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

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 Download PDF

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Abstract

The method involves producing and scanning a reference signal with a sampling frequency to produce multiple reference sample values. Reference pointer approximation is carried out in order to synthesize a reference pointer, which is linked with one of the reference sample values. Reference pointer approximation active pointers (160) utilize one or multiple zero-pointers and pseudo zero-pointers. A part of the reference pointer is approximated by two neighboring active pointers, and a residual part of the reference pointer is approximated by two un-neighboring active pointers. An independent claim is also included for a control system.

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 100, wie er in 1 gezeigt ist, muss so gesteuert werden, dass nie beide Schalter in dem gleichen Zweig gleichzeitig eingeschaltet sind, sonst würde die Gleichstromversorgung kurzgeschlossen. Diese Anforderung kann durch die komplementäre Betätigung der Schalter innerhalb eines Zweigs erfüllt werden. Das heißt, wenn A+ eingeschaltet ist, dann ist A ausgeschaltet und umgekehrt. Dies führt zu acht möglichen Schaltzeigern bzw. Schaltvektoren für den Wechselrichter 100, nämlich V0 bis V7, wobei es sechs aktive Schaltzeiger bzw. Schaltvektoren und zwei Nullzeiger bzw. Nullvektoren gibt, wie dies in dem Schaubild 110 von 2 veranschaulicht ist.A three-phase inverter or three-phase inverter 100 as he is in 1 is shown, must be controlled so that never both switches are turned on in the same branch at the same time, otherwise the DC power supply would be shorted. This requirement can be met by the complementary actuation of the switches within a branch. That is, if A + is on, then A - is off and vice versa. This leads to eight possible switching pointers or switching vectors for the inverter 100 V 0 to V 7 , where there are six active switching vectors and two null vectors, as in the diagram 110 from 2 is illustrated.

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:

1 ein schematisches Diagramm eines Drehstromwechselrichters zur Erzeugung von Wechselstrom-Wellenformen ist; 1 Fig. 12 is a schematic diagram of a three-phase inverter for generating AC waveforms;

2 ein Schaubild ist, das verschiedene Zeiger bzw. Vektoren für das Schalten der Schalter des Drehstromwechselrichters von 1 veranschaulicht; 2 is a diagram showing various vectors for switching the switches of the three-phase inverter of 1 illustrated;

3 ein Sechseckdiagramm ist, das die Basis-Spannungsraumzeiger bzw. Basis-Spannungsraumvektoren aus dem Schaubild von 2 veranschaulicht; 3 is a hex diagram illustrating the basic voltage space vectors from the graph of FIG 2 illustrated;

4 ein Sechseckdiagramm ist, das eine Referenzzeigerapproximation in Übereinstimmung mit herkömmlichen Techniken veranschaulicht; 4 Fig. 16 is a hex diagram illustrating a reference pointer approximation in accordance with conventional techniques;

5 eine graphische Darstellung ist, die die normierte Zeit im Verhältnis zu einem Referenzzeigerwinkel bzw. Referenzvektorwinkel für eine herkömmliche Raumzeigermodulation (RZM) bzw. Raumvektormodulation veranschaulicht; 5 Figure 12 is a graph illustrating the normalized time versus a reference vector angle for a conventional space vector modulation (RZM) and space vector modulation, respectively;

6A6E Sechseckdiagramme sind, die einen Basis-Pseudo-Nullzeiger bzw. Basis-Pseudo-Nullvektor veranschaulichen, wobei 6A6C eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern zeigen und 6D6E eine Kombination aus drei aktiven Zeigern zeigen; 6A - 6E Hexagrams are illustrative of a basic pseudo zero vector, where 6A - 6C show a combination of two active pointers and 6D - 6E show a combination of three active hands;

7A7B Approximationen eines Referenzzeigers unter Verwendung eines einzigen Pseudo-Nullzeigers, wie etwa derjenigen, die in 6A6C in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht sind, zeigen; 7A - 7B Approximations of a reference pointer using a single pseudo-zero pointer, such as those in FIG 6A - 6C in accordance with an embodiment are shown;

8 eine Approximation eines Referenzzeigers unter Verwendung von zwei Pseudo-Nullzeigern, wie etwa denjenigen, die in 6A6C in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht sind, zeigt; 8th an approximation of a reference pointer using two pseudo-null pointers, such as those shown in FIG 6A - 6C in accordance with an embodiment;

9 eine graphische Darstellung ist, die eine maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung (bzw. Wechselrichter-Gleichspannungszwischenkreisspannungs-Ausnutzung bzw. Wechselrichter-Gleichstromzwischenkreisspannungs-Ausnutzung) im Verhältnis zu λ für einen Referenzzeiger in Übereinstimmung mit der Ausführungsform von 7A7B veranschaulicht; 9 FIG. 12 is a graph showing maximum inverter DC link voltage utilization versus λ for a reference pointer in accordance with the embodiment of FIG 7A - 7B illustrated;

10 eine graphische Darstellung ist, die eine normierte Zeit im Verhältnis zu einem Referenzzeigerwinkel bzw. Referenzvektorwinkel für eine herkömmliche Raumzeigermodulation (RZM) mit der Verwendung von Pseudo-Nullzeigern, wie etwa denjenigen, die in 7A7B in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform gezeigt sind, veranschaulicht; 10 is a plot showing a normalized time relative to a reference vector angle for a conventional Space Vector Modulation (RZM) with the use of pseudo-null pointers, such as those shown in FIG 7A - 7B in accordance with an embodiment;

11 eine graphische Darstellung ist, die eine maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung im Verhältnis zu λ für einen Referenzzeiger in Übereinstimmung mit der Ausführungsform von 8 veranschaulicht; 11 is a graph showing a maximum inverter DC link voltage utilization in relation to λ for a reference pointer in accordance with the embodiment of FIG 8th illustrated;

12 eine graphische Darstellung ist, die eine normierte Zeit im Verhältnis zu einem Referenzzeigerwinkel für eine herkömmliche Raumzeigermodulation (RZM) mit der Verwendung von Pseudo-Nullzeigern, wie etwa denjenigen, die in 8 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform gezeigt sind, veranschaulicht; 12 is a plot showing a normalized time relative to a reference pointer angle for a conventional space vector modulation (RZM) with the use of pseudo-null pointers, such as those shown in FIG 8th in accordance with an embodiment;

13A13B Blockdiagramme sind, die ein Steuersystem veranschaulichen, wie etwa ein Motorsteuersystem bzw. Elektromotorsteuersystem, das einen Raumzeigermodulator verwendet, der Pseudo-Nullzeiger bei der Approximation von Referenzzeigern in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung benutzt; 13A - 13B Are block diagrams illustrating a control system, such as an engine control system using a space vector modulator that uses pseudo-null pointers in approximating reference pointers in accordance with an embodiment of the disclosure;

14 ein Raumzeigersechseck bzw. Raumvektorsechseck ist, das einen Referenzzeiger bzw. Referenzvektor jeweils in Polarkoordinaten und in kartesischen Koordinaten zeigt; 14 a space vector hexagon showing a reference vector in polar coordinates and in Cartesian coordinates, respectively;

15 ein Blockdiagramm ist, das einen Drehstromwechselrichter in einem Steuersystem, wie zum Beispiel in dem, das in 13A13B veranschaulicht ist und das eine einen einzigen Shunt verwendende Strommessung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform verwendet, veranschaulicht; 15 FIG. 4 is a block diagram illustrating a three-phase inverter in a control system such as that shown in FIG 13A - 13B and illustrates using a current measurement using a single shunt in accordance with one embodiment;

16A16B Beispiele von 5-Segment-Schaltfolgen für das Beispiel von 7A7B veranschaulichen; 16A - 16B Examples of 5-segment switching sequences for the example of 7A - 7B illustrate;

17A17B Beispiele von 5-Segment-Schaltfolgen für das Beispiel von 8 veranschaulichen; 17A - 17B Examples of 5-segment switching sequences for the example of 8th illustrate;

18A18B Beispiele von 6-Segment-Schaltfolgen für das Beispiel von 8 veranschaulichen; 18A - 18B Examples of 6-segment switching sequences for the example of 8th illustrate;

19A19B Beispiele von 7-Segment-Schaltfolgen für das Beispiel von 8 veranschaulichen; 19A - 19B Examples of 7-segment switching sequences for the example of 8th illustrate;

20 den Zwischenkreisstrom (Gleichspannungszwischenkreisstrom bzw. Gleichstromzwischenkreisstrom; DC link current) veranschaulicht, der den Schaltfolgen entspricht, die in 18A gezeigt sind; 20 illustrates the DC link current (DC link current), which corresponds to the switching sequences which in 18A are shown;

21 ein Raumzeigersechseck ist, das eine alternative Referenzzeigerapproximation mit einem einzigen Pseudo-Nullzeiger in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht; 21 is a space pointer hexagon illustrating an alternative reference pointer approximation with a single pseudo-null pointer in accordance with one embodiment;

22A22B Raumzeigersechsecke sind, die eine Referenzzeigerapproximation veranschaulichen, die eine verbesserte RZM benutzt, die drei benachbarte aktive Zeiger in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet; 22A - 22B Space pointer hexagons illustrating a reference pointer approximation using an improved RZM using three adjacent active pointers in accordance with an embodiment of the disclosure;

23A23B Raumzeigersechsecke sind, die eine Referenzzeigerapproximation veranschaulichen, die eine verbesserte RZM unter der Bedingung benutzt, dass m = 0 ist, so dass der Referenzzeiger lediglich durch nicht benachbarte aktive Zeiger in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform approximiert wird; 23A - 23B Space pointer hexagons illustrating a reference pointer approximation that uses an improved RZM under the condition that m = 0, such that the reference pointer is approximated only by non-adjacent active pointers in accordance with one embodiment;

24 eine graphische Darstellung ist, die eine maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung im Verhältnis zu m für eine verbesserte RZM in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung veranschaulicht; 24 FIG. 12 is a graph illustrating maximum inverter DC link voltage utilization in relation to m for an improved DCM in accordance with one embodiment of the disclosure; FIG.

