DE112009002569B4 - Steuereinrichtung und Steuerverfahren für einen Wechselstrommotor - Google Patents

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Abstract

Steuereinrichtung für einen Wechselstrommotor (M1), an den eine durch einen Wechselrichter (14) gesteuerte Spannung angelegt ist, wobei die Steuereinrichtung umfasst:eine Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) für die Erzeugung eines Steuerbefehls für den Wechselrichter mit Hilfe einer Impulsbreitenmodulationssteuerung, die auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem Sollspannungssignal einer sinusförmigen Welle und einem Trägersignal ausgeführt wird, wobei das Sollspannungssignal für den Betrieb des Wechselstrommotors (M1) in Übereinstimmung mit einem Betriebsbefehl vorgesehen ist; undeine Betriebsartumschaltbestimmungseinheit (302, 312) zum Befehlen, welche Steuerbetriebsart entsprechend einer Übermodulationsbetriebsart und einer mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart für die Impulsbreitenmodulationssteuerung, die von der Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) ausgeführt wird, einzusetzen ist, wobei das Sollspannungssignal bei der Übermodulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die größer ist als diejenige des Trägersignals, während das Sollspannungssignal bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die gleich groß wie oder kleiner als diejenige des Trägersignals ist,wobei der Wechselrichter (14) ein Leistungshalbleiterschaltelement (Q3-Q8) enthält, das in Übereinstimmung mit dem Steuerbefehl von der Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) einzuschalten/auszuschalten ist, wobeidie Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) dann, wenn die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit (302, 312) das Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der Übermodulationsbetriebsart und der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart befiehlt, die Amplitude des Sollspannungssignals auf der Grundlage eines Zustands eines Energieumwandlungsvorgangs, der von dem Wechselrichter (14) ausgeführt wird, korrigiert, um eine Änderung bei einem Einfluss der Totzeit auf die an den Wechselstrommotor (M1) angelegte Spannung während des Umschaltens der Steuerbetriebsarten zu unterdrücken,wobei die Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) enthält:eine Frequenzsteuereinheit zum Steuern einer Frequenz des Trägersignals in der Übermodulationsbetriebsart derart, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Trägerfrequenz des Wechselstrommotors (M1) ist, in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Wechselstrommotors (M1), und zum Steuern der Frequenz des Trägersignals bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart in Übereinstimmung mit Betriebszuständen des Wechselrichters (14) und des Wechselstrommotors (M1) unabhängig von der Drehzahl des Wechselstrommotors (M1),eine Spannungsänderungsgrößenschätzeinheit zum Schätzen einer Größe einer durch ein Umschalten der Steuerbetriebsarten hervorgerufenen Änderung der an den Wechselstrommotor (M1) angelegten Spannung auf der Grundlage von mindestens einem aktuellen Wert der Frequenz des Trägersignals bei der aktuell eingesetzten Steuerbetriebsart, einem geschätzten Wert der Frequenz des Trägersignals, das bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten erhalten wird, einer Länge der Totzeit, einem Leistungsfaktor von Wechselstromenergie, die zwischen dem Wechselrichter (14) und dem Wechselstrommotor (M1) ausgetauscht wird, und einem Antriebszustand des Wechselstrommotors (M1), undeine Sollspannungskorrektureinheit (300, 310) zum Korrigieren der Amplitude des Sollspannungssignals derart, dass die Größe der Änderung der an den Wechselstrommotor (M1) angelegten Spannung kompensiert wird, wobei die Größe der Änderung durch die Spannungsänderungsgrößenschätzeinrichtung geschätzt worden ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung und auf ein Steuerverfahren für einen Wechselstrommotor und genauer gesagt auf eine Steuerung für den Wechselstrommotor, bei dem eine Pulsbreitenmodulations-Steuerung (PWM-Steuerung, pulse width modulation control) eingesetzt wird, die einen Sinuswellenmodulationsmodus bzw. eine Sinuswellenmodulationsbetriebsart und einen Übermodulationsmodus bzw. eine Übermodulationsbetriebsart aufweist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Treiber- bzw. Ansteuerverfahren, bei dem ein Inverter bzw. Wechselrichter eingesetzt wird, ist zur Steuerung eines Wechselstrommotors eingesetzt worden, wobei eine Gleichstromenergiequelle benutzt wird. Der Wechselrichter wird durch eine Wechselrichtertreiberschaltung hinsichtlich der Schaltvorgänge gesteuert. Als Beispiel wird der Wechselstrommotor bzw. Wechselspannungsmotor mit einer Spannung gespeist, die in Übereinstimmung mit einer PWM-Steuerung geschaltet wird.
  • Weiterhin ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2008-011682 A (Patentdokument 1) eine PWM-Steuerungskonfiguration für die Ansteuerung eines solchen Wechselstrommotors offenbart. Bei einer mit Stromrückkopplung arbeitenden Steuerung zum Kompensieren einer Abweichung eines d-Achsenstroms bzw. Abweichungsstroms und einer Abweichung eines q-Achsenstroms wird von der PWM-Steuerungskonfiguration selektiv eine mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung (2 des Patentdokuments 1) und eine Übermodulations-PWM-Steuerung (3 des Patentdokuments 1) eingesetzt. Bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung ist die Amplitude eines Spannungsbefehls nicht größer als die Amplitude einer dreieckförmigen Referenzwelle, wohingegen die Amplitude des Spannungsbefehls bzw. der Sollspannung den Spitzenwert der dreieckförmigen Referenzwelle bei der Übermodulations-PWM-Steuerung übersteigt.
  • Insbesondere wird bei dem Patentdokument 1 weiterhin eine Rechteckwellensteuerung für die Steuerung des Wechselstrommotors eingesetzt. Bei der Rechteckwellensteuerung wird der Wechselstrommotor mit einer Rechteckwellenspannung gespeist, die eine Spannungsphase aufweist, die in Abhängigkeit von einer Abweichung eines Drehmoments gesteuert wird. Dort ist weiterhin eine Methode zum Stabilisieren des Umschaltens von Steuerbetriebsarten zwischen der Rechteckwellensteuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung beschrieben.
  • DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift JP 2008-011682 A
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift JP 2006 - 136184 A
  • Weiterer relevanter Stand der Technik ist bekannt aus der DE 10 2004 030 326 A1 , der US 2002/0074969 A1 , der DE 10 2007 021 892 A1 , der DE 101 03 520 A1 und der DE 10 2006 052 042 A1 .
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Bei der PWM-Steuerung gemäß dem Patentdokument 1 wird das Umschalten zwischen der mit sinusförmiger Welle erfolgenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Amplitude einer Spannung, die von dem Wechselstrommotor gefordert wird, und einer Schwellenwertspannung bestimmt. Das Patentdokument 1 beschreibt, dass dieser Schwellenwert dem absoluten Wert eines Spitzenwerts einer Dreieckwellen-Referenzspannung repräsentativ entspricht, und es ist herausgestellt, dass der Schwellenwert ein fester Wert ist.
  • Wie jedoch aus der 3 des Patentdokuments 1 verständlich ist, wird die Umschaltrate in dem Wechselrichter bei der Übermodulations-PWM-Steuerung verringert, um hierdurch eine Grundwellenkomponente in einer Spannung zu erhöhen, die an den Wechselstrommotor angelegt wird. Weiterhin wird eine PWM-Steuerung mit normaler sinusförmiger Welle in einer Weise gemäß einer sogenannten „asynchronen PWM“ bzw. „asynchronen Pulsbreitenmodulation“ ausgeführt, bei der eine Trägerfrequenz auf eine hohe Frequenz festgelegt ist. Auf der anderen Seite kann eine sogenannte „synchrone PWM“ bzw. „synchrone Pulsbreitenmodulation“ bei der Übermodulations-PWM-Steuerung eingesetzt werden, um zu verhindern, dass sich der positive Wert und der negative Wert der Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt wird, in ihrem Absolutwert als Reaktion auf die verringerte Schaltrate unterscheiden, wodurch die Trägerfrequenz in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Wechselstrommotors variabel gesteuert wird.
  • Weiterhin muss bei der Steuerung der Umschaltung in dem Wechselrichter eine Totzeit, bei der sowohl die oberen als auch die unteren Zweige der Phase abgeschaltet sind, aus praktischen Gründen vorgesehen werden, wenn die Schaltelemente eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden, um zu verhindern, dass ein Kurzschlussstrom zwischen oberen/unteren Zweigelementen der gleichen Phase auftritt. Falls diese Totzeit eine große Änderung in der Schaltrate in dem Wechselrichter verursacht, wenn die Steuerbetriebsarten umgeschaltet werden, kann sich ein Einfluss der Totzeit auf die Ausgangsspannung des Wechselrichters, d. h. auf die Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt wird, in starkem Ausmaß ändern.
  • Wenn ein solches Phänomen stattfindet, ruft das Umschalten der Steuerbetriebsarten eine große Änderung der Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt wird, selbst dann hervor, wenn der Spannungsbefehl bzw. die Sollspannung die gleiche ist. Unmittelbar nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten schwankt demzufolge ein Motorstrom in Abhängigkeit von einer Größe der Änderung der angelegten Spannung. Demgemäß kann ein übermäßiger Motorstrom in dem Wechselstrommotor fließen. Dies kann eine Schwankung des Drehmoments in dem Wechselstrommotor während einer Zeitdauer ab dem Umschalten der Steuerbetriebsarten bis zum Zeitpunkt, zu dem die Schwankung des Motorstroms konvergiert bzw. abgeklungen ist, als ein Ergebnis der mit Stromrückkopplung arbeitenden Steuerung verursachen.
  • Im Hinblick hierauf ist die vorliegende Erfindung geschaffen worden, um ein derartiges Problem zu lösen, und weist als ihre Zielsetzung die Erreichung einer stabilisierten Steuerung auf, indem das Auftreten einer Schwankung des Drehmoments auf ein Umschalten zwischen Steuerbetriebsarten bei der PWM-Steuerung für einen Wechselstrommotor, bei dem eine Übermodulations-PWM-Steuerung (Übermodulationsmodus bzw. Übermodulationsbetriebsart) und eine mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung (Modulationsmodus mit sinusförmiger Welle) selektiv eingesetzt werden, hin verhindert wird.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 2.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinrichtung für einen Wechselstrommotor eine Steuereinrichtung für einen Wechselstrommotor bzw. Wechselspannungsmotor, bei dem eine Spannung, die durch einen Wechselrichter gesteuert wird, eingesetzt wird. Die Steuereinrichtung enthält: eine Pulsbreitenmodulationssteuereinheit für die Erzeugung eines Steuerbefehls für den Wechselrichter mit Hilfe einer Pulsbreitenmodulationssteuerung, die auf der Basis eines Vergleichs zwischen einem Spannungsbefehlssignal einer sinusförmigen Welle und einem Trägersignal ausgeführt wird, wobei das Spannungsbefehlssignal für den Betrieb des Wechselstrommotors in Übereinstimmung mit einem Betriebsbefehl vorhanden ist; und eine Modus- bzw. Betriebsartumschaltbestimmungseinheit für das Befehlen, welche Steuerbetriebsart, d. h. eine Übermodulationsbetriebsart oder eine mit sinusförmiger Welle arbeitende Modulationsbetriebsart, für die Pulsbreitenmodulationssteuerung, die von der Pulsbreitenmodulationssteuereinheit ausgeführt wird, einzusetzen ist, wobei in der Übermodulationsbetriebsart das Spannungsbefehlssignal eine Amplitude besitzt, die größer ist als diejenige des Trägersignals, und wobei in der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart das Spannungsbefehlssignal eine Amplitude aufweist, die gleich groß wie oder kleiner als diejenige des Trägersignals ist. Der Wechselrichter weist ein Leistungshalbleiterschaltelement auf, das in Übereinstimmung mit dem von der Pulsbreitenmodulationssteuereinheit stammenden Steuerbefehl einzuschalten bzw. auszuschalten ist. Wenn die Modusumschaltbestimmungseinheit das Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der Übermodulationsbetriebsart und der Modulationsbetriebsart mit sinusförmiger Welle befiehlt, korrigiert die Pulsbreitenmodulationssteuereinheit die Amplitude des Spannungsbefehlssignals auf der Grundlage eines Zustands eines Spannungs- bzw. Energieumwandlungsbetriebsvorgangs, der durch den Wechselrichter durchgeführt wird, um hierdurch eine Änderung hinsichtlich des Einflusses einer Totzeit auf die Spannung zu unterdrücken, die an den Wechselstrommotor bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten angelegt wird.
  • Die Pulsbreitenmodulationssteuereinheit weist auf: eine Frequenzsteuereinheit für die Steuerung, in der Übermodulationsbetriebsart, einer Frequenz des Trägersignals derart, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Drehfrequenz bzw. Drehzahl des Wechselstrommotors ist, und zwar in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Wechselstrommotors, sowie für die Steuerung, in der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart, der Frequenz des Trägersignals in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Wechselrichters und des Wechselstrommotors unabhängig von der Drehzahl des Wechselstrommotors; eine Spannungsänderungsgrößenschätzeinheit zum Schätzen einer Größe einer Änderung der Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt ist, wobei die Änderung durch das Umschalten der Steuerbetriebsarten verursacht wird, und wobei die Schätzung auf der Grundlage von mindestens einer der folgenden Größen erfolgt: einem aktuellen Wert der Frequenz des Trägersignals in einer gegenwärtig eingesetzten Steuerbetriebsart, einem geschätzten Wert der Frequenz des Trägersignals, die erhalten wird, wenn die Steuerbetriebsarten umgeschaltet werden, einer Länge der Totzeit, einem Leistungsfaktor von Wechselstromenergie, die zwischen dem Wechselrichter und dem Wechselstrommotor ausgetauscht wird, und einem Treiber- bzw. Antriebszustand des Wechselstrommotors; und eine Spannungsbefehlkorrektureinheit für die Korrektur der Amplitude des Spannungsbefehls- bzw. Sollspannungssignals derart, dass die Größe der Änderung der Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt ist, kompensiert wird, wobei die Größe der Änderung durch die Spannungsänderungsgrößenschätzeinheit geschätzt worden ist.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Steuerverfahren für einen Wechselstrommotor, an den eine Spannung angelegt ist, die durch einen Wechselrichter („inverter“ bzw. Inverter oder Drehrichter) gesteuert wird, die Schritte: Erzeugen eines Steuerbefehls für den Wechselrichter mit Hilfe einer Pulsbreitenmodulationssteuerung, die auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem Spannungsbefehlssignal einer sinusförmigen Welle und einem Trägersignal ausgeführt wird, wobei das Spannungsbefehlssignal für den Betrieb des Wechselstrommotors in Übereinstimmung mit einem Betriebsbefehlt dient; und Befehlen, welche Steuerbetriebsart aus einer Übermodulationsbetriebsart und einer mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart für die Pulsbreitenmodulationssteuerung einzusetzen ist, wobei das Spannungsbefehlssignal in der Übermodulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die größer ist als diejenige des Trägersignals, und das Spannungsbefehlssignal in der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die gleich groß wie oder kleiner als diejenige des Trägersignals ist. Der Wechselrichter weist ein LeistungsHalbleiterschaltelement auf, das in Übereinstimmung mit dem Steuerbefehl einzuschalten bzw. auszuschalten ist. Wenn das Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der Übermodulationsbetriebsart und der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart befohlen ist, korrigiert der Schritt der Erzeugung des Steuerbefehls für den Wechselrichter die Amplitude des Spannungsbefehlssignals auf der Basis eines Zustands eines Energieumwandlungsbetriebs, der von dem Wechselrichter ausgeführt wird, um hierdurch eine Änderung hinsichtlich eines Einflusses einer Totzeit auf die Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt ist, bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten zu unterdrücken.
