DE102014002303A1 - Method for performing space pointer modulation for pulse width modulation controller of e.g. alternating current induction motor, involves carrying out reference pointer approximation in order to synthesize reference pointer - Google Patents
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Abstract
Description
GEBIETTERRITORY
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung einer Raumzeigermodulation bzw. Raumvektormodulation für eine PWM-Steuerung zur Bildung von Wechselstrom-Wellenformen unter Verwendung von Pseudo-Nullzeigern bzw. Pseudo-Nullvektoren oder zur Durchführung einer verbesserten Raumzeigermodulation oder zur Durchführung beider in zum Beispiel Motorsteuerungs- bzw. -regelungsanwendungen.The present disclosure relates to an apparatus and method for performing space vector modulation for PWM control to form AC waveforms using pseudo-zero vectors or for performing enhanced space vector modulation or performing both in, for example, engine control applications.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die Raumzeigermodulation (RZM bzw. englisch: SVM; Space Vector Modulation) ist ein Algorithmus für die Steuerung der Pulsweitenmodulation (PWM). Sie wird für die Erzeugung von Wechselstrom-Wellenformen verwendet; zumeist zum Antreiben von mit Drehstrom bzw. dreiphasigem Wechselstrom angetriebenen Elektromotoren mit wechselnden Drehzahlen aus Gleichstrom. Es gibt zahlreiche Variationen der RZM, die unterschiedliche Qualitäts- und Rechenanforderungen zur Folge haben.Space Vector Modulation (RZM) is an algorithm for controlling pulse width modulation (PWM). It is used for the generation of AC waveforms; mostly for driving with three-phase AC or three-phase AC driven electric motors with varying speeds from DC. There are many variations of RZM that result in different quality and computational requirements.
Ein Drehstromwechselrichter bzw. Dreiphasenwechselrichter
Zur Implementierung einer Raumzeigermodulation wird ein Referenzsignal Vref mit einer Frequenz fs (Ts = 1/fs) abgetastet. Das Referenzsignal kann zum Beispiel aus drei separaten Phasenreferenzen unter Verwendung der αβγ-Transformation erzeugt werden. Der Referenzzeiger bzw. Referenzvektor wird dann unter Verwendung einer Kombination aus den beiden benachbarten aktiven Schaltzeigern und einem oder beiden der Nullzeiger synthetisiert. Es existieren verschiedene Strategien zum Auswählen der Reihenfolge der Zeiger bzw. Vektoren und dafür, welche(r) Nullzeiger verwendet werden soll(en). Die strategische Auswahl der Zeiger wird den Oberwellengehalt und die Schaltverlustleistung beeinflussen.To implement a space vector modulation, a reference signal V ref is sampled with a frequency f s (T s = 1 / f s ). The reference signal may be generated, for example, from three separate phase references using the αβγ transformation. The reference vector is then synthesized using a combination of the two adjacent active switching hands and one or both of the null pointers. There are several strategies for selecting the order of the pointers or vectors and which null pointer (s) should be used. The strategic selection of the hands will affect harmonic content and switching power dissipation.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Durchführung einer Raumzeigermodulation für eine PWM-Steuerung zur Bildung von Wechselstrom-Wellenformen ausgerichtet. Das Verfahren umfasst das Erzeugen und das Abtasten eines Referenzsignals, um Referenzabtastwerte zu erzeugen, und das Durchführen einer Referenzzeigerapproximation bzw. Referenzvektorapproximation, um einen Referenzzeiger bzw. Referenzvektor, der mit wenigstens einem der Referenzabtastwerte verknüpft ist, zu synthetisieren. Die Referenzzeigerapproximation benutzt aktive Zeiger, einen oder mehrere Nullzeiger und einen oder mehrere Pseudo-Nullzeiger bei der Bildung davon.The present disclosure is directed to a method of performing space vector modulation for PWM control to form AC waveforms. The method includes generating and sampling a reference signal to produce reference samples, and performing a reference vector approximation to synthesize a reference vector associated with at least one of the reference samples. The reference pointer approximation uses active pointers, one or more null pointers, and one or more pseudo null pointers in the formation thereof.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Pseudozeiger bzw. Pseudovektor eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern bzw. Vektoren auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 180° haben. In einer anderen Ausführungsform haben die beiden aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude, die die Gleiche ist.In one embodiment of the method, the pseudo-vector comprises a combination of two active vectors having an angular difference between them of 180 °. In another embodiment, the two active pointers, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude that is the same.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens weist der Pseudozeiger eine Kombination aus drei aktiven Zeigern auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 120° haben. In noch einer anderen Ausführungsform haben die drei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude, die die Gleiche ist.In another embodiment of the method, the pseudo-pointer has a combination of three active hands having an angular difference between them of 120 °. In yet another embodiment, the three active pointers, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude that is the same.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die aktiven Zeiger in der Referenzzeigerapproximation benachbarte aktive Zeiger auf. In einer anderen Ausführungsform wird ein Teil des Referenzzeigers durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert, und ein restlicher Teil des Referenzzeigers wird durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform wird der Teil des Referenzzeigers, der durch aktive Zeiger angesteuert (driven) wird, durch eine Variable m repräsentiert, wobei 0 ≤ m ≤ 1, und der restliche Teil des Referenzzeigers, der durch aktive Zeiger angesteuert wird, wird durch 1 – m repräsentiert. Wenn m = 1 ist, dann wird der gesamte Referenzzeiger, der durch aktive Zeiger angesteuert wird, durch zwei benachbarte Zeiger approximiert, und wenn m = 0 ist, dann wird der gesamte Referenzzeiger, der durch aktive Zeiger angesteuert wird, durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert. In einer Ausführungsform sind die nicht benachbarten aktiven Zeiger voneinander um 120° getrennt.In one embodiment of the method, the active pointers in the reference pointer approximation have adjacent active pointers. In another embodiment, a portion of the reference pointer is approximated by two adjacent active pointers, and a remaining portion of the reference pointer is approximated by two non-adjacent active pointers. In accordance with an embodiment, the portion of the reference pointer driven by active pointers is represented by a variable m, where 0≤m≤1, and the remainder of the reference pointer driven by active pointers passes through 1 - m represents. If m = 1, then the entire reference pointer driven by active pointers will be approximated by two adjacent pointers, and if m = 0, then the entire reference pointer driven by active pointers will be two non-adjacent active ones Pointer approximated. In one embodiment, the non-adjacent active pointers are separated from each other by 120 °.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Offenbarung weist ein Steuersystem einen Raumzeigermodulator bzw. Raumvektormodulator auf, der dafür konfiguriert ist, eine Vielzahl von Referenzsignalabtastwerten zu empfangen und eine Referenzzeigerapproximation durchzuführen, um einen Referenzzeiger zu synthetisieren, der mit wenigstens einem der Referenzsignalabtastwerte verknüpft ist. Die Referenzzeigerapproximation benutzt aktive Zeiger, einen oder mehrere Nullzeiger und einen oder mehrere Pseudo-Nullzeiger bei der Bildung davon, wobei der Raumzeigermodulator Taktsignale bzw. Zeitsteuerungssignale auf der Grundlage der Referenzzeigerapproximation ausgibt. Das Steuersystem weist des Weiteren eine Pulsweitenmodulationseinheit, die dafür konfiguriert ist, die Taktsignale von dem Raumzeigermodulator zu empfangen und Pulsweitenmodulations-Steuersignale auf der Grundlage davon auszugeben, und einen Drehstromwechselrichter auf, der dafür konfiguriert ist, die Pulsweitenmodulations-Steuersignale zu empfangen und auf der Grundlage davon Wechselstrom-Wellenformen zu erzeugen.In accordance with another embodiment of the disclosure, a control system includes a space vector modulator configured to receive a plurality of reference signal samples and perform a reference pointer approximation to synthesize a reference pointer associated with at least one of the reference signal samples. The reference pointer approximation uses active pointers, one or more null pointers, and one or more dummy null pointers in the formation thereof, wherein the space vector modulator outputs timing signals based on the reference pointer approximation. The control system further includes a pulse width modulation unit configured to receive the clock signals from the space vector modulator and output pulse width modulation control signals based thereon, and a three-phase inverter configured to receive the pulse width modulation control signals and based thereon of generating AC waveforms therefrom.
