DE112013007479T5 - Wechselstrommotorantriebssystem - Google Patents

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Kazuyoshi Watabu
Yoshinori Kanda
Akiko Tabuchi
Tetsuya Okuda
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Es wird ein Wechselstrommotorantriebssystem 1 angegeben, das einen Ladestromvorgabewert für eine Energiespeichervorrichtung erzeugen kann, der einer steil ansteigenden Rückspeisestromerzeugung gerecht wird, und der Höhe des Rückspeisestroms entspricht, wenn ein Rückspeisestrom von einem Wechselstrommotor 16 über einen Inverter 14 einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, sowie eine Lade-/Entladesteuereinheit 2, die ein Steuersignal zum Steuern des Inverters 14 auf Basis eines Gleichstrombusspannungswerts und eines Lade-/Entladestromwerts ausgibt, das ein Laden einer Energiespeichervorrichtung 17 so bewirkt, dass der Gleichstrombusspannungswert einen Spannungsschwellwert annimmt, der dem Leistungsschwellwert entspricht und zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung 17 bewirkt, dass ein Ladestrom mit einem Ladestromwert beginnt, der auf einem Gleichstrombusspannungswert basiert.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wechselstrommotorantriebssystem.
  • Hintergrund
  • Ein Beispiel für den Aufbau eines Wechselstrommotorantriebssystems ist ein Wechselstrommotorantriebssystem, bei dem ein Inverter, der zum Betreiben eines Wechselstrommotors Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, dessen Spannung und Frequenz sich von denen einer Systemstromversorgung unterscheiden, und ein Lade-/Entladeschaltkreis zum Laden und Entladen einer Energiespeichervorrichtung, die Gleichstromenergie speichert und abgibt, über einen Glättungskondensator parallel zu einem Gleichstrombus geschaltet sind, der sich an der Ausgangsseite eines Stromrichters befindet, der den Wechselstrom der Systemstromversorgung in Gleichstrom umwandelt.
  • Als Beispiel eines solchen Wechselstrommotorantriebssystems wird in Patentdokument 1 z. B. eine Technologie für ein Wechselstrommotorantriebssystem offenbart, das, wenn von einem Wechselstrommotor über einen Inverter zurückgespeister Rückspeisestrom eine Energiespeichervorrichtung über einen Lade-/Entladeschaltkreis auflädt, zur proportional-integralen Steuerung (PI-Steuerung) einer Ladestromvorgabewert-Erzeugungseinheit des Lade-/Entladeschaltkreises einen vorgegebenen Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponenten-Anfangswert verwendet, um einen anfangs steil ansteigenden Rückspeisestrom zu bewältigen.
  • Liste der Zitate
  • Patentliteratur
    • Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-239252 .
  • KURZBESCHREIBUNG
  • Technische Problemstellung
  • Bei der herkömmlichen Technologie wird der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponenten-Anfangswert jedoch auf einen Wert gesetzt, der dem zulässigen Stromwert des Induktors des Lade-/Entladeschaltkreises nahezu entspricht. Daher beginnt das Laden der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung eines Ladestroms mit dem Ladestromvorgabewert zum Zeitpunkt des Beginns der Rückspeisung als Anfangswert, der unabhängig von der Höhe (der Größe) des Rückspeisestroms dem Maximalwert des Wechselstrommotorantriebssystems entspricht. Wenn der tatsächliche Rückspeisestrom daher kleiner als der bei dem Wechselstrommotorantriebssystem eingeplante maximale Rückspeisestrom ist, wird die Energiespeichervorrichtung auch unter Einsatz des von der Systemstromversorgung über den Stromrichter zugeführten elektrischen Stroms geladen, um den Rückspeisestrom von dem Wechselstrommotor zu ergänzen. Es besteht daher das Problem, dass der Stromrichter auch während eines Rückspeisevorgangs während des Stromversorgungszeitraums in Betrieb ist und elektrische Leistung verbraucht.