  • Der Schritt der Erzeugung des Steuerbefehls für den Wechselrichter enthält die Schritte: Steuern einer Frequenz des Trägersignals in der Übermodulationsbetriebsart derart, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Drehfrequenz des Wechselstrommotors ist, und zwar in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Wechselstrommotors, und Steuern der Frequenz des Trägersignals in der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Wechselrichters und des Wechselstrommotors unabhängig von der Drehzahl des Wechselstrommotors; Schätzen einer Größe einer Änderung, die durch das Umschalten der Steuerbetriebsarten verursacht wird, in der Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt ist, auf der Grundlage von mindestens einer der folgenden Größen: einem aktuellem Wert der Frequenz des Trägersignals in einer aktuell eingesetzten Steuerbetriebsart, einem geschätzten Wert der Frequenz des Trägersignals, die erhalten wird, wenn die Steuerbetriebsarten umgeschaltet werden, einer Länge der Totzeit, einem Leistungsfaktor der Wechselstromenergie, die zwischen dem Wechselrichter und dem Wechselstrommotor ausgetauscht wird, und einem Antriebszustand des Wechselstrommotors; und Korrigieren der Amplitude des Spannungsbefehlssignals, um hierdurch die geschätzte Größe der Änderung in der Spannung, die an den Wechselstrommotor angelegt ist, zu kompensieren.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann das Auftreten von stoßförmigen Drehmomentschwankungen („torque serge“) bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten bei einer PWM-Steuerung für einen Wechselstrommotor, bei dem eine Übermodulationsbetriebsart und eine mit sinusförmiger Welle arbeitende Modulationsbetriebsart selektiv eingesetzt werden, verhindert werden, wodurch eine stabile Steuerung erzielt wird.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine gesamte Konfiguration eines Motortreibersteuersystems, bei dem eine Steuereinrichtung und ein Steuerverfahren für einen Wechselstrommotor bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind.
    • 2 stellt schematisch Steuerbetriebsarten für den Wechselstrommotor in dem Motortreibersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
    • 3 veranschaulicht eine entsprechende Beziehung zwischen einem Betriebszustand des Wechselstrommotors und jeder der Steuerbetriebsarten, die in 2 gezeigt sind.
    • 4 stellt ein Blockschaltbild dar, das ein generelles Beispiel einer Motorsteuerkonfiguration für eine mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung illustriert.
    • 5 zeigt ein Wellenformdiagramm, das einen Betrieb einer PWM-Modulationseinheit veranschaulicht, die in 4 gezeigt ist.
    • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Entscheidungs- bzw. Bestimmungsprozess für die Umschaltung der Steuerbetriebsarten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der anderen Steuermethode in der Steuereinrichtung für den Wechselstrommotor bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
    • 7 zeigt ein Blockschaltbild, das ein generelles Beispiel einer Motorsteuerkonfiguration bei der Übermodulations-PWM-Steuerung illustriert.
    • 8 zeigt eine schematische Ansicht, in der typische Spannungs- und Stromwellenformen bei einem Leistungsbetrieb und einer Regeneration bzw. einem Regenerationsbetrieb des Wechselstrommotors gezeigt sind.
    • 9 zeigt eine schematische Ansicht, in der typische Spannungs- und Stromvektoren bei einem Leistungsbetrieb („power running“) und einer Regeneration bzw. einem Regenerationsbetrieb des Wechselstrommotors gezeigt sind.
    • 10 zeigt ein Wellenformdiagramm, in dem eine als Beispiel dienende Stromschwankung bei dem Umschalten der Steuerbetriebsart dargestellt ist.
    • 11 veranschaulicht einen Korrekturprozess für jeden Spannungsbefehlswert bei der Umschaltung der Steuerbetfiebsart auf die PWM-Steuerung, wobei der Korrekturprozess in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steht.
    • 12 zeigt ein Blockschaltbild, in dem eine Konfiguration einer Motorsteuerung für die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung, die durch die Steuereinrichtung für den Wechselstrommotor ausgeführt wird, bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
    • 13 zeigt ein Blockschaltbild, in dem eine Konfiguration einer Motorsteuerung für die Übermodulations-PWM-Steuerung, die durch die Steuereinrichtung für den Wechselstrommotor ausgeführt wird, bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
    • 14 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Korrekturprozess für jeden Spannungsbefehlswert bei jeder der Konfigurationen der Motorsteuerung veranschaulicht, die in 12 und 13 gezeigt sind.
    • 15 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Korrekturprozess für jeden Spannungsbefehlswert bei jeder der Konfigurationen der Motorsteuerung veranschaulicht, die in 12 und 13 gezeigt sind.
    • 16 zeigt eine exemplarische Karte bzw. Tabelle von Modulationsfaktoren, die bei der Umschaltung der Steuerbetriebsart eingesetzt werden.
    • 17 zeigt eine als Beispiel dienende Karte bzw. Tabelle von Modulationsfaktoren, die bei der Umschaltung der Steuerbetriebsart gemäß einer Variation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
    • 18 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem ein Korrekturprozess für jeden Spannungsbefehlswert bei der Abänderung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
  • ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die gleichen Bezugszeichen in den Figuren die gleichen oder entsprechende Abschnitte anzeigen.
  • (Gesamte Systemkonfiguration)
  • 1 zeigt eine gesamte Konfiguration eines Motortreibersteuersystems, bei dem eine Steuereinrichtung und ein Steuerverfahren für einen Wechselstrommotor in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind.
  • Unter Bezugnahme auf 1 weist das Motortreibersteuersystem 100 eine Gleichspannungserzeugungseinheit 10#, einen Glättungskondensator C0, einen Inverter bzw. Wechselrichter oder Drehrichter 14, einen Wechselstrommotor bzw. Wechselspannungsmotor M1 und eine Steuereinrichtung 30 auf.
  • Der Wechselstrommotor M1 ist beispielsweise ein Antriebsmotor für die Erzeugung eines Drehmoments für den Antrieb von Antriebsrädern eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. (Das elektrisch angetriebene Fahrzeug bezieht sich hier auf ein Fahrzeug, das eine Antriebsenergie für das Fahrzeug mit Hilfe von elektrischer Energie erzeugt, wie etwa auf ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug.) Alternativ kann der Wechselstrommotor M1 derart konfiguriert sein, dass er eine Funktion als ein Leistungsgenerator aufweist, der durch einen Motor bzw. eine Maschine angetrieben wird, und kann so konfiguriert sein, dass er Funktionen sowohl als ein Motor als auch als ein Leistungsgenerator bzw. Spannungs- oder Stromgenerator aufweist. Weiterhin kann der Wechselstrommotor M1 als ein Motor für die Maschine wirken und kann beispielsweise in einem Hybridfahrzeug als eine Komponente eingegliedert sein, die zum Starten der Maschine imstande ist. Mit anderen Worten enthält der Wechselstrommotor bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen durch Wechselstrom betriebenen Motor, einen Leistungsgenerator und einen Motorgenerator.
  • Die Gleichspannungserzeugungseinheit 10# weist eine Gleichstromenergiequelle B, Systemrelais SR1, SR2, einen Glättungskondensator C1 und einen Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 auf.
  • Eine Gleichstromenergiequelle bzw. Gleichspannungsquelle B ist durch eine Nickelwasserstoff- oder Lithiumionen-Sekundärbatterie oder durch eine Energiespeichereinrichtung wie etwa durch einen elektrischen Doppelschichtkondensator, jeweils als Beispiel, gebildet. Die Gleichspannungsquelle B gibt eine Gleichspannung Vb ab und empfängt und sendet einen Gleichstrom Ib, die durch einen Spannungssensor 10 bzw. durch einen Stromsensor 11 detektiert werden.
  • Das Systemrelais SR1 ist zwischen den positiven Elektrodenanschluss der Gleichspannungsquelle B und eine Spannungsleitung 6 geschaltet, wohingegen das Systemrelais SR2 zwischen den negativen Elektrodeanschluss der Gleichspannungsquelle B und eine Masseleitung 5 geschaltet ist. Jedes der Systemrelais SR1, SR2 wird als Reaktion auf ein Signal SE von der Steuereinrichtung 30 eingeschaltet bzw. ausgeschaltet.
  • Der Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 weist eine Reaktanz bzw. Spule L1, Leistungshalbleiterschaltelemente Q1, Q2 und Dioden D1, D2 auf. Die Leistungshalbleiterschaltelemente Q1 und Q2 sind zwischen eine Spannungsleitung 7 und eine Erd- bzw. Masseleitung 5 in Reihe geschaltet. Die einschaltenden bzw. ausschaltenden Leistungshalbleiterschaltelemente Q1 und Q2 werden mit Hilfe von Schaltsteuersignalen S1 und S2 gesteuert, die von der Steuereinrichtung 30 zugeführt werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate), ein Leistungs-MOS-Transistor (Metal Oxide Semiconductor Transistor) ein Leistungs-Bipolartransistor oder dergleichen jeweils als die Leistungshalbleiterschaltelemente verwendet werden (im Folgenden einfach jeweils als „Schaltelement“ bezeichnet). Antiparallele Dioden D1, D2 sind jeweils für die Schaltelemente Q1 bzw. Q2 vorgesehen. Die Reaktanz L1 ist zwischen einen Verbindungsknoten der Schaltelemente Q1, Q2 und die Spannungsleitung 6 geschaltet. Weiterhin ist der Glättungskondensator C0 zwischen die Spannungsleitung 7 und die Masse- bzw. Erdleitung 5 geschaltet.
  • Der Wechselrichter 14 weist obere/untere Zweige 15 der U-Phase, obere/untere Zweige 16 der V-Phase und obere/untere Zweige 17 der W-Phase auf, die parallel zueinander zwischen der Spannungsleitung 7 und der Masseleitung 5 vorgesehen sind. Jeder der Phasenzweige der oberen/unteren Zweige enthält Schaltelemente, die in Reihe zwischen die Spannungsleitung 7 und die Masseleitung 5 geschaltet sind. Als Beispiel enthalten die oberen/unteren Zweige 15 der Phase U jeweils Schaltelemente Q3 bzw. Q4. Die oberen/unteren Zweige 16 der Phase V enthalten jeweils Schaltelemente Q5 bzw. Q6. Die oberen/unteren Zweige 17 der Phase W enthalten jeweils Schaltelemente Q7 bzw. Q8. Weiterhin sind antiparallele Dioden D3-D8 jeweils mit den Schaltelementen Q3-Q8 verbunden. Die einschaltenden bzw. ausschaltenden Schaltelemente Q3-Q8 werden mit Hilfe von Schaltsteuersignalen S3-S8 gesteuert, die von der Steuereinrichtung 30 zugeführt werden.
  • Typischerweise ist der Wechselstrommotor M1 ein dreiphasiger Synchronmotor mit Permanentmagnet und ist derart konfiguriert, dass er drei Spulen bzw. Wicklungen der Phasen U, V, W aufweist, die jeweils ein Ende gemeinsam mit einem neutralen Punkt verbunden haben. Jede der Phasenspulen weist ein oberes Ende auf, das mit dem Zwischenpunkt der Schaltelemente von jedem der Phasenzweige 15 bis 17 der oberen/unten Phase verbunden ist.
  • Bei einem Aufwärts- bzw. Hochsetzvorgang setzt der Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 eine Gleichspannung Vb hoch bzw. erhöht diese, die von der Gleichspannungsquelle B zugeführt wird, um hierdurch eine Gleichspannung VH zu erhalten, die einer Spannungseingabe in den Wechselrichter 14 entspricht und die im Folgenden auch als eine „Systemspannung“ bezeichnet wird, wobei der Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 diese Gleichspannung VH zu dem Wechselrichter 14 speist. Genauer gesagt sind als Reaktion auf Schaltsteuersignale S1, S2 von einer Steuereinrichtung 30 eine Periode bzw. Zeitdauer, während der das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist, und eine Periode bzw. Zeitdauer vorgesehen, während der das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist (oder eine Periode bzw. Zeitdauer, während der beide Schaltelemente Q1 und Q2 ausgeschaltet sind), wobei die Perioden bzw. Zeitdauern abwechselnd auftreten. Ein Hochsetz- bzw. Aufwärtsverhältnis steht in Übereinstimmung mit dem Verhältnis dieser Ein-Perioden bzw. eingeschalteten Zeitdauern. Alternativ kann VH = Vb (Aufwärts- bzw. Hochsetzverhältnis = 1,0) erhalten werden, wenn die Schaltelemente Q1 und Q2 jeweils auf Ein bzw. Aus festgelegt (fixiert) sind.
  • Auf der anderen Seite setzt der Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 bei einem Abwärts- bzw. Tiefsetzvorgang die Gleichspannung VH (Systemspannung), die von dem Wechselrichter 14 über den Glättungskondensator C0 zugeführt wird, nach unten bzw. verringert diese Spannung, um die Gleichspannungsquelle B zu laden. Genauer gesagt sind als Reaktion auf die Schaltsteuersignale S1, S2 von der Steuereinrichtung 30 eine Periode bzw. Zeitdauer, während der lediglich das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist, und eine Periode bzw. Zeitdauer, während der beide Schaltelemente Q1, Q2 ausgeschaltet sind (oder eine Einschaltperiode des Schaltelements Q1) so vorgesehen, dass sie abwechselnd auftreten. Ein Tiefsetzverhältnis bzw. Abwärtstransformationsverhältnis. besteht in Übereinstimmung mit dem Tastverhältnis der vorstehenden genannten Ein-Periode bzw. Ein-Zeitdauer.
  • Der Glättungskondensator C0 glättet die Gleichspannung, die von dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 zugeführt wird, und gibt die geglättete Gleichspannung an den Wechselrichter 14 ab. Ein Spannungssensor 13 erfasst die Spannung an dem Glättungskondensator C0, d. h. die Systemspannung VH, und leitet den erfassten Wert derselben an die Steuereinrichtung 30 weiter.
