrieben werden. Mit einem extern spezifizierten Spannungswert Va (spezifiziert von außerhalb des Inverters 15), dem Spannungsbefehlswert Vb von dem Spannungsbefehlserzeuger 154 (eine Ausgangsspannung des Inverters 15), einer 3-Phasen-Leitungsstromstärke 11, der q-Achsenstromstärke Iq, und der d-Achsen-Stromstärke Id, berechnet der Stromverbrauchs-Rechner 155 einen momentanen Stromverbrauch P1 der Last 18 wie, $P_{1} = \sqrt{3} \times \frac{V a^{2}}{V b / (I_{1} \times I_{q} / \sqrt{I_{q}^{2} + I_{d}^{2}})}$
Der Zähler der rechten Seite des Ausdrucks (1) zeigt eine Impedanz eines effektiven Stroms an. Durch Darstellen dieser Impedanz mit Z, wird aus dem Ausdruck (1), $P_{1} = \sqrt{3} \times \frac{{(E x t e r n s p e z i f i z i e r t e S p a n n u n g)}^{2}}{Z}$
Der Ausdruck (2) drückt den momentanen Stromverbrauch P1 der Last 18 mit einem extern spezifizierten Spannungswert Va und der Impedanz Z eines effektiven Stroms aus. Entsprechend, sogar wenn ein Einschaltstrom beim Inbetriebnehmen der Last 18 auftritt, um die Ausgangsspannung des Inverters 15 plötzlich zu reduzieren, wird sich der von der Stromverbrauchs-Rechnereinheit 55 berechnete Stromverbrauch niemals plötzlich absenken. Mit anderen Worten, sogar falls sich die Ausgangsspannung des Inverters 15 plötzlich verändert, wird ein plötzliches Verändern der Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 verhindert, und deshalb ist der Motor 11 stabil. Wenn der Stromverbrauch P1 berechnet wird, verwendet der Stromverbrauchs-Rechner 155 einen Spannungsausgangswert des Schalt-Schaltkreises 150 nicht und ist deshalb nicht von einer Welligkeit beeinflusst.
Die Einzelheiten des in 2 dargestellten Spannungsbefehlserzeugers 154 werden mit Bezug auf 4 erklärt. Der Spannungsbefehlserzeuger 154 empfängt einen extern spezifizierten Spannungswert und eine minimale Ausgangsspannung von außerhalb des Inverters 15, eine Leitungsstromstärke erhalten durch (Iq²+Id²) ^1/2, und eine obere Stromstärkenschwelle. Der Spannungsbefehlserzeuger 154 beinhaltet einen Multiplizierer 41, der den extern spezifizierten Spannungswert mit einem Koeffizienten G1 multipliziert, einen Multiplizierer 42, der ein Ausgangssignal des Multiplizierers 41 mit einem Koeffizienten G2 multipliziert, eine Betriebseinheit (Spannungsbefehlswechsler) 43 und einen Tiefpassfilter 44.
Die minimale Ausgangsspannung wird kleiner als der extern spezifizierte Spannungswert und unzureichend eingestellt, um die Schaltschütze 18a zu unterbrechen, die den Start und Stopp der Last 18 steuert.
Der Multiplizierer 41 multipliziert den extern spezifizierten Spannungswert, der von außerhalb des Inverters 15 bereitgestellt wird, mit dem Koeffizienten G1, der ausgedrückt wird durch $G_{1} = 1 / {1 - (P W M F r e q u e n z) \times (T o t z e i t) \times 2}$
Der mit dem Ausdruck (3) ausgedrückte Koeffizient G1 ist ein Koeffizient, der eine Totzeit korrigiert, die verwendet wird, wenn die Transistoren Tr1, Tr3 und Tr5 des oberen Arms und die Transistoren Tr2, Tr4 und Tr6 des unteren Arms in dem Schalt-Schaltkreis 150 der 10 betrieben werden. Die Totzeit ist ein Zeitintervall, während dem die oberen und unteren Arme beide AUS sind und verwendet wird, um zu verhindern, dass die oberen und unteren Arme gleichzeitig AN sind. Um den extern spezifizierten Spannungswert zu korrigieren, wird der Koeffizient G1 darauf angewendet. Die Totzeit kann eine AN/AUS-Zeitdifferenz der Transistoren der oberen und unteren Arme beinhalten.
