DE112006001604T5

DE112006001604T5 - Stromwandlungssteuervorrichtung, Stromwandlungssteuerverfahren und Stromwandlungssteuerprogramm

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Publication number: DE112006001604T5
Application number: DE112006001604T
Authority: DE
Inventors: Toluo Ohnishi; Eiji Gohda; Kenji Yamanaka
Original assignee: University of Tokushima NUC
Current assignee: University of Tokushima NUC
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-07-03
Also published as: CN101204003A; JP2007300780A; CN101204003B; WO2007001007A1; KR20090062233A; DE112006001604T8; US20100226157A1; JP4022630B2; US7855526B2

Abstract

Stromwandlungssteuervorrichtung, die eine Stromwandlungseinheit steuert, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthaltenden Wechselstromschaltung angeschlossen ist, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mittels einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines durch einen Stromdetektor erfassten Erfassungssignals eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms auszutauschen, umfassend:
eine Frequenzberechnungseinheit, die eine Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit bestimmt, um ein Betriebsfrequenzsignal auszugeben;
eine Integralberechnungseinheit, die ein Phasenwinkelsignal durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit berechnet, um das Phasenwinkelsignal auszugeben;
eine Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die einen Biaxialstrom einer Wirkkomponente und einer Bildkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit berechnet, um den Biaxialstrom auszugeben;
eine Biaxialstromeinstelleinheit, die einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert auszugeben;
eine Biaxialstromregeleinheit, die eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit und demjenigen der Biaxialstromeinstelleinheit berechnet, um einen Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben; und
eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit, die...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromwandlungssteuervorrichtung, ein Stromwandlungssteuerverfahren und ein Stromwandlungssteuerprogramm, und bezieht sich genauer auf eine Stromwandlungssteuervorrichtung, ein Stromwandlungssteuerverfahren und ein Stromwandlungssteuerprogramm, die eine Stromwandlungseinheit steuern, die zwischen eine Gleichstromschaltung und eine Wechselstromschaltung geschaltet ist, die eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mit einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines Erfassungssignals eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms auszutauschen.
STAND DER TECHNIK
Eine Stromwandlungssteuervorrichtung, die einen Stromrichter verwendet, wird sehr häufig verwendet, einschließlich in Anwendungen für Wechselstrommotorgeneratoren vom Motorsteuerfeld zum Generatorsteuerfeld, Anwendungen für Gleichrichterschaltungen und Systemverbindungsstromrichter, die Strom zwischen einer Wechselstromversorgung und einer Gleichstromversorgung austauschen, und dergleichen. Diese weisen üblicherweise eine Elektromotorikkraft-Quelle in einer Wechselstromschaltung auf, wobei der Stromrichter synchron mit einer solchen Elektromotorikkraft-Quelle gesteuert werden muss.
Um somit den Stromrichter zu aktivieren, wird ein Schaltsteuersignal auf der Grundlage von Phaseninformationen über eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle, die mittels eines bestimmten Sensors erlangt werden, oder auf der Grundlage von Phaseninformationen erzeugt, die auf der Grundlage der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstroms des Stromrichters und Schaltungskonstanten einer Wechselstromschaltung geschätzt werden.
Eine typische elektromotorische Last auf der Wechselstromschaltungsseite ist ein Synchronmotor, wobei eine Hall-Vorrichtung, ein Codierer, ein Drehmelder oder dergleichen als ein Magnetpolpositionssensor verwendet wird, um die Phaseninformationen der elektromotorischen Kraft in der Stromrichteransteuerung insbesondere eines Permanentmagnet-Synchronmotors oder eines bürstenlosen Gleichstrommotors zu erlangen. Steuermodi zum Erfassen solcher Magnetpolpositionsinformationen können leicht mit einem hocheffizienten Betrieb und einer schnellansprechenden Regelung umgehen, wobei jedoch Probleme bezüglich der Zuverlässigkeit, der Bearbeitbarkeit, der Preise und dergleichen auftreten, da ein Magnetpolpositionssensor erforderlich ist.
Andererseits wurden verschiedene Techniken vorgeschlagen, um die Position des Rotors anhand von Informationen der Spannung und des Stroms eines Motors mittels Berechnung indirekt zu steuern, ohne einen solchen Magnetpolpositionssensor zu verwenden. Zum Beispiel wurden Techniken auf der Grundlage der Erfassung einer induzierten elektromotorischen Kraft eines Motors durch Rechteckstromansteuerung, Techniken auf der Grundlage der Erfassung der Spannung, wenn ein Nulldurchgang des Stroms bei sinusförmiger Stromansteuerung erfasst wird (siehe z. B. Patentdokument 1), Techniken auf der Grundlage einer V/f-Konstantregelung (siehe z. B. Patentdokument 2), und Techniken mit einer Schwingungsunterdrückungsfunktion, die der V/f-Konstantregelung hinzugefügt ist (siehe z. B. Patentdokumente 3 und 4), vorgeschlagen oder in der Praxis verwendet. Obwohl der Positionssensor eliminiert werden kann, weisen jedoch herkömmliche Steuermodi Probleme auf, da Schaltungskonstanten eines Motors in ein Steuersystem eingebaut werden müssen, wobei solche herkömmlichen Steuermodi anfällig für Übergangsänderungen sind, und wobei das Steuersystem komplizierter wird, und dergleichen.
Obwohl ein Induktionsmotor ebenfalls als eine Last mit elektromotorischer Kraft betrachtet wird, kann der Induktionsmotor im Vergleich zum Synchronmotor ohne Erfassung der Phaseninformationen der elektromotorischen Kraft betrieben werden, so dass die Drehzahlregelung relativ leicht mittels der V/f-Konstantregelung und dergleichen durchgeführt werden kann. Die V/f-Konstantregelung ist keine E/f-Konstantregelung, und somit ergeben sich Probleme eines geringeren Drehmoments und im Wesentlichen des Ansprechverhaltens während eines Niedrigdrehzahlbetriebs. Eine Schlupffrequenzregelungstyp-Vektorreglung oder dergleichen wird verwendet, um ein schnelles Ansprechverhalten sicherzustellen, jedoch bestehen mit den Regelsystem, dass durch Eingliedern von Schaltungskonstanten und Integrieren des Induktionsmotors und der Regelvorrichtung konfiguriert ist, die Probleme, dass die Systemkonfiguration komplizierter wird und ihre Antworteigenschaften durch die Schaltungskonstanten beeinflusst werden.
Wenn andererseits ein Wechselstromgenerator oder eine Netzstromversorgung mit der Wechselstromseite verbunden ist und ein Stromrichter verwendet wird, um eine Gleichrichtungsoperation oder eine Verbindungsoperation von einer Gleichstromversorgung zu einem Wechselstromsystem zu bewerkstelligen, ist im allgemeinen ein Phasendetektor einer Stromversorgungsspannung notwendig, um ein Steuersignal synchron mit der Stromversorgungsspannung zu erzeugen. Dies führt jedoch zu einer geringeren Zuverlässigkeit auf Grund eines komplizierteren Steuersystems, die durch eine zusätzliche Notwendigkeit eines Wechselstromversorgungsspannungsdetektors verursacht wird.
Obwohl eine Steuerungstechnik zum Bewerkstelligen einer Gleichrichtungsoperation oder einer Stromrichteroperation zur Durchführung mittels Berechnung mit der erfassten Spannung und dem Strom des Stromrichters ohne Verwendung irgendeines Phasendetektors der Stromversorgungsspannung bekannt ist, ist auf Grund der Verwendung der Schaltungskonstanten (wie z. B. der Impedanz und der magnetischen Flussdichte eines Motors) eine komplizierte Berechnungsverarbeitung erforderlich. Ferner besteht das Problem, dass es z. B. schwierig ist, große Schwankungen der Stromversorgungsfrequenz zu handhaben.

Patentdokument 1: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H5-236789
Patentdokument 2: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-232800
Patentdokument 3: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-236694
Patentdokument 4: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-204694