25A25B graphische Darstellungen sind, die eine normierte Zeit im Verhältnis zu Referenzwinkeldiagrammen für eine verbesserte RZM mit jeweils m = 0,8 und m = 0,2 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulichen; 25A - 25B are plots illustrating a normalized time versus reference angle diagrams for improved RZM, each m = 0.8 and m = 0.2, in accordance with one embodiment;

26 eine graphische Darstellung ist, die eine normierte Zeit im Verhältnis zu einem Referenzwinkeldiagramm für eine verbesserte RZM mit m = 0 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht; 26 3 is a graph illustrating a normalized time versus a reference angle diagram for an improved RZM with m = 0 in accordance with one embodiment;

27A27B Blockdiagramme sind, die ein Steuersystem, wie etwa ein Motorsteuersystem, veranschaulichen, das eine verbesserte RZM benutzt, die nicht benachbarte aktive Zeiger beim Approximieren von Referenzzeigern in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung einschließen kann; 27A - 27B Are block diagrams illustrating a control system, such as a motor control system, that utilizes an improved RZM that may include non-adjacent active pointers in approximating reference pointers in accordance with an embodiment of the disclosure;

28 ein Raumzeigersechseck ist, das einen Referenzzeiger in einer verbesserten RZM jeweils in Polarkoordinaten und in kartesischen Koordinaten zeigt; 28 a space pointer hexagon showing a reference pointer in an improved RZM in polar coordinates and in Cartesian coordinates, respectively;

29 ein Blockdiagramm ist, das einen Drehstromwechselrichter in einem Steuersystem, wie etwa in dem, das in 27A27B veranschaulicht ist, zeigt, der eine einen einzigen Shunt verwendende Strommessung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform benutzt; 29 FIG. 3 is a block diagram illustrating a three-phase inverter in a control system such as that shown in FIG 27A - 27B which uses a current measurement using a single shunt in accordance with an embodiment;

30A30B Beispiele von 4-Segment-Schaltfolgen für eine verbesserte RZM in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulichen; 30A - 30B Illustrate examples of 4-segment switching sequences for improved RZM in accordance with one embodiment;

31A31B Beispiele von 6-Segment-Schaltfolgen für eine verbesserte RZM in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulichen; 31A - 31B Illustrate examples of 6-segment switching sequences for improved RZM in accordance with one embodiment;

32A32B Beispiele von 3-Segment-Schaltfolgen für eine verbesserte RZM mit m = 0 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulichen; 32A - 32B Illustrate examples of 3-segment switching sequences for improved RZM with m = 0 in accordance with one embodiment;

33A33B Beispiele von 5-Segment-Schaltfolgen für eine verbesserte RZM mit m = 0 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulichen; 33A - 33B Illustrate examples of 5-segment switching sequences for an improved RZM with m = 0 in accordance with one embodiment;

34 den Zwischenkreisstrom veranschaulicht, der den in 31A gezeigten Schaltfolgen entspricht; 34 illustrates the DC link current, the in 31A corresponds to switching sequences shown;

35A35B Raumzeigersechsecke sind, die spezielle Fälle einer verbesserten RZM veranschaulichen, wobei 35A den Fall von m ≥ 1 veranschaulicht und 35B den Fall von m ≤ 0 veranschaulicht, wobei vier aktive Zeiger benutzt werden, um den Referenzzeiger zu approximieren, wobei 35A benachbarte aktive Zeiger zeigt und 35B nicht benachbarte aktive Zeiger zeigt. 35A - 35B Space-vector hexagons which illustrate specific cases of improved RZM wherein 35A illustrates the case of m ≥ 1 and 35B illustrates the case of m ≤ 0, where four active pointers are used to approximate the reference pointer, where 35A shows adjacent active pointers and 35B non-adjacent active pointers.

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) 120 und die Referenzzeigerapproximation 130 der existierenden herkömmlichen RZM sind jeweils in 3 und in 4 gezeigt. V →1 bis V →6 sind aktive Zeiger bzw. Vektoren. V →0 und V →7 erzeugen keine Spannungsdifferenz in den Wechselrichterausgängen und sind die einzigen zwei Nullzeiger bzw. Nullvektoren (oder passiven Zeiger/Vektoren) in einer existierenden RZM. Der Drehreferenzzeiger bzw. Drehreferenzvektor V →ref = |Vref| – e wird durch zwei benachbarte aktive Zeiger (z. B. V →1, V →2 im Sektor A) und einen oder beide der existierenden Nullzeiger (z. B. nur V →0 ) approximiert. Die Ebene des Raumzeigersechsecks bzw. Raumvektorsechsecks ist in sechs Sektoren von A bis F aufgegliedert, und der Winkel θ von V →ref wird in jedem Sektor in den Relativwinkel θrel transformiert. Wenn man den Referenzzeiger im Sektor A als ein Beispiel verwendet, dann zeigt der folgende Abschnitt die Berechnungen einer existierenden oder herkömmlichen RZM.The space vector diagram or space vector diagram (a regular hexagon) 120 and the reference pointer approximation 130 The existing conventional RZM are each in 3 and in 4 shown. V → 1 to V → 6 are active pointers or vectors. V → 0 and V → 7 do not produce any voltage difference in the inverter outputs and are the only two null vectors (or passive vectors / vectors) in an existing RZM. The rotation reference pointer or rotation reference vector V → ref = | V ref | - e is represented by two adjacent active pointers (e.g. V → 1 , V → 2 in sector A) and one or both of the existing null pointers (eg only V → 0 ) approximates. The plane of the space vector hexagon is broken down into six sectors from A to F, and the angle θ of V → ref is transformed into the relative angle θ rel in each sector. Using the reference pointer in sector A as an example, the following section shows the calculations of an existing or conventional RZM.

Es wird ein Voltsekundenausgleich (volt-second balancing) verwendet:

Figure DE102014002303A1_0002
A volt-second balancing is used:
Figure DE102014002303A1_0002

Durch das Lösen der Gleichungen (1) und (2) erhält man: T1 = Ksin(60° – θrel)·TS (3) T2 = Ksin(θrel)·TS (4) By solving equations (1) and (2) one obtains: T 1 = Ksin (60 ° -θ rel ) · T S (3) T 2 = Ksin (θ rel ) * T S (4)

Durch das Addieren der Gleichungen (3) und (4) erhält man: T1 + T2 = Ksin(60° + θrel)·TS (5) Adding equations (3) and (4) gives: T 1 + T 2 = Ksin (60 ° + θ rel ) · T S (5)

Somit ist die Nullzeigerzeit bzw. Nullvektorzeit: T0 = TS – (T1 + T2) = [1 – Ksin(60° + θrel)]·TS (6) wobei: T0 – die Zeit des/der Nullzeiger angelegt wird. Der/Die Nullzeiger kann bzw. können V →0[000] oder V →7[111] oder beide sein.
T1 – die Zeit des 1. aktiven Zeigers (z. B. V →1 im Sektor A) innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird,
T2 – die Zeit des 2. aktiven Zeigers (z. B. V →2 im Sektor A) innerhalb einer einzigen Abtastperiode angelegt wird,

Figure DE102014002303A1_0003
die Amplitude von V →ref ist und VDC die Wechselrichter-Zwischenkreisspannung ist,
TS – die Abtastperiode ist, z. B. TS = 50 μsThus, the zero pointer time or zero vector time is: T 0 = T S - (T 1 + T 2 ) = [1-Ksin (60 ° + θ rel )] * T S (6) where: T 0 - the time of the null pointer is applied. The / the null pointers can or can V → 0 [000] or V → 7 [111] or both.
T 1 - the time of the first active pointer (eg. V → 1 in sector A) within a single sampling period,
T 2 - the time of the second active pointer (eg. V → 2 in sector A) within a single sampling period,
Figure DE102014002303A1_0003
the amplitude of V → ref and V DC is the inverter DC link voltage,
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:

Figure DE102014002303A1_0004
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:
Figure DE102014002303A1_0004

Diagramme der normierten Zeit T1 140 und T2 150 der Gleichungen (3) und (4) sind in 5 gezeigt. Es ist offensichtlich, dass entweder T1 oder T2 an der Grenze jedes Sektors fast oder gleich Null ist (z. B. nahe θ = 0° oder 60° im Sektor A), welches der eigentliche Grund für das oben erwähnte Problem (1) für eine Motorsteuerung mit einer RZM und einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung ist. Es hat bereits zahlreiche vorhergehende Versuche gegeben, dieses Problem zu lösen, aber jede Lösung hat ihre Nachteile.Charts of normalized time T 1 140 and T 2 150 equations (3) and (4) are in 5 shown. It is obvious that either T 1 or T 2 at the boundary of each sector is close to or equal to zero (eg near θ = 0 ° or 60 ° in sector A), which is the real reason for the above-mentioned problem (1 ) for a motor controller having an RZM and a current measurement using a single shunt. There have been numerous previous attempts to solve this problem, but each solution has its drawbacks.

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 6A6E gezeigt sind, ergänzen die existierenden zwei Nullzeiger und erweitern die RZM-Theorie, indem sie mehr Auswahlmöglichkeiten an Nullzeigern bei der Approximation des Referenzzeigers geben.The present disclosure proposes a new concept of a pseudo-null pointer for an RZM, which makes the approximation of the reference pointer with more than two active pointers relatively easy and straightforward. (In contrast, the existing RZM uses only two adjacent active pointers for the approximation of the reference pointer). The pseudo-null pointers that are in 6A - 6E show the existing two null pointers and extend the RZM theory by giving more choices of null pointers in the approximation of the reference pointer.