Der Multiplizierer 42 multipliziert ein Ausgangssignal von dem Multiplizierer 41 mit dem Koeffizienten G2, der ausgedrückt wird durch $G_{2} = (E r f a s s t e r P N S p a n n u n g s w e r t) / (E i n g e s t e l l e r P N S p a n n u n g s w e r t)$
wobei der Koeffizient G2 eingestellt wird, um eine Bedingung 0 ≤ G2 ≤ 1 zu öffnen.
Der erfasste PN-Spannungswert in dem Ausdruck (4) ist ein Spannungswert des Hauptschaltkreiskondensators 19. Der eingestellte PN-Spannungswert in dem Ausdruck (4) ist ein Spannungswert, der eingestellt ist, um den Hauptschaltkreiskondensator 19 zu laden. Der Koeffizient G2 des Ausdrucks (4) wird kleiner, wenn der erfasste PN-Spannungswert des Hauptschaltkreis-Kondensators 19 sich relativ zu dem eingestellten PN-Spannungswert verkleinert. Sogar wenn sich der Stromverbrauch der Last 18 vergrößert, wenn sich der erfasste PN-Spannungswert verkleinert, verhindert die Multiplikation des Koeffizienten G2, dass sich der extern spezifizierte Spannungswert plötzlich verkleinert.
Dies verhindert ein Abwürgen des Motors 11, das auftreten kann, falls der Inverter 15, wenn die PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators verringert wird, einen Ausgangsstrom der Last erhöht.;als Antwort auf eine Erhöhung des Stromverbrauchs der Last 18. Um dies zu verhindern, multipliziert die Ausführungsform den extern spezifizierten Spannungswert mit dem Koeffizienten G2, um ein Ausgangssignal von dem Multiplizierer 42 zu verkleinern, wenn der erfasste PN-Spannungswert kleiner als der eingestellte PN-Spannungswert ist. Dies verursacht eine Verringerung einer Ausgangsspannung von dem Inverter 15 und eine Verhinderung eines Abwürgens des Motors 11.
Die Betriebseinheit 43 des in 4 dargestellten Spannungsbefehlserzeugers 154 beinhaltet Eingangsanschlüsse IN1 bis IN4 und einen Ausgangsanschluss OUT1. Der Eingangsanschluss IN1 empfängt das Ausgangssignal d1 von dem Multiplizierer 42, der Eingangsanschluss IN2 empfängt die minimale Ausgangsspannung d2, die der Inverter 15 ausgeben kann, der Eingangsanschluss IN3 empfängt die Leitungsstromstärke d3, die an die Last 18 gereicht wird, und der Eingangsanschluss IN4 empfängt die obere Stromstärkenschwelle d4, die einen Überstrom definiert. Basierend auf diesen Datenstücken, gibt die Betriebseinheit 43 die minimale Ausgangsspannung d2 von dem Ausgangsanschluss OUT1 im Falle von „d3 > d4“ aus und das Signal d1 in den anderen Fällen.
Falls die Leitungsstromstärke d3 die obere Stromstärkenschwelle d4 übersteigt, d.h. falls der durch die Last 18 laufende Strom ein Überstrom ist, wird die minimale Ausgangsspannung d2 als ein Spannungsbefehlswert ausgegeben, um eine Spannung zu verringern, die an die Last 18 geliefert wird, und den Überstrom davon abzuhalten, durch die Last 18 zu laufen.
Das Ausgangssignal (d1 oder d2) von der Betriebseinheit 43 wird an den Tiefpassfilter 44 geliefert, der in der Lage ist, eine Verstärkung zu verändern (G3 und G4, welche später beschrieben werden).
Der Tiefpassfilter 44 ist eingerichtet, einen Einschaltstrom an die Last 18 zu dämpfen, zu der Zeit, zum Beispiel, der Inbetriebnahme der Last 18. Wenn eine Einschaltstromstärke auftritt, gibt der Tiefpassfilter 44 einen Spannungsbefehlswert aus, um die Ausgangsspannung des Inverters 15 sofort zu verkleinern, und gibt danach einen Spannungsbefehlswert aus, um die verringerte Ausgangsspannung allmählich auf die extern spezifizierten Spannungswerte zu erhöhen. Der Spannungsbefehlswert von dem Tiefpassfilter 44 wird an den PWM-Signalerzeuger 152 und den Stromverbrauchs-Rechner 155 geliefert, wie in 2 dargestellt.