In einer Ausführungsform des Steuersystems weist ein Pseudozeiger eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 180° haben. In einer anderen Ausführungsform haben die zwei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude, die die Gleiche ist.In one embodiment of the control system, a pseudo-pointer has a combination of two active pointers having an angular difference between them of 180 °. In another embodiment, the two active pointers, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude that is the same.
In einer anderen Ausführungsform des Steuersystems weist ein Pseudozeiger eine Kombination aus drei aktiven Zeigern auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 120° haben. in noch einer anderen Ausführungsform haben die drei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude, die die Gleiche ist.In another embodiment of the control system, a pseudo-pointer comprises a combination of three active hands having an angular difference between them of 120 °. In yet another embodiment, the three active pointers, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude that is the same.
In einer Ausführungsform des Steuersystems weisen die aktiven Zeiger in der Referenzzeigerapproximation benachbarte aktive Zeiger auf. In einer anderen Ausführungsform wird ein Teil des Referenzzeigers durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert und wird ein restlicher Teil des Referenzzeigers durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert. In einer Ausführungsform wird der eine Teil des Referenzzeigers durch eine Variable m repräsentiert, wobei 0 ≤ m ≤ 1, wobei der restliche Teil des Referenzzeigers durch 1 – m repräsentiert wird. Wenn m = 1 ist, dann wird der gesamte Referenzzeiger, der durch aktive Zeiger angesteuert wird, durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert, und wenn m = 0 ist, dann wird der gesamte Referenzzeiger, der durch aktive Zeiger angesteuert wird, durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert. In einer Ausführungsform sind die nicht benachbarten Zeiger voneinander um 120° getrennt.In one embodiment of the control system, the active pointers in the reference pointer approximation have adjacent active pointers. In another embodiment, a portion of the reference pointer is approximated by two adjacent active pointers, and a remaining portion of the reference pointer is approximated by two non-adjacent active pointers. In one embodiment, the one part of the reference pointer is represented by a variable m, where 0 ≤ m ≤ 1, where the remaining part of the reference pointer is represented by 1-m. If m = 1, then the entire reference pointer driven by active pointers is approximated by two adjacent active pointers, and if m = 0 then the entire reference pointer driven by active pointers will be two non-adjacent ones approximates active pointers. In one embodiment, the non-adjacent hands are separated from each other by 120 °.
In einer Ausführungsform des Steuersystems weist der Drehstromwechselrichter ein erstes in Reihe geschaltetes Schalterpaar, das zusammen an einem Knoten angeschlossen ist, der einen ersten Phasenausgang bildet, ein zweites in Reihe geschaltetes Schalterpaar, das zusammen an einem Knoten angeschlossen ist, der einen zweiten Phasenausgang bildet, und ein drittes in Reihe geschaltetes Schalterpaar auf, das zusammen an einem Knoten angeschlossen ist, der einen dritten Phasenausgang bildet. Der Wechselrichter weist des Weiteren einen Shunt-Widerstand, der mit einem ersten Anschluss an einem unteren Knoten von jedem der ersten, zweiten und dritten in Reihe geschalteten Schalterpaare angeschlossen ist und mit einem zweiten Anschluss mit einem Referenzpotential gekoppelt ist, und einen Verstärker auf, der erste und zweite Eingänge hat, die jeweils mit den ersten und zweiten Anschlüssen des Shunt-Widerstands gekoppelt sind, wobei ein Ausgang des Verstärkers einen Strompegel reflektiert, der durch den Shunt-Widerstand fließt.In one embodiment of the control system, the three-phase inverter includes a first series-connected switch pair connected together at a node forming a first phase output, a second series-connected switch pair connected together at a node forming a second phase output, and a third series-connected switch pair connected together at a node forming a third phase output. The inverter further includes a shunt resistor connected to a first terminal at a lower node of each of the first, second and third series-connected switch pairs and coupled to a second terminal at a reference potential, and an amplifier has first and second inputs respectively coupled to the first and second terminals of the shunt resistor, an output of the amplifier reflecting a current level flowing through the shunt resistor.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt zum Durchführen einer Raumzeigermodulation (RZM) für eine Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuerung zur Erzeugung von Wechselstrom-Wellenformen, das folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines Referenzsignals und Abtasten des Referenzsignals mit einer Abtastfrequenz, um eine Vielzahl von Referenzabtastwerten zu erzeugen; und Durchführen einer Referenzzeigerapproximation, um einen Referenzzeiger zu synthetisieren, der mit wenigstens einem der Referenzabtastwerte verknüpft ist, wobei die Referenzzeigerapproximation aktive Zeiger, einen oder mehrere Nullzeiger und einen oder mehrere Pseudo-Nullzeiger bei der Bildung davon benutzt.According to one aspect, there is provided a method of performing space vector modulation (RZM) for pulse width modulation (PWM) control to generate AC waveforms, comprising the steps of: generating a reference signal and sampling the reference signal at a sampling frequency to generate a plurality of Generate reference samples; and performing a reference pointer approximation to synthesize a reference pointer associated with at least one of the reference samples, wherein the reference pointer approximation uses active pointers, one or more null pointers, and one or more dummy null pointers in the formation thereof.
Vorteilhaft weist ein Pseudozeiger eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 180° haben.Advantageously, a pseudo-pointer has a combination of two active pointers having an angular difference between them of 180 °.
Vorteilhaft haben die zwei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude, die die Gleiche ist. Advantageously, the two active hands, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude which is the same.
Vorteilhaft weist ein Pseudozeiger eine Kombination aus drei aktiven Zeigern auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 120° haben.Advantageously, a pseudo pointer has a combination of three active hands having an angular difference between them of 120 °.
Vorteilhaft weisen die drei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude auf, die die Gleiche ist.Advantageously, the three active hands, which in combination form the pseudo-pointer, have a scalar amplitude which is the same.
Vorteilhaft weisen die aktiven Zeiger in der Referenzzeigerapproximation benachbarte aktive Zeiger auf.Advantageously, the active pointers in the reference pointer approximation have adjacent active pointers.
Vorteilhaft wird ein Teil des Referenzzeigers durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert und ein restlicher Teil des Referenzzeigers wird durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert.Advantageously, a portion of the reference pointer is approximated by two adjacent active pointers and a remaining portion of the reference pointer is approximated by two non-adjacent active pointers.
Vorteilhaft wird der eine Teil des Referenzzeigers durch eine Variable m repräsentiert, wobei 0 ≤ m ≤ 1, und wobei der restliche Teil des Referenzzeigers durch 1 – m repräsentiert wird, wobei dann, wenn m = 1 ist, der gesamte Referenzzeiger durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert wird, und wobei dann, wenn m = 0 ist, der gesamte Referenzzeiger durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert wird.Advantageously, one part of the reference pointer is represented by a variable m, where 0 ≤ m ≤ 1, and where the remaining part of the reference pointer is represented by 1-m, and if m = 1 the whole reference pointer is represented by two adjacent active ones Pointer is approximated, and where m = 0, the entire reference pointer is approximated by two non-adjacent active pointers.
Vorteilhaft sind die nicht benachbarten Zeiger voneinander um 120° getrennt.Advantageously, the non-adjacent hands are separated from each other by 120 °.