  • Darüber hinaus wird bei der herkömmlichen Technologie der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponenten-Anfangswert in der PI-Steuerungseinheit der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit jedes Mal dann gesetzt, wenn der elektrische Strom an der Ausgangsseite des Stromrichters einen vorgegebenen Rückspeisezeitleistungskompensationsschwellwert überschreitet. Dadurch entsteht das Problem, dass der Ladestromvorgabewert diskontinuierlich wird und der in der Energiespeichervorrichtung und dem Induktor des Lade-/Entladeschaltkreises fließende elektrische Strom großen Schwankungen unterliegt, wodurch sich die Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung und der Elemente des Lade-/Entladeschaltkreises verringert.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben Erläuterten entwickelt, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Wechselstrommotorantriebssystems besteht, das einen Ladestromvorgabewert für eine Energiespeichervorrichtung erzeugen kann, der einer steil ansteigenden Rückspeisestromerzeugung gerecht wird und der Höhe des Rückspeisestroms entspricht.
  • Lösung der Problemstellung
  • Zur Lösung der oben angegebenen Probleme und der Aufgabenstellung betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wechselstrommotorantriebssystem, das Folgendes aufweist: einen Stromrichter für die Versorgung mit Gleichstrom, einen Inverter, der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, einen Gleichstrombus, der den Stromrichter mit dem Inverter verbindet, einen durch den Wechselstrom angetriebenen Wechselstrommotor, eine Gleichspannungserfassungseinheit, die eine Gleichspannung an der Ausgangsseite des Stromrichters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung, die mit dem Gleichstrom von dem Gleichstrombus geladen wird und die gespeicherte Gleichstromenergie an den Gleichstrombus abgibt. Einen Lade-/Entladeschaltkreis, der parallel zum Inverter mit dem Gleichstrombus verbunden und zwischen den Gleichstrombus und die Energiespeichervorrichtung geschaltet ist, wobei der Lade-/Entladeschaltkreis bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung geladen und entladen wird, eine Lade-/Entladestromerfassungseinheit, die einen Lade-/Entladestrom der Energiespeichervorrichtung erfasst, und eine Lade-/Entladesteuereinheit, die ein Steuersignal ausgibt, um den Inverter auf Basis der Gleichspannung und des Lade-/Entladestroms zu steuern, wobei die Lade-/Entladesteuereinheit, wenn der Rückspeisestrom vom Wechselstrommotor über den Inverter einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung so geladen wird, dass der Gleichspannungswert zu einem dem Leistungsschwellwert entsprechenden Spannungsschwellwert wird und bewirkt, dass ein Ladestrom zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung ausgehend von einem Wert des Ladestroms beginnt, der auf einem Wert der Gleichstrombusspannung des Gleichstrombusses basiert.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Wechselstrommotorantriebssystem ermöglicht ein Wechselstrommotorantriebssystem, das einen Ladestromvorgabewert für eine Energiespeichervorrichtung erzeugen kann, der mit einer steil ansteigenden Rückspeisestromerzeugung zurechtkommt und der Höhe des Rückspeisestroms entspricht.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines kompletten Wechselstrommotorantriebssystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Lade-/Entladesteuereinheit des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 3 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der zeitlichen Verläufe der elektrischen Leistung P, eines Gleichstrombusspannungswerts Vdc und eines Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflags Fa des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 4 zeigt eine grafische Darstellung zur schematischen Veranschaulichung des Kurvenverlaufs eines Gleichstrombusspannungswerts Vdc(t) eines Gleichstrombusses, wenn die elektrische Leistung Pcnv(t) des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform einen negativen Wert annimmt.
  • 5 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einem Leistungswert |Pcnv(t)| und dem Gleichstrombusspannungswert Vdc des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Ladestromvorgabewert-Erzeugungseinheit in einer Rückspeisezeitsteuereinheit des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 7 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponenten-Erzeugungseinheit in der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponenten-Erzeugungseinheit in der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 9 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert-Ausgabeeinheit des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 10 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der zeitlichen Verläufe der elektrischen Leistung P und der Gleichstrombusspannung Vdc des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 11 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für den Aufbau einer Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponenten-Anfangswerterzeugungseinheit des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 12 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der zeitlichen Verläufe der zurückgespeisten Leistung Pload(t), eines gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewertes I1i* und eines Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenwerts I1d* des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 13 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines vollständigen Wechselstrommotorantriebssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • 14 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen dem Gleichstrombusspannungswert Vdc und einer zurückgespeisten Leistung |Pcnv(t)| eines Stromrichters, wenn der Kapazitätswert eines Glättungskondensators nicht veränderbar ist und ein Wechselspannungswert Vac durch einen Wechselstrommotor bei einem Rückspeisevorgang des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der zweiten Ausführungsform verändert wird.
