DE102012220649A1

DE102012220649A1 - Leistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012220649A1
Application number: DE102012220649A
Authority: DE
Inventors: Kosuke Nakano; Tetsuya Kojima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-08-01
Also published as: JP2013162536A; US20130194852A1; US9130481B2

Abstract

In einer Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Phasen auf einer AC-Seite und konfiguriert zum Ausführen einer Umwandlung zwischen DC-Leistung und AC-Leistung, detektiert ein Stromdetektor (400) Ströme (Idc), die durch eine DC-Quellen-Leitung (110) fließen, durch die eine Vielzahl von Phasenströmen (i) gewöhnlich fließen. Eine Steuereinheit stellt eine Stromdetektionsperiode (TA) ein, sowie eine darauffolgende Stromsteuerperiode (TB) in jedem nachfolgenden Steuerzyklus. Unter Verwendung erster Gate-Signale (G, 604) auf Grundlage von Referenz-Gate-Signalen (602) für PWM-Steuerung, berechnet die Steuereinheit Werte der individuellen Phasenströme (i) von den ersten Gate-Signalen (G, 604) und den detektierten Strömen (Idc) während der Stromdetektionsperiode (TA). Die Steuereinheit führt dann während der Stromsteuerperiode (TB) eine PWM-Steuerung aus unter Verwendung von Phasenspannungsbefehlen (V*), erzeugt durch Korrigieren von Phasenspannungs-Zielwerten (Vref), so dass Spannungsfehler gelöscht werden, die auftreten während der Stromdetektionsperiode (TA).

Description

HINTERGRUND DER Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Ausführen einer Umwandlung zwischen DC-Leistung und AC-Leistung unter Verwendung einer Vielzahl von Halbleiter-Schaltgeräten, und insbesondere eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit einem Pulsbreitenmodulation-(PWM)-Steuerbetrieb während eines Detektierens einer Vielzahl von Phasenströmen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine herkömmliche Anordnung zum Erhöhen einer Ausgabe einer Leistungsumwandlungsvorrichtung ist es, einen Multiplex-Wechselrichter zu verwenden, in dem eine Vielzahl von Drei-Phasen-Wechselrichtern parallel geschaltet sind. Diese Art von Multiplex-Wechselrichter wird bereitgestellt mit drei-phasigen Wechselrichtern bzw. Drei-Phasen-Wechselrichtern, wobei jeder drei Stromdetektoren enthält, und betrieben wird durch eine PWM-Steuerung während eines Detektierens individueller Phasenströme (siehe beispielsweise japanisches Patent mit der Nummer 4625147 und japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011-131860 ).
Eine herkömmliche Anordnung zum Detektieren von Phasenströmen eines Drei-Phasen-Wechselrichters ist wie folgt. Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung führt wiederholt einen Wechselrichter-Steuerbetrieb bei Intervallen einer Wechselrichter-Steuerperiode mit einer spezifischen Länge durch. Eine Phasenstrom-Detektionsperiode, während der die Phasenströme detektiert werden, wird bereitgestellt zwischen aufeinanderfolgenden Wechselrichter-Steuerperioden. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung steuert Schaltzustände von individuellen Schaltgeräten von Wechselrichterschaltungen, so dass ein Shunt-Widerstand bzw. Nebenwiderstand einen Spannungspuls mit einer Pulsdauer ausgibt, die länger ist als die eines Spannungspulses, der ausgegeben wird während der Wechselrichter-Steuerperiode während jeder Phasenstrom-Detektionsperiode (siehe beispielsweise japanisches Patent mit der Nummer 4671000 ).
Der herkömmliche Multiplex-Wechselrichter, wie die des japanischen Patents mit der Nummer 4625147 und der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011-131860 , die oben zitiert wurden, wird bereitgestellt mit einer Vielzahl von Drei-Phasen-Wechselrichtern, wobei jeder drei Stromdetektoren enthält. Deshalb ist die Gesamtzahl der Stromdetektoren, die in jedem von solchen Multiplex-Wechselrichtern benötigt werden, dreimal die Anzahl der Drei-Phasen-Wechselrichter. Ein Problem dieser Anordnung ist deshalb eine Vergrößerung in der Größe der Vorrichtung, die in Zusammenhang steht mit einer Erhöhung der Herstellungskosten.
In der Leistungsumwandlungsvorrichtung, die im japanischen Patent mit der Nummer 4671000 , das oben zitiert ist, beschrieben ist, und konfiguriert ist zum Detektieren der individuellen Phasenströme durch Verwenden eines einzelnen Stromdetektors, wird eine Ausgangsspannung des Stromdetektors auf einer festen Höhe gehalten während jeder Phasenstrom-Detektionsperiode. Ein Problem dieser Anordnung ist, dass Spannungs- und Strom-Ausgangswellenformen verzerrt bzw. gestört werden können, falls die Ausgangsspannung von einer gewünschten Spannung abweicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen. Demgemäß ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die konfiguriert ist, um betrieben zu werden durch eine PWM-Steuerung, während eines Detektierens einer Vielzahl von Phasenströmen, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung eine Fähigkeit aufweist, die individuellen Phasenströme zu detektieren und eine gewünschte Ausgabe auf eine verlässliche Art und Weise mit einer kompakten und einfachen Vorrichtungsstruktur zu erhalten.
Gemäß der Erfindung enthält eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Phasen auf einer AC-Seite eine Hauptschaltungseinheit zum Ausführen einer Umwandlung zwischen DC-Leistung bzw. Gleichstrom-Leistung, zugeführt von einer DC-Leistungsquelle und einer AC-Leistung bzw. Wechselstrom-Leistung, sowie eine Steuereinheit zum wiederholten Steuern der Hauptschaltungseinheit in aufeinanderfolgenden Steuerzyklen, wobei eine DC-Quellen-Leitung, durch die Phasenströme, die in den individuellen Phasen fließen, gewöhnlich fließen, verbunden ist mit der DC-Leistungsquelle. Die Steuereinheit enthält einen Stromdetektor zum Detektieren der Ströme, die durch die DC-Quellen-Leitung fließen, sowie einen PWM-Controller zum Erzeugen von Gate-Signalen, die zuzuführen sind an individuelle Halbleiter-Schaltgeräte von der Vielzahl der Phasen der Hauptschaltungseinheit, wobei der PWM-Controller eine Stromdetektionsperiode aufweist und eine nachfolgende Stromsteuerperiode innerhalb jeder der Steuerzyklen, die definiert sind auf Grundlage einer Trägerperiode, d. h. der Periode der Trägerwellen, und einen Stromprozessor zum Berechnen von Werten der individuellen Phasenströme während der Stromdetektionsperiode auf Grundlage der Gate-Signale, die zugeführt werden von dem PWM-Controller und der detektierten Ströme, die zugeführt werden von dem Stromdetektor. Der PWM-Controller erzeugt die Gate-Signale, die zu verwenden sind während der Stromdetektionsperiode auf Grundlage von voreingestellten Referenz-Gate-Signalen, erzeugt Phasenspannungs-Zielwerte, so dass die berechneten individuellen Phasenstromwerte gegebenen Befehlswerten folgen, berechnet Phasenspannungsbefehle durch Korrigieren der individuellen Phasenspannungs-Zielwerte, so dass Spannungsfehler gelöscht werden, die auftreten während der Stromdetektionsperiode, und erzeugt die Gate-Signale, die zu verwenden sind während der Stromsteuerperiode auf Grundlage eines Vergleichs zwischen den individuellen Phasenspannungsbefehlen und Trägerwellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet die Steuereinheit die Werte der individuellen Phasenströme durch Detektieren der Ströme, die durch die DC-Quellen-Leitung fließen, so dass es möglich wird, die individuellen Phasenstromwerte zu erhalten mittels des einzelnen Stromdetektors, der gewöhnlich verwendet wird für die individuellen Phasen ohne ein Benötigen einer Vielzahl von Stromdetektiermittel dafür. Die Steuereinheit führt auch einen PWM-Steuerbetrieb zum Steuern der Hauptschaltungseinheit aus durch Berechnen der Phasenspannungsbefehle für die individuellen Phasen, die zu verwenden sind während der Stromsteuerperiode, so dass Spannungsfehler gelöscht werden bzw. sich aufheben, die auftreten während der Stromdetektionsperiode. Es ist deshalb möglich, die Werte der individuellen Phasenströme verlässlich zu detektieren, Störungen bzw. Verzerrungen von Spannungs- und Strom-Ausgangswellenformen zu unterdrücken, und eine gewünschte Ausgabe verlässlich zu erhalten mit einer kompakten und einfachen Vorrichtungsstruktur. Zusätzlich ermöglicht es die Erfindung, wenn auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung angewandt, die eine Multiplex-Konfigurierung verwendet mit einer erhöhten Anzahl von Arten von Phasenströmen, eine noch herausragendere Verringerung in Größe und Vereinfachung der Vorrichtungsstruktur zu erreichen.