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der obigen Probleme erdacht, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Stromwandlungssteuervorrichtung, ein Stromwandlungssteuerverfahren und ein Stromwandlungssteuerprogramm zu schaffen, die eine Steuerung einer Stromwandlungseinheit, wie z. B. eines Stromrichters, leicht mit hoher Genauigkeit durchführen können und in einem weiten Bereich von Anwendungsgebieten verwendet werden können.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die obigen Probleme zu lösen und die obigen Aufgaben zu lösen, steuert eine Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Stromwandlungseinheit, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer Wechselstromschaltung angeschlossen ist, die eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält, um Strom zwischen der Gleichstromseite und der Wechselstromseite mit einer Schaltvorrichtung auszutauschen, auf der Grundlage eines Erfassungssignals, das von einem Stromdetektor anhand eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms erfasst wird. Die Stromwandlungssteuervorrichtung enthält eine Frequenzberechnungseinheit, die eine Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit bestimmt, um ein Betriebsfrequenzsignal auszugeben, eine Integralberechnungseinheit, die ein Phasenwinkelsignal durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit berechnet, um das Phasenwinkelsignal auszugeben, eine Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die einen Biaxialstrom einer Wirkkomponente und einer Blindkomponente durch orthogonale biaxiale Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit berechnet, um den Biaxialstrom auszugeben, eine Biaxialstromeinstelleinheit, die einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert auszugeben, eine Biaxialstromregeleinheit, die eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit und demjenigen der Biaxialstromeinstelleinheit berechnet, um einen Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben, und eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit, die ein PWM-Signal erzeugt, dass die Stromwandlungseinheit auf der Grundlage des Ausgangs der Biaxialstromregeleinheit und des Phasen winkelsignals der Integralberechnungseinheit steuert, wobei die Frequenzberechnungseinheit die Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit so bestimmt, dass sie den Amplitudensollwert, der einer Blindkomponente des Stroms entspricht, unter den Amplitudensollwerten, die von der Biaxialstromregeleinheit ausgegeben werden, gegen 0 führt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wählt in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Frequenzberechnungseinheit unter den Amplitudensollwerten, die von der Biaxialstromregeleinheit ausgegeben werden, einen Wert, der durch Multiplizieren des Amplitudensollwertes, der der Wirkkomponente des Stroms entspricht, mit einem Verstärkungsfaktor erhalten wird, einen Wert, der durch Multiplizieren eines zeitschwankungsreduzierten Wertes des Amplitudensollwertes, der der Wirkkomponente des Stroms entspricht, mit dem Verstärkungsfaktor erhalten wird, oder einen zeitschwankungsreduzierten Wert des mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes als die Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit aus.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Frequenzberechnungseinheit eine Impedanzkompensationseinheit, die einen Kompensationswert zum Kompensieren eines stationären oder vorübergehenden Spannungsabfalls in einem Leitungsimpedanzabschnitt, wenn sich der Amplitudensollwert entsprechend der Wirkkomponente des Stroms unter dem Amplitudensollwerten, die von der Biaxialstromsteuereinheit ausgegeben werden, ändert, ausgibt, wobei ein Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren eines addierten Wertes des Amplitudensollwertes entsprechend der Wirkkomponente des Stroms oder eines zeitschwankungsreduzierten Wertes des Amplitudensollwertes und einem Ausgang der Impedanzkompensationseinheit mit einem Verstärkungsfaktor, oder ein zeitschwankungsreduzierter Wert des mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes als Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit ausgewählt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Impedanzkompensationseinheit den Kompensationswert auf der Grundlage der Wirkkomponente des Stroms oder eines Sollwerts der Wirkkomponente des Stroms.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Impedanzkompensationseinheit den Kompensationswert durch Reduzieren der Zeitschwankungen der Wirkkomponente des Stroms oder des Sollwertes der Wirkkomponente des Stroms.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Impedanzkompensationseinheit den Kompensationswert unter Verwendung des Amplitudensollwertes, der der Blindkomponente des Stroms entspricht, unter den von der Biaxialstromsteuereinheit ausgegebenen Amplitudensollwerten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wählt in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Frequenzberechnungseinheit einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren einer Konstanten mit einem Verstärkungsfaktor, als Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit aus.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Stromwandlungssteuervorrichtung eine Ausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die eine Biaxialspannung mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation aus einer Ausgangsspannung der Stromwandlungseinheit und dem Phasenwinkelsignal der Integralberechnungseinheit berechnet, um ein Signal auszugeben, das dem von der Biaxialstromsteuereinheit für jede biaxiale Komponente ausgegebenen Amplitudensollwert entspricht, wobei die Frequenzberechnungseinheit den Amplitudensollwert durch den Signalwert der Ausgangsspannungs-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit für jede Biaxialkomponente ersetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Wirkkomponente des Stroms unter Verwendung der Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit, die von der Frequenzberechnungseinheit ausgegeben wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Wirkkomponente des Stroms unter Verwendung eines Gleichstromseite-Spannungswertes der Stromwandlungseinheit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in der Stromwandlungssteuervorrichtung ein Leistungsfaktor durch Anpassen des Sollwertes der Blindkomponente des Stroms der Biaxialstromeinstelleinheit willkürlich festgelegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Blindkomponente des Stroms als einen Wert so, dass der Leistungsfaktor an einem Ausgangsende der Stromwandlungseinheit gleich 1 wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Blindkomponente des Stroms als einen Wert so, dass der Leistungsfaktor an einem Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle-Ende der Wechselstromschaltung gleich 1 wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Wechselstromschaltung eine Schaltung, die eine oder mehrere Wechselstrommaschinen enthält.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Wechselstrommaschine eine Synchronmaschine, eine Reluktanzmaschine, eine Induktionsmaschine oder eine Induktionssynchronmaschine.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in der Stromwandlungssteuervorrichtung eine Magnetisierung oder Entmagnetisierung eines Magnetfeldes durch Anpassen des Sollwertes des Biaxialstroms der Biaxialstromeinstelleinheit hervorgerufen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Stromwandlungssteuervorrichtung ein öffentliches Stromnetz, ein wechselstromseitiger Ausgang einer anderen Stromwandlungseinheit oder eine Wechselstromlast, die einen Kondensator enthält, als eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle der Wechselstromschaltung angeschlossen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Stromwandlungssteuervorrichtung die Stromwandlungseinheit ein Stromrichter, der Gleichstrom im Wechselstrom wandelt, oder ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der Wechselstrom in Gleichstrom wandelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Medium auf, das programmierte Befehle zum Steuern einer Stromwandlungseinheit enthält, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer Wechselstromschaltung angeschlossen ist, welche eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mit einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines Erfassungssignals, das von einem Stromdetektor anhand eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Strom erfasst wird, auszutauschen, wobei die Befehle dann, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, als Frequenzberechnungseinheit, die eine Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit so bestimmt, dass ein Amplitudensollwert entsprechend einer Blindkomponente des Stroms unter den Amplitudensollwerten gegen 0 geführt wird, als Integralberechnungseinheit, die ein Phasenwinkelsignal durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit berechnet, um das Phasenwinkelsignal auszugeben, als Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die einen Biaxialstrom einer Wirkkomponente und einer Blindkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit berechnet, um den Biaxialstrom auszugeben, als Biaxialstromeinstelleinheit, die einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert auszugeben, eine Biaxialstromregeleinheit, die eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit und demjenigen der Biaxialstromeinstelleinheit berechnet, um den Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben, und als PWM-Signal-Erzeugungseinheit zu dienen, die ein PWM-Signal erzeugt, das die Stromwandlungseinheit auf der Grundlage des Ausgangs der Biaxialstromsteuereinheit und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit steuert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steuert ein Stromwandlungssteuerverfahren eine Stromwandlungseinheit, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer Wechselstromschaltung angeschlossen ist, welche eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mit einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines von einem Stromdetektor erfassten Erfassungssignals eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms auszutauschen. Das Stromwandlungssteuerverfahren enthält einen Frequenzberechnungsschritt des Bestimmens einer Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit, um somit einen Amplitudensollwert entsprechend einer Blindkomponente des Stroms unter den Amplitudensollwerten gegen 0 zu führen, einen Integralberechnungsschritt des Berechnens eines Phasenwinkelsignals mittels Integration der Ausgabe des Frequenzberechnungsschritts, um das Phasenwinkelsignal auszugeben, einen Orthogonal-Biaxial-Transformationsschritt des Berechnens eines Biaxialstroms einer Wirkkomponente und einer Blindkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals beim Integralberechnungsschritt, um den Biaxialstrom auszugeben, einen Biaxialstromeinstellschritt des Bestimmens eines Sollwerts des Biaxialstroms um den Sollwert auszugeben, einen Biaxialstromregelschritt des Berechnens einer Fehlergröße aus einer Differenz zwischen der Ausgabe beim Orthogonal-Biaxial-Transformationsschritt und derjenigen beim Biaxialstromeinstellschritt, um den Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben, und einen PWM-Signal-Erzeugungsschritt des Erzeugens eines PWM-Signals, das die Stromwandlungseinheit auf der Grundlage der Ausgabe beim Biaxialstromeinstellschritt und des Phasenwinkelsignals beim Integralberechnungsschritt steuert.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine Stromwandlungssteuervorrichtung eine Stromwandlungseinheit, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer Wechselstromschaltung angeschlossen ist, welche eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mit einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines von einem Stromdetektor erfassten Erfassungssignals eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms auszutauschen. Die Stromwandlungssteuervorrichtung enthält eine Frequenzberechnungseinheit, die eine Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit bestimmt, um ein Betriebsfrequenzsignal auszugeben, eine Integralberechnungseinheit, die ein Phasenwinkelsignal durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit bestimmt, um das Phasenwinkelsignal auszugeben, eine Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die einen Biaxialstrom einer Wirkkom ponente und einer Blindkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit berechnet, um dem Biaxialstrom auszugeben, eine Biaxialstromeinstelleinheit, die einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert auszugeben, eine Biaxialstromregeleinheit, die eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit und demjenigen der Biaxialstrom-Einstelleinheit berechnet, um einen Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben, und eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit, die ein PWM-Signal erzeugt, um die Stromwandlungseinheit auf der Grundlage des Ausgangs der Biaxialstromregeleinheit und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit zu steuern, wobei die Frequenzberechnungseinheit die Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit so bestimmt, dass der Amplitudensollwert entsprechend einer Blindkomponente des Stroms unter den Amplitudensollwerten, die von der Biaxialstromregeleinheit ausgegeben werden, gegen 0 geführt wird. Dies ergibt daher die Möglichkeit, eine Stromwandlungssteuervorrichtung zu schaffen, die einen Wechselstrom erfassen kann, ohne direkt die Phase einer Elektromotorikkraft-Quelle einer Wechselstromschaltung mittels eines Sensors oder dergleichen zu erfassen, die Stromwandlungseinheit ohne Verwendung der Schaltungskonstanten steuern kann, die Stromwandlungseinheit, wie z. B. einen Stromrichter, leicht mit hoher Genauigkeit steuern kann, und in einem weiten Bereich von Anwendungsgebieten verwendet werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Basisblockdiagramm einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
2-1 ist ein Blockdiagramm einer biaxialen Darstellung der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
2-2 ist ein Steuersequenzdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Diagramm einer Einzelphasen-Basisäquivalenzschaltung der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Diagramm der Beziehungen (unter Berücksichtung des Schaltungswiderstands) zwischen Biaxialspannungsvektoren Vδ und Vγ, Biaxialstromvektoren Iδ und Iγ und einer Wechselstrom-Elektromotorikkraft E_a der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Diagramm der Beziehungen (ohne Berücksichtung des Schaltungswiderstands) zwischen den Biaxialspannungsvektoren Vδ und Vγ, den Biaxialstromvektoren Iδ und Yγ und der Wechselstrom-Elektromotorikkraft E_a der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Diagramm der Beziehungen zwischen den Phasenwinkeln und den δ-γ-Achse-Komponenten in der Rotationskoordinatentransformation der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Blockdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der eine Frequenzberechnungseinheit ein Tiefpassfilter (LPF) enthält;
8 ist ein Blockdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der die Frequenzberechnungseinheit eine Impedanzkompensationseinheit enthält;
9 ist ein Blockdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der Iδ in die Impedanzkompensationseinheit eingegeben wird;
10 ist ein Blockdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der Vγ in die Impedanzkompensationseinheit eingegeben wird;
11 ist ein Blockdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der eine Stromrichterausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit vorgesehen ist;
12 ist ein Blockdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der eine Betriebsfrequenz des Stromrichters in eine Biaxialstromeinstelleinheit eingegeben wird;
13 ist ein Blockdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der eine Gleichspannung des Stromrichters in die Biaxialstromeinstelleinheit eingegeben wird;
14 ist ein Diagramm der Beziehungen zwischen Spannungs- und Stromvektoren während eines Betriebs mit Leistungsfaktor 1 an einem Ausgangsende des Stromrichters der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
15 ist ein Diagramm der Beziehungen zwischen Spannungs- und Stromvektoren während des Betriebs mit Leistungsfaktor 1 an einem Elektromotorikkraft-Ende einer Wechselstromschaltung der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
16 ist ein Diagramm einer Einzelphasen Äquivalenzschaltung, wenn eine eine Erregungsschaltung verwendende Elektromotorikkraft-Quelle mit der Wechselstromschaltung verbunden ist;
17 ist ein Diagramm der Spannungs- und Stromvektoren, wenn die die Erregungsschaltung verwendende Elektromotorikkraft-Quelle mit der Wechselstromschaltung verbunden ist;
18 ist ein Diagramm der Spannungs- und Stromvektoren während des Betriebs mit Leistungsfaktor 1 am Elektromotorikkraft-Ende, wenn die die Erregungsschaltung verwendende Elektromotorikkraft-Quelle mit der Wechselstromschaltung verbunden ist;
19 ist ein Diagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung, in der mehrere Stromrichter angeschlossen sind;
20 ist ein Diagramm einer Einzelphasen-Äquivalenzschaltung, wenn eine einen Kondensator enthaltende Wechselstromlast mit der Wechselstromschaltung verbunden ist;
21 ist ein Diagramm der Spannungs- und Stromvektoren während des Betriebs mit Leistungsfaktor 1 an einem Kondensatorende, wenn die den Kondensator enthaltende Wechselstromlast mit der Wechselstromschaltung verbunden ist;
22 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 1, wenn ein Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
23 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse für das Blockdiagramm des Beispiels 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
24 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse der Übergangsphase-Folgesteuerung für das Blockdiagramm des Beispiel 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
25 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse der Phasenfolgesteuerung mittels Vδ für das Blockdiagramm des Beispiels 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
26 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse des Beispiels 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
27 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse des Beispiels 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
28 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse bei Iγ* = 0 A in Beispiel 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
29 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse bei Iγ* = 1,0 A in Beispiel 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
30 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse bei Iγ* = –1,0 A in Beispiel 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
31 ist ein Diagramm der Experimentalkennlinien des Beispiels 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
32 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse bei Iγ* = 0 A und Nenn-Gleichspannung in Beispiel 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
33 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse bei Iγ* = 0 A und erhöhter Gleichspannung in Beispiel 1, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
34 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse, wenn eine Entmagnetisierungsoperation bei Nenn-Gleichspannung im Beispiel 1 durchgeführt wird, während der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
35 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse, wenn ein Lastdrehmoment plötzlich zwischen Volllast und Nulllast in Beispiel 1 verändert wird, während der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
36-1 ist ein Diagramm eines Stromwandlungssystems im Beispiel 1, wenn mehrere Synchronmotoren angetrieben werden;
36-2 ist ein Diagramm der Operationswellenformen, wenn Synchronmotoren unterschiedliche Nennwerte in dem in 36-1 gezeigten Stromwandlungssystem aufweisen;
36-3 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse, wenn Synchronmotoren das gleiche Lastdrehmoment in dem in 36-1 gezeigten Stromwandlungssystem aufweisen;
36-4 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse, wenn Synchronmotoren unterschiedliche Lastdrehmomente in dem in 36-1 gezeigten Stromwandlungssystem aufweisen;
37 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 2, wenn der Synchronmotor mit einer Wechselstromschaltung in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
38 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse für das Blockdiagramm des Beispiels 2, wenn der Synchronmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
39 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 3, wenn der Synchronmotor mit einer Wechselstromschaltung in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
40 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 4, wenn der Induktionsmotor mit einer Wechselstromschaltung in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
41 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse für das Blockdiagramm des Beispiels 4, wenn der Induktionsmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
42 ist ein Diagramm der Experimentalergebnisse des Beispiels 4, wenn der Induktionsmotor mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
43-1 ist ein Diagramm eines Stromwandlungssystems, wenn mehrere Induktionsmotoren in dem System in Beispiel 4 angetrieben werden;
43-2 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse, wenn Induktionsmotoren das gleiche Lastdrehmoment in dem in 43-1 gezeigten Stromwandlungssystem aufweisen;
43-3 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse, wenn Induktionsmotoren unterschiedliche Lastdrehmomente in dem in 43-1 gezeigten Stromwandlungssystem aufweisen;
44 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 5, wenn der Induktionsmotor mit einer Wechselstromschaltung in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
45 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 6, wenn die Wechselstromversorgung mit einer Wechselstromschaltung verbunden ist und die Gleichstromversorgung mit einer Gleichstromschaltung verbunden ist, in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
46 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse für das Blockdiagramm des Beispiels 6, wenn die Wechselstromversorgung mit der Wechselstromschaltung verbunden ist und die Gleichstromversorgung mit der Gleichstromschaltung verbunden ist, in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
47 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse, wenn die Wechselstromversorgung im Blockdiagramm des Beispiels 6 abgetrennt ist, während die Wechselstromversorgung mit der Wechselstromschaltung verbunden ist und die Gleichstromversorgung mit der Gleichstromschaltung verbunden ist, in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
48 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 7, wenn die Wechselstromversorgung mit einer Wechselstromschaltung verbunden ist und die Gleichstromversorgung mit einer Gleichstromschaltung verbunden ist, in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
49 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 8, wenn die Wechselstromversorgung mit einer Wechselstromschaltung verbunden ist und die Gleichstromversorgung mit einer Gleichstromschaltung verbunden ist, in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
50 ist ein Diagramm der Versuchsergebnisse des Beispiels 7, wenn die Wechselstromversorgung mit der Wechselstromschaltung verbunden ist und ein Widerstand mit der Gleichstromschaltung als Gleichstromlast in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
51 ist ein Blockdiagramm des Beispiels 9, wenn eine einen Kondensator enthaltende Wechselstromlast mit einer Wechselstromschaltung in einer Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist; und
52 ist ein Diagramm der Simulationsanalyseergebnisse für das Blockdiagramm des Beispiels 9, wenn die den Kondensator enthaltende Wechselstromlast mit der Wechselstromschaltung in der Stromwandlungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHEN

1: Gleichstromschaltung
1a: Gleichstromversorgung
1b: Gleichstromlast
2: Stromrichter
3: Wechselstromschaltung (die eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält)
3b: Synchronmotor
3c: Induktionsmotor
3d: Wechselstromversorgung
3e: Wechselstromschaltung (die einen Kondensator enthält)
4: Stromdetektor
5: Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit
5a: Rotationskoordinatentransformationseinheit
6: Biaxialstromeinstelleinheit
7: Biaxialstromregeleinheit
8: Frequenzberechnungseinheit
8a: Verstärkungsfaktorsteuereinheit
8b: Impedanzkompensationseinheit
8c: LPF (Tiefpassfilter)
9: Integralberechnungseinheit
10: PWM-Signal-Erzeugungseinheit
11: Drehzahlwandlungseinheit
12: Drehzahlregeleinheit
13: Drehzahleinstelleinheit
14: Magnetflusssteuereinheit
15: Spannungsdetektor
17: Gleichspannungseinstelleinheit
18: Blindstromsteuereinheit
20: Stromrichtersteuereinheit
21: Wechselstromseitigerspannungsdetektor
22: Stromrichterausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit
30: Gemeinsamer Bus
31: Verbindende Drosselspule
100: Stromwandlungssteuervorrichtung