Die Einzelheiten des Tiefpassfilters 44 werden mit Bezug auf 5 erklärt. Der Tiefpassfilter 44 führt einen Filterprozess aus gemäß dem Ausgangssignal (d1 oder d2) von der Betriebseinheit und der minimalen Ausgangsspannung d2 und gibt eine Spannungsbefehlswert aus.
Wie in 5 dargestellt, beinhaltet der Tiefpassfilter 44 einen Multiplizierer 51, der einen Koeffizienten G3 verwendet, einen Multiplizierer 52, der einen Koeffizienten G4 verwendet, eine Betriebseinheit 53, eine Verzögerungseinheit 54, einen Subtrahierer 55, einen Addierer 56 und einen Schalter SW1. Die Koeffizienten G3 und G4 werden eingestellt, um eine Bedingung „G4 > G3“ zu erfüllen.
Der Subtrahierer 55 berechnet eine Differenz zwischen einem Eingangssignal (das Ausgangssignal von dem Ausgangsanschluss OUT1 der in 4 dargestellten Betriebseinheit 43) und einem Rückkopplungssignal (eine vorhergehende Ausgabe der Betriebseinheit 53) und gibt die Differenz als eine Abweichung (Fehler) Err aus.
Der Multiplizierer 51 multipliziert die Abweichung Err mit dem Koeffizienten G3 und gibt so das Produkt an einen Anschluss T1 des Schalters SW1 aus. Der Multiplizierer 52 multipliziert die Abweichung Err mit dem Koeffizienten G4 und gibt das Produkt an einen Anschluss des Schalters SW1 aus.
Falls die Abweichung Err positiv ist (Err > 0), verbindet der Schalter SW1 den Anschluss T1 mit einem Ausgangsanschluss OUT2, um das Ausgangssignal des Multiplizierers 51 auszugeben. Falls die Abweichung Err Null oder negativ ist (Err ≤ 0), verbindet der Schalter SW1 den Anschluss T2 mit dem Ausgangsanschluss OUT2, um das Ausgangssignal des Multiplizierers 52 auszugeben. Der Ausgangsanschluss OUT2 ist mit dem Addierer 56 verbunden, der mit einem Eingangsanschluss IN5 der Betriebseinheit 53 verbunden ist. Ein Ausgangsanschluss IN6 der Betriebseinheit 53 empfängt die minimale Ausgangsspannung d2, die in 4 gezeigt ist.
Der Addierer 56 addiert die Signale von dem Ausgangsanschluss OUT2 des Schalters SW1 und den vorhergehenden Ausgangswert von der Verzögerungseinheit 54 miteinander und gibt ein Summensignal d5 an den Eingangsanschluss IN5 der Betriebseinheit 53 aus.
In Fall d5 < d2, gibt die Betriebseinheit 53 d2 von einem Ausgangsanschluss OUT3 aus, um das Ausgangssignal des Ausgangsanschlusses OUT3 auf die minimale Ausgangsspannung d2 festzusetzen. Falls d5 ≥ d2, gibt die Betriebseinheit 53 d5 von dem Ausgangsanschluss OUT3 aus. Das Ausgangssignal von dem Ausgangsanschluss OUT 3 wird als Spannungsbefehlswert an den PWM-Signalerzeuger 153 und den Stromverbrauchsrechner 155 geliefert, die in 2 dargestellt sind. Das Ausgangssignal wird auch als ein Rückkopplungssignal zu der Verzögerungseinheit 54 geliefert, die in 5 dargestellt ist.
Das Ausgangssignal, das um ein Abtastzeitintervall in der Verzögerungseinheit 54 verzögert ist, wird an den Subtrahierer 55 und Addierer 56 geliefert. Wie oben angemerkt, multipliziert der Schalter SW1 die Abweichung Err mit dem Koeffizienten G3, falls die Abweichung Err positiv ist (Err > 0), und mit dem Koeffizienten G4 (G4 > G3), falls die Abweichung Err Null oder negativ ist (Err ≤ 0). Mit anderen Worten, falls der extern spezifizierte Spannungswert dazu tendiert, sich zu vergrößern, verwendet der Schalter SW1 den kleineren Koeffizienten (G3), anders als wenn selbiger dazu tendiert, sich zu verringern. Entsprechend, wenn sich der Spannungsbefehlswert (OUT1 der 4) verringert nach, zum Beispiel, dem Auftreten einer Einschaltstromstärke, verringert der Tiefpassfilter 44 eine Anstiegsgeschwindigkeit des Spannungsbefehlswerts.