  • Wenn der Drehmomentbefehlswert des Wechselstrommotors M1 positiv ist (Trqcom > 0) und eine Gleichspannung von dem Glättungskondensator C0 zugeführt wird, wandelt der Wechselrichter 14 die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit Hilfe von Schaltvorgängen von Schaltelementen Q3-Q8 um, die auf Schaltsteuersignale S3-S8 von der Steuereinrichtung 30 ansprechen, um hiermit den Wechselstrommotor M1 so anzutreiben, dass er ein positives Drehmoment abgibt. Wenn der Drehmomentbefehlswert für den Wechselstrommotor M1 allerdings einen Wert von „0“ aufweist (Trqcom = 0), wandelt der Wechselrichter 14 die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit Hilfe von Schaltvorgängen als Reaktion bzw. im Ansprechen auf Schaltsteuersignale S3-S8 um und treibt den Wechselstrommotor M1 so an, dass ein Drehmoment von „0“ erhalten wird. Durch die Ansteuerung in dieser Weise wird der Wechselstrommotor M1 so angetrieben, dass er ein Drehmoment von „0“ oder mit einem positiven Wert generiert, wie es durch den Drehmomentbefehlswert Trqcom bezeichnet ist.
  • Ferner wird bei einem regenerativen Bremsen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, an bzw. in dem ein Motortreibersteuersystem 100 angebracht ist, ein Drehmomentbefehlswert Trqcom für den Wechselstrommotor M1 auf einen negativen Wert gesetzt (Trqcom < 0). In diesem Fall wandelt der Wechselrichter 14 mit Hilfe von Schaltvorgängen als Reaktion auf Schaltsignale S3-S8 eine Wechselspannung, die durch den Wechselstrommotor M1 generiert wird, in eine Gleichspannung um und gibt die umgewandelte Gleichspannung (Systemspannung) an den Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 über den Glättungskondensator C0 ab. Es ist hierbei anzumerken, dass der Ausdruck „regeneratives Bremsen“, wie er hier verwendet wird, umfasst: das Bremsen, das die Erzeugung von regenerativer Energie beinhaltet, die von einer Manipulation bzw. Betätigung des Fußbremspedals durch einen Fahrer herrührt, der das elektrisch betriebene Fahrzeug fährt; und eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit (oder ein Beenden einer Beschleunigung), die das Generieren von regenerativer Energie umfasst, das durch Freigeben bzw. Verringerung der Betätigung des Beschleunigungspedals während des Fahrens erzielt wird, ohne dass das Fußbremspedal betätigt wird.
  • Stromsensoren 24 erfassen einen Motorstrom, der in dem Wechselstrommotor M1 fließt, und informieren die Steuereinrichtung 30 über die erfassten Motorströme. Die Summe aus den momentanen Werten der drei Phasenströme iu, iv, iw ist gleich null. Folglich ist es ausreichend, Stromsensoren 24 für die Erfassung von Motorströmen für zwei Phasen vorzusehen (zum Beispiel für den Phasenstrom iv der Phase V und für den Phasenstrom iw der Phase W), wie dies in 1 gezeigt ist.
  • Ein Drehwinkelsensor (Auflöser bzw. Drehwinkeldetektor) 25 erfasst einen Drehwinkel θ des Rotors des Wechselstrommotors M1 und informiert die Steuereinrichtung 30 über den Drehwinkel θ, der erfasst wurde. Die Steuereinrichtung 30 kann dann die Rotationsrate bzw. Rotationsgeschwindigkeit (Drehzahl) und die Winkelgeschwindigkeit ω (rad/s) des Wechselstrommotors M1 auf der Grundlage des Drehwinkels θ berechnen. Es sei hierbei angemerkt, dass der Drehwinkelsensor 25 nicht vorgesehen sein muss, wenn die Steuereinrichtung 30 den Drehwinkel θ direkt anhand der Motorspannung und des Motorstroms ermittelt.
  • Die Steuereinrichtung 30 ist durch eine elektronische Steuereinheit (ECU = electronic control unit) gebildet und steuert Vorgänge bzw. Operationen des Motortreibersteuersystems 100 mit Hilfe einer Softwareverarbeitung, die durch eine zentrale Verarbeitungseinheit CPU implementiert wird, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist und ein Programm abarbeitet, das vorab gespeichert worden ist, und/oder mit Hilfe einer Hardwareverarbeitung, die durch eine hierfür vorgesehene elektronische Schaltung implementiert wird.
  • Als eine repräsentative bzw. beispielhafte Funktion steuert die Steuereinrichtung 30 Abläufe bzw. Betriebsvorgänge des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 12 und des Wechselrichters 14 unter Verwendung der nachstehend beschriebenen Steuermethode auf der Grundlage eines eingegebenen Drehmomentbefehlswerts Trqcom, der Gleichspannung Vb, die durch den Stromsensor 10 erfasst worden ist bzw. wird, des Gleichstroms Ib, der durch den Stromsensor 11 detektiert wird, der Systemspannung VH, die von dem Spannungssensor 13 erfasst wird, der Motorströme iv, iw, die durch die Stromsensoren 24 detektiert werden, des Drehwinkels θ, der von dem Drehwinkelsensor 25 erfasst wird, und Ähnlichem, um es hierdurch dem Wechselstrommotor M1 zu ermöglichen, ein Drehmoment entsprechend dem Drehmomentbefehlswert Trqcom abzugeben. Mit anderen Worten erzeugt die Steuereinrichtung 30 die Schaltsteuersignale S1-S8 für die Steuerung des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 12 und des Wechselrichters 14 in der vorstehend beschriebenen Weise und sendet bzw. speist diese zu dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 und zu dem Wechselrichter 14.
  • Bei dem Aufwärts- bzw. Hochsetzvorgang des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 12 steuert die Steuereinrichtung 30 die Systemspannung VH mittels Rückkopplung, um die Schaltsteuersignale S1, S2 so zu erzeugen, dass die Systemspannung VH einen Wert annimmt, der gleich groß ist wie der Spannungsbefehlswert.
  • Wenn die Steuereinrichtung 30 von der externen elektronischen Steuereinheit ECU ein Signal RGE empfängt, das anzeigt, dass das elektrisch betriebene Fahrzeug in den regenerativen Bremsmodus eingetreten ist, erzeugt die Steuereinrichtung 30 Schaltsteuersignale S3-S8 für die Umwandlung der Wechselspannung, die von dem Wechselstrommotor M1 generiert wird, in eine Gleichspannung und gibt diese an den Wechselrichter 14 ab. Demgemäß wandelt der Wechselrichter 14 die Wechselspannung, die von dem Wechselstrommotor M1 generiert wird, in die Gleichspannung um und speist diese zu dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 12.
  • Wenn die Steuereinrichtung 30 von der externen elektronischen Steuereinheit ECU das Signal RGE empfängt, das angibt, dass das elektrisch betriebene Fahrzeug in den regenerativen Bremsmodus eingetreten ist, erzeugt die Steuereinrichtung 30 weiterhin Schaltsteuersignale S1, S2, um die Gleichspannung, die von dem Wechselrichter 14 zugeführt wird, zu verringern bzw. tiefzusetzen, und gibt diese an den Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 ab. Demgemäß wird die Wechselspannung, die von dem Wechselstrommotor M1 generiert wird, in eine Gleichspannung umgewandelt, die dann herabgestuft bzw. verringert und zu der Gleichstromenergiequelle bzw. Gleichspannungsquelle B gespeist wird,
  • (Erläuterung von Steuerbetriebsarten)
  • Im Folgenden wird in größeren Einzelheiten beschrieben, wie die Steuereinrichtung 30 den Wechselstrommotor M1 steuert.
  • 2 zeigt schematisch Steuerbetriebsarten bzw. Steuermodi für den Wechselstrommotor M1 in dem Motortreibersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 2 dargestellt ist, werden in dem Motortreibersteuersystem 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung drei Steuerbetriebsarten eingesetzt, und es wird zwischen diesen für die Steuerung des Wechselstrommotors 1, d. h. für die Energieumwandlung in dem Wechselrichter 14, umgeschaltet.
  • Die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung wird als eine generelle PWM-Steuerung bzw. Pulsbreitenmodulationssteuerung eingesetzt und ist dazu vorgesehen, die oberen/unteren Zweigelemente jeder Phase hinsichtlich der Einschaltung/Ausschaltung in Abhängigkeit von einem Spannungsvergleich zwischen einem Spannungsbefehl einer sinusförmigen Welle und einem Träger (beispielsweise einer dreieckförmigen Welle) zu steuern. Als Ergebnis dessen wird ein Tastverhältnis so gesteuert, dass die Grundwellenkomponente eine sinusförmige Welle während einer gewissen Periode in einem Satz bzw. Abschnitt einer Periode hohen Pegels und einer Periode niedrigen Pegels ist. Die Periode hohen Pegels entspricht einer Ein-Periode bzw. Einschaltperiode des oberen Zweigelements, wohingegen die Periode niedrigen Pegels einer Ein-Periode bzw. Einschaltperiode des unteren Zweigelements entspricht. Wie gut bekannt ist, ist die Amplitude eines Spannungsbefehls, der eine sinusförmige Welle angibt, bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf einen Bereich von nicht mehr als der Amplitude des Trägers beschränkt, und es kann daher die Grundwellenkomponente der Spannung, die an den Wechselstrommotor M1 angelegt wird (im Folgenden vereinfacht als eine „an den Motor angelegte Spannung“ bezeichnet), lediglich um ungefähr das 0,61-Fache stärker als die Gleichspannungs-Zweigspannung (direct-current link voltage) des Wechselrichters vergrößert werden. Im Folgenden wird bei der vorliegenden Beschreibung ein Verhältnis der Grundwellenkomponente (aktueller Wert) der Spannung (Linien- bzw. Zweigspannung), die an den Wechselstrommotor M1 angelegt ist, zu der Gleichstrom-Zweigspannung des Wechselrichters 14 (d. h. der Systemspannung VH) als ein „Modulationsfaktor“ bezeichnet.
  • Bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung liegt die Amplitude des Spannungsbefehls, der eine sinusförmige Welle bzw. Sinuswelle anzeigt, in einem Bereich von nicht mehr als der Amplitude des Trägers. Folglich stellt die Leiterspannung bzw. Leitungsspannung, die an den Wechselstrommotor M1 angelegt wird, eine sinusförmige Welle bzw. ein sinusförmiges Signal dar. Mittlerweile ist auch ein Steuerverfahren zur Erzeugung eines Spannungsbefehls vorgeschlagen worden, bei dem eine harmonische Komponente 3n-ter Ordnung (n: ganze Zahl, wobei als Beispiel eine harmonische dritte Ordnung gleich n = 1 ist) einer sinusförmigen Wellenkomponente überlagert wird, die in den Bereich von nicht mehr als der Amplitude des Trägers fällt. Bei dieser Steuermethode tritt eine Periode auf, bei der der Spannungsbefehl hinsichtlich seiner Amplitude auf einen höheren Wert als die Amplitude des Trägers durch die harmonische Komponente vergrößert wird. Allerdings ist die harmonische Komponente 3n-ter Ordnung, die auf jeder Phase überlagert ist, zwischen den Leitungen ausgelöscht. Folglich wird die Leitungsspannung beibehalten, so dass sie die sinusförmige Welle repräsentiert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass diese Steuermethode ebenfalls in der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung eingeschlossen bzw. anwendbar ist.
  • Auf der anderen Seite wird der Wechselstrommotor M1 bei der Steuerung mit Rechteckwellenspannung während der gewissen Zeitperiode mit einem Impuls einer Rechteckwelle gespeist, wobei ein Verhältnis der Periode hohen Pegels und der Periode niedrigen Pegels gleich 1:1 ist. Dies vergrößert den Modulationsfaktor bis auf 0,78.
  • Eine Übermodulations-PWM-Steuerung wird zur Ausführung einer PWM-Steuerung gleichartig wie bei derjenigen bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung in einem Bereich vorgesehen, bei dem die Amplitude des Spannungsbefehls (sinusförmige Wellenkomponente) größer ist als die Amplitude des Trägers. Insbesondere wird oder ist der Spannungsbefehl, der ursprünglich eine sinusförmige Welle repräsentiert, verzerrt (Amplitudenkorrektur), um die Grundwellenkomponente zu vergrößern. Auf diese Weise kann der Modulationsfaktor bis in einen Bereich ab dem maximalen Modulationsfaktor bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerbetriebsart bis zu 0,78 erhöht werden. Bei der Übermodulations-PWM-Steuerung ist die Amplitude des Spannungsbefehls (sinusförmige Wellenkomponente) größer als diejenige des Trägers, so dass die Leitungsspannung, die an den Wechselstrommotor M1 angelegt wird, nicht eine Spannung ist, die eine sinusförmige Welle repräsentiert, sondern eine verzerrte Spannung ist.
  • Bei dem Wechselstrommotor M1 ruft eine Erhöhung der Drehzahl oder des Ausgangsdrehmoments eine vergrößerte induzierte Spannung hervor. Demgemäß ist die erforderliche Treiberspannung (die vom Motor geforderte Spannung) hoch. Die hochgesetzte Spannung, die von dem Wandler 12 bereitgestellt wird, d. h. die Systemspannung VH, muss höher sein als diese von dem Motor geforderte Spannung. Auf der anderen Seite weist die hochgesetzte Spannung, die von dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 12 bereitgestellt wird, d. h. die Systemspannung VH, einen begrenzten Wert auf (maximale Spannung von VH).
  • In Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Wechselstrommotors M1 wird folglich eine Steuerbetriebsart aus der PWM-Steuerbetriebsart und der mit rechteckförmiger Wellenspannung arbeitenden Steuerbetriebsart selektiv eingesetzt. Die PWM-Steuerbetriebsart verwendet die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung oder die Übermodulations-PWM-Steuerung für die Steuerung der Amplitude und der Phase der an den Motor angelegten Spannung (Wechselstrom) mittels Rückkopplung des Motorstroms. Bei der mit dreieckförmiger Wellenspannung arbeitenden Steuerung ist die Amplitude der an den Motor angelegten Spannung fixiert bzw. auf einen festen Wert festgelegt. Folglich wird das Drehmoment durch Phasensteuerung hinsichtlich des Pulses der rechteckförmigen Wellenspannung auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem aktuellen Drehmomentwert und dem Drehmomentsollwert gesteuert.
  • 3 zeigt eine Korrespondenzbeziehung zwischen jedem der Betriebszustände des Wechselstrommotors M1 und den vorstehend beschriebenen Steuerbetriebsarten.