BESTE MODI ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen einer Stromwandlungssteuervorrichtung, eines Stromwandlungssteuerverfahrens und eines Stromwandlungssteuerprogramms gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch solche Ausführungsformen beschränkt. Komponenten in den nachfolgend gezeigten Ausführungsformen enthalten diejenigen, die von einem Fachmann leicht erkannt werden können, oder sind im Wesentlichen hierzu identisch. Indessen wird hier angenommen, dass eine Stromwandlungseinheit, die Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom austauscht, einen Stromrichter enthält, der Gleichstrom in Wechselstrom wandelt, und einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der Wechselstrom in Gleichstrom wandelt. Obwohl Stromrichter in den folgenden Ausführungsformen hauptsächlich beispielhaft als Stromwandlungseinheit dargestellt sind, ist die vorliegende Erfindung auch auf Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler anwendbar.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Diagramm einer Basiskonfiguration einer Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird verwendet, um einen Stromrichter zu steuern, der eine Stromwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchführt, wenn eine Wechselstromschaltung eine Elektromotorikkraft-Quelle aufweist.
In 1 ist das Bezugszeichen 1 eine Gleichstromschaltung, das Bezugszeichen 2 ist ein Stromrichter, der zwischen der Gleichstromschaltung 1 und eine Wechselstromschaltung 3 angeschlossen ist, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mittels einer Schaltvorrichtung auszutauschen, das Bezugszeichen 3 ist die Wechselstromschaltung, die die Elektromotorikkraft-Quelle enthält (im Folgenden auch als "Wechselstromschaltung" bezeichnet), und das Bezugszeichen 100 ist eine Stromwandlungssteuervorrichtung. In den folgenden Ausführungsformen ist das Bezugszeichen 2 als Stromrichter dargestellt, jedoch kann das Bezugszeichen 2 auch ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler sein, der eine Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung durchführt, in Abhängigkeit von den Typen der angeschlossenen Gleichstromschaltung 1 und Wechselstromschaltung 3.
Die Gleichstromschaltung 1 ist eine Schaltung, die eine Gleichstromversorgung, eine Gleichstromlast oder einen Kondensator enthält. Die Wechselstromschaltung 3 enthält eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle und ist eine Wechselstromschaltung mit einer Elektromotorikkraft-Quelle, wie z. B. einem Wechselstrommotor, einem Wechselstromgenerator, einer Wechselstromversorgung und einer einen Kondensator enthaltenden Last.
Die Stromwandlungssteuervorrichtung 100 enthält einen Stromdetektor 4, der einen durch die Wechselstromschaltung 3 fließenden Strom erfasst, um ein Erfassungssignal auszugeben, sowie eine Strom richtersteuereinheit 20, die den Stromrichter 2 auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors 4 steuert.
Die Stromwandlersteuereinheit 20 enthält eine Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 5, eine Biaxialstromeinstelleinheit 6, eine Biaxialstromregeleinheit 7, eine Frequenzberechnungseinheit 8, eine Integralberechnungseinheit 9 und eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10. Die Stromrichtersteuereinheit 20 kann mittels eines Mikrocomputers, DSP oder dergleichen konfiguriert sein, wobei ein Stromwandlungssteuerprogramm von einem Computer ausgeführt werden kann, um Funktionen der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 5, der Biaxialstromeinstelleinheit 6, der Biaxialstromregeleinheit 7, der Frequenzberechnungseinheit 8, der Integralberechnungseinheit 9 und der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 zu implementieren.
Die Frequenzberechnungseinheit 8 bestimmt eine Betriebsfrequenz des Stromrichters 2, um ein Betriebsfrequenzsignal ω_e auszugeben. In diesem Fall bestimmt die Frequenzberechnungseinheit 8 das Betriebsfrequenzsignal ω_e des Stromrichters 2 derart, dass der Amplitudensollwert, der einer Blindkomponente des Stroms entspricht, unter den Amplitudensollwerten, die von der Biaxialstromsteuereinheit 7 ausgegeben werden, gegen 0 geführt wird. Einzelheiten dieses Prinzips werden später beschrieben.
Die Integralberechnungseinheit 9 berechnet ein Phasenwinkelsignal θ_e durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit 8 und gibt das Phasenwinkelsignal θ_e aus. Die Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 5 berechnet einen Biaxialstrom einer Wirkkomponente und einer Blindkomponente durch Orthogonal-Biaxial-Transformation aus dem Erfassungssignal des Stromdetektors 4 und dem Phasenwinkelsignal θ_e der Frequenzberechnungseinheit 8, um den Biaxialstrom auszugeben. Die Biaxialstromeinstelleinheit 6 bestimmt einen Sollwert des Biaxialstroms, um den Sollwert auszugeben. Die Biaxialstromregeleinheit 7 berechnet eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 5 und demjenigen der Biaxialstromeinstelleinheit 6, um einen Amplitudensollwert gemäß der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben. Die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 erzeugt ein PWM-Signal, das ein Steuersignal ist, dass dem Stromrichter 2 bereitgestellt werden soll, auf der Grundlage des Ausgangs der Biaxialstromsteuereinheit 7 und des Phasenwinkelsignals θ_e der Integralberechnungseinheit 9, um das PWM-Signal dem Stromrichter 2 zuzuführen.
2-1 ist ein Diagramm der Konfiguration der Stromwandlungssteuervorrichtung, die eine Frequenzberechnung unter Verwendung eines Amplitudensollwerts (eines Stromrichterspannungssollwerts in einem breiten Sinn) in der Stromwandlungssteuervorrichtung in 1 durchführt. In 2-1 sind gleiche Bezugszeichen den Komponenten zugeordnet, die Funktionen äquivalent zu denjenigen der Komponenten in 1 aufweisen, um eine Beschreibung gemeinsamer Abschnitte wegzulassen. Die Stromwandlungssteuervorrichtung 100 in 2-1 zeigt ein konkretes Konfigurationsbeispiel, wenn eine dreiphasige (UVW) Wechselstromlast, die eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält, mit der Wechselstromschaltung 3 in der Stromwandlungssteuervorrichtung in 1 verbunden ist. Der Stromrichter 2 ist ein Dreiphasen-Stromrichter und kann mittels einer Brückenschaltung konfiguriert sein, die eine Schaltvorrichtung, wie z. B. einen IGBT, enthält.
In 2-1 erfasst der Stromdetektor 4 wenigstens zwei Phasen des durch die Wechselstromschaltung 3 fließenden Stroms als Erfassungssignal. Eine Rotationskoordinatentransformationseinheit 5a, die die Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit ist, führt eine δ-γ-Transformation eines vom Stromdetektor 4 erfassten Erfassungssignals durch, wobei die Wirkkomponente auf eine δ-Achse-Komponente gesetzt wird und die Blindkomponente auf eine γ-Achse-Komponente gesetzt wird, synchron mit der Betriebsfrequenz des Stromrichters 2, um transformierte Biaxialgrößen Iγ und Iδ an die Biaxialstromregeleinheit 7 auszugeben. Die Biaxialstromregeleinheit erzeugt Biaxialsteuerspannungen des Stromrichters 2, d. h. Amplitudensollwerte Vγ und Vδ des Stromrichters 2 über zwei Sätze von Stromreglern 1 und 2, die in der Biaxialstromregeleinheit 7 enthalten sind, derart, dass die transformierten Biaxialgrößen Iγ und Iδ zu den von der Biaxialstromeinstelleinheit 6 ausgegebenen Biaxialstromsollwerten Iγ* und Iδ* passen.
Die Frequenzberechnungseinheit 8 (Verstärkungsfaktorsteuereinheit 8a) bestimmt das Betriebsfrequenzsignal ω_e des Stromrichters 2 derart, dass der uniaxiale Spannungswert Vγ der Amplitudensollwerte Vγ und Vδ gleich 0 wird, wobei die Integralberechnungseinheit 9 das Betriebsphasenwinkelsignal θ_e des Stromrichters 2 durch Integrieren des Betriebsfrequenzsignals ω_e erlangt, um die Rotationskoordinatentransformation des Wechselstroms durchzuführen, und ferner die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 veranlasst, ein PWM-Signal (v_u, v_v, v_w), das ein Steuersignal des Stromrichters 2 ist, mittels Trigonometrie oder dergleichen aus den Biaxialspannungswerten Vγ und Vδ zum Betreiben des Stromrichters 2 zu erzeugen. Dementsprechend wird es möglich, den Leistungsaustausch zwischen Wechselstrom und Gleichstrom nur durch Erfassungskontrolle des durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms zu steuern, ohne Phaseninformationen einer Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle der Wechselstromschaltung 3 mittels eines Sensors zu erlangen und Schaltungskonstanten zu verwenden.
Als nächstes wird das Steuerprinzip des Stromrichters in der Stromwandlungssteuervorrichtung der obigen Konfiguration genauer beschrieben. 2-2 ist ein Steuersequenzdiagramm der Stromwandlungssteuervorrichtung in 2-1. 3 ist ein Diagramm einer Einzelphasen-Äquivalenzschaltung, wenn ein Synchronmotor und eine Wechselstromversorgung als ein Beispiel verbunden sind, bei dem eine Elektromotorikkraft-Quelle in der Wechselstromschaltung 3 enthalten ist. In 3 bezeichnet R einen Schaltungswiderstand, L bezeichnet eine Schaltungsinduktivität und E_a bezeichnet eine Transformationsgröße der Rotationskoordinaten einer Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle ea. Hierbei ist die Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle proportional zur Winkelfrequenz ω, wenn ein Motor angeschlossen ist, jedoch nimmt die Spannung einen näherungsweise konstanten Wert an, wenn ein öffentliches Wechselstromnetz angeschlossen ist. Die Rotationskoordinatentransformation unter der Formel (1) auf der Grundlager einer Schaltungsgleichung der Äquivalenzschaltung der 3 liefert die im folgenden gezeigte Formel (2).
[Formel 1]

θ = ∫ωdt (1)

[Formel 2]
Hierbei ist Vδ eine Spannungssollwertkomponente proportional zu einem Ausgangsspannungsvektor des Stromrichters 2, Vγ ist eine Spannungssollwertkomponente orthogonal zu dieser Achse, Iδ ist die Wirkkomponente des Stroms eines Stromvektors, und Iδ ist die Blindkomponente des Stroms. β ist ein Winkel der Phasendifferenz zwischen dem Ausgangsspannungsvektor Vδ des Stromrichters 2 und einem Spannungsvektor E_a der Wechselstrom-Elektromotorikkraft. Da in einem stationären Zustand in Formel (2) die Differenzialausdrücke gleich 0 sind, wird die im folgenden gezeigte Formel (3) erhalten.
[Formel 3]

Vγ = RIγ – ωLtδ + Easinβ Vδ = RIδ + ωLIγ + Eacosβ (3)

4 zeigt ein Vektordiagramm, wenn die Komponentenspannung Vγ der γ-Achse gleich 0 in einem stationären Zustand mit den Biaxialkomponentenspannungen Vδ und Vγ, den Biaxialkomponentenströmen Iδ und Iγ und der Wechselstrom-Elektromotorikkraft E_a auf der Grundlage der Formel (3) ist. Hierbei sei angenommen, dass die Koordinatenachsen der Biaxialkomponentenspannungen Vδ und Vγ die δ-Achse und γ-Achse sind, der Spannungsvektor E_a der Wechselstrom-Elektromotorikkraft die q-Achse ist, und eine Magnetflussachse orthogonal zur q-Achse die d-Achse ist. Hierbei bezeichnet β einen Phasenwinkel zwischen zwei Koordinatenachsen. 5 zeigt ein Vektordiagramm, wenn ein Spannungsabfall am Schaltungswiderstand ignoriert wird. Wenn nun so gesteuert wird, dass Iγ = 0 und Iδ = konst. gilt, dann wird die Formel (3) weiter zu der im folgenden gezeigten Formel (4) vereinfacht.
[Formel 4]

Yγ = –ωLIδ + Easinβ Vδ = RIδ + Eacosβ (4)

Wenn hierbei so gesteuert wird, das Vδ = 0 gilt, kann die im folgenden gezeigte Formel (5) aus der Formel (4) erhalten werden.
[Formel 5]
Zu diesem Zeitpunkt ist die Leistung P_a vom Stromrichter 2 durch die im folgenden gezeigte Formel (6) gegeben, die durch eine Sinuswellenfunktion eines Winkels der Phasendifferenz oder eines Lastwinkels β repräsentiert wird.
[Formel 6]
Wenn der Winkel der Phasendifferenz (oder der Lastwinkel) β klein ist, kann die Formel (4) durch die im folgenden gezeigte Formel (7) genähert werden.
[Formel 7]

Vγ ≈ –ωLIδ + Eaβ Vδ ≈ RIδ + Ea (7)

Aus der Vδ-Formel der Formel (7) wird die Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle E_a anhand der im folgenden gezeigten Formel (8) erhalten
[Formel 8]

Ea ≈ Vδ – RIδ (8)

Wenn ferner ein Spannungsabfall RIδ, der durch den Schaltungswiderstand hervorgerufen wird, ignoriert werden kann, wird die Formel (8) zu der im folgenden gezeigten Formel (9).
[Formel 9]

Ea ≈ Vδ (9)

Zu diesem Zeitpunkt wird die Wechselstrom-Elektromotorikkraft E_a vom Ausgangsspannungsvektorwert Vδ genähert. Wenn die Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle sich von einem Wechselstrommotor herleitet, ist die Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle proportional zur Winkelfrequenz ω und durch die im folgenden gezeigte Formel (10) gegeben.
[Formel 10]

Ea = kΨω (10)

Hierbei ist k_ψ eine Proportionalitätskonstante proportional zum magnetischen Fluss. Wenn Vγ = 0 gilt, kann aus den Formeln (7) und (10) der Winkel der Phasendifferenz β durch die im folgenden gezeigte Formel (11) genähert werden.
[Formel 11]

β ≈ (L/kψ )Iδ (11)

Ferner kann aus den Formeln (9) und (10) die Winkelfrequenz ω durch die im folgenden gezeigte Formel (12) genähert werden und ist proportional zu Vδ.
[Formel 12]

ω ≈ Vδ/kψ (12)

Wenn geeigneter proportionaler Verstärkungsfaktor für Vδ gleich K_G ist, kann aus der Formel (12) die Winkelfrequenz ω der Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle grundsätzlich als das im folgenden gezeigte ω betrachtet werden.
[Formel 13]

ωc = KGVδ (13)

Die Integralberechnungseinheit 9 kann einen Rotationsphasenwinkel φ_e des Stromrichters 2 synchron mit dem Rotationsphasenwinkel der Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle gemäß der im folgenden gezeigten Formel (14) und mit der Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters der Formel (13) als Eingabe berechnen.
[Formel 14]

∫ωedt (14)

