DE112012000323T5 - Umrichtersteuerungssystem - Google Patents

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Toru Kakebayashi
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

Es wird ein Umrichtersteuerungssystem bereitgestellt, das eine geringe Rechenbelastung beansprucht und eine Reduktion bei der Größe, den Kosten und den Verlusten erreicht. Ein LPF extrahiert eine DC-Komponente eines Stromdetektionswerts eines Umrichtereingangsstroms. Eine Subtraktionssektion 4 berechnet eine Differenz zwischen einem Strombefehlswert und der DC-Komponente des Stromdetektionswerts. Aus der Stromdifferenz erzeugt ein Stromcontroller 5 zweiphasige PWM-Signale Sa und Sb, die zueinander komplementär sind. Ferner integriert eine Integriererschaltung 7 Ausgangsanschlussspannungen Vu, Vv und Vw des Umrichters, um die Ausgangsanschlussspannungen Vu, Vv und Vw in Magnetflussinformationen Φu, Φv und Φw umzusetzen. Eine Logikumsetzungssektion 8 setzt die Magnetflussinformationen Φu, Φv und Φw in Muster mit Durchlass für 120 Grad S1'–S6' um, um die Muster mit Durchlass für 120 Grad S1'–S6' auszugeben. Dann führt eine Logikschaltungssektion 9 eine Logiksynthese zwischen den PWM-Signalen Sa und Sb und den Mustern mit Leitung für 120 Grad S1'–S6' durch, um Gatesignale S1–S6 auszugeben.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine sensorlose Steuerung und ein Steuerungssystem für einen PWM-Umrichter des Typs mit Durchlass für 120 Grad.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Als Umrichtersteuerung zum Antreiben eines Permanentmagnetmotors (PM-Motors) wird im Allgemeinen ein Spannungszwischenkreis-PWM-Verfahren verwendet. In vielen Fällen wird eine Vektorsteuerung auf eine Steuerung des Motorstroms angewendet, um eine Stromwellenform sinuswellenförmig zu steuern und dadurch Oberwellen zu unterdrücken, was eine stetige Steuerung des PM-Motors ermöglicht.
  • Darüber hinaus wird in vielen Fällen ein sensorloses Verfahren verwendet, um eine Magnetpolposition des PM-Motors zu detektieren. Bei diesem sensorlosen Verfahren wird im Allgemeinen eine Anschlussspannung des Motors durch eine Analog/Digital-Umsetzung und dergleichen in eine CPU geholt, sodass die Magnetpolposition detektiert werden kann.
  • Die Steuerung des Motorstroms und das sensorlose Verfahren beanspruchen die CPU mit einer hohen Rechenbelastung und daher muss eine Berechnungsperiode (ein Zyklus) mit Bezug auf eine Rotationsperiode des Motors ausreichend schnell bzw. kurz sein. Da darüber hinaus die Berechnungsperiode mit einer größeren Geschwindigkeit wiederholt wird, wenn die Motorumdrehungsgeschwindigkeit höher wird, ist es schwierig, das vorstehend erwähnte Verfahren (die Motorstromsteuerung und das sensorlose Verfahren) in einer Steuerung für einen Ultrahochgeschwindigkeitsmotor (der mehrere hunderttausend Umdrehungen pro Minute aufweist) anzuwenden.
  • Einen Engpass dieses Problems stellt eine Rechenkapazitätsgrenze einer Recheneinheit (einer arithmetischen Einheit) mit Bezug auf das Steuerungsverfahren dar. Man sagt, dass bei etwa einhunderttausend Umdrehungen pro Minute ein zu beachtender Grenzwert für die Rechenkapazität und die Umsetzungszeit von analog in digital einer existierenden CPU liegt.
  • Als eine Abhilfemaßnahme für dieses Problem offenbart Patentliteratur 1 einen Pseudo-Stromzwischenkreisumrichter mit Durchlass für 120 Grad, der das sensorlose Verfahren anwendet. 8 ist eine Konfigurationsansicht, die eine Hauptschaltung des Pseudo-Stromzwischenkreisumrichters zeigt, dessen Eingang eine Gleichstrom-Leistungsquelle (DC-Leistungsquelle) ist (diese 8 ist äquivalent zu einer Struktur der Patentliteratur 1, wenn die DC-Leistungsquelle als eine Diodenbrückenschaltung in einem Eingangsabschnitt von 1 von Patentliteratur 1 aufgefasst wird). Zum Vergleich zeigt 9 eine Hauptschaltungskonfiguration eines allgemeinen Spannungszwischenkreisumrichters. Der in Patentliteratur 1 offenbarte Pseudo-Stromzwischenkreisumrichter (8) enthält im Vergleich zu dem allgemeinen Spannungszwischenkreisumrichter, der in 9 gezeigt ist, eine zusätzliche Spannungsabfallschaltung 2. Die Spannungsabfallschaltung 2 wird durch einen Transistor FET1, Dioden D1 und D2 und eine Drosselspule L1 gebildet.