Die vorhergehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese im Zusammenhang gelesen wird mit den begleitenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind Diagramme, die die Konfigurierung eines Motorantriebssystems zeigen, das eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung implementiert;
2 zeigt ein Diagramm, das im Detail die Konfigurierung eines Multiplex-Leistungswandlers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären von Gate-Signalen, die verwendet werden zum Steuerbetrieb gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt eine tabellenartige Darstellung zum Erklären einer Detektion von Phasenströmen eines ersten Drei-Phasen-Wechselrichters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt eine tabellenartige Darstellung zum Erklären einer Detektion von Phasenströmen eines zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären, wie Phasenspannungsbefehle und Gate-Signale erzeugt werden während einer Stromsteuerperiode gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt ein Diagramm, das die Konfigurierung eines Motorantriebssystems zeigt, das eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung implementiert;
8 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären von Gate-Signalen, die verwendet werden während einer Stromdetektionsperiode gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären von Gate-Signalen, die verwendet werden für einen Steuerbetrieb gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären von Gate-Signalen, die verwendet werden für einen Steuerbetrieb gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
11 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären von Gate-Signalen, die verwendet werden für einen Steuerbetrieb gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1A zeigt ein Diagramm, das die Konfigurierung eines Motorantriebssystems zeigt, das eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert, und 1B zeigt ein Steuerblockdiagramm, das insbesondere eine detaillierte Konfigurierung eines PWM-Controllers 600, der in 1A gezeigt ist, darstellt.
Konfiguriert, wie in diesen Figuren dargestellt, wandelt das Motorantriebssystem DC-Leistung, zugeführt von einer DC-Leistungsquelle 100, in AC-Leistung um, mittels eines Multiplex-Leistungswandlers 200, und die AC-Leistung einem Motor zuführt. Der Multiplex-Leistungswandler 200 enthält einen ersten Drei-Phasen-Wechselrichter 201 und einen zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 202. Diese Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202, die parallel geschaltet sind auf einer DC-Seite, stellen zusammen eine Hauptschaltungseinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung dar. Zum Steuern des Multiplex-Leistungswandlers 200 enthält die Leistungsumwandlungsvorrichtung ein Stromdetektiergerät 400, das als Stromdetektor dient, eine Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500, die als ein Stromprozessor dient, und eine Steuereinheit, die den zuvor erwähnten PWM-Controller 600 enthält.
Die DC-Leistungsquelle 100 ist beispielsweise mit einer Batterie konfiguriert, und der Motor 300 ist ein Sechs-Phasen-Motor mit zwei Paaren von dreiphasigen Wicklungen 301, 302, dessen neutrale Punkte unabhängig voneinander angeordnet sind. In dem Multiplex-Leistungswandler 200 werden Ausgaben des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 und des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 entsprechend gesteuert durch Gate-Signale (Gu1, Gv1, Gw1) und (Gu2, Gv2, Gw2), zugeführt von der Steuereinheit für individuelle Phasen. Der erste Drei-Phasen-Wechselrichter 201 treibt die dreiphasigen Wicklungen 301 des Motors 300 an, während der zweite Drei-Phasen-Wechselrichter 202 die dreiphasigen Wicklungen 302 des Motors 300 antreibt. Der erste und zweite Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202 sind parallel geschaltet auf der DC-Seite, so dass Phasenströme eine Gesamtzahl von sechs Phasen gewöhnlich durch DC-Quellen-Leitung 110 fließen, die verbunden ist mit der DC-Leistungsquelle 100. Das Stromdetektiergerät 400 detektiert einen Strom Idc, der durch diese DC-Quellen-Leitung 110 fließt.
Wie in 2 gezeigt, ist die Konfigurierung des Multiplex-Leistungswandlers 200 derart, dass eine Busleitung einer DC-Hochspannungsseite des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 und eine Busleitung einer DC-Hochspannungsseite des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 miteinander verbunden sind, und ein Verbindungspunkt dieser Busleitungen ist verbunden mit einem positiven Anschluss der DC-Leistungsquelle 100. Ähnlich werden eine Busleitung einer DC-Niederspannungsseite des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 und eine Busleitung einer DC-Niederspannungsseite des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 miteinander verbunden, und ein Verbindungspunkt dieser Busleitungen ist verbunden mit einem negativen Anschluss der DC-Leistungsquelle 100 durch das Stromdetektiergerät 400.
Der erste und der zweite Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202 weisen jeweils Arme auf für die individuellen Phasen, bezeichnet mit U, V und W. Die Arme der U-, V- und W-Phasen sind konfiguriert durch Verbinden von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs)) 21u–21w, 23u–23w, die als Halbleiterschaltgeräte einer Hochspannungsseite dienen zum Schalten von Verbindungen zwischen dem positiven Anschluss der DC-Leistungsquelle 100 und AC-Ausgangsleitungen der individuellen Phasen und MOSFETs 22u–22w, 24u–24w, die als Halbleiterschaltgeräte einer Niederspannungsseite dienen zum Schalten von Verbindungen zwischen dem negativen Anschluss der DC-Leistungsquelle 100 und AC-Ausgangsleitungen der individuellen Phasen. Indessen weist jeder der MOSFETs 21u–21w, 22u–22w, 23u–23w, 24u–24w eine parasitäre Diode auf, die verbunden ist zwischen einer Quelle bzw. Source und einem Drain.
Die vorher erwähnten MOSFETs 21u–21w, 22u–22w, 23u–23w, 24u–24w werden bereitgestellt mit entsprechenden Antriebsschaltungen 211u–211w, 222u–222w, 233u–233w, 244u–244w, wie dargestellt.
Die AC-Ausgangsleitungen der individuellen Phasen des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 sind verbunden mit entsprechenden Wicklungen a1, b1, c1 der Dei-Phasen-Wicklungen 301, wobei die AC-Ausgabeleitungen der individuellen Phasen des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 verbunden sind mit entsprechenden Wicklungen a2, b2, c2 der dreiphasigen Wicklungen bzw. Drei-Phasen-Wicklungen 302.
Die Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2) für die individuellen Phasen (6 Phasen zusammen), verwendet zum Steuern der Ausgaben des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 werden erzeugt durch den PWM-Controller 600. Es werden eine Stromdetektionsperiode TA und eine nachfolgende Stromsteuerperiode TB in jedem Steuerzyklus des PWM-Controllers 600 bereitgestellt, was zwei nachfolgende Trägerperioden Tc beispielsweise enthält. Der PWM-Controller 600 gibt die zuvor erwähnten Gate-Signale G für die individuellen Phasen aus durch Ausführen unterschiedlicher Steuerbetriebe während der Stromdetektionsperiode TA und der Stromsteuerperiode TB.
Die Gate-Signale G für die individuellen Phasen, die zu verwenden sind während jeder Stromdetektionsperiode TA, werden eingegeben in die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500. Die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500 berechnet individuelle Phasenströme i (iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2) unter Verwendung von Information hinsichtlich des detektierten Stroms Idc, der empfangen wird von dem Stromdetektiergerät 400, und der Gate-Signale G für die individuellen Phasen.
Die individuellen Phasenströme (iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2), die berechnet werden durch die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit, und individuelle Phasenstrom-Befehlswerte i* (iu1*, iv1*, iw1*, iu2*, iv2*, iw2*) werden eingegeben in den PWM-Controller 600, Die Phasenstrom-Befehlswerte i* dienen zum Steuern von Frequenzbefehlen oder Drehmomentbefehlen, die an den Motor 300 gegeben werden, um gewünschte Werte anzunehmen, oder zum Steuern des Motors 300, dass dieser in einem gewünschten Zustand betrieben wird. Es ist auch möglich, eine Referenzsinuswelle zu verwenden zum Erhalten der Phasenstrom-Befehlswerte i*.
Der PWM-Controller 600 enthält einen Zielspannungsgenerator 601 zum Erzeugen von Phasenspannungs-Zielwerten Vref, die Zielwerte von Ausgangsspannungen der individuellen Phasen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 sind, so dass die Phasenströme i den entsprechenden Phasenstrom-Befehlswerten i* folgen. Der PWM-Controller 600 enthält auch einen ersten Gate-Signalgenerator 603 zum Erzeugen der Gate-Signale G, die erste Gate-Signale 604 werden auf Grundlage der Referenz-Gate-Signale 602 mit Bezug auf die Phasenspannungs-Zielwerte Vref, erzeugt in einem vorhergehenden Steuerzyklus während jeder Stromdetektionsperiode TA.