Die Betriebseinheit 53 des Tiefpassfilters 44 vergleicht das Ausgangssignal d5 des Addierers 56 mit der minimalen Ausgangsspannung d2, und falls d5 kleiner als d2 ist, das heißt falls die Summe von dem Addierer 56 kleiner als die minimale Ausgangsspannung d2 ist, gibt die minimale Ausgangsspannung d2 als einen Spannungsbefehlswert aus, der von dem Ausgangsanschluss OUT3 ausgegeben werden soll. Dies setzt den extern spezifizierten Spannungswert auf die minimale Ausgangsspannung d2 fest, um zu verhindern, dass zum Beispiel der Schaltschütz 18a, der an der Last 18 angebracht ist und das AN/AUS der Last 18 steuert, abgeschnitten wird.
Die Einzelheiten des Frequenzbefehlserzeugers 153, der in 2 dargestellt ist, werden nun mit Bezug auf 6 erklärt. Der Frequenzbefehlserzeuger 153 beinhaltet eine Überstreicheinheit (multiplizierender Faktorberechner) 61, die den extern spezifizierten Frequenzwert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches kontinuierlich ändert oder überstreicht, einen Multiplizierer 62, der einen Ausgang der Überstreicheinheit mit einem Koeffizienten K (0 < K ≤ 1) multipliziert, und ein Subtrahierer 63.
Die Überstreicheinheit 61 berechnet einen multiplizierenden Faktor B gemäß dem extern spezifizierten Frequenzwert, der von außerhalb des Inverters 15 spezifiziert wird, und gibt den berechnete multiplizierenden Faktor B an den Multiplizieren 62 aus. Der multiplizierende Faktor B wird berechnet durch $B = 1 - {(S p a n n u n s b e f e h l s w e r t V_{2}) / (S p e z i f i z i e r t e r S p a n n u n g s w e r t V_{1})}$
Ein Frequenzbefehlswert f_c, der von dem Subtrahierer 63 ausgegeben werden soll, wird erhalten durch $(F r e q u e n z b e f e h l s w e r t) = f_{1} \times (1 - K \times B)$
In dem Ausdruck (6) ist f₁ der extern spezifizierte Frequenzwert und K ist der Koeffizient, der in dem Multiplizierer eingestellt wird und eine Beziehung 0 < K ≤ 1 erfüllt.
Wenn die extern spezifizierte Spannungswert VI 200 Volt ist, der Spannungsbefehlswert V2 140 Volt ist, und der extern spezifizierte Frequenzwert f₁ ist, wird B 0,3 sein gemäß dem Ausdruck (5). Entsprechend gibt die Überstreichungseinheit 61 ein Signal von „0,3 x f₁“ aus. Wenn der in dem Multiplizierer 62 eingestellte Koeffizient K 0,5 ist, stellt der Multiplizierer 62 ein Signal von „0,15 x f₁“ bereit, das an den Subtrahierer 63 geliefert wird. Der Subtrahierer stellt ein Ausgangssignal von „0,85 x f₁“ bereit, welches 15% niedriger als der extern spezifizierte Frequenzwert f1 ist und der als ein Frequenzbefehlswert ausgegeben wird.
Danach erhöht sich der Spannungsbefehlswert V2, um mit dem extern spezifizierten Spannungsbefehlswert V1 übereinzustimmen. Dann wird der multiplizierende Faktor B gemäß dem Ausdruck (5) Null, und deshalb wird der extern spezifizierte Frequenzwert f₁ nicht von dem Subtrahierer 63 multipliziert und wird ausgegeben, als wenn dieser ein Frequenzbefehlswert ist. Auf diese Weise wird der extern spezifizierte Frequenzwert kontinuierlich innerhalb eines Bereichs von „0,85 x f₁“ bis f₁ geändert oder überstrichen. Ein allmähliches Erhöhen des Frequenzbefehlswerts bis zu dem extern spezifizierten Frequenzbefehlswert f₁ führt zu einer effizienten Energiezuführung zu der Last 18, wenn die Last 18 eine Induktionslast, wie zum Beispiel ein Induktionsmotor, ist. Dies ergibt eine verkürzte Inbetriebnahmezeit der Last 18 und ein Reduzieren einer Last des Motors 11 und Wandlers 14.