  • 15 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Lade-/Entladesteuereinheit des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden Ausführungsformen eines Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Einheiten physikalischer Größen in dieser Beschreibung deutlich angegeben werden. Die physikalischen Größen sind jedoch nicht auf diese Einheiten beschränkt. Ein Operator |A| stellt einen Absolutwert (eine positive Zahl) von A dar.
  • Erste Ausführungsform
  • Das Blockschaltbild der 1 veranschaulicht eine vollständige erste Ausführungsform des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Das in 1 dargestellte Wechselstrommotorantriebssystem 1 weist eine Lade-/Entladesteuereinheit 2, einen Stromrichter 11, einen Glättungskondensator 13, einen Inverter 14, einen Lade-/Entladeschaltkreis 15, einen Wechselstrommotor 16, eine Energiespeichervorrichtung 17, eine Gleichspannungswerterfassungseinheit 18 und eine Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit 19 auf.
  • Das in 1 veranschaulichte Wechselstrommotorantriebssystem 1 wird von einer Systemstromversorgung 10, beispielsweise einer Umspannstation oder einer Transformatoreinrichtung einer Fabrik über die Leitungen R, S und T mit Wechselstrom versorgt.
  • Der Stromrichter 11 wandelt den Wechselstrom von der Systemstromversorgung 10 in Gleichstrom um. Der umgewandelte Gleichstrom wird vom Stromrichter 11 an einen Gleichstrombus 12 ausgegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass der Gleichstrombus 12 einen hochpotenzialseitigen Gleichstrombus 12a und einen niedrigpotenzialseitigen Gleichstrombus 12b umfasst.
  • Der Glättungskondensator 13 ist an einer oder mehreren Stellen am Ausgangsbereich des Stromrichters 11, einem Bereich am Gleichstrombus 12, dem Eingangsbereich des unten erläuterten Inverters 14 und einem zur Seite des Gleichstrombusses 12 weisenden Bereichs des unten erläuterten Lade-/Entladeschaltkreises 15 angeordnet. Der Glättungskondensator 13 glättet den Gleichstrom zwischen dem hochpotenzialseitigen Gleichstrombus 12a und dem niedrigpotenzialseitigen Gleichstrombus 12b. Die Kapazität des Glättungskondensators 30 wird als C [F] angegeben.
  • Der mittels des Glättungskondensators 13 geglättete Gleichstrom wird an den Inverter 14 und den Lade-/Entladeschaltkreis 15 über den Gleichstrombus 12 ausgegeben. Der Inverter 14 und der Lade-/Entladeschaltkreis 15 sind parallel zueinander mit dem Gleichstrombus 12 verbunden.
  • Der Inverter 14 wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um und treibt den Wechselstrommotor 16 an. Spannung und Frequenz des von dem Inverter 14 ausgegebenen Wechselstroms unterscheiden sich von der Spannung und Frequenz des von der Systemstromversorgung 10 gelieferten Wechselstroms.
  • Der Lade-/Entladeschaltkreis 15 stellt eine Schaltung dar, die in den Gleichstrombus 12 fließende Gleichstromenergie in der Energiespeichervorrichtung 17 speichert und in der Energiespeichervorrichtung 17 gespeicherte elektrische Energie an den Gleichstrombus 12 abgibt. Als Beispiel für den Lade-/Entladeschaltkreis 15 kann eine stromumkehrbare Zerhackerschaltung angegeben werden. Wenn der Lade-/Entladeschaltkreis 15 von der stromumkehrbaren Zerhackerschaltung gebildet wird, wird in den Gleichstrombus 12 fließende elektrische Energie durch Laden der Energiespeichervorrichtung 17 gespeichert. Umgekehrt wird die in der Energiespeichervorrichtung 17 gespeicherte elektrische Energie als Entladestrom an den Gleichstrombus 12 ausgegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der folgenden Erläuterung, wenn ein zur Energiespeichervorrichtung 17 fließender elektrischer Strom angegeben wird, ohne zwischen einem Ladestrom und einem Entladestrom zu unterscheiben, der elektrische Strom als Lade-/Entladestrom bezeichnet wird.