Der PWM-Controller 600 enthält auch einen Kondensator 605, der Phasenspannungsbefehle V* erzeugt durch Korrigieren der Phasenspannungs-Zielwerte Vref während jeder Stromsteuerperiode TB. Hier erzeugt, wenn erste Spannungsbefehle 608, entsprechend den Gate-Signalen G (erste Gate-Signale 604), erzeugt während jede Stromdetektionsperiode TA eingegeben wird, der Kompensator 605 die Phasenspannungsbefehle V*, so dass Spannungsfehler gelöscht werden, die aufgetreten sind während der relevanten Stromdetektionsperiode TA. Dann erzeugt ein zweiter Gate-Signalgenerator 606 des PWM-Controllers 600 die Gate-Signale G, die zweite Gate-Signale 607 werden auf Grundlage eines Vergleichs zwischen Phasenspannungsbefehlen V* und einer Trägerwelle Ca.
Die Gate-Signale G (erste Gate-Signale 604), erzeugt während der Stromdetektionsperiode TA oder die Gate-Signale G (zweite Gate-Signale 607), erzeugt während der Stromsteuerperiode TB, werden ausgewählt durch ein Schaltgerät 609 abhängig von Perioden. Der PWM-Controller 600 gibt die ausgewählten Gate-Signale G aus zum Steuern der Ausgaben des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202.
Als Nächstes beschrieben mit Bezug auf 3 bis 6 wird wie die individuellen Phasenströme i detektiert werden durch Berechnung und wie die Gate-Signale G erzeugt werden für die individuellen Phasen.
3 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären der Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2), die zu verwenden sind während der Stromdetektionsperiode TA und der Stromsteuerperiode TB. 3 stellt die ersten Spannungsbefehle 608 (Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2) dar, die erzeugt werden während der Stromdetektionsperiode TA und die Phasenspannungsbefehle V* (Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2); die erzeugt werden während der Stromsteuerperiode CB zusammen mit der Trägerwelle Ca.
Wie in 3 dargestellt, werden in jedem Steuerzyklus enthaltend zwei nacheinander folgende Trägerperioden Tc, die Stromdetektionsperiode TA bereitgestellt, die 0,5Tc lang ist, sowie die Stromsteuerperiode TB, die 1,5Tc lang ist. Die Gate-Signale G werden wiederholt erzeugt für die individuellen Phasen zum Steuern der Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202.
Individuelle Phasenspannungen (individuelle Phasenspannungsbefehle) Vu1, Vv1, Vw1 für den ersten Drei-Phasen-Wechselrichter 201 sind AC-Wellenformen, die normal versetzt sind um 120° von einer Phase zur anderen. Ähnlich sind die Phasenspannungen (individuelle Phasenspannungsbefehle) Vu2, Vv2, Vw2 für den zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 202 AC-Wellenformen, die normalerweise versetzt sind um 120° von einer Phase zur anderen. Beispielsweise ist, wenn das Gate-Signal Gu1 auf einem hohen (H) Pegel ist, der MOSFET 21u AN und der MOSFET 22u ist AUS. Im Gegenteil dazu ist, wenn das Gate-Signal Gu1 auf einem niedrigen (L) Pegel ist, der MOSFET 21u AUS und der MOSFET 22u AN. Obwohl es tatsächlich eine Totzeit gibt zum Verhindern eines Kurzschlusses des oberen Arm-MOSFEs 21u und des unteren Arm-MOSFETs 22u beispielsweise gibt, wird eine Beschreibung der Totzeit hierin aus Gründen der Vereinfachung weggelassen. Die obige Erklärung ist auch verwendbar auf die Gate-Signale Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2.
Der PWM-Controller 600 hält die Referenz-Gate-Signale 602, die voreingestellt sind. Die Stromdetektionsperiode TA wird aufgeteilt in eine Vielzahl von segmentierten Detektionsperioden, fünf Detektionsperioden bezeichnet mit t0 bis t4 in dieser Ausführungsform. Die Referenz-Gate-Signale 602 werden mit Zeitunterschieden eingestellt, die bereitgestellt werden für die individuellen Phasen, um zu erreichen, dass die Phasenströme detektiert werden können während der individuellen Detektionsperioden t0 bis t4. Unter Verwendung der Ausdrücke ”erste Phase”, ”zweite Phase” und ”dritte Phase” zum Bezeichnen der drei Phasen in einer absteigenden Rangfolge der Phasenspannungen, hält der PWM-Controller 600 auch die Referenz-Gate-Signale 602 für zwei Paare der drei Phasen oder einer Gesamtheit von sechs Phasen.
Während der Stromdetektionsperiode TA bestimmt der PWM-Controller 600, welches der Referenz-Gate-Signale 602 für die drei Phasen anzuwenden ist auf die U-, V- und W-Phasen auf Grundlage einer Größenbeziehung der Werte der Phasenspannungen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 und bestimmt dann die Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2), die zu verwenden sind als erste Gate-Signale 604. Während die Größenbeziehung zwischen den Werten der Phasenspannungen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 erkannt wird mit Bezug auf die Phasenspannungs-Zielwerte Vref, verwendet in dem vorhergehenden Steuerzyklus, kann die Ausführungsform modifiziert werden zum Verwenden eines unterschiedlichen Verfahrens im Erkennen dieser Beziehung.
In dieser Ausführungsform haben die Phasenspannungs-Zielwerte Vref (Vu1r, Vv1r, Vw1r, Vu2r, Vv2r, Vw2r), die nicht dargestellt sind von dem ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202, eine Beziehung, die ausgedrückt wird durch Vu1r > Vv1r > Vw1r UND Vu2r > Vv2r > Vw2r, und deshalb werden die erste, zweite und dritte Phase der Referenz-Gate-Signale 602 entsprechend angewandt auf die U-, V- und W-Phasen. Während der PWM-Controller 600 die Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2) bestimmt, die zu verwenden sind als die ersten Gate-Signale 604, werden die Gate-Signale G, nicht im Bezug stehend zum Betrieb zum Steuern der Phasenströme, verwendet während der Stromdetektionsperiode TA.
Während die Ausführungsform soweit beschrieben wurde als eine Anordnung verwendend, in der der PWM-Controller 600 die Referenz-Gate-Signale 602 hält, wird das gleiche Ergebnis, wie erhalten durch Verwenden der Referenz-Gate-Signale 602, erhalten, selbst wenn der PWM-Controller 600 Referenz-Spannungsbefehle hält und verwendet, die den Referenz-Gate-Signalen 602 entsprechen. In diesem Fall erzeugt der PWM-Controller 600 die ersten Spannungsbefehle 608 (Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2) auf Grundlage der Beziehung zwischen den Werten der Phasenspannungen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 und bestimmt die Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2), die zu verwenden sind als die ersten Gate-Signale 604 auf Grundlage eines Vergleichs zwischen den ersten Spannungsbefehlen 608 und der Trägerwelle Ca.
Die ersten Gate-Signale 604, bestimmt wie oben beschrieben, oder die Gate-Signale G, die zu verwenden sind für die individuellen Phasen während jeder Stromdetektionsperiode TA, werden eingegeben in die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500, und die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500 berechnet die individuellen Phasenströme i (iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2) von dem detektierten Strom Idc, der empfangen wird von dem Stromdetektiergerät 400, und den Gate-Signalen G für die individuellen Phasen.
Hier im Folgenden werden Spannungsvektoren und die Phasenströme i beschrieben, die detektiert werden durch Berechnung während der individuellen Detektionsperioden t0–t4, die definiert werden durch Teilen der Stromdetektionsperiode TA in fünf segmentierte Perioden. Ein Spannungsvektor ist eine vektorielle Darstellung einer dreiphasigen Spannung, was den Wert von jeder Phase mit 0 oder 1 kennzeichnet. Der Spannungsvektor mit einem ”0”-Wert kennzeichnet einen Schaltzustand, in dem ein MOSFET einer Hochspannungsseite AUS ist und ein MOSFET einer Niederspannungsseite AN ist, wobei der Spannungsvektor mit einem ”1”-Wert einen Schaltzustand kennzeichnet, in dem ein MOSFET einer Hochspannungsseite AN ist, und ein MOSFET einer Niederspannungsseite AUS ist.
4 zeigt eine tabellenartige Darstellung einer Beziehung zwischen Spannungsvektoren des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 und Schaltzuständen der individuellen MOSFETs, und 5 zeigt eine tabellenartige Darstellung einer Beziehung zwischen Spannungsvektoren des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 und Schaltzuständen der individuellen MOSFETs.
Der Ausdruck ”detektierbarer Strom”, der entsprechend verwendet wird in 4 und 5 für den ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202, bezieht sich auf eine Situation, wo der Spannungsvektor des Drei-Phasen-Wechselrichters auf einer entgegengesetzten Seite ist (0, 0, 0) oder (1, 1, 1).
Während der Detektionsperiode t0 ist der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V10 (0, 0, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 ist V20 (0, 0, 0), so dass kein Strom durch das Stromdetektiergerät 400 fließt.