Gemäß einem Aspekt wird ein Steuersystem bereitgestellt mit:
einem Raumzeigermodulator, der dafür konfiguriert ist, eine Vielzahl von Referenzsignalabtastwerten zu empfangen und eine Referenzzeigerapproximation durchzuführen, um einen Referenzzeiger zu synthetisieren, der mit wenigstens einem der Referenzsignalabtastwerte verknüpft ist, wobei die Referenzzeigerapproximation aktive Zeiger, einen oder mehrere Nullzeiger und einen oder mehrere Pseudo-Nullzeiger bei der Bildung davon verwendet, und wobei der Raumzeigermodulator Taktsignale auf der Grundlage der Referenzzeigerapproximation ausgibt;
einer Pulsweitenmodulationseinheit, die dafür konfiguriert ist, die Taktsignale von dem Raumzeigermodulator zu empfangen und Pulsweitenmodulations-Steuersignale auf der Grundlage davon auszugeben; und
einem Drehstromwechselrichter, der dafür konfiguriert ist, die Pulsweitenmodulations-Steuersignale zu empfangen und Wechselstrom-Wellenformen auf der Grundlage davon zu erzeugen.In one aspect, a control system is provided with:
a space vector modulator configured to receive a plurality of reference signal samples and to perform a reference pointer approximation to synthesize a reference pointer associated with at least one of the reference signal samples, the reference pointer approximation including active pointers, one or more null pointers, and one or more pseudo-pointers; Uses null pointer in the formation thereof, and wherein the space vector modulator outputs clock signals based on the reference pointer approximation;
a pulse width modulation unit configured to receive the clock signals from the space vector modulator and to output pulse width modulation control signals based thereon; and
a three-phase inverter configured to receive the pulse width modulation control signals and generate AC waveforms based thereon.
Vorteilhaft weist ein Pseudozeiger eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 180° haben.Advantageously, a pseudo-pointer has a combination of two active pointers having an angular difference between them of 180 °.
Vorteilhaft haben die zwei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude, die die Gleiche ist.Advantageously, the two active hands, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude which is the same.
Vorteilhaft weist ein Pseudozeiger eine Kombination aus drei aktiven Zeigern auf, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 120° haben.Advantageously, a pseudo pointer has a combination of three active hands having an angular difference between them of 120 °.
Vorteilhaft haben die drei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude, die die Gleiche ist.Advantageously, the three active hands, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude which is the same.
Vorteilhaft weisen die aktiven Zeiger in der Referenzzeigerapproximation benachbarte aktive Zeiger auf.Advantageously, the active pointers in the reference pointer approximation have adjacent active pointers.
Vorteilhaft wird ein Teil des Referenzzeigers durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert und wird ein restlicher Teil des Referenzzeigers durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert.Advantageously, a portion of the reference pointer is approximated by two adjacent active pointers and a remaining portion of the reference pointer is approximated by two non-adjacent active pointers.
Vorteilhaft wird der eine Teil des Referenzzeigers durch eine Variable m repräsentiert, wobei 0 ≤ m ≤ 1, und wobei der restliche Teil des Referenzzeigers durch 1 – m repräsentiert wird, wobei dann, wenn m = 1 ist, der gesamte Referenzzeiger durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert wird, und wobei dann, wenn m = 0 ist, der gesamte Referenzzeiger durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert wird.Advantageously, one part of the reference pointer is represented by a variable m, where 0 ≤ m ≤ 1, and where the remaining part of the reference pointer is represented by 1-m, and if m = 1 the whole reference pointer is represented by two adjacent active ones Pointer is approximated, and where m = 0, the entire reference pointer is approximated by two non-adjacent active pointers.
Vorteilhaft sind die nicht benachbarten Zeiger voneinander um 120° getrennt.Advantageously, the non-adjacent hands are separated from each other by 120 °.
Vorteilhaft weist der Drehstromwechselrichter Folgendes auf:
ein erstes in Reihe geschaltetes Schalterpaar, das zusammen an einem Knoten angeschlossen ist, der einen ersten Phasenausgang bildet;
ein zweites in Reihe geschaltetes Schalterpaar, das zusammen an einem Knoten angeschlossen ist, der einen zweiten Phasenausgang bildet;
ein drittes in Reihe geschaltetes Schalterpaar, das zusammen an einem Knoten angeschlossen ist, der einen dritten Phasenausgang bildet;
einen Shunt-Widerstand, der mit einem ersten Anschluss an einem unteren Knoten jedes der ersten, zweiten und dritten in Reihe geschalteten Schalterpaare angeschlossen ist und mit einem zweiten Anschluss an einem Referenzpotential gekoppelt ist; und
einen Verstärker, der erste und zweite Eingänge aufweist, die jeweils mit den ersten und zweiten Anschlüssen des Shunt-Widerstands gekoppelt sind, wobei ein Ausgang des Verstärkers einen Strompegel reflektiert, der durch den Shunt-Widerstand fließt.Advantageously, the three-phase inverter has the following:
a first series-connected switch pair connected together at a node forming a first phase output;
a second series connected switch pair connected together at a node forming a second phase output;
a third series-connected switch pair connected together at a node forming a third phase output;
a shunt resistor connected to a first terminal at a lower node of each of the first, second, and third series-connected switch pairs and coupled to a second terminal at a reference potential; and
an amplifier having first and second inputs respectively coupled to the first and second terminals of the shunt resistor, an output of the amplifier reflecting a current level flowing through the shunt resistor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Beispielhafte Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der Offenbarung werden im folgenden Text unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben werden, in denen:Exemplary embodiments in accordance with the disclosure will be described in more detail in the following text with reference to the attached figures, in which:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
In einigen Fällen werden die gleichen Bezugszeichen in dem folgenden Text für Objekte und Funktionseinheiten verwendet, die die gleichen oder ähnliche funktionelle(n) Charakteristiken aufweisen. Des Weiteren können optionale Merkmale der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden oder sie können gegenseitig ausgetauscht werden.In some cases, the same reference numerals will be used in the following text for objects and functional units having the same or similar functional characteristics. Further, optional features of the various exemplary embodiments may be combined with each other or they may be interchanged.
Für Industrie- und Fahrzeug-(Elektro-)Motorsteuerungs- und regelungsanwendungen wird ubiquitär eine RZM bei der Sinuskommutierungssteuerung (wie etwa ein V/f- bzw. -U/f-Betrieb, eine FOC (Field Oriented Control; feldorientierte Regelung) und eine DTC (Direct Torque Control; direkte Selbstregelung)) eines PMSM (Permanentmagnetsynchronmotors) und eines ACIM (Alternating Current Induction Motor; Wechselstromasynchronmotors) verwendet, um Sinuswellenformen aus Drehstromwechselrichtern zu erzeugen. Die Sinuskommutierungs-Motorsteuerung mit einem einen einzigen Shunt verwendenden Strommesswiderstand, der in den Wechselrichter-Zwischenkreis (Wechselrichter-Gleichspannungszwischenkreis bzw. Wechselrichter-Gleichstromzwischenkreis) eingefügt ist, ist aufgrund ihrer wichtigen Vorteile wie etwa niedrige Kosten, Einfachheit und so weiter eine erstrebenswerte Lösung im Vergleich zu Strommesstechniken, die zwei Shunts oder drei Shunts verwenden. Aber es werden zwei Stromabtastwerte innerhalb eines einzigen Pulsweitenmodulations-(PWM)-Zyklus für eine korrekte Elektromotor-Phasenstromrekonstruktion mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung benötigt. Aber mit herkömmlichen RZM-Techniken ist die genaue Stromkonstruktion in den folgenden Situationen schwierig: (1): Der Referenzspannungsraumzeiger bzw. Referenzspannungsraumvektor überschreitet gerade eine Sektorgrenze, daher kann nur ein einziger Stromabtastwert gemessen werden (dies kommt in vielen Fällen vor). Und (2): Wenn der Modulationsindex niedrig ist und die Abtastintervalle zu kurz sind, dann kann keiner der Abtastwerte genommen werden (dies passiert normalerweise bei einer Motorsteuerung bzw. -regelung mit einer extrem niedrigen Drehzahl).For industrial and automotive (electric) motor control and regulation applications, ubiquitous RZM is used in sinusoidal commutation control (such as V / f or -U / f operation, FOC (Field Oriented Control), and field-oriented control) DTC (Direct Torque Control)) of a PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) and an ACIM (Alternating Current Induction Motor) used to generate sine waveforms from three-phase inverters. The sinusoidal commutation motor controller with a current sense resistor using a single shunt inserted in the inverter DC link is a desirable solution in comparison because of its important advantages such as low cost, simplicity, and so on on current measurement techniques using two shunts or three shunts. However, two current samples within a single pulse width modulation (PWM) cycle are needed for proper electric motor phase current reconstruction with current measurement using a single shunt. However, with conventional RZM techniques, accurate current design is difficult in the following situations: (1): the reference voltage space vector is just over a sector boundary, therefore only a single current sample can be measured (this is often the case). And (2): If the modulation index is low and the sampling intervals are too short, then none of the samples can be sampled (this usually happens with an extremely low speed motor control).