  • Bei dem Lade-/Entladeschaltkreis 15 wird die stromumkehrbare Zerhackerschaltung über ein Steuersignal von der Lade-/Entladesteuereinheit 2 gesteuert, wobei der Lade-/Entladeschaltkreis 15 die Höhe des Lade-/Entladestroms steuert. In die Lade-/Entladesteuereinheit 2 werden der von der Gleichspannungswerterfassungseinheit 18 erfasste Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 und der von der Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit 19 erfasste Lade-/Entladestromwert Ic als Überwachungswerte eingegeben. Die Lade-/Entladesteuereinheit 2 gibt an den Lade-/Entladeschaltkreis 15 ein Steuersignal aus.
  • Als Beispiel für den Stromrichter 11 können ein Rückspeisewiderstandsstromrichter, bei dem eine Dreiphasenbrückengleichrichterschaltung einer Rückspeisewiderstandsschaltung hinzugefügt ist, oder ein Stromversorgungsrückspeisestromrichter genannt werden, bei dem die Schaltelemente jeweils antiparallel zu den Dioden geschaltet sind, aus denen die Dreiphasenbrückengleichrichterschaltung aufgebaut ist, wobei eingangsseitig ein Wechselstrominduktor seriell eingefügt ist.
  • Zunächst wird der Fall erläutert, bei dem der Stromrichter 11 von dem Rückspeisewiderstandsstromrichter gebildet wird. Bei dem Rückspeisewiderstandsstromrichter wird, wenn der Wechselstrommotor 16 abgebremst oder angehalten und eine Rückspeiseleistung erzeugt wird, die Rückspeiseleistung über den Inverter 14 im Glättungskondensator 13 gespeichert und die Spannung am Gleichstrombus 12 erhöht. Erhöht sich die Spannung des Gleichstrombusses 12 auf eine Spannung, die höher als ein vorgegebener Kurzschlussstartspannungswert ist, dann schließt der Rückspeisewiderstandsschaltkreis den hochpotenzialseitigen Gleichstrombus 12a und den niedrigpotenzialseitigen Gleichstrombus 12b über den Widerstand des Rückspeisewiderstandsstromrichters kurz und wandelt im Widerstand die in dem Glättungskondensator 13 gespeicherte Energie in Wärme um. Als Folge des Kurzschließens werden daraufhin die in dem Glättungskondensator 13 gespeicherten elektrischen Ladungen entladen. Daher werden, wenn die Spannung des Gleichstrombusses 12 auf einen Spannungswert abfällt, der niedriger als ein vorgegebener Kurzschlussbeendigungsspannungswert ist, der mittels des Rückspeisewiderstandsschaltkreises kurzgeschlossene hochpotenzialseitige Gleichstrombus 12a und niedrigpotenzialseitige Gleichstrombus 12b getrennt. Wenn es sich bei dem Stromrichter 11 um den Rückspeisewiderstandsstromrichter handelt, dann wird ein solcher Vorgang von dem Stromrichter 11 wiederholt, um Rückspeiseleistung zu verbrauchen.
  • Als Nächstes wird der Fall erläutert, bei dem der Stromrichter 11 von dem Stromversorgungsrückspeisestromrichter gebildet wird. Bei dem Stromversorgungsrückspeisestromrichter nehmen, wenn die Spannung des Gleichstrombusses 12 auf eine Spannung ansteigt, die aufgrund der Rückspeiseleistung höher als ein vorgegebener Rückspeisestartspannungwert ist, die Schaltelemente des Stromversorgungsrückspeisestromrichters einen leitfähigen Zustand über einen vorgegebenen Zeitraum ein, der von einem Steuerschaltkreis des Stromversorgungsrückspeisestromrichters in Abhängigkeit von der Phase des Kurvenverlaufs der Systemstromversorgung 10 gesteuert wird. In dem Glättungskondensator 13 gespeicherte elektrische Ladungen werden über den Wechselstrominduktor des Stromversorgungsrückspeisestromrichters in die Systemstromversorgung 10 zurückgespeist. Der Rückspeisevorgang in die Systemstromversorgung 10 wird so lange fortgesetzt, bis die Spannung des Gleichstrombusses 12 auf eine Spannung unterhalb des vorgegebenen Rückspeiseabschlussspannungswerts absinkt. Die von dem Wechselstrommotor 16 erzeugte Rückspeiseleistung wird durch den Rückspeisevorgang in die Systemstromversorgung 10 zurückgespeist.