Wenn hierbei der Rotationsphasenwinkel θ_e, der aus der Frequenzberechnung erhalten wird, nicht mit einem geeigneten Phasenwinkel θ übereinstimmt, der mit dem Rotationsphasenwinkel der Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle synchronisiert ist, erscheint die γ-Achse-Komponentenspannung Vγ des Ausgangsspannungsvektors V des in 6 gezeigten Stromrichters. Diese Vγ nimmt einen negativen Wert an, wenn der Phasenwinkel θ_e, der aus der Berechnung erhalten wird, nacheilt, und einen positiven Wert, wenn der Phasenwinkel voreilt. Der Rotationsphasenwinkel θ_e, der aus der Berechnung erhalten wird, kann somit auf den geeigneten Rotationsphasenwinkel θ geführt werden, in dem der Wert von K_g in der Formel (13) durch einen PI-Regler oder dergleichen auf der Grundlage des Vorzeichens der γ-Achse-Komponentenspannung Vγ so angepasst wird, dass der Wert von Vγ gleich 0 wird.
Die Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthält die Frequenzberechnungseinheit 8, die eine Betriebsfrequenz der Stromrichters 2 bestimmt, um das Betriebsfrequenzsignal ω_e auszugeben, die Integralberechnungseinheit 9, die ein Phasenwinkelsignal θ_e mittels Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit 8 bestimmt, um das Phasenwinkelsignal auszugeben, die Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 5, die einen Biaxialstrom der Wirkkomponente und der Blindkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation aus einem Erfassungssignal des Stromdetektors 4 und dem Phasenwinkelsignal θ_e der Frequenzberechnungseinheit 8 berechnet, um den Biaxialstrom auszugeben, die Biaxialstromeinstelleinheit 6, die einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert des Biaxialstroms auszugeben, die Biaxialstromregeleinheit 7, die eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 5 und demjenigen der Biaxialstromeinstelleinheit 6 berechnet, um einen Amplitudensollwert gemäß der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben, und die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10, die ein dem Stromrichter 2 bereitzustellendes Steuersignal aus den Ausgang der Biaxialstromregeleinheit 7 und dem Phasenwinkelsignal θ_e der Integralberechnungseinheit 9 erzeugt, wobei die Frequenzberechnungseinheit 8 die Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 derart bestimmt, dass der Amplitudensollwert, der der Blindkomponente des Stroms entspricht, unter den Amplitudensollwerten, die von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegeben werden, gegen 0 geführt wird. Somit wird es möglich, den Stromrichter nur durch die Erfassung eines Wechselstroms zu steuern, ohne die Phase einer Elektromotorikkraft-Quelle der Wechselstromschaltung mittels eines Phasenerfassungssensors und unter Verwendung von Schaltungskonstanten zu erfassen, wenn der Stromrichter gesteuert wird, um eine gewünschte Stromwandlung zwischen Wechselstrom und Gleichstrom zu ermöglichen, um den Stromrichter leicht mit hoher Genauigkeit zu steuern und den Stromrichter in einem weiten Bereich von Anwendungsgebieten zu verwenden. Es sei angemerkt, dass die Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform für allgemeine Zwecke verwendet werden kann, da keine Wechselstromschaltungskonstante verwendet wird.
Indessen kann die Frequenzberechnungseinheit 8 einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren der Konstanten mit einem Verstärkungsfaktor, als Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 verwenden. Da der Amplitudensollwert entsprechend der Wirkkomponente des Stroms unter den von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegebenen Amplitudensollwerten einen konstanten Wert annimmt, wenn die Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle eine konstante Frequenz aufweist, wie z. B. ein öffentliches Stromnetz, kann anstelle der Verwendung des Amplitudensollwertes als Eingabe in die Frequenzberechnungseinheit 8 der entsprechende konstante Wert als Eingabe verwendet werden, um ihn mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren, derart, dass der der Blindkomponente des Stroms entsprechende Amplitudensollwert unter den von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegebenen Amplitudensollwerten gleich 0 wird, bevor er als Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 ausgewählt wird. Das Steuersystem kann somit vereinfacht werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform verwendet in der Frequenzberechnungseinheit 8 (Verstärkungsfaktor Steuereinheit 8a) der Stromwandlungssteuervorrichtung in 2-1 einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes unter den von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegebenen Amplitudensollwerten mit einem Verstärkungsfaktor, der erhalten wird durch Multiplizieren eines zeitschwankungsreduzierten Wertes des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes mit einem Verstärkungsfaktor, oder es wird ein zeitschwankungsreduzierter Wert eines solchen mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes als Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 7 ausgewählt.
Genauer wird die Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 durch Multiplizieren des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes mit einem Verstärkungsfaktor unter den von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegebenen Amplitudensollwertes bestimmt. In diesem Fall kann anstelle des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes auch ein zeitschwankungsreduzierter Wert des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes verwendet werden. Anstelle der Verwendung eines solchen mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes als Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 kann auch ein zeitschwankungsreduzierter Wert des mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes als Betriebsfrequenz des Stromrichters 2 bestimmt werden. Die Zeitschwankungsreduzierung zu diesem Zeitpunkt bedeutet die Verhinderung einer Regelinstabilität, wie durch eine schnelle Änderung der Betriebsfrequenz der Wechselstromschaltung 3 im Vergleich zu einem Fall ohne eine solche schnelle Änderung hervorgerufen wird.
7 ist ein Diagramm, das die Stromwandlungssteuervorrichtung beispielhaft zeigt, wenn ein LPF (Tiefpassfilter) in der Frequenzberechnungseinheit 8 vorgesehen ist, um Zeitschwankungen zu reduzieren. In 7 werden Vγ und Vδ von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegeben und enthalten gewisse Welligkeitskomponenten, weshalb dann, wenn die Ausgabe von der Verstärkungsfaktorsteuereinheit 8a direkt als Betriebsfrequenz und Phasensteuerung verwendet wird, was ein Integral derselben ist, Operationen auf Grund eines Einflusses der Welligkeiten instabil werden können. Um den Einfluss der Welligkeitskomponenten zu reduzieren, wird der Ausgang der Verstärkungsfaktorsteuereinheit 8a, nachdem er über ein LPF (Tiefpassfilter) 8c geleitet worden ist, als Betriebsfrequenz und Steuerphasensignal verwendet, was ein Integral derselben ist. Der Filterfaktor des LPF 8c kann z. B. auf k/(1 + τ) gesetzt sein.
Vδ, das von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegeben wird, kann ebenfalls über das LPF (Tiefpassfilter) geführt werden, bevor sie in die Frequenzberechnungseinheit 8 eingegeben wird, um den Einfluss der Welligkeitskomponenten zu reduzieren.
Die Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet unter den von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegebenen Amplitudensollwerten einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes mit einem Verstär kungsfaktor, der erhalten wird durch Multiplizieren eines zeitschwankungsreduzierten Wertes des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes mit einem Verstärkungsfaktor, oder es werden zweitschwankungsreduzierte Werte solcher mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierter Werte als Betriebsfrequenz des Stromrichters 2 ausgewählt, weshalb selbst dann ein stabiler Betrieb durchgeführt werden kann, wenn sich die Betriebsfrequenz der Wechselstromschaltung schnell ändert.
(Dritte Ausführungsform)
8 ist ein Diagramm einer Wechselstromwandlungssteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. In 8 sind die gleichen Bezugszeichen Komponenten zugeordnet, die Funktionen äquivalent zu denjenigen der Komponenten in 2-1 aufweisen, um eine Beschreibung gemeinsamer Abschnitt wegzulassen. Die Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform weist eine Konfiguration auf, in der eine Impedanzkompensationseinheit in der Frequenzberechnungseinheit 8 vorgesehen ist.
In 8 ist die Frequenzberechnungseinheit 8 mit einer Impedanzkompensationseinheit 8b versehen, die einen Kompensationswert zum Kompensieren eines stationären oder vorübergehenden Spannungsabfalls in einem Leitungsimpedanzabschnitt ausgibt, wenn sich ein der Wirkkomponenten des Stroms entsprechender Amplitudensollwert unter dem von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegebenen Amplitudensollwerten ändert. Die Frequenzberechnungseinheit 8 nimmt einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren eines addierten Wertes eines der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes oder eines zeitschwankungsreduzierten Wertes des Amplitudensollwertes mittels z. B. eines (nicht gezeigten) LPF und eines Ausgangs der Impedanzkompensationseinheit 8b mit einem Verstärkungsfaktor oder einem zeitschwankungsreduzierten Wert des mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes mittels z. B. eines LPF, als Betriebsfrequenz des Stromrichters 2 auf.
Der aus dem Formeln (13) und (14) erhaltene Phasenwinkel θ_e kann leicht an den Rotationsphasenwinkel θ der Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle angeglichen werden, wenn der Ausdruck von E_a in der Formel (2) groß ist. Wenn jedoch der Ausdruck von E_a in der Formel (2) kleiner wird, wird es schwieriger, eine Nachführregelung des mittels Berechnung erhaltenen Phasenwinkels θ_e an einem geeigneten Phasenwinkel θ durchzuführen. Somit können die Frequenz-Phasennachführeigenschaften verbessert werden, indem Ausdrücke auf Grund eines Impedanzspannungsabfalls entfernt werden, die in den ersten und zweiten Ausdrücken von Vδ in der Formel (2) gezeigt sind.
Im Folgenden wird ein Impedanzkompensationsverfahren genauer beschrieben. Zuerst wird die δ-Achse-Spannung Vδ, die durch Formel (2) gegeben ist, in die Formel (13) eingesetzt, die eine Beziehung zwischen Vδ und ω_e zeigt, was die im folgenden gezeigte Formel (15) ergibt.
[Formel 15]
Wenn hierbei ein Spannungsabfall und ein Übergangsstrom seitens des Schaltungswiderstandes ignoriert werden können, um Iγ gegen 0 zu steuern, kann die im folgenden gezeigte Formel (16) erhalten werden.
[Formel 16]

ωe ≈ KGEαcosβ (16)

Wenn die Wechselstrom-Elektromotorikkraft als Motor angenommen wird, liefert das Substituieren der Formel (10) die im folgenden gezeigte Formel (17).
[Formel 17]

ωe ≈ KGkψωcosβ (17)

Mit der Formel (17) wird dann, wenn ω_e = ω gilt, die Berechnung des proportionalen Verstärkungsfaktors K_G einen Wert liefern, wie mit der im folgenden gezeigten Formel (18) gezeigt ist.
[Formel 18]

KG ≈ 1/(kψcosβ) (18)

Der Proportionalverstärkungsfaktor K_G in der Formel (18) wird ein Näherungswert des geeigneten Proportionalverstärkungsfaktor K_G in der Formel (13) sein. Wenn in der Formel (15) E_a cosβ groß ist, kann der Spannungsabfall RIδ am Widerstand ignoriert werden, ebenso wie der zweite Ausdruck dIδ/dt, was ein Übergangsausdruck ist, auf Grund eines nahezu stationären Zustands ignoriert werden kann. Der berechnete Phasenwinkel θ_e kann somit an den geeigneten Phasenwinkel θ angeglichen werden, in dem der Proportionalverstärkungsfaktor K_G nahe dem Näherungswert entsprechend der Formel (18) abgestimmt wird, so dass die γ-Achse-Komponentenspannung Vγ des Stromrichterausgangsspannungsvektors V gleich 0 wird.
Wenn in der Formel (15) E_a cosβ klein ist, wächst ein Einfluss des Leitungsimpedanzabfalls der ersten und zweiten Ausdrücke in der Formel (15) und das Verhältnis des vierten Ausdrucks E_a proportional zur Frequenz fällt. Der angemessene Proportionalverstärkungsfaktor K_G muss sich daher signifikant ändern, wobei die Frequenz-Phasennachführeigenschaften mittels der γ-Achse-Komponentenspannung Vδ signifikant verschlechtert werden. Somit können die Frequenz-Phasennachführeigenschaften verbessert werden, in dem eine Größe, die erhalten wird durch Subtrahieren einer Spannung ΔV, die einen stationären/vorübergehenden Leitungsimpedanzspannungsabfall in Vδ der Formel (15) kompensiert, in die Frequenzberechnungseinheit eingegeben wird. Eine Beziehung zwischen ω_e und Vδ für diesen Fall ist durch im folgenden gezeigte Formel (19) gezeigt.
[Formel 19]

(ωe = KG (Vδ – ΔV) (19)

Dementsprechend können die Frequenz-Phasennachführeigenschaften der Frequenz verbessert werden, wenn sich der Amplitudensollwert der Wirkkomponente des Stroms ändert.
Die Impedanzkompensationseinheit 8b kann den Kompensationswert unter Verwendung der Wirkkomponente des Stroms oder eines Sollwerts der Wirkkomponente des Stroms berechnen. Die Konfiguration der Stromwandlungssteuervorrichtung für diesen Fall ist in 9 gezeigt. Genauer sind der Widerstandsab fallausdruck und der Differenzialabfallausdruck in ΔV in der Formel (19) enthalten, zu der ein Kompensationsausdruck des Impedanzspannungsabfalls hinzugefügt wird, um die Form der im folgenden gezeigten Formel (20) zu ändern, wobei die Impedanzkompensationseinheit 8b den Impedanzspannungsabfall auf der Grundlage der Wirkkomponente des Stroms Iδ oder seines Einstellwertes Iδ* kompensiert. [Formel 20]
Die Impedanzkompensationseinheit 8b kann ferner den Kompensationswert berechnen durch Reduzieren der Zeitschwankungen der Wirkkomponente des Stroms oder des Sollwertes der Wirkkomponente des Stroms. Eine Regelungsinstabilität, die durch eine schnelle Änderung der Betriebsfrequenz der Wechselstromschaltung 3 im Vergleich zu einem Fall, wo keine solche schnelle Änderung auftritt, hervorgerufen wird, wird somit verhindert. Wenn z. B. die Betriebsfrequenz ω_e der Wechselstromschaltung 3 extrem niedrig ist, wird der vom Stromdetektor 4 erfasste Stromwert klein sein und das Schwankungsbreitenverhältnis wird im erfassten Stromwert groß sein. Das Schwankungsverhältnis wird somit ebenfalls in der Wirkkomponente des Stroms, die in die Impedanzkompensationseinheit 8b eingegeben wird, groß sein, wobei die Stromschwankungen die Kompensation in der Impedanzkompensationseinheit 8b übermäßig beeinflussen können. Durch Hinzufügen eines Filters zum Reduzieren von Zeitschwankungen zu einem Abschnitt der Impedanzkompensationseinheit 8b, in den die Wirkkomponente des Stroms eingegeben wird, können somit die Frequenz-Phasennachführeigenschaften verbessert werden.
Ferner kann die Impedanzkompensationseinheit 8b den Kompensationswert unter Verwendung des der Blindkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes unter den von der Biaxialstromregeleinheit 7 ausgegebenen Amplitudensollwerten berechnen. Die Konfiguration der Stromwandlungssteuervorrichtung für diesen Fall ist in 10 gezeigt. Da der Amplitudensollwert Vγ entsprechend der Blindkomponente des Stroms variiert, insbesondere während einer Übergangsänderung unter dem Einfluss des Impedanzspannungsabfalls, kann die Impedanzkompensationseinheit 8b schließlich eine geeignete Betriebsphase er halten, indem sie auf der Grundlage der im folgenden gezeigten Formel (21) und unter Verwendung von Vγ als ΔV Anpassungen vornimmt.
[Formel 21]

ωe = KG(Vδ – kγVγ) (21)

Hierbei ist kγ ein Proportionalitätsfaktor für die Bereitstellung einer geeigneten Kompensationsgröße.
(Vierte Ausführungsform)
11 ist ein Diagramm einer Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform. In 11 sind die gleichen Bezugszeichen den Komponenten zugewiesen, die Funktionen äquivalent zu denjenigen der Komponenten in 2-1 aufweisen, um eine Beschreibung gemeinsamer Abschnitte wegzulassen. Wie in 11 gezeigt ist, enthält die Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform einen wechselstromseitigen Spannungsdetektor 21, der eine Ausgangsspannung des Stromrichters 2 erfasst, und eine Stromrichterausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 22, die eine Orthogonal-Biaxial-Transformation einer Ausgangsspannung des Stromrichters 2 durchführt. Die Stromrichterausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 22 berechnet eine Biaxialspannung mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation der Ausgangsspannung des Stromrichters 2, die vom wechselstromseitigen Spannungsdetektor 21 erfasst wird, und des Phasenwinkelsignals θ_e der Integralberechnungseinheit 9, um ein Signal der Größe, die den Amplitudensollwerten Vδ und Vγ entspricht, die von der Biaxialstromregeleinheit 7 für jede Biaxialkomponente ausgegeben werden, an die Frequenzberechnungseinheit 8 auszugeben. Die Frequenzberechnungseinheit 8 berechnet die Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2, indem sie den Amplitudensollwert durch einen Signalwert der Inverterausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 22 für jede Biaxialkomponente und unter Verwendung dieser Werte ersetzt.
(Fünfte Ausführungsform)
12 ist ein Diagramm einer Stromwandlungssteuervorrichtung einer fünften Ausführungsform. In 12 sind die gleichen Bezugszeichen den Komponenten zugeordnet, die Funktionen äquivalent zu denjenigen der Komponenten in 2-1 aufweisen, um eine Beschreibung gemeinsamer Abschnitte wegzulassen.
In 12 berechnet die Biaxialstromeinstelleinheit 6 einen Sollwert der Wirkkomponente des Stroms unter Verwendung der Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2, die von der Frequenzberechnungseinheit 8 ausgegeben wird. Wenn z. B. die Drehzahlregelung einer mit der Wechselstromseite verbundenen Wechselstrommaschine durchgeführt wird, kann eine Rotationswinkelgeschwindigkeit ω_me der Maschine mittels der im Folgenden gezeigten Formel (22) unter Verwendung der Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 berechnet werden. [Formel 22]
Hierbei bezeichnet p die Anzahl der Pole des Motors, und s bezeichnet einen Schlupf des Induktionsmotors. Das heißt, es kann eine Drehzahlregelschleife ohne Verwendung eines Drehzahlsensors gebildet werden, indem ein Ausgang eines Drehzahlreglers als Sollwert der Wirkkomponente des Stroms über den Drehzahlregler verwendet wird, mittels Vergleichen mit einem Drehzahleinstellwert der Wechselstrommaschine auf der Grundlage der Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2. Ferner ist die Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 nicht auf die Drehzahleinstellungen der Wechselstrommaschine beschränkt und kann auch für Einstellungen der Blindkomponente des Stroms in z. B. der Blindstromkompensation verwendet werden.
(Sechste Ausführungsform)
13 ist ein Diagramm einer Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform. In 13 sind die gleichen Bezugszeichen den Komponenten zugeordnet, die Funktionen äquivalent zu denjenigen der Komponenten in 2-1 aufweisen, um eine Beschreibung gemeinsamer Abschnitte wegzulassen. In 13 berechnet die Biaxialstromeinstelleinheit 6 den Sollwert der Wirkkomponente des Stroms unter Verwendung des gleichspannungsseitigen Spannungswertes des Stromrichters 2, der vom Spannungsdetektor 15 erfasst wird. Wenn zwischen der Gleichstromschaltung 1 und der Wechselstromschaltung 2 Strom ausgetauscht wird, während die Spannung der Gleichstromschaltung 1 nicht bestimmt ist, kann eine Gleichspannungsregelschleife gebildet werden durch Erfassen der Gleichspannung, Vergleichen der Gleichspannung mit dem Gleichspannungseinstellwert, und Verwenden des Ausgangs des Spannungsreglers als Sollwert der Wirkkomponente des Stroms über den Spannungsregler. Hierbei ist die Gleichstromschaltung 1 eine Gleichstromlast, mit der durch einen Gleichstrom hervorgerufene Gleichspannungsschwankungen einhergehen, eine Gleichstromversorgung, wie z. B. Solarzellen und Brennstoffzellen, oder eine Gleichstromschaltung, mit der nur ein Kondensator verbunden ist, wie z. B. ein aktives Filter und eine Blindleistungskompensationseinheit.
(Siebte Ausführungsform)
In einer Stromwandlungssteuervorrichtung einer siebten Ausführungsform ist der Leistungsfaktor in der in 2-1 gezeigten Stromwandlungssteuervorrichtung willkürlich festgelegt, indem der Sollwert der Blindkomponente des Stroms der Biaxialstromeinstelleinheit 6 angepasst wird. Durch Regeln der Blindkomponente des Stroms können eine Leistungsfaktor-1-Regelung an einem Ausgangsende des Stromrichters 2, eine Leistungsfaktor-1-Regelung an einem Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle-Ende der Wechselstromschaltung 3 und ein Betrieb als Blindleistungskompensationsvorrichtung bewerkstelligt werden.
Die Biaxialstromeinstelleinheit 6 bestimmt den Sollwert der Blindkomponente des Stroms so, dass der Leistungsfaktor am Ausgangsende des Stromrichters 2 gleich 1 wird. 14 ist ein Diagramm der Beziehungen zwischen den Spannungs- und Stromvektoren während eines Betriebs mit Leistungsfaktor 1 am Ausgangsende des Stromrichters der Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform.
Wenn wie in 14 gezeigt der Rotationsphasenwinkel θ_e des Stromrichters 2 an den Rotationsphasenwinkel θ der Frequenz der Wechselstrom-Elektromotorikkraft angeglichen werden kann, ähnlich dem Spannungsvektor Vδ, wird der Stromvektor ein δ-Achse-Komponentenstrom Iδ nur dann, wenn Iγ gegen 0 gesteuert wird und Iδ konstant wird, so dass der Leistungsfaktor an einem Stromrichterausgangs ende auf 1 gesteuert werden kann. Dementsprechend kann die Stromwandlungssteuervorrichtung mit hoher Effizienz betrieben werden.
Die Biaxialstromeinstelleinheit 6 bestimmt den Sollwert der Blindkomponente des Stroms so, dass der Leistungsfaktor am Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle-Ende der Wechselstromschaltung 3 gleich 1 wird. Durch Einstellen des Sollwertes derart, dass der Leistungsfaktor am Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Ende gleich 1 wird, können die Antworteigenschaften eines Wechselstrommotors weiter verbessert werden. 15 ist ein Diagramm der Beziehungen zwischen den Spannungs- und Stromvektoren während des Betriebs mit Leistungsfaktor 1 an einem Elektromotorikkraft-Ende der Wechselstromschaltung 3 der Stromwandlungssteuervorrichtung. In 15 kann ein induzierter Spannungsvektor E_a einer Wechselstrommaschine, der zur q-Achse und zum Stromvektor passt, angeglichen werden, indem der Einstellwert Iγ* des γ-Achse-Komponentenstroms Iγ mittels der im Folgenden gezeigten Formel (23) gegeben wird, und kann einen Betrieb mit Leistungsfaktor 1 am Elektromotorikkraft-Ende verwirklichen. Somit kann die maximale Leistung der Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle zugeführt werden, und somit können Hochgeschwindigkeitsansprecheigenschaften erzielt werden.
[Formel 23]