Die vorliegende Offenbarung schlägt ein neues Konzept eines Pseudo-Nullzeigers (alternativ kann dieser auch Quasi-Nullzeiger bzw. Quasi-Nullvektor oder synthetischer Nullzeiger bzw. Nullvektor genannt werden) für eine RZM vor, um die oben erwähnten Probleme anzugehen. Mit der neuen RZM, die Pseudo-Nullzeiger verwendet, ist man in der Lage, kostengünstige, hochqualitative, zuverlässigere und einzigartige Motorsteuerungslösungen bzw. Elektromotorsteuerungslösungen (z. B. sensorlose FCC mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung) für Kunden bereitzustellen. Die neue RZM mit Pseudo-Nullzeigern kann auch in einer Drehstromwechselrichtersteuerung für unterbrechungsfreie Stromversorgungen, erneuerbare Energien und so weiter verwendet werden.The present disclosure proposes a new concept of a pseudo-zero pointer (alternatively, it may be called a quasi zero vector or null vector) for an RZM to address the above-mentioned problems. The new RZM, which uses pseudo-null hands, is able to provide cost effective, high quality, more reliable and unique motor control solutions or solutions for electric motor control (eg, sensorless FCC with current measurement using a single shunt). The new RZM with pseudo-null hands can also be used in a three-phase inverter control system for uninterruptible power supplies, renewable energies and so on.
Das Raumzeigerdiagramm bzw. Raumvektordiagramm (ein regelmäßiges Sechseck)
Es wird ein Voltsekundenausgleich (volt-second balancing) verwendet: A volt-second balancing is used:
Durch das Lösen der Gleichungen (1) und (2) erhält man:
Durch das Addieren der Gleichungen (3) und (4) erhält man:
Somit ist die Nullzeigerzeit bzw. Nullvektorzeit:
T1 – die Zeit des 1. aktiven Zeigers (z. B.
T2 – die Zeit des 2. aktiven Zeigers (z. B.
TS – die Abtastperiode ist, z. B. TS = 50 μsThus, the zero pointer time or zero vector time is:
T 1 - the time of the first active pointer (eg.
T 2 - the time of the second active pointer (eg.
T S - the sampling period is, for. B. T S = 50 μs
Da T0 ≥ 0 (oder T1 + T2 ≤ TS) die ganze Zeit über so ist, ist K ≤ 1. Wir haben die Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation: Since T 0 ≥ 0 (or T 1 + T 2 ≤ T S ) all the time, K ≤ 1. We have inverter DC link voltage utilization without overmodulation:
Diagramme der normierten Zeit T1
So wird zum Beispiel eine Elektromotor-Phasenstromkonstruktion aus einem Zwischenkreisstrom über einen einen einzigen Shunt verwendenden Widerstand ausgeführt, indem T1 und T2 mit einer Zeit Tmin (welches die PWM-Totzeit + die Treiberverzögerung + die ADW-Abtastzeit ist) für den ADW beschränkt werden, um die korrekten Stromwerte abzutasten. Aber das Beschränken von T1 und T2 wird einen verzerrten Spannungszeiger bzw. Spannungsvektor erzeugen und deshalb zu einer hohen Drehmomentwelligkeit, einem heftigen Vibrationsgeräusch und einem heftigen akustischen Rauschen und sogar zu einer instabilen Motorsteuerung mit hohen dynamischen Belastungen führen. Ein sehr schneller ADW wird benötigt, um die Systemleistung in solchen Fällen zu optimieren.For example, an electric motor phase current design is performed from a DC link current through a resistor using a single shunt by having T 1 and T 2 for a time T min (which is the PWM dead time + the drive delay + ADW sampling time) for the ADW be limited to sample the correct current values. But limiting T 1 and T 2 will produce a distorted voltage vector and therefore result in high torque ripple, heavy vibration noise and noise, and even unstable engine control with high dynamic loads. A very fast ADW is needed to optimize system performance in such cases.
Eine andere herkömmliche Lösung ist die Modifizierung des RZM-Schaltmusters auf ein minimales Messzeitfenster, um zu erlauben, dass zwei Stromabtastwerte gemessen werden können. Diese Mustermodifikation könnte eine gewisse Stromwelligkeit erzeugen; darüber hinaus werden infolge der Modifikation von Mustern und der Korrektur derselben Modifikationen mehr CPU-Ressourcen benötigt, um den Algorithmus zu implementieren. Another conventional approach is to modify the RZM switching pattern to a minimum measurement time window to allow two current samples to be measured. This pattern modification could produce some current ripple; moreover, due to the modification of patterns and the correction of the same modifications, more CPU resources are needed to implement the algorithm.
Eine andere herkömmliche Lösung bedient sich der Verwendung von asymmetrischen PWM-Impulsen (wobei zwei PWM-Impulse versetzt sind, um genug Zeit für die Stromabtastung zu erhalten, während Tastverhältnisse für alle PWM-Impulse beibehalten werden) und löst das Problem nur teilweise. Man kann feststellen, dass sowohl T1 als auch T2 nahe bei Null liegen oder gleich Null sind, wenn K sehr klein ist oder K = 0 ist, was das oben erwähnte Problem (2) verursacht. Das oben gerade erwähnte Verwenden der asymmetrischen PWM-Impulse kann dieses Problem nur teilweise lösen.Another conventional approach uses asymmetric PWM pulses (with two PWM pulses offset to give enough time for current sampling while maintaining duty cycles for all PWM pulses) and only partially solves the problem. It can be seen that both T 1 and T 2 are close to zero or equal to zero when K is very small or K = 0, causing the above-mentioned problem (2). The use of the asymmetric PWM pulses just mentioned above can only partially solve this problem.
Die vorliegende Offenbarung schlägt ein neues Konzept eines Pseudo-Nullzeigers für eine RZM vor, mit dem die Approximation des Referenzzeigers mit mehr als zwei aktiven Zeigern relativ leicht und unkompliziert wird. (Im Gegensatz dazu verwendet die existierende RZM nur zwei benachbarte aktive Zeiger für die Approximation des Referenzzeigers). Die Pseudo-Nullzeiger, die in
Ein Basis-Pseudo-Nullzeiger ist entweder eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern
Die Vorteile des neuen Konzepts eines Pseudo-Nullzeigers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung sind, dass es viel mehr Auswahlmöglichkeiten an ”Nullzeigern” in der RZM-Approximation gibt. Die Approximation des Referenzzeigers mit mehr als zwei aktiven Zeigern wird sehr leicht und praktisch. Außerdem sind die entsprechenden Berechnungen ähnlich zu denen der existierenden RZM und sind somit relativ einfach und schnell.The advantages of the new pseudo zero pointer concept in accordance with the present disclosure are that there are many more choices of "null pointers" in the RZM approximation. The approximation of the reference pointer with more than two active hands becomes very easy and practical. In addition, the corresponding calculations are similar to those of the existing RZM and are thus relatively simple and fast.