  • Bei einem Steuerungsverfahren für den Pseudo-Stromzwischenkreisumrichter in Patentliteratur 1 ist eine Rechteckwelle mit Durchlass für 120 Grad als der Motorstrom gegeben und dann wird ein einströmender Spitzenstrom durch die Spannungsabfallschaltung 2 gesteuert. Da das gesteuerte Ziel ein DC-Strom ist, der in der Drosselspule L1 fließt, ist die Steuerungsperiode (der Zyklus) nicht auf eine hohe Frequenz des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors begrenzt. Mithilfe eines derartigen Steuerungsverfahrens kann die Rechenbelastung der CPU, welche im Fall eines Ultrahochgeschwindigkeitsmotors das vorstehend erwähnte Problem verursacht, verringert werden, um die Steuerung für den Ultrahochgeschwindigkeitsmotor zu ermöglichen.
  • Obwohl der in 8 gezeigte Pseudo-Stromzwischenkreisumrichter die Steuerung für den Ultrahochgeschwindigkeitsmotor realisiert, benötigt der in 8 gezeigte Pseudo-Stromzwischenkreisumrichter jedoch die zusätzlichen Vorrichtungen (Transistor FET1, Dioden D1 und D2, Drosselspule L1), welche die Spannungsabfallschaltung 2 bilden. Ferner ist eine Verdrahtungsschaltung, um diese zusätzlichen Vorrichtungen zu verbinden, kompliziert. Als Folge weist der Pseudo-Stromzwischenkreisumrichter eine nachteilige Struktur für das gesamte Motorantriebssystem aus dem Blickwinkel der Größe, der Kosten und der Verluste auf.
  • Vor kurzem wurde stark nach einem Umrichter verlangt, um eine Kostenreduktion, eine Verkleinerung und eine Verlustreduktion zu erhalten. Speziell in einem Fall, bei dem der Umrichter in einem sehr eingeschränkten Installationsraum verwendet wird, etwa bei einer Installation in einem Fahrzeug, legt der in 8 gezeigte Pseudo-Stromzwischenkreisumrichter den Nachteil eines erheblichen Umfangs offen, weil es schwierig ist, den Umrichter zu installieren.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umrichtersteuerungssystem bereitzustellen, das entworfen wurde, um eine niedrige Rechenbelastung und eine Reduktion bei der Größe, den Kosten und den Verlusten zu realisieren.
  • LITERATURLISTE
  • Patentliteratur
    Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 05-260787
    Patentliteratur 2: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-165298
    Nicht-Patentliteratur
    Nicht-Patentliteratur 1: Yosuke Takata, Toshihiko Noguchi, Yukio Yamashita, Yoshimi Komatsu und Seiichi Ibaraki "220000 r/min–2 kW PM-Motor Drive System für Turbocharger", 2004, IEE-Japan Industry Applications Society Conference
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf das vorstehende Problem erzeugt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Umrichtersteuerungssystem bereitgestellt, das einen Controller umfasst, der ausgestaltet ist, um ein Gatesignal an ein Schaltelement auszugeben, das in einem Umrichter bereitgestellt ist, wobei das Gatesignal auf der Grundlage einer Ausgangsanschlussspannung des Umrichters, eines Eingangsstroms des Umrichters und eines Strombefehlswerts erzeugt wird, wobei der Controller umfasst: ein Tiefpassfilter, das zur Extraktion einer DC-Komponente aus einem Stromdetektionswert des Eingangsstroms des Umrichters ausgestaltet ist; eine Subtraktionssektion, die zum Berechnen einer Stromdifferenz zwischen dem Strombefehlswert und der DC-Komponente des Stromdetektionswerts ausgestaltet ist; einen Stromcontroller, der zum Erzeugen von zweiphasigen PWM-Signalen, die zueinander komplementär sind, aus der Stromdifferenz ausgestaltet ist; eine Integriererschaltung, die zum Integrieren der Ausgangsanschlussspannung des Umrichters ausgestaltet ist, um die Ausgangsanschlussspannung in Magnetflussinformationen umzusetzen; eine Logikumsetzungssektion, die zum Umsetzen der Magnetflussinformationen in ein Muster mit Durchlass für 120 Grad ausgestaltet ist, um das Muster mit Durchlass für 120 Grad auszugeben; und eine Logikschaltungssektion, die zum Ausführen einer Logiksynthese zwischen den zweiphasigen PWM-Signalen und dem Muster mit Durchlass für 120 Grad ausgestaltet ist, um das Gatesignal auszugeben.