  • Das Blockschaltbild der 2 veranschaulicht die Lade-/Entladesteuereinheit 2 des Wechselstrommotorantriebssystems 1. Die in 2 veranschaulichte Lade-/Entladesteuereinheit 2 umfasst eine Stromversorgungszeitsteuereinheit 21, eine Rückspeisezeitsteuereinheit 3, eine Stromvorgabewertintegrationseinheit 22 und eine Steuersignalerzeugungseinheit 23.
  • Die Stromversorgungszeitsteuereinheit 21 erhält als Eingabe den Gleichstrombusspannungswert Vdc (erfasst von der Gleichspannungswerterfassungseinheit 18) des Gleichstrombusses 12, dessen Spannung aufgrund des Stromversorgungsvorgangs des Wechselstrommotors 16 abgefallen ist, und gibt einen energiespeichervorrichtungsseitigen Entladestromvorgabewert Ib* aus, bei dem es sich um einen Vorgabewert zur Steuerung eines Entladestroms für ein Entladen der Energiespeichervorrichtung 17 handelt, und ein Stromversorgungszeitraumleistungskompensationsvorgangsflag Fb zur Bestimmung eines Zeitraums aus, währenddessen die Energiespeichervorrichtung 17 entladen wird.
  • Der Rückspeisezeitsteuereinheit 3 erhält als Eingang den Gleichstrombusspannungswert Vdc (erfasst durch die Gleichspannungswerterfassungseinheit 18) des Gleichstrombusses 12, dessen Spannung aufgrund des Rückspeisevorgangs des Wechselstrommotors 16 angestiegen ist, und gibt einen energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromvorgabewert Ia*, bei dem es sich um einen Vorgabewert für die Steuerung eines Ladestroms zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 handelt, und ein Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa aus, um einen Zeitraum festzulegen, währenddessen die Energiespeichervorrichtung 17 geladen wird.
  • Die Stromvorgabewertintegrationseinheit 22 erzeugt einen integrierten Lade-/Entladestromvorgabewert Ic*, bei dem es sich um einen Vorgabewert für einen Lade-/Entladestrom der Energiespeichervorrichtung 17 handelt, unter Verwendung des energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromvorgabewerts Ia* und des energiespeichervorrichtungsseitigen Entladestromvorgabewerts Ib*.
  • Die Steuersignalerzeugungseinheit 23 verringert die Differenz zwischen dem integrierten Lade-/Entladestromvorgabewert Ic* und dem Lade-/Entladestromwert Ic, bis diese schließlich beseitigt ist, unter Verwendung des integrierten Lade-/Entladestromvorgabewerts Ic* der Stromvorgabewertintegrationseinheit 22 und des Lade-/Entladestromwerts Ic der Energiespeichervorrichtung 17 der Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit 19. Die Steuersignalerzeugungseinheit 23 erzeugt ein Steuersignal zum Steuern des Lade-/Entladeschaltkreises 15 während eines Zeitraums des Stromversorgungszeitraumleistungskompensationsvorgangsflags Fb von der Stromversorgungszeitsteuereinheit 21 oder des Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflags Fa von der Rückspeisezeitsteuereinheit 3.