  • Bezug nehmend auf die schematische Darstellung in 3 wird die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung in einer Drehzahlregion A1 niedriger Drehzahl für die Verringerung von Schwankungen des Drehmoments eingesetzt, die Übermodulations-PWM-Steuerung in einer Drehzahlregion A2 mittlerer Drehzahl verwendet und die Rechteckwellenspannungssteuerung in einer Drehzahlregion A3 hoher Drehzahl eingesetzt. Insbesondere ermöglichen die Übermodulations-PWM-Steuerung und die Rechteckwellenspannungssteuerung, die hierbei eingesetzt werden, eine verbesserte Ausgangsgröße bzw. Ausgabeleistung des Wechselstrommotors M1. Hierbei wird die Bestimmung, welche der Steuerbetriebsarten, die in 2 gezeigt sind, benutzt wird, grundlegend innerhalb eines Bereichs von realisierbaren Modulationsfaktoren getroffen.
  • (Erläuterung hinsichtlich der Steuerkonfiguration bei jeder Steuerbetriebsart)
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild, in dem ein generelles Beispiel einer Motorsteuerkonfiguration dargestellt ist, bei der die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung eingesetzt wird, wobei die Motorsteuerkonfiguration eine grundlegende Steuerkonfiguration ist, die von der Steuereinrichtung für den Wechselstrommotor in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Jeder Funktionsblock, der in 4 gezeigt ist, und die nachstehend beschriebenen Blockschaltbilder für die Motorsteuerung sind durch einen Hardware- oder einen Softwareprozess implementiert, der von der Steuereinrichtung 30 ausgeführt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 4 erzeugt die mit sinusförmiger PWM-Steuerung arbeitende Steuereinheit 200 dann, wenn die Steuerbetriebsart mit sinusförmiger PWM-Steuerung gewählt ist, Schaltsignale S3-S8 für den Wechselrichter 14, um hierdurch zu ermöglichen, dass der Wechselstrommotor M1 ein Drehmoment in Übereinstimmung mit dem Drehmomentbefehlswert Trqcom abgeben kann.
  • Die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuereinheit 200 enthält eine Strombefehlerzeugungseinheit 210, Koordinatenumwandlungseinheiten 220, 250, eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit 240 und eine PWM-Modulationseinheit 260.
  • Die Strombefehlerzeugungseinheit 210 erzeugt einen Strombefehlswert Idcom für die d-Achse und einen Strombefehlswert Iqcom für die q-Achse, die jeweils dem Strombefehlswert Trqcom des Wechselstrommotors M1 entsprechen, in Übereinstimmung mit einer Tabelle oder dergleichen, die bereits vorab erstellt ist.
  • Die Koordinatenumwandlungseinheit 220 führt eine Koordinatenumwandlung (von drei Phasen auf zwei Phasen) unter Verwendung des Drehwinkels θ des Wechselstrommotors M1 aus, der durch den Drehwinkelsensor 25 erfasst wird, um einen Strom Id für die d-Achse und einen Strom Iq für die q-Achse auf der Grundlage des Stroms iv für die Phase V und des Stroms iw für die Phase W, die durch Stromsensoren 24 detektiert werden, zu berechnen.
  • Die Strombefehlerzeugungseinheit 240 empfängt eine Abweichung Δld (Δld = Idcom - Id) des d-Achsenstroms von dem Befehlswert bzw. Sollwert und eine Abweichung Δlq (Δlq = Iqcom - Iq) des q-Achsenstroms von dem Befehlswert. Die Strombefehlerzeugungseinheit 240 führt eine PI (Proportional-Integral) -Berechnung sowohl für die Abweichung Δld des d-Achsenstroms als auch für die Abweichung Δlq des q-Achsenstroms mit einer vorbestimmten Verstärkung bzw. einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor durch, um hierdurch eine Steuerabweichung zu bestimmen, und erzeugt einen Spannungsbefehlswert Vd# für die d-Achse und einen Spannungsbefehlswert Vq# für die q-Achse auf der Grundlage dieser Steuerabweichung.
  • Die Koordinatenumwandlungseinheit 250 führt eine Koordinatenumwandlung (zwei Phasen auf drei Phasen) unter Verwendung des Drehwinkels θ des Wechselstrommotors M1 aus, um hierdurch den Spannungsbefehlswert Vd# für die d-Achse und den Spannungsbefehlswert Vq# für die q-Achse in Spannungsbefehle bzw. Sollspannungen Vu, Vv, Vw für die Phase U, die Phase V und die Phase W umzuwandeln.
  • Wie in 5 gezeigt ist, steuert die PWM-Modulationseinheit 260 die oberen/unteren Zweigelemente der jeweiligen Phasen in dem Wechselrichter 14 hinsichtlich der Einschaltung bzw. Ausschaltung auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem Träger 262 und einem Wechselspannungsbefehl bzw. einer Sollwechselspannung 264 (die kollektiv Vu, Vv, Vw repräsentiert), um hierdurch pseudo-sinusförmige Wellenspannungen der Phasen in dem Wechselstrommotor M1 zu generieren. Der Träger 262 ist durch eine dreieckförmige Welle oder eine Sägezahnwelle gebildet, die eine vorbestimmte Frequenz besitzt. Wie vorstehend erläutert, kann die harmonische 3n-ter Ordnung auf dem Wechselspannungsbefehl, der die sinusförmige Welle angibt, überlagert sein.
  • Es sei hier angemerkt, dass die Amplitude des Trägers 262 bei der PWM-Modulation für die Wechselrichtersteuerung einer eingangsseitigen Gleichspannung (Systemspannung VH) des Wechselrichters 14 entspricht. Allerdings kann die Amplitude des Trägers 262, der von der PWM-Modulationseinheit 260 eingesetzt wird, fixiert bzw. auf einen festen Wert festgelegt sein, indem die Amplitude des Wechselspannungsbefehls 264, der der PWM-Modulation zu unterziehen ist, in eine Amplitude umgewandelt wird, die durch Dividieren der originalen Amplitude von jedem Phasenspannungsbefehl Vu, Vv, Vw durch die Systemspannung VH erhalten wird.
  • Es sei nun erneut auf 4 Bezug genommen. Wenn der Wechselrichter 14 so gesteuert wird, dass er in Übereinstimmung mit den Schaltsteuersignalen S3-S8 geschaltet wird, die durch die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuereinheit 200 generiert werden, wird eine Wechselspannung an den Wechselstrommotor M1 angelegt, so dass ein Drehmoment in Übereinstimmung mit dem Drehmomentbefehlswert Trqcom gegeben wird.
  • Im Folgenden wird die Bestimmung des Umschaltens der Steuerbetriebsarten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung und den anderen Steuermethoden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 6 bestimmt bzw. ermittelt die Steuereinrichtung 30 in einem Schritt S10, ob die gegenwärtige Steuerbetriebsart die PWM-Steuerbetriebsart ist oder nicht. Wenn die aktuelle Steuerbetriebsart die PWM-Steuerbetriebsart ist (wenn in dem Schritt S10 das Ergebnis „JA“ bestimmt wird), berechnet die Steuereinrichtung 30 in einem Schritt S11 einen Modulationsfaktor für die Umwandlung der Eingangsspannung VH des Wechselrichters 14 in eine an den Motor angelegte Spannung, die an den Wechselstrommotor M1 anzulegen ist, und zwar auf der Basis von Spannungsbefehlswerten Vd#, Vq#, die der PWM-Steuerbetriebsart folgen, und der Systemspannung VH.
  • Als ein Beispiel wird der Modulationsfaktor FM mit Hilfe der nachfolgend angegebenen Gleichung (1) berechnet: FM = ( Vd # 2 + Vq # 2 ) 1 / 2 / V H
    Figure DE112009002569B4_0001
  • Bei einem Schritt S12 ermittelt die Steuereinrichtung 30, ob der Modulationsfaktor, der in dem Schritt S11 berechnet wurde, gleich groß wie oder größer als 0,78 ist oder nicht. Wenn der Modulationsfaktor ≥ 0,78 ist (wenn bei dem Schritt S12 das Ergebnis „JA“ erhalten wird), kann bei der PWM-Steuerbetriebsart keine geeignete Wechselspannung generiert werden, so dass die Steuereinrichtung 30 mit dem Ablauf zu einem Schritt S15 weiterschreitet, um hierdurch die Steuerbetriebsarten auf die Steuerbetriebsart mit Rechteckwellenspannung umzuschalten.
  • Wenn bei dem Schritt S12 auf der anderen Seite das Ergebnis „NEIN“ ermittelt wird, das heißt, wenn der Modulationsfaktor, der in dem Schritt S11 berechnet wurde, kleiner ist als 0,78, behält die Steuereinrichtung 30 die PWM-Steuerbetriebsart in dem Schritt S14 kontinuierlich bei.
  • Wenn die aktuelle Steuerbetriebsart allerdings die Steuerbetriebsart mit Rechteckwellenspannung ist (wenn bei dem Schritt S10 das Ergebnis „NEIN“ ermittelt wird), überwacht die Steuereinrichtung 30 bei einem Schritt S13, ob der absolute Wert der Wechselstromphase (aktuelle Stromphase) ϕi, der von dem Wechselrichter 14 zu dem Wechselstrommotor M1 gespeist wird, kleiner ist als der absolute Wert einer vorbestimmten Schaltstromphase ϕ0 oder nicht. Es ist hierbei anzumerken, dass die Schaltstromphase φ0 auf unterschiedliche Werte gesetzt werden kann, wenn der Wechselstrommotor M1 einen Leistungsbetrieb bzw. einen Betrieb mit Leistungsabgabe ausführt und wenn der Wechselstrommotor M1 eine Regeneration bzw. einen Regenerationsbetrieb ausführt.
  • Wenn der absolute Wert der aktuellen Stromphase ϕi kleiner ist als der absolute Wert der Schaltstromphase ϕ0 (wenn in dem Schritt S13 das Ergebnis „JA“ erhalten wird), bestimmt die Steuereinrichtung 30, dass die Steuerbetriebsarten von der mit rechteckförmiger Wellenspannung arbeitenden Steuerbetriebsart (Rechteckwellenspannungs-Steuerbetrieb) auf die PWM-Steuerung umgeschaltet werden. In diesem Fall wählt die Steuereinrichtung 30 bei dem Schritt S14 die PWM-Steuerbetriebsart aus.
  • Wenn bei dem Schritt S13 auf der anderen Seite das Ergebnis „NEIN“ bestimmt wird, wenn der absolute Wert der aktuellen Stromphase ϕi gleich groß wie oder größer als der absolute Wert der Schaltstromphase ϕ0 ist, behält die Steuereinrichtung 30 die Steuerbetriebsart bei dem Schritt S15 bei der Steuerbetriebsart mit Rechteckwellenspannung bei.
  • Wenn die PWM-Steuerbetriebsart ausgewählt worden ist (Schritt S14), bestimmt die Steuereinrichtung 30 bei dem Schritt S16, welche Steuerung von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung eingesetzt wird. Diese Bestimmung kann dadurch ausgeführt werden, dass der Modulationsfaktor FM mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird (beispielsweise mit 0,61, was einen theoretischen maximalen Wert des Modulationsfaktors darstellt, wenn die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung eingesetzt wird).
  • Wenn der Modulationsfaktor gleich groß wie oder kleiner als der Schwellenwert ist (wenn bei dem Schritt S16 das Ergebnis „JA“ bestimmt wird), das heißt, wenn die PWM-Steuerbetriebsart so ausgeführt werden kann, dass erreicht wird, dass die Amplitude des Wechselspannungsbefehls bzw. der Sollwechselspannung 264 (sinusförmige Wellenkomponente) gleich groß wie oder kleiner als die Amplitude des Trägers 262 ist, wird die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung bei dem Schritt S17 verwendet. Wenn der Modulationsfaktor auf der anderen Seite größer ist als der Schwellenwert (wenn bei dem Schritt S16 das Ergebnis „NEIN“ bestimmt wird), das heißt, wenn die Amplitude des Wechselspannungsbefehls bzw. der Sollwechselspannung 264 (sinusförmige Wellenkomponente) größer ist als die Amplitude des Trägers 262, wird bei dem Schritt S18 die Übermodulations-PWM-Steuerung angewendet.
  • Auf diese Weise kann die Bestimmung der Umschaltung zwischen den Steuerbetriebsarten auf der Grundlage des Motorstroms MCRT (iv, iw), der durch die Stromsensoren 24 erfasst wird, der Eingangsspannung (Systemspannung) VH des Wechselrichters 14, die durch den Spannungssensor 13 detektiert wird, und der Spannungsbefehlswerte bzw. Sollspannungswerte Vd#, Vq#, die von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 240 generiert werden, ausgeführt werden.
  • 7 zeigt ein Blockschaltbild, in dem eine generelle beispielhafte Motorsteuerkonfiguration dargestellt ist, die bei der Übermodulations-PWM-Steuerung eingesetzt wird, die implementiert wird, wenn die Übermodulations-PWM-Steuerung bei dem Bestimmungsprozess zur Bestimmung der Umschaltung der Steuerbetriebsart eingesetzt wird, der in 6 dargestellt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 7 weist eine Übermodulations-PWM-Steuereinheit 201 ein Stromfilter 230 und eine Spannungsamplitudenkorrektureinheit 270 zusätzlich zu der Konfiguration der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuereinheit 200 gemäß 4 auf.
  • Das Stromfilter 230 führt einen Vorgang der Glättung des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq, die durch die Koordinatenumwandlungseinheit 220 berechnet sind, in einer zeitbasierten Weise aus. Demgemäß werden die aktuellen Ströme bzw. Istströme Id, Iq auf der Basis der vom Sensor detektierten Werte gefiltert und folglich in Ströme Idf, Iqf umgewandelt.
  • Unter Verwendung der in dieser Weise gefilterten Ströme Idf, Iqf berechnet die Übermodulations-PWM-Steuereinheit 201 dann Stromabweichungen Δld, Δlq. Genauer gesagt ist Δld = Idcom - Idf und Δlq = Iqcom - Iqf.
  • Die Spannungsamplitudenkorrektureinheit 270 führt einen Korrekturprozess bezüglich des ursprünglichen Spannungsbefehlswerts Vd# für die d-Achse und des ursprünglichen Spannungsbefehlswerts Vq# für die q-Achse, die durch die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 240 berechnet sind, aus, um hierbei die Amplitude der an den Motor angelegten Spannung zu vergrößern. In Übereinstimmung mit den Spannungsbefehlen bzw. Sollspannungen, die auf diese Weise dem von der Spannungsamplitudenkorrektureinheit 270 ausgeführten Korrekturprozess unterzogen sind, erzeugen die Koordinatenumwandlungseinheit 250 und die PWM-Modulationseinheit 260 Schaltsteuersignale S3-S8 für den Wechselrichter 14.