Während der Detektionsperiode t1 ist der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V14 (1, 0, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 ist V20 (0, 0, 0), so dass Strom iu1 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt und deshalb der Phasenstrom iu1, der in der U-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t2 ist der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V16 (1, 1, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 ist V20 (0, 0, 0), so dass Strom –iw1 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und deshalb der Phasenstrom iw1, der in der W-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden kann. Da der Gesamtwert der Drei-Phasen-Ströme gleich 0 ist, wird ein Phasenstrom iv1, der in der V-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 an diesem Zeitpunkt fließt, gegeben durch: iv1 = –iu1 – iw1
Während der Detektionsperiode t3 ist der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V17 (1, 1, 1) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 ist V24 (1, 0, 0), so dass Strom iu2 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und deshalb der Phasenstrom iu2, der in der U-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters (202) fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t4 ist der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V17 (1, 1, 1) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 ist V26 (1, 1, 0), so dass Strom –iw2 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und deshalb der Phasenstrom iw2, der in der W-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, detektiert werden kann. Der Phasenstrom iv2, der in der V-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, kann berechnet werden von Stromwerten der anderen zwei Phasen an diesem Zeitpunkt.
Während der Stromsteuerperiode TB erzeugt der Zielspannungsgenerator 601 die individuellen Phasenspannungs-Zielwerte Vref für den ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202, und der Kompensator 605 erzeugt die Phasenspannungsbefehle V* durch Korrigieren der Phasenspannungs-Zielwerte Vref um zu erreichen, dass die Phasenströme i, detektiert in der genau vorhergehenden Stromdetektionsperiode TA den entsprechenden Phasenstrom-Befehlswerten i* folgen würden.
6 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen darstellt zum Erklären, wie die Phasenspannungsbefehle V* (Vu1, Vv1, Vw1) und die Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1) für den ersten Drei-Phasen-Wechselrichter 201 erzeugt werden während der Stromsteuerperiode TB. Da die Phasenspannungsbefehle V* (Vu2, Vv2, Vw2) und die Gate-Signale G (Gu2, Gv2, Gw2) für den zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 202 erzeugt werden auf eine ähnliche Art und Weise, werden eine Darstellung und Beschreibung dieser Phasenspannungsbefehle V* und Gate-Signale G hier nicht bereitgestellt.
Wie aus 6 gesehen werden kann, existieren, weil die Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1), die die ersten Gate-Signale 604 werden, erzeugt werden auf der Grundlage der Referenz-Gate-Signale 602 während der Stromdetektionsperiode TA, Spannungsfehler in den Ausgangsspannungen, die gesteuert werden durch die ersten Spannungsbefehle 608 (Vu1, Vv1, Vw1), wie verglichen zu den entsprechenden Phasenspannungs-Zielwerten Vref (Vu1r, Vv1r, Vw1r). Bezeichnet mit Gu1r, Gv1r und Gw1r werden Gate-Signale, die den entsprechenden Phasenspannungs-Zielwerten Vref entsprechen, und diese Gate-Signale (Gu1r, Gv1r, Gw1r) weisen Unterschiede ((Gu1–Gu1r, Gv1–Gw1r, Gw1–Gw1r) auf mit Bezug auf die tatsächlichen Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1).
Während der Stromsteuerperiode TB erzeugt der PWM-Controller 600 die Phasenspannungsbefehle V* (Vu1, Vv1, Vw1) durch Korrigieren der Phasenspannungs-Zielwerte Vref, so dass die zuvor erwähnten Spannungsfehler gelöscht werden. Dann erzeugt der PWM-Controller 600 die Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1), die die zweiten Gate-Signale 607 werden auf Grundlage eines Vergleichs zwischen den Phasenspannungsbefehlen V* und der Trägerwelle Ca.
Nun wird im Folgenden beschrieben, wie der Phasenspannungs-Zielwert Vref für die U-Phase korrigiert wird zum Erzeugen des Phasenspannungsbefehls V*.
Ausdrücken des Phasenspannungs-Zielwerts für die U-Phase durch Vu1r = α und des Spitze-zu-Spitze-Werts der Trägerwelle Ca durch Vc, wird die Breite eines Pulses Tu (d. h. eine AN-Dauer des Gate-Signals Gu1r innerhalb der Stromdetektionsperiode TA), die ausgegeben werden sollte für die U-Phase während der Stromdetektionsperiode TA (0,5 Tc) gegen wie folgt: Tu = 0,5Tc × (α + Vc/2)/Vc
Die Breite eines Pulses, die tatsächlich währen der Stromdetektionsperiode TA ausgegeben wird (d. h. 0,4Tc: eine AN-Dauer des Gate-Signals Gu1 innerhalb der Stromdetektionsperiode TA), weist einen Unterschied auf ΔTu gegeben wir folgt mit Bezug auf die Breite des Pulses Tu: ΔTu = 0,4Tc – Tu = 0,4Tc – 0,5Tc × (α + Vc/2)/Vc
Der Korrekturbetrag Δu, der zu erzeugen ist während der Stromsteuerperiode TB (1,5Tc) zum Beheben des Spannungsfehlers, hervorgerufen durch den Unterschied ΔTu, wird berechnet wie folgt: Δu = (Vc × ΔTu)/1,5Tc = (0,5Tc × (α + Vc/2) – 0,4Tc × Vc)/1,5Tc = α/3 – 0,1Vc
Der Phasenspannungsbefehl V* (Vu1) wird erzeugt durch Hinzufügen von Δu an den Phasenspannungs-Zielwert Vu1r (= α) während der Stromsteuerperiode TB.
Die Korrekturbeträge Δv, Δw für die V- und W-Phasen können auch berechnet werden in der zuvor erwähnten Art und Weise, und die Phasenspannungsbefehle V* (Vv1, Vw1) werden auf ähnliche Art und Weise erzeugt.
Die Phasenspannungsbefehle V* werden erzeugt während der Stromssteuerperiode TB, so dass die Spannungsfehler sich auslöschen in den Ausgangsspannungen, die ausgegeben werden sollten während der Stromdetektionsperiode TA, wie oben beschrieben.
Indessen ist die zuvor erwähnte Korrektur vorgesehen, sicherzustellen, dass ein Durchschnittswert von Ausgangsspannungen von jeder Phase gleich ist dem Wert einer Spannung, der ausgegeben werden sollte, oder dem Phasenspannungs-Zielwert Vref, während jedes Steuerzyklus, obwohl die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Verfahren der Korrektur begrenzt ist, aber ein anderes Korrekturverfahren verwenden kann.
Wie soweit beschrieben, verwendet die erste Ausführungsform eine Anordnung, in der jeder Steuerzyklus des PWM-Controllers 600 die Stromdetektionsperiode TA und die Stromsteuerperiode TB enthält, der Strom, der durch die DC-Quellen-Leitung 110 detektiert wird während der Stromdetektionsperiode TA, wird detektiert und Stromwerte der individuellen Phasen werden berechnet unter Verwendung der Gate-Signale G. Diese Anordnung macht es möglich, die Stromwerte der individuellen Phasen zu bestimmen durch Verwenden des einzelnen Stromdetektiergeräts 400. Da der PWM-Controller 600 einen PWM-Steuerbetrieb ausführt während eines Berechnens der Phasenspannungsbefehle V* während der Stromsteuerperiode TB, so dass die Spannungsfehler gelöscht werden, die auftreten in den Ausgangsspannungen während der Stromdetektionsperiode TA, ist es möglich, Verzerrungen der Spannungs- und Strom-Ausgabewellenformen zu unterdrücken.
Wie aus dem obigen ersichtlich, macht es die vorliegende Ausführungsform möglich, die individuellen Phasenströme verlässlich zu detektieren, Störungen bzw. Verzerrungen der Spannungs- und Strom-Ausgabewellenformen zu unterdrücken, und eine gewünschte Ausgabe mit einer kompakten, einfachen und günstigen Vorrichtungsstruktur zu erhalten.
Ferner ist es möglich in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, die eine Multiplex-Konfigurierung mit einer erhöhten Anzahl von Arten von Phasenströmen verwendet, eine herkömmliche große Anzahl von Geräten zu kombinieren, die benötigt werden für eine Stromdetektion in einem einzelnen Gerät, wodurch eine großartige Verringerung in Größe und Einfachheit der Vorrichtungsstruktur erlaubt wird.
Zusätzlich werden die Gate-Signale G, erzeugt während jeder Stromdetektionsperiode TA, auf solch eine Art und Weise eingestellt, dass Pulsbreiten der Gate-Signale zunehmend größer werden in der Reihenfolge von Phasen, die erhöhende höhere Spannungen erzeugen. Dies macht es möglich, die Korrekturbeträge während der Stromsteuerperiode TB zu verringern, und eine stabilere Ausgabe zu erhalten.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
7 zeigt ein Diagramm, das die Konfigurierung eines Motorantriebssystems zeigt, das eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert.