  • Die grafischen Darstellungen der 3(a) bis 3(c) veranschaulichen diese zeitlichen Verläufe der elektrischen Leistung P, der Gleichstrombusspannung VDC und des Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflags Fa. In 3(a) ist ein zeitlicher Verlauf einer zurückgespeisten Energie Pload(t), die über den Inverter 14 von dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeist wird, als dicke Linie wiedergegeben. Eine der Funktionen des in 1 veranschaulichten Wechselstrommotorantriebssystems 1 besteht im Laden der Energiespeichervorrichtung 17 in Abhängigkeit von der Rückspeiseleistung Pload(t) und mit einer an der vertikalen Achse angegebenen elektrischen Leistung in dem in 3(a) mit einem Gittermuster gekennzeichneten Bereich, d. h. einer Ladeleistung |Pc(t)|, um hierdurch die in den Stromrichter 11 zurückgespeiste elektrische Leistung so niedrig zu halten, dass sie einen in 3(a) veranschaulichten Leistungsschwellwert PthA nicht überschreitet, damit der Höchstwert der von dem Stromrichter 11 in Wärme umgewandelten und verbrauchten elektrischen Leistung bzw. die zur Systemstromversorgung 10 zurückgespeiste elektrische Leistung begrenzt wird.
  • Die in 3(a) mittels einer dicken Linie dargestellte Rückspeiseleistung Pload(t) stellt ein schematisiertes Beispiel einer Kurvenform dar, die erzeugt wird, wenn der Wechselstrommotor 16 angehalten wird oder einen schnellen Verzögerungsvorgang durchläuft. In 3(a) sind der Stromversorgungsstrom des Wechselstrommotors 16 durch eine positive Zahl und ein Rückspeisestrom durch eine negative Zahl wiedergegeben. Die Ladeleistung und ein Ladestrom zur Energiespeichervorrichtung 17 werden als positive Zahlen und eine Entladeleistung und eine Entladestrom als negative Zahlen wiedergegeben.
  • Die elektrische Leistung Pcnv(t) im schraffierten Bereich von 3(a) ist über die folgende Formel (1) definiert. Pcnv(t) = Pload(t) – Pc(t) (1)
  • Die elektrische Leistung Pcnv(t) stellt die elektrische Leistung an der Gleichstrombusseite 12 des Stromrichters 11 dar. Wenn die elektrische Leistung Pcnv(t) einen positiven Zahlenwert annimmt, dann bedeutet dies, dass der Stromrichter 11 elektrische Leistung umwandelt und die elektrische Leistung von der Systemstromversorgung 10 an den Gleichstrombus 12 mit einem Leistungswert |Pcnv(t)| ausgibt. Weist die elektrische Leistung Pcnv(t) dagegen einen negativen Zahlenwert auf, dann bedeutet dies, dass der Stromrichter 11 elektrische Leistung in Wärme umwandelt und die elektrische Leistung von dem Gleichstrombus 12 mit dem Leistungswert |Pcnv(t)| verbraucht oder die elektrische Leistung in die Systemstromversorgung 10 zurückspeist. Besitzt die elektrische Leistung Pcnv(t) einen negativen Wert und ist der Stromrichter 11 ein, wie oben erläuterter, Rückspeisewiderstandsstromrichter, dann wird die elektrische Leistung Pcnv(t) in dem Widerstand des Stromrichters 11 verbraucht, während die Gleichstrombusspannung Vdc(t) des Gleichstrombusses 12 zwischen dem Kurzschlussanfangsspannungswert und dem Kurzschlussbeendigungsspannungswert fluktuiert.
  • Ist der Wert der elektrischen Leistung Pcnv(t) negativ und der Stromrichter 11 der wie oben erläuterte Stromversorgungsrückspeisestromrichter, dann wird die elektrische Leistung Pcnv(t) über den Wechselstrominduktor des Stromrichters 11 in die Systemstromversorgung 10 zurückgespeist, während die Gleichstrombusspannung Vdc(t) des Gleichstrombusses 12 zwischen dem Rückspeiseanfangsspannungswert und dem Rückspeiseabschlussspannungswert fluktuiert.
  • Die schematische Darstellung von 4 veranschaulicht einen Kurvenverlauf des Gleichstrombusspannung Vdc(t) des Gleichstrombusses 12, wenn die elektrische Leistung Pcnv(t) einen negativen Wert annimmt. 4(a) veranschaulicht den Kurvenverlauf bei einem relativ großen Leistungswert |Pcnv(t)|. 4(b) veranschaulicht einen Kurvenverlauf bei relativ kleinen Leistungswerten Pcnv(t) I. In 4(a) und 4(b) stellt ein durch eine dicke, durchbrochene Linie angezeigter Gleichstrombusspannungswert Vdc den zeitlichen Durchschnittswert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) dar. Der Gleichstrombusspannungswert Vdc kann z. B. dadurch erhalten werden, dass die Gleichstrombusspannung Vdc(t) durch einen Tiefpassfilter (LPF) geführt wird. Die Gleichspannungserfassungseinheit 18 erfasst die Gleichstrombusspannung Vdc(t).