  • Es sei hierbei angemerkt, dass dann, wenn die Übermodulations-PWM-Steuerung eingesetzt wird, die Amplitude von jedem Phasenspannungsbefehls bzw. jeder Phasensollspannung, die durch Umwandlung des Spannungsbefehlswerts Vd#, Vq# von zwei Phasen in drei Phasen erhalten wird, größer ist als die Eingangsspannung (Systemspannung VH) des Wechselrichters. Dieser Zustand entspricht einem Zustand, bei dem die Amplitude der Sollwechselspannung 264 größer ist als die Amplitude des Trägers 262 bei dem Wellenform- bzw. Signaldiagramm, das in 5 gezeigt ist. In diesem Zustand kann keine Spannung, die die Systemspannung VH übersteigt, von dem Wechselrichter 14 an den Wechselstrommotor M1 angelegt werden. Demgemäß kann ein ursprünglicher Modulationsfaktor, der jedem der Spannungsbefehlswerte Vd#, Vq# entspricht, durch die PWM-Steuerung, die jedem Phasenspannungsbefehlssignal folgt, entsprechend den ursprünglichen Spannungsbefehlswerten Vd#, Vq# nicht sichergestellt werden.
  • Unter Berücksichtigung dessen werden die Wechselspannungsbefehle bzw. Sollwechselspannungen entsprechend den Spannungsbefehlswerten Vd#, Vq# korrigiert, um die Spannungsamplitude zu erhöhen (um k, k > 1), um die Periode bzw. Zeitdauer des Anlegens der Spannung zu erhöhen. Demgemäß kann der ursprüngliche Modulationsfaktor entsprechend jedem der Spannungsbefehlswerte Vd#, Vq# sichergestellt werden. Es sei angemerkt, dass der Multiplikationsfaktor k für die Spannungsamplitude bei der Spannungsamplitudenkorrektureinheit 270 theoretisch auf der Basis dieses ursprünglichen Modulationsfaktors abgeleitet bzw. gewonnen werden kann.
  • (Problem bei der PWM-Steuerung)
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 8-10 ein Problem bei den Motorsteuerkonfigurationen beschrieben, die der allgemeinen PWM-Steuerung (mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung und Übermodulations-PWM-Steuerung) entsprechen und in 4 und 7 gezeigt sind. Genauer gesagt liegt ein Problem hier in der Stabilität der Steuerung auf das Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung hin.
  • Wie vorstehend erläutert, wird die Grundwellenkomponente der an den Wechselstrommotor M1 angelegten Spannung dann, wenn die Übermodulations-PWM-Steuerung ausgeübt wird, vergrößert, indem die Schaltrate in dem Wechselrichter 14 verringert wird.
  • Bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung (Sinuswellen-PWM-Steuerung), bei der eine asynchrone Pulsbreitenmodulation eingesetzt wird, ist hierbei die Trägerfrequenz in einem Bereich festgelegt, der höher ist als ein Bereich hörbarer Frequenzen, und der ermöglicht, dass die Schaltverluste nicht exzessiv sind, unabhängig von der Drehzahl des Wechselstrommotors M1 (im Folgenden vereinfacht als eine „Motordrehzahl“ bezeichnet“). Auf der anderen Seite wird bei der Übermodulations-PWM-Steuerung eine synchrone Pulsbreitenmodulationssteuerung eingesetzt, so dass die Trägerfrequenz in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert wird. Die Trägerfrequenz wird hierbei so festgelegt, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz von jedem Spannungsbefehl bzw. jeder Sollspannung ist, die der Motordrehzahl folgt. Da die Trägerfrequenz folglich in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl bei der Übermodulations-PWM-Steuerung geändert wird, ist es wahrscheinlich, dass sich auch die Schalte in dem Wechselrichter 14 ändert. Als Ergebnis dessen ist eine Größe der Änderung bei der Schaltrate auf das Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung hin in Abhängigkeit von einem Zustand der Übermodulations-PWM-Steuerung unterschiedlich.
  • Insbesondere ist in dem Fall, bei dem die Schaltrate in der Übermodulations-PWM-Steuerung klein ist, die Schaltrate durch das Umschalten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung drastisch geändert. Diese Änderung der Schaltrate ruft eine große Änderung auf den Einfluss der Totzeit auf die an den Motor angelegte Spannung hervor. Demgemäß kann sich die an den Motor angelegte Spannung auf das Umschalten zwischen den Steuerbetriebsarten hin selbst dann unterscheiden, wenn der Spannungsbefehl bzw. die Sollspannung die gleiche ist. Unmittelbar nach dem Umschalten zwischen den Steuerbetriebsarten schwankt der Motorstrom folglich in Abhängigkeit von der Größe der Änderung bei der an den Motor angelegten Spannung, mit dem Ergebnis, dass ein übermäßiger Motorstrom in dem Wechselstrommotor M1 fließen kann. Als Ergebnis dessen kann eine Schwankung des Drehmoments in dem Wechselstrommotor M1 während einer Zeitdauer ab dem Umschalten der Steuerbetriebsarten bis zu dem Konvergieren bzw. Abklingen der Schwankung des Motorstroms aufgrund der Stromrückkopplungssteuerung auftreten.
  • Hierbei ist es mit den Phasen der an den Motor angelegten Spannung und des Motorstroms verknüpft, ob die an den Motor angelegte Spannung im Hinblick auf eine Vergrößerung der Amplitude derselben geändert wird oder im Hinblick auf eine Verringerung der Amplitude derselben auf das Umschalten der Steuerbetriebsarten hin geändert wird, wie dies in den 8 und 9 gezeigt ist.
  • 8(a) zeigt typische Spannungs- bzw. Stromwellenformen während des Leistungsbetriebs bzw. Schubbetriebs („power running“) des Wechselstrommotors M1. Wie in 8(a) dargestellt ist, ist die Phase des Stroms I relativ zu der Phase der Spannung V während des Leistungsbetriebs verzögert. Die an den Motor angelegte Spannung ist durch die Totzeit beeinflusst, wobei der Einfluss in Abhängigkeit von der Polarität des Stroms unterschiedlich ist. Während einer Periode bzw. Zeitdauer, in der der Strom I positiv ist, ist eine annähernd rechteckförmige Wellenspannung, die von der Totzeit herrührt (Offset Voff bzw. Offsetspannung), hierbei negativ. Im Unterschied hierzu ist Voff während einer Zeitdauer, in der der Strom I negativ ist, positiv. Folglich bewirkt die Offsetspannung Voff, die von der Totzeit herrührt, während des Leistungsbetriebs bzw. Schubbetriebs eine Verringerung der Amplitude der an den Motor angelegten Spannung.
  • 9(a) zeigt ein Vektordiagramm der Spannung V und des Stroms I bei Antriebsbetrieb bzw. Leistungsbetrieb („power running“). In der Zeichnung ist die Offsetspannung Voff entgegengesetzt zu dem Strom I gerichtet. Wenn eine Kombination mit dieser Offsetspannung Voff ausgeführt wird, ist folglich die resultierende Spannung V im Vergleich mit der ursprünglichen Spannung V hinsichtlich ihrer Amplitude verringert.
  • In 8(b) sind typische Spannungs- bzw. Stromwellenformen während der Regeneration bzw. des Regenerationsbetriebs des Wechselstrommotors M1 dargestellt. Wie in 8(b) gezeigt ist, ist während der Regeneration bzw. des Regenerationsbetriebs bzw. der Stromrückgewinnung eine Phasendifferenz zwischen der Spannung V und dem Strom I groß, und zwar in einem solchen Ausmaß, dass sie im Wesentlichen entgegengesetzte Phasen aufweisen. Während der Regeneration bewirkt die Offsetspannung Voff, die von der Totzeit herrührt, eine Vergrößerung der Amplitude der an den Motor angelegten Spannung. 9(b) zeigt ein Vektordiagramm der Spannung V und des Stroms I während der Regeneration bzw. des Energierückgewinnungsbetriebs. In der Zeichnung ist wie bei der 9(a) die Offsetspannung Voff entgegengesetzt zu dem Strom I gerichtet, wobei die Spannung V eine Phase aufweist, die umgekehrt zu derjenigen des Stroms I ist. Demzufolge ist die resultierende Spannung V bei der Kombination mit der Offsetspannung Voff in ihrer Amplitude im Vergleich mit der ursprünglichen Spannung vergrößert.
  • Der Einfluss der Totzeit auf die an den Motor angelegte Spannung wird als solches in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz zwischen der Spannung V und dem Strom I in dem Wechselstrommotor M1 geändert, das heißt, der Leistungsfaktor ändert sich. Es ist also festzuhalten, dass sich die Charakteristik bei der Änderung der an den Motor angelegten Spannung, die durch das Umschalten der Steuerbetriebsart hervorgerufen wird, in Abhängigkeit von dem Leistungsfaktor unterscheidet.
  • 10 zeigt ein Wellenform- bzw. Signalverlaufsdiagramm, das eine beispielhafte Schwankung des Stroms auf das Umschalten der Steuerbetriebsarten hin veranschaulicht. 10 zeigt eine Änderung des Motorstroms über den Ablauf der Zeit hinweg in einem Fall, bei dem die Steuerbetriebsarten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf die Übermodulations-PWM-Steuerung während des Leistungs- bzw. Antriebsbetriebs bzw. Schubbetriebs des Wechselstrommotors M1 umgeschaltet werden.
  • Wenn die Schaltrate unter Bezugnahme auf 10 durch das Umschalten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf die Übermodulations-PWM-Steuerung während des Antriebsbetriebs des Wechselstrommotors M1 verringert wird, wird der Einfluss der Totzeit geändert, wodurch die an den Motor angelegte Spannung geändert wird. In diesem Fall bewirkt, wie in 8(a) und 9(a) gezeigt ist, der Einfluss der Totzeit eine Verringerung der Amplitude der an den Motor angelegten Spannung während dessen Leistungs- bzw. Antriebsbetriebs. Das Umschalten auf die Übermodulations-PWM-Steuerung verringert folglich die Schaltrate, wodurch die an den Motor angelegte Spannung geändert wird, um die Amplitude desselben zu vergrößern. Unmittelbar nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten wird der Motorstrom folglich als Reaktion auf die Vergrößerung der Amplitude der an den Motor angelegten Spannung erhöht. Als Ergebnis dessen kann in dem Wechselstrommotor M1 eine Schwankung des Drehmoments während der Zeitdauer ab dem Umschalten der Steuerbetriebsarten bis zu dem Konvergieren bzw. Abklingen der Schwankung des Motorstroms aufgrund der Stromrückkopplungssteuerung auftreten.
  • Auch wenn dies in den Figuren nicht gezeigt ist, wird die Amplitude der an den Motor angelegten Spannung in Richtung auf eine Verringerung geändert, wenn während der Regeneration bzw. des Regenerationsbetriebs des Wechselstrommotors M1 auf die Übermodulations-PWM-Steuerung umgeschaltet wird. Im Unterschied zu 10 wird der Motorstrom demzufolge unmittelbar nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten verkleinert. Die Charakteristik bei der Änderung der an den Motor angelegten Spannung, die durch das Umschalten der Steuerbetriebsarten hervorgerufen wird, unterscheidet sich folglich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz (Leistungsfaktor) zwischen der Spannung und dem Strom, die von dem Wechselrichter 14 zu dem Wechselstrommotor M1 gespeist werden.
  • (PWM-Steuerung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel)
  • Wie vorstehend beschrieben, ruft das Umschalten in der Schaltrate auf das Umschalten der Steuerbetriebsarten hin bei der Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) die Änderung des Einflusses der Totzeit auf die an den Motor angelegte Spannung hervor, woraus eine Änderung der an den Motor angelegten Spannung resultiert. Diese Änderung der an den Motor angelegten Spannung dient als ein Faktor für die Verursachung der Schwankung des Drehmoments in dem Wechselstrommotor M1. Es ist hierbei anzumerken, dass die Charakteristika bei der Änderung der an den Motor angelegten Spannung in Abhängigkeit von dem Schaltzustand (Leistungsumwandlungsbetriebszustand) des Wechselrichters 14 geändert werden, wie dies vorstehend beschrieben ist.
  • Im Hinblick hierauf ist die Steuereinrichtung für den Wechselstrommotor in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dahingehend konfiguriert, dass der Spannungsbefehlswert bzw. der Sollspannungswert auf das Umschalten der Steuerbetriebsarten bei der PWM-Steuerung hin auf der Basis eines Schaltzustands des Wechselrichters 14 korrigiert wird, um hierdurch eine Änderung des Einflusses der Totzeit auf die an den Motor angelegte Spannung zu unterdrücken.
  • Bei dieser Konfiguration spiegelt sich hinsichtlich des Schaltzustands des Wechselrichters 14 Folgendes wider: die Trägerfrequenzen vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten; die Länge der Totzeit; der Leistungsfaktor des Wechselstrommotors M1 (Phasendifferenz zwischen der Spannung und dem Strom); und der Treiber- bzw. Antriebszustand (Leistungsbetrieb bzw. Antrieb/Regeneration) des Wechselstrommotors M1. Von dieser Vielzahl von Faktoren dienen die Trägerfrequenzen vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten und die Länge der Totzeit hauptsächlich als Indizes bzw. Anzeichen im Hinblick auf die Größe der Änderung bei der an den Motor angelegten Spannung. Der Leistungsfaktor und der Antriebszustand bzw. Betriebszustand des Wechselstrommotors M1 dienen hauptsächlich als Indizes bzw. Anzeichen im Hinblick auf eine Weise der Änderung der an den Motor angelegten Spannung (ob die Amplitude zu vergrößern ist oder ob die Amplitude zu verringern ist).
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird nachstehend eine Konfiguration für die Korrektur des Spannungsbefehlswerts bzw. Sollspannungswerts durch eine Kombination der Mehrzahl von Faktoren beschrieben. Jedoch kann auch eine Konfiguration für die Korrektur des Spannungsbefehlswerts auf der Grundlage eines beliebigen der Faktoren oder einer Kombination von zwei oder mehr Faktoren eingesetzt werden.
  • 11 illustriert den Prozess der Korrektur des Spannungsbefehlswerts auf das Umschalten der Steuerbetriebsarten bei der PWM-Steuerung in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hin. Wie bei 10 sind in 11 Änderungen bei der an den Motor angelegten Spannung und dem Motorstrom über die Zeit hinweg für den Fall gezeigt, bei dem die Steuerbetriebsarten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf die Übermodulations-PWM-Steuerung während des Leistungs- bzw. Antriebsbetriebs des Wechselstrommotors M1 umgeschaltet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 11 sei angenommen, dass das Umschalten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf die Übermodulations-PWM-Steuerung zu einem Zeitpunkt t1 erfolgt. Die Steuerbetriebsarten werden umgeschaltet, wenn der Modulationsfaktor den vorbestimmten Schwellenwert (zum Beispiel 0,61, was den theoretisch maximalen Wert des Modulationsfaktors darstellt, während die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung ausgeführt wird) überschreitet, wie dies in 6 dargestellt ist. Auch wenn dabei kein großer Unterschied in den Sollspannungswerten vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten vorhanden ist, wird hierbei der Einfluss der Totzeit entsprechend der Verringerung der Schaltrate geändert, wie dies unter Bezugnahme auf 10 erläutert ist. Folglich wird die an den Motor angelegte Spannung dahingehend geändert, dass sich deren Amplitude erhöht.