Konfiguriert wie in 7 gezeigt, wandelt das Motorantriebssystem DC-Leistung, zugeführt von einer DC-Leistungsquelle 100, in eine AC-Leistung mittels eines Multiplex-Leistungswandlers 200A um und führt die AC-Leistung einem Motor 300A zu. Während die vorhergehende erste Ausführungsform den Multiplex-Leistungswandler 200 mit einer doppelten Multiplex-Konfigurierung verwendet, weist der Multiplex-Leistungswandler 200A der zweiten Ausführungsform, darstellend eine Hauptschaltungseinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung, eine Vierfach-Multiplex-Konfigurierung auf, in der erste bis vierte Drei-Phasen-Wechselrichter 201–204 parallel geschaltet sind auf einer DC-Seite. Der Motor 300A ist auch ein Zwölf-Phasen-Motor mit 4 Paaren von dreiphasigen Wicklungen 301–304.
Zum Steuern des Multiplex-Leistungswandlers 200A enthält die Leistungsumwandlungsvorrichtung ein Stromdetektiergerät 400, eine Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A, die als ein Stromprozessor dient, und eine Steuereinheit, die einen PWM-Controller 600A enthält. Jeder von dem ersten bis vierten Drei-Phasen-Wechselrichter 201–204 ist auf eine Art und Weise ähnlich zu der vorhergehenden ersten Ausführungsform konfiguriert, die in 2 gezeigt ist, und der PWM-Controller 600A ist ähnlich konfiguriert zu dem, was in 1B gezeigt ist.
In dem Multiplex-Leistungswandler 200A werden Ausgaben der ersten bis vierten Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202, 203, 204 entsprechend gesteuert durch Gate-Signale G (Gu1, Gv1, Gw1), (Gu2, Gv2, Gw2), (Gu3, Gv3, Gw3) und (Gu4, Gv4, Gw4), die zugeführt werden von dem PWM-Controller 600A der Steuereinheit für die individuellen Phasen. Die ersten bis vierten Drei-Phasen-Wechselrichter 201–204 treiben die dreiphasigen Wicklungen 301–304 des Motors 300A entsprechend an. Die ersten bis vierten Drei-Phasen-Wechselrichter 201–204 sind parallel geschaltet auf der DC-Seite, so dass Phasenströme i einer Gesamtheit von 12 Phasen gewöhnlich durch eine DC-Quellen-Leitung 110 fließen, die verbunden ist mit der DC-Leistungsquelle 100. Das Stromdetektiergerät 400 detektiert einen Strom Idc, der durch diese DC-Quellen-Leitung 110 fließt.
Wie im Fall der vorhergehenden ersten Ausführungsform werden eine Stromdetektionsperiode TA (0,5Tc) und eine nachfolgende Stromsteuerperiode TP (1,5Tc) in jedem Steuerzyklus des PWM-Controllers 600A bereitgestellt, was zwei nacheinander folgende Trägerperioden Tc enthält.
Die Gate-Signale G, die zu verwenden sind für die individuellen Phasen während jeder Stromdetektionsperiode TA, werden eingegeben in die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A. Die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A berechnet individuelle Phasenströme i (iu1–iw1, iu2–iw2, iu3–iw3, iu4–iw4) unter Verwendung von Information hinsichtlich des detektierten Stroms Igc, empfangen von dem Stromdetektiergerät 400 und den Gate-Signalen G für die individuellen Phasen.
Die individuellen Phasenströme i, die berechnet werden durch die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A, und individuelle Phasenstrom-Befehlswerte i* (iu1*–iw1*, iu2*–iw2*, iu3*–iw3*, iu4*–iw4*) werden eingegeben in den PWM-Contoller 600A. Die Phasenstrom-Befehlswerte i* sind vorgesehen zum Steuern von Frequenzbefehlen oder Drehmomentbefehlen, die ausgegeben werden an den Motor 300A, um gewünschte Werte aufzuweisen, oder zum Steuern des Motors 300A, um in einem gewünschten Zustand betrieben zu werden. Es ist möglich, eine Referenzsinuswelle zu verwenden zum Erhalten der Phasenstrom-Befehlswerte i*.
8 stellt die Gate-Signale G (Gu1–Gw1, Gu2–Gw2, Gu3–Gw3, Gu4–Gw4) und erste Spannungsbefehle 608 (Vu1–Vw1, Vu2–Vw2, Vu3–Vw3, Vu4–Vw4) dar, die zu verwenden sind während der Stromdetektionsperiode TA zusammen mit der Trägerwelle Ca.
Der PWM-Controller 600A hält Referenz-Gate-Signale 602, die voreingestellt sind. Die Stromdetektionsperiode TA wird aufgeteilt in eine Vielzahl von segmentierten Detektionsperioden, neun Detektionsperioden, bezeichnet t0–t8 in dieser Ausführungsform. Die Referenz-Gate-Signale 602 werden eingestellt mit Zeitunterschieden, die bereitgestellt werden für die individuellen Phasen, um zu erreichen, dass die Phasenströme detektiert werden können während der individuellen Detektionsperioden t0–t8. Wie in der vorhergehenden ersten Ausführungsform bestimmt der PWM-Controller 600A, welche Phasen der Referenz-Gate-Signale 602 anzuwenden sind auf die U-, V- und W-Phasen auf Grundlage einer Beziehung (Größe) der Werte der Phasenspannungen der ersten bis vierten Drei-Phasen-Wechselrichter 201–204 und erzeugt dann die Gate-Signale G, die zu verwenden sind als erste Gate-Signale 604 und die ersten Spannungsbefehle 608.
In diesem Fall werden Ausgangsspannungen (Phasenspannungs-Zielwerte Vref) der individuellen Phasen des ersten bis vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 201–204 angewandt auf die U-, V- und W-Phasen in einer abnehmenden Reihenfolge, und deshalb werden die ersten Spannungsbefehle 608, die erzeugt werden während der Stromdetektionsperiode TA, eingestellt, um eine Beziehung zu erfüllen, die ausgedrückt wird durch Vu1 > Vv1 > Vw1 (= Vu2) > Vv2 > Vw2 (= Vu3) > Vv3 > Vw3 (= Vu4) > Vv4 > Vw4 .
Die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A detektiert zuerst die Phasenströme iu1–iw1 des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201. Dann detektiert die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A die Phasenströme iu2–iw2 des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202, die Phasenströme iu3–iw3 des dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 203 und die Phasenströme iu4–iw4 des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 in dieser Reihenfolge. Während die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A die Phasenströme sequentiell detektiert, beginnend von dem Phasenstrom iu1–iw1 des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 in dieser Ausführungsform, ist die Erfindung nicht begrenzt auf diese Anordnung. Diese Anordnung kann auch auf solch eine Art und Weise modifiziert werden, dass die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A den U-Phasen-Strom iu1 des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 zuerst detektiert, und dann den U-Phasen-Strom iu2 des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202, und den U-Phasen-Strom iu3 des dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 203 in dieser Reihenfolge. Was notwendig ist, ist, dass wenn die Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500A die Phasenströme von einem der Drei-Phasen-Wechselrichter detektiert, Spannungsvektoren der anderen Drei-Phasen-Wechselrichter (0, 0, 0) oder (1, 1, 1) sind.
Hier im Folgenden werden Spannungsvektoren und die Phasenströme i beschrieben, die detektiert werden durch Berechnung während der individuellen Detektionsperioden t0–t8, die definiert werden durch Einteilen der Stromdetektionsperiode TA in neun segmentierte Perioden.
Ein Betrieb, der während der Detektionsperioden t0–t4 ausgeführt wird, ist der gleiche, wie in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 3 diskutiert.
Während der Detektionsperiode t5 sind die Spannungsvektoren des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 beide (1, 1, 1), der Spannungsvektor des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 ist (0, 0, 0) und der Spannungsvektor des dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 203 ist (1, 0, 0), so dass ein Strom iu3 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iu3, der in der U-Phase des dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 203 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t6 sind beide der Spannungsvektoren des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 (1, 1, 1), der Spannungsvektor des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 ist (0, 0, 0) und der Spannungsvektor des dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 203 ist (1, 1, 0), so dass ein Strom –iw3 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iw3, der in der W-Phase des dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 203 fließt, detektiert werden kann. Da der Gesamtwert der Drei-Phasen-Ströme gleich 0 ist, wird ein Phasenstrom iv3, der in der V-Phase des dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 203 an diesem Zeitpunkt fließt, gegeben durch iv3 = –iu3 – iw3
Während der Detektionsperiode t7 sind die Spannungsvektoren des ersten bis dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 201–203 alle (1, 1, 1) und der Spannungsvektor des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 ist (1, 0, 0), so dass ein Strom iu4 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und deshalb der Phasenstrom iu4, der in der U-Phase des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t8 werden die Spannungsvektoren des ersten bis dritten Drei-Phasen-Wechselrichters 201–203 alle (1, 1, 1) und der Spannungsvektor des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 ist (1, 1, 0), so dass ein Strom –iw4 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iw4, der in der W-Phase des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 fließt, detektiert werden kann, Da der Gesamtwert der Drei-Phasen-Ströme bzw. dreiphasigen Ströme gleich 0 ist, wird ein Phasenstrom iv4, der in der V-Phase des vierten Drei-Phasen-Wechselrichters 204 fließt, zu diesem Zeitpunkt gegeben durch: iv4 = –iu4 – iw4
Der PWM-Controller 600A erfasst die individuellen Phasenströme i, detektiert wie oben beschrieben, und der Zielspannungsgenerator 601 erzeugt die Phasenspannungs-Zielwerte Vref, welches Zielwerte der Ausgangsspannungen der individuellen Phasen der ersten bis vierten Drei-Phasen-Wechselrichter 201–204 sind, um zu erzielen, dass die Phasenströme i den entsprechenden Phasenstrombefehlswerten i* folgen würden.