8 ist ein Blockdiagramm, das die in dem Wandler 14 der 1 angeordneten Stromsteuerung 14a darstellt. Die Einzelheiten der Stromsteuerung 14a und eines dadurch ausgeführten PN-Spannungssteuerbetriebs werden mit Bezug auf 8 erklärt. In der Stromsteuerung 14a beinhaltet ein PN-Spannungssteuerblock einen PI-Kompensator (Stromerbefehlserzeuger) 81, einen Strombegrenzer 82, und einen Stromtreiber 83. In dem gesteuerten Block der Stromsteuerung 14a bestimmen eine Drehmomentskonstante und eine Rotationsgeschwindigkeit einen Strom und eine Leistung, und Strom und Leistung bestimmen eine Spannung zum Laden des Hauptschaltkreiskondensators 19. Eine PN-Spannung des Kondensators 19 wird erfasst und von einem eingestellten PN-Spannungswert von einem Symbol 89 subtrahiert.
Der Subtrahierer 89 berechnet eine Spannungsdifferenz (Abweichungsspannung) zwischen einem eingestellten PN-Spannungswert dieser Zeit, der in einer Zeitfolge zu bestimmten Abtastperioden eingegeben wird, und einen Rückkopplungs-PN-Spannungswert, der von einem Integrator 88 ausgegeben wird und der auf einem vorhergehenden PN-Spannungswert basiert. Der PI-Kompensator 81 multipliziert die Spannungsdifferenz von dem Subtrahierer 89 mit einem PI-Kompensationswert und gibt ein Ergebnis der Multiplikation als einen Strombefehlswert an den Stromerbegrenzer 82 aus.
Der Stromerbegrenzer 82 weist eine Stromgrenzverhältnistabelle auf, die in 9 dargestellt ist. Die Stromgrenzverhältnistabelle spezifiziert ein Stromgrenzverhältnis bezüglich einer gegebenen Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 gleich der Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors 13. Wenn eine Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 gegeben ist, nimmt der Stromerbegrenzer 82 Bezug auf die Stromgrenzverhältnistabelle, findet ein Stromgrenzverhältnis entsprechend der gegebenen Rotationsgeschwindigkeit und multipliziert den Strombefehlswert von dem PI-Kompensator 81 mit dem Stromgrenzverhältnis. Falls der Motor 11 sich bei einer Rotationsgeschwindigkeit von, zum Beispiel, 1200 U/min befindet, die eine Leerlaufgeschwindigkeit des Motors 11 ist und kleiner als eine Nenngeschwindigkeit des Motors 11 ist (die Nenngeschwindigkeit des Motors 11 ist gleich einer Nenngeschwindigkeit des Synchronmotors 13), ist ein Stromgrenzverhältnis entsprechend der Motorgeschwindigkeit 70%, was niedriger als 100% ist, wie in 9 dargestellt. Mit dem gefundenen Stromgrenzverhältnis korrigiert der Stromerbegrenzer 82 den Strombefehlswert von dem PI-Kompensator 81 und gibt den korrigierten Strombefehlswert an den Stromtreiber 83 aus. Falls sich der Motor 11 bei einer Nenngeschwindigkeit (2000 U/min) befindet, wird das Stromgrenzverhältnis 100%. In diesem Fall gibt der Stromerbegrenzer 82 den Strombefehlswert von dem PI-Kompensator 81 wie gegeben aus als den korrigierten Strombefehlswert an den Stromtreiber 83.
Die in 9 dargestellte Stromgrenzverhältnistabelle ist so vorbereitet, dass sich das Stromgrenzverhältnis allmählich auf 100% erhöht, wenn sich die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 von der Leerlaufgeschwindigkeit (1200 U/min) auf die Nenngeschwindigkeit (2000 U/min) erhöht.
Mit anderen Worten spezifiziert die Stromgrenzverhältnistabelle ein Stromgrenzverhältnis niedriger als 100%, falls der Synchronmotor 13 bei der Leerlaufgeschwindigkeit des Motors (Antriebsmaschine) 11 ist und erhöht linear das Stromgrenzverhältnis auf 100% gemäß einer Vergrößerung der Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors 13. Obwohl die in 9 dargestellte Stromgrenzverhältnistabelle das Stromgrenzverhältnis linear zwischen der Leerlaufgeschwindigkeit und Nenngeschwindigkeit des Motors 11 erhöht, kann diese das Stromgrenzverhältnis entlang einer Kurve erhöhen bezüglich einer Vergrößerung der Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11.