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Umrichtersteuerungssystem bereitgestellt, wobei der Controller ferner umfasst: eine Drehzahldetektionsvorrichtung, die zum Umsetzen des Musters mit Durchlass für 120 Grad in einen Drehzahldetektionswert ausgestaltet ist; eine Subtraktionssektion, die zum Berechnen einer Drehzahldifferenz zwischen dem Drehzahldetektionswert und einem Drehzahlbefehlswert ausgestaltet ist, welcher ein Eingangsbefehl ist; und eine Drehzahlsteuerungssektion, die zum Berechnen des Strombefehlswerts aus der Drehzahldifferenz ausgestaltet ist.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Umrichtersteuerungssystem bereitgestellt, wobei der Controller ferner umfasst: eine Detektionsvorrichtung für elektrische Leistung, die zum Berechnen eines Detektionswerts für elektrische Leistung ausgestaltet ist, indem sie die DC-Komponente des Stromdetektionswerts mit einem Detektionswert einer Eingangsspannung des Umrichters multipliziert; eine Subtraktionssektion, die zum Berechnen einer elektrischen Leistungsdifferenz zwischen dem Detektionswert für elektrische Leistung und einem Befehlswert für elektrische Leistung, der ein Eingangsbefehl ist, ausgestaltet ist; und eine Steuerungssektion für elektrische Leistung, die zum Berechnen des Strombefehlswerts aus der elektrischen Leistungsdifferenz ausgestaltet ist.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Umrichtersteuerungssystem bereitgestellt, wobei der Controller ferner umfasst: eine Drehzahldetektionsvorrichtung, die zum Umsetzen des Musters mit Durchlass für 120 Grad in einen Drehzahldetektionswert ausgestaltet ist; eine Drehmomentdetektionsvorrichtung, die zum Berechnen eines Drehmomentdetektionswerts aus der DC-Komponente des Stromdetektionswerts, dem Drehzahldetektionswert und einem Detektionswert einer Eingangsspannung des Umrichters ausgestaltet ist; eine Subtraktionssektion, die zum Berechnen einer Drehmomentdifferenz zwischen dem Drehmomentdetektionswert und einem Drehmomentbefehlswert, der ein Eingangsbefehl ist, ausgestaltet ist; und eine Drehmomentsteuerungssektion, die zum Berechnen des Strombefehlswerts aus der Drehmomentdifferenz ausgestaltet ist.
  • Darüber hinaus können die Integriererschaltung und die Logikumsetzungssektion durch eine analoge Schaltung aufgebaut sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Umrichtersteuerungssystem bereitgestellt werden, das entwickelt wurde, um eine niedrige Rechenbelastung und eine Reduktion bei der Größe, den Kosten und den Verlusten zu realisieren.
  • KURZERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
  • [1] Eine Konfigurationsansicht, die ein Umrichtersteuerungssystem in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • [2] Eine Wellenformansicht, die Dreieckssignale und PWM-Signale in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • [3] Eine Ansicht, die jeweilige Ausgangswellenformen des Umrichtersteuerungssystems in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • [4] Eine Ansicht, die jeweilige Ausgangswellenformen des Umrichtersteuerungssystems in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • [5] Eine Konfigurationsansicht, die einen Controller eines Umrichtersteuerungssystems in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • [6] Eine Konfigurationsansicht, die einen Controller eines Umrichtersteuerungssystems in einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • [7] Eine Konfigurationsansicht, die einen Controller eines Umrichtersteuerungssystems in einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • [8] Eine Konfigurationsansicht, die eine Hauptschaltung eines Pseudo-Stromzwischenkreisumrichters in einer früheren Technologie zeigt.