  • Um die Änderung der an den Motor angelegten Spannung während der Umschaltung der Steuerbetriebsarten zu unterdrücken, wird der Spannungsbefehlswert bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zu dem Zeitpunkt t1, an dem die Steuerbetriebsarten umgeschaltet werden, korrigiert, um hierdurch eine geschätzte Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung zu kompensieren. Es sei hierbei angemerkt, dass die Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung auf der Grundlage des Schaltzustands des Wechselrichters 14 geschätzt wird.
  • Genauer gesagt wird in dem Fall gemäß 11 die an den Motor angelegte Spannung durch das Umschalten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf die Übermodulations-PWM-Steuerung so geändert, dass sich ihre Amplitude vergrößert. Folglich wird der Spannungsbefehlswert bzw. Sollspannungswert (zum Beispiel der Spannungsbefehlswert Vq# für die q-Achse) zu dem Zeitpunkt t1 so korrigiert, dass er um die Größe der Erhöhung der Amplitude der an den Motor angelegten Spannung verkleinert wird. Es sei hierbei angemerkt, dass die Korrektur des Sollspannungswerts in der ersten Steuerperiode bzw. dem ersten Steuerzeitintervall unmittelbar nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten ausgeführt wird.
  • Folglich wird der Motorstrom nach dem Zeitpunkt t1 durch die Rückkopplung in Übereinstimmung mit dem korrigierten Spannungsbefehlswert Vq#1 gesteuert, und es wird der q-Achsenstrom Iq daher kontinuierlich vor und nach dem Zeitpunkt t1 geändert. Als Ergebnis dessen wird der Motorstrom Iq selbst unmittelbar nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten nicht vergrößert, wodurch das Auftreten einer Drehmomentschwankung in dem Wechselstrommotor M1 unterdrückt wird.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierbei die geschätzte Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung als eine Vorwärtsspeisungskomponente („feed forward component“) in den Spannungsbefehlswert bzw. den Sollspannungswert bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten eingeführt. Hierdurch wird die Unterdrückung einer Drehmomentschwankung bei dem Wechselstrommotor M1 erreicht. Folglich kann die Steuerstabilität bei dem Wechselstrommotor M1 verbessert werden.
  • (Steuergestaltung)
  • Im Folgenden wird eine Motorsteuergestaltung bzw. eine Motorsteuerstruktur für die Realisierung der vorstehend beschriebenen PWM-Steuerung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • 12 zeigt ein Blockschaltbild, in dem eine Motorsteuergestaltung für die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung dargestellt ist, die von der Steuereinrichtung für den Wechselstrommotor bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 12 unterscheidet sich eine mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuereinheit (Sinuswellen-PWM-Steuereinheit) 200A bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden bzw. für sinusförmige Welle ausgelegten PWM-Steuereinheit 200, die in 4 als ein vergleichendes Beispiel dargestellt ist, dahingehend, dass die für sinusförmige Welle ausgelegte PWM-Steuereinheit 200A eine Spannungsbefehl- bzw. Sollspannungskorrektureinheit 300 und eine Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 enthält.
  • Die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 bestimmt bzw. steuert das Umschalten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung bei der Betriebsart mit PWM-Steuerung. Die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 trifft die Bestimmung über die Betriebsartumschaltung auf der Grundlage der Eingangsspannung VH des Wechselrichters 14, die von dem Spannungssensor 13 erfasst wird (1), und des Spannungsbefehlswerts Vd# für die d-Achse sowie des Spannungsbefehlswerts Vq# für die q-Achse, die von der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 240 generiert werden.
  • Genauer gesagt berechnet die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 einen Modulationsfaktor FM, der bei der Umwandlung der Eingangsspannung VH des Wechselrichters 14 in die an den Motor angelegte Sollspannung (Wechselspannung) für den Wechselstrommotor M1 zu verwenden ist, in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Gleichung (1). Die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 vergleicht dann den berechneten Modulationsfaktor FM mit dem vorbestimmten Schwellenwert (zum Beispiel mit 0,61). Wenn der Modulationsfaktor FM gleich groß wie oder kleiner als der Schwellenwert ist, behält die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 die gegenwärtig eingesetzte PWM-Steuerung mit sinusförmiger Welle bei. Wenn aber andererseits der Modulationsfaktor FM den Schwellenwert überschreitet, generiert die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 ein Steuersignal CHG1, um hierdurch das Umschalten von der gegenwärtig verwendeten, mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf die Übermodulations-PWM-Steuerung zu befehlen, und gibt dieses an die Spannungsbefehlkorrektureinheit bzw. Sollspannungskorrektureinheit 300 ab.
  • Wenn die Sollspannungskorrektureinheit 300 das Steuersignal CHG1 von der Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 302 empfängt, das heißt, wenn ihr befohlen wird, auf die Übermodulations-PWM-Steuerung umzuschalten, korrigiert die Sollspannungskorrektureinheit 300 den Spannungsbefehlswert Vd# für die d-Achse sowie den Spannungsbefehlswert Vq# für die q-Achse auf der Grundlage des Schaltzustands des Wechselrichters 14, um hierdurch den Einfluss den Totzeit auf die an den Motor angelegte Spannung zu unterdrücken.
  • Genauer gesagt schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 300 zunächst auf der Basis des Schaltzustands des Wechselrichters 14 eine Größe der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung, die bei dem Umschalten auf die Übermodulations-PWM-Steuerung erhalten wird.
  • Bei diesem Vorgang erhält die Sollspannungskorrektureinheit 300 von der PWM-Modulationseinheit 260 die Frequenz (Trägerfrequenz) des Trägers 262, die aktuell vorhanden ist (5), und die Länge (festgelegter Wert) der Totzeit hinsichtlich des Schaltzustands des Wechselrichters 14. Weiterhin erhält die Sollspannungskorrektureinheit 300 als Schaltzustand des Wechselrichters 14 einen geschätzten Wert der Trägerfrequenz, der erhalten wird, wenn ein Übergang auf die Übermodulations-PWM-Steuerung durchgeführt wird. Der geschätzte Wert der Trägerfrequenz wird auf der Grundlage der Motordrehzahl berechnet, die anhand des Drehwinkels θ des Wechselstrommotors M1, der von dem Drehwinkelsensor (Auflöser bzw. Drehmelder) 25 erhalten wird, bestimmt wird. Dabei wird die Trägerfrequenz als ein ganzzahliges Vielfaches (vorzugsweise als das 3· (2n-1)-Fache, wobei n eine natürliche Zahl ist) der Frequenz von jedem Spannungsbefehl bzw. jeder Sollspannung, die der Motordrehzahl folgt, berechnet.
  • Ferner ermittelt bzw. erhält die Sollspannungskorrektureinheit 300 als bzw. hinsichtlich des Schaltzustands des Wechselrichters 14 die Phasendifferenz (Leistungsfaktor) zwischen der Spannung und dem Strom, die von dem Wechselrichter 14 zu dem Wechselstrommotor M1 gespeist werden. Es sei hierbei angemerkt, dass der Leistungsfaktor bei der aktuellen PWM-Steuerung anhand der detektierten Werte der Spannung und des Stroms bestimmt werden kann. Alternativ kann der Leistungsfaktor anhand der Sollspannungswerte Vd#, Vq# für die d-Achse und die q-Achse und der Strombefehlswerte bzw. Stromsollwerte Idcom, Iqcom bestimmt werden, die bei der PWM-Steuerung benutzt werden. Als Beispiel kann der Leistungsfaktor anhand einer Phasendifferenz zwischen einer Spannungsphase tan-1 (Vq#/Vd#), die mit den Sollspannungswerten verknüpft ist, und einer Stromphase tan-1 (Iqcom/ldcom), die mit den Stromsollwerten verknüpft ist, bestimmt werden.
  • Zusätzlich zu dem Leistungsfaktor (Phasendifferenz zwischen der Spannung und dem Strom) erhält bzw. ermittelt die Sollspannungskorrektureinheit 300 den Antriebszustand (Antrieb/Regeneration) des Wechselstrommotors M1. Es kann beispielsweise auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts Trqcom und der Drehzahl des Wechselstrommotors M1 bestimmt werden, ob der Wechselstrommotor M1 einen Antriebsbetrieb oder einen Regenerationsbetrieb ausführt.
  • Wenn die Sollspannungskorrektureinheit 300 diese Mehrzahl von Teilen von Informationen als den Schaltzustand des Wechselrichters 14 erhält, schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 300 nachfolgend auf der Grundlage der Mehrzahl von Teilen von Informationen, welche Größe der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung bei dem Umschalten auf die Übermodulations-PWM-Steuerung erhalten wird und wie die Änderung erfolgen wird (ob die Amplitude derselben zu vergrößern ist oder ob die Amplitude derselben zu verringern ist).
  • Genauer gesagt schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 300 die Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung, die durch den Einfluss der Totzeit, die von der Verringerung der Schaltrate herrührt, verursacht wird, und zwar auf der Grundlage der Trägerfrequenz bei der aktuellen mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung, des geschätzten Werts der Trägerfrequenz, der erhalten wird, wenn auf die Übermodulations-PWM-Steuerung übergegangen wird, und der Länge der Totzeit. Ferner schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 300, wie sich die an den Motor angelegte Spannung ändern wird (ob die Amplitude derselben zu vergrößern ist oder ob die Amplitude derselben zu verringern ist), und zwar auf der Grundlage des Leistungsfaktors und des Antriebszustands des Wechselstrommotors M1.
  • Die Sollspannungskorrektureinheit 300 korrigiert dann die Sollspannungswerte Vd#, Vq# für die d-Achse und die q-Achse in Übereinstimmung mit der Art und Weise der geschätzten Änderung in der an den Motor angelegten Spannung, um hierdurch die geschätzte Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung zu kompensieren. Die in dieser Weise korrigierten Sollspannungswerte Vd#1, Vq#1 für die d-Achse und die q-Achse werden zu der Koordinatenumwandlungseinheit 250 ausgegeben.
  • 13 zeigt ein Blockschaltbild, in dem eine Motorsteuerkonfiguration für die Übermodulations-PWM-Steuerung dargestellt ist, die durch die Steuereinrichtung für den Wechselstrommotor bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung - ausgeführt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 13 ist eine Übermodulations-PWM-Steuereinheit 201A bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterschiedlich gegenüber der Übermodulations-PWM-Steuereinheit 201, die in 7 als ein Vergleichsbeispiel dargestellt ist, wobei ein Unterschied darin besteht, dass die Übermodulations-PWM-Steuereinheit 201A weiterhin eine Sollspannungskorrektureinheit 310 und eine Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 aufweist.
  • Die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 bestimmt das Umschalten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung in der PWM-Steuerbetriebsart. Die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 trifft eine Bestimmung der Betriebsartumschaltung auf der Grundlage der Eingangsspannung VH des Wechselrichters 14, die durch den Spannungssensor 13 erfasst wird (1), und des Sollspannungswerts Vd# für die d-Achse sowie des Sollspannungswerts Vq# für die q-Achse, die durch die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 240 generiert werden.
  • Genauer gesagt berechnet die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 den zu verwendenden Modulationsfaktor FM bei der Umwandlung der Eingangsspannung VH des Wechselrichters 14 in die an den Motor angelegte Sollspannung (Wechselspannung) für den Wechselstrommotor M1 in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Gleichung (1). Die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 vergleicht dann den berechneten Modulationsfaktor FM mit dem vorbestimmten Schwellenwert (beispielsweise 0,61). Wenn der Modulationsfaktor FM den Schwellenwert überschreitet, behält die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 die aktuell verwendete Übermodulations-PWM-Steuerung bei. Auf der anderen Seite erzeugt die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 dann, wenn der Modulationsfaktor FM gleich groß wie oder kleiner als der Schwellenwert ist, ein Steuersignal CHG2, um das Umschalten von der aktuell verwendeten Übermodulations-PWM-Steuerung auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung zu befehlen, und gibt dieses an die Sollspannungskorrektureinheit 310 ab.
  • Wenn die Sollspannungskorrektureinheit 310 das Steuersignal CHG2 von der Betriebsartumschaltbestimmungseinheit 312 empfängt, das heißt, wenn ihr befohlen wird, auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung umzuschalten, korrigiert die Sollspannungskorrektureinheit 310 einen Sollspannungswert Vd# für die d-Achse und den Sollspannungswert Vq# für die q-Achse auf der Grundlage des Schaltzustands des Wechselrichters 14, um hierdurch den Einfluss der Totzeit auf die an den Motor angelegte Spannung zu unterdrücken.
  • Im Speziellen schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 310 auf der Grundlage des Schaltzustands des Wechselrichters 14 zunächst eine Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung, die bei dem Umschalten auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung zu erhalten ist.
  • Bei diesem Vorgang erhält die Sollspannungskorrektureinheit 310 von der PWM-Modulationseinheit 260 als den Schaltzustand des Wechselrichters 14 die aktuelle Frequenz (Trägerfrequenz) des Trägers 262 (5) und die Länge (festgelegter Wert) der Totzeit. Weiterhin erhält bzw. ermittelt die Sollspannungskorrektureinheit 300 als den Schaltzustand des Wechselrichters 14 den geschätzten Wert der Trägerfrequenz, die zu erhalten ist, wenn auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung übergegangen wird. Der geschätzte Wert der Trägerfrequenz kann auf der Grundlage einer Relation zwischen dem Zustand des Wechselstrommotors M1 (Drehmoment und Drehzahl), die zuvor festgelegt waren, unabhängig von der Drehzahl des Motors und der Trägerfrequenz bestimmt werden.
  • Ferner erhält bzw. ermittelt die Sollspannungskorrektureinheit 310 bezüglich des Schaltzustands des Wechselrichters 14 die Phasendifferenz (Leistungsfaktor) zwischen der Spannung und dem Strom, die von dem Wechselrichter 14 zu dem Wechselstrommotor M1 gespeist werden, und weiterhin den Antriebszustand (Antrieb/Regeneration) des Wechselstrommotors M1). Es sei angemerkt, dass der Leistungsfaktor bei der aktuellen PWM-Steuerung anhand der detektierten Werte der Spannung und des Stroms oder der Spannungssollwerte Vd#, Vq# für die d-Achse und die q-Achse und der Stromsollwerte Idcom, Iqcom bestimmt werden kann, wie dies unter Bezugnahme auf 12 beschrieben ist. Es kann beispielsweise auf der Grundlage des Drehmomentsollwerts Trqcom und der Drehzahl des Wechselstrommotors M1 bestimmt werden, ob der Wechselstrommotor M1 einen Leistungsbetrieb bzw. Antrieb oder eine Regeneration ausführt.