Iγ = Iδtanβ (23)

Wenn sich hierbei die Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle von einem Wechselstrommotor herleitet, ist die Winkelfrequenz der Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle proportional zu ω und das Einsetzen der Formel (11) in die Formel (23), wenn β klein ist, liefert die im Folgenden gezeigte Formel (24).
[Formel 24]

Iγ ≈ (L/kψ)I2δ (24)

Wie in der Formel (24) gezeigt ist, ist somit der Einstellwert Iγ* des γ-Achse-Komponentenstroms Iγ als ein Produkt von Iδ², was eine Größe des Quadrats des δ-Achse-Komponentenstroms ist, und (L/kΨ) gegeben. Da wie in der Formel (10) gezeigt kΨ eine Proportionalitätskonstante proportional zum magnetischen Fluss ist, ist kΨ bekannt und ein konstanter Wert, wobei 1/kΨ ebenfalls ein konstanter Wert ist.
(Achte Ausführungsform)
Die Wechselstromschaltung 3 kann zu einer Schaltung gemacht werden, die ein oder mehrere Wechselstrommaschinen enthält. Wenn die Wechselstromschaltung 3 mittels einer Schaltung konfiguriert ist, die eine Wechselstrommaschine enthält, kann Strom mit der Gleichstromschaltung 1 ausgetauscht werden, indem die Wechselstrommaschine als Elektromotorikkraft-Quelle angeschlossen wird. Wenn die Wechselstromschaltung 3 mittels einer Schaltung konfiguriert ist, die mehrere Wechselstrommaschinen enthält, sind die mehreren Wechselstrommaschinen mit einem Stromrichter parallel verbunden, wobei die mehreren Wechselstrommaschinen virtuell für die Operation/Steuerung als eine Wechselstrommaschine betrachtet werden.
Eine Synchronmaschine, eine Reluktanzmaschine, eine Induktionsmaschine oder eine synchrone Induktionsmaschine können als Wechselstrommaschine verwendet werden. Wenn eine Synchronmaschine als Wechselstrommaschine konfiguriert ist, kann ein weiter Bereich von Synchronmaschinen angewendet werden, der von solchen mit einer Feldwicklung, die herausragende oder nicht-herausragende Pole enthält, bis zu Dauermagnet-Synchronmaschinen reicht. Wenn eine Reluktanzmaschine als Wechselstrommaschine konfiguriert ist, werden Reluktanzmaschinen, die weder eine Feldwicklung noch einen Magneten enthalten, anwendbar, indem die Blindkomponente des Stroms und die Wirkkomponente des Stroms geeignet festgelegt werden.
16 zeigt eine Einzelphasen-Äquivalenzschaltung von einer Statorseite einer Induktionsmaschine aus betrachtet. In 16 bezeichnet R einen Wickeldrahtwiderstand, L bezeichnet eine Wickeldrahtinduktivität, und E_a bezeichnet eine Elektromotorikkraft-Quelle proportional zur Frequenz, wobei ω und Lm eine Erregungsinduktivität zeigen.
In der Induktionsmaschine muss ein t-Achse-Erregungskomponentenstrom I_d = I₀ zusätzlich zu einem q-Achse-Drehmomentkomponentenstrom I_q fließen, wenn der induzierte Spannungsvektor an die q-Achse angeglichen wird. 17 ist ein Diagramm der Spannungs- und Stromvektoren, wenn die Elektromotorikkraft- Quelle, die eine Erregungsschaltung verwendet, mit der Wechselstromschaltung verbunden ist. In 17 wird angenommen, dass der Ausgangsspannungsvektor des Stromrechners 2 nur eine δ-Achse-Komponente aufweist, wobei die Spannungs- und Stromvektoren gezeigt sind, wenn ein Stromvektor, der erhalten wird durch Addieren eines d-Achse-Erregungskomponentenstroms Id zu einem δ-Achse-Komponentenstrom I_δ, gleich I ist. In diesem Fall ist ein γ-Achse-Komponentenstrom Iγ durch die im Folgenden gezeigte Formel (25) gegeben.
[Formel 25]

Iγ = I0cosβ (25)

Hierbei zeigt 18 die Spannungs- und Stromvektoren, wenn der Strom der Induktionsmaschine mittels eines resultierenden Stromvektors I aus dem q-Achse-Drehmomentkomponentenstrom I_q und dem d-Achse-Erregungskomponentenstrom I_d = I₀ gesteuert wird. In diesem Fall kann der Stromvektor I in den δ-Achse-Komponentenstrom Iδ und den γ-Achse-Komponentenstrom Iγ zerlegt werden, was die beispielhaft dargelegten Beziehungen ergibt. Der γ-Achse-Komponentenstrom Iγ ist durch die im Folgenden gezeigte Formel (26) gegeben.
[Formel 26]

Iγ = I0cosβ + Iδtanβ (25)

Hierbei ergibt das Einsetzen der Formel (24), unter der Annahme, dass β klein ist, die im Folgenden gezeigte Formel (27).
[Formel 27]

Iγ ≈ I0 + (L/kΨ)I2δ (27)