  • [9] Eine Konfigurationsansicht, die eine Hauptschaltung eines allgemeinen Spannungszwischenkreisumrichters zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Erste Ausführungsform]
  • Ein Umrichtersteuerungssystem in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 bis 4 erläutert. Das Umrichtersteuerungssystem umfasst in der ersten Ausführungsform eine Hauptschaltung 1C und einen Stromsteuerungscontroller 3a.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist die Hauptschaltung 1C in der ersten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie ein allgemeiner Spannungszwischenkreis-PWM-Umrichter (Pulsbreitenmodulations-Umrichter) aufgebaut und umfasst einen Umrichter INV mit einer Schaltung mit drei Phasen und sechs Elementen. Bei dieser Ausführungsform ist ein gesteuertes Objekt (d. h. eine Variable, die hauptsächlich für die Steuerung verwendet wird) ein elektrischer Strom, der in den Umrichter INV eingegeben wird. Ein Gleichstrom (der Eingangsstrom des Umrichters) zwischen einem Glättungskondensator C und Schaltelementen Sw1 bis Sw6 (d. h. zwischen dem Glättungskondensator C und dem Umrichter INV) wird durch einen Stromsensor CT oder dergleichen detektiert oder beschafft. Als Stromsensor CT kann jede Komponente verwendet werden, die den Stromwert detektieren und beschaffen kann. Zum Beispiel kann als Stromsensor CT eine Komponente verwendet werden, die durch einen Messwiderstand oder dergleichen gebildet ist.
  • Im Fall von 1 ist der Glättungskondensator C bereitgestellt, um ein Eingangsrauschen zu reduzieren. Der Glättungskondensator C kann jedoch weggelassen werden.
  • Der Stromsteuerungscontroller 3a steuert eine Rotation eines Motors M, indem er den Stromdetektionswert, der durch den Stromsensor CT beschafft wurde, als das gesteuerte Objekt verwendet. Eine Stromwellenform des bzw. der Stromdetektionswerte liegt in einer Rechteckwellenform vor. Dieser bzw. diese rechteckwellenförmige Stromdetektionswerte wird bzw. werden durch ein LPF (Tiefpassfilter) geleitet und dadurch wird eine DC-Komponente (Gleichstromkomponente) des bzw. der rechteckwellenförmigen Stromdetektionswerte extrahiert. Eine Frequenz dieser Rechteckwellenform ist gleich derjenigen einer PWM-Frequenz des Umrichters INV, der von den Schaltelementen Sw1 bis Sw6 gebildet wird. Folglich wird eine Grenzfrequenz des LPF auf der Grundlage der PWM-Frequenz eingestellt.
  • Eine Subtraktionssektion 4 berechnet eine Stromdifferenz zwischen einem Strombefehlswert und der DC-Komponente des Stromdetektionswerts, die von dem LPF ausgegeben wird. Der Strombefehlswert bezeichnet einen Eingangsbefehl. Die Subtraktionssektion 4 gibt die Stromdifferenz dann in eine Stromsteuerungssektion (einen Stromcontroller) 5 ein. Die Stromsteuerungssektion 5 enthält einen PI-Controller 51 und einen Komparator 52. Der PI-Controller 51 wendet eine PI-Operation (Proportional-Integral-Operation) auf die Stromdifferenz an. Der Komparator 52 vergleicht den Ausgang des PI-Controllers 51 mit einem Referenzsignal, das eine vorbestimmte Frequenz aufweist (zum Beispiel eine Dreieckswelle, wie in 2 gezeigt ist), und erzeugt dadurch ein zweiphasiges Signal, das PWM-Signale Sa und Sb umfasst, die zueinander komplementär sind (komplementäre Symmetrie), wie in 2 gezeigt ist. Die Subtraktionssektion 4 und die Stromsteuerungssektion 5 sind in einer arithmetischen Einheit (etwa einer CPU) aufgebaut.