Zwei RZM-Beispiele in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung werden unten mit einer selektiven Nutzung der Pseudo-Nullzeiger bereitgestellt. Beide neuen RZM-Beispiele haben Zeitintervalle von ungleich Null für zwei einen einzigen Shunt verwendende Stromabtastungen innerhalb eines PWM-Zyklus, und folglich können sie das oben erwähnte Problem (1) leicht lösen. Des Weiteren und vorteilhafterweise kann das neue RZM-Beispiel #2 das oben erwähnte Problem (2) vollständig lösen.Two RZM examples in accordance with the present disclosure are provided below with selective use of the pseudo null pointers. Both of the new RZM examples have non-zero time intervals for two current samples using a single shunt within a PWM cycle, and thus they can easily solve the above-mentioned problem (1). Furthermore, and advantageously, the new
In den neuen RZM-Beispielen können Ingenieure die Pseudo-Nullzeiger-Zeit Tz anpassen, um auf der Grundlage von unterschiedlichen Systemanforderungen und Hardware-Designs unterschiedliche Stromabtastintervalle zu erhalten, um so die beste Leistung der Motorsteuerung mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung zu erzielen. Insbesondere ist es, weil die langen ADW-Abtastintervalle leicht durch das Auswählen einer längeren Pseudo-Nullzeiger-Zeit Tz erhalten werden können, auch möglich, (gegebenenfalls) einen langsamen, allgemein üblichen und kostengünstigen Operationsverstärker für die Zwischenkreisstrom-Signalverstärkung zu verwenden, um die Systemkosten weiter zu senken.In the new RZM examples, engineers can adjust the pseudo-zero time T z to obtain different current sampling intervals based on different system requirements and hardware designs, to achieve the best performance of the motor controller with current measurement using a single shunt , In particular, because the long ADW sampling intervals can be easily obtained by selecting a longer pseudo-zero time T z , it is also possible to use (if appropriate) a slow, common and inexpensive operational amplifier for the DC link signal amplification to further reduce system costs.
Tabelle 1 fasst die Basis-Spannungsraumzeiger für die RZM mit dem neuen Konzept eines Pseudo-Nullzeigers zusammen.Table 1 summarizes the basic stress space pointers for the RZM with the new concept of a pseudo-zero pointer.
Tabelle 1. Basis-Spannungsraumzeiger der RZM mit dem neuen Konzept des Pseudo-Nullzeigers Table 1. RZM base voltage space pointer with the new pseudo-zero pointer concept
Ein Element der Offenbarung ist die Einführung des neuen Konzepts eines Pseudo-Nullzeigers in die RZM. Mit den neuen Pseudo-Nullzeigern gibt es viel mehr Auswahlmöglichkeiten an Nullzeigern verglichen mit den nur zwei in der existierenden oder herkömmlichen RZM, was eine größere Flexibilität für die Approximation des Referenzzeigers sowie auch für die Planung der RZM-Schaltfolgen gibt. Die Approximation eines Referenzzeigers mit mehr als zwei aktiven Zeigern wird relativ leicht und praktisch bzw. bequem. Außerdem sind die entsprechenden Berechnungen ähnlich wie diejenigen der existierenden RZM und sind folglich relativ einfach und schnell.One element of the disclosure is the introduction of the new concept of a pseudo-zero pointer into the RZM. With the new pseudo-null pointers, there are many more choices of null pointers compared to the only two in the existing or conventional RZM, giving greater flexibility for the approximation of the reference pointer as well as for planning the RZM switching sequences. The approximation of a reference pointer with more than two active hands becomes relatively easy and convenient. In addition, the corresponding calculations are similar to those of the existing RZM, and thus are relatively simple and fast.
Dieser Abschnitt zeigt zwei Beispiele einer selektiven Nutzung von Pseudo-Nullzeigern in der RZM, um die Probleme, die bei einer einen einzigen Shunt verwendenden Motorsteuerung auftreten und bei deren Bewältigung die existierende RZM Schwierigkeiten hat, unkompliziert zu lösen.This section shows two examples of selective use of pseudo-null pointers in the RZM to easily solve the problems encountered with a single-shunt motor controller that the existing RZM has difficulty coping with.
Neues RZM-Beispiel #1: Wenn man den Sektor A, wie er in
Neues RZM-Beispiel #2: Wenn man den Sektor A, wie er in
Tabelle 2 vergleicht die existierende RZM und die neuen RZM-Beispiele mit Pseudo-Nullzeigern und fasst diese zusammen. Tabelle 2. Vergleich der existierenden RZM und der neuen RZM-Beispiele, die Pseudo-Nullzeiger verwenden Anm. 1: Die 3. und 4. aktiven Zeiger (falls vorhanden) kommen von den Pseudo-Nullzeigern, die verwendet werden.
Anm. 2: ΘTr ist ein Übergangswinkel für neue Sektoren (z. B.: A1, A2, B1, B2 und so weiter), und 0° < ΘTr < 60°.
Anm. 3: Pseudo-Nullzeigerzeit bzw. Pseudo-Nullvektorzeit Tz = λTS ≥ Tmin wobei Tmin die PWM-Totzeit + die Treiberverzögerung + die ADW-Abtastzeit ist.Table 2 compares the existing RZM and the new RZM examples with pseudo null pointers and summarizes them. Table 2. Comparison of existing RZM and new RZM examples using pseudo-null pointers Note 1: The 3rd and 4th active pointers (if any) come from the pseudo-null pointers that are used.
Note 2: Θ Tr is a transition angle for new sectors (eg: A1, A2, B1, B2 and so on), and 0 ° <Θ Tr <60 °.
Note 3:. Pseudo-zero vector time or pseudo-zero vector time T z = λT S ≥ T min where T min is the PWM dead time + the driver delay + the ADC sampling time.
Neues RZM-Beispiel #1 – RZM mit einem einzigen Pseudo-NullzeigerNew RZM example # 1 - RZM with a single pseudo-null pointer
Wie in
Berechnungen, wenn 0° ≤ θrel < ΘTr As in
Calculations when 0 ° ≤ θ rel <Θ Tr
Wenn man den Referenzzeiger
Tz soll so ausgewählt werden, dass sie größer als oder gleich Tmin ist (welches die PWM-Totzeit + die Treiberverzögerung + die ADW-Abtastzeit ist). Aus Gründen der Einfachheit wird ausgewählt, wobei: λ – eine Konstante ist und(0 ≤ λ < 1); wenn z. B. TS = 50 μs und Tmin = 2 μs, dann können wir λ =
Durch das Lösen der Gleichungen (8) bis (10) erhält man
Somit ist die Nullzeigerzeit
Tz – die Zeit des Pseudo-Nullzeigers angelegt wird
T1 – die Zeit des 1. aktiven Zeigers innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird
T2 – die Zeit des 2. aktiven Zeigers innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird
T3 – die Zeit des 3. aktiven Zeigers, welcher ein Teil des Pseudo-Nullzeigers ist, der verwendet wird, innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird die Amplitude von
TS – die Abtastperiode istThus, the zero pointer time
T z - the time of the pseudo-zero pointer is applied
T 1 - the time of the first active pointer is applied within a single sampling period
T 2 - the time of the second active pointer is applied within a single sampling period
T 3 - the time of the third active pointer, which is a part of the pseudo-zero pointer used, applied within a single sampling period the amplitude of
T S - the sampling period is
Da T0 ≥ 0 die ganze Zeit über so ist, ergibt sich aus der Gleichung (14) K ≤ 1 – 2λ, so dass die Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation ist.