  • Aus einem Vergleich der 4(a) und 4(b) ist ersichtlich, dass der Gleichstrombusspannungswert Vdc, bei dem es sich um einen zeitlichen Mittelwert handelt, bei einem relativ großen Leistungswert |Pcnv(t)| hoch ist. Wenn der Leistungswert Pcnv(t) I relativ klein ist, ist der Gleichstrombusspannungswert Vdc, (bei dem es sich um den zeitlichen Mittelwert handelt) klein. Der Kurvenverlauf der Gleichstrombusspannung Vdc(t) ergibt sich durch Laden des Glättungskondensators 13 mit der elektrischen Leistung Pcnv(t) und Entladen des Glättungskondensators 13 in den Stromrichter 11. Der Gleichstrombusspannungswert Vdc hängt daher nicht nur vom Leistungswert |Pcnv(t)|, sondern auch vom Kapazitätswert C des Glättungskondensators 13 ab.
  • Die Transferfunktion des Tiefpassfilters wird mit einer Transferfunktion einer unten erläuterten Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 kombiniert. Daher sollte bei der Charakteristik nach der Kombination auf die Stabilität des Wechselstrommotorantriebssystems 1 geachtet werden. Im Allgemeinen wird für die Transferfunktion des Tiefpassfilters eine Charakteristik niedriger Ordnung bevorzugt, um einen Freiheitsgrad der Transferfunktion der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 sicherzustellen. Wenn mit einem primären Tiefpassfilter ein gewünschter Gleichstrombusspannungswert Vdc erhalten werden kann, dann wird der primäre Tiefpassfilter vorzugsweise eingesetzt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Gleichstrombusspannung Vdc(t) in den 4(a) und 4(b) im Bereich zwischen dem Kurzschlussstartspannungswert (bzw. dem Rückspeisestartspannungswert) und dem Kurzschlussbeendigungsspannungswert (bzw. dem Rückspeiseabschlussspannungswert) liegt. Zu beachten ist jedoch, dass die Gleichstrombusspannung Vdc(t) im tatsächlichen Betrieb aufgrund der Beschränkung bezüglich der Betriebsgeschwindigkeit und der zeitlichen Beziehung zur Phase der Systemstromversorgung 10 manchmal außerhalb des Bereichs liegt.
  • Die vorstehend angegebene 3 und die nachstehend angegebene 10 zeigen, dass der Gleichstrombusspannungswert Vdc während des Rückspeisevorgangs so ansteigt, dass er größer als der Gleichstrombusspannungswert vor dem Rückspeisevorgang wird. Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich, ist der Gleichstrombusspannungswert Vdc während des Rückspeisevorgangs jedoch auf Basis der Beziehung zwischen dem Kurzschlussstartspannungswert (bzw. Rückspeisestartspannungswert) und dem Kurzschlussbeendigungsspannungswert (bzw. Rückspeiseabschlussspannungswert) bestimmt. Das bedeutet, dass wenn der Kurzschlussstartspannungswert (bzw. Rückspeisestartspannungswert) etwas höher als der Gleichspannungswert vor dem Rückspeisevorgang und andererseits der Kurzschlussbeendigungsspannungswert (bzw. Rückspeiseabschlussspannungswert) wesentlich geringer als der Gleichstrombusspannungswert vor dem Rückspeisevorgang ist, der Gleichstrombusspannungswert Vdc während des Rückspeisevorgangs so abnimmt, dass er kleiner wird als der Gleichstrombusspannungswert vor dem Rückspeisevorgang.
