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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für
einen Energiewandler, der eine Energieumwandlung zwischen Gleichstrom-(DC)-Energie
und Wechselstrom-(AC)-Energie durchführt.
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Stand der Technik
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Als
diese Art von Energiewandler ist ein Pulsweitenmodulationsinverter
(PWM-Inverter) bekannt, der mehrere Halbleiterschaltelemente durch Einsatz
von Pulsweitenmodulation ein- oder ausschaltet. Beim PWM-Inverter
ist jeweils ein Halbleiterschaltelement im oberen und unteren Zweig
jeder Phasentransformationsschaltung enthalten. Die jeweils im oberen
und unteren Zweig enthaltenen Halbleiterschaltelemente werden mit
einem pulsweitenmodulierten Schaltsignal komplementär ein-
oder ausgeschaltet, wodurch eine Wechselstrom-(AC)-Ausgangsspannung
erzeugt wird, deren Amplitude und Frequenz gesteuert ist. Das pulsweitenmodulierte
Schaltsignal wird dadurch generiert, dass ein Spannungsbefehlssignal
mit einer Trägerschwingung verglichen wird, indem ein PWM-Vorlagen-Rechenwerk
verwendet wird. Als Trägerschwingung wird oftmals eine
Dreiecksschwingung verwendet.
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Für
Pulsweitenmodulation wird oftmals ein asynchrones Pulsweitenmodulationsverfahren
eingesetzt. In diesem asynchronen Pulsweitenmodulationsverfahren
wird die Frequenz fc einer Trägerschwingung ungeachtet
der Umrichtgrundfrequenz f eines PWM-Inverters, das heißt,
der Grundschwingungsfrequenz der AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters,
auf einem bestimmten Wert gehalten. Das asynchrone Pulsweitenmodulationsverfahren
wird oftmals aufgrund dessen übernommen, dass: die Anzahl
von Malen des Schaltens eines Halbleiterschaltelements pro Einheitszeit
genau festgelegt werden kann; und der Aktualisierungszeitablauf
für einen Spannungsbefehl synchron mit der Spitze der Trägerschwingung
ist und unter Verwendung eines Mikrocomputers ohne Weiteres gesteuert werden
kann. Es kann ein Mikrocomputer verwendet werden, der eine asynchrone
Pulsweitenmodulationsschaltung enthält.
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Im
asynchronen Pulsweitenmodulationsverfahren muss die Trägerfrequenz
fc einer Trägerschwingung so bestimmt werden, dass sie
im Hinblick auf die Grundfrequenz f des PWM-Inverters eine ausreichend
hohe Frequenz ist. So lautet es zum Beispiel auf S. 44 eines Schriftstücks
mit dem Titel "Theory of AC Servo System and Practice in
Designing" (Bd. 4, 1997), veröffentlicht von Sogo Densi Shuppan
Inc., dass fc/f 9 oder darüber betragen soll. Jedoch
wird je nach Gebiet, auf dem der PWM-Inverter angewendet wird, ein
Halbleiterschaltelement mit großer Kapazität als
Halbleiterschaltelement übernommen. Deshalb lässt
sich die Trägerfrequenz fc im Hinblick auf die Grundfrequenz
des PWM-Inverters nicht auf einen ausreichend hohen Wert einstellen. Wenn
fc/f nicht ausreichend hoch ausgelegt werden kann, treten folgende
negativen Wirkungen auf: eine Schwebung (beat) genannte Schwingung
tritt in der AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters auf und setzt
so die Präzision in der AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters
merklich herab; und in einem Laststrom tritt ein Pulsieren auf.
Die Schwebung ist ein Signal mit mindestens einer Frequenz, die
als fc – n × f ausgedrückt wird (worin
n positve und negative ganze Zahlen bezeichnet), oder eine Kombination von
Signalen, welche die Frequenzen haben.
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Zur
Unterdrückung der Schwebung wurde in der Vergangenheit
zum Beispiel die Übernahme eines synchronen Pulsweitenmodulationsverfahrens vorgeschlagen.
Das synchrone Pulsweitenmodulationsverfahren ist dazu gedacht, die
Präzision in der AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters
dadurch zu verbessern, dass die Trägerfrequenz fc auf eine Frequenz
eingestellt wird, die entsprechend einer Veränderung in
der Grundfrequenz f ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz
f des PWM-Inverters ist, oder dass die Schaltvorgänge der
Halbleiterschaltelemente, die jeweils im oberen und unteren Zweig
jeder Phasentransformationsschaltung des PWM-Inverters enthalten
sind, mit der Grundfrequenz des PWM-Inverters synchronisiert werden. Solange
das synchrone Pulsweitenmodulationsverfahren übernommen
wird, kann die Schwebung unterdrückt werden, weil die Schwingungsform
der AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters mit einer Span nungsbefehlsschwingungsform
synchron ist. Wenn allerdings in das asynchrone Pulsweitenmodulationsverfahren
auch das synchrone Pulsweitenmodulationsverfahren übernommen
wird, ist der Zusatz einer Spezialvorrichtung oder ein Umbau nötig.
Dies wirft insofern ein Problem auf, als die Kosten zunehmen.
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In
der
JP9-238472A (Patenschrift
1) ist ein Verfahren vorgeschlagen, in dem: die Pulsweite für eine
Schaltvorlage, die für ein Halbleiterschaltelement eines
PWM-Inverters relevant ist, integriert wird, um die AC-Ausgangsspannung
des PWM-Inverters abzuschätzen; und eine Differenz der
geschätzten AC-Ausgangsspannung von einem Spannungsbefehl
zu einem Spannungsbefehl des nächsten Mals addiert wird,
um eine Kompensation zur Unterdrückung der Schwebung durchzuführen.
Außerdem ist in der
JP2005-224093A (Patentschrift 2) ein Verfahren
zum Korrigieren der Frequenz einer Trägerschwingung, um
die Schwebung zu unterdrücken, vorgeschlagen.
- Patentschrift
1: JP9-238472A
- Patentschrift 2: JP2005-224093A
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Offenbarung der Erfindung
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Problem, das die Erfindung lösen
soll
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Da
die AC-Ausgangsspannung eines PWM-Inverters in der Patentschrift
1 abgeschätzt wird, indem eine Pulsweite integriert wird,
tritt eine Verzögerung bei der Abschätzung auf.
Eine Kompensation kann im Spannungsbefehl des nächsten
Mals erzielt werden. Da die Kompensation eine Art von Rückwärtsregelung
ist, ist es, wenn die Frequenz einer Schwebung hoch ist, schwierig,
die Schwebung zu unterdrücken. Außerdem muss in
der Patentschrift 2 eine spezielle Trägerschwingungskorrekturschaltung
hinzugefügt werden, um die Frequenz einer Trägerschwingung
zu korrigieren.
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Die
Erfindung schlägt eine Steuervorrichtung für einen
Energiewandler vor, die verbessert wurde, um eine Schwebung schneller
und mit höherer Genauigkeit unterdrücken zu können
als es Vorrichtungen des Stands der Technik vermögen.
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Mittel zur Lösung
des Problems
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Eine
Steuervorrichtung für einen Energiewandler nach der Erfindung
ist eine Steuervorrichtung für einen Energiewandler, die
den Energiewandler steuert, der eine Energieumrichtung zwischen DC-Energie
und AC-Energie mittels mehrerer Halbleiterschaltelemen te durchführt,
und umfasst: eine Spannungsbefehlseinrichtung, die ein Spannungsbefehlssignal
generiert; eine Spannungsbefehlskompensationseinrichtung, die eine
Kompensation am Spannungsbefehlssignal vornimmt und ein kompensatorisches
Spannungsbefehlssignal generiert; und ein Schaltvorlagen-Rechenwerk,
das ein Schaltsignal für jedes der Halbleiterschaltelemente
auf Grundlage des kompensatorischen Spannungsbefehlssignals und
einer Trägerschwingung generiert. Die Steuervorrichtung
für den Energiewandler zeichnet sich dadurch aus, dass:
unter der Voraussetzung, dass die Umrichtgrundfrequenz des Energiewandlers f
und die Trägerfrequenz der Trägerschwingung fc
ist, die Spannungsbefehlskompensationseinrichtung ein Kompensationssignal
generiert, das mindestens eine kompensatorische Frequenzkomponente
enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt ist,
die durch fc – n × f ausgedrückt wird
(worin n aufeinanderfolgende positive und negative ganze Zahlen
bezeichnet); und das kompensatorische Spannungsbefehlssignal auf Grundlage
des Kompensationssignals generiert wird.
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Vorteil der Erfindung
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Eine
Steuervorrichtung für einen Energiewandler nach der Erfindung
besitzt eine Spannungsbefehlskompensationseinrichtung, die zu einer
Spannungsbefehlseinrichtung in einer Steuerschaltung hinzugefügt
ist, die Halbleiterschaltelemente eines Energiewandlers steuert,
ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal bereitstellt, das ein
Spannungsbefehlssignal ist, das auf Grundlage eines Kompensationssignals
kompensiert wurde, das mindestens eine Kompensationsfrequenzkomponente enthält,
die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die durch fc – n × f
ausgedrückt wird (worin n aufeinanderfolgende positive
und negative ganze Zahlen bezeichnet), und eine Schwebung ohne Weiteres
und hochpräzise aufgrund von Vorwärtsregelung
unterdrücken kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 1 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Blockschema, welches das Detail eines in der Ausführungsform
1 verwendeten Spannungsbefehlskompensators zeigt;
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3A ist
ein Schwingungsformdiagramm, das eine in der Ausführungsform
1 verwendete Trägerschwingung zeigt, und 3B ist
ein Diagramm, das eine Phasenveränderung in der Trägerschwingung
zeigt;
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4 ist
ein Vektordiagramm, dass einen in der Ausführungsform 1
verwendeten Spannungsbefehl zeigt;
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5 ist
ein Blockschema, welches das Detail eines in der Ausführungsform
1 verwendeten Spannungsbefehlskompensationssignalgenerators zeigt;
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6 ist
ein Blockschema, welches das Detail einer Variante des in der Ausführungsform
1 verwendeten Spannungsbefehlskompensationssignalgenerators zeigt;
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die 7A–7D sind
Schwingungsformdiagramme, die verschiedene, die Steuervorrichtung für
den Energiewandler nach der Ausführungsform 1 betreffende
Schwingungsformen zeigen;
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die 8A–8D sind
Schwingungsformdiagramme, die als Vergleich zu den 7A–7D verschiedene
Schwingungsformen zeigen, die eine Steuervorrichtung mit dem in
der Ausführungsform 1 daraus ausgeschlossenen Spannungsbefehlskompensator
betreffen;
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9 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 2 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt;
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10 ist
ein Blockschema, welches das Detail eines Spannungsbefehlskompensators
nach der Ausführungsform 2 zeigt;
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11 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 3 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt;
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12 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 4 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt;
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13 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 5 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt; und
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14 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 6 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt.