Berechnungen, wenn ΘTr ≤ θrel < 60°Since T 0 ≥ 0 all the time, K ≤ 1 - 2λ results from the equation (14), so that the inverter DC link voltage utilization without overmodulation is.
Calculations when Θ Tr ≤ θ rel <60 °
Wenn der Referenzzeiger
In ähnlicher Weise wird Tz = λTS ausgewählt, d. h., Similarly, T z = λT S is selected, ie
Durch das Lösen der Gleichungen (16) und (17) erhält man
Somit ist die Nullzeigerzeit
In ähnlicher Weise kann man feststellen, dass die Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation die gleiche wie Gleichung (15) ist. Somit hat das neue RZM-Beispiel #1 eine einzige maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation, die ist.Similarly, it can be seen that the inverter DC link voltage utilization without overmodulation is the same as equation (15). Thus, the new
Ein Diagramm der Gleichung (23) ist in
Diagramme der normierten Zeit T1
Neues RZM-Beispiel #2 – RZM mit zwei Pseudo-Nullzeigern New RZM example # 2 - RZM with two pseudo-null pointers
Wenn der Referenzzeiger
In ähnlicher Weise wird Tz = λTS ausgewählt, d. h.Similarly, T z = λT S is selected, ie
Durch das Lösen der Gleichungen (24) bis (26) erhält man
Somit ist die Nullzeigerzeit
Tz – die Zeit der Pseudo-Nullzeiger angelegt wird
T1 – die Zeit des 1. aktiven Zeigers innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird T2 – die Zeit des 2. aktiven Zeigers innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird
T3, T4 – die Zeiten der 3. und 4. aktiven Zeiger, welche Teil der Pseudo-Nullzeiger sind, die verwendet werden, innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt werden die Amplitude von
TS – die Abtastperiode istThus, the zero pointer time
T z - the time the pseudo-null pointer is applied
T 1 - the time of the first active pointer is applied within a single sampling period T 2 - the time of the second active pointer is applied within a single sampling period
T 3 , T 4 - the times of the 3rd and 4th active pointers, which are part of the pseudo-null pointers used, are applied within a single sampling period the amplitude of
T S - the sampling period is
Da T0 ≥ 0 die ganze Zeit über so ist, ergibt sich aus der Gleichung (30) K ≤ 1 – 4λ, so dass die Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation ist.Since T 0 ≥ 0 all the time, K ≤ 1 - 4λ results from the equation (30), so that the inverter DC link voltage utilization without overmodulation is.
Somit ist die maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation Thus, the maximum inverter DC link voltage utilization is without overmodulation
Ein Diagram der Gleichung (32) ist in
Diagramme der normierten Zeit T1
Die Verwendung der neuen RZM in der Motorsteuerung: Die Verbindungen der RZM in einer Motorsteuerung bzw. Elektromotorsteuerung sind in
Mit den Gleichungen (33) und (34) können alle Formeln, die in Tabelle 2 aufgelistet sind, übertragen werden, um mit Eingaben von Vα und Vβ formatiert zu werden. So werden zum Beispiel die Zeitberechnungen des neuen RZM-Beispiels #1 in dem Sektor A1 zu With equations (33) and (34), all of the formulas listed in Table 2 can be transmitted to be formatted with inputs of V α and V β . For example, the time calculations of the new
Ein Wechselrichter mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung: Die Verbindung eines Drehstrom-Zweipunkt-Spannungsquellen-Wechselrichters und eines Elektromotors ist in
Die Motorwicklungen können in einer Sternkonfiguration (wie gezeigt) oder in einer Dreieckskonfiguration verdrahtet sein. Die RZM wird verwendet, um die PWM zu steuern, um dreiphasige sinusförmige Wellenformen für die Motorwicklungen zu erzeugen. Der Shunt-Widerstand Rshunt
Im Vergleich zu Strommessungen, die zwei oder drei Shunts verwenden, hat die einen einzigen Shunt verwendende Strommessung die folgenden wichtigen Vorteile:
- 1) Eine Kostenreduktion als Folge davon, dass nur ein einziger Stromsensor, (gegebenenfalls) ein einziger Verstärker und ein einziger ADW-Kanal verwendet werden. Im Gegensatz dazu benötigen die zwei Shunts verwendende Strommessung und die drei Shunts verwendende Strommessung mehrere Stromsensoren, (gegebenenfalls) mehrere Verstärker und mehrere ADW-Kanäle.
- 2) Die Verstärkungsfaktoren und Offsets bzw. Versätze (die durch die Bauteiltoleranz, schwankende Temperaturen, Alterung und so weiter bedingt sein können) müssen nicht kalibriert werden, da die gleiche Strommessschaltung und der gleiche ADW-Kanal für alle Strommessungen der Motorphasen verwendet werden.
- 3) Schlichtere und einfachere elektronische Schaltpläne und ein schlichteres und einfacheres Leiterplattendesign.
- 1) A cost reduction as a result of using only a single current sensor, (if applicable) a single amplifier and a single ADW channel. In contrast, the current measurement using two shunts and the current measurement using three shunts require multiple current sensors, (if necessary) multiple amplifiers, and multiple ADW channels.
- 2) The gain factors and offsets (which may be due to component tolerance, fluctuating temperatures, aging and so on) need not be calibrated because the same current sense circuit and the same ADW channel are used for all current measurements of the motor phases.
- 3) Simpler and simpler electronic schematics and a simpler and simpler circuit board design.
Gestaltung der Schaltfolge: Es gibt viele Schaltfolgekombinationen für die neuen Raumzeigermodulationen, die von unterschiedlichen Reihenfolgeplanungen von aktiven Zeigern/Nullzeigern, von der Aufspaltung der Tastverhältnisse der Zeiger und der Auswahl von existierenden Nullzeigern (d. h. die Auswahl des Nullzeigers
Stromrekonstruktion: Zwei/drei Motorphasenströme können unter Verwendung einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung rekonstruiert werden. In jedem PWM-Zyklus wird der Wechselrichter-Zwischenkreisstrom mindestens zweimal während zwei verschiedenen aktiven Zeigersegmenten bzw. Vektorsegmenten gemessen, um zwei Motorphasenströme zu erhalten. Die ADW-Abtastungen werden normalerweise nahe der Mitte der Segmente der aktiven Zeiger ausgelöst, um Stromübergänge zu verhindern. Tabelle 3 zeigt den Wechselrichter-Zwischenkreisstrom verschiedener PWM-Segmente. Als ein Beispiel zeigt
Wenn man einen Referenzzeiger bzw. Referenzvektor
Wie oben hervorgehoben worden ist, wird die RZM regelmäßig für Industrie- und Fahrzeug-Motorsteuerungs-Anwendungen genutzt, und sie wird bei der Sinuskommutierungssteuerung (wie etwa ein V/f- bzw. U/f-Betrieb, eine FOC (Field Oriented Control; feldorientierte Regelung) und eine DTC (Direct Torque Control; direkte Selbstregelung)) eines PMSM (Permanentmagnetsynchronmotors) und eines ACIM (Alternating Current Induction Motor; Wechselstromasynchronmotors) verwendet, um Sinuswellenformen aus Drehstromwechselrichtern zu erzeugen. Die Sinuskommutierungs-Motorsteuerung mit einem einen einzigen Shunt verwendenden Strommesswiderstand, der in den Wechselrichter-Zwischenkreis eingefügt ist, ist aufgrund der wichtigen Vorteile, wie etwa niedrige Kosten, Einfachheit und so weiter, eine erstrebenswerte Lösung im Vergleich zu Strommesstechniken, die zwei Shunts oder drei Shunts verwenden. Aber es werden zwei Stromabtastwerte innerhalb eines einzigen Pulsweitenmodulations-(PWM)-Zyklus für eine korrekte Elektromotor-Phasenstromrekonstruktion mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung benötigt. Mit der existierenden RZM ist die genaue Stromkonstruktion jedoch schwierig, wenn der Referenzspannungs-Raumzeiger gerade eine Sektorgrenze überschreitet, da in dieser Situation nur ein einziger Stromabtastwert gemessen werden kann. Dies ist ein Problem für den Großteil der Motorsteuerung mit normaler Drehzahl mit einer RZM und einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung.As pointed out above, the RZM is regularly used for industrial and vehicle engine control applications, and is used in sine commutation control (such as V / f operation, FOC (Field Oriented Control); field-oriented control) and a Direct Torque Control (DTC) of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) and alternating current induction motor (ACIM) are used to generate sinusoidal waveforms from three-phase inverters. The sinusoidal commutation motor controller with a current sense resistor employing a single shunt inserted in the inverter link is a desirable solution because of important advantages such as low cost, simplicity, and so on, as compared to current measuring techniques involving two shunts or three Use shunts. However, two current samples within a single pulse width modulation (PWM) cycle are needed for proper electric motor phase current reconstruction with current measurement using a single shunt. However, with the existing RZM, the exact current design is difficult when the reference voltage space vector is just beyond a sector boundary, since in this situation only a single current sample can be measured. This is a problem for most of the normal speed motor control with an RZM and current measurement using a single shunt.