Ein Basis-Pseudo-Nullzeiger ist entweder eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern 160, 170 oder 180, wie in 6A, 6B und 6C gezeigt ist, oder eine Kombination aus drei aktiven Zeigern 190 oder 200, wie dies in 6D und 6E gezeigt ist. Die Pseudo-Nullzeiger-Zeit TZ, die in 6A6E gezeigt ist, kann zeitvariant, θ-Winkel-abhängig oder konstant sein, was von den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen abhängt. Diese Pseudo-Nullzeiger haben ähnliche Effekte wie existierende Nullzeiger (d. h., sie erzeugen keine Spannungsdifferenz in den Wechselrichterausgängen). Jegliche Kombinationen der Pseudo-Nullzeiger ergeben ebenfalls die gleichen Effekte. Die Pseudo-Nullzeiger können auf ähnliche Weise verwendet werden wie die existierenden Nullzeiger (d. h., ein, zwei oder eine Kombination von Nullzeiger(n) kann bzw. können in der Approximation eines Referenzzeigers verwendet werden).A base pseudo-null pointer is either a combination of two active pointers 160 . 170 or 180 , as in 6A . 6B and 6C shown, or a combination of three active pointers 190 or 200 like this in 6D and 6E is shown. The pseudo-zero time T Z , which in 6A - 6E can be time-varying, θ-angle dependent or constant, depending on the different application requirements. These pseudo null pointers have similar effects to existing null pointers (ie, they do not produce a voltage difference in the inverter outputs). Any combination of the pseudo-null pointers will also produce the same effects. The pseudo-null pointers can be used in a similar manner as the existing null pointers (ie, one, two or a combination of null pointer (s) can be used in the approximation of a reference pointer).

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 RZM example # 2 can completely solve the above-mentioned problem (2).

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

Figure DE102014002303A1_0005
Table 1. RZM base voltage space pointer with the new pseudo-zero pointer concept
Figure DE102014002303A1_0005

Figure DE102014002303A1_0006
Figure DE102014002303A1_0006

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 7A und in 7B gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet, dann wird der Referenzzeiger V →ref 210, 220 durch zwei benachbarte aktive Zeiger, einen einzigen Pseudo-Nullzeiger und einen oder beide der existierenden Nullzeiger approximiert. Durch das Kombinieren der Zeit der gleichen aktiven Zeiger (z. B.:

Figure DE102014002303A1_0007
in 7A) wird V →ref eigentlich durch drei aktive Zeiger approximiert (z. B. V →1, V →2 und V →4 in 7B und V →1, V →2 und V →5 in 7A). Dieses neue RZM-Beispiel #1 wird unten noch ausführlicher erläutert.New RZM Example # 1: Considering sector A, as in 7A and in 7B is shown as an example, then the reference pointer V → ref 210 . 220 is approximated by two adjacent active pointers, a single pseudo-null pointer, and one or both of the existing null pointers. By combining the time of the same active pointers (eg:
Figure DE102014002303A1_0007
in 7A ) becomes V → ref actually approximated by three active hands (eg V → 1 , V → 2 and V → 4 in 7B and V → 1 , V → 2 and V → 5 in 7A ). This new RZM example # 1 will be explained in more detail below.

Neues RZM-Beispiel #2: Wenn man den Sektor A, wie er in 8 gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet, dann wird der Referenzzeiger V →ref 230 durch zwei benachbarte aktive Zeiger, zwei Pseudo-Nullzeiger und einen oder beide der existierenden Nullzeiger approximiert. Durch das Kombinieren der Zeit der gleichen aktiven Zeiger

Figure DE102014002303A1_0008
wird V →ref eigentlich durch vier aktive Zeiger approximiert. Das neue RZM-Beispiel #2 wird ebenfalls unten noch ausführlicher erläutert. New RZM Example # 2: Considering sector A, as in 8th is shown as an example, then the reference pointer V → ref 230 is approximated by two adjacent active pointers, two pseudo-null pointers and one or both of the existing null pointers. By combining the time of the same active pointer
Figure DE102014002303A1_0008
becomes V → ref actually approximated by four active hands. The new RZM example # 2 will also be explained in more detail below.

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

Figure DE102014002303A1_0009
Figure DE102014002303A1_0010
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
Figure DE102014002303A1_0009
Figure DE102014002303A1_0010
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 7A und 7B gezeigt ist, kann der Referenzzeiger in jedem existierenden Sektor (d. h. A, B, C, D, E und F) durch zwei verschiedene Sätze von aktiven Zeigern approximiert werden. Ein Übergangswinkel ΘTr (0° < ΘTr < 60°) wird eingeführt, um neue Sektoren A1, A2, B1, B2 und so weiter zu erhalten, wie dies in Tabelle 2 gezeigt ist. Deshalb befindet sich in 7A der Referenzzeiger 210 in dem Sektor A1 und befindet sich der Referenzzeiger 220 in 7B in dem Sektor A2. An den Übergangswinkeln geht die Referenzzeigerapproximation von einem Satz von aktiven Zeigern zu einem anderen Satz von aktiven Zeigern für die neuen Raumzeigermodulationen über. ΘTr kann in verschiedenen existierenden Sektoren unterschiedlich sein. Aus Gründen der Einfachheit können wir den gleichen Wert, z. B. ΘTr = 30°, für alle Sektoren wählen.

Berechnungen, wenn 0° ≤ θrel < ΘTr
As in 7A and 7B 2, the reference pointer in each existing sector (ie, A, B, C, D, E, and F) may be approximated by two different sets of active pointers. A transition angle Θ Tr (0 ° <Θ Tr <60 °) is introduced to obtain new sectors A1, A2, B1, B2, and so on, as shown in Table 2. That is why it is located in 7A the reference pointer 210 in the sector A1 and is the reference pointer 220 in 7B in sector A2. At the transition angles, the reference pointer approximation transitions from one set of active pointers to another set of active pointers for the new space vector modulations. Θ Tr can be different in different existing sectors. For the sake of simplicity we can use the same value, e.g. Eg Θ Tr = 30 °, for all sectors.

Calculations when 0 ° ≤ θ relTr

Wenn man den Referenzzeiger 210 in dem Sektor A, wie er in 7A gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet, dann zeigt das Folgende die Berechnungen, wenn 0° ≤ θrel < ΘTr. Es wird ein Voltsekundenausgleich verwendet:

Figure DE102014002303A1_0011
When looking at the reference pointer 210 in sector A, as in 7A is shown as an example, the following shows the calculations when 0 ° ≦ θ relTr . A volt-second compensation is used:
Figure DE102014002303A1_0011

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

Figure DE102014002303A1_0012
ausgewählt, wobei: λ – eine Konstante ist und
Figure DE102014002303A1_0013
(0 ≤ λ < 1); wenn z. B. TS = 50 μs und Tmin = 2 μs, dann können wir λ = 1 / 25 auswählen.T z should be chosen to be greater than or equal to T min (which is the PWM dead time + the drive delay + ADW sampling time). For simplicity's sake
Figure DE102014002303A1_0012
wherein: λ - is a constant and
Figure DE102014002303A1_0013
(0≤λ <1); if z. For example, if T S = 50 μs and T min = 2 μs, then we can use λ = 1/25 choose.

Durch das Lösen der Gleichungen (8) bis (10) erhält man T1 = Ksin(60° – θrel)·TS (11) T2 = T ' / 2 + Tz = [Ksin(θrel) + λ]·TS (12) T1 + T2 + T3 = [Ksin(60° + θrel) + 2λ]·TS (13) By solving equations (8) to (10), one obtains T 1 = Ksin (60 ° -θ rel ) · T S (11) T 2 = T '/ 2 + T z = [Ksin (θ rel ) + λ] * T S (12) T 1 + T 2 + T 3 = [Ksin (60 ° + θ rel ) + 2λ] · T S (13)

Somit ist die Nullzeigerzeit T0 = TS – (T1 + T2 + T3) = [(1 – 2λ) – Ksin(60° + θrel)]·TS (14) wobei: T0 – die Zeit des/der existierenden Nullzeiger angelegt wird. Der/Die Nullzeiger kann/können

V →0[000] oder V →7[111] oder beide sein.

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

Figure DE102014002303A1_0014
die Amplitude von V →ref ist und VDC die Wechselrichter-Zwischenkreisspannung ist
TS – die Abtastperiode istThus, the zero pointer time T 0 = T S - (T 1 + T 2 + T 3 ) = [(1 - 2λ) - Ksin (60 ° + θ rel )] · T S (14) where: T 0 - the time of the existing null pointer (s) is applied. The / the null pointers can / can

V → 0 [000] or V → 7 [111] or both.

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
Figure DE102014002303A1_0014
the amplitude of V → ref and V DC is the inverter DC bus voltage
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

Figure DE102014002303A1_0015
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
Figure DE102014002303A1_0015
is.

Calculations when Θ Tr ≤ θ rel <60 °

Wenn der Referenzzeiger 220 in dem Sektor A, wie er in 7B gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet wird, dann zeigt das Folgende die Berechnungen, wenn ΘTr ≤ θrel < 60°. Es wird ein Voltsekundenausgleich verwendet:

Figure DE102014002303A1_0016
If the reference pointer 220 in sector A, as in 7B is shown as an example, the following shows the calculations when Θ Tr ≦ θ rel <60 °. A volt-second compensation is used:
Figure DE102014002303A1_0016

In ähnlicher Weise wird Tz = λTS ausgewählt, d. h.,

Figure DE102014002303A1_0017
Similarly, T z = λT S is selected, ie
Figure DE102014002303A1_0017

Durch das Lösen der Gleichungen (16) und (17) erhält man T1 = T ' / 1 + Tz = [Ksin(60° – θrel) + λ]·TS (19) T2 = Ksin(θrel)·TS (20) T1 + T2 + T3 = [Ksin(60° + θrel) + 2λ]·TS (21) By solving equations (16) and (17) one obtains T 1 = T '/ 1 + T z = [Ksin (60 ° -θ rel ) + λ] * T S (19) T 2 = Ksin (θ rel ) · T S (20) T 1 + T 2 + T 3 = [Ksin (60 ° + θ rel ) + 2λ] · T S (21)

Somit ist die Nullzeigerzeit T0 = TS – (T1 + T2 + T3) = [(1 – 2λ) – Ksin(60° + θrel)]·TS (22) Thus, the zero pointer time T 0 = T S - (T 1 + T 2 + T 3 ) = [(1 - 2λ) - Ksin (60 ° + θ rel )] · T S (22)

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

Figure DE102014002303A1_0018
ist.Similarly, it can be seen that the inverter DC link voltage utilization without overmodulation is the same as equation (15). Thus, the new RZM example # 1 has a single maximum inverter DC link voltage utilization without overmodulation, the
Figure DE102014002303A1_0018
is.