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Beste Art und Weise zur Umsetzung
der Erfindung
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen werden nachstehend einige Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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Ausführungsform 1
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1 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 1 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt. Die
Steuervorrichtung für den Energiewandler der Ausführungsform
1 umfasst einen Energiewandler 100 und eine Steuerschaltung 10.
Der Energiewandler 100 ist in der Ausführungsform
1 ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Inverter 100I. Die Steuerschaltung 10 stellt
eine Steuervorrichtung für den Energiewandler 100 dar.
Die Steuerschaltung 10 umfasst einen Spannungsbefehlsgenerator 1,
der eine Spannungsbefehlseinrichtung ist, einen Spannungsbefehlskompensator 3,
der eine Spannungsbefehlskompensationseinrichtung ist, einen Koordinatentransformator 6 und
ein PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8, das eine Schaltvorlagenrechnereinrichtung
ist. Der Spannungsbefehlsgenerator 1, der Spannungsbefehlskompensator 3 und
der Koordinatentransformator 6 sind Teile von Mitteln,
die zum Beispiel durch einen Mikrocomputer zur Ausführung
gebracht werden sollen.
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Der
PWM-Inverter 100I ist zum Beispiel ein dreiphasiger PWM-Inverter
und umfasst eine U-Phasen-Transformationsschaltung 100U,
eine V-Phasen-Transformationsschaltung 100V und eine W-Phasen-Transformationsschaltung 100W.
Die Phasentransformationsschaltungen 100U, 100V und 100W sind
zwischen einem Paar von Gleichstrom-(DC)-Leitungen 101P und 101N miteinander parallelgeschaltet.
Die U-Phasen-Transformationsschaltung 100U umfasst einen
oberen Zweig 100UP und einen unteren Zweig 100UN,
die V-Phasen-Transformationsschaltung 100V umfasst einen oberen
Zweig 100VP und einen unteren Zweig 100VN, und
die W-Phasentransformationsschaltung 100W umfasst einen
oberen Zweig 100WP und einen unteren Zweig 100WN.
Eine U-Phasen-Wechselstrom-(AC)-Leitung 102U ist zwischen
dem oberen Zweig 100UP und dem unteren Zweig 100UN der U-Phasen-Transformationsschaltung 100U zwischengeschaltet.
Eine V-Phasen-AC-Leitung 102V ist zwischen dem oberen Zweig 100VP und
dem unteren Zweig 100VN der V-Phasentransformationsschaltung 100V zwischengeschaltet.
Eine W-Phasen-AC-Leitung 102W ist zwischen dem oberen Zweig 100WP und dem
unteren Zweig 100WN der W-Phasentransformationsschaltung 100W zwischengeschaltet.
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Die
oberen Zweige 100UP, 100VP und 100WP und
die unteren Zweige 100UN, 100VN und 100WN sind
mit Leistungshalbleiterschaltelementen ausgebildet. Ein Schaltsignal 9,
das aus dem PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8 ausgegeben wird, umfasst
Schaltsignale Su, Sv und Sw. Das Schaltsignal Su schaltet die Halbleiterschaltelemente
komplementär ein oder aus, die den oberen und unteren Zweig 100UP bzw. 100UN der
U-Phasentransformationsschaltung 100U bilden, das Schaltsignal
Sv schaltet die Halbleiterschaltelemente komplementär ein
oder aus, die den oberen und unteren Zweig 100VP bzw. 100VN der
V-Phasentransformationsschaltung 100V bilden, und das Schaltsignal
Sw schaltet die Halbleiterschaltelemente komplementär ein
oder aus, die den oberen und unteren Zweig 100WP bzw. 100WN der
W-Phasentransformationsschaltung 100W bilden. Wenn die
Halbleiterschaltelemente, welche die oberen und unteren Zweige der Phasentransformationsschaltungen 100U, 100V und 100W bilden,
komplementär ein- oder ausgeschaltet werden, wandelt der
PWM-Inverter 100I eine DC-Spannung zwischen den DC-Leitungen 101P und 101N in
eine AC-Spannung um und lässt eine AC-Ausgangsspannung
in der AC-Leitung 102U, 102V oder 102W entstehen.
Im PWM-Inverter 100I ist die Umrichtspannung die AC-Ausgangsspannung, die
in der AC-Leitung 102U, 102V oder 102W entstanden
ist, und die AC-Ausgangsspannung besitzt eine Grundfrequenz f.
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In
die Steuerschaltung 10 wird ein d-q-Achsenrahmen als orthogonaler
biaxialer Drehrahmen zur Verwendung bei der Bearbeitung eines Signals wie
etwa eines Spannungsbefehlssignals übernommen. Der Spannungsbefehlsgenerator 1 gibt
ein Spannungsbefehlssignal 2 im d-q-Achsenrahmen ab. Das
Spannungsbefehlssignal 2 enthält Vd* und Vq*. Vd*
bezeichnet ein Spannungsbefehlssignal auf einer d-Achse, und Vq*
bezeichnet ein Spannungsbefehlssignal auf einer q-Achse. Ein Koordinatentransformationssignal 5 wird
jeweils dem Spannungsbefehlskompensator 3 und dem Koordinatentransformator 6 zugeleitet.
Das Koordinatentransformationssignal 5 ist ein Koordinatentransformationsphasensignal θ.
Der Spannungsbefehlskompensator 3 empfängt das
Spannungsbefehlssignal 2 und generiert ein kompensatorisches
Spannungsbefehlssignal 4, bei dem es sich um das Spannungsbefehlssignal 2 handelt,
das kompensiert wurde. Das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 4 ist
auch ein Signal auf der d- und q-Achse und enthält Vdc*
und Vqc*. Vdc* bezeichnet ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal
auf der d-Achse, und Vqc* bezeichnet ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal
auf der q-Achse. Der Koordinatentransformator 6 empfängt
das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 4 auf der d-
und q-Achse und wandelt das kompensatorische Spannungsbefehlssignal
in ein Spannungsbefehlssignal 7 in einem Ruherahmen um.
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Das
Spannungsbefehlssignal 7 im Ruherahmen enthält
Vuc*, Vvc* und Vwc*. Vuc* bezeichnet ein Spannungsbefehlssignal
für die U-Phasentransformationsschaltung 100U,
Vvc* bezeichnet ein Spannungsbefehlssignal für die V-Phasentransformationsschaltung 100V und
Vwc* bezeichnet ein Spannungsbefehlssignal für die W-Phasentransformationsschaltung 100W.
Das PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8 empfängt das Spannungsbefehlssignal 7 im
Ruherahmen, vergleicht das Spannungsbefehlssignal 7 mit
einer Trägerschwingung Cw, und generiert Schaltsignale
Su, Sv und Sw. Die Trägerschwingung Cw ist in den 3A, 3B gezeigt. 3A zeigt die
Schwingungsform der Trägerschwingung Cw, und 3B zeigt
eine Phasenveränderung in der Trägerschwingung
Cw. Die Achsen der Abszissen von 3A und 3B sind
gemeinsame Zeitachsen. Die Trägerschwingung Cw ist, wie
aus 3A ersichtlich ist, zum Beispiel eine Dreiecksschwingung,
und ihre Phase verändert sich zyklisch, wie aus 3B ersichtlich
ist, von 0 bis 2π. Die Trägerfrequenz der Trägerschwingung
Cw soll fc sein.
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2 ist
ein Blockschema, welches das Detail des in 1 gezeigten
Spannungsbefehlskompensators 3 zeigt. Der Spannungsbefehlskompensator 3 ist
eine Einrichtung, die zum Beispiel durch einen Mikrocomputer zur
Ausführung gebracht werden soll. Der Spannungsbefehlskompensator 3 umfasst, wie
in 2 gezeigt, einen Signalumsetzer 31, einen Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34,
einen Signalumsetzer 37 und Addierer 381, 382 und 383.
Der Signalumsetzer 31 empfängt das Spannungsbefehlssignal 2,
welches das Spannungsbefehlssignal Vd* auf der d-Achse und das Spannungsbefehlssignal
Vq* auf dr q-Achse enthält, setzt das Spannungsbefehlssignal 2 in
ein Spannungsbefehlssignal 32 mit einer Vektordarstellung
um, und gibt das Spannungsbefehlssignal 32 aus. Das Spannungsbefehlssignal 32 enthält
ein Amplitudenbefehlssignal Vn* mit einer Vektordarstellung, und
ein Phasenbefehlssignal θv* mit einer Vektordarstellung.
Das Amplitudenbefehlssignal Vn* wird dem Addierer 381 zugeleitet,
und das Phasenbefehlssignal θv* wird dem Addierer 382 zugeleitet.
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Das
Amplitudenbefehlssignal Vn* und das Phasenbefehlssignal θv*
mit den Vektordarstellungen sind in 4 gezeigt.
In 4 ist die Achse der Abszissen die d-Achse, und
die Achse der Koordinaten ist die q-Achse. Das Amplitudenbefehlssignal
Vn* ist, wie aus 4 ersichtlich ist, ein synthetischer Vektor
des Spannungsbefehlssignals Vd* auf der d-Achse und des Spannungsbefehlssignals
Vq* auf der q-Achse, und das Phasenbefehlssig nal θv* stellt einen
Winkel zwischen dem Amplitudenbefehlssignal Vn* und der d-Achse
dar.
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Das
Phasenbefehlssignal θv* wird auch dem Addierer 383 zugeleitet.
Das Koordinatentransformationsphasensignal θ wird auch
dem Addierer 383 zugeleitet. Der Addierer 383 addiert
das Phasenbefehlssignal θv* und das Koordinatentransformationsphasensignal Θ auf,
generiert ein Spannungsbefehlsphasensignal 33 im Ruherahmen,
und leitet das Spannungsbefehlsphasensignal 33 an den Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 weiter.
Das Spannungsbefehlsphasensignal 33 ist gleich (θv*
+ θ). Die Trägerfrequenz fc wird zusammen mit
dem Spannungsbefehlsphasensignal 33 an den Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 weitergeleitet.
Der Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 gibt
das Spannungsbefehlskompensationssignal 35 auf Grundlage
des Spannungsbefehlsphasensignals 33 und der Trägerfrequenz
fc aus. Das Spannungsbefehlskompensationssignal 35 enthält
ein Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente und ein Kompensationssignal θc
einer Phasenkomponente. Das Phasenbefehlskompensationssignal 35 ist
ein Kompensationssignal zur Unterdrückung einer Schwebung,
die in einer AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters 100I enthalten
ist.