Während der Stromsteuerperiode TB erzeugt dann der Kompensator 605 Phasenspannungsbefehle V* durch Korrigieren der Phasenspannungs-Zielwerte Vref in der gleichen Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform. Wenn die ersten Spannungsbefehle 608, die den Gate-Signalen G (erste Gate-Signale 604) entsprechen, die erzeugt werden während jeder Stromdetektionsperiode TA, hier eingegeben werden, erzeugt der Kompensator 605 die Phasenspannungsbefehle V*, so dass Spannungsfehler ausgelöscht werden, die aufgetreten sind während der relevanten Stromdetektionsperiode TA. Dann erzeugt der zweite Gate-Signal-Generator 606 die Gate-Signale G, die zweite Gate-Signale 607 werden auf Grundlage eines Vergleichs zwischen den Phasenspannungsbefehlen V* und der Trägerwelle Ca.
Wie die vorher beschriebene erste Ausführungsform macht die vorliegende Ausführungsform es möglich, die Stromwerte der individuellen Phasen zu bestimmen durch Verwenden des einzelnen Stromdetektiergeräts 400, die individuellen Phasenströme verlässlich zu detektieren, sowie Störungen der Spannungs- und Strom-Ausgabewellenformen zu unterdrücken und eine gewünschte Ausgabe verlässlich zu erhalten mit einer kompakten, einfachen und günstigen Vorrichtungsstruktur. Da die zweite Ausführungsform den Multiplex-Leistungswandler 200A mit einer vierfachen Multiplex-Konfigurierung verwendet, ist es möglich, eine herkömmliche große Anzahl von Geräten zu kombinieren, die benötigt werden für eine Stromdetektion, in einem einzelnen Gerät, wodurch eine noch größere Verringerung in der Größe und eine weitere Vereinfachung der Vorrichtungsstruktur bereitgestellt werden kann als in der ersten Ausführungsform.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während die Stromdetektionsperiode TA und die Stromsteuerperiode TB auf 0,5Tc bzw. 1,5Tc gesetzt werden in den vorhergehenden Ausführungsformen, ist die Erfindung nicht begrenzt darauf. Was wesentlich ist, ist dass der Steuerzyklus auf eine Zeitperiode gesetzt wird, die ein ganzzahliges Vielfaches ist, d. h. ein bis einige Male, von der Trägerperiode Tc, dass die Stromdetektionsperiode TA, die synchronisiert wird mit der Trägerperiode Tc, gesetzt wird auf ein ganzzahliges Vielfaches von 0,5Tc, und dass die Stromsteuerperiode TB gesetzt wird auf eine Zeitperiode, die gleich ist zu oder länger als die Stromdetektionsperiode TA.
Eine dritte Ausführungsform, die unten beschrieben wird, verwendet eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die gleiche Konfigurierung aufweist wie die vorhergehende erste Ausführungsform, die in 1A und 1B gezeigt ist, aber einen Steuerbetrieb ausführt unter Verwendung von Referenz-Gate-Signalen 602, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
9 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt, zum Erklären von Gate-Signalen G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2), die zu verwenden sind während der Stromdetektionsperiode TA und der Stromsteuerperiode TB. 9 stellt die ersten Spannungsbefehle 608 (Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2) dar, die erzeugt werden während der Stromdetektionsperiode TA, sowie die Phasenspannungsbefehle V* (Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2), die erzeugt werden während der Stromsteuerperiode TB zusammen mit der Trägerwelle Ca.
Wie in 9 gezeigt, wird in jedem Steuerzyklus enthaltend zwei nacheinander folgende Trägerperioden Tc, die Stromdetektionsperiode TA und die Stromsteuerperiode TB bereitgestellt, welches beide die gleiche Zeitperioden sind, wie Tc. Die Gate-Signale G werden wiederholt erzeugt für die individuellen Phasen zum Steuern des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202.
Die Stromdetektionsperiode TA wird aufgeteilt in eine Vielzahl von segmentierten Detektionsperioden, acht Detektionsperioden, bezeichnet mit t0 bis t7 in dieser Ausführungsform. Die Referenz-Gate-Signale 602 werden gesetzt mit Zeitunterschieden, die bereitgestellt werden für die individuellen Phasen, um zu erreichen, dass Phasenströme detektiert werden können während den individuellen Detektionsperioden t0–t7. Die Phasenspannungsbefehle werden auch variiert zwischen einer ersten Hälfte (0,5Tc) der Stromdetektionsperiode TA und einer späteren Hälfte (0,5Tc) derselben.
In diesem Fall werden Ausgangsspannungen (Phasenspannungs-Zielwerte Vref) der individuellen Phasen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 angewandt auf die U-, V- und W-Phasen in absteigender Reihenfolge. Der PWM-Controller 600 bestimmt, welche Phasen der Referenz-Gate-Signale 602 anzuwenden sind auf die U-, V- und W-Phasen auf Grundlage einer Beziehung (Größe) der Werte der Phasenspannungen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 und erzeugt dann die Gate-Signale G, die zu verwenden sind als die ersten Gate-Signale 604 und die ersten Spannungsbefehle 608.
In dieser Ausführungsform werden die ersten Spannungsbefehle 608 gesetzt, um eine Beziehung zu erfüllen, die ausgedrückt wird durch Vu2 > Vu1 > Vv1 > Vw1 > Vv2 (= Vw2) in der ersten Hälfte (0,5Tc) der Stromdetektionsperiode TA, und um eine Beziehung zu erfüllen, die ausgedrückt wird durch Vu1 > Vu2 > Vv2 > Vw2 > Vv1 (= Vw1) in der späteren Hälfte (0,5Tc).
Im Folgenden werden Spannungsvektoren und die Phasenströme i beschrieben, die detektiert werden durch Berechnung während der individuellen Detektionsperioden t0–t7, die definiert werden durch Aufteilen der Stromdetektionsperiode TA in acht segmentierte Perioden.
Während der Detektionsperiode t0 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V10 (0, 0, 0), und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V24 (1, 0, 0), so dass ein Strom iu2 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und deshalb der Phasenstrom iu2, der in der U-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 folgt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t1 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V14 (1, 0, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V24 (1, 0, 0), so dass ein Strom (iu1 + iu2) durch das Stromdetektiergerät 400 fließt. Da der Phasenstrom iu2 schon detektiert ist, kann ein Phasenstrom iu1, der in der U-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden.
Während der Detektionsperiode t2 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V16 (1, 1, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V24 (1, 0, 0), so dass ein Strom (–iw1 + iu2) durch das Stromdetektiergerät 400 fließt. Da der Phasenstrom iu2 schon detektiert ist, kann ein Phasenstrom iw1, der in der W-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden.
Während der Detektionsperiode t5 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V14 (1, 0, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V26 (1, 1, 0), so dass ein Strom (iu1 – iw2) durch das Stromdetektiergerät 400 fließt. Da der Phasenstrom iu1 schon detektiert ist, kann ein Phasenstrom iw2, der in der W-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, detektiert werden.
Da die Phasenströme, die in den U- und W-Phasen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 fließen, schon zu diesem Zeitpunkt detektiert sind, können Phasenströme iv1 und iv2, die in der V-Phase fließen, detektiert werden durch Berechnung.
Ähnlich der vorher beschriebenen ersten Ausführungsform ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, die Stromwerte der individuellen Phasen zu bestimmen durch Verwenden des einzelnen Stromdetektiergeräts 400, die individuellen Phasenströme verlässlich zu detektieren, Verzerrungen bzw. Störungen der Spannungs- und Strom-Ausgabewellenformen zu unterdrücken, und eine gewünschte Ausgabe verlässlich zu erhalten mit einer kompakten, einfachen und günstigen Vorrichtungsstruktur.