  • Darüber hinaus werden, um eine sensorlose Steuerung für den Motor M durchzuführen, Ausgangsanschlussspannungen Vu, Vv und Vw des Umrichters INV durch eine Spannungsdetektionsvorrichtung 6 detektiert oder beschafft, wie in 3 gezeigt ist. Die Anschlussspannungen Vu, Vv und Vw entsprechen induktiven Spannungen des Motors M. Eine sensorlose Schaltung 10 setzt diese Anschlussspannungen Vu, Vv und Vw in Muster mit Durchlass für 120 Grad S1', S2', S3', S4', S5' und S6' um. Das heißt, zunächst werden die Anschlussspannungen Vu, Vv und Vw durch eine Integriererschaltung 7 integriert und dadurch in Magnetflussinformationen Φu, Φv und Φw umgesetzt, wie in 3 gezeigt ist. Als nächstes werden diese Magnetflussinformationen Φu, Φv und Φw mithilfe einer Logikumsetzung in einer Logikumsetzungssektion 8 in die Muster mit Durchlass für 120 Grad S1' bis S6' umgesetzt. Die Logikumsetzungssektion 8 gibt die Muster mit Durchlass für 120 Grad S1' bis S6' aus, wie in 3 gezeigt ist. Die sensorlose Schaltung 10 (welche die Integriererschaltung 7 und die Logikumsetzungssektion 8 enthält) ist durch eine analoge Schaltung für den Zweck der Reduktion einer arithmetischen Belastung (Rechenbelastung) aufgebaut.
  • Als nächstes führt eine Logiksynthesesektion 9 eine Logiksynthese zwischen den Mustern mit Durchlass für 120 Grad S1' bis S6' und den PWM-Signalen Sa und Sb (dem zweiphasigen Signal) aus und erzeugt dadurch Umrichtergatesignale S1 bis S6, wie in 4 gezeigt ist.
  • Die Logiksynthese wird durch die folgenden Ausdrücke (1) bis (6) ausgeführt. Ein ”&” in den Ausdrücken (1) bis (6) bezeichnet hier einen logischen UND-Operator und ein ”|” in den Ausdrücken (1) bis (6) bezeichnet einen logischen ODER-Operator. Darüber hinaus bezeichnet ”Sx” in den Ausdrücken (1) bis (6) die Ausgangssignale der Muster mit Durchlass für 120 Grad, die den jeweiligen Schaltelementen entsprechen.
  • [Formel 1]
    • S1 = (S1' & Sa)|(S2' & Sb) (1)
    • S2 = (S2' & Sa)|(S1' & Sb) (2)
    • S3 = (S3' & Sa)|(S4' & Sb) (3)
    • S4 = (S4' & Sa)|(S3' & Sb) (4)
    • S5 = (S5' & Sa)|(S6' & Sb) (5)
    • S6 = (S6' & Sa)|(S5' & Sb) (6)
  • Dann werden die Schaltelemente Sw1 bis Sw6, die den Umrichter INV bilden, durch die Umrichtergatesignale S1 bis S6 gesteuert, die durch die Ausdrücke (1) bis (6) erhalten wurden. Dadurch wird der Motor M angetrieben.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, verwendet das Umrichtersteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform die analoge Schaltung für eine sensorlose Phasendetektion (Frequenzsteuerung), und die arithmetische Einheit (etwa eine CPU) führt eine Steuerung nur für die DC-Komponente durch, die von dem LPF ausgegeben wird. Daher ist ein arithmetischer Betrag (Rechenbetrag) der Stromsteuerungssektion 5 sehr klein, was zu einer Reduktion der arithmetischen Belastung führt. Folglich ist das Umrichtersteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform auf einen Ultrahochgeschwindigkeitsmotor anwendbar. Darüber hinaus wird die Reduktion der arithmetischen Belastung in der ersten Ausführungsform realisiert, wobei die vielseitige (allgemein verwendete) Hauptschaltung 1C verwendet wird, die in 1 gezeigt ist. Daher tritt das Problem von Patentliteratur 1, dass die Vorrichtungen (Transistor FET1, Dioden D1 und D2, Drosselspule L1), welche die Spannungsabfallschaltung 2 bilden, zusätzlich bereitgestellt werden, nicht auf. Als Folge kann das Umrichtersteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform die arithmetische Belastung reduzieren, während eine Verkleinerung und Kostenreduktion erzielt wird.
  • Darüber hinaus wird auf dem Gebiet der Stromsteuerung eines Umrichters im Allgemeinen der elektrische Strom des Motors als das gesteuerte Objekt (Steuerungsziel) für die Stromsteuerung detektiert. Jedoch sind die Fähigkeit einer Analog/Digital-Umsetzung mit hoher Geschwindigkeit und die Fähigkeit zur Hochgeschwindigkeitsarithmetik notwendig, um eine Hochfrequenzstromwellenform des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors zu detektieren und zu steuern. Folglich ist im Fall eines Ultrahochgeschwindigkeitsmotors eine extrem kostspielige arithmetische Einheit (Recheneinheit) notwendig. Im Gegensatz dazu führt das Umrichtersteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform die Stromsteuerung durch, indem die DC-Komponente des Eingangsgleichstroms, der durch den LPF geleitet wurde, als das gesteuerte Objekt (Steuerungsziel) betrachtet wird. Daher kann die Stromsteuerung des Umrichters ohne Berücksichtigung der Hochfrequenz des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors korrekt durchgeführt werden.