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Der
Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 umfasst
einen ersten Kompensationssignalgenerator 341 und einen
zweiten Kompensationssignalgenerator 342. Der erste Kompensationssignalgenerator 341 empfängt
das Spannungsbefehlsphasensignal 33 und die Trägerfrequenz
fc und generiert das Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente
auf Grundlage des Spannungsbefehlsphasensignals 33 und
der Trägerfrequenz fc. Der zweite Kompensationssignalgenerator 342 empfängt
das Spannungsbefehlsphasensignal 33 und die Trägerfrequenz
fc und generiert das Kompensationssignal θc einer Phasenkomponente
auf der Grundlage des Spannungsbefehlsphasensignals 33 und
der Trägerfrequenz fc. Der erste Kompensationssignalgenerator 341 leitet
das Kompensationssignal Vc der Amplitudenkomponente an den Addierer 381 weiter. Das
Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente wird durch den
Addierer 381 zum Amplitudenbefehlssignal Vn* addiert. Der
zweite Kompensationssignalgenerator 342 leitet das Kompensationssignal θc
einer Phasenkomponente an den Addierer 382 weiter. Das
Kompensationssignal θc einer Phasenkomponente wird durch
den Addierer 382 zum Phasenkomponentensignal θv*
addiert. Das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 36 mit
einer Vektordarstellung wird aus den Addieren 381 und 382 ausgegeben.
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Das
kompensatorische Spannungsbefehlssignal 36 mit einer Vektordarstellung
enthält ein kompensatorisches Amplitudenbefehlssignal Vnc*
mit einer Vektordarstellung und ein kompensatorisches Phasenbefehlssignal θvc*
mit einer Vektordarstellung. Das kompensatorische Amplitudenbefehlssignal
Vnc* wird aus dem Addierer 381 ausgegeben. Das kompensatorische
Amplitudenbefehlssignal Vnc* ist Vnc* = Vn* + Vc. Das kompensatorische Phasenbefehlssignal θvc*
wird aus dem Addierer 382 ausgegeben. Das kompensatorische
Phasenbefehlssignal θvc* ist θvc* = θv*
+ θc. Der Signalumsetzer 37 setzt das kompensatorische
Spannungsbefehlssignal 36 mit einer Vektordarstellung in
ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal 4 auf der
d- und q-Achse um. Das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 4 auf
der d- und q-Achse beinhaltet ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal Vdc*
auf der d-Achse und ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal
Vqc* auf der q-Achse.
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Das
Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente, das durch den
ersten Kompensationssignalgenerator 341 generiert wird,
und das Kompensationssignal θc einer Phasenkomponente,
das durch den zweiten Kompensationssignalgenerator 342 generiert
wird, sind Kompensationssignale zur Verwendung bei der Unterdrückung
einer Schwebung, die in einer AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters 100I enthalten
ist. Auf Grundlage des Kompensationssignals Vc und des Kompensationssignals θc
setzt der Spannungsbefehlskompensator 3 das Spannungsbefehlssignal 2 durch
Vorwärtsregelung in das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 4 um.
Indem der Spannungsbefehlskompensator 3 genutzt wird, kann
die Schwebung ohne Weiteres unterdrückt werden. Die Schwebung,
die in der AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters 100I enthalten
ist, ist ein Signal mit mindestens einer Frequenz, die aus einer
Gruppe von Frequenzen ausgewählt ist, die durch fc – n × f
ausgedrückt wird (worin n aufeinanderfolgende positive
und negative ganze Zahlen bezeichnet), oder eine Kombination mehrerer Signale
mit mehreren Frequenzen, die aus der Frequenzgruppe ausgewählt
sind. Das Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente und
das Kompensationssignal θc einer Phasenkomponente umfassen
eine kompensatorische Frequenzkomponente mit derselben Frequenz
wie die Schwebung.
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Die
kompensatorische Frequenzkomponente soll fco sein. Die kompensatorische
Frequenzkomponente fco enthält eine Komponente mindestens
einer kompensatorischen Frequenz, die aus einer kompensatorischen
Frequenzgruppe ausgewählt ist, die durch eine nachstehende
Gleichung (1) ausgedrückt wird, oder Komponenten mehrerer
kompensatorischer Frequenzen, die aus der kompensatorischen Frequenzgruppe
ausgewählt sind. Mit anderen Worten enthalten die Kompensationssignale
Vc und θc jeweils ein Signal oder mehrere Signale, und
die Signale enthalten jeweils eine kompensatorische Frequenzkomponente,
die aus den kompensatorischen Frequenzkomponenten fco(n) ausgewählt
ist. fco(n) = fc – n × f (1),worin n
aufeinanderfolgende positive und negative ganze Zahlen bezeichnet.
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5 zeigt
das Detail des ersten Kompensationssignalgenerators 341 und
zweiten Kompensationssignalgenerators 342, die in dem Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 enthalten
sind, der in 2 gezeigt ist. Der erste und zweite
Kompensationssignalgenerator 341 und 342 haben
dieselbe Konfiguration. 5 zeigt den inneren Aufbau,
den der erste und zweite Kompensationssignalgenerator 341 und 342 gemeinsam
haben. Ein Kompensationssignal, das ausgegeben werden soll, ist
als Vc oder θc gezeigt. Anzumerken ist, dass es der erste
Kompensationssignalgenerator 341 ist, der das Kompensationssignal
Vc ausgibt, und dass es der zweite Kompensationssignalgenerator 342 ist, der
das Kompensationssignal θc ausgibt.
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Der
erste und zweite Kompensationssignalgenerator 341 und 342 umfassen
jeweils, wie in 5 gezeigt, n positive Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSPn und n negative Kompensationssignalgenerierungsstufen CSNn.
In den positiven Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn entspricht
n beliebigen der aufeinanderfolgenden positiven ganzen Zahlen in
der Gleichung (1), und zwar, (+1), (+2), (+3), usw. Speziell umfassen
die positiven Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSP(+1), CSP(+2), CSP(+3), usw. In den negativen Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSNn, entspricht n beliebigen der aufeinanderfolgenden negativen
ganzen Zahlen in der Gleichung (1), und zwar, (–1), (–2), (–3),
usw. Speziell umfassen die negativen Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSNn Kompensationssignalgenerierungsstufen CSN(–1), CSN(–2), CSN(–3),
usw.
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Die
Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn und CSNn umfassen jeweils
einen Multiplizierer MUL, der das Spannungsbefehlsphasensignal 33 empfängt,
einen Integrator INT, der die Trägerfrequenz fc empfängt,
eine Kompensationstabelle TAB, einen Subtrahierer DIF, und einen
Addierer ADD. Der Multiplizierer MUL multipliziert das Spannungsbefehlsphasensignal 33 mit
n. Der Integrator INT integriert die Trägerfrequenz fc,
um eine Phasenkomponente der Trägerschwingung Cw zu erhalten, und
gibt die Phasenkomponente als einen integralen Ausgang aus. Der
Subtrahierer DIF subtrahiert den multiplikativen Ausgang des Multiplizierers
MUL vom integralen Ausgang des Integrators INT und leitet ein Phasenbasissignal θbn
an die Kompensationstabelle TAB weiter. Das Phasenbasissignal θbn
wird mit n in der Gleichung (1) assoziiert und unabhängig
durch jede der Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn und CSNn
berechnet. Die Kompensationstabelle TAB speichert mehrere Kompensationswerte des
Kompensationssignals Vc oder θc, die mit dem Phasenbasissignal θbn
assoziiert sind, wählt einen mit dem Phasenbasissignal θbn
assoziierten Kompensationswert auf der Grundlage des Phasenbasissignals θbn
aus, und gibt den Kompensationswert als ein Stufenkompensationssignal
Vcn oder θcn aus. Der Addieret ADD addiert das Stufenkompensationssignal
Vcn oder θcn zum Stufenkompensationssignal Vcn oder θcn
irgendeiner anderen Kompensationssignalgenerierungsstufe CSPn oder
CSNn.
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Der
Multiplizieret MUL jeder der Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSPn und CSNn hat eine multiplikative Konstante n, die n in der
Gleichung (1) entspricht. Die multiplikativen Konstanten der Multiplizieret
MUL der positiven Kompensationssignalgenerierungsstufen CSP(+1),
CSP(+2), CSP(+3), usw., sind jeweils (+1), (+2), (+3), usw. Die
multiplikativen Konstanten der Multiplizieret MUL der negativen
Kompensationssignalgenerierungsstufen CSP(–1), CSP(–2),
CSP(–3), usw., sind jeweils (–1), (–2),
(–3), usw. Der Addieret ADD in der Kompensationssignalgenerierungsstufe
CSP(+1) addiert die Stufenkompensationssignale Vcn oder θcn
aller Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn oder CSNn auf,
um das Kompensationssignal Vc oder θc zu generieren.
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In
jeder der Kompensationstabellen TAB in den jeweiligen Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSPn und CSNn sind mehrere Kompensationswerte gespeichert, die mit
dem Phasenbasissignal θbn assoziiert sind. Die Kompensationswerte werden
im Voraus experimentell oder durch Simulation gewonnen und in jeder
der Kompensationstabellen TAB in den jeweiligen Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSPn und CSNn gespeichert. Danach werden die Kompensationswerte
experimentell oder durch Simulation eingestellt. Die Kompensationswerte
können mehrdimensionale Kompensationswerte sein, die entsprechend
einer Betriebsbedingung für den PWM-Inverter 100I modifiziert
werden können. Als die Betriebsbedingung für den
PWM-Inverter 100I wird die Trägerfrequenz fc,
die Grundfrequenz f, das Amplitudenbefehlssignal Vn* des Spannungsbefehlssignals 32,
oder der DC-Spannungswert zwischen den DC-Leitungen 101P und 101N des PWM-Inverters 100I übernommen.
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In
dem ersten und zweiten Kompensationssignalgenerator 341 und 342,
die in 5 gezeigt sind, sind n Kompensationssignalgenerierungsstufen
als jeweils die positiven Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSPn und negativen Kompensationssignalgenerierungsstufen CSNn ausgebildet.
Eine beliebige Anzahl von Kompensationssignalgenerierungsstufen
kann entsprechend der Betriebsbedingung für den PWM-Inverter 100I und dessen
Anwendungsgebiet ausgebildet werden. Der erste und zweite Kompensationssignalgenerator 341 und 342 bilden
jeweils mindestens eine Kompensationssignalgenerierungsstufe, die
aus den in 5 gezeigten 2n Kompensationssignalgenerierungsstufen
ausgewählt wird. Darüber hinaus wird in jeder
der in 5 gezeigten Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn
und CSNn der Integrator INT zum Integrieren der Trägerfrequenz
fc verwendet, um die Phase der Trägerschwingung Cw zu erhalten.