  • Die grafische Darstellung von 5 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Leistungswert |Pcnv(t)| und dem Gleichstrombusspannungswert Vdc. Wie oben erläutert, ist die Beziehung zwischen dem Leistungswert |Pcnv(t)| und dem Gleichstrombusspannungswert Vdc für einen Kapazitätswert C des Glättungskondensators 13 in 5(a) durch eine dicke, durchgehende Linie angegeben. In gleicher Weise sind die Beziehungen in 5(a) für die Kapazitätswerte C1 und C2 des Glättungskondensators 13 durch unterbrochene Linien angegeben. In 5(a) gilt allgemein die Beziehung C1 < C < C2. In einigen Fällen ist der Unterschied zwischen den Kapazitätswerten C1 und C2 jedoch nicht sehr groß, oder die Beziehung zwischen dem Leistungswert |Pcnv(t)| und dem Gleichstrombusspannungswert Vdc wird durch einen einzigen Kapazitätswert C wiedergegeben, der der Auflösung der Gleichspannungswerterfassungseinheit 18 und der Charakteristik eines verwendeten LPF entspricht, ohne die unterschiedlichen Kapazitätswerte des Glättungskondensators 13 zu berücksichtigen.
  • Wenn die elektrische Leistung des Rückspeisestroms vom Wechselstrommotor 16 zum Stromrichter 11 so niedrig gehalten werden soll, dass sie kleiner oder gleich einem Leistungsschwellwert |PthA| ist, dann sollte der Spannungswert des Gleichstrombusses 12, wenn der Kapazitätswert des Glättungskondensators 13C beträgt, wie in 5(a) veranschaulicht ist, kleiner oder gleich einem Spannungsschwellwert VthA gesetzt werden. In 3(a) und 3(b) sind die zeitlichen Kurvenverläufe der vom Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung Pload(t), die elektrische Leistung Pcnv(t) zum Stromrichter 11 und der Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 während des Regenerationsvorgangs veranschaulicht.
  • In einem Zeitraum, währenddessen die elektrische Leistung zum Stromrichter 11 so niedrig gehalten wird, dass sie dem Leistungsschwellwert PthA entspricht, d. h. einem in 3(a) veranschaulichten Zeitraum, währenddessen die Energiespeichervorrichtung 17 mit der Ladeleistung Pc(t) geladen wird (ein durch Ta in 3(a) bezeichneter Zeitraum), entspricht der Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 dem Spannungsschwellwert VthA (siehe 3(b)). In der Darstellung von 5(b) sind die horizontale und die vertikale Achse gegenüber der Darstellung von 5(a) vertauscht. Wie auch aus 5(b) ersichtlich kann, indem die Energiespeichervorrichtung 17 mit der elektrischen Leistung so geladen wird, dass der Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 auf dem Spannungsschwellwert VthA oder darunter gehalten wird, der Leistungswert |Pcnv(t)| zum Stromrichter 11 so niedrig gehalten werden, dass er kleiner oder gleich dem Leistungsschwellwert |PthA| ist. Die in 2 veranschaulichte Rückspeisezeitsteuereinheit 3 erzeugt aus dem Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 und dem Spannungsschwellwert (einem Spannungsvorgabewert) VthA während des Rückspeisens den der Ladeleistung Pc(t) entsprechenden energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromvorgabewert Ia*. Der von der Gleichspannungswerterfassungseinheit 18 in die Rückspeisezeitsteuereinheit 3 eingegebene Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 wird in die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 und eine Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 der Rückspeisezeitsteuereinheit 3 eingegeben.
  • Die Rückspeisezeitleistungs-/Spannungsumwandlungseinheit 6 weist andererseits eine Rückspeisezeitspannungsschwellwerterzeugungs-/Umwandlungseinheit 61, eine Kapazitätswertspeichereinheit 62 und eine Rückspeisezeitleistungsschwellwertspeichereinheit 63 auf.
  • Die Rückspeisezeitleistungsschwellwertspeichereinheit 63 speichert den Leistungsschwellwert PthA während einer Rückspeisung, bei dem es sich um einen oberen Grenzwert für die zum Stromrichter 11 zurückgespeiste elektrische Leistung handelt.
  • Die Kapazitätswertspeichereinheit 62 speichert den Kapazitätswert C des Glättungskondensators 13.
  • Die Rückspeisezeitspannungsschwellwerterzeugungs-/Umwandlungseinheit 61 erzeugt den Spannungsschwellwert VthA während des Rückspeisens auf Basis der in 5(a) veranschaulichten Beziehungsrelation zum Leistungsschwellwert PthA während der