Der in 8 dargestellte Stromtreiber 83 steuert einen von dem Synchronmotor 13 auszugebenden Strom gemäß dem korrigierten Strombefehlswert von dem Stromerbegrenzer 82. Das von dem Stromerbegrenzer 82 verwendete Stromgrenzverhältnis verkleinert sich, wenn sich die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 von der Nenngeschwindigkeit verringert, um eine Last des Motors 11 zu reduzieren und den Motor 11 vom Abwürgen abzuhalten.
Wenn der Inverter 15 Leistung an die Last 18 liefert durch Verwenden von in dem Hauptschaltkreiskondensator 19 gesammelten Leistung, verringert sich die Spannung des Kondensators 19 und deshalb versucht der Wandler 14, den PN-Spannungswert des Kondensators 19 auf einen eingestellten PN-Spannungswert zu erhöhen durch Ziehen von Energie von dem Motor 11 durch den Synchronmotor 13. Der Wandler 14 kann diesen Betrieb gleichmäßig durchführen mit Hilfe des Ausgangsstrombegrenzers 14a.
Der Betrieb des Inverterstromgenerators 100 mit der oben erwähnten. Konfiguration wird erklärt.
11 ist eine Zeitgraphik, die Signalwellenformen des Inverterstromgenerators 100 der Stromsteuerung 14a darstellt ohne einen Stromgrenzbetrieb als ein Referenzfall. 12 ist eine Zeitgraphik, die Signalwellenformen des Inverterstromgenerators 100 darstellt, wenn der Stromgrenzbetrieb durch die Stromsteuerung 14a durchgeführt wird. In 11 und 12 illustriert (a) einen von dem Wandler 14 bereitgestellten Wandlerstrom, (b) die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11, (c) die PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 14 und (c) einen geschätzten Stromverbrauch.
Der Fall einer Nichtausführung des Stromgrenzbetriebs durch die Stromsteuerung 14a wird mit Bezug auf 11 beschrieben. Es wird angenommen, dass der Motor 11 sich in der Leerlaufgeschwindigkeit (1200 U/min) befindet. Zur Zeit t21 wird die Last 18 plötzlich schwer und der Inverter 15 liefert eine große Leistung an die Last 18. Als ein Ergebnis verringert sich die PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 19, wie in 11(c) dargestellt. Um die verringerte PN-Spannung des Kondensators 19 zu vergrößern, zieht der Wandler 14 Energie von dem Motor 11 durch Zuführen eines 100%-Stroms an den Motor 11 und Zuführen von Leistung an den Kondensator 19.
Wie in 11(d) dargestellt, vergrößert sich der von dem Inverter 15 berechnete geschätzte Stromverbrauch und deshalb versucht der Motor 11, seine Rotationsgeschwindigkeit zu vergrößern. Das maximale Ausgangsdrehmoment, des Motors 11 ist jedoch begrenzt. Der bei der Leerlaufgeschwindigkeit (1200 U/min) laufende Motor 11 hat eine kleine Abwürgreserve und deshalb ist der Motor 11 nicht in der Lage, seine Rotationsgeschwindigkeit zu vergrößern. Zusätzlich behält der Wandler 14 den strombegrenzten Zustand bei, wie in 11(a) dargestellt. Folglich verringert sich die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 allmählich, wie in 11(b) dargestellt.
Da der Motor 11 nicht in der Lage ist, seine Rotationsgeschwindigkeit zu vergrößern, ist die PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 19 nicht in der Lage, zu dem eingestellten PN-Spannungswert zurückzukehren, wie in 11(c) dargestellt. Zusätzlich wird der in 11(a) dargestellte Wandlerstrom nicht kleiner als der Stromgrenzwert. Entsprechend nähert sich der Motor 11 einem Abwürgen. Auf diese Weise, falls der Stromgrenzbetrieb des Stromsteuerteils (14a) entsprechend der Ausführungsform nicht durchgeführt wird, wird der Motor 11 leicht abgewürgt, falls eine plötzliche Laständerung auftritt, wenn der Motor 11 um die Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird.