Alternativ lässt sich die Phase der Trägerschwingung
Cw direkt aus der Größe und dem Zustand der Trägerschwingung Wc
erhalten, die in 3A und 3B gezeigt
ist.
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Darüber
hinaus verwenden der erste und zweite Kompensationssignalgenerator 341 und 342, die
in 5 gezeigt sind, jeweils die Kompensationstabelle
TAB, um die Stufenkompensationssignale Vcn oder θcn der
Kompensationssignalgenerierungsstufen zu erhalten. Alternativ lassen
sich die Stufenkompensationssignale Vcn oder θcn rechnerisch
entsprechend den nachstehenden Gleichungen (2) und (3) erhalten. Vcn = Rvn × cos (θbn + Fvn)
+ Avn (2) θcn = Rthn × cos (θbn
+ Fthn) + Athn (3),worin
der tiefgestellte Index n von Vcn oder θcn n in der Frequenz
(fc – n × f) einer Schwebung, das heißt, irgendeiner
der aufeinanderfolgenden positiven und negativen ganzen Zahlen entspricht.
Darüber hinaus bezeichnet θbn ein Phasenbasissignal,
das aus dem Subtrahierer DIF jeder der Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSPn und CSNn ausgegeben wird. Der tiefgestellte Index n von θbn
entspricht auch n in der Schwebungsfrequenz (fc – n × f),
das heißt, irgendeiner der aufeinanderfolgenden positiven
und negativen ganzen Zahlen. Darüber hinaus bezeichnen
Rvn, Fvn, Avn, Rthn, Fthn und Athn Parameter, die in der Berechnung
verwendet werden. Die tiefgestellten Indizes n der Parameter entsprechen
n in der Schwebungsfrequenz (fc – n × f), das
heißt, irgendeiner von aufeinanderfolgenden positiven und
negativen ganzen Zahlen. Rvn und Rthn sind Amplitudenparameter,
Fvn und Fthn sind Phasenparameter, und Avn und Athn sind Mittelwertparameter.
Die Parameter werden in Verbindung mit jeder der kompensatorischen
Frequenzen fco der kompensatorischen Frequenzgruppe fco(n) in der
Gleichung (1) bestimmt.
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6 zeigt
die Konfiguration des ersten und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342 in
einem Fall, bei dem die Gleichung (2) oder (3) verwendet wird, um
die Stufenkompensationssignale Vcn oder θcn zu berechnen
und auszugeben. Auch in diesem Fall haben der erste und zweite Kompensationssignalgenerator 341 und 342 dieselbe Konfiguration. 6 zeigt
den inneren Aufbau, den der erste und zweite Kompensationssignalgenerator 341 und 342 gemeinsam
haben. Die Kompensationssignale, die ausgegeben werden sollen, sind
als Vc oder θc gezeigt. Es ist der erste Kompensationssignalgenerator 341,
der die Kompensationssignale Vc ausgibt, und es ist der zweite Kompensationssignalgenerator 342,
der die Kompensationssignale θc ausgibt.
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In 6 sind
die Kompensationstabellen TAB in den in 5 gezeigten
Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn und CSNn durch Rechenwerke
ARS ersetzt. Die anderen Bestandteile sind gleich den in 5 gezeigten.
Die Rechenwerke ARS in den Kompensationssignalgenerierungsstufen CSPn
und CSNn berechnen jeweils das Stufenkompensationssignal Vcn oder θcn
unter Verwendung der Gleichung (2) oder (3). In jeder der Kompensationssignalgenerierungsstufen
CSPn und CSNn nimmt das Rechenwerk ARS Bezug auf die Parameter Rvn,
Fvn und Avn für die Gleichung (2), oder auf die Parameter
Rthn, Fthn und Athn für die Gleichung (3), um das Stufenkompensationssignal
Vcn oder θcn zu berechnen. In jedem der Rechenwerke ARS werden
die Parameter in einer Parametertabelle gespeichert. Verglichen
mit einer Tabelle, die Signalschwingungsformen auflistet, kann die
Speicherkapazität der Parametertabelle gering ausgelegt
werden. Darüber hinaus können die Parameter für
die Gleichung (2) oder (3) mehrdimensionale Parameter sein, deren
Werte in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung für
den PWM-Inverter 100I verändert werden können.
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Was
die Steuervorrichtung für einen Energiewandler nach der
Ausführungsform 1 anbelangt, wird der Vorteil einer Verbesserung
in der Präzision einer AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters 100I mit Bezug
auf die 7A–7D und
die 8A–8D beschrieben.
Die 7A–7D zeigen
verschiedene Schwingungsformen, die für die Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Ausführungsform
1 relevant sind, und die 8A bis 8D zeigen
zum Vergleich mit den Schwingungsformen verschiedene Schwingungsformen,
die für die Steuerschaltung 10 relevant sind,
aus welcher der Spannungsbefehlskompensator 3 der Ausführungsform
1 ausgeschlossen wurde. 7A zeigt das
Spannungsbefehlssignal Vdc* auf der d-Achse des kompensatorischen
Spannungsbefehlssignals 4, das aus dem Spannungsbefehlskompensator 3 ausgegeben
wird, und das Spannungsbefehlssignal Vqc* auf dessen q-Achse. In
den 8A–8D wird
der Spannungsbefehlskompensator 3 nicht verwendet, und
das Spannungsbefehlssignal 2 gelangt so, wie es ist, zum
Spannungsbefehlssignal 4. 8A zeigt
das Spannungsbefehlssignal Vd* auf der d-Achse des Spannungsbefehlssignals 2 und
das Spannungsbefehlssignal Vq* auf dessen q-Achse. 7B zeigt
die Umsetzungsraten der AC-Ausgangsspannungen Vu, Vv und Vw der
U-, V- und W-Phase im Ruherahmen, die auf Grundlage des kompensatorischen
Spannungsbefehlssignals 4 auf der d- und q-Achse berechnet
werden, und die Trägerschwingung Cw. 8B zeigt
die Umsetzungsraten der AC-Ausgangsspannungen Vu, Vv und Vw, die auf
Grundlage des Spannungsbefehlssignals 2 auf der d- und
q-Achse und der Trägerschwingung Cw berechnet werden. 7C und 8C zeigen Schwingungsformen
der AC-Ausgangsspannung V des PWM-Inverters 100 auf der
d-Achse gesehen. 7D und 8D zeigen
die Schwingungsformen der AC-Ausgangsspannung V des PWM-Inverters 100I auf
der d-Achse gesehen. In den 7C, 7D und
den 8C, 8D ist die AC-Ausgangsspannungsschwingungsform
V des PWM-Inverters 100I zusammen mit einer durchschnittlichen Schwingungsform
Vav gezeigt, die hergestellt wird, indem ein Mittelwert von Spitze-Spitze-Abschnitten der
Trägerschwingung Cw gebildet wird.
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Die 7A–7D und
die 8A–8D zeigen
Schwingungsformen unter der Voraussetzung, dass die Trägerfrequenz
fc auf 5 kHz eingestellt ist, die Grundfrequenz der AC-Ausgangsspannung
des PWM-Inverters 100I auf 1,2 kHz eingestellt ist, das
Spannungsbefehlssignal Vd* auf der d-Achse auf 140 V eingestellt
ist, das Spannungsbefehlssignal Vq* auf der q-Achse auf 0 eingestellt
ist, und die DC-Spannung zwischen den DC-Leitungen 101P und 101N des
Energiewandlers 100 auf 300 V eingestellt ist. In diesem
Fall ist fc/f ungefähr 4,2, und von der Trägerfrequenz
fc kann im Vergleich zur Grundfrequenz f nicht gesagt werden, dass
sie ausreichend hoch ist. Die Achsen der Abszissen der 7A–7D und
der 8A–8D sind
gemeinsame Zeitachsen.
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Da
in den 8A–8D der
Spannungsbefehlskompensator 3 nicht verwendet wird, lässt sich
ein deutliches Auftreten einer Schwebung von 1,4 kHz, die n = 3
entspricht, aus 8C und 8D erkennen.
Im Gegensatz dazu wird in den 7A–7D der
Spannungsbefehlskompensator 3 verwendet. Das Spannungsbefehlssignal
Vd* auf der d-Achse des Spannungsbefehlssignals 2 und das Spannungsbefehlssignal
Vq* auf dessen q-Achse, die in 8A gezeigt
sind, werden kompensiert, um das kompensatorische Spannungsbefehlssignal Vdc*
auf der d-Achse des kompensatorischen Spannungsbefehlssignals 4 und
das Spannungsbefehlssignal Vqc* auf dessen q-Achse zu sein, die
in 7A gezeigt sind. Als Ergebnis ist die Schwingung
unterdrückt, wie als die durchschnittliche Schwingungsform
Vav von 7C und 7D gezeigt
ist.
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Im Übrigen
sind die Schwingungsformen in den 7A–7D Schwingungsformen,
die erhalten werden, wenn der erste und zweite Kompensationssignalgenerator 341 und 342 des Spannungsbefehlskompensationssignalgenerators 34 unter
Verwendung der in 6 gezeigten Rechenwerke ARS
aufgebaut werden. Da die Betriebsbedingung ein deut liches Auftreten
einer Schwebung mit sich bringt, die n = 3 entspricht, sind der
erste und zweite Kompensationssignalgenerator 431 und 342 jeweils
unter Verwendung nur der positiven Kompensationssignalgenerierungsstufe
CSP(+3) aufgebaut, die n = 3 entspricht. In der Berechnung der Gleichung (2)
werden die Parameter auf Rn(+3) = 40, Fn(+3) = 0,02 und Av(+3) =
18 eingestellt. Die Parameter in der Gleichung (3) werden auf Rth(+3)
= 0,19, Fth(+3) = 4,7 und Ath(+3) = 0,04 eingestellt.
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Die 7A–7D zeigen
Schwingungsformen, die einer Betriebsbedingung für den PWM-Inverter 100I zugeordnet
sind. Unter irgendeiner anderen Betriebsbedingung kann die Schwebung zufriedenstellend
unterdrückt werden, sobald die Parameter in den Gleichungen
(2) und (3) eingestellt sind.
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Wie
vorstehend erwähnt, kann nach der Ausführungsform
1, auch wenn keine ausreichend hohe Trägerfrequenz fc sichergestellt
werden kann, während ein asynchrones Pulsweitenmodulationsverfahren übernommen
wird, eine Schwebung zufriedenstellend unterdrückt werden.