Ein Diagramm der Gleichung (23) ist in 9 gezeigt, welche die maximale Ausnutzung der Wechselrichter-Zwischenkreisspannung 240 im Verhältnis zu λ für das Beispiel 1 ist. Wenn λ = 0 ist, dann wird die neue RZM zu der existierenden RZM und

Figure DE102014002303A1_0019
A diagram of equation (23) is in 9 shown the maximum utilization of the inverter DC bus voltage 240 in relation to λ for Example 1. If λ = 0, then the new RZM becomes the existing RZM and
Figure DE102014002303A1_0019

Diagramme der normierten Zeit T1 250, T2 260 und T3 270 für das neue RZM-Beispiel #1 sind in 10 gezeigt, wobei ΘTr = 30° für alle Sektoren ist. Man kann feststellen, dass T1, T2 und T3 alle ungleich Null sind (außer wenn K sehr klein ist oder K = 0 ist). Somit kann das neue RZM-Beispiel #1 das vorher erwähnte Problem (1) leicht lösen. Die Verwendung einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung ist immer eine gute Wahl, um den Wechselrichter-Zwischenkreisstrom während zwei Zeitintervallen T1 und T2 zu messen.Charts of normalized time T 1 250 , T 2 260 and T 3 270 for the new RZM example # 1 are in 10 where Θ Tr = 30 ° for all sectors. It can be seen that T 1 , T 2 and T 3 are all nonzero (except when K is very small or K = 0). Thus, the new RZM example # 1 can easily solve the aforementioned problem (1). The use of a current measurement using a single shunt is always a good choice for measuring the inverter DC link current during two time intervals T 1 and T 2 .

Neues RZM-Beispiel #2 – RZM mit zwei Pseudo-Nullzeigern New RZM example # 2 - RZM with two pseudo-null pointers

Wenn der Referenzzeiger 230 im Sektor A, wie er in 8 gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet wird, dann zeigt das Folgende die Berechnungen. Es wird ein Voltsekundenausgleich verwendet:

Figure DE102014002303A1_0020
Figure DE102014002303A1_0021
If the reference pointer 230 in sector A, as in 8th is shown as an example, the following shows the calculations. A volt-second compensation is used:
Figure DE102014002303A1_0020
Figure DE102014002303A1_0021

In ähnlicher Weise wird Tz = λTS ausgewählt, d. h.Similarly, T z = λT S is selected, ie

Figure DE102014002303A1_0022
Figure DE102014002303A1_0022

Durch das Lösen der Gleichungen (24) bis (26) erhält man T1 = T ' / 1 + Tz = [Ksin(60° – θrel) + λ]·TS (27) T2 = T ' / 2 + Tz = [Ksin(θrel) + λ]·TS (28) T1 + T2 + T3 + T4 = [Ksin(60° + θrel) + 4λ]·TS (29) By solving equations (24) to (26) one obtains T 1 = T '/ 1 + T z = [Ksin (60 ° -θ rel ) + λ] * T S (27) T 2 = T '/ 2 + T z = [Ksin (θ rel ) + λ] * T S (28) T 1 + T 2 + T 3 + T 4 = [Ksin (60 ° + θ rel ) + 4λ] · T S (29)

Somit ist die Nullzeigerzeit T0 = TS – [λ1 + T2 + T3 + T4) = [(1 – 4λ) – Ksin(60° + θrel)]·TS (30) wobei: T0 – die Zeit des/der existierenden Nullzeiger angelegt wird. Der/Die Nullzeiger kann/können

V →0[000] oder V →7[111] oder beide sein.

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

Figure DE102014002303A1_0023
die Amplitude von V →ref ist und VDC die Wechselrichter-Zwischenkreisspannung ist
TS – die Abtastperiode istThus, the zero pointer time T 0 = T S - [λ 1 + T 2 + T 3 + T 4 ) = [(1 - 4λ) - Ksin (60 ° + θ rel )] · T S (30) where: T 0 - the time of the existing null pointer (s) is applied. The / the null pointers can / can

V → 0 [000] or V → 7 [111] or both.

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
Figure DE102014002303A1_0023
the amplitude of V → ref and V DC is the inverter DC bus voltage
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

Figure DE102014002303A1_0024
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
Figure DE102014002303A1_0024
is.

Somit ist die maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation

Figure DE102014002303A1_0025
Thus, the maximum inverter DC link voltage utilization is without overmodulation
Figure DE102014002303A1_0025

Ein Diagram der Gleichung (32) ist in 11 bei 280 gezeigt, das die maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung im Verhältnis zu λ für das neue Beispiel 2 zeigt. Wenn λ = 0 ist, dann wird die neue RZM zu der existierenden RZM und

Figure DE102014002303A1_0026
A diagram of equation (32) is in 11 at 280 showing the maximum inverter DC link voltage utilization in relation to λ for the new example 2. If λ = 0, then the new RZM becomes the existing RZM and
Figure DE102014002303A1_0026

Diagramme der normierten Zeit T1 290, T2 300, T3 und T4 310 für das neue RZM-Beispiel #2 sind in 12 gezeigt. Man kann feststellen, dass sowohl T1 als auch T2 unter allen Bedingungen länger als Tmin sind (solange λTS ≥ Tmin), selbst wenn K = 0 (d. h.: |Vref| = 0). Somit kann das neue RZM-Beispiel #2 nicht nur das Problem (1) lösen, sondern es kann auch vollständig das oben erwähnte Problem (2) lösen. Die Verwendung einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung ist immer eine gute Wahl, um den Wechselrichter-Zwischenkreisstrom während zwei Zeitintervallen T1 und T2 zu messen.Charts of normalized time T 1 290 , T 2 300 , T 3 and T 4 310 for the new RZM example # 2 are in 12 shown. It can be seen that both T 1 and T 2 are longer than T min under all conditions (as long as λT S ≥ T min ), even if K = 0 (ie: | V ref | = 0). Thus, the new RZM example # 2 not only can solve the problem (1), but also completely solve the above-mentioned problem (2). The use of a current measurement using a single shunt is always a good choice for measuring the inverter DC link current during two time intervals T 1 and T 2 .

Die Verwendung der neuen RZM in der Motorsteuerung: Die Verbindungen der RZM in einer Motorsteuerung bzw. Elektromotorsteuerung sind in 13A und 13B gezeigt. Die Eingabe zu der neuen RZM können die Polarkoordinaten (d. h. die radiale Koordinate |Vref| und die Winkelkoordinate θ) des Referenzzeigers V →ref sein, wie dies in 13A gezeigt ist, was oben erörtert worden ist. Die Eingaben in die RZM können auch die kartesischen Koordinaten (Vα, Vβ) des Referenzzeigers V →ref in dem kartesischen α-β-Koordinatensystem sein, wie dies in 13B gezeigt ist. Die Koordinatensysteme in dem RZM-Raumzeigersechseck sind in 14 gezeigt. Die Transformation von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten ist: Vα = |Vref|cos(θ) (33) Vβ = |Vref|sin(θ) (34) The use of the new RZM in the engine control: The connections of the RZM in a motor control or electric motor control are in 13A and 13B shown. The input to the new RZM may be the polar coordinates (ie, the radial coordinate | V ref | and the angle coordinate θ) of the reference pointer V → ref be like this in 13A shown what has been discussed above. The inputs to the RZM can also be the Cartesian coordinates (V α , V β ) of the reference pointer V → ref be in the Cartesian α-β coordinate system, as in 13B is shown. The coordinate systems in the RZM space pointer hex are in 14 shown. The transformation of polar coordinates into Cartesian coordinates is: Vα = | V ref | cos (θ) (33) V β = | V ref | sin (θ) (34)

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

Figure DE102014002303A1_0027
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 RZM example # 1 in sector A1 will be added
Figure DE102014002303A1_0027

13A zeigt ein Steuersystem 320, zum Beispiel ein Motorsteuersystem bzw. Elektromotorsteuersystem. Das Steuersystem 320 weist einen Raumzeigermodulator (RZM) bzw. Raumvektormodulator 330 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung auf, der Pseudo-Nullzeiger verwendet. Der RZM 330 empfängt ein Referenzsignal oder Referenzabtastwerte und synthetisiert einen oder mehrere Referenzzeiger auf der Grundlage davon, wobei wenigstens einer der Referenzzeiger einen oder mehrere Pseudo-Nullzeiger benutzt, wie sie hier beschrieben sind. Auf der Grundlage des/der synthetisierten Referenzzeiger gibt der RZM-Modulator 330 Taktsignale 340 an eine PWM-Einheit 350 aus, die die Taktsignale 340 empfängt und PWM-Steuersignale 360 erzeugt. Die PWM-Steuersignale 360 werden einer Drehstromwechselrichterschaltung 370 zugeführt, die Ausgangsignale u, v und w erzeugt, um eine Last 380, wie etwa einen Drehstrommotor, anzutreiben. 13B ist, wie oben hervorgehoben, ähnlich wie 13A, veranschaulicht aber das Empfangen eines Eingabereferenzsignals in kartesischen Koordinaten und nicht in Polarkoordinaten, arbeitet aber im Allgemeinen ansonsten in der gleichen Art und Weise, wie diese oben beschrieben ist. 13A shows a control system 320 , For example, an engine control system or electric motor control system. The tax system 320 has a space vector modulator (RZM) or space vector modulator 330 in accordance with the present disclosure using pseudo-null pointers. The RZM 330 receives a reference signal or samples and synthesizes one or more reference pointers based thereon, wherein at least one of the reference pointers uses one or more pseudo-null pointers as described herein. Based on the synthesized reference pointer, the RZM modulator outputs 330 clock signals 340 to a PWM unit 350 off that the clock signals 340 receives and PWM control signals 360 generated. The PWM control signals 360 become a three-phase inverter circuit 370 supplied, the output signals u, v and w generated to a load 380 , such as a three-phase motor to drive. 13B is, as highlighted above, similar to 13A however, illustrates receiving an input reference signal in Cartesian coordinates rather than polar coordinates but generally operates in the same manner as described above.