Da die Vektorsteuerung des Biaxialkomponentenstroms unabhängig durchgeführt werden kann, können die Antworteigenschaften im Vergleich zur allgemeinen V/f-Konstantenregelung verbessert werden. Durch Bereitstellen des Einstellwertes Iγ* der Blindkomponente des Stroms mittels der Formel (27) wird der Leistungsfaktor zwischen dem Drehmomentkomponentenstrom I_q und der Wechselstrom-Elektro motorikkraft E_a ausschließlich des Erregungskomponentenstroms I_d gleich 1, was eine noch schnellere Regelung ermöglicht.
Da eine Magnetisierung hervorgerufen werden kann, indem eine nacheilende Blindkomponente des Stroms Iγ des Biaxialkomponentenstroms in der Stromwandlungssteuervorrichtung fließt, kann ein hohes Drehmoment ohne signifikante Erhöhung der Wirkkomponente des Stroms Iδ hervorgerufen werden. Ferner kann eine Entmagnetisierung hervorgerufen werden, indem eine voreilende Blindkomponente des Stroms Iγ fließt, was eine Hochgeschwindigkeitsoperations-Regelung ohne Erhöhung der Spannung ermöglicht.
Obwohl eine Erhöhung/Senkung der nacheilenden Blindkomponente des Stroms Iγ durch ein Sättigungsphänomen des magnetischen Kreises beeinflusst wird, kann die Stromwandlungssteuervorrichtung gesteuert werden, ohne durch die Magnetisierungs/Entmagnetisierungs-Steuerung mittels der Blindkomponente des Stroms Iγ beeinflusst zu werden, da eine sensorlose Steuerung der vorliegenden Erfindung nicht von irgendeinem Schätzverfahren unter Verwendung eines Motormodells abhängt, auch wenn das Magnetflussmodell des Motors unbekannt ist. Durch Anpassen des Sollwertes des Biaxialstroms der Biaxialstromeinzeleinheit 6, wie oben beschrieben worden ist, kann eine Magnetisierung oder eine Entmagnetisierung eines Magnetfeldes hervorgerufen werden.
(Neunte Ausführungsform)
Als Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle der Wechselstromschaltung 3 können z. B. ein öffentliches Stromnetz, ein wechselstromseitiger Ausgang eines weiteren Stromrichters oder eine Wechselstromlast, die einen Kondensator enthält, verwendet werden. Der wechselstromseitige Ausgang des weiteren Stromrichters kann über eine seriell gekoppelte Drosselspule als Wechselstromschaltung 3 verbunden sein, um wechselseitig Strom auszutauschen. 19 ist ein Diagramm der Stromwandlungssteuervorrichtungen, in denen mehrere Stromrichter verbunden sind. 19 kann in geeigneter Weise verwendet werden, wenn nur Schwachstromsysteme verbunden sind. Lasten sind mit einem gemeinsamen Bus 30 verbunden, wobei der Stromrichter 2 über eine verbindende Drosselspule 31 mit dem gemeinsamen Bus 30 verbunden ist.
Ein Fall, in dem eine Wechselstromschaltung, die einen Kondensator über eine seriell gekoppelte Drosselspule enthält, als Wechselstromschaltung 3 angeschlossen ist, wird im Folgenden beschrieben. In diesem Fall wirkt die im Kondensator geladene Spannung als Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle der Wechselstromschaltung 3. 20 ist eine Einzelphasen-Äquivalenzschaltung, wobei R einen Wickeldrahtwiderstand bezeichnet, L eine Wickeldrahtinduktivität bezeichnet, C einen Kondensator bezeichnet und E_a eine mit dem Kondensator parallel verbundene Last bezeichnet. 21 zeigt ein Beziehungsdiagramm der Spannungs- und Stromvektoren bezüglich der δ-γ-Achse und der q-d-Achse, wenn ein Strom in Phase mit der Kondensatoranschlussspannung durch die Last fließt. Zusätzlich zur Wirkkomponente des Stroms I_d zur Last muss die voreilende Blindkomponente des Stroms I_d fließen, wobei der resultierende Stromvektor I solcher Stromvektoren in den δ-Achse-Komponentenstrom Iδ und den γ-Achse-Komponentenstrom Iγ zerlegt werden kann, wobei sich die beispielhafte dargestellten Beziehungen ergeben.
In der Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform kann ein Leistungsaustausch zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchgeführt werden, d. h. eine Stromwandlung, wenn die Wechselstromschaltung Wirkstrom zwischen der Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle und dem Stromrichterausgang austauschen kann. Ein Wechselstromversorgungs-Ausfallzustand, in welchem ein bestimmtes Versagen in einem öffentlichen Stromnetz oder einem Generator auftritt, die die Wechselstromversorgung bilden, kann ebenfalls von der Stromwandlungssteuervorrichtung erfasst werden.
(Zehnte Ausführungsform)
Die Gleichstromschaltung 1 der Stromwandlungssteuervorrichtung kann z. B. eine einen Kondensator enthaltende Schaltung, eine Gleichstromversorgung oder eine Gleichstromlast sein. Wenn die Gleichstromschaltung 1 mit einer einen Kondensator enthaltenden Schaltung konfiguriert ist, kann Blindleistung zwischen der Gleichstromschaltungsseite und der Wechselstromschaltungsseite selbst in einem Zustand ausgetauscht werden, in welchem nur ein Kondensator auf der Gleichstromschaltungsseite angeschlossen ist, weshalb die Vorrichtung als eine Blindleistungskompensationsvorrichtung oder ein aktives Filter betrieben werden kann.
Wenn die Gleichstromschaltung 1 mit der die Gleichstromversorgung enthaltenden Schaltung konfiguriert ist, bedeutet dies, dass Strom von der Gleichstromversorgung zur Wechselstromversorgung ausgetauscht wird. Wenn z. B. ein Wechselstrommotor mit der Wechselstromschaltung 3 verbunden ist, kann die Gleichstromversorgung als Antriebsenergiequelle eines Stromrichters verwendet werden, wobei dann, wenn ein Wechselstromgenerator oder ein öffentliches Stromnetz mit der Wechselstromschaltung 3 verbunden ist, die Gleichstromversorgung als Energiequelle verwendet werden kann, um Leistung zur Wechselstromschaltungsseite zu übertragen. Wenn ferner z. B. ein Akkumulator in der Gleichstromschaltung von der Wechselstromschaltungsseite geladen wird, kann die Gleichstromversorgung als Energiequelle verwendet werden, um Leistung zur Wechselstromschaltungsseite zu übertragen. Wenn die Gleichstromschaltung 1 mit der eine Gleichstromlast enthaltenden Schaltung konfiguriert ist, kann von einem Generator oder einer Wechselstromversorgung der Wechselstromschaltung Leistung zu der Gleichstromlast in der Gleichstromschaltung geliefert werden.
Indessen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen ersten bis zehnten Ausführungsformen beschränkt und kann ausgeführt werden, indem jede der ersten bis zehnten Ausführungsformen kombiniert wird. Die obigen Ausführungsformen wurden unter Verwendung eines dreiphasigen Wechselstroms beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt und ist auf irgendeinen Wechselstrom mit zwei oder mehr Phasen anwendbar. Die Beispiele 1 bis 9 des Stromwandlungssteuersystems, auf die die Stromwandlungssteuervorrichtungen gemäß der ersten bis zehnten Ausführungsformen angewendet werden, werden im Folgenden beschrieben.
(Beispiel 1)
22 ist ein Diagramm eines Stromwandlungssteuersystems gemäß Beispiel 1. Das in 22 gezeigte Stromwandlungssteuersystem führt eine Drehzahlregelung eines Synchronmotors 3b ohne Verwendung eines Rotationspositionssensors oder eines Drehzahlsensors durch, indem der Synchronmotor 3b als Wechselstrommaschine, die eine Elektromotorikkraft-Quelle enthält, von einer Gleichstromversorgung 1a, die die Gleichstromschaltung 1 ist, über den Stromrichter 2 mit der Wechselstromschaltung 3 verbunden wird.
Ein durch den Synchronmotor 3b fließender Strom wird vom Stromdetektor 4 erfasst. Es wird eine Koordinatentransformation mittels der Rotationskoordinatentransformationseinheit 5a durchgeführt, die die Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit 5 ist, wobei Spannungssollwerte (d. h. Amplitudensollwerte) Vδ und Vγ über die Biaxialstromregeleinheit 7 erzeugt werden, so dass rotationskoordinatentransformierte Biaxialgrößen Iδ und Iγ zu entsprechenden Biaxialstromeinstellwerten Iδ* und Iγ* passen, um jeweils die Spannungssollwerte an die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 und die Frequenzberechnungseinheit 8 auszugeben.
Die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 erzeugt ein PWM-Signal zum Steuern des Stromrichters 2. Die Amplitudensollwerte Vδ und Vγ werden gleichzeitig von der Verstärkungsfaktorsteuereinheit 8a der Frequenzberechnungseinheit 8 verwendet, um die Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters zu bestimmen mittels Multiplizieren des Amplitudensollwertes Vδ mit einem Verstärkungsfaktor, so dass Vγ gleich 0 wird. Durch Integrieren der Betriebsfrequenz des Stromrichters mittels der Integralberechnungseinheit 9 wird das Phasenwinkelsignal 8e erhalten, das an dem Phasenwinkel θ der internen elektromotorischen Kraft des Synchronmotors 3b angeglichen wird.
Indessen bewirkt die Impedanzkompensationseinheit 8b eine Kompensation für die Unfähigkeit zur Regelung von Vγ gegen 0, wenn der Referenzwert Iδ* der Wirkkomponente des Stroms sich deutlich ändert, z. B. auf Grund einer Beschleunigung oder Verzögerung. Dieser Fall ist hier gezeigt, bei dem eine Kompensation auf der Wirkkomponente des Stromsollwertes Iδ* beruht. Die Wirkkomponente des Stromsollwertes Iδ* wird aus einem Ausgang einer Drehzahlregeleinheit 12 erhalten, die bewirkt, dass ein geschätzter Drehzahlwert, der anhand der Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters 2 mittels einer Drehzahlwandlungseinheit 11 erhalten wird, und ein Drehzahleinstellungsreferenzwert übereinstimmen. Die Blindkomponente des Stromsollwertes Iγ* wird auf 0 gesetzt. Der Phasenwinkel θ_e, der durch eine Regelschleife bestimmt wird, wird als Referenzphase der Koordinatentransformation in der Rotationskoordinatentransformationseinheit 5a und der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 verwendet.
Im Folgenden werden Versuche 1 bis 8 mit dem Stromwandlungssteuersystem gemäß dem Beispiel 1 (22) beschrieben.
[Versuch 1]
23 zeigt Operationswellenformen einer Simulationsanalyse, die durchgeführt wurde, während die Gleichstrombetriebsspannung des Stromrichters auf einen Betrieb bei 300 V gebracht wurde, unter Verwendung eines Dauermagnet-Synchronmotors mit 2,2 kW und vier Polen im Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 1 (22). Die Schaltungskonstanten enthalten einen Ankerwiderstand von 1 Ω, eine Induktivität von 10 mH, einen Elektromotorikkraft-Koeffizienten von 200 V/kmin^–1, und ein Trägheitsmoment von 0,01 kgm². 23 zeigt Geschwindigkeitsantwortwellenformen, wenn der Drehzahleinstellwert zwischen +1.000 min^–1 und –1.000 min^–1 in einem Zyklus von 0,5 Hz verändert wird. Es kann bestätigt werden, dass die Wirkkomponente des Stroms Iδ Werte aufweist, die auf Grund eines Trägheitsmoments des Motors in den Beschleunigungs- und Verzögerungsabschnitten bis zu Begrenzungswerten hochwandern, und während des Normalbetriebs ein konstanter Laststrom ist. Ferner kann bestätigt werden, dass der Einstellwert I_γ der Blindkomponente des Stroms gegen 0 geregelt wird und der Amplitudensollwert Vγ ebenfalls gegen 0 geregelt wird, wobei als Ergebnis Normalrotations- und Umkehrrotations-Operationen mit Leistungsfaktor 1 durchgeführt werden können. Wie indessen in Formel (12) gezeigt ist, kann der Amplitudensollwert Vδ als die gleiche Änderung wie die Drehzahl proportional zur Frequenz ausführend bestätigt werden. In 23 bezeichnet I_a Einzelphasen-Stromwellenformen.
[Versuch 2]
24 zeigt für das gleiche Stromwandlungssteuersystem wie in Versuch 1 und gleiche Schaltungsparameter des Synchronmotors 3b Übergangsantwortkennlinien vom Hochfahren bis zu einem stationären Betrieb durch Festlegen des Drehzahleinstellwertes auf 1.000 min^–1. Es kann bestätigt werden, dass der Phasenwinkel θ_e, der die durch Berechnung bestimmte Rotationsposition anzeigt, gut ausgeregelt ist, um einem Ist-Phasenwinkel θ zu folgen. Als Ergebnis der Regelung zum Halten von Vδ auf 0, selbst wenn die Stromrichterphase nur um Δθ = 1 [rad] nach Auftreten eines Übergangs zu einem stationären Zustand verändert wird, wenn die Drehzahl von 1.000 min^–1 erreicht wird, kann bestätigt werden, dass der Phasenwinkel θ_e, der durch Berechnung bestimmt wird, gut ausgeregelt ist, um dem Ist-Phasenwinkel θ zu folgen.
[Versuch 3]
25 zeigt für das gleiche Stromwandlungssteuersystem wie in Versuch 1 und die gleichen Schaltungsparameter des Synchronmotors 3b Operationswellenformen, wenn die Eingabe des Amplitudensollwertes Vδ, der der Wirkkomponente des Stroms entspricht, in die Frequenzberechnungseinheit 8 auf einen Wert von Vδ unmittelbar vor Erreichen von 1.000 min^–1 fixiert ist, wenn der Drehzahleinstellwert 1.000 min^–1 erreicht, wobei nach Verändern des Drehzahleinstellwertes auf 1500 min^–1 die Eingabe des Amplitudensollwertes Vδ in die Frequenzberechnungseinheit 8 wieder auf den Wert von Vδ zurückgebracht wird, der in Echtzeit berechnet wird. Es kann bestätigt werden, dass, obwohl es unmöglich ist, das Nachführen einer geeigneten Frequenz zu regeln, wenn der Eingabewert des Amplitudensollwertes Vδ in die Frequenzberechnungseinheit 8 auf einen konstanten Wert fixiert ist, der Betriebsphasenwinkel θ_e des Stromrichters dem Ist-Phasenwinkel θ mit Stabilität folgt, wenn der Amplitudensollwert Vδ im Echtzeit berechnet wird, weshalb Vδ für die Eingabe in die Frequenzberechnungseinheit 8 sehr effektiv ist.
[Versuch 4]
Das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 1 (22) wurde unter Verwendung eines DSP konfiguriert und gesteuert, wobei dessen Operation mittels Durchführung eines Versuchs bestätigt wurde. Die 26 und 27 zeigen Versuchsergebnisse, während Normalrotations- und Umkehrrotations-Operationen mittels Änderung des Drehzahleinstellwertes zwischen +2.000 min^–1 und –2.000 min^–1 ohne Last bei 150 V Betriebsgleichspannung des Stromrichters unter Verwendung eines Dauermagnet-Synchronmotors von 0,5 kW mit vier Polen durchgeführt wurden. 26 zeigt Normal/Umkehr-Rotationsbetriebswellenformen, wenn die Drehzahlregelperiode für Normal/Umkehr-Rotationsoperationen etwa 7 Sekunden beträgt, während 27 Normal/Umkehr-Rotationsoperationswellenformen zeigt, wenn die Drehzahlregelperiode für Normal/Umkehr-Rotationsoperationen etwa 1 Sekunde beträgt. Es kann bestätigt werden, dass die Wirkkomponente des Stroms Iδ auf Grund des Trägheitsmoments des Motors während der Umkehrung der Normal/Umkehr-Rotation einen großen Wert aufweist, jedoch auf Grund der Lastfreiheit während des stationären Betriebs einen kleinen Stromwert aufweist. Es kann anhand dieser Ergebnisse bestätigt werden, dass in der vorliegenden Erfindung eine Biaxialstromvektorregelung nur mittels Erfassungsre gelung des Wechselstroms durchgeführt werden kann, ohne einen Positionssensor oder Drehzahlsensor eines Synchronmotors zu verwenden, wobei Normalrotations- und Umkehrrotationsoperationen mit gutem Ansprechverhalten durchgeführt werden können.
[Versuch 5]
Das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 1 (22) war unter Verwendung eines DSP konfiguriert und gesteuert, wobei dessen Operation mittels Durchführung eines Versuchs bestätigt wurde. 28, 29 und 30 zeigen Operationswellenformen, wenn der Sollwert Iγ* der Blindkomponente des Stroms des Biaxialkomponentenstroms während des Betriebs verändert wird, indem der Drehzahleinstellwert auf +1.000 min^–1 unter Volllastdrehmoment bei 200 V Betriebsgleichspannung des Stromrichters und unter Verwendung eines Dauermagnet-Synchronmotors von 0,5 kW verändert wird, und insbesondere Operationswellenformen, wenn eine Erhöhungs/Senkungs-Regelung von Iγ* durchgeführt wird, so dass relativ zu "0" Iγ* auf +1,0 A (Magnetisierungsstrom) ansteigt oder auf –1,0 A (Entmagnetisierungsstrom) sinkt. Die Wirkkomponente des Stroms δ kann sich dicht einem Drehmomentkomponentenstrom nähern, wobei die Blindkomponente des Stroms Iγ sich dicht einem Magnetflusskomponentenstrom nähern kann, wobei ein erzeugtes Drehmoment näherungsweise proportional zu einem Produkt aus beiden Strömen ist. Aus diesen Versuchsergebnissen ist daher zu erkennen, dass unter einer konstanten Drehmomentlast Iδ abnimmt, wenn Iγ zunimmt, und Iδ zunimmt, wenn Iγ abnimmt. 31 ist ein Graph der Veränderungskennlinien der Wirkkomponente des Stroms Iδ bezüglich der biaxialen Blindkomponente des Stroms Iγ entsprechend einem Feldstrom, was zeigt, dass der magnetische Fluss gesättigt ist, da eine Senkung von Iδ bei Zunahme von Iγ kleiner ist als diejenige von Iδ, wenn Iγ gesenkt wird. Da die vorliegende Erfindung kein solches Magnetflussmodell für eine sensorlose Regelung verwendet, ist klar, dass eine Drehmomentregelung ohne Verwendung irgendeines Sensors durchgeführt werden kann, mit Stabilität unabhängig von nichtlinearen Eigenschaften.
[Versuch 6]
Das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 1 (22) wurde unter Verwendung eines DSP konfiguriert und gesteuert, wobei dessen Operation mittels Durchführung eines Versuchs bestätigt wurde. 32 zeigt Operationswellenfor men, wenn der Einstellwert erhöht wird, während der Referenzwert Iγ* der biaxialen Blindkomponente des Stroms unverändert bei "0" bleibt unter Volllastdrehmoment bei 200 V Betriebsgleichspannung des Stromrichters 2 und unter Verwendung des Dauermagnet-Synchronmotors von 0,5 kW, was bestätigt, dass die Regeloperation nahe 4.000 min^–1 instabil wird und daher eine noch schnellere Operation unmöglich ist. 33 bestätigt, dass Operationen bei 5.000 min^–1 durch Anheben der Gleichspannung des Stromrichters auf 260 V möglich wird, während der Referenzwert Iγ* unverändert bei "0" bleibt. Die Gleichspannung des Stromrichters wird jedoch normalerweise auf einen Nennwert gesteuert. 34 zeigt Versuchsergebnisse, die bestätigen, dass Operationen bei 5.000 min^–1 durchgeführt werden können, während die Gleichspannung des Stromrichters konstant bei 200 V gehalten wird, indem der Referenzwert Iγ* entsprechend der Drehzahlreferenz geändert wird und ein Entmagnetisierungsstrom fließt, wenn die Drehzahlreferenz angehoben wird.
[Versuch 7]
Das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 1 (22) wurde unter Verwendung eines DSP konfiguriert und gesteuert, wobei dessen Operation durch Ausführung eines Versuchs bestätigt wurde. 35 zeigt Operationswellenformen, wenn das Lastdrehmoment zwischen Volllast und Nulllast über eine Zeitspanne mit einer Niedrigdrehzahlrotation von 500 min^–1 der Referenzdrehzahl bei 200 V Betriebsgleichspannung des Stromrichters und unter Verwendung des Dauermagnet-Synchronmotors von 0,5 kW verändert wird, wobei anhand dieser Versuchsergebnisse bestätigt wird, dass eine sensorlose Regelung der vorliegenden Erfindung Operationen mit Stabilität bezüglich plötzlicher Lastdrehmomentschwankungen bei niedriger Drehzahl durchführen kann.