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In
der Ausführungsform 1 erfolgte eine Beschreibung eines
Falls, bei dem die Kompensationssignale Vc und θc zu den
Spannungsbefehlssignalen Vd* und Vq* auf der d- und q-Achse addiert
werden. Alternativ können die Kompensationssignale Vc und θc
zum Spannungsbefehlssignal 7 im Ruherahmen addiert werden.
Obwohl in diesem Fall die Frequenzen der Kompensationssignale Vc
und θc für die Addition verarbeitet werden müssen,
ist der kompensierende Vorgang für das Spannungsbefehlssignal
identisch mit demjenigen in der Ausführungsform 1. Was das
anbelangt, zu welchem der Spannungsbefehlssignale Vd* und Vq* auf
der d- und q-Achse, und dem Spannungsbefehlssignal 7 im
Ruherahmen die Kompensationssignale Vc und θc addiert werden,
können entweder die Spannungsbefehlssignale Vd* und Vq* auf
der d- und q-Achse oder das Spannungsbefehlssignal 7 im
Ruherahmen, der sich zum Einsatz eignet, ausgewählt werden.
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Ausführungsform 2
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9 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 2 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler nach der Erfindung zeigt, und 10 ist ein
Blockschema, welches das Detail eines Spannungsbefehlskompensators 3A der
Ausführungsform 2 zeigt.
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In
der Ausführungsform 2 ist die Steuerschaltung 10 der
Ausführungsform 1 durch eine Steuerschaltung 10A ersetzt.
In der Steuerschaltung 10A ist ein Spannungsbefehlskom pensator 3A für
den Spannungsbefehlskompensator 3 der Ausführungsform
1 eingesetzt. Der Spannungsbefehlskompensator 3A ist so
aufgebaut, dass er einen in die Steuerschaltung 10 der
Ausführungsform 1 eingegliederten Koordinatentransformator 6 besitzt.
Der Spannungsbefehlskompensator 3A umfasst, wie in 10 gezeigt,
einen Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34,
ein θv*-Rechenwerk 311, ein cos-Rechenwerk 313,
ein sin-Rechenwerk 314, Multiplizierer 315 und 316,
Addierer 381, 382, 383 und 384,
und einen Koordinatenumsetzer 6. Der Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 in
dem in 10 gezeigten Spannungsbefehlskompensator 3A ist
so aufgebaut, dass er zum Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 der
Ausführungsform 1 identisch ist. Abgesehen vom Spannungsbefehlskompensator 3A ist
die Steuerschaltung 10A so aufgebaut, dass sie zur Steuerschaltung 10 der
Ausführungsform 1 identisch ist.
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Das θv*-Rechenwerk 311 des
Spannungsbefehlskompensators 3A empfängt ein Spannungsbefehlssignal
Vd* auf der d-Achse und ein Spannungsbefehlssignal Vq* auf der q-Achse,
die in ein Spannungsbefehlssignal 2 auf der d- und q-Achse aufgenommen
werden, und generiert ein Phasenbefehlssignal 312 mit einer
Vektordarstellung. Das Phasenbefehlssignal 312 ist ein
Phasenbefehlssignal θv* mit einer Vektordarstellung. Das
Phasenbefehlssignal θv* wird an das cos-Rechenwerk 313 und
das sin-Rechenwerk 314 weitergeleitet und wird, ähnlich der
Ausführungsform 1, zum Addierer 383 weitergeleitet.
Der Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 gibt, ähnlich
demjenigen der Ausführungsform 1, ein Spannungsbefehlskompensationssignal 35 auf
der Grundlage eines vom Addierer 383 geschickten Spannungsbefehlsphasensignals 33 und
einer Trägerfrequenz fc aus. Das Spannungsbefehlskompensationssignal 35 enthält
ein Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente und ein Kompensationssignal θc
eines Phasenbefehls. Das Spannungsbefehlskompensationssignal 35 ist
ein Kompensationssignal zur Verwendung bei der Unterdrückung
einer in einer AC-Ausgangspannung des PWM-Inverters 100I enthaltenen
Schwebung.
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Das
Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente, das in das Spannungsbefehlskompensationssignal 35 aufgenommen
wird, wird an die Multiplizierer 315 und 316 weitergeleitet.
Das cos-Rechenwerk 313 empfängt das Phasenbefehlssignal θv*
und leitet cosθv* an den Multiplizierer 315 weiter.
Das sin-Rechenwerk 314 empfängt das Phasenbefehlssignal θv*
und leitet sinθv* an den Multiplizierer 316 weiter.
Der Multiplizierer 315 multipliziert das Kompensationssignal
Vc einer Amplitudenkomponente mit cosθv* und leitet den
multiplikativen Ausgang, das heißt, Vc × cosθv*,
an den Addierer 381 weiter. Der Multiplizierer 316 multipliziert
das Kompensationssignal Vc einer Amplitudenkomponente mit sinθv*
und leitet den multiplikativen Ausgang, das heißt, Vc × sinθv*,
an den Addierer 382 weiter. Der Addierer 381 leitet
den additiven Ausgang des Spannungsbefehlssignals Vd* auf der d-Achse
und Vc × cosθv* an den Koordinatentransformator 6 weiter. Der
Addierer 382 leitet den additiven Ausgang des Spannungsbefehlssignals
Vq* auf der q-Achse und Vc × sinθv* an den Koordinatentransformator 6 weiter.
Der Addierer 384 leitet den additiven Ausgang des Kompensationssignals θc
einer Phasenkomponente und das Koordinatentransformationsphasensignal θ an
den Koordinatentransformator 6 weiter.
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Der
Koordinatentransformator 6 empfängt die additiven
Ausgänge der Addierer 381, 382 und 384 und
generiert ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal 7 im
Ruherahmen. Das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 7 im
Ruherahmen enthält, ähnlich demjenigen der Ausführungsform
1, kompensatorische Spannungsbefehlssignale Vuc*, Vvc* und Vwc*
für die Transformationsschaltungen 100U, 100V und 100W der
Phasen U, V und W.
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Die
Ausführungsform 2 kann dieselben Vorteile bieten wie die
Ausführungsform 1. Die einfachere Steuerschaltung 10A kann
dadurch aufgebaut werden, dass die Signalumsetzer 31 und 37 der
Ausführungsform 1 ausgeschlossen werden.
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Ausführungsform 3
-
11 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 3 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler gemäß der Erfindung
zeigt.
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In
der Ausführungsform 3 ist die Steuerschaltung 10 der
Ausführungsform 1 durch eine Steuerschaltung 10B ersetzt.
Der Energiewandler 100 ist in der Ausführungsform
3 auch als ein PWM-Inverter 100I aufgebaut. Der PWM-Inverter 100I ist über
eine AC-Leitung 102 an eine AC-Last 110 angeschlossen. Die
AC-Leitung 102 umfasst AC-Leitungen 102U, 102V und 102W.
An der AC-Leitung 102 ist ein Spannungsdetektor 111 angeordnet.
Der Spannungsdetektor 111 generiert eine Wandlungsspannung
des PWM-Inverters 100I, das heißt, ein Spannungserfassungssignal 112,
das einer AC-Ausgangsspannung entspricht.
-
Die
Steuerschaltung 10B umfasst einen Spannungsbefehlsgenerator 1,
einen Spannungsbefehlskompensator 3, einen Koordinatentransformator 6,
ein PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8, einen Spannungsrückführregler 11,
einen Einstellungssignalgenerator 13 und einen Addierer 15.
Der Spannungsbefehlsgenerator 1, der Spannungsbefehlskompensator 3, der
Koordinatentransformator 6 und das PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8 sind
so aufgebaut, dass sie zu denjenigen der Ausführungsform
1 identisch sind. Der Spannungsrückführregler 11 empfängt
das Spannungserfassungssignal 112 vom Spannungsdetektor 111 und
generiert ein Rückführsignal 12 auf der
Grundlage des Spannungserfassungssignals 112. Das Rückführsignal 12 soll
Sf sein.
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Der
Addierer 15 ist zwischen dem Spannungsbefehlskompensator 3 und
dem Koordinatentransformator 6 zwischengeschaltet. Dem
Addierer 15 wird ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal 4 vom
Spannungsbefehlskompensator 3 zugeleitet, und das Rückführsignal 12 wird
vom Spannungsrückführregler 11 aus zugeleitet.
Das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 4 enthält
ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal Vdc* auf der d-Achse
und ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal Vqc* auf der q-Achse.
Der Addierer 15 addiert das Rückführsignal
Sf jeweils zu den kompensatorischen Spannungsbefehlssignalen Vdc* und
Vqc* hinzu und korrigiert das kompensatorische Spannungsbefehlssignal 4,
um eine in der AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters 100I enthaltene Schwebung
weiter zu unterdrücken.
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Der
Einstellungssignalgenerator 13 empfängt das Spannungserfassungssignal 112 vom Spannungsdetektor 111 und
generiert das Einstellungssignal 14 auf der Grundlage des
Spannungserfassungssignals 112. Das Einstellungssignal 14 soll Sad
sein. Da eine AC-Ausgangsspannung in der AC-Leitung 102 eine
Schwebungskomponente enthält, extrahiert das Einstellungssignal
Sad die Amplitude und Phase der enthaltenen Schwebungskomponente
auf der Grundlage des Spannungserfassungssignals 112. Da
die Schwebungskomponente eine AC-Komponente ist, verwendet der Einstellungssignalgenerator 13 ein
Filter, um die Schwebungskomponente zu extrahieren. Der Einstellungssignalgenerator 13 ist
mit einem Fourier-Transformator versehen. Der Fourier-Transformator
kann dazu verwendet werden, die Schwebungskomponente zu extrahieren.
Das Einstellungssignal Sad wird zum Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 weitergeleitet.
Im Speziellen wird das Einstellungssignal Sad zu den Kompensationstabellen
TAB des ersten und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342,
die in 5 gezeigt sind, oder den Rechenwerken ARS des
ersten und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342,
die in 6 gezeigt sind, weitergeleitet. Das zu den in 5 gezeigten
Kompensationstabellen TAB weitergeleitete Einstellungssignal Sad
wird dazu verwendet, mehrere Kompensationswerte aufzubereiten, die
in jeder der Kompensationstabellen TAB gespeichert sind. Darüber
hinaus wird das Einstellungssignal Sad, das zu den Rechenwerken
ARS von 6 weitergeleitet wird, dazu
verwendet, die Parameter Rvn, Fvn, Avn, Rthn, Fthn und Athn in jeder
der Parametertabellen der jeweiligen Rechenwerke ARS aufzubereiten.