  • Im Hinblick auf die PWM-Logikoperation offenbart die Patentliteratur 2 außerdem eine PWM-Wellenform mit Durchlass für 120 Grad. In der Technik der Patentliteratur 2 wird eine Ausgangswellenform jedoch alle 60 Grad geschaltet. Im Fall einer Verwendung für die Hochfrequenzwelle des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors ist daher die arithmetische Belastung (Rechenbelastung) groß, sodass die Möglichkeit besteht, dass die Steuerung des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors unmöglich ist. Im Gegensatz dazu wird die Logiksynthese in der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aus den Muster mit Durchlass für 120 Grad S1' bis S6' und den PWM-Signalen Sa und Sb, die von der Stromsteuerungssektion 5 ausgegeben werden, nur mithilfe einfacher logischer Operationen ausgeführt. Entsprechend ist die arithmetische Belastung (Rechenbelastung) bemerkenswert niedrig. Daher ist das Umrichtersteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform zur Verwendung für die Hochfrequenzwelle des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors geeignet.
  • Wie vorstehend erwähnt wurde, kann im Fall des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors eine allgemeine Spannungszwischenkreis-PWM-Steuerung aufgrund des Anstiegs der arithmetischen Belastung (Rechenbelastung) die Steuerung des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors nicht erreichen. Im Gegensatz dazu ist die arithmetische Belastung des Umrichtersteuerungssystems gemäß der ersten Ausführungsform niedrig und daher kann die Steuerung des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors erreicht werden, selbst wenn eine arithmetische Einheit (eine CPU) mit niedriger Leistung und niedrigem Preis verwendet wird. Da die Hauptschaltung 1C der ersten Ausführungsform darüber hinaus in der gleichen Weise wie das allgemeinen Spannungszwischenkreis-PWM-Verfahren aufgebaut ist, kann das Umrichtersteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform realisiert werden, indem relativ kleine, kostengünstige und verlustarme Vorrichtungen auch in dem Fall der Verwendung für den Ultrahochgeschwindigkeitsmotor verwendet werden.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das einen Geschwindigkeitssteuerungscontroller eines Umrichtersteuerungssystems in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Teile, die auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform aufgebaut sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform versehen und die detaillierten Erläuterungen derselben sind weggelassen.
  • Die Struktur der Hauptschaltung in der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform. Das Umrichtersteuerungssystem in der zweiten Ausführungsform umfasst den Drehzahlsteuerungscontroller 3b anstelle des Stromsteuerungscontrollers 3a der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus ist der Eingangsbefehl bei der zweiten Ausführungsform ein Drehzahlbefehlswert.
  • Bei der zweiten Ausführungsform werden die Muster mit Durchlass für 120 Grad S1' bis S6', die von der sensorlosen Schaltung 10 ausgegeben werden, durch eine Drehzahldetektionsvorrichtung 11 in einen Drehzahldetektionswert umgesetzt.
  • Als nächstes berechnet eine Subtraktionssektion 12 eine Drehzahldifferenz (Abweichung) zwischen dem Drehzahldetektionswert und dem Drehzahlbefehlswert, der den Eingangsbefehl bezeichnet. Diese Drehzahldifferenz wird in eine Drehzahlsteuerungssektion 13 eingegeben, sodass der Strombefehlswert erzeugt wird. Der Rest der Steuerung (Verarbeitung) der zweiten Ausführungsform ist gleich demjenigen der ersten Ausführungsform.
  • Entsprechend kann das Umrichtersteuerungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform eine Drehzahlsteuerung des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors durchführen. Darüber hinaus können Arbeitsweisen und vorteilhafte Effekte erhalten werden, die denjenigen der ersten Ausführungsform ähneln.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das einen Controller zur Steuerung elektrischer Leistung eines Umrichtersteuerungssystems in einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Teile, die auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform aufgebaut sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform versehen und die genauen Erläuterungen derselben sind weggelassen.