Zusätzlich ermöglicht die vorliegende Ausführungsform es, eine lange Pulsbreite bzw. Pulsweite einzustellen für eine Phase, was eine hohe Spannung produziert, die U-Phase in diesem Fall, in der Stromdetektionsperiode TA für sowohl den ersten als auch zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202. Es ist deshalb möglich, gewünschte Spannungen verlässlich auszugeben während eines Unterdrückens einer Spannungsverringerung, selbst wenn sowohl der erste als auch der zweite Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202 einen hohen Modulationsfaktor in der U-Phase aufweisen.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine vierte Ausführungsform, die unten beschrieben wird, verwendet eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die gleichen Konfigurierungen aufweist wie die vorhergehende erste Ausführungsform, die in 1A und 1B gezeigt ist, aber einen Steuerbetrieb ausführt unter Verwendung von Referenz-Gate-Signalen 602, die sich des Weiteren unterscheiden von denen der ersten Ausführungsform.
10 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zeigt zum Erklären von Gate-Signalen G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2), die zu verwenden sind während der Stromdetektionsperiode TA und der Stromsteuerperiode TB. 10 stellt die ersten Spannungsbefehle 608 (Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2) dar, die erzeugt werden während der Stromdetektionsperiode TA, sowie die Phasenspannungsbefehle V* (Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2), die erzeugt werden während der Stromsteuerperiode TB, zusammen mit der Trägerwelle Ca.
Wie in 10 gezeigt, werden die Stromdetektionsperiode TA (0,5Tc) und die Stromsteuerperiode TB (1,5Tc) in jedem Steuerzyklus bereitgestellt, was zwei nacheinanderfolgende Trägerperioden Tc beinhaltet. Die Gate-Signale G werden wiederholt erzeugt für die individuellen Phasen zum Steuern des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202.
Die Stromdetektionsperiode TA wird aufgeteilt in eine Vielzahl von segmentierten Detektionsperioden, vier Detektionsperioden, bezeichnet mit t0 bis t3 in dieser Ausführungsform. Die Referenz-Gate-Signale 602 werden eingestellt mit Zeitunterschieden, vorgesehen für die individuellen Phasen, um zu erzielen, dass Phasenströme detektiert werden können während der individuellen Detektionsperioden t0–t3.
Ausgangsspannungen (Phasenspannungs-Zielwerte Vref) der individuellen Phasen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 werden angewandt auf die U-, V- und W-Phasen in absteigender Reihenfolge. Der PWM-Controller 600 bestimmt, welche Phasen der Referenz-Gate-Signale 602 angewandt werden auf die U-, V- und W-Phasen auf Grundlage einer Größenbeziehung der Werte der Phasenspannungen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 und erzeugt dann die Gate-Signale G, die zu verwenden sind als erste Gate-Signale 604 und erste Spannungsbefehle 608.
In dieser Ausführungsform werden die ersten Spannungsbefehle 608 derart eingestellt, dass sie eine Beziehung erfüllen, die ausgedrückt wird durch Vu1 > Vu2 > Vv1 > Vv2 > Vw1 (= Vw2).
Im Folgenden beschrieben werden Spannungsvektoren und die Phasenströme i, die detektiert werden durch Berechnung während der individuellen Detektionsperioden t0–t3, die definiert werden durch Aufteilen der Stromdetektionsperiode TA in vier segmentierte Perioden.
Während der Detektionsperiode t0 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V14 (1, 0, 0), und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V20 (0, 0, 0), so dass ein Strom iu1 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und deshalb der Phasenstrom iu1, der in der U-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t1 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V14 (1, 0, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V24 (1, 0, 0), so dass ein Strom (iu1 + iu2) durch das Stromdetektiergerät 400 fließt. Da der Phasenstrom iu1 schon detektiert ist, kann ein Phasenstrom iu2, der in der U-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, detektiert werden.
Während der Detektionsperiode t2 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V16 (1, 1, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V24 (1, 0, 0), so dass ein Strom (–iw1 + iu2) durch das Stromdetektiergerät 400 fließt. Da der Phasenstrom iu2 schon detektiert ist, kann ein Phasenstrom iw1, der in der W-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden.
Während der Detektionsperiode t3 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V16 (1, 1, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V26 (1, 1, 0), so dass ein Strom (–iw1 – iw2) durch das Stromdetektiergerät 400 fließt. Da der Phasenstrom iw1 schon detektiert ist, kann ein Phasenstrom iw2, der in der W-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, detektiert werden.
Da die Phasenströme, die in den U- und W-Phasen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 fließen, schon zu diesem Zeitpunkt detektiert sind, können Phasenströme iv1 und iv2, die in der V-Phase fließen, detektiert werden durch Berechnung.
Ähnlich zur vorher beschriebenen ersten Ausführungsform ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, die Stromwerte der individuellen Phasen zu bestimmen durch Verwenden des einzelnen Stromdetektiergeräts 400, die individuellen Phasenströme verlässlich zu detektieren, Störungen bzw. Verzerrungen der Spannungs- und Strom-Ausgabewellenformen zu unterdrücken, und eine gewünschte Ausgabe verlässlich zu erhalten mit einer kompakten, einfachen und günstigen Vorrichtungsstruktur.
Zusätzlich ermöglicht die vorliegende Ausführungsform es, wie die vorhergehende dritte Ausführungsform, eine lange Pulsbreite einzustellen für eine Phase, die eine hohe Spannung produziert, die U-Phase in diesem Fall, in der Stromdetektionsperiode TA für sowohl den ersten als auch zweiten Drei-Phasen-Wechselrichter 201, 202. Es ist deshalb möglich, gewünschte Spannungen auszugeben während eines Unterdrückens einer Spannungsverringerung auf eine verlässliche Art und Weise.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine fünfte Ausführungsform, die unten beschrieben wird, verwendet eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die gleiche Konfigurierung aufweist, wie die vorhergehende erste Ausführungsform, gezeigt in 1A und 1B, aber einen Steuerbetrieb ausführt unter Verwendung von Referenz-Gate-Signalen 602, die sich noch weiter unterscheiden, von diesen der ersten Ausführungsform.
11 zeigt ein Diagramm, das Wellenformen zum Erklären von Gate-Signalen G (Gu1, Gv1, Gw1, Gu2, Gv2, Gw2) zeigt, die zu verwenden sind während der Stromdetektionsperiode TA und der Stromsteuerperiode TB.
Wie in 11 gezeigt, werden die Stromdetektionsperiode TA (0,5Tc) und die Stromsteuerperiode TB (1,5Tc) in jedem Steuerzyklus bereitgestellt, der zwei hintereinander folgende Trägerperioden Tc enthält. Die Gate-Signale G werden wiederholt erzeugt für die individuellen Phasen zum Steuern des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202.
Die Stromdetektionsperiode TA wird aufgeteilt in eine Vielzahl von segmentierten Detektionsperioden, sechs Detektionsperioden, bezeichnet mit t0 bis t5 in dieser Ausführungsform. Die Referenz-Gate-Signale 602 werden eingestellt mit Zeitunterschieden, vorgesehen für die individuellen Phasen, um zu erreichen, dass Phasenströme i detektiert werden können während der individuellen Detektionsperioden t0–t5. Die Referenz-Gate-Signale 602 werden hier auf solch eine Art und Weise erzeugt, dass der Phasenstrom i für eine Phase detektiert werden kann, während jeder der Detektionsperioden t0–t5.
In dieser Ausführungsform gibt es keinen Unterschied in AN-Perioden der Referenz-Gate-Signale 602 zwischen den individuellen Phasen und deshalb ist es möglich, frei zu bestimmen, welche der Referenz-Gate-Signale 602 für die drei Phasen anzuwenden sind auf die U-, V- und W-Phasen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202 und die Gate-Signale G zu erzeugen, die zu verwenden sind als erste Gate-Signale 604, sowie erste Spannungsbefehle 608 demgemäß.
Unten beschrieben werden Spannungsvektoren und die Phasenströme i, die detektiert werden durch Berechnung während der individuellen Detektionsperioden t0–t5, die definiert sind durch Aufteilen der Stromdetektionsperiode TA in sechs segmentierte Perioden.
Während der Detektionsperiode t0 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V14 (1, 0, 0), und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V27 (1, 1, 1), so dass ein Strom iu1 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und deshalb der Phasenstrom iu1, der in der U-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t1 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V12 (0, 1, 0) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V27 (1, 1, 1), so dass ein Strom iv1 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iv1, der in der V-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t2 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V11 (0, 0, 1) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V27 (1, 1, 1), so dass ein Strom iw1 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iw1, der in der W-Phase des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t3 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V17 (1, 1, 1) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V24 (1, 0, 0), so dass ein Strom iu2 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iu2, der in der U-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t4 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V17 (1, 1, 1) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V22 (0, 1, 0), so dass ein Strom iv2 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iv2, der in der V-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, detektiert werden kann.