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Wie
vorstehend erwähnt, verwendet die Ausführungsform
3 den Spannungsrückführregler 11 und den
Einstellungssignalgenerator 13 in Kombination mit dem Spannungsbefehlskompensator 3 von
Ausführungsform 1. Da der Spannungsrückführregler 11 das
kompensatorische Spannungsbefehlssignal 4 korrigiert, um
eine Schwebung zu unterdrücken, die im Spannungserfassungssignal 112 enthalten
ist, kann die Schwebung weiter unterdrückt werden. Der Einstellungssignalgenerator 13 macht
es möglich, die Parameter in den Kompensationstabellen
TAB oder den Parametertabellen der jeweiligen Rechenwerke ARS entsprechend
der im Erfassungssignal enthaltenen Schwebungskomponente automatisch zu
erhalten, und macht es einfach, die Kompensationstabellen TAB oder
die Parametertabellen der jeweiligen Rechenwerke ARS zu erstellen.
Wenn die Kompensationstabellen TAB oder die Parametertabellen der
jeweiligen Rechenwerke ARS im Voraus erstellt werden, können
die Tabellen durch den Einstellungssignalgenerator 13 feineingestellt
werden.
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In
der Ausführungsform 3 sind der Spannungsrückführregler 11,
der Einstellungssignalgenerator 13 und der Addierer 15 zum
Spannungsbefehlskompensator 3 der Ausführungsform
1 hinzugefügt. Alternativ können sie dem Spannungsbefehlskompensator 3A der
Ausführungsform 2 hinzugefügt werden. In diesem
Fall wird das Rückführsignal 12 durch die
Addierer 381 und 382 von 10 hinzuaddiert. Andernfalls
ist der Addierer 15 auf der Ausgangsseite des Koordinatentransformators 6 angeordnet,
und das Spannungsbefehlssignal 7 im Ruherahmen wird mit
dem Rückführsignal Sf korrigiert.
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In
der in 11 gezeigten Ausführungsform 3
wird das Spannungserfassungssignal 112 so wie es ist in
den Spannungsrückführregler 11 eingegeben. Alternativ
kann, nachdem das Spannungserfassungssignal 112 einer Koordinatentransformation
unterzogen und in ein Signal auf der d- und q-Achse umgewandelt
wurde, das sich ergebende Signal in den Spannungsrückführregler 11 eingegeben
werden. In der in 11 gezeigten Ausführungsform
3 wird das Spannungserfassungssignal 112 so wie es ist
in den Einstellungssignalgenerator 13 eingegeben. Alternativ
kann, nachdem das Spannungserfassungssignal 112 einer Koordinatentransformation
unterzogen und in ein Signal auf der d- und q-Achse umgewandelt
wurde, das sich ergebende Signal in den Einstellungssignalgenerator 13 eingegeben
werden. In diesen Varianten kann eine zur Verarbeitung geeignete
Form ausgewählt werden. Darüber hinaus werden
in der in 11 gezeigten Ausführungsform 3
sowohl der Spannungsrückführregler 11 als
auch der Einstellungssignalgenerator 13 ver wendet. Alternativ
kann auch nur einer von beiden, zum Beispiel der Einstellungssignalgenerator 13 allein
verwendet werden.
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Ausführungsform 4
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12 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 4 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler gemäß der Erfindung
zeigt.
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In
der Ausführungsform 4 ist die Steuervorrichtung 10 der
Ausführungsform 1 durch eine Steuerschaltung 10C ersetzt.
Ein Energiewandler 100 ist in der Ausführungsform
4 auch als ein PWM-Inverter 100I aufgebaut. Der PWM-Inverter 100I ist über
eine AC-Leitung 102 an eine AC-Last 110 angeschlossen. Die
AC-Leitung 102 umfasst AC-Leitungen 102U, 102V und 102W.
An der AC-Leitung 102 ist ein Stromdetektor 113 angeordnet.
Der Stromdetektor 113 generiert einen Wandlungsstrom des
PWM-Inverters 100I, das heißt, ein Stromerfassungssignal 114,
das einem AC-Ausgangsstrom entspricht. Eine Schwebung, die in der
AC-Ausgangsspannung des PWM-Inverters 100I enthalten ist,
bewirkt, dass der AC-Ausgangsstrom für die AC-Last 110 pulsiert.
Das Stromerfassungssignal 114 enthält eine durch
die Schwebung verursachte pulsierende Komponente.
-
Die
Steuerschaltung 10C umfasst einen Strombefehlsgenerator 21,
einen Stromrückführregler 23, einen Spannungsbefehlskompensator 3,
einen Koordinatentransformator 6, ein PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8 und
einen Einstellungssignalgenerator 13. Der Spannungsbefehlskompensator 3, der
Koordinatentransformator 6 und das PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8 sind
so aufgebaut, dass sie identisch zu denjenigen der Ausführungsform
1 sind. Der Strombefehlsgenerator 21 und der Stromrückführregler 23 stellen
einen Spannungsbefehlsgenerator 1 dar. Der Strombefehlsgenerator 21 generiert
ein Strombefehlssignal 22 auf der d- und q-Achse. Das Strombefehlssignal 22 enthält
ein Strombefehlssignal Id* auf der d-Achse und ein Strombefehlssignal Iq*
auf der q-Achse und wird dem Stromrückführregler 23 zugeleitet.
Der Stromrückführregler 23 empfängt
das Stromerfassungssignal 114 vom Stromdetektor 113 aus,
führt eine Rückführregelung an den Strombefehlssignalen
Id* und Iq* auf der Grundlage des Stromerfassungssignals 114 durch
und generiert ein Spannungsbefehlssignal 2. Das Spannungsbefehlssignal 2 enthält ähnlich
demjenigen der Ausführungsform 1, ein Spannungsbefehlssignal
Vd* auf der d-Achse und ein Spannungsbefehlssignal Vq* auf der q-Achse
und wird dem Spannungsbefehlskompensator 3 zugeleitet.
Da der Stromrückführregler 23 das Stromerfassungssignal 114 bewältigen kann,
das eine durch eine Schwebung verursachte pulsierende Komponente
enthält, gene riert der Stromrückführregler 23 das
Spannungsbefehlssignal 2, um die Schwebung zu unterdrücken.
-
Der
Einstellungssignalgenerator 13 empfängt das Stromerfassungssignal 114 vom
Stromdetektor 113 aus und generiert das Einstellungssignal 14 auf
der Grundlage des Stromerfassungssignals 114. Das Einstellungssignal 14 soll
Sad sein. Da die pulsierende Komponente (AC-Komponente), die von einer
Schwebung stammt, im AC-Ausgangsstrom in der AC-Leitung 102 enthalten
ist, extrahiert das Einstellungssignal Sad die Amplitude und Phase
der enthaltenen pulsierenden Komponente auf der Grundlage des Stromerfassungssignals 112.
Da die pulsierende Komponente die von der Schwebung stammende AC-Komponente
ist, verwendet der Einstellungssignalgenerator 13 ein Filter,
um die pulsierende Komponente zu extrahieren. Der Einstellungssignalgenerator 13 kann
mit einem Fourier-Transformator versehen sein, und der Fourier-Transformator kann
dazu verwendet werden, die pulsierende Komponente zu extrahieren.
Das Einstellungssignal Sad wird an den Spannungsbefehlskompensationssignalgenerator 34 weitergeleitet.
Im Speziellen wird das Einstellungssignal Sad an die Kompensationstabellen
TAB des ersten und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342,
die in 5 gezeigt sind, oder die Rechenwerke ARS des ersten
und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342 weitergeleitet,
die in 6 gezeigt sind. Das Einstellungssignal Sad, das
an die in 5 gezeigten Kompensationstabellen
TAB weitergeleitet wird, wird dazu verwendet, mehrere Kompensationswerte
aufzubereiten, die in jeder der Kompensationstabellen TAB gespeichert
sind. Darüber hinaus wird das Einstellungssignal Sad, das
an die in 6 gezeigten Rechenwerke ARS
weitergeleitet wird, dazu verwendet, die Parameter Rvn, Fvn, Avn,
Rthn, Fthn und Athn in jeder der Parametertabellen der Rechenwerke
ARS aufzubereiten.
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Wie
vorstehend erwähnt, verwendet die Ausführungsform
4 den Stromrückführregler 23 und den Einstellungssignalgenerator 13 in
Kombination mit dem Spannungsbefehlskompensator 3 der Ausführungsform
1. Da der Stromrückführregler 11 das Spannungsbefehlssignal 2 generiert,
um die pulsierende Komponente zu unterdrücken, die von
einer Schwebung stammt und im Stromerfassungssignal 114 enthalten
ist, kann die Schwebung weiter unterdrückt werden. Der
Einstellungssignalgenerator 13 macht es möglich,
die Parameter in jeder der Kompensationstabellen TAB oder jeder
der Parametertabellen der jeweiligen Rechenwerke ARS entsprechend
der pulsierenden Komponente automatisch zu erhalten, die von der
Schwebung stammt und im Stromerfassungssignal 114 enthalten
ist, und macht es einfach, die Kompensationstabellen TAB oder die Parametertabellen
der jeweiligen Rechenwerke ARS zu erstellen. Wenn die Kompensationstabellen
TAB oder die Parametertabellen der Rechenwerke ARS im Voraus erstellt
werden, können sie durch den Einstellungssignalgenerator 13 feineingestellt
werden.
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In
der Ausführungsform 4 stellen im Spannungsbefehlskompensator 3 der
Ausführungsform 1 der Strombefehlsgenerator 21 und
der Stromrückführregler 23 den Spannungsbefehlsgenerator 1 dar, und
der Einstellungssignalgenerator 13 für den Spannungsbefehlsgenerator 3 wird
hinzugefügt. Diese Komponenten können für
die Steuerschaltung 10A der Ausführungsform 2 übernommen
werden. In diesem Fall umfasst dann auch in der Steuerschaltung 10A der
Ausführungsform 2 der Spannungsbefehlsgenerator 1 den
Strombefehlsgenerator 21 und den Stromrückführregler 23,
und der Einstellungssignalgenerator 13 für den
Spannungsbefehlskompensator 3A wird hinzugefügt.