  • Die Struktur der Hauptschaltung der dritten Ausführungsform ist gleich derjenigen der ersten Ausführungsform. das Umrichtersteuerungssystem in der dritten Ausführungsform umfasst den Controller 3c zur Steuerung elektrischer Leistung anstelle des Stromsteuerungscontrollers 3a der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus ist der Eingangsbefehl in der dritten Ausführungsform ein Befehlswert für elektrische Leistung.
  • In der dritten Ausführungsform wird ein DC-Spannungswert (eine Spannung zwischen beiden Enden des Glättungskondensators C, d. h. eine Eingangsspannung für den Umrichter) detektiert. Eine Detektionsvorrichtung 14 für elektrische Leistung multipliziert diesen Spannungsdetektionswert mit der DC-Komponente des Stromdetektionswerts, der vom LPF ausgegeben wird, sodass ein Detektionswert für elektrische Leistung berechnet wird.
  • Als nächstes berechnet eine Subtraktionsvorrichtung 15 eine elektrische Leistungsdifferenz (Abweichung) zwischen dem Detektionswert für elektrische Leistung und dem Befehlswert für elektrische Leistung, der den Eingangsbefehl darstellt. Diese elektrische Leistungsdifferenz wird in eine Steuerungssektion 16 für elektrische Leistung eingegeben, sodass der Strombefehlswert erzeugt wird. Die restliche Steuerung (Verarbeitung) der dritten Ausführungsform ist gleich derjenigen der ersten Ausführungsform.
  • Entsprechend kann das Umrichtersteuerungssystem gemäß der dritten Ausführungsform eine Steuerung elektrischer Leistung des Ultrahochgeschwindigkeitsmotors durchführen. Darüber hinaus können Arbeitsweisen und vorteilhafte Effekte erreicht werden, die denjenigen der ersten Ausführungsform ähneln.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das einen Drehmomentsteuerungscontroller eines Umrichtersteuerungssystems in einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Teile, die auf die gleiche Weise wie in der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform aufgebaut sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform versehen und die detaillierten Erläuterungen derselben sind weggelassen.
  • Die Struktur der Hauptschaltung in der vierten Ausführungsform ist gleich derjenigen der ersten Ausführungsform. das Umrichtersteuerungssystem in der vierten Ausführungsform umfasst den Drehmomentsteuerungscontroller 3d anstelle des Stromsteuerungscontrollers 3a der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus ist der Eingangsbefehl in der vierten Ausführungsform ein Drehmomentbefehlswert.
  • In der vierten Ausführungsform werden die Muster mit Durchlass für 120 Grad S1' bis S6' durch die Drehzahldetektionsvorrichtung 11 auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform in den Drehzahldetektionswert umgesetzt. Darüber hinaus wird der DC-Spannungswert (die Eingangsspannung für den Umrichter) auf die gleiche Weise wie bei der dritten Ausführungsform detektiert. Eine Drehmomentdetektionsvorrichtung 17 berechnet einen Drehmomentdetektionswert auf der Grundlage der DC-Komponente des Stromdetektionswerts, die von dem LPF ausgegeben wird, des Spannungsdetektionswerts und des Drehzahldetektionswerts.
  • Als nächstes berechnet eine Subtraktionsvorrichtung 18 eine Drehmomentdifferenz (Abweichung) zwischen dem Drehmomentdetektionswert und dem Drehmomentbefehlswert, der den Eingangsbefehl darstellt. Diese Drehmomentdifferenz wird in eine Drehmomentsteuerungssektion 19 eingegeben, sodass der Strombefehlswert erzeugt wird. Der Rest der Steuerung (Verarbeitung) der vierten Ausführungsform ist gleich demjenigen der ersten Ausführungsform.
  • Entsprechend kann das Umrichtersteuerungssystem gemäß der vierten Ausführungsform eine Drehmomentsteuerung eines Ultrahochgeschwindigkeitsmotors durchführen. Darüber hinaus können Arbeitsweisen und vorteilhafte Effekte erreicht werden, die denjenigen der ersten Ausführungsform ähneln.