Während der Detektionsperiode t5 wird der Spannungsvektor des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 201 V17 (1, 1, 1) und der Spannungsvektor des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 wird V21 (0, 0, 1), so dass ein Strom iw2 durch das Stromdetektiergerät 400 fließt, und daher der Phasenstrom iw2, der in der W-Phase des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 202 fließt, detektiert werden kann.
Ähnlich zu der vorher beschriebenen ersten Ausführungsform ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, die Stromwerte der individuellen Phasen zu bestimmen durch Verwenden des einzelnen Stromdetektiergeräts 400, die individuellen Phasenströme verlässlich zu detektieren, Verzerrungen bzw. Störungen der Spannungs- und Strom-Ausgabewellenformen zu unterdrücken, und eine gewünschte Ausgabe verlässlich zu erhalten mit einer kompakten, einfachen und günstigen Vorrichtungsstruktur.
Da die Referenz-Gate-Signale 602 auf solch eine Art und Weise gesetzt werden, dass die individuellen Phasenströme i direkt detektiert werden können in den Detektionsperioden t0–t5, wird von der Ausgangsstrom-Berechnungseinheit 500 ferner verlangt, nur zu bestimmen, welcher Phasenstrom i der detektierte Strom Idc kennzeichnet. Diese Anordnung der Ausführungsform dient zum Vereinfachen einer Berechnungslogik. Zusätzlich ist es möglich, frei zu bestimmen, welche der Referenz-Gate-Signale 602 für die drei Phasen anzuwenden sind, auf die U-, V- und W-Phasen des ersten und zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 201, 202, und die Gate-Signale G (erste Gate-Signale 604) leicht zu bestimmen, die erzeugt werden während der Stromdetektionsperiode TA.
Indessen sind die Gate-Signale G, die verwendet werden während der Stromdetektionsperiode TA, nicht begrenzt auf solche, die verwendet werden in den vorhergehenden individuellen Ausführungsformen, aber können bestimmt werden auf eine unterschiedliche Art und Weise, solange die Gate-Signale G passend sind zum Detektieren der individuellen Phasenströme i in einer Vielzahl von Detektionsperioden, definiert durch Aufteilen der Stromdetektionsperiode TA.
Es kann auch eine Anordnung bereitgestellt werden zum Speichern von mehr als einer Art von Referenz-Gate-Signalen 602, die in der vorhergehenden ersten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform verwendet werden, und zum Auswählen eines optimalen der Referenz-Gate-Signale 602 für jeden Steuerzyklus.
Während die Leistungsumwandlungsvorrichtung, die in jeder der vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, eine Multiplex-Konfigurierung mit einer Vielzahl von Drei-Phasen-Wechselrichtern verwendet, kann ferner eine Hauptschaltungseinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung konfiguriert werden mit einem einzelnen Drei-Phasen-Wechselrichter. Die Hauptschaltungseinheit kann auch konfiguriert werden mit einer Vielzahl von parallel geschalteten Einzel-Phasen-Wechselrichtern. In jedem Fall kann eine Vielzahl von Phasenströmen i detektiert werden mit einem einzelnen Stromdetektiergerät 400, und die zuvor erwähnten alternativen Konfigurierungen machen es möglich, die individuellen Phasenströme verlässlich zu detektieren, Störungen bzw. Verzerrungen der Spannungs- und Strom-Ausgabewellenformen zu unterdrücken, und eine gewünschte Ausgabe verlässlich zu erhalten mit einer kompakten, einfachen und günstigen Vorrichtungsstruktur, wie es der Fall ist mit der früher beschriebenen ersten Ausführungsform.
Über dies hinaus ist die Erfindung anwendbar auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von AC-Leistung in DC-Leistung durch PWM-Steuerung, was ähnliche Vorteile bereitstellt.
Es ist hervorzuheben, dass die individuellen Ausführungsformen der Erfindung, die soweit beschrieben wurden, frei kombiniert oder implementiert werden können in einer richtig modifizierten oder vereinfachten Form innerhalb des Umfangs der Erfindung, der in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.
Verschiedene Modifizierungen und Veränderungen dieser Erfindung sind dem Fachmann ersichtlich, ohne den Umfang und Geist dieser Erfindung zu verlassen, und es sollte verstanden werden, dass dieses nicht begrenzt ist auf die stellenden Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4625147 [0002, 0004]
JP 2011-131860 [0002, 0004]
JP 4671000 [0003, 0005]

Claims

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Phasen auf einer AC-Seite, umfassend eine Hauptschaltungseinheit (200) zum Ausführen einer Umwandlung zwischen DC-Leistung, zugeführt von einer DC-Leistungsquelle (100), und einer AC-Leistung, sowie eine Steuereinheit zum wiederholenden Steuern der Hauptschaltungseinheit (200) in aufeinanderfolgenden Steuerzyklen, wobei eine DC-Quellen-Leitung (110), durch die individuelle Phasenströme (i), die in der Vielzahl von Phasen fließen, gewöhnlich fließen, verbunden ist mit der DC-Leistungsquelle (100), wobei die Steuereinheit enthält: einen Stromdetektor (400) zum Detektieren der Ströme (Idc), die durch die DC-Quellen-Leitung (110) fließen; einen PWM-Controller (600) zum Erzeugen von Gate-Signalen (G), die zuzuführen sind an individuelle Halbleiter-Schaltgeräte (21–24) der Vielzahl der Phasen der Hauptschaltungseinheit (200), wobei der PWM-Controller (600) eine Stromdetektionsperiode (TA) und eine nachfolgende Stromsteuerperiode (TB) innerhalb jeder der Steuerzyklen aufweist, die definiert werden auf Grundlage einer Trägerperiode (Tc), d. h. der Periode der Trägerwellen (Ca); und einen Stromprozessor (500) zum Berechnen von Werten der individuellen Phasenströme (i) während der Stromdetektionsperiode (TA) auf Grundlage der Gate-Signale (G), zugeführt von dem PWM-Controller (600), und der detektierten Ströme (Idc), zugeführt von dem Stromdetektor (400); wobei der PWM-Controller (600) die Gate-Signale (G, 604) erzeugt, um verwendet zu werden während der Stromdetektionsperiode (TA) auf Grundlage voreingestellter Referenz-Gate-Signale (602), Phasenspannungs-Zielwerte (Vref) erzeugt, so dass die individuellen Phasenstromwerte (i), die berechnet werden, gegebenen Befehlswerten (i*) folgen, Phasenspannungsbefehle (V*) berechnet durch Korrigieren der individuellen Phasenspannungs-Zielwerte (Vref), so dass Spannungsfehler gelöscht werden, die auftreten während der Stromdetektionsperiode (TA), und die Gate-Signale (G, 607) erzeugt, die zu verwenden sind während der Stromsteuerperiode (TB) auf Grundlage eines Vergleichs zwischen den individuellen Phasenspannungsbefehlen (V*) und der Trägerwellen (Ca).
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hauptschaltungseinheit (200) einen Multiphasen-Leistungswandler (201, 202) enthält.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Hauptschaltungseinheit (200) eine Vielzahl von Multiphasen-Leistungswandlern (201, 202) enthält, die parallel geschaltet werden auf einer DC-Seite, und die individuellen Phasenströme (i) Ströme sind, die in den individuellen Phasen der Vielzahl der Multiphasen-Leistungswandler (201, 202) fließen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der PWM-Controller (600) die individuellen Phasenspannungsbefehle (V*) auf solch eine Art und Weise erzeugt, dass Durchschnittswerte (Vref) der Ausgangsspannungen gleich sind zu den entsprechenden Phasenspannungs-Zielwerten in jedem der Steuerzyklen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Referenz-Gate-Signale (602) eingestellt werden mit Zeitunterschieden, vorgesehen für die individuellen Phasen, um zu erreichen, dass die Phasenstromwerte (i) berechnet werden können während individueller Detektionsperioden (t0–t3), die definiert werden durch Teilen der Stromdetektionsperiode (TA) in eine Vielzahl von segmentierten Perioden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der PWM-Controller (600) die Gate-Signale (G, 604) erzeugt während der Stromdetektionsperiode (TA) durch Anwenden der Referenz-Gate-Signale (602) auf Grundlage einer Größenbeziehung zwischen individuellen Phasenspannungen der Hauptschaltungseinheit (200).
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der PWM-Controller (600) die Referenz-Gate-Signale (602) verwendet, die ausgewählt werden von mehr als einer Art von Referenz-Gate-Signalen (602) in jedem der Steuerzyklen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeder der Steuerzyklen eine Zeitperiode darstellt, die ein ganzzahliges Mehrfaches ist, einschließlich ein bis mehrmals, der Trägerperiode (Tc) und die Stromdetektionsperiode (TA) synchronisiert wird mit der Trägerperiode (Tc) und gleich ist zu einer Zeitperiode, die ausgewählt wird von einer halben der Trägerperiode (Tc) und dem Äquivalenten der Trägerperiode (Tc).