Ein Wechselrichter mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung: Die Verbindung eines Drehstrom-Zweipunkt-Spannungsquellen-Wechselrichters und eines Elektromotors ist in 15 bei 400 gezeigt. Die sechs Schalteinrichtungen des Wechselrichters 400, die ein MOSFET, IGBT oder ähnliche Teile sein können, werden durch Mikrocontroller-PWM-Signale gesteuert. Wie veranschaulicht ist, weist der Wechselrichter ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Schaltern 410, ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Schaltern 420 und ein drittes Paar von in Reihe geschalteten Schaltern 430 auf. Jedes der in Reihe geschalteten Paare 410, 420 und 430 ist an einem Knoten angeschlossen, der einen Ausgang u, v, w bildet, der mit einer jeweiligen Phase der Last 440 verbunden ist. Jedes der in Reihe geschalteten Paare 410, 420, 430 ist jeweils auch zusammen an einem Anschluss 450 gekoppelt, der mit einem ersten Anschluss eines Shunt-Widerstands 460 gekoppelt ist, der einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem Referenzpotential 470 verbunden ist. Ein Verstärker 480 hat Eingangs-Anschlüsse, die jeweils mit den ersten und zweiten Anschlüssen des Shunt-Widerstands 460 gekoppelt sind, wobei ein Ausgang des Verstärkers 480 einen Strom reflektiert, der durch den Shunt-Widerstand 460 fließt.An inverter with a current measurement using a single shunt: The connection of a three-phase two-phase voltage source inverter and an electric motor is in 15 at 400 shown. The six switching devices of the inverter 400 , which may be a MOSFET, IGBT or similar parts, are controlled by microcontroller PWM signals. As illustrated, the inverter includes a first pair of switches connected in series 410 , a second pair of switches in series 420 and a third pair of switches connected in series 430 on. Each in series switched couples 410 . 420 and 430 is connected to a node which forms an output u, v, w associated with a respective phase of the load 440 connected is. Each of the pairs connected in series 410 . 420 . 430 is also together at one connection 450 coupled with a first terminal of a shunt resistor 460 is coupled, which has a second terminal which is connected to a reference potential 470 connected is. An amplifier 480 has input terminals, each with the first and second terminals of the shunt resistor 460 coupled, wherein an output of the amplifier 480 reflects a current through the shunt resistor 460 flows.

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 460 ist in den Wechselrichter-Zwischenkreis (Wechselrichter-Gleichspannungszwischenkreis bzw. Wechselrichter-Gleichstromzwischenkreis) eingefügt, um den Zwischenkreisstrom zu messen. Bei Bedarf wird der Verstärker 480 verwendet, um den Widerstandsspannungsabfall zu verstärken, der proportional zu dem Zwischenkreisstrom ist. Es sei angemerkt, dass ein Hall-Sensor, ein Stromwandler oder andere Stromsensoren den Shunt-Widerstand ersetzen können, um den Zwischenkreisstrom zu messen.The motor windings may be wired in a star configuration (as shown) or in a triangular configuration. The RZM is used to control the PWM to produce three-phase sinusoidal waveforms for the motor windings. The shunt resistor R shunt 460 is inserted in the inverter DC link (inverter DC link or inverter DC link) to measure the DC link current. If necessary, the amplifier 480 used to amplify the resistance voltage drop, which is proportional to the DC link current. It should be noted that a Hall sensor, a current transformer or other current sensors can replace the shunt resistor to measure the DC link current.

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.
Compared to current measurements using two or three shunts, the current measurement using a single shunt has the following important advantages:
  • 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 V →0[000] oder V →7[111] oder von beiden) abhängen. Es ist schwierig, hier alle Schaltfolgen aufzulisten. Dieser Abschnitt gibt nur einige Beispiele der Schaltfolgen wieder, die unter Verwendung von Infineon-Mikrocontrollern oder anderen Arten von Mikrocontrollern leicht implementiert werden können. 16A und 16B zeigen Beispiele von 5-Segment-Schaltfolgen 500, 510 für das neue RZM-Beispiel #1. 17A und 17B zeigen Beispiele von 5-Segment-Schaltfolgen 520, 530 für das neue RZM-Beispiel #2, 18A und 18B zeigen Beispiele von 6-Segment-Schaltfolgen 540, 550, und 19A und 19B zeigen Beispiele von 7-Segment-Schaltfolgen 560, 570.Design of the Switching Sequence: There are many switching sequence combinations for the new space vector modulations, ranging from different order of active pointers / zeros, splitting of the duty cycles of the pointers and the selection of existing null pointers (ie the selection of the null pointer V → 0 [000] or V → 7 [111] or both). It is difficult to list all switching sequences here. This section provides only a few examples of the switching sequences that can be easily implemented using Infineon microcontrollers or other types of microcontrollers. 16A and 16B show examples of 5-segment switching sequences 500 . 510 for the new RZM example # 1. 17A and 17B show examples of 5-segment switching sequences 520 . 530 for the new RZM example # 2, 18A and 18B show examples of 6-segment switching sequences 540 . 550 , and 19A and 19B show examples of 7-segment switching sequences 560 . 570 ,

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 20 den Zwischenkreisstrom (DC link current) IDClink 580, der den Schaltfolgen 540 entspricht, die vorher in 18A gezeigt worden sind. Zwei Phasenströme können an zwei PWM-Segmenten aktiver Zeiger gemessen werden, die größer als oder gleich Tmin sind, z. B..: IDClink = –IW während T2 und IDClink = IU während T1 in 20, weil T2 ≥ Tmin und T1 ≥ Tmin. Mit zwei Phasenströmen kann der dritte Motorphasenstrom leicht berechnet werden, weil IU + IV + IW = 0. Tabelle 3. Wechselrichter-Zwischenkreisstrom verschiedener PWM-Semente

Figure DE102014002303A1_0028
Anm. 1: IU, IV und IW sind jeweils die Ströme der Motorphasen U, V und W.Current Reconstruction: Two / three motor phase currents can be reconstructed using current measurement using a single shunt. In each PWM cycle, the inverter DC link current is measured at least twice during two different active vector segments to obtain two motor phase currents. The ADW samples are normally triggered near the middle of the active pointer segments to prevent current transients. Table 3 shows the inverter DC link current of various PWM segments. As an example shows 20 the DC link current DClink 580 , the switching sequences 540 corresponds to that previously in 18A have been shown. Two phase currents can be measured on two PWM segments of active hands that are greater than or equal to T min , e.g. B ..: I DClink = -I W during T 2 and I DClink = I U during T 1 in 20 because T2 ≥ T min and T 1 ≥ T min . With two phase currents, the third motor phase current can be easily calculated because I U + I V + I W = 0. Table 3. Inverter DC link current of various PWM elements
Figure DE102014002303A1_0028
Note 1: I U , I V and I W are the currents of the motor phases U, V and W.

Wenn man einen Referenzzeiger bzw. Referenzvektor V →ref in dem Sektor A als ein Beispiel nimmt, dann zeigt 21 eine alternative Approximation des Referenzzeigers 590 mit einem einzigen Pseudo-Nullzeiger in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Offenbarung. Eindeutig sind die Berechnungen für T1 und T2 die gleichen wie diejenigen für die existierende RZM, und der Referenzzeiger 590 wird eigentlich durch vier aktive Zeiger bzw. Vektoren approximiert. Dies ist ein weiteres Beispiel für eine selektive Nutzung eines Pseudo-Nullzeigers, um die oben erwähnten Probleme leicht zu lösen.If you have a reference pointer or reference vector V → ref in the sector A takes as an example, then shows 21 an alternative approximation of the reference pointer 590 with a single pseudo-null pointer in accordance with another embodiment of the disclosure. Clearly, the calculations for T 1 and T 2 are the same as those for the existing RZM, and the reference pointer 590 is actually approximated by four active pointers or vectors. This is another example of selective use of a pseudo null pointer to easily solve the above-mentioned problems.

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 22A22B gezeigt. Ein Teil (d. h., mV →ref mit 0 ≤ m ≤ 1 ) der Referenzzeiger 600, 610 wird durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert, genau wie bei der existierenden RZM, und der restliche Teil (1 – m)V →ref wird durch zwei nicht benachbarte und um 120° getrennte aktive Zeiger approximiert. Die verbesserte RZM wird unten erläutert. Ein spezieller Fall der verbesserten RZM ist, wenn m = 1 ist, denn dann wird der gesamte Referenzzeiger bzw. Referenzvektor durch zwei benachbarte aktive Zeiger in jedem Sektor approximiert, und die verbesserte RZM wird zu der existierenden RZM, wie diese in 4 gezeigt ist. Ein anderer spezieller Fall der verbesserten RZM ist, wenn m = 0 ist, denn dann wird der gesamte Referenzzeiger 1% durch zwei nicht benachbarte und um 120° getrennte aktive Zeiger in jedem Sektor approximiert. Somit werden die Approximationen 600, 610 in 22A und 22b jeweils zu den Approximationen 620, 630 in 23A und 23B. Die verbesserte RZM wird zu einer anderen neuen RZM (die in dieser Offenbarung „verbesserte RZM mit m = 0” genannt wird), die unten noch genauer erläutert wird.In order to solve the problems highlighted above and associated with the conventional RZM, the present disclosure results in accordance with the present invention Embodiment innovative approximations of the reference pointer with other active pointers instead of the two adjacent active pointers in the existing RZM. New approximations of the improved RZM are in 22A - 22B shown. One part (ie mV → ref with 0 ≤ m ≤ 1 ) of the reference pointer 600 . 610 is approximated by two adjacent active pointers, just like the existing RZM, and the remainder (1 - m) V → ref is approximated by two non-adjacent and 120 ° separated active hands. The improved RZM will be explained below. A special case of the improved RZM is when m = 1, because then the entire reference vector is approximated by two adjacent active pointers in each sector, and the improved RZM becomes the existing RZM, as in FIG 4 is shown. Another special case of the improved RZM is when m = 0, because then the entire reference pointer is approximated 1% by two non-contiguous and 120 ° separated active pointers in each sector. Thus the approximations become 600 . 610 in 22A and 22b each to the approximations 620 . 630 in 23A and 23B , The improved RZM will become another new RZM (which will be called "improved RZM with m = 0" in this disclosure), which will be explained in more detail below.