Die verbesserte RZM, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung vorgeschlagen wird, kann das oben erwähnte Problem lösen. Mit der neuen RZM-Technologie ist man in der Lage, kostengünstige, hochqualitative, zuverlässigere und einzigartige Elektromotorsteuerungs- bzw. regelungslösungen (z. B. sensorlose FOC mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung) für Kunden anbieten zu können. Die verbesserte RZM kann auch in einer Drehstromwechselrichtersteuerung für unterbrechungsfreie Stromversorgungen, erneuerbare Energien und so weiter verwendet werden.The improved RZM proposed in accordance with an embodiment of the disclosure can solve the above-mentioned problem. With the new RZM technology, it is able to offer cost effective, high quality, more reliable and unique electric motor control solutions (eg sensorless FOC with current measurement using a single shunt) to customers. The improved RZM can also be used in a three-phase inverter control system for uninterruptible power supplies, renewable energies and so on.
Um die Probleme zu lösen, die oben hervorgehoben worden sind und die mit der herkömmlichen RZM verbunden sind, führt die vorliegende Offenbarung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform innovative Approximationen des Referenzzeigers mit anderen aktiven Zeigern anstelle der zwei benachbarten aktiven Zeiger in der existierenden RZM ein. Neue Approximationen der verbesserten RZM sind in
Tabelle 4 vergleicht die existierende Raumzeigermodulation und die vorgeschlagenen neuen Raumzeigermodulationen und fasst diese zusammen. Tabelle 4. Vergleich der existierenden RZM und der vorgeschlagenen neuen Raumzeigermodulationen Anm. 1: ΘTr ist ein Übergangswinkel für neue Sektoren (d. h., AB, BC, CD, DE, EF und FA), und 0° < ΘTr < 60°.
Anm. 2:wobei k eine ganze Zahl ist. Man wähle k so aus, dass 60° ≤ θ1 ≤ 120° für 0 ≤ m ≤ 1.
Anm. 3:wobei k eine ganze Zahl ist. Man wähle k so aus, dass 0° ≤ θ2 ≤ 60° für 0 ≤ m ≤ 1.Table 4 compares and summarizes the existing space vector modulation and proposed new space vector modulations. Table 4. Comparison of existing RZM and proposed new space vector modulations Note 1: Θ Tr is a transition angle for new sectors (ie, AB, BC, CD, DE, EF and FA), and 0 ° <Θ Tr <60 °.
Note 2: where k is an integer. Choose k such that 60 ° ≤ θ 1 ≤ 120 ° for 0 ≤ m ≤ 1.
Note 3: where k is an integer. Let k be such that 0 ° ≦ θ 2 ≦ 60 ° for 0 ≦ m ≦ 1.
Wie vorher hervorgehoben wurde, hat die verbesserte RZM Vorteile gegenüber herkömmlichen RZM-Techniken. So ist die verbesserte RZM zum Beispiel gut für die Drehstrommotorsteuerung mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung geeignet, so dass sie komplett die Vorteile einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommesstechnik ausnutzen kann, wie diese unten noch ausführlicher erläutert werden wird. Ein weiterer Vorteil der verbesserten RZM ist, dass Kunden auf der Grundlage von unterschiedlichen Systemanforderungen und Hardware-Designs den Faktor m anpassen können, um unterschiedliche Stromabtastintervalle zu erhalten, um so die beste Leistung der Motorsteuerung mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung zu erzielen. Da bei Bedarf drei benachbarte aktive Zeiger für die Approximation in der verbesserten RZM verwendet werden, ist es möglich, drei ADW-Abtastwerte des Wechselrichter-Zwischenkreisstroms in einem einzigen PWM-Zyklus zu messen, um direkt drei Motorphasenströme zu bekommen (was unten noch ausführlicher erörtert werden wird). Dies wird für die Anwendungsfälle nützlich sein, in denen die Summe von drei Motorwicklungsströmen nicht null ist, aber immer noch eine einen einzigen Shunt verwendende Strommessung verwendet wird. Es ist auch möglich, nur zwei ADW-Abtastwerte des Motorphasenstroms von Interesse (z. B. IU und IV) direkt innerhalb irgendeines PWM-Zyklus zu messen.As previously highlighted, the improved RZM has advantages over conventional RZM techniques. For example, the improved RZM is well suited for three-phase motor control with current measurement using a single shunt, so that it can fully exploit the advantages of a single-shunt current sensing technique, as will be explained in greater detail below. A further benefit of the improved RZM is that customers can adjust the factor m based on different system requirements and hardware designs to obtain different current sampling intervals so as to achieve the best performance of the motor controller with current measurement using a single shunt. Since three adjacent active pointers are used for approximation in the enhanced RZM if necessary, it is possible to measure three ADC samples of the inverter DC link current in a single PWM cycle to directly obtain three motor phase currents (discussed in more detail below) will be). This will be useful for those applications where the sum of three motor winding currents is not zero, but still using a current measurement using a single shunt. It is also possible to measure only two ADW samples of the motor phase current of interest (eg, I U and I V ) directly within any PWM cycle.
Die verbesserte RZM mit m = 0 ist auch gut für die Motorsteuerung mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung geeignet. Sie hat in jedem PWM-Zyklus lange Stromabtast-Zeitintervalle, so dass es möglich ist, einen langsamen, allgemein üblichen und kostengünstigen Operationsverstärker für die Stromsignalverstärkung zu verwenden, um die Systemkosten weiter zu senken. Die verbesserte RZM mit m = 0 hat eine geringere Zwischenkreis-Busspannungs-Ausnutzung. Für Anwendungen mit einer hohen Zwischenkreisspannung, z. B. für einen kostengünstige PMSM-Deckenventilatorantrieb mit einer sehr hohen Zwischenkreisspannung (bis zu 400 V Gleichstrom aufgrund der Verwendung einer Leistungsfaktorkorrektur) ist dies kein Problem.The improved RZM with m = 0 is also well suited for motor control with current measurement using a single shunt. It has long current sampling time intervals in each PWM cycle, so it is possible to use a slow, common and inexpensive operational amplifier for current signal amplification to further reduce system costs. The improved RZM with m = 0 has lower DC link bus voltage utilization. For applications with a high DC link voltage, eg. For example, for a low cost PMSM ceiling fan drive with a very high DC link voltage (up to 400 V DC due to the use of power factor correction) this is not a problem.