  • Nur die vorstehenden speziellen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden im Detail erläutert. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der vorstehenden Ausführungsformen innerhalb der technischen Ideen gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Selbstverständlich sind derartige Modifikationen und Variationen im technischen Umfang der jeweiligen Ansprüche enthalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a–1c
    Hauptschaltung
    3a–3c
    Controller
    4, 12, 15, 18
    Subtraktionsvorrichtung
    5
    Stromsteuerungssektion
    7
    Integriererschaltung
    8
    Logikumsetzungssektion
    9
    Logiksynthesesektion
    10
    Sensorlose Schaltung
    11
    Drehzahldetektionsvorrichtung
    13
    Drehzahlsteuerungssektion
    14
    Detektionsvorrichtung für elektrische Leistung
    16
    Steuerungssektion für elektrische Leistung
    17
    Drehmomentdetektionsvorrichtung
    19
    Drehmomentsteuerungssektion

Claims (5)

  1. Umrichtersteuerungssystem, das einen Controller umfasst, der ausgestaltet ist, um ein Gatesignal an ein Schaltelement auszugeben, das in einem Umrichter bereitgestellt ist, wobei das Gatesignal auf der Grundlage einer Ausgangsanschlussspannung des Umrichters, eines Eingangsstroms des Umrichters und eines Strombefehlswerts erzeugt wird, wobei der Controller umfasst: ein Tiefpassfilter, das zum Extrahieren einer DC-Komponente aus einem Stromdetektionswert des Eingangsstroms des Umrichters ausgestaltet ist; eine Subtraktionssektion, die zum Berechnen einer Stromdifferenz zwischen dem Strombefehlswert und der DC-Komponente des Stromdetektionswerts ausgestaltet ist; einen Stromcontroller, der zum Erzeugen von zweiphasigen PWM-Signalen, die zueinander komplementär sind, aus der Stromdifferenz ausgestaltet ist; eine Integriererschaltung, die zum Integrieren der Ausgangsanschlussspannung des Umrichters ausgestaltet ist, um die Ausgangsanschlussspannung in Magnetflussinformationen umzusetzen; eine Logikumsetzungssektion, die ausgestaltet ist, um die Magnetflussinformationen in ein Muster mit Durchlass für 120 Grad umzusetzen, um das Muster mit Durchlass für 120 Grad auszugeben; und eine Logikschaltungssektion, die zum Ausführen einer Logiksynthese zwischen den zweiphasigen PWM-Signalen und dem Muster mit Durchlass für 120 Grad ausgestaltet ist, um das Gatesignal auszugeben.
  2. Umrichtersteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Controller ferner umfasst: eine Drehzahldetektionsvorrichtung, die zum Umsetzen des Musters mit Durchlass für 120 Grad in einen Drehzahldetektionswert ausgestaltet ist; eine Subtraktionssektion, die zum Berechnen einer Drehzahldifferenz zwischen dem Drehzahldetektionswert und einem Drehzahlbefehlswert, der ein Eingangsbefehl ist, ausgestaltet ist; eine Drehzahlsteuerungssektion, die zum Berechnen des Strombefehlswerts aus der Drehzahldifferenz ausgestaltet ist.
  3. Umrichtersteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Controller ferner umfasst: eine Detektionsvorrichtung für elektrische Leistung, die zum Berechnen eines Detektionswerts für elektrische Leistung ausgestaltet ist, indem sie die DC-Komponente des Stromdetektionswerts mit einem Detektionswert einer Eingangsspannung des Umrichters multipliziert; eine Subtraktionssektion, die zum Berechnen einer elektrischen Leistungsdifferenz zwischen dem Detektionswert für elektrische Leistung und einem Befehlswert für elektrische Leistung, der ein Eingangsbefehl ist, ausgestaltet ist; und eine Steuerungssektion für elektrische Leistung, die zum Berechnen des Strombefehlswerts aus der elektrischen Leistungsdifferenz ausgestaltet ist.
  4. Umrichtersteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Controller ferner umfasst: eine Drehzahldetektionsvorrichtung, die zum Umsetzen des Musters mit Durchlass für 120 Grad in einen Drehzahldetektionswert ausgestaltet ist; eine Drehmomentdetektionsvorrichtung, die ausgestaltet ist, um einen Drehmomentdetektionswert aus der DC-Komponente des Stromdetektionswerts, dem Drehzahldetektionswert und einem Detektionswert einer Eingangsspannung des Umrichters zu berechnen; eine Subtraktionssektion, die ausgestaltet ist, um eine Drehmomentdifferenz zwischen dem Drehmomentdetektionswert und einem Drehmomentbefehlswert, der ein Eingangsbefehl ist, zu berechnen; und eine Drehmomentsteuerungssektion, die zum Berechnen des Strombefehlswerts aus der Drehmomentdifferenz ausgestaltet ist.
  5. Umrichtersteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Integriererschaltung und die Logikumsetzungssektion durch eine analoge Schaltung aufgebaut sind.
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