  • Nachfolgend erhält bzw. ermittelt die Sollspannungskorrektureinheit 310 diese Mehrzahl von Teilen von Informationen als bzw. für den Schaltzustand des Wechselrichters 14. Auf der Grundlage dieser Mehrzahl von Teilen von Informationen schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 300 dann unter Verwendung der nachstehend beschriebenen Methode, welche Größe der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung bei der Umschaltung auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung erhalten werden wird und wie die Änderung erfolgen wird (ob die Amplitude derselben zu vergrößern ist oder ob die Amplitude derselben zu verringern ist).
  • Genauer gesagt schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 310 die Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung, die durch den Einfluss der Totzeit verursacht wird, was aus der Erhöhung der Schaltrate resultiert, und zwar auf der Grundlage der Trägerfrequenz bei der aktuellen Übermodulations-PWM-Steuerung, des geschätzten Werts der Trägerfrequenz, die erhalten wird, wenn auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung übergegangen wird, und der Länge der Totzeit. Weiterhin schätzt die Sollspannungskorrektureinheit 310, wie die an den Motor angelegte Spannung geändert werden wird (ob sich die Amplitude derselben vergrößert oder ob sich die Amplitude derselben verringert), und zwar auf der Grundlage des Leistungsfaktors und des Antriebszustands des Wechselstrommotors M1).
  • Die Sollspannungskorrektureinheit 310 korrigiert dann die Sollspannungswerte Vd#, Vq# für die d-Achse und die q-Achse in Übereinstimmung mit der Art und Weise der geschätzten Änderung der an den Motor angelegten Spannung, um hierdurch die geschätzte Größe der Änderung der an den Motor angelegten Spannung zu kompensieren. Die in dieser Weise korrigierten Sollspannungswerte Vd#1, Vq#1 für die d-Achse und die q-Achse werden an die Spannungsamplitudenkorrektureinheit 270 ausgegeben.
  • (Sollspannungskorrekturprozess)
  • Im Folgenden wird der Korrekturvorgang für jeden der Sollspannungswerte bei den Motorsteuerkonfigurationen beschrieben, die in 12 und 13 gezeigt sind. In dem Korrekturprozess für jeden der Sollspannungswerte korrigieren die Sollspannungskorrektureinheiten 300 (12), 310 (13), die Spannungsbefehle bzw. Sollspannungen, indem die Steuereinrichtung 30 Steuerprozesse bzw. Steuervorgänge in Übereinstimmung mit Ablaufdiagrammen durchführt, die in 14 und 15 gezeigt sind.
  • Bezug nehmend auf 14 bestimmt bzw. ermittelt die Steuereinrichtung 30 in einem Schritt S21 zunächst, ob die Steuerbetriebsarten aktuell von der Übermodulations-PWM-Steuerung umgeschaltet werden oder nicht. Wenn die Umschaltung von der Übermodulations-PWM-Steuerung nicht durchgeführt wird oder nicht gerade vorgenommen worden ist (in dem Schritt S21 ist „NEIN“ ermittelt worden), bestimmt die Steuereinrichtung 30 weiterhin in einem Schritt S22, ob die Steuerbetriebsarten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung umgeschaltet werden oder nicht.
  • Wenn das Umschalten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung nicht ausgeführt wird oder nicht gerade erfolgt ist (in dem Schritt S22 ist „NEIN“ ermittelt worden), erzeugt die Steuereinrichtung 30 Sollspannungswerte Vd#, Vq# mit Hilfe einer Rückkopplungssteuerung, die auf der Grundlage von Stromabweichungen Δld, Δlq ausgeführt wird (Schritt S25).
  • Wenn die Umschaltung von der Übermodulations-PWM-Steuerung durchgeführt wird oder gerade vorgenommen worden ist (in dem Schritt S21 ist „JA“ ermittelt worden) oder wenn die Umschaltung von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung durchgeführt wird oder gerade vorgenommen worden ist (in dem Schritt S22 ist „JA“ ermittelt worden), erzeugt die Steuereinrichtung 30 hierbei in dem Schritt S23 Sollspannungswerte Vd#, Vq# mit Hilfe einer Rückkopplungssteuerung, die auf der Basis von Stromabweichungen Δld, Δlq durchgeführt wird, und führt dann die Korrekturvorgänge bezüglich der erzeugten Sollspannungswerte Vd#, Vq# aus, um die Änderung der an den Motor angelegten Spannung, die durch den Einfluss der Totzeit verursacht wird, zu unterdrücken (Schritt S24).
  • Bei dem Korrekturvorgang für jeden der Sollspannungswerte Vd#, Vq# ermittelt die Steuereinrichtung 30 zunächst den Schaltzustand des Wechselrichters 14, wobei hier auf 15 Bezug genommen wird. Genauer gesagt ermittelt die Steuereinrichtung 30 die Trägerfrequenzen vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten (Schritt S31) und ermittelt die Länge der Totzeit (Schritt S32). Es sei hierbei angemerkt, dass der geschätzte Wert der Trägerfrequenz, der erhalten wird, wenn auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung übergegangen wird (oder auf die Übermodulationssteuerung), auf die Trägerfrequenz nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten angewendet wird.
  • Weiterhin ermittelt die Steuereinrichtung 30 die Phasendifferenz (Leistungsfaktor) zwischen der Spannung und dem Strom, die von dem Wechselrichter 14 zu dem Wechselstrommotor M1 gespeist werden, und ermittelt weiterhin den Treiberzustand (Leistungsbetrieb/Regeneration) des Wechselstrommotors M1 (Schritt S33). Die Steuereinrichtung 30 bestimmt dann auf der Grundlage des Leistungsfaktors und des Antriebszustands des Wechselstrommotors M1, ob die an den Motor angelegte Spannung im Hinblick auf eine Erhöhung der Amplitude derselben bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten geändert wird oder nicht (Schritt S34).
  • Wenn die an den Motor angelegte Spannung nicht in Richtung einer Vergrößerung der Amplitude derselben geändert wird (in dem Schritt S34 ist „NEIN“ ermittelt worden), korrigiert die Steuereinrichtung 30 die Sollspannungswerte Vd#, Vq#, die in dem Schritt S23 generiert werden (14), um hierdurch die Sollspannungswerte Vd#, Vq# um die geschätzte Größe der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung zu vergrößern (Schritt S35). Die Größe der Änderung ist auf der Grundlage der Teile von Informationen geschätzt worden, die bei den Schritten S31, S32 erhalten wurden. Auf der anderen Seite korrigiert die Steuereinrichtung 30 dann, wenn die an den Motor angelegte Spannung in Richtung der Vergrößerung der Amplitude derselben geändert wird (in dem Schritt S34 ist „JA“ bestimmt worden), die Sollspannungswerte Vd#, Vq#, um die Sollspannungswerte Vd#, Vq# um die geschätzte Größe der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung zu verringern (Schritt S36).
  • Die Charakteristik der Änderung der an den Motor angelegten Spannung (die Größe der Änderung und die Art der Änderung), die von der Umschaltung der Steuerbetriebsarten herrührt, kann hierbei in der folgenden Weise geschätzt werden. Die Charakteristik der Änderung der an den Motor angelegten Spannung kann dabei in Echtzeit unter Verwendung eines zuvor konstruierten Motormodells des Wechselstrommotors M1 berechnet werden, wobei hierbei der Schaltzustand des Wechselrichters 14 eingesetzt wird, das heißt, indem alle jeweiligen oder mindestens ein Teil der Trägerfrequenzen vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsarten, der Länge der Totzeit, des Leistungsfaktors und des Antriebszustands des Wechselstrommotors M1 verwendet werden.
  • Alternativ kann für die Unterdrückung der Vergrößerung der Steuerlast aufgrund der Echtzeitberechnung die Charakteristik der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung in einfacher Weise auf der Grundlage von Messdaten von zuvor gemessenen, zufällig geänderten Schaltzuständen des Wechselrichters 14 geschätzt werden.
  • Wenn die Charakteristik der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung anhand der Messdaten geschätzt wird, wie dies in 16 gezeigt ist, werden vorab Modulationsfaktoren, die für die Kompensation der geschätzten Charakteristik der Änderung in der an den Motor angelegten Spannung ausgelegt sind, gewonnen, und es werden die adaptierten Werte der Modulationsfaktoren zuvor kartografisch aufgetragen bzw. tabellarisch dargestellt („mapped“) und in einem in den Figuren nicht gezeigten Festwertspeicher ROM (Read Only Memory) gespeichert, wobei die korrigierten Sollspannungswerte Vd#1, Vq#1 hierbei unter Verwendung der Tabelle berechnet werden, die aus dem Festwertspeicher bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten ausgelesen werden.
  • 16 zeigt ein Beispiel der Karte bzw. Tabelle der Modulationsfaktoren, die bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten verwendet wird. 16 zeigt die Modulationsfaktoren, die für die Schaltzustände des Wechselrichters 14 bei dem Umschalten von der mit sinusförmiger Welle arbeitenden PWM-Steuerung auf die Übermodulations-PWM-Steuerung ausgelegt sind.
  • Es wird auf 16 Bezug genommen. Eine Mehrzahl von Mustern von Kombinationen von Trägerfrequenzen, die erhalten werden, wenn die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung eingesetzt wird, und von Schätzwerten der Trägerfrequenzen, die zu erhalten sind, wenn auf die Übermodulations-PWM-Steuerung übergegangen wird, ist gesetzt bzw. vorhanden. Für jedes aus der Mehrzahl von Mustern ist der angepasste Wert des Modulationsfaktors für das Umschalten der Steuerbetriebsarten gesetzt bzw. vorhanden.
  • Es sei angemerkt, dass ein unterschiedlicher Wert für den angepassten Wert des Modulationsfaktors für jedes Muster in Abhängigkeit von dem Antriebszustand des Wechselstrommotors M1 gesetzt bzw. gespeichert ist. Es wird nun als Beispiel ein Muster beschrieben, das einem Fall entspricht, bei dem die Trägerfrequenz gleich fc1 ist, während die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung angewendet wird, und bei dem der geschätzte Wert der Trägerfrequenz, der zu erhalten ist, wenn auf die Übermodulations-PWM-Steuerung übergegangen wird, gleich fo1 ist. Bei einem solchen Muster ist der Modulationsfaktor während des Leistungsbetriebs des Wechselstrommotors M1 auf einen Wert (0,61 - ΔF1) angepasst, der um ΔF1 gegenüber dem vorbestimmten Schwellenwert verringert ist. Auf der anderen Seite ist der Modulationsfaktor während der Regeneration auf einen Wert (0,61 + ΔF1) angepasst, der um ΔF1 gegenüber dem vorbestimmten Schwellenwert erhöht ist.
  • Die Art und Weise der Anpassung im Hinblick auf den vorbestimmten Schwellenwert (ob der Modulationsfaktor zu erhöhen ist oder ob der Modulationsfaktor zu verringern ist) unterscheidet sich folglich zwischen dem Leistungsbetrieb und der Regeneration. Dies liegt daran, dass die Charakteristik der Änderung der an den Motor angelegten Spannung, die durch das Umschalten der Steuerbetriebsart verursacht wird, in Abhängigkeit von dem Leistungsfaktor unterschiedlich ist, wie dies unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben ist. Mit anderen Worten ist der Leistungsfaktor während des Leistungsbetriebs groß (das heißt, die Phasendifferenz zwischen der Spannung und dem Strom ist klein), so dass eine Änderung in der Totzeit, die von der Verringerung der Schaltrate herrührt, eine Vergrößerung der Amplitude der an den Motor angelegten Spannung bewirkt. Auf der anderen Seite ist der Leistungsfaktor während der Regeneration klein (das heißt, die Phasendifferenz zwischen der Spannung und dem Strom ist groß), so dass eine Änderung in der Totzeit, die von der Verringerung der Schaltrate herrührt, eine Verringerung der Amplitude der an den Motor angelegten Spannung bewirkt.
  • Es sei hierbei angemerkt, dass, auch wenn dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, eine Karte bzw. Tabelle für jedes aus der Mehrzahl von Mustern, die in 16 gezeigt sind, aufgebaut sein kann, so dass ein angepasster Wert des Modulationsfaktors in Abhängigkeit von einer Kombination aus dem Antriebszustand und dem Leistungsfaktor des Wechselstrommotors M1 oder in Übereinstimmung mit dem Leistungsfaktor gesetzt bzw. gespeichert ist.
  • (Variation)
  • Wie in 16 gezeigt ist, ist die Karte bzw. Tabelle in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Wechselrichters 14 so konstruiert, dass ein angepasster Wert eines Modulationsfaktors, der bei der Umschaltung der Steuerbetriebsart eingesetzt wird, gesetzt ist, wodurch die korrigierten Sollspannungswerte Vd#1, Vq#1, die bei dem Umschalten der Steuerbetriebsart zu verwenden sind, leicht berechnet werden.
  • Die in 16 gezeigte Tabelle ist hierbei auf der Grundlage einer Annahme aufgebaut, dass die Motordrehzahl in einer Steuerperiode, die vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsart auftritt, kaum geändert wird, das heißt, sich in einem stationären Zustand befindet. Falls demzufolge eine Erscheinung des abrupten Änderns der Motordrehzahl in einer Steuerperiode auftritt, die vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsart auftritt, falls beispielsweise ein Schlupf oder ein Greifen bei einem Antriebsrad auftritt, können die Sollspannungswerte Vd#1, Vq#1, die anhand der Tabelle gemäß 16 bestimmt sind, zu groß oder zu klein bezüglich der Sollspannungswerte werden, die für die Unterdrückung einer Änderung in der an den Motor angelegten Spannung benötigt werden. Dies kann zu der Schwierigkeit des sicheren Unterdrückens von Drehmomentschwankungen führen, die auf das Umschalten der Steuerbetriebsart hin auftreten.
  • Um dies zu berücksichtigen, wird der angepasste Wert eines Modulationsfaktors, der anhand der Tabelle gemäß 16 bestimmt worden ist, bei der vorliegenden Variation dann, wenn Schlupf und Greifen auf das Umschalten der Steuerbetriebsart hin detektiert werden, auf einen Modulationsfaktor geändert, der entsprechend jeweils für den Schlupf oder das Greifen angepasst ist.
  • Es sei hierbei angemerkt, dass, wie dies in 17 gezeigt ist, der angepasste Wert des geänderten Modulationsfaktors in der folgenden Weise bestimmt werden kann. Für jeden der angepassten Werte der Modulationsfaktoren in der Tabelle gemäß 16 werden ein angepasster Wert eines Modulationsfaktors für erfassten Schlupf und ein angepasster Wert eines Modulationsfaktors für das Greifen im Vorhinein auf der Grundlage von Messdaten bestimmt. Alternativ kann anstelle des Aufbauens der Tabelle gemäß 17 der Modulationsfaktor bei dem ursprünglichen Schwellenwert (0,61) gehalten werden, ohne dass der Modulationsfaktor angepasst wird, wenn Schlupf und Greifen detektiert werden.