Als Nächstes wird der Fall einer Ausführung der Stromgrenzsteuerung durch das Stromsteuerteil 14a entsprechend der Ausführungsform beschrieben. Es wird vorausgesetzt, dass der Motor 11 bei der Leerlaufgeschwindigkeit (1200 U/min) betrieben wird. Zur Zeit t31 wird die Last 18 plötzlich schwer und der Inverter 15 liefert eine große Leistung an die Last 18. Als ein Ergebnis verringert sich die PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 19, wie in 12(c) dargestellt. Um die verringerte PN-Spannung des Kondensators 19 zu vergrößern, zieht der Wandler 14 Energie von dem Motor 11 durch Liefern eines Stroms an den Motor 11 und Liefern einer Leistung an den Kondensator 19. Zu dieser Zeit ist das Stromgrenzverhältnis 70%, wie in 9 dargestellt, weil der Motor 11 bei der Leerlaufgeschwindigkeit ist. Der Stromerbegrenzer 82 begrenzt einen Strombefehlswert mit dem Stromgrenzverhältnis von 70% und gibt einen korrigierten Stromgrenzwert aus, der verwendet wird, um den in 12(a) dargestellten Wandlerstrom zu steuern.
Zu dieser Zeit vergrößert sich der von dem Inverter 15 berechnete geschätzte Stromverbrauch, wie in 12(d) dargestellt und deshalb versucht der Motor 11, seine Rotationsgeschwindigkeit zu vergrößern. Zu dieser Zeit ist der korrigierte Strombefehlswert 70% des ursprünglichen Strombefehlswerts und deshalb ist eine Drehmomentsnachfrage für den Motor 11 kleiner als mit dem 100%-Strombefehlswert. Als ein Ergebnis, vergrößert der Motor 11 seine Rotationsgeschwindigkeit geeignet, wie in (b) der 12 dargestellt. Dies verhindert ein Abwürgen des Motors 11.
Die PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 19 beginnt sich zu verkleinern zur Zeit t31, wie in (c) der 12 dargestellt, und nach einer relativ langen Zeit kehrt diese zu dem eingestellten PN-Spannungswert zurück. Obwohl die Wiederherstellungszeit zu dem eingestellten PN-Spannungswert relativ lang ist, kann der Motor 11 seine Rotationsgeschwindigkeit ohne Abwürgen vergrößern und der Wandlerstrom bleibt kleiner als der Grenzwert, wie in 12(a) dargestellt. Als ein Ergebnis kehrt die PN-Spannung des Kondensators 19 allmählich zu dem eingestellten PN-Spannungswert zurück. Auf diese Weise verwendet die Ausführungsform ein Stromgrenzverhältnis niedriger als 100%, um den Strombefehlswert zum Befehligen des Synchronmotors 13 zu begrenzen, falls der Motor 11 um die Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, wodurch der Wandlerstrom zugeführt wird ohne Abwürgen des Motors 11.
Wie oben angemerkt, ordnet der Inverterstromgenerator 100 gemäß der Ausführungsform den Stromsteuerteil 14a für den Wandler 14 an, um ein Stromgrenzverhältnis einzustellen. Das Stromgrenzverhältnis wird linear vergrößert, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 von einer Leerlaufgeschwindigkeit auf eine Nenngeschwindigkeit vergrößert wird. Sogar falls die Last 18 eine plötzliche Änderung verursacht, wenn der Motor in der Nähe der Leerlaufgeschwindigkeit mit einer kleinen Drehmomentänderungsreserve läuft, kann die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 11 geeignet vergrößert werden durch Begrenzen eines Strombefehlswerts für den Synchronmotor auf einen niedrigen Wert. Als ein Ergebnis kann die PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 19 geeignet auf einen eingestellten PN-Spannungswert zurückgeführt werden.
Um den Motor auf eine Strom sparende Weise zu betreiben, muss der Motor 11 um die Leerlaufgeschwindigkeit betrieben werden, wenn der Stromverbrauch der Last 18 niedrig ist. Bei der Leerlaufgeschwindigkeit produziert der Motor 11 ein kleines Drehmoment und weist eine kleine steuerbare Geschwindigkeitsreserve bezüglich einer Lastvergrößerung auf. Entsprechend wird der Motor 11 einfach abgewürgt, wenn sich der Stromverbrauch der Last 18 vergrößert. Die Vergrößerung des Stromverbrauchs 18 verursacht eine Verringerung der PN-Spannung des Hauptschaltkreiskondensators 19 und kann ein Ereignis verursachen, so dass 100% Leistung von dem Motor gezogen werden, wodurch der Motor 11 einfacher abgewürgt wird. Um dieses Problem zu vermeiden, begrenzt die vorliegende Ausführungsform einen Strombefehlswert für den Motor 11 (Synchronmotor 13), wodurch das Drehmoment des Motors 11 unterdrückt wird und ein Motorabwürgen verhindert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform begrenzt. Die Konfiguration jedes Teils der Ausführungsform ist austauschbar mit jeder anderen Konfiguration, die gleiche Funktionen bereitstellen kann.