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

Figure DE102014002303A1_0029
Figure DE102014002303A1_0030
Figure DE102014002303A1_0031
Anm. 1: ΘTr ist ein Übergangswinkel für neue Sektoren (d. h., AB, BC, CD, DE, EF und FA), und 0° < ΘTr < 60°.
Anm. 2:
Figure DE102014002303A1_0032
wobei k eine ganze Zahl ist. Man wähle k so aus, dass 60° ≤ θ1 ≤ 120° für 0 ≤ m ≤ 1.
Anm. 3:
Figure DE102014002303A1_0033
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
Figure DE102014002303A1_0029
Figure DE102014002303A1_0030
Figure DE102014002303A1_0031
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:
Figure DE102014002303A1_0032
where k is an integer. Choose k such that 60 ° ≤ θ 1 ≤ 120 ° for 0 ≤ m ≤ 1.
Note 3:
Figure DE102014002303A1_0033
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 22A und 22B gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet wird, kann der Referenzzeiger in jedem existierenden Sektor (d. h., A, B, C, D, E oder F) durch zwei verschiedene Sätze von aktiven Zeigern approximiert werden. Ein Übergangswinkel ΘTr (0° < ΘTr < 60°) wird eingeführt, um neue kombinierte Sektoren AB, BC, CD, DE, EF und FA zu erhalten, wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist. An den Übergangswinkeln wechselt die Referenzzeigerapproximation von einem Satz von aktiven Zeigern zu einem anderen Satz von aktiven Zeigern für die neuen Raumzeigermodulationen. ΘTr kann in verschiedenen existierenden Sektoren unterschiedlich sein. Aus Gründen der Einfachheit können wir den gleichen Wert, z. B. ΘTr = 30°, für alle Sektoren wählen.Improved RZM: If the reference pointer in sector A, as in 22A and 22B As an example, the reference pointer in each existing sector (ie, A, B, C, D, E or F) may be approximated by two different sets of active pointers. A transition angle Θ Tr (0 ° <Θ Tr <60 °) is introduced to obtain new combined sectors AB, BC, CD, DE, EF and FA, such as this is shown in Table 1. At the transition angles, the reference pointer approximation changes from one set of active pointers to another set of active pointers for the new space vector modulations. Θ Tr can be different in different existing sectors. For the sake of simplicity we can use the same value, e.g. Eg Θ Tr = 30 °, for all sectors.

Berechnungen, wenn ΘTr ≤ θrel < 60°: Wenn der Referenzzeiger im Sektor A, wie er in 22A gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet wird, dann zeigt das Folgende die Berechnungen, wenn ΘTr ≤ θrel < 60°. Es wird ein Voltsekundenausgleich verwendet:

Figure DE102014002303A1_0034
Figure DE102014002303A1_0035
Calculations, if Θ Tr ≤ θ rel <60 °: If the reference pointer in sector A, as shown in 22A is shown as an example, the following shows the calculations when Θ Tr ≦ θ rel <60 °. A volt-second compensation is used:
Figure DE102014002303A1_0034
Figure DE102014002303A1_0035

Man addiere beide Seiten der Gleichungen (39) und (40),

Figure DE102014002303A1_0036
Add both sides of equations (39) and (40),
Figure DE102014002303A1_0036

Durch das Lösen der Gleichungen (39) und (40) erhält man T ' / 1 = mKsin(60° – θrel)·TS (43) T1' = (1 – m)Ksin(120° – θrel)·TS (44) T2 = mKsin(θrel)·TS (45) T3 = (1 – m)Ksin(θrel)·TS (46) wobei: T0 – die Zeit des/der Nullzeiger angelegt wird. Der/Die Nullzeiger kann bzw. können V →0[000] oder V →7[111] oder beide sein.
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

Figure DE102014002303A1_0037
die Amplitude von V →ref ist und VDC die Wechselrichter-Zwischenkreisspannung ist
TS – die Abtastperiode istBy solving equations (39) and (40) one obtains T '/ 1 = mKsin (60 ° -θ rel ) * T S (43) T 1 '= (1-m) Ksin (120 ° -θ rel ) * T S (44) T 2 = mKsin (θ rel ) * T S (45) T 3 = (1-m) Ksin (θ rel ) * T S (46) where: T 0 - the time of the null pointer is applied. The / the null pointers can or can V → 0 [000] or V → 7 [111] or both.
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
Figure DE102014002303A1_0037
the amplitude of V → ref and V DC is the inverter DC bus voltage
T S - the sampling period is

Wenn man beide Seiten der Gleichungen (43) und (44) addiert, dann kann man feststellen, dass

Figure DE102014002303A1_0038
wobei Θ1 ein Winkel ist, der nur von dem Faktor m abhängt, und
Figure DE102014002303A1_0039
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
Figure DE102014002303A1_0038
where Θ 1 is an angle that depends only on the factor m, and
Figure DE102014002303A1_0039
where k is an integer and k = 0, ± 1, ± 2, ± 3, or ···. Choose k such that 60 ° ≤ Θ 1 ≤ 120 ° for 0 ≤ m 1, z. B: Θ 1 = 120 ° when m = 0.

Durch das Addieren beider Seiten der Gleichungen (45), (46) und (47) erhält man T1 + T2 + T3 = √3 – m(3 – m)·Ksin(Θ2 + θrel)·TS (49), wobei: Θ2 – ein Winkel ist, der nur von m abhängt, und

Figure DE102014002303A1_0040
z. B.: Θ3 30°, wenn m = 0 ist. Die Nullzeigerzeit ist T0 = T0' + T0'' = TS – (T1 + T2 + T3) = [1 – √3 – m(3 – m)·Ksin(Θ2 + θrel)·TS (50) By adding both sides of equations (45), (46) and (47) one obtains T 1 + T 2 + T 3 = √ 3 - m (3 - m) · Ksin (Θ 2 + θ rel ) · T S (49), where: Θ 2 - is an angle that depends only on m, and
Figure DE102014002303A1_0040
z. B: Θ 3 30 ° when m = 0. The zero pointer time is T 0 = T 0 '+ T 0 "= T S - (T 1 + T 2 + T 3) = [1 - √ 3 - m (3 - m) · Ksin (Θ 2 + θ rel ) · T S (50)

Da T0 ≥ 0 (oder T1 + T2 + T3 ≤ TS) die ganze Zeit über so ist, ist 3 – m(3 – m)·K ≤ 1 , so dass die Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation

Figure DE102014002303A1_0041
ist.Since T 0 ≥ 0 (or T 1 + T 2 + T 3 ≤ T S ) is the same all the time 3 - m (3 - m) · K ≤ 1 , so that the inverter DC link voltage utilization without overmodulation
Figure DE102014002303A1_0041
is.

Berechnungen, wenn 60° ≤ θrel < 60° + ΘTr: Wenn man den Referenzzeiger im Sektor A, wie er in 22B gezeigt ist, als ein Beispiel verwendet, dann zeigt das Folgende die geringfügig unterschiedlichen Berechnungen, wenn 60° ≤ θrel < 60° + ΘTr. In ähnlicher Weise haben wir

Figure DE102014002303A1_0042
Calculations, if 60 ° ≤ θ rel <60 ° + Θ Tr : If one uses the reference pointer in sector A, as shown in 22B is shown as an example, the following shows the slightly different calculations when 60 ° ≦ θ rel <60 ° + Θ Tr . In a similar way we have
Figure DE102014002303A1_0042

Durch das Lösen der Gleichungen (52) und (53) erhält man T1 = (1 – m)Ksin(120° – θrel)·TS (54) T2 = mKsin(120° – θrel)·TS (55)

Figure DE102014002303A1_0043
wobei: Θ2 – ein Winkel ist, der nur von dem Faktor m abhängt, und
Figure DE102014002303A1_0044
k ist eine ganze Zahl, und k = 0, ±1, ±2, ±3, oder ···. Man wähle k so aus, dass 0° ≤ Θ3 ≤ 60° für 0 ≤ m ≤ 1, z. B.: Θ3 = 0°, wenn m = 0 ist. Die Nullzeigerzeit ist T0 = TS – T1 – T2 – Ta = [1 – √3 – m(3 – m)·Ksin(Θ4 + θrel)]·TS (57) wobei: Θ4 – ein Winkel ist, der nur von m abhängig ist, und
Figure DE102014002303A1_0045
z. B.: Θ4 = 30°, wenn m = 0 ist. In ähnlicher Weise lässt sich feststellen, dass die Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation die gleiche wie Gleichung (51) ist. Somit hat die verbesserte RZM eine maximale Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation, die Folgende ist:
Figure DE102014002303A1_0046
By solving equations (52) and (53) one obtains T 1 = (1-m) Ksin (120 ° -θ rel ) * T S (54) T 2 = mKsin (120 ° -θ rel ) · T S (55)
Figure DE102014002303A1_0043
where: Θ 2 - is an angle that depends only on the factor m, and
Figure DE102014002303A1_0044
k is an integer, and k = 0, ± 1, ± 2, ± 3, or ···. Let k be chosen such that 0 ° ≤ Θ 3 ≤ 60 ° for 0 ≤ m ≤ 1, z. B: Θ 3 = 0 ° when m = 0. The zero pointer time is T 0 = T S - T 1 - T 2 - T a = [1 - √ 3 - m (3 - m) · Ksin (Θ 4 + θ rel )] · T S (57) where: Θ 4 - is an angle dependent only on m, and
Figure DE102014002303A1_0045
z. B: Θ 4 = 30 ° when m = 0. Similarly, it can be seen that the inverter DC link voltage utilization without overmodulation is the same as equation (51). Thus, the improved RZM has maximum inverter DC link voltage utilization without overmodulation, which is:
Figure DE102014002303A1_0046

Ein Diagramm der Gleichung (58) ist in 24 bei 640 gezeigt. Wenn m = 1 ist, dann wird die verbesserte RZM zu der existierenden RZM und

Figure DE102014002303A1_0047
was in der früheren Gleichung (7) dargelegt worden ist; wenn m = 0 ist, dann wird dies zu dem speziellen Fall der verbesserten RZM mit m = 0 und 3 (was unten noch ausführlicher besprochen werden soll).A diagram of equation (58) is in 24 at 640 shown. If m = 1, then the improved RZM becomes the existing RZM and
Figure DE102014002303A1_0047
what has been stated in the earlier equation (7); if m = 0 then this becomes the special case of the improved RZM with m = 0 and 3 (to be discussed in more detail below).