[Versuch 8]
Es wurde eine Simulationsanalyse und Versuche in einem in 36-1 gezeigten Leistungswandlungssystem als ein Regelungsbeispiel durchgeführt, in welchem mehrere Synchronmotoren des Versuchs 1 (22) angetrieben werden. 36-2 zeigt Operationswellenformen, wenn zwei Synchronmotoren mit Nennleistungen von 0,5 kW und 6 kW von einem Stromrichter in Versuch angetrieben wurden. Wie in 36-2 gezeigt ist, können die Versuchsergebnisse bestätigen, dass die zwei Synchronmotoren stabil betrieben werden können, auch wenn sie unterschiedliche Leistungsfähigkeit aufweisen. 36-3 und 36-4 zeigen Operationswellenformen mittels Simulationen, wenn die zwei Synchronmotoren mit einer Nennleistung von 2,2 kW mittels eines Stromrichters angetrieben wurden. 36-3 zeigt Simulationsergebnisse, wenn ein auf jeden der zwei Synchronmotoren wirkendes Lastdrehmoment gleich 5 Nm ist, während 36-4 Simulationsergebnisse zeigt, wenn unterschiedliche Lastdrehmomente von 2,5 Nm und 5 Nm auf die Synchronmotoren wirken. Jeder der zwei Synchronmotormodelle, die für die Simulationen verwendet wurden, weist vier Pole auf, wobei der Ankerwiderstand 1 Ω beträgt, die Induktivität 10 mH beträgt, der Elektromotorikkraft-Koeffizient 200 V/kmin^–1 beträgt, und das Trägheitsmoment 0,01 kgm² beträgt, sowie die Betriebsgleichspannung des Stromrichters 300 V beträgt. Diese Simulationsergebnisse bestätigen, dass die zwei Synchronmotoren stabil betrieben werden können.
(Beispiel 2)
37 ist ein Diagramm der Konfiguration eines Stromwandlungssteuersystems gemäß Beispiel 2. Das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 2, das in 37 gezeigt ist, weist eine Blindkomponente des Stroms Iγ* auf, die durch Berechnung der Formel (24) auf der Grundlage der Wirkkomponente des Stroms Iδ festgelegt worden ist, so dass der Betrieb mit Leistungsfaktor 1 am internen Elektromotorikkraft-Ende des Synchronmotors im Leistungswandlungssteuersystem gemäß Beispiel 1 (22) durchgeführt werden kann. Mit dem Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 2 kann eine Biaxialstromvektorregelung mit der internen elektromotorischen Kraft des Motors als Referenz nur mittels Wechselstromerfassung durchgeführt werden, wobei kein Positionssensor und kein Drehzahlsensor in der Synchronmotoransteuerung verwendet werden, wobei ein Betrieb mit Leistungsfaktor 1 an einem internen Elektromotorikkraft-Ende des Synchronmotors durchgeführt werden kann, und wobei Normalrotation-zu-Umkehrrotation-Operationen und Umkehrrotation-zu-Normalrotation-Operationen kontinuierlich mit einem weiter verbesserten Drehzahlregelungsansprechverhalten des Synchronmotors durchgeführt werden können.
[Versuch 9]
38 zeigt Simulationsanalyseergebnisse für das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 2 (37). Es kann bestätigt werden, dass, da als Ergebnis eine Regelung mit Leistungsfaktor 1 am internen Elektromotorikkraft-Ende des Synchronmotors durchgeführt wird, Normalrotations- und Umkehrrotations-Operationen in einer kurzen Zeitspanne im Vergleich zu den Ergebnissen der 23, wo keine Leistungsfaktor-1-Regelung durchgeführt wird, durchgeführt werden können.
(Beispiel 3)
39 zeigt ein konkretes sensorloses Antriebssystem des Synchronmotors des Stromwandlungssteuersystems des Beispiels 1 (22) oder des Beispiels 2 (37). Ein Unterschied entsprechend 22 und 37 ist ein Unterschied, ob der Sollwert Iγ* von Iγ gleich 0 ist oder durch die Formel (24) bestimmt wird. In 39 wird die Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters bewertet, indem der proportionale Verstärkungsfaktor Kg für Vδ so angepasst wird, dass Vγ gleich 0 wird. Hierbei wird Vδ als Eingabe in die Verstärkungsfaktorsteuereinheit verwendet, wobei ΔV eine Impedanzkompensationsgröße mittels der Formel (19) oder (20) bezeichnet.
(Beispiel 4)
40 ist ein Diagramm eines Leistungswandlungssteuersystems gemäß Beispiel 4. 40 ist ein Diagramm nach Ersetzen des Synchronmotors 3b durch einen Induktionsmotor 3c und Festlegen des Sollwertes Iγ* der Blindkomponente des Stroms auf einen Erregungsstromwert I₀, der für die Ansteuerung des Induktionsmotors erforderlich ist und durch die Formel (25) gegeben ist, im Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 1 (22). Der Drehzahlwert des Induktionsmotors kann näherungsweise gemäß Formel (22) auf der Grundlage der Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters berechnet werden.
[Versuch 10]
41 zeigt Operationswellenformen einer Simulationsanalyse, die durchgeführt wird, wenn die Betriebsgleichspannung des Stromrichters auf 300 V gebracht wird, wobei der Induktionsmotor von etwa 2,2 kW mit vier Polen im Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 4 (40) verwendet wird. Die Schaltungskonstanten umfassen einen Statorwiderstand von 0,294 Ω, eine Streuinduktivität von 1,39 mH, einen Rotorwiderstand von 0,156 Ω, eine Rotorstreuinduktivität von 0,74 mH, eine Erregungsinduktivität von 41 mH, sowie ein Trägheitsmoment von 0,01 kgm². 41 zeigt Geschwindigkeitsantwortwellenformen, wenn der Drehzahleinstellwert zwischen +1.000 min^–1 und –1.000 min^–1 in einem Zyklus von 0,5 Hz verändert wird, wobei die Blindkomponente des Stromeinstellwertes Iγ auf 10a festgelegt ist. Eine Biaxialstromvektorregelung mit der Ausgangsspannung als Referenz kann durchgeführt werden, weshalb bestätigt werden kann, dass Normalrotation-zu-Umkehrrotation-Operationen und Umkehrrotation-zu-Normalrotation-Operationen des Induktionsmotors kontinuierlich geregelt werden können.
[Versuch 11]
Das in Beispiel 4 (40) gezeigte Stromwandlungssteuersystem wurde unter Verwendung eines DSP konfiguriert und gesteuert, wobei dessen Operation durch Ausführungen eines Versuchs bestätigt wurde. 42 zeigt Versuchsergebnisse, wenn Normalrotation- und Umkehrrotations-Operationen bei Änderung des Drehzahleinstellwertes zwischen +2.000 min^–1 und –2.000 min^–1 ohne Last bei 150 V Betriebsgleichspannung des Stromrichters und unter Verwendung eines Käfigläuferinduktionsmotors von 0,75 kW mit vier Polen durchgeführt wurden. Der Einstellwert der Blindkomponente des Stroms war auf 1,5 A für den Erregungsstrom des Induktionsmotors festgelegt. Es kann bestätigt werden, dass die Wirkkomponente des Stroms auf Grund des Trägheitsmoments des Motors während der Umkehrung der Normal/Umkehrungs-Rotation einen großen Wert aufweist, jedoch auf Grund der Lastfreiheit während des stationären Betriebs einen kleinen Stromwert aufweist. Anhand dieser Ergebnisse kann bestätigt werden, dass in der vorliegenden Erfindung eine Biaxialstromvektorregelung nur mittels Erfassungsregelung des Wechselstroms durchgeführt werden kann, ohne einen Drehzahlsensor zu verwenden, auch für einen Induktionsmotor, wobei Normalrotations- und Umkehrrotations-Operationen mit gutem Ansprechverhalten durchgeführt werden können.
[Versuch 12]
Es wurde eine Simulationsanalyse in einem in 43-1 gezeigten Stromwandlungssystem als ein Steuerungsbeispiel durchgeführt, in dem mehrere Induktionsmotoren des Versuchs 4 (40) angetrieben werden. 43-2 und 43-3 zeigen Operationswellenformen mittels Simulationen, wenn zwei Induktionsmotoren der Nennleistung 2,2 kW von einem Stromrichter angetrieben werden. 43-2 zeigt Simulationsergebnisse, wenn ein Lastdrehmoment, das auf jeden der zwei Induktionsmotoren wirkt, gleich 10 Nm ist, während 43-3 Simulationsergebnisse zeigt, wenn unterschiedliche Lastdrehmomente von 5 Nm und 10 Nm auf die Induktionsmotoren wirken. Jedes der zwei Induktionsmotormodelle, die für die Simulationen verwendet werden, weist vier Pole auf, einen Statorwiderstand von 0,294 Ω, eine Statorstreuinduktivität von 1,39 mH, einen Rotorwiderstand von 0,156 Ω, eine Rotorstreuinduktivität von 0,74 mH, eine Erregungsinduktivität von 41 mH und ein Trägheitsmoment von 0,01 kgm² sowie eine Betriebsgleichspannung des Stromrichters von 300 V. Diese Simulationsergebnisse bestätigen, dass die zwei Induktionsmotoren stabil betrieben werden können.
(Beispiel 5)
44 ist ein Diagramm der Konfiguration eines Stromwandlungssteuersystems gemäß Beispiel 5. 44 zeigt, dass der Sollwert Iγ* der Blindkomponente des Stroms durch Berechnung der Formel (27) auf der Grundlage der Wirkkomponente des Stroms Iδ so bestimmt wird, dass ein Betrieb mit Leistungsfaktor 1 am internen Elektromotorikkraft-Ende des Induktionsmotors im Steuersystem gemäß Beispiel 4 (40) durchgeführt werden kann. Mit dem Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 5 kann eine Biaxialstromvektorregelung mit der internen elektromotorischen Kraft des Motors als Referenz nur mittels Wechselstromerfassung durchgeführt werden, ohne einen Drehzahlsensor bei der Induktionsmotoransteuerung zu verwenden, wobei ein Betrieb mit Leistungsfaktor 1 am internen Elektromotorikkraft-Ende des Induktionsmotors durchgeführt werden kann, und wobei Normalrotation-zu-Umkehrrotation-Operationen und Umkehrrotation-zu-Normalrotation-Operationen kontinuierlich gesteuert werden können, mit einem weiter verbesserten Drehzahlregelungsansprechverhalten des Induktionsmotors.
(Beispiel 6)
45 ist ein Diagramm der Konfiguration eines Stromwandlungssteuersystems gemäß Beispiel 6. Das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 6 tauscht Leistung zwischen einer Gleichstromversorgung und einer Wechselstromversorgung über eine PWM-Stromrichtersteuerung aus, ohne die Phase der Wechselstromversorgung zu erfassen, indem eine Wechselstromversorgung 3d von der Gleichstromversorgung 1a über den Stromrichter 2 mit der Wechselstromschaltung verbunden wird.
In 45 wird ein Strom der Wechselstromversorgung vom Stromdetektor 4 erfasst, wobei eine Rotationskoordinatentransformation mittels der Rotationskoordinatentransformationseinheit 5a durchgeführt wird, die eine Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit ist, und wobei Amplitudensollwerte Vδ und Vγ des Stromrichters 2 über die Biaxialstromregeleinheit 7 erzeugt werden, so dass die rotationskoordinatentransformierten Biaxialgrößen Iδ und Iγ mit den entsprechenden Biaxialstromsollwerten Iδ* bzw. Iγ* übereinstimmen, bevor die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 veranlasst wird, ein PWM-Signal des Stromrichters 2 zu erzeugen. Die Amplitudensollwerte Vδ und Vγ werden gleichzeitig von der Verstärkungsfaktorsteuereinheit 8a der Frequenzberechnungseinheit 8 verwendet, um die Betriebsfrequenz ω_e des Stromrichters zu bestimmen, indem Vδ mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird, so dass der Amplitudensollwert Vy gleich 0 wird. Durch Integrieren der Betriebsfrequenz des Stromrichters mittels der Integralberechnungseinheit 9 wird das Phasenwinkelsignal θ_e erhalten, das an den Phasenwinkel θ der Wechselstromschaltung angeglichen wird.
Indessen ist die Impedanzkompensationseinheit 8b vorgesehen, um die Unfähigkeit zum Steuern von Vγ auf 0 zu kompensieren, wenn der Sollwert Iδ* der Wirkkomponente des Stroms sich deutlich ändert, wobei hier ein Fall gezeigt ist, bei dem eine Kompensation auf der Grundlage der Wirkkomponente des Stromsollwertes Iδ* durchgeführt wird. Die Wirkkomponente des Stromsollwertes Iδ* wird von einem Ausgang einer Spannungsriegeleinheit 16 erhalten, die bewirkt, dass die vom Spannungsdetektor 15 erfasste Gleichspannung Vd und ein Gleichspannungseinstellwert V_dref* übereinstimmen. Der Blindstromsollwert Iy* kann willkürlich festgelegt werden. Der Phasenwinkel θ_e, der durch eine Regelschleife bestimmt wird, wird als Referenzphase der Koordinatentransformation in der Rotationskoordinatentransformationseinheit 5a und in der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 10 verwendet.
Mit dem Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 6 kann eine Biaxialstromvektorregelung mit der Ausgangsspannung eines Stromrichters als Referenz nur mittels Wechselstromerfassung durchgeführt werden, ohne die Phase eines Wechselstroms zu erfassen, wenn eine Gleichstromversorgung und eine Wechselstromversorgung verbunden sind und der Gleichstrom kontinuierlich von Gleichphase zu Gegenphase bezüglich der Wechselstromversorgung mit Leistungsfaktor 1 gesteuert werden kann, indem die Blindkomponente des Stromeinstellwertes Iγ* auf 0 gesetzt wird.
[Versuch 13]
46 zeigt Simulationsanalyseergebnisse durch Festlegen der Betriebsgleichspannung auf 300 V mit einer Gleichstromversorgung, die Vd auf 310 V gesetzt aufweist, wobei der interne Widerstand auf 0,5 Ω gesetzt ist und eine Wechselstromversorgung einen Effektivwert einer dreiphasigen Wechselspannung auf 200 V gesetzt aufweist und die Wechselstromschaltungsinduktivität L_a auf 2 mH gesetzt ist, im Stromwandlungssteuersystem des Beispiels 6 (45). Wie in 46 gezeigt ist, fließt der Wechselstrom i_a gegenphasig synchron mit der Wechselspannung v_a, ohne dass die Phase der Wechselspannung erfasst wird, was bestätigt, dass die Stromrichteroperation, die Gleichstromleistung zur Wechselstromseite überträgt, verwirklicht wird.
[Versuch 14]
47 zeigt Simulationsanalyseergebnisse, wenn die Wechselspannung auf Grund eines Stromausfalls unter den gleichen Betriebsbedingungen wie in Versuch 13 im verbundenen Steuersystem der Gleichstromversorgung und der Wechselstromversorgung gleich 0 wird, wie in 6 (45) gezeigt ist. Obwohl der Amplitudensollwert Vδ des Stromrichters auf Grund des Stromausfalls abfällt, kann bestätigt werden, dass kein Überstrom durch den Stromrichter fließt. Dementsprechend kann bestätigt werden, dass die Operationen gestoppt werden können, ohne irgendein besonderes Problem im Stromrichter hervorzurufen, selbst wenn die Wechselstromversorgung ausfällt.
(Beispiel 7)
48 ist ein Diagramm eines Stromwandlungssteuersystems gemäß Beispiel 7. 48 zeigt ein Diagramm nach Ersetzen der Gleichstromversorgung durch eine Gleichstromlast 1b im Stromwandlungssteuersystem des Beispiels 6 (45). Der Stromrichter 2 arbeitet hier als Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der Wechselstrom in Gleichstrom umsetzt. Die Wirkkomponente des Stroms Iδ* wird über die Spannungsregeleinheit 16 so festgelegt, dass die Gleichstromanschlussspannung des Stromrichters (Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler) 2 einen konstanten Einstellwert annimmt und die Blindkomponente des Stroms Iγ* beliebig festgelegt werden kann. Mit dem Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 7 kann eine PWM-Steuerung-Gleichrichtungsoperation, die direkt Ausgangsleistung von der Wechselstromversorgung aufnimmt, nur mittels Wechselstromerfassung verwirklicht werden, ohne die Phase der Wechselspannung zu erfassen. Eine Biaxialstromvektorregelung mit der wechselstromseitigen Spannung des Stromrichters (Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler) 2 als Referenz kann durchgeführt werden, wobei durch Einstellen der Blindkomponente des Stromsollwertes Iγ* auf 0 eine Gleichrichtungsoperation von der Wechselstromversorgung mit Leistungsfaktor 1 verwirklicht werden kann.
(Beispiel 8)
49 zeigt ein sensorloses Steuersystem für die Wechselspannung in einer verbundenen Operation mit einer konkreten Wechselstromversorgung des Steuersystems des Beispiels 6 (45) oder des Beispiels 7 (48). Ein Unterschied entsprechend 45 und 48 ist ein Unterschied, ob eine Last mit der Gleichstromschaltung verbunden ist oder eine Gleichstromversorgung angeschlossen ist. Vδ wird ebenfalls hier als Eingabe in die Verstärkungsfaktorsteuereinheit verwendet, wobei ΔV eine Impedanzkompensationsgröße mittels der Formel (20) oder (21) bezeichnet. Mit einem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Biaxialstromvektorregelung mit der Ausgangsspannung des Stromrichters als Referenz nur mittels Wechselstromerfassung durchgeführt werden, ohne einen stromversorgungssynchronen Sensor in einer verbundenen Operation mit der Wechselstromversorgung zu verwenden, wobei Wechselstrom zu Gleichstrom und Gleichstrom zu Wechselstrom kontinuierlich mit konstanter Gleichspannung und mit Leistungsfaktor 1 gesteuert werden können.
[Versuch 15]
50 zeigt Versuchsergebnisse, wenn ein PWM-Gleichrichtungsregelsystem, das die Wechselstromversorgung in Beispiel 7 (48) zu einer Gleichstromlast mittels der PWM-Regelung des Stromrichters speist, mit einem auf 120 Ω festgelegten Gleichstromlastwiderstand, einem auf 125 V festgelegten Gleichspannungssollwert und einem auf 50 V gesetzten Leitung-zu-Leitung-Effektivwert der dreiphasigen Wechselspannung betrieben wird. Die Gleichspannung E_d arbeitet bei 125 V des Einstellwertes, wobei durch Einstellen des Sollwertes Iγ* der Blindkomponente des Stroms auf 0 ein sinusförmiger Strom I_u in Phase mit einer sinusförmigen Stromversorgungsspannung E_u in den Stromrichter fließt, um eine Wechselstrom-Gleichstrom-Wandleroperation mit Leistungsfaktor 1 zu verwirklichen. Obwohl keine Wellenformen gezeigt sind, würde eine Stromrichteroperation, wenn eine Gleichstromversorgung mit der Gleichstromschaltung in Beispiel 6 (45) verbunden ist, durch einen Versuch bestätigt, um ähnliche Simulationsanalyseergebnisse zu erhalten. Anhand dieser Ergebnisse kann bestätigt werden, dass ein Stromwandlungssteuersystem in der vorliegenden Erfindung leicht eine PWM-Gleichrichtungsoperation nur mittels Wechselstromerfassung verwirklicht, ohne die Phase der Wechselspannung zu erfassen.
(Beispiel 9)
51 ist ein Diagramm der Konfiguration eines Stromwandlungssteuersystems gemäß Beispiel 9. Das Stromwandlungssteuersystem gemäß Beispiel 9 ist ein System, wie in 51 gezeigt ist, nach Ersetzen der Wechselstromversorgung der Wechselstromschaltung durch eine Wechselstromschaltung 3e, die einen Kondensator enthält, und Hinzufügen einer Blindstromregeleinheit 18 im Steuersystem des Beispiels 6 (45). In diesem Fall wird der Leistungsfaktor mittels passiver Schaltungskonstanten, die den Kondensator enthalten, bestimmt, weshalb der Amplitudensollwert Vγ gleich 0 werden kann, wenn ein geeigneter Wert, der durch Schaltungskonstanten bestimmt ist, als Blindkomponente des Stromsollwertes Iγ* bestimmt wird. Die geeignete Blindkomponente des Stromsollwerts Iγ* kann mittels der im Folgenden gezeigten Formel (28) durch Berechnung der Formel (25) aus einem in 21 gezeigten Vektordiagramm bestimmt werden, wenn ein Betrieb mit Leistungsfaktor 1 mit einem mit dem Kondensator verbundenen Lastende durchgeführt wird.
[Formel 28]