  • 18 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Korrekturvorgang für jeden der Sollspannungswerte bei der Variation gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • Bezug nehmend auf 18 ermittelt die Steuereinrichtung 30 zunächst den Schaltzustand des Wechselrichters 14. Genauer gesagt ermittelt die Steuereinrichtung 30 die Trägerfrequenzen vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsart (Schritt S31) und ermittelt die Länge der Totzeit (Schritt S32). Hierbei ist anzumerken, dass der geschätzte Wert der Trägerfrequenz, der zu erhalten ist, wenn auf die mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuerung übergegangen wird (oder auf die Übermodulationssteuerung), auf die Trägerfrequenz nach dem Umschalten der Steuerbetriebsart angewendet wird.
  • Weiterhin ermittelt die Steuereinrichtung 30 eine Phasendifferenz (Leistungsfaktor) zwischen einer Spannung und einem Strom, die von dem Wechselrichter 14 zu dem Wechselstrommotor M1 gespeist werden, und ermittelt einen Antriebszustand des Wechselstrommotors M1 (Leistungsbetrieb/Regeneration) (Schritt S33). Danach ermittelt die Steuereinrichtung 30 einen Drehwinkel θ des Wechselstrommotors M1 anhand des Drehwinkelsensors (Auflöser) 25 (1) (Schritt S330).
  • Die Steuereinrichtung 30 berechnet dann die Drehrate (Drehzahl) des Wechselstrommotors M1 auf der Grundlage des in dieser Weise erhaltenen Drehwinkels θ und bestimmt auf der Basis der berechneten Drehzahl, ob ein Schlupf oder ein Greifen bei einem Antriebsrad stattfindet (Schritt S340).
  • Wenn bei einem Antriebsrad kein Schlupf oder kein Greifen stattfindet (in dem Schritt S340 ist „NEIN“ bestimmt worden), nimmt die Steuereinrichtung 30 auf einen Modulationsfaktor für den stationären Zustand in der Tabelle gemäß 17 Bezug, um hierdurch einen angepassten Wert für den Modulationsfaktor in Übereinstimmung mit dem Schaltzustand des Wechselrichters 14 zu berechnen (Schritt S341). Wenn auf der anderen Seite Schlupf oder Greifen bei einem Antriebsrad stattfindet (bei dem Schritt S340 ist „JA“ ermittelt worden), nimmt die Steuereinrichtung 30 auf einen Modulationsfaktor für Schlupf/Greifen in der Tabelle gemäß 17 Bezug, um einen angepassten Wert des Modulationsfaktors in Übereinstimmung mit dem Schaltzustand des Wechselrichters 14 zu berechnen (Schritt S342).
  • Die Steuereinrichtung 30 legt dann korrigierte Sollspannungswerts Vd#1, Vq#1 auf der Basis des angepassten Werts des Modulationsfaktors fest, der in jedem der Schritte S341, S342 berechnet worden ist (Schritt S343).
  • Wie vorstehend beschrieben, kann in Übereinstimmung mit der Variation, die in 17 und 18 gezeigt ist, eine Schwankung des Drehmoments des Wechselstrommotors M1 dadurch unterdrückt werden, dass der Korrekturvorgang für jeden der Sollspannungswerte auf das Umschalten der Steuerbetriebsart hin ausgeführt wird, und zwar selbst in dem Fall, bei dem sich die Drehzahl des Wechselstrommotors M1 vor und nach dem Umschalten der Steuerbetriebsart abrupt ändert. Als Ergebnis dessen kann die Stabilität bei der Steuerung des Wechselstrommotors M1 vergrößert werden.
  • Entsprechende Beziehungen zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und jeder Konfiguration der vorliegenden Erfindung stellen sich wie folgt dar. Dies bedeutet, dass der Wechselstrommotor M1 einem „Wechselstrommotor“ bei der vorliegenden Erfindung entspricht, der Wechselrichter 14 einem „Wechselrichter bzw. Inverter“ bei der vorliegenden Erfindung entspricht und die Steuereinrichtung 30 einer „Steuereinrichtung“ bei der vorliegenden Erfindung entspricht. Die Steuereinrichtung 30 implementiert bzw. stellt eine „Impulsbreitenmodulationseinheit“ und eine „Betriebsartumschaltbestimmungseinheit“ bei der vorliegenden Erfindung dar.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als eine bevorzugte beispielhafte Konfiguration eine Gestaltung beschrieben, bei der die Gleichspannungserzeugungseinheit 10# in dem Motortreibersystem einen Aufwärts/Abwärts-Wandler („step-up/step-down converter) 12 enthält, um hierdurch die Eingangsspannung des Wechselrichters 14 (Systemspannung VH) variabel zu steuern. Solange wie die Eingangsspannung des Wechselrichters 14 variabel gesteuert werden kann, ist die Gleichspannungserzeugungseinheit 10# nicht auf die Konfiguration beschränkt, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Beispiel gegeben ist. Weiterhin ist es nicht wesentlich, dass die Eingangsspannung des Wechselrichters variabel ist, und es ist die vorliegende Erfindung auch bei einer Konfiguration einsetzbar, bei der die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle bzw. Gleichspannungsquelle B direkt zu dem Wechselrichter 14 geleitet wird (als Beispiel dient eine Konfiguration, bei der der Aufwärts/Abwärts-Wandler nicht vorgesehen ist).
  • Ferner ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen, dass der Wechselstrommotor, der als eine Last des Motortreibersystems dient, ein Permanentmagnet-Motor ist, der an einem elektrisch betriebenen Fahrzeug (Hybridfahrzeug, Elektrofahrzeug oder dergleichen) für den Antrieb des Fahrzeugs angebracht ist. Jedoch ist die Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung auch bei einer Konfiguration anwendbar, bei der ein beliebiger Wechselstrommotor, der in anderen Geräten benutzt wird, als eine Last dient.
  • Die hier offenbarten Ausführungsbeispiele dienen zur Illustration und sind in keinerlei Hinsicht beschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ausdrücke der Ansprüche anstelle durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele definiert und zielt darauf ab, jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und mit einer Bedeutung, die äquivalent zu den Ausdrücken der Ansprüche ist, zu umfassen.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung ist bei einem Wechselstrommotor anwendbar, bei dem eine Impulsbreitenmodulationssteuerung eingesetzt wird, die eine mit sinusförmiger Welle arbeitende Modulationsbetriebsart und eine Übermodulationsbetriebsart aufweist.
  • Bezugszeichenliste
    • 5:
    Masseleitung;
    6, 7:
    Spannungsleitung;
    10, 13:
    Spannungssensor;
    10#:
    Gleichspannungserzeugungseinheit;
    11, 24:
    Stromsensor;
    12:
    Aufwärts/Abwärts-Wandler;
    14:
    Wechselrichter;
    15:
    oberer/unterer Zweig der U-Phase;
    16:
    oberer/unterer Zweig der V-Phase;
    17:
    oberer/unterer Zweig der W-Phase;
    25:
    Drehwinkelsensor;
    30:
    Steuereinrichtung;
    100:
    Motortreibersteuersystem;
    200, 200A:
    mit sinusförmiger Welle arbeitende PWM-Steuereinheit;
    201, 201A:
    Übermodulations-PWM-Steuereinheit;
    210:
    Sollstromerzeugungseinheit;
    220, 250:
    Koordinatenumwandlungseinheit;
    230:
    Stromfilter;
    240:
    Sollspannungserzeugungseinheit;
    260:
    PWM-Modulationseinheit;
    262:
    Träger;
    264:
    Sollwechselspannung;
    270:
    Spannungsamplitudenkorrektureinheit;
    300, 310.
    Sollspannungskorrektureinheit;
    302, 312:
    Betriebsartumschaltbestimmungseinheit;
    C0, C1:
    Glättungskondensator;
    D1-D8:
    antiparallele Diode;
    L1:
    Reaktanz;
    M1:
    Wechselstrommotor;
    Q1-Q8:
    Leistungshalbleiterschaltelement;
    SR1, SR2:
    Systemrelais.

Claims (2)

  1. Steuereinrichtung für einen Wechselstrommotor (M1), an den eine durch einen Wechselrichter (14) gesteuerte Spannung angelegt ist, wobei die Steuereinrichtung umfasst: eine Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) für die Erzeugung eines Steuerbefehls für den Wechselrichter mit Hilfe einer Impulsbreitenmodulationssteuerung, die auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem Sollspannungssignal einer sinusförmigen Welle und einem Trägersignal ausgeführt wird, wobei das Sollspannungssignal für den Betrieb des Wechselstrommotors (M1) in Übereinstimmung mit einem Betriebsbefehl vorgesehen ist; und eine Betriebsartumschaltbestimmungseinheit (302, 312) zum Befehlen, welche Steuerbetriebsart entsprechend einer Übermodulationsbetriebsart und einer mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart für die Impulsbreitenmodulationssteuerung, die von der Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) ausgeführt wird, einzusetzen ist, wobei das Sollspannungssignal bei der Übermodulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die größer ist als diejenige des Trägersignals, während das Sollspannungssignal bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die gleich groß wie oder kleiner als diejenige des Trägersignals ist, wobei der Wechselrichter (14) ein Leistungshalbleiterschaltelement (Q3-Q8) enthält, das in Übereinstimmung mit dem Steuerbefehl von der Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) einzuschalten/auszuschalten ist, wobei die Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) dann, wenn die Betriebsartumschaltbestimmungseinheit (302, 312) das Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der Übermodulationsbetriebsart und der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart befiehlt, die Amplitude des Sollspannungssignals auf der Grundlage eines Zustands eines Energieumwandlungsvorgangs, der von dem Wechselrichter (14) ausgeführt wird, korrigiert, um eine Änderung bei einem Einfluss der Totzeit auf die an den Wechselstrommotor (M1) angelegte Spannung während des Umschaltens der Steuerbetriebsarten zu unterdrücken, wobei die Impulsbreitenmodulationssteuereinheit (30) enthält: eine Frequenzsteuereinheit zum Steuern einer Frequenz des Trägersignals in der Übermodulationsbetriebsart derart, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Trägerfrequenz des Wechselstrommotors (M1) ist, in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Wechselstrommotors (M1), und zum Steuern der Frequenz des Trägersignals bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart in Übereinstimmung mit Betriebszuständen des Wechselrichters (14) und des Wechselstrommotors (M1) unabhängig von der Drehzahl des Wechselstrommotors (M1), eine Spannungsänderungsgrößenschätzeinheit zum Schätzen einer Größe einer durch ein Umschalten der Steuerbetriebsarten hervorgerufenen Änderung der an den Wechselstrommotor (M1) angelegten Spannung auf der Grundlage von mindestens einem aktuellen Wert der Frequenz des Trägersignals bei der aktuell eingesetzten Steuerbetriebsart, einem geschätzten Wert der Frequenz des Trägersignals, das bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten erhalten wird, einer Länge der Totzeit, einem Leistungsfaktor von Wechselstromenergie, die zwischen dem Wechselrichter (14) und dem Wechselstrommotor (M1) ausgetauscht wird, und einem Antriebszustand des Wechselstrommotors (M1), und eine Sollspannungskorrektureinheit (300, 310) zum Korrigieren der Amplitude des Sollspannungssignals derart, dass die Größe der Änderung der an den Wechselstrommotor (M1) angelegten Spannung kompensiert wird, wobei die Größe der Änderung durch die Spannungsänderungsgrößenschätzeinrichtung geschätzt worden ist.
  2. Steuerverfahren für einen Wechselstrommotor (M1), an den eine durch einen Wechselrichter (14) gesteuerte Spannung angelegt wird, wobei das Steuerverfahren die Schritte umfasst: Erzeugen eines Steuerbefehls für den Wechselrichter (14) mit Hilfe einer Impulsbreitenmodulationssteuerung, die auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem Sollspannungssignal einer sinusförmigen Welle und einem Trägersignal ausgeführt wird, wobei das Sollspannungssignal für den Betrieb des Wechselstrommotors (M1) in Übereinstimmung mit einem Betriebsbefehl vorgesehen ist; und Befehlen, welche Steuerbetriebsart aus einer Übermodulationsbetriebsart und einer mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart für die Impulsbreitenmodulationssteuerung einzusetzen ist, wobei das Sollspannungssignal in der Übermodulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die größer ist als diejenige des Trägersignals, und das Sollspannungssignal in der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart eine Amplitude aufweist, die gleich groß wie oder kleiner ist als diejenige des Trägersignals, wobei der Wechselrichter (14) ein Leistungshalbleiterschaltelement (Q3-Q8) enthält, das in Übereinstimmung mit dem Steuerbefehl einzuschalten/auszuschalten ist, wobei der Schritt des Erzeugens des Steuerbefehls für den Wechselrichter (14) dann, wenn das Umschalten der Steuerbetriebsarten zwischen der Übermodulationsbetriebsart und der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart befohlen wird, die Amplitude des Sollspannungssignals auf der Grundlage eines Zustands eines durch den Wechselrichter (14) ausgeführten Energieumwandlungsvorgangs korrigiert, um hierdurch eine Änderung bei dem Einfluss der Totzeit auf die an den Wechselstrommotor (M1) angelegte Spannung bei dem Umschalten der Steuerbetriebsarten zu unterdrücken, wobei der Schritt des Erzeugens des Steuerbefehls für den Wechselrichter (14) die Schritte enthält: Steuern einer Frequenz des Trägersignals bei der Übermodulationsbetriebsart derart, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Drehfrequenz des Wechselstrommotors (M1) ist, in Übereinstimmung mit einer Drehzahl des Wechselstrommotors (M1), sowie Steuern der Frequenz des Trägersignals bei der mit sinusförmiger Welle arbeitenden Modulationsbetriebsart in Übereinstimmung mit Betriebszuständen des Wechselrichters (14) und des Wechselstrommotors (M1) unabhängig von der Drehzahl des Wechselstrommotors (M1), Schätzen einer Größe einer Änderung in der an den Wechselstrommotor (M1) angelegten Spannung, die durch das Umschalten der Steuerbetriebsarten verursacht wird, auf der Grundlage von mindestens einem der folgenden Parameter: einem aktuellen Wert der Frequenz des Trägersignals bei einer aktuell benutzten Steuerbetriebsart, einem geschätzten Wert der Frequenz des Trägersignals, der erhalten wird, wenn die Steuerbetriebsarten umgeschaltet werden, einer Länge der Totzeit, einem Leistungsfaktor der Wechselstromenergie, die zwischen dem Wechselrichter (14) und dem Wechselstrommotor (M1) ausgetauscht wird, und einem Antriebszustand des Wechselstrommotors (M1), und Korrigieren der Amplitude des Sollspannungssignals derart, dass die geschätzte Größe der Änderung der an den Wechselstrommotor (M1) angelegten Spannung kompensiert wird.
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