Diagramme der normierten Zeit T1 650, T2 660 und T3 670 für die verbesserte RZM sind in 25A und 25B gezeigt, wobei ΘTr = 30° für alle Sektoren ist, mit m = 0,8 und 0,2 jeweils als Beispiele. Es ist offensichtlich, dass T1, T2 und T3 alle ungleich Null sind. Das Verwenden einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung ist immer eine gute Wahl, um den Wechselrichter-Zwischenkreisstrom während zwei Zeitintervallen zu messen, die länger als die dritte Zeit sind (z. B. T2 und T3, wenn 0° ≤ θ < 30°, wie in 25A gezeigt ist, T1 und T3 für alle θ, wie in 25B gezeigt ist). Bei ΘTr = 30° lässt sich feststellen, dass die minimale Stromabtastzeit, die durch T1, T2 oder T3 beschränkt ist,

Figure DE102014002303A1_0048
ist.Charts of normalized time T 1 650 , T 2 660 and T 3 670 for the improved RZM are in 25A and 25B where Θ Tr = 30 ° for all sectors, with m = 0.8 and 0.2 respectively as examples. It is obvious that T 1 , T 2 and T 3 are all nonzero. Using a current measurement using a single shunt is always a good choice for measuring the inverter DC link current during two time intervals that are longer than the third time (eg, T 2 and T 3 when 0 ° ≤ θ <30) °, as in 25A is shown, T 1 and T 3 for all θ, as in 25B is shown). At Θ Tr = 30 °, it can be seen that the minimum current sampling time, which is limited by T 1 , T 2 or T 3 ,
Figure DE102014002303A1_0048
is.

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: T1 = Ksin(120° – θrel)·TS (61) T3 = Ksin(θrel)·TS (62) T1 + T3 = √3·Ksin(30° + θrel)·TS (63) T0 = TS – (T1 + T3) = [1 – √3·Ksin(30° + θrel)]·TS (64) Improved RZM with m = 0: Similarly, the calculations of the improved RZM with m = 0 are shown below: T 1 = Ksin (120 ° -θ rel ) · T S (61) T 3 = Ksin (θ rel ) · T S (62) T 1 + T 3 = √3 · Ksin (30 ° + θ rel ) · T S (63) T 0 = T S - (T 1 + T 3 ) = [1 - √3 · Ksin (30 ° + θ rel )] · T S (64)

Es sei angemerkt, dass die Gleichungen (61) bis (64) sowohl für 23A als auch für 23B funktionieren. Die Wechselrichter-Zwischenkreisspannungs-Ausnutzung ohne Übermodulation wird zu

Figure DE102014002303A1_0049
It should be noted that equations (61) to (64) apply to both 23A as well as for 23B function. The inverter DC bus voltage utilization without overmodulation becomes too
Figure DE102014002303A1_0049

Ein Diagramm der normierten Zeit T1 680 und T3 690 mit einem Übergangswinkel ΘTr = 30° für alle Sektoren ist in 26 gezeigt. Es ist offensichtlich, dass sowohl T1 als auch T3 ungleich Null sind. Mit ΘTr = 30° ist die kürzeste Zeit für die Strom-ADW-Abtastung T ' / minimum = 1 / 2·KTS (66) A diagram of the normalized time T 1 680 and T 3 690 with a transition angle Θ Tr = 30 ° for all sectors is in 26 shown. It is obvious that both T 1 and T 3 are nonzero. With Θ Tr = 30 ° is the shortest time for current ADW sampling T '/ minimum = 1/2 * KT S (66)

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 V →ref verwendet. In den neuen verbesserten Raumzeigermodulationen können von Null verschiedene Intervalle für mehrere Stromabtastungen innerhalb eines einzigen PWM-Zyklus erzielt werden, und die Rekonstruktion der Phasenströme mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung kann leicht durchgeführt werden, ohne dass eine Verzerrung in den resultierenden Motorphasenstrom eingeführt wird.An advantageous element of the disclosure in accordance with the present embodiment is that instead of two adjacent active pointers used to synthesize a reference pointer as in the existing RZM, the enhanced RZM has three adjacent active pointers or two non-adjacent active pointers for the approximation of the reference pointer V → ref used. In the new improved space vector modulations, nonzero intervals can be achieved for multiple current samples within a single PWM cycle, and reconstruction of the phase currents with current measurement using a single shunt can be easily performed without introducing distortion into the resulting motor phase current.

Verwendung der neuen RZM in der Motorsteuerung: Die Verbindungen der RZM in einem Motorsteuersystem bzw. Elektromotorsteuersystem 700 sind in 27A und in 27B gezeigt. 27A zeigt einen Abschnitt eines Steuersystems 700, zum Beispiel eines Motorsteuersystems. Das Steuersystem 700 weist einen Raumzeigermodulator (RZM) 710 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung auf, der die verbesserte RZM verwendet, die drei benachbarte aktive Zeiger oder zwei nicht benachbarte aktive Zeiger für die Synthetisierung eines Referenzzeigers verwendet. Der verbesserte RZM 710 empfängt ein Referenzsignal oder Referenzabtastwerte und synthetisiert einen oder mehrere Referenzzeiger auf der Grundlage davon, wobei wenigstens einer der Referenzzeiger entweder drei benachbarte aktive Zeiger oder zwei nicht benachbarte aktive Zeiger verwendet, wie dies hier beschrieben worden ist. Auf der Grundlage des/der synthetisierten Referenzzeiger(s) gibt der RZM-Modulator 710 Taktsignale 720 an eine PWM-Einheit 730 aus, die die Taktsignale 720 empfängt und PWM-Steuersignale 740 erzeugt. Die PWM-Steuersignale 740 werden einer Drehstromwechselrichterschaltung 750 zugeführt, die Ausgangssignale u, v und w erzeugt, um eine Last 760, wie etwa einen Drehstrommotor, anzutreiben.Use of the new RZM in the engine control: The connections of the RZM in an engine control system or electric motor control system 700 are in 27A and in 27B shown. 27A shows a section of a control system 700 , for example, an engine control system. The tax system 700 has a space pointer modulator (RZM) 710 in accordance with the present disclosure using the improved RZM that uses three adjacent active pointers or two non-adjacent active pointers to synthesize a reference pointer. The improved RZM 710 receives a reference signal or samples and synthesizes one or more reference pointers based thereon, wherein at least one of the reference pointers uses either three adjacent active pointers or two non-adjacent active pointers as described herein. Based on the synthesized reference pointer (s), the RZM modulator is output 710 clock signals 720 to a PWM unit 730 off that the clock signals 720 receives and PWM control signals 740 generated. The PWM control signals 740 become a three-phase inverter circuit 750 supplied, the output signals u, v and w generated to a load 760 , such as a three-phase motor to drive.

Die Eingabe zu der neuen verbesserten RZM können die Polarkoordinaten (d. h., radiale Koordinate |Vref| und Winkelkoordinate θ) des Referenzzeigers V →ref sein, wie in 27A gezeigt ist, was oben bereits erörtert worden ist. Die Eingaben zu der RZM können auch die kartesischen Koordinaten (Vα, Vβ) des Referenzzeigers V →ref in dem kartesischen α-β-Koordinatensystem sein, wie in 27B gezeigt ist.The input to the new enhanced RZM may be the polar coordinates (ie, radial coordinate | V ref | and angular coordinate θ) of the reference pointer V → ref be like in 27A shown what has already been discussed above. The inputs to the RZM can also be the Cartesian coordinates (V α , V β ) of the reference pointer V → ref in the Cartesian α-β coordinate system, as in 27B is shown.

Die Koordinatensysteme in dem RZM-Raumzeigersechseck sind in 28 bei 770 gezeigt. Die Transformation von den Polarkoordinaten in die kartesischen Koordinaten ist: Vα= |Vref|cos(θ) (67) Vβ = |Vref|sin(θ) (68) The coordinate systems in the RZM space pointer hex are in 28 at 770 shown. The transformation from the polar coordinates to the Cartesian coordinates is: V α = | V ref | cos (θ) (67) V β = | V ref | sin (θ) (68)

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

Figure DE102014002303A1_0050
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
Figure DE102014002303A1_0050

Ein Wechselrichter mit einer einen einzigen Shunt verwendenden Strommessung: Die Verbindung 780 eines Drehstrom-Zweipunkt-Spannungsquellen-Wechselrichters 790 und eines Motors bzw. Elektromotors 800 sind in 29 gezeigt. Wie veranschaulicht ist, weist der Wechselrichter 790 ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Schaltern 810, ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Schaltern 820 und ein drittes Paar von in Reihe geschalteten Schaltern 830 auf. Jedes der in Reihe geschalteten Paare 810, 820 und 830 ist an einem Knoten angeschlossen, der einen Ausgang u, v, w bildet, der an eine jeweilige Phase der Last 800 angeschlossen ist. Jedes der in Reihe geschalteten Paare 810, 820, 830 ist auch zusammen an einem Anschluss 850 gekoppelt, der mit einem ersten Anschluss eines Shunt-Widerstands 860 gekoppelt ist, der einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem Referenzpotential 870 verbunden ist. Ein Verstärker 880 hat Eingangsanschlüsse, die jeweils mit den ersten und zweiten Anschlüssen des Shunt-Widerstands 860 gekoppelt sind, wobei ein Ausgang des Verstärkers 880 einen Strom reflektiert, der durch den Shunt-Widerstand 860 fließt.An inverter with a current measurement using a single shunt: The connection 780 a three-phase two-phase voltage source inverter 790 and a motor or electric motor 800 are in 29 shown. As illustrated, the inverter has 790 a first pair of switches connected in series 810 , a second pair of switches in series 820 and a third pair of switches connected in series 830 on. Each of the pairs connected in series 810 . 820 and 830 is connected to a node which forms an output u, v, w, which is connected to a respective phase of the load 800 connected. Each of the pairs connected in series 810 . 820 . 830 is also together at a connection 850 coupled with a first terminal of a shunt resistor 860 is coupled, which has a second terminal which is connected to a reference potential 870 connected is. An amplifier 880 has input terminals, each with the first and second terminals of the shunt resistor 860 coupled, wherein an output of the amplifier 880 reflects a current through the shunt resistor 860 flows.