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In
der in 12 gezeigten Ausführungsform 4
wird das Stromerfassungssignal 114 so wie es ist in den
Stromrückführregler 23 eingegeben. Nachdem das
Stromerfassungssignal 114 einer Koordinatentransformation
unterzogen und in ein Signal auf der d- und q-Achse umgewandelt
wurde, kann das sich ergebende Signal in den Stromrückführregler 23 eingegeben
werden. In der in 12 gezeigten Ausführungsform
4 wird das Stromerfassungssignal 114 so wie es ist in den
Einstellungssignalgenerator 13 eingegeben. Nachdem das
Stromerfassungssignal 114 einer Koordinatentransformation
unterzogen und in ein Signal auf der d- und q-Achse umgewandelt
wurde, kann das sich ergebende Signal in den Einstellungssignalgenerator 13 eingegeben
werden. In diesen Varianten kann eine zur Verarbeitung geeignete Form
ausgewählt werden. In der in 12 gezeigten Ausführungsform
4 werden sowohl der Stromrückführregler 23 als
auch der Einstellungssignalgenerator 13 verwendet. Es kann
aber auch nur einer von beiden, zum Beispiel der Einstellungssignalgenerator 13 allein
verwendet werden.
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Ausführungsform 5
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13 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 5 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler gemäß der Erfindung
zeigt. Die Ausführungsform 5 umfasst einen Energiewandler 100,
der als ein PWM-Inverter 100I aufgebaut ist, und weist den
PWM-Inverter 100I als auf ein Antriebssystem für einen
AC-Motor 111M angewendet auf.
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In
der Ausführungsform 5 ist der PWM-Inverter 100I,
wie in 13 gezeigt, über eine
AC-Leitung 102 an den AC-Motor 111M angeschlossen,
und der PWM-Inverter 100I treibt den AC-Motor 111M an.
Ein Stromdetektor 113 ist an die AC-Leitung 102 angeschlossen,
und der Stromdetektor 113 gibt ein Stromerfassungssignal 114 aus,
das einem AC-Treiberstrom entspricht, der vom PWM-Inverter 100I zum AC-Motor 111M fließt.
Der AC-Motor 111M ist mit einem Codierer 116 versehen.
Der Codierer 116 empfängt die Drehung 115 der
Welle des AC-Motors 111M und gibt ein Codierersignal 117 aus.
Das Codierersignal ist ein Signal, das Drehzahlinformation und Positionsinformation über
den AC-Motor 111M enthält. Als der AC-Motor 111M können
verschiedene AC-Motoren, einschließlich eines Induktionsmotors
und eines Synchronmotors übernommen werden.
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In
der Ausführungsform 5 ist eine Steuerschaltung 10D für
die Steuerschaltung 10 der Ausführungsform 1 eingesetzt.
Die Steuerschaltung 10D umfasst einen Strombefehlsgenerator 21,
einen Stromrückführregler 23, einen Spannungsbefehlskompensator 3,
einen Koordinatentransformator 6, ein PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8,
einen Einstellungssignalgenerator 13, einen Phasengenerator 24 und
einen Koordinatentransformator 25. Der Spannungsbefehlskompensator 3,
der Koordinatentransformator 6 und das PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8 sind
so aufgebaut, dass sie identisch zu denjenigen der Ausführungsform
1 sind.
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Der
Strombefehlsgenerator 21 empfängt ein Codierersignal 117 von
einem Codierer 116 und generiert ein Strombefehlssignal 22 auf
der d- und q-Achse auf der Grundlage des Codierersignals 117. Das
Strombefehlssignal 22 enthält ein Strombefehlssignal
Id* auf der d-Achse und ein Strombefehlssignal Iq* auf der q-Achse
und wird dem Stromrückführregler 23 zugeleitet.
Der Phasengenerator 24 empfängt das Codierersignal 117 vom
Codierer 116 und generiert ein Koordinatentransformationssignal 5, oder
im Spezielleren, ein Koordinatentransformationsphasensignal θ.
Das Koordinatentransformationsphasensignal θ wird jeweils
an den Spannungsbefehlskompensator 3 und den Koordinatentransformator 6 weitergeleitet
und wird auch an den Koordinatentransformator 25 weitergeleitet.
Der Koordinatentransformator 25 empfängt das Stromerfassungssignal 114 vom
Stromdetektor 113 und wandelt das Stromerfassungssignal 114 in
ein Stromerfassungssignal 26 auf der d- und q-Achse auf
der Grundlage des Koordinatentransformationsphasensignals θ um.
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Der
Strombefehlsgenerator 21 und der Stromrückführregler 23 stellen
einen Spannungsbefehlsgenerator 1 dar. Der Stromrückführregler 23 empfängt
das Stromerfassungssignal 26 auf der d- und q-Achse vom
Koordinatentransformator 25, führt eine Rückführregelung
an den Strombefehlssignalen Id* und Iq* auf der Grundlage des Stromerfassungssignals 26 durch
und generiert ein Spannungsbefehlssignal 2. Das Spannungsbefehlssignal 2 enthält, ähnlich
demjenigen der Ausführungsform 1, ein Spannungsbefehlssignal
Vd* auf der d-Achse und ein Spannungsbefehlssignal Vq* auf der q-Achse und
wird dem Spannungsbefehlskompensator 3 zugeleitet. Da der
Stromrückführregler 23 das Stromerfassungssignal 114 bewältigen
kann, das eine durch ein Schwebung verursachte pulsierende Komponente
enthält, generiert der Stromrückführregler 23 das Spannungsbefehlssignal 2,
um die Schwebung zu unterdrücken.
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In
der Ausführungsform 5 empfängt der Einstellungssignalgenerator 13 das
Stromerfassungssignal 26 auf der d- und q-Achse vom Koordinatentransformator 25,
generiert ein Einstellungssignal Sad und leitet das Einstellungssignal
Sad an den Spannungsbefehlskompensationsspannungsgenerator 34 des
Spannungsbefehlskompensators 3 weiter. Da ein AC-Treiberstrom
in der AC-Leitung 102 eine von einer Schwebung stammende
pulsierende Komponente enthält, extrahiert das Einstellungssignal
Sad die Amplitude und Phase der enthaltenen pulsierenden Komponente,
die von der Schwebung stammt, auf der Grundlage des Stromerfassungssignals 26.
Da die pulsierende Komponente eine AC-Komponente ist, verwendet
der Einstellungssignalgenerator 13, ähnlich dem
Einstellungssignalgenerator 13 der Ausführungsform
4, ein Filter oder einen Fourier-Transformator, um die pulsierende
Komponente zu extrahieren. Das Einstellungssignal Sad wird, ähnlich
demjenigen der Ausführungsform 4, an die Kompensationstabellen
TAB des ersten und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342, die
in 5 gezeigt sind, oder die Rechenwerke ARS des ersten
und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342 weitergeleitet,
die in 6 gezeigt sind. Das an die Kompensationstabellen
TAB von 5 weitergeleitete Einstellungssignal
Sad wird dazu verwendet, mehrere Kompensationswerte aufzubereiten,
die in jeder der Kompensationstabellen TAB gespeichert sind. Darüber
hinaus wird das Einstellungssignal Sad, das an die Rechenwerke ARS von 6 weitergeleitet
wird, dazu verwendet, die Parameter Rvn, Fvn, Avn, Rthn, Fthn und
Athn in jeder der Parametertabellen der jeweiligen Rechenwerke ARS
aufzubereiten.
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Da
in der Ausführungsform 5 die Steuerschaltung 10D auf
das Antriebssystem für den AC-Motor 111M angewendet
wird, kann die Schwebung des PWM-Inverters 100I im asynchronen
Pulsweitensteuerverfahren unterdrückt werden, bei dem eine
Trägerfrequenz fc im Vergleich mit der Grundfrequenz f
des PWM-Inverters 100I nicht ausreichend hoch ausgelegt
werden kann, und der Treiberstrom für den AC-Motor 111M daran
gehindert werden kann, zusammen mit der Schwebung zu pulsieren. Wenn
der Treiberstrom für den AC-Motor 111M pulsiert,
tritt eine Welligkeit im Drehmoment des AC-Motors 111M auf.
Darüber hinaus nimmt Rauschen zu. In der Ausführungsform
5 kann die Welligkeit im Drehmoment und die Zunahme beim Rauschen
unterdrückt werden. Wenn der Treiberstrom pulsiert, nimmt
darüber hinaus ein unnötiger Strom zu und ein Leistungsverlust wird
größer. In der Ausführungsform 5 kann
der Leistungsverlust des AC-Motors 111M reduziert werden.
Selbst wenn die Grundfrequenz f des PWM-Inverters 100I zunimmt
und sich der Trägerfrequenz fc annähert, weil
die Schwebung unterdrückt werden kann, kann darüber
hinaus der Betriebsdrehzahlbereich für den AC-Motor 111M auf
einen Bereich ausgeweitet werden, in dem die Grundfrequenz f des
PWM-Inverters 100I hoch ist. Umgekehrt kann die Trägerfrequenz
fc der Grundfrequenz f des PWM-Inverters 100I angenähert
werden, und ein Schaltverlust im PWM-Inverter 100I kann
minimiert werden.
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In
der Ausführungsform 5 stellen im Spannungsbefehlskompensator 3 der
Ausführungsform 1 der Strombefehlsgenerator 21 und
der Stromrückführregler 23 den Spannungsbefehlsgenerator 1 dar, und
der Einstellungssignalgenerator 13 für den Spannungsbefehlsgenerator 3 ist
hinzugefügt. Der Phasengenerator 24 und der Koordinatentransformator 25 sind
zusätzlich mit aufgenommen. Diese Komponenten können
für die Steuerschaltung 10A der Ausführungsform
2 angepasst werden. In diesem Fall umfasst auch in der Steuerschaltung 10A der Ausführungsform
2 der Spannungsbefehlsgenerator 1 den Strombefehlsgenerator 21 und
den Stromrückführregler 23. Der Einstellungssignalgenerator 13 für den
Spannungsbefehlskompensator 3A ist hinzugefügt,
und der Phasengenerator 24 und der Koordinatentransformator 25 sind
zusätzlich mit aufgenommen.
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Ausführungsform 6
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14 ist
ein Blockschema, das eine Ausführungsform 6 einer Steuervorrichtung
für einen Energiewandler gemäß der Erfindung
zeigt. Die Ausführungsform 6 weist einen Energiewandler 100 auf,
der als ein PWM-Wandler 100C aufgebaut ist, und weist den
PWM-Wandler 100C als auf ein Wandlersystem angewendet auf,
bei dem der PWM-Wandler 100C von einer AC-Energieversorgung 120 angetrieben wird,
um einer DC-Last 130 Energie zu liefern.
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In
der Ausführungsform 6 ist der PWM-Wandler 100C,
wie in 14 gezeigt, über eine
AC-Leitung 102 an die AC-Energieversorgung 120 und über
eine DC-Leitung 101 an die DC-Last 130 angeschlossen.