Zum Beispiel kann das Amperemeter 157, das für drei Phasen in 2 eingerichtet ist, für zwei unter den drei Phasen eingerichtet sein..
Zusammenfassend verwendet ein Inverterstromgenerator, der gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, einen Ausgangsstrombegrenzer, um einen Wandlerstrom zu begrenzen, falls sich der Stromverbrauch einer Last sich plötzlich ändert, wenn ein mit einem Motor gekoppelter Synchronmotor bei einer Rotationsgeschwindigkeit niedriger als eine Nenngeschwindigkeit, zum Beispiel um eine Leerlaufgeschwindigkeit, betrieben wird. Der Ausgangsstrombegrenzer multipliziert einen Strombefehlswert zum Spezifizieren eines Wandlerstroms mit einem Verhältnis kleiner als 100%, um den Strombefehlswert so zu verringern, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Motors geeignet vergrößerbar wird. Dies verhindert ein Motorabwürgen, wenn sich der Stromverbrauch der Last plötzlich ändert.
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar, um die Effizienz jedes Inverterstromgenerators zu verbessern.

Claims

Ein Inverterstromgenerator mit einer Antriebsmaschine (11), einem Synchronmotor (13) gekoppelt mit der Antriebsmaschine, ein Wandler (14) verbunden mit dem Synchronmotor (13), ein Inverter (15) verbunden mit dem Wandler (14) und ein Kondensator (19) angeordnet zwischen dem Wandler (14) und dem Inverter (15), wobei die Antriebsmaschine (11) den Synchronmotor (13) rotiert, um Wechselstrom zu erzeugen, der Wandler (14) den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und der Inverter (15) den Gleichstrom in Wechselstrom einer benötigten Frequenz invertiert, wobei: der Wandler (14) eine Stromsteuerung (14a) beinhaltet, die ein Stromgrenzverhältnis entsprechend einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors (13) einstellt und einen Wandlerstrom gemäß dem Stromgrenzverhältnis begrenzt; und die Stromsteuerung (14a) das Stromgrenzverhältnis niedriger als 100% einstellt, wenn der Synchronmotor (13) bei einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit niedriger als eine Nenn-Rotationsgeschwindigkeit ist, und das Stromgrenzverhältnis linear auf 100% vergrößert entsprechend einer Vergrößerung der Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors (13).
Inverterstromgenerator nach Anspruch 1, wobei: der Wandler (14) einen Strombefehlserzeuger (81) beinhaltet, der einen Strombefehlswert erzeugt entsprechend einer Differenz zwischen einem eingestellten PN-Spannungswert, der als ein Strombefehlswert dient, um den Kondensator (19) zu laden, und einem Rückkopplungs-PN-Spannungswert von dem Kondensator; die Stromsteuerung (14a) beinhaltet: einen Stromerbegrenzer (82), der nach dem Stromerbefehlserzeuger (81) verbunden ist, eine Stromgrenzverhältnistabelle beinhaltet, die eine Beziehung zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors und einem Stromgrenzverhältnis anzeigt, ein Stromgrenzverhältnis bestimmt gemäß einer gegebenen Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors und der Stromgrenzverhältnistabelle, und den Strombefehlswert des Stromerbefehlserzeugers (81) mit dem bestimmten Strombefehlswert begrenzt; und ein Stromtreiber (83), der einen Ausgangsstrom steuert gemäß dem begrenzten Strombefehlswert von dem Stromerbegrenzer (82); und die Stromgrenzverhältnistabelle eingerichtet ist, ein Stromgrenzverhältnis niedriger als 100% zu spezifizieren, falls der Synchronmotor (13) bei der vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit niedriger als die Nenn-Rotationsgeschwindigkeit ist und das Stromgrenzverhältnis linear auf 100% zu vergrößern gemäß einer Vergrößerung der Rotationsgeschwindigkeit des Synchronmotors.