Verbesserte RZM: Wenn der Referenzzeiger im Sektor A, wie er in
Berechnungen, wenn ΘTr ≤ θrel < 60°: Wenn der Referenzzeiger im Sektor A, wie er in
Man addiere beide Seiten der Gleichungen (39) und (40), Add both sides of equations (39) and (40),
Durch das Lösen der Gleichungen (39) und (40) erhält man
T1 – die Zeit des 1. aktiven Zeigers innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird
T2 – die Zeit des 2. aktiven Zeigers innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird
T3 – die Zeit des 3. aktiven Zeigers innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird die Amplitude von
TS – die Abtastperiode istBy solving equations (39) and (40) one obtains
T 1 - the time of the first active pointer is applied within a single sampling period
T 2 - the time of the second active pointer is applied within a single sampling period
T 3 - the time of the third active pointer is applied within a single sampling period the amplitude of
T S - the sampling period is
Wenn man beide Seiten der Gleichungen (43) und (44) addiert, dann kann man feststellen, dass wobei Θ1 ein Winkel ist, der nur von dem Faktor m abhängt, und wobei k eine ganze Zahl ist und k = 0, ±1, ±2, ±3, oder ···. Man wähle k so aus, dass 60° ≤ Θ1 ≤ 120° für 0 ≤ m 1, z. B.: Θ1 = 120°, wenn m = 0 ist.If you add both sides of equations (43) and (44), then you can see that where Θ 1 is an angle that depends only on the factor m, and where k is an integer and k = 0, ± 1, ± 2, ± 3, or ···. Choose k such that 60 ° ≤ Θ 1 ≤ 120 ° for 0 ≤
Durch das Addieren beider Seiten der Gleichungen (45), (46) und (47) erhält man
Da T0 ≥ 0 (oder T1 + T2 + T3 ≤ TS) die ganze Zeit über so ist, ist
Berechnungen, wenn 60° ≤ θrel < 60° + ΘTr: Wenn man den Referenzzeiger im Sektor A, wie er in
Durch das Lösen der Gleichungen (52) und (53) erhält man
Ein Diagramm der Gleichung (58) ist in
Diagramme der normierten Zeit T1
Ein Benutzer kann den Wert von m auf der Grundlage der benötigten maximalen Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung und der Mindestzeit auswählen, die für die Stromabtastung benötigt wird (d. h., er kann sicher stellen, dass Tminimum ≥ Tmin, wobei Tmin die PWM-Totzeit + die Treiberverzögerung + die ADW-Abtastzeit ist).A user may select the value of m on the basis of the required maximum DC link voltage utilization and the minimum time that is required for the current scan (ie, it can ensure that Tminimum ≥ T min, T min, the PWM dead time + the Driver delay + the ADW sampling time is).
Verbesserte RZM mit m = 0: Gleichermaßen sind die Berechnungen der verbesserten RZM mit m = 0 unten gezeigt:
Es sei angemerkt, dass die Gleichungen (61) bis (64) sowohl für
Ein Diagramm der normierten Zeit T1
Ein vorteilhaftes Element der Offenbarung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform ist, dass anstelle von zwei benachbarten aktiven Zeiger, die verwendet werden, um einen Referenzzeiger wie in der existierenden RZM zu synthetisieren, die verbesserte RZM drei benachbarte aktive Zeiger oder zwei nicht benachbarte aktive Zeiger für die Approximation des Referenzzeigers
Verwendung der neuen RZM in der Motorsteuerung: Die Verbindungen der RZM in einem Motorsteuersystem bzw. Elektromotorsteuersystem
Die Eingabe zu der neuen verbesserten RZM können die Polarkoordinaten (d. h., radiale Koordinate |Vref| und Winkelkoordinate θ) des Referenzzeigers
Die Koordinatensysteme in dem RZM-Raumzeigersechseck sind in
Mit den Gleichungen (67) and (68) können alle Formeln, die in Tabelle 4 aufgelistet sind, übertragen werden, um mit Eingaben von Vα und Vβ formatiert zu werden. So werden zum Beispiel die Zeitberechnungen der verbesserten RZM mit m = 0 im Sektor AB zu With equations (67) and (68), all of the formulas listed in Table 4 can be transmitted to be formatted with inputs of V α and V β . Thus, for example, the time calculations of the improved RZM with m = 0 in the sector AB to
Ein Wechselrichter mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung: Die Verbindung
Die sechs Schalteinrichtungen des Wechselrichters, die ein MOSFET, IGBT oder ähnliche Teile sein können, werden durch Mikrocontroller-PWM-Signale gesteuert. Die Motorwicklungen können sternförmig (wie gezeigt) oder dreiecksförmig verdrahtet sein. Die verbesserte RZM, die oben erörtert worden ist und entweder drei benachbarte aktive Zeiger oder zwei nicht benachbarte aktive Zeiger benutzt, um den Referenzzeiger zu synthetisieren, wird verwendet, um die PWM zu steuern, um dreiphasige sinusförmige Wellenformen für die Motorwicklungen zu erzeugen. Der Shunt-Widerstand Rshunt
Es gibt viele Schaltfolgekombinationen für die neuen verbesserten Raumzeigermodulationen, die von unterschiedlichen Reihenfolgeplanungen von aktiven Zeigern/Nullzeigern, dem Aufspalten der Tastverhältnisse der Zeiger und der Auswahl von existierenden Nullzeigern (d. h., von der Auswahl des Nullzeigers
Gestaltung der Schaltfolge für die verbesserte RZM:
Stromrekonstruktion: zwei/drei Motorphasenströme können unter Verwendung einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung rekonstruiert werden. In jedem PWM-Zyklus wird ein Wechselrichter-Zwischenkreisstrom mindestens zweimal während zwei unterschiedlichen aktiven Zeigersegmenten gemessen, um zwei Motorphasenströme zu bekommen. Die ADW-Abtastungen werden normalerweise nahe der Mitte der aktiven Zeigersegmente ausgelöst, um Stromübergänge zu vermeiden.Current Reconstruction: Two / three motor phase currents can be reconstructed using current measurement using a single shunt. In each PWM cycle, one inverter DC link current is measured at least twice during two different active pointer segments to get two motor phase currents. The ADW samples are normally triggered near the center of the active pointer segments to avoid current transients.
Tabelle 5 zeigt den Wechselrichter-Zwischenkreisstrom von verschiedenen PWM-Segmenten. Als ein Beispiel zeigt
Aus
Um das oben erwähnte Problem zu lösen, ist es möglich, den Referenzzeiger
Die beispielhaften Ausführungsformen, die oben beschrieben worden sind, repräsentieren nur eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es ist offensichtlich, dass Modifikationen und Variationen der hier beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten für andere Spezialisten von Interesse sein können. Das Ziel ist deshalb, dass die Erfindung nur durch den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Details beschränkt sein soll, die hier auf der Basis der Beschreibung und der Erläuterung der exemplarischen Ausführungsformen präsentiert worden sind.The exemplary embodiments described above represent only an illustration of the principles of the present invention. It is obvious that modifications and variations of the arrangements and details described herein may be of interest to other specialists. The aim, therefore, is that the invention should be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented herein on the basis of the description and explanation of the exemplary embodiments.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (6)
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US14/011,867 | 2013-08-28 | ||
US14/012,083 US9130482B2 (en) | 2013-02-20 | 2013-08-28 | Pseudo zero vectors for space vector modulation and enhanced space vector modulation |
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