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 860 ist in den Wechselrichter-Zwischenkreis eingefügt, um den Zwischenkreisstrom zu messen. Bei Bedarf wird der Verstärker 880 verwendet, um den Widerstandsspannungsabfall zu verstärken, der proportional zu dem Zwischenkreisstrom ist. Es sei angemerkt, dass ein Hall-Sensor, ein Stromwandler oder andere Stromsensoren den Shunt-Widerstand für die Messung des Zwischenkreisstroms ersetzen können. The inverter's six switching devices, which may be a MOSFET, IGBT or similar, are controlled by microcontroller PWM signals. The motor windings may be star-shaped (as shown) or triangular-shaped. The improved RZM discussed above, which uses either three adjacent active pointers or two non-adjacent active pointers to synthesize the reference pointer, is used to control the PWM to produce three-phase sinusoidal waveforms for the motor windings. The shunt resistor R shun t 860 is inserted in the inverter DC link to measure the DC link current. If necessary, the amplifier 880 used to amplify the resistance voltage drop, which is proportional to the DC link current. It should be noted that a Hall sensor, a current transformer or other current sensors can replace the shunt resistor for the measurement of the DC link current.

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 V →0[000] oder V →ref[111] oder von beiden) abhängen. Es ist schwierig, hier alle Schaltfolgen aufzulisten. Dieser Abschnitt gibt nur ein paar Beispiele der Schaltfolgen wieder, die unter Verwendung von Infineon-Mikrocontrollern oder anderen Mikrocontrollern leicht implementiert werden können.There are many switching sequences for the new improved space vector modulations, ranging from different active pointer / null pointer ordering, splitting the duty cycles of the pointers, and selecting existing null pointers (ie, zero pointer selection V → 0 [000] or V → ref [111] or both). It is difficult to list all switching sequences here. This section gives only a few examples of the switching sequences that can be easily implemented using Infineon microcontrollers or other microcontrollers.

Gestaltung der Schaltfolge für die verbesserte RZM: 30A und 30B zeigen Beispiele von 4-Segment-Schaltfolgen für die verbesserte RZM bei 890, 900, und 31A und 31B zeigen Beispiele von 6-Segment-Schaltfolgen bei 910, 920. 32A und 32B zeigen Beispiele von 3-Segment-Schaltfolgen für die verbesserte RZM mit m = 0 bei 930, 940, und 33A und 33B zeigen Beispiele von 5-Segment-Schaltfolgen mit m = 0 bei 950, 960.Design of the switching sequence for the improved RZM: 30A and 30B show examples of 4-segment switching sequences for the improved RZM 890 . 900 , and 31A and 31B show examples of 6-segment switching sequences 910 . 920 , 32A and 32B show examples of 3-segment switching sequences for the improved RZM with m = 0 930 . 940 , and 33A and 33B show examples of 5-segment switching sequences with m = 0 950 . 960 ,

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 34 den Zwischenkreisstrom IDClink 970, der den Schaltfolgen 910 entspricht, die vorher in 31A für die verbesserte RZM gezeigt worden sind. Zwei Phasenströme können an zwei PWM-Segmenten von aktiven Zeigern gemessen werden, die größer als oder gleich Tmin sind, z. B.: IDClink = –IW während T2/2 und IDClink = IV während T3 in 34, wenn T2/2 ≥ Tmin und T3 ≥ Tmin. Mit zwei Phasenströmen kann der dritte Motorphasenstrom leicht berechnet werden, weil IU + IV + IW = 0.Table 5 shows the inverter DC link current of different PWM segments. As an example shows 34 the DC link current I DClink 970 , the switching sequences 910 corresponds to that previously in 31A have been shown for the improved RZM. Two phase currents can be measured on two PWM segments of active hands greater than or equal to T min , e.g. B: I DClink = -I W during T 2/2 and I DClink = I V during T 3 in 34 , if T 2/2 ≥ T min and T 3 ≥ T min . With two phase currents, the third motor phase current can be easily calculated because I U + I V + I W = 0.

Aus 34 kann man feststellen, dass es für die verbesserte RZM möglich ist, drei ADW-Abtastwerte des Wechselrichter-Zwischenkreisstroms innerhalb eines einzigen PWM-Zyklus zu messen, um direkt drei Motorphasenströme zu bekommen, wenn alle drei aktiven Zeigersegmente länger als Tmin sind. Dies wird für die Anwendungsfälle mit IU + IV + IW ≠ 0 nützlich sein. Es ist auch möglich, nur zwei ADW-Abtastwerte des Motorphasenstroms von Interesse (z. B.: lediglich IU und IV) direkt innerhalb eines PWM-Zyklus zu messen. Tabelle 5. Wechselrichter-Zwischenkreisstrom von verschiedenen PWM-Sementen

Figure DE102014002303A1_0051
Figure DE102014002303A1_0052
Anm. 1: IU, IV und IW sind jeweils die Ströme der Motorphasen U, V und W.Out 34 It can be seen that for the enhanced RZM it is possible to measure three inverter DC link current ADW samples within a single PWM cycle to directly obtain three motor phase currents if all three active vector segments are longer than T min . This will be useful for the I U + I V + I W ≠ 0 applications. It is also possible to measure only two ADW samples of the motor phase current of interest (eg: only I U and I V ) directly within a PWM cycle. Table 5. Inverter DC link current from various PWM elements
Figure DE102014002303A1_0051
Figure DE102014002303A1_0052
Note 1: I U , I V and I W are the currents of the motor phases U, V and W.

Um das oben erwähnte Problem zu lösen, ist es möglich, den Referenzzeiger V →ref auf alternative Weisen zu approximieren, wie dies in 35A und 35B gezeigt ist, wobei n ≥ 0. Wenn man den Referenzzeiger im Sektor A, wie in 35A bei 980 gezeigt ist, als Beispiele verwendet, dann wird (1 + n)V →ref durch zwei benachbarte aktive Zeiger gerade so wie bei der existierenden RZM approximiert, und ein entgegengesetzter Teil wird durch zwei nicht benachbarte und um 120° getrennte aktive Zeiger approximiert; in 35B bei 990 wird (1 + n)V →ref durch zwei nicht benachbarte und um 120° getrennte aktive Zeiger approximiert, und ein entgegengesetzter Teil V →ref wird durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert. Die alternativen Lösungen, die in 35A und in 35B gezeigt sind, verwenden vier aktive Zeiger, um den Referenzzeiger zu approximieren, während die Lösungen, die vorher erwähnt worden sind, drei oder zwei verwenden. Die Approximation, die in 35A gezeigt ist, kann als ein spezieller Fall der verbesserten RZM mit m ≥ 1 betrachtet werden, und die Approximation, die in 35B gezeigt ist, kann als ein spezieller Fall der verbesserten RZM mit m ≤ 0 betrachtet werden.In order to solve the above-mentioned problem, it is possible to use the reference pointer V → ref to approximate in alternative ways, as in 35A and 35B is shown, where n ≥ 0. If the reference pointer in sector A, as in 35A at 980 shown is used as examples, then becomes (1 + n) V → ref is approximated by two adjacent active pointers just as in the existing RZM, and an opposite part is approximated by two non-adjacent and 120 ° separated active pointers; in 35B at 990 becomes (1 + n) V → ref is approximated by two non-adjacent and 120 ° separated active hands, and an opposite part V → ref is approximated by two adjacent active pointers. The alternative solutions in 35A and in 35B 4 use active pointers to approximate the reference pointer, while the solutions previously mentioned use three or two. The approximation in 35A can be considered as a special case of the improved RZM with m ≥ 1, and the approximation given in 35B can be considered as a special case of the improved RZM with m ≤ 0.

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)

Verfahren 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.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 produce a plurality of 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. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Pseudozeiger eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern aufweist, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 180° haben.The method of claim 1, wherein a pseudo-pointer comprises a combination of two active pointers having an angular difference between them of 180 °. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zwei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude haben, die die Gleiche ist.The method of claim 2, wherein the two active pointers that combine to form the pseudo pointer have a scalar amplitude that is the same. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Pseudozeiger eine Kombination aus drei aktiven Zeigern aufweist, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 120° haben.The method of claim 1, wherein a pseudo pointer comprises a combination of three active pointers having an angular difference between them of 120 °. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die drei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude aufweisen, die die Gleiche ist.The method of claim 4, wherein the three active pointers that combine to form the pseudo pointer have a scalar amplitude that is the same. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aktiven Zeiger in der Referenzzeigerapproximation benachbarte aktive Zeiger aufweisen.The method of claim 1, wherein the active pointers in the reference pointer approximation have adjacent active pointers. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Teil des Referenzzeigers durch zwei benachbarte aktive Zeiger approximiert wird und ein restlicher Teil des Referenzzeigers durch zwei nicht benachbarte aktive Zeiger approximiert wird. The method of claim 6, wherein 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. Steuersystem 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.Control system 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. Steuersystem nach Anspruch 8, wobei ein Pseudozeiger eine Kombination aus zwei aktiven Zeigern aufweist, die eine Winkeldifferenz zwischen sich von 180° haben.The control system of claim 8, wherein a pseudo-pointer comprises a combination of two active pointers having an angular difference between them of 180 °. Steuersystem nach Anspruch 9, wobei die zwei aktiven Zeiger, die in Kombination den Pseudozeiger bilden, eine skalare Amplitude haben, die die Gleiche ist.The control system of claim 9, wherein the two active pointers, which in combination form the pseudo pointer, have a scalar amplitude that is the same.
DE201410002303 2013-02-20 2014-02-20 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 Pending DE102014002303A1 (en)

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