Iγ = cV2δ /kΨ (28)

Hierbei ist kΨ eine Proportionalitätskonstante. Da der Betriebsleistungsfaktor in diesem Fall durch Schaltungskonstanten bestimmt wird, muss ein geeigneter Wert für die Blindkomponente des Stromsollwerts Iγ* oder die Proportionalitätskonstante kΨ bestimmt werden. Mit diesem Steuersystem kann die Wechselspannung ebenfalls an einem Kondensatoranschluss für eine einen Kondensator enthaltende Wechselstromlast erzeugt werden.
[Versuch 16]
52 zeigt Simulationsanalyseergebnisse bei Einstellung einer Wechselstromschaltungsinduktivität L auf 2 mH, eines Kondensators C auf 100 μF, und eines parallelen Lastwiderstands auf 10 Ω als Wechselstromlast, die einen Kondensator enthält, für die Gleichspannung Vd von 310 V und einen Innenwiderstand von 1 Ω, einer Blindkomponente des Stromeinstellwertes Iγ von 6 A (voreilend) und einer Betriebsgleichspannung von 300 V in dem Stromwandlungssteuersystem in Beispiel 9 (51). Wie in 52 gezeigt ist, kann bestätigt werden, dass das Steuersystem auch für die einen Kondensator enthaltende Last als eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle arbeitet, um einen Wechselstromversorgungsausgang zu erhalten.
Wie oben beschrieben worden ist, kann eine Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Konfigurationssteuerung von Steuersystemen durchführen, wenn eine Ansteuerungsregelung oder eine Leistungserzeugungsregelung durch Verbinden einer Wechselstrommaschine, die einen Wechselstrommotor wie z. B. einen Synchronmotor und einen Induktionsmotor enthält, und eines Wechselstromgenerators, wie z. B. eines Synchrongenerators und eines Induktionsgenerators mit einem Stromrichter nur durch Stromerfassung eines Wechselstroms, ohne einen Drehzahlsensor oder einen Rotationspositionssensor, die herkömmlicherweise notwendig waren.
Daher kann eine Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem weiten Bereich angewendet werden, wie z. B. auf verschiedene motorbetriebene Systeme, die einen Stromrichter verwenden, für industrielle Anwendungen, Verkehrsanwendungen oder Heimanwendungen. Zusätzlich zur Anwendung auf herkömmliche Stromerzeugungssysteme, in denen ein Generator und ein Stromrichter kombiniert sind, kann der Umfang der Anwendung auf verschiedene Stromerzeugungssteuersysteme eines Windturbinengenerators, eines Mikrogasturbinengenerators und dergleichen als neue Energiequellen erweitert werden. Ferner können Steuersysteme ohne Erfassung der Phase einer Wechselstromversorgung als Gleichrichtungsoperation konfiguriert werden, um Gleichstrom von einem öffentlichen Stromnetz zu erhalten, wobei ein Stromrichterbetrieb zum Übertragen von Gleichstromleistung in das öffentliche Netz und ferner als Blindleistungskompensationsvorrichtung und als aktive Filteroperation konfiguriert werden können. Zusätzlich zu den obenbeschriebenen Fällen, in denen die Wechselstromschaltung eine elektromotorische Kraft enthält, können Stromwandlungssteuervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung für die Ausfallerfassung von Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quellen verwendet werden. Außerdem ergibt sich eine Anwendung in der Konfiguration unabhängiger Quellensteuersysteme für eine Wechselstromlast, die einen Kondensator in einer Wechselstromschaltung enthält.
Wie oben beschrieben worden ist, kann eine Stromwandlungssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf nahezu alle Stromwandlungssteuersysteme angewendet werden, die einen Stromrichter verwenden, wobei keine Notwendigkeit besteht, Phaseninformationen über eine elektromotorische Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle zu erfassen, wenn ein Steuersystem konfiguriert wird, weshalb enorme Wirkungen, wie z. B. eine Vereinfachung der Systemkonfiguration, eine Verbesserung der Zuverlässigkeit, geringere Kosten und neue Anwendungen, erwartet werden können.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Eine Stromwandlungssteuervorrichtung, ein Stromwandlungssteuerverfahren und ein Stromwandlungssteuerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf einen weiten Bereich von Steuersystemen, die einen Stromrichter verwenden, anwendbar.
Zusammenfassung
Wenn in der vorliegenden Erfindung ein Steuersystem eines Stromrichters, der eine Stromwandlung zwischen Wechselstrom und Gleichstrom durchführt, konfiguriert wird, wird eine Frequenzberechnung auf der Grundlage von Biaxialspannungsgrößen durchgeführt, die durch zwei Stromregler erhalten werden, derart, dass jeder der Biaxialkomponentenströme durch Erfassen eines Wechselstromschaltungsstroms erhalten wird, wobei die Durchführung einer Rotationskoordinatentransformation jeden entsprechenden Sollwert abgleicht, wobei Phaseninformationen synchron mit einer Elektromotorikkraft-Quelle der Wechselstromschaltung durch Integrieren der Frequenz erhalten werden, um die Rotationskoordinatentransformation des Wechselstroms durchzuführen, und wobei ferner der Stromrichter veranlasst wird, durch Erzeugen eines PWM-Schaltsignals aus den Biaxialspannungsgrößen eine notwendige Stromwandlungssteuerung durchzuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 5-236789 [0008]
- JP 2000-232800 [0008]
- JP 2000-236694 [0008]
- JP 2000-204694 [0008]

Claims

Stromwandlungssteuervorrichtung, die eine Stromwandlungseinheit steuert, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthaltenden Wechselstromschaltung angeschlossen ist, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mittels einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines durch einen Stromdetektor erfassten Erfassungssignals eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms auszutauschen, umfassend: eine Frequenzberechnungseinheit, die eine Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit bestimmt, um ein Betriebsfrequenzsignal auszugeben; eine Integralberechnungseinheit, die ein Phasenwinkelsignal durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit berechnet, um das Phasenwinkelsignal auszugeben; eine Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die einen Biaxialstrom einer Wirkkomponente und einer Bildkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit berechnet, um den Biaxialstrom auszugeben; eine Biaxialstromeinstelleinheit, die einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert auszugeben; eine Biaxialstromregeleinheit, die eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit und demjenigen der Biaxialstromeinstelleinheit berechnet, um einen Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben; und eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit, die ein PWM-Signal erzeugt, das die Stromwandlungseinheit auf der Grundlage der Ausgabe der Biaxialstromregeleinheit und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit steuert, wobei die Frequenzberechnungseinheit die Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit so bestimmt, dass der Amplitudensollwert, der einer Blindkomponente des Stroms entspricht, unter den von der Biaxialstromregeleinheit ausgegebenen Amplitudensollwerten gegen 0 geführt wird.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzberechnungseinheit unter den Amplitudensollwerten, die von der Biaxialstromregeleinheit ausgegeben werden, einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren des Amplituden sollwertes, der der Wirkkomponente des Stroms entspricht, mit einem Verstärkungsfaktor, einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren eines zeitschwankungsreduzierten Wertes des Amplitudensollwertes, der der Wirkkomponente des Stroms entspricht, mit dem Verstärkungsfaktor, oder einen zeitschwankungsreduzierten Wert des mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes als Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit auswählt.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzberechnungseinheit enthält: eine Impedanzkompensationseinheit, die einen Kompensationswert ausgibt zum Kompensieren eines stationären oder vorübergehenden Spannungsabfalls in einem Leitungsimpedanzabschnitt, wenn sich der Amplitudensollwert, der der Wirkkomponente des Stroms entspricht, unter den von der Biaxialstromregeleinheit ausgegebenen Amplitudensollwerten verändert, wobei ein Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren eines addierten Wert des der Wirkkomponente des Stroms entsprechenden Amplitudensollwertes oder eines zeitschwankungsreduzierten Wertes des Amplitudensollwertes und eines Ausgangs der Impedanzkompensationseinheit mit einem Verstärkungsfaktor, oder ein zeitschwankungsreduzierter Wert des mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten Wertes als Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit ausgewählt wird.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Impedanzkompensationseinheit den Kompensationswert auf der Grundlage der Wirkkomponente des Stroms oder eines Sollwerts der Wirkkomponente des Stroms berechnet.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Impedanzkompensationseinheit den Kompensationswert durch Reduzieren von Zeitschwankungen der Wirkkomponente des Stroms oder des Sollwerts der Wirkkomponente des Stroms berechnet.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Impedanzkompensationseinheit den Kompensationswert berechnet, indem sie unter den von der Biaxialstromregeleinheit ausgegebenen Amplitudensollwerten den Amplitudensollwert verwendet, der der Blindkomponente des Stroms entspricht.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzberechnungseinheit einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren einer Konstanten mit einem Verstärkungsfaktor, als Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit auswählt.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: eine Ausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die eine Biaxialspannung mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation aus einer Ausgangsspannung der Stromwandlungseinheit und dem Phasenwinkelsignal der Integralberechnungseinheit berechnet, um ein Signal auszugeben, das dem von der Biaxialstromregeleinheit ausgegebenen Amplitudensollwert für jede Biaxialkomponente entspricht, wobei die Frequenzberechnungseinheit den Amplitudensollwert durch den Signalwert der Ausgangsspannung-Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit für jede Biaxialkomponente ersetzt.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Wirkkomponente des Stroms unter Verwendung der Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit, die von der Frequenzberechnungseinheit ausgegeben wird, berechnet.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Wirkkomponente des Stroms unter Verwendung eines gleichstromseitigen Spannungswertes der Stromwandlungseinheit berechnet.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Leistungsfaktor willkürlich festgelegt wird, indem der Sollwert der Blindkomponente des Stroms der Biaxialstromregeleinheit angepasst wird.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Blindkomponente des Stroms als einen Wert bestimmt, derart, dass der Leistungsfaktor an einem Ausgangsende der Stromwandlungseinheit gleich 1 wird.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Biaxialstromeinstelleinheit den Sollwert der Blindkomponente des Stroms als einen Wert bestimmt, derart, dass der Leistungsfaktor an einem Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle-Ende der Wechselstromschaltung gleich 1 wird.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wechselstromschaltung eine Schaltung ist, die eine oder mehrere Wechselstrommaschinen enthält.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Wechselstrommaschine eine Synchronmaschine, eine Reluktanzmaschine, eine Induktionsmaschine oder eine Induktionssynchronmaschine ist.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine Magnetisierung oder Entmagnetisierung eines Magnetfeldes hervorgerufen wird, indem der Sollwert des Biaxialstroms der Biaxialstromeinstelleinheit angepasst wird.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein öffentliches Stromnetz, ein wechselstromseitiger Ausgang einer weiteren Stromwandlungseinheit, oder eine Wechselstromlast, die einen Kondensator enthält, als Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle der Wechselstromschaltung angeschlossen ist.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gleichstromschaltung eine einen Kondensator enthaltende Schaltung, eine Gleichstromversorgung oder eine Gleichstromlast ist.
Stromwandlungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromwandlungseinheit ein Stromrichter ist, der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung wandelt, oder ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der Wechselstromleistung in Gleichstromleistung wandelt.
Computerprogrammprodukt, das ein computerlesbares Medium aufweist, das programmierte Befehle enthält, um eine Stromwandlungseinheit zu steuern, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer Wechselstromschaltung, die eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthält, angeschlossen ist, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mittels einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines von einem Stromdetektor erfassten Erfassungssignals eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms auszutauschen, wobei die Befehle, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, zu arbeiten als: eine Frequenzberechnungseinheit, die eine Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit bestimmt, um somit einen Amplitudensollwert, der einer Blindkomponente des Stroms entspricht, unter den Amplitudensollwerten gegen 0 zu führen; eine Integralberechnungseinheit, die ein Phasenwinkelsignal durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit berechnet, um das Phasenwinkelsignal auszugeben; eine Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit, die einen Biaxialstrom einer Wirkkomponente und einer Bildkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit berechnet, um den Biaxialstrom auszugeben; eine Biaxialstromeinstelleinheit, die einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert auszugeben; eine Biaxialstromregeleinheit, die eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen dem Ausgang der Orthogonal-Biaxial-Transformationseinheit und demjenigen der Biaxialstromeinstelleinheit berechnet, um einen Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben; und eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit, die ein PWM-Signal erzeugt, das die Stromwandlungseinheit auf der Grundlage der Ausgabe der Biaxialstromregeleinheit und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit steuert.
Stromwandlungssteuerverfahren zum Steuern einer Stromwandlungseinheit, die zwischen einer Gleichstromschaltung und einer eine Wechselstrom-Elektromotorikkraft-Quelle enthaltenden Wechselstromschaltung angeschlossen ist, um Leistung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mittels einer Schaltvorrichtung auf der Grundlage eines durch einen Stromdetektor erfassten Erfassungssignals eines durch die Wechselstromschaltung fließenden Stroms auszutauschen, umfassend: einen Frequenzberechnungsschritt des Bestimmens einer Betriebsfrequenz der Stromwandlungseinheit, um somit einen Amplitudensollwert, der einer Blindkomponente des Stroms entspricht, unter den Amplitudensollwerten gegen 0 zu führen; einen Integralberechnungsschritt, der ein Phasenwinkelsignal durch Integration des Ausgangs der Frequenzberechnungseinheit berechnet, um das Phasenwinkelsignal auszugeben; einen Orthogonal-Biaxial-Transformationsschritt, der einen Biaxialstrom einer Wirkkomponente und einer Bildkomponente mittels Orthogonal-Biaxial-Transformation auf der Grundlage des Erfassungssignals des Stromdetektors und des Phasenwinkelsignals der Integralberechnungseinheit berechnet, um den Biaxialstrom auszugeben; einen Biaxialstromeinstellschritt, der einen Sollwert des Biaxialstroms bestimmt, um den Sollwert auszugeben; einen Biaxialstromregelschritt, der eine Fehlergröße aus einer Differenz zwischen der Ausgabe des Orthogonal-Biaxial-Transformationsschritts und derjenigen des Biaxialstromeinstellschritts berechnet, um einen Amplitudensollwert entsprechend der Fehlergröße für jede Biaxialkomponente auszugeben; und einen PWM-Signal-Erzeugungsschritt des Erzeugens eines PWM-Signals, das die Stromwandlungseinheit auf der Grundlage der Ausgabe des Biaxialstromregelungsschritts und des Phasenwinkelsignals des Integralberechnungsschritts steuert.