Die AC-Energieversorgung 120 ist eine AC-Netzenergieversorgung,
und deren Frequenz beträgt 50 Hz oder 60 Hz. Der PWM-Wandler 100C wird
durch die AC-Energieversorgung 120 angetrieben und wandelt
eine AC-Spannung aus der AC-Energieversorgung 120 in eine
DC-Spannung um. Die Wandlungsspannung des PWM-Wandlers 100C ist
eine AC-Spannung der AC-Energieversorgung 120, und deren
Grundfrequenz f beträgt 50 Hz oder 60 Hz. Ein Wandlungsstrom
des PWM-Wandlers 100C ist ein AC-Strom, der von der AC-Energieversorgung 120 zum
PWM-Wandler 100C fließt.
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Die
AC-Leitung 102 umfasst AC-Leitungen 102U, 102V und 102W,
und ein Spannungsdetektor 111 und ein Stromdetektor 113 sind
auf die AC-Leitung 102 aufgeschaltet. Der Spannungsdetektor 111 gibt
ein Spannungserfassungssignal 112 aus, das der Wandlungsspannung
des PWM-Wandlers 100C entspricht. Der Stromdetektor 113 gibt
ein Stromerfassungssignal 114 aus, das dem Wandlungsstrom entspricht,
der in den PWM-Wandler 100C fließt. Die DC-Leitung 101 umfasst
die Leitungen 101P und 101N. Der Spannungsdetektor 131 und
der Stromdetektor 133 sind auf die DC-Leitung 101 aufgeschaltet. Der
Spannungsdetektor 131 gibt ein Spannungserfassungssignal 132 aus,
das der DC-Spannung in der DC-Leitung 101 entspricht. Der
Stromdetektor 133 gibt ein Stromerfassungssignal 134 aus,
das einem DC-Strom entspricht, der durch die DC-Leitung 101 fließt.
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In
der Ausführungsform 6 ist eine Steuerschaltung 10E für
die Steuerschaltung 10 der Ausführungsform 1 eingesetzt.
Die Steuerschaltung 10E umfasst einen Strombefehlsgenerator 21,
einen Stromrückführregler 23, einen Spannungsbefehlskompensator 3,
einen Koordinatentransformator 6, ein PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8,
einen Einstellungssignalgenerator 13, einen Phasengenerator 24 und
einen Koordinatentransformator 25. Der Spannungsbefehlskompensator 3,
der Koordinatentransformator 6 und das PWM-Vorlagen-Rechenwerk 8 sind
so aufgebaut, das sie identisch zu denjenigen der Ausführungsform
1 sind.
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Der
Strombefehlsgenerator 21 und der Stromrückführregler 23 stellen
einen Spannungsbefehlsgenerator 1 dar. Der Strombefehlsgenerator 21 empfängt
ein Spannungserfassungssignal 131 vom Spannungsdetektor 131,
empfängt ein Stromerfassungssignal 134 vom Stromdetektor 133,
und generiert ein Strombefehlssignal 22 auf der d- und
q-Achse auf der Grundlage des Spannungserfassungssignals 132 und
des Stromerfassungssignals 134. Das Strombefehlssignal 22 enthält
ein Strombefehlssignal Id* auf der d-Achse und ein Strombefehlssignal Iq*
auf der q-Achse und wird dem Stromrückführregler 23 zugeleitet.
Der Phasengenerator 24 empfängt ein Spannungserfassungssignal 112 vom
Spannungsdetektor 111 und generiert eine Koordinatentransformationssignal 5,
oder im Spezielleren ein Koordinatentransformationsphasensignal θ.
Das Koordinatentransformationsphasensignal θ wird an den
Spannungsbefehlskompensator 3 und den Koordinatentransformator 6 weitergeleitet,
und wird auch an den Koordinatentransformator 25 weitergeleitet. Der
Koordinatentransformator 25 empfängt ein Stromerfassungssignal 114 vom
Stromdetektor 113 und wandelt das Stromerfassungssignal 114 in
ein Stromerfassungssignal 26 auf der d- und q-Achse auf
der Grundlage des Koordinatentransformationsphasensignals θ um.
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Der
Stromrückführregler 23 empfängt
das Stromerfassungssignal 26 auf der d- und q-Achse vom
Koordinatentransformator 25, führt eine Rückführregelung
an den Strombefehlssignalen Id* und Iq* auf der Grundlage des Stromerfassungssignals 26 durch
und generiert ein Spannungsbefehlssignal 2. Das Spannungsbefehlssignal 2 enthält, ähnlich demjenigen
der Ausführungsform 1, ein Spannungsbefehlssignal Vd* auf
der d-Achse und ein Spannungsbefehlssignal Vq* auf der q-Achse und
wird dem Spannungsbefehlskompensator 3 zugeleitet. Da der
Stromrückführregler 23 ein Stromerfassungssignal 114 bewältigen
kann, das eine durch eine Schwebung verursachte pulsierende Komponente
enthält, generiert der Stromrückführregler 23 das
Spannungsbefehlssignal 2, um die durch die Schwebung verursachte
pulsierende Komponente zu unterdrücken.
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Der
Einstellungssignalgenerator 13 empfängt in der
Ausführungsform 6 das Stromerfassungssignal 26 auf
der d- und q-Achse vom Koordinatentransformator 25, generiert
ein Einstellungssignal Sad und leitet das Einstellungssignal Sad
an den Spannungsbefehlskompensationsspannungsgenerator 34 des
Spannungsbefehlskompensators 3 weiter. Da die pulsierende
Komponente, die von einer Schwebung stammt, im AC-Strom in der AC-Leitung 102 enthalten
ist, extrahiert das Einstellungssignal Sad die Amplitude und Phase
der enthaltenen pulsierenden Komponente auf der Grundlage des Stromerfassungssignals 26.
Da die pulsierende Komponente eine AC-Komponente ist, verwendet
der Einstellungssignalgenerator 13, ähnlich dem
Einstellungssignalgenerator 13 der Ausführungsform
4, ein Filter oder einen Fourier-Transformator, um die pulsierende
Komponente zu extrahieren. Das Einstellungssignal Sad wird, ähnlich
demjenigen der Ausführungsform 4, an die Kompensationstabellen
TAB des ersten und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342,
die in 5 gezeigt sind, oder die Rechenwerke ARS des ersten
und zweiten Kompensationssignalgenerators 341 und 342 weitergeleitet,
die in 6 gezeigt sind. Das Einstellungssignal Sad, das an
die Kompensationstabellen TAB von 5 weitergeleitet
wird, wird dazu verwendet, mehrere Kompensationswerte aufzubereiten,
die in jeder der Kompensationstabellen TAB gespeichert sind. Darüber
hinaus wird das Einstellungssignal Sad, das an die Rechenwerke ARS
von 6 weitergeleitet wird, dazu verwendet, die Parameter
Rvn, Fvn, Avn, Rthn, Fthn und Athn in jeder der Parametertabellen
der Rechenwerke ARS aufzubereiten.
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Da
in der Ausführungsform 6 die Steuerschaltung 10E auf
das PWM-Wandlersystem angewendet wird, kann ein Schaltverlust im
PWM-Wandler 100C minimiert werden, indem eine Trägerfrequenz
gesenkt wird. Auch wenn die Trägerfrequenz fc gesenkt wird,
ist es darüber hinaus möglich, da das Auftreten
einer Schwebung unterdrückt wird, eine Hochleistungsfaktorsteuerung
zu erzielen, wobei das Auftreten eines Oberwellenstroms verhindert
wird. In der Ausführungsform 6 ist die AC-Energieversorgung 120 eine
Netzstromversorgung. Alternativ kann die AC-Energieversorgung 120 ein
dynamoelektrischer Generator sein. Es erübrigt sich, zu
erwähnen, dass ein Schaltverlust minimiert werden kann,
indem eine Trägerfrequenz entsprechend der Grundfrequenz des
Generators gesenkt wird.
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In
der Ausführungsform 6 stellen im Spannungsbefehlskompensator 3 der
Ausführungsform 1 der Strombefehlsgenerator 21 und
der Stromrückführregler 23 den Spannungsbefehlsgenerator 1 dar, der
Einstellungssignalgenerator 13 für den Spannungsbefehlskompensator 3 ist
hinzugefügt, und der Phasengenerator 24 und der
Koordinatentransformator 23 sind zusätzlich mit
aufgenommen. Diese Komponenten können für die
Steuerschaltung 10A der Ausführungsform 2 übernommen
werden. In diesem Fall umfasst auch in der Steuerschaltung 10A der Ausführungsform
2 der Spannungsbefehlsgenerator 1 den Strombefehlsgenerator 21 und
den Stromrückführregler 23, der Einstellungssignalgenerator 13 für den
Spannungsbefehlskompensator 3A ist hinzugefügt,
und der Phasengenerator 24 und der Koordinatentransformator 25 sind
zusätzlich mit aufgenommen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine
Steuervorrichtung für einen Energiewandler gemäß der
Erfindung kann für eine Steuervorrichtung für
verschiedene Arten von Energiewandlern genutzt werden, die eine
Energieumwandlung zwischen DC-Energie und AC-Energie vollziehen.
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Zusammenfassung
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Eine
Steuerschaltung für einen Energiewandler umfasst eine Spannungsbefehlseinrichtung, die
ein Spannungsbefehlssignal generiert, eine Spannungsbefehlskompensationseinrichtung,
die eine Kompensation am Spannungsbefehlssignal durchführt,
um ein kompensatorisches Spannungsbefehlssignal zu generieren, und
ein Schaltvorlagen-Rechenwerk, das ein Schaltsignal für
jedes der Halbleiterschaltelemente des Energiewandlers auf der Grundlage
des kompensatorischen Spannungsbefehlssignals und einer Trägerschwingung
generiert. Unter der Voraussetzung, dass die Wandlungsgrundfrequenz
des Energiewandlers f und die Trägerfrequenz der Trägerschwingung
fc ist, generiert die Spannungsbefehlskompensationseinrichtung ein Kompensationssignal,
das mindestens eine kompensatorischen Frequenzkomponente enthält,
die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die durch fc – n × f
ausgedrückt wird (worin n aufeinanderfolgende positive und
negative ganze Zahlen bezeichnet), und generiert das kompensatorische
Spannungsbefehlssignal auf der Grundlage des Kompensationssignals.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 9-238472
A [0006, 0006]
- - JP 2005-224093 A [0006, 0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - "Theory of
AC Servo System and Practice in Designing" (Bd. 4, 1997), veröffentlicht
von Sogo Densi Shuppan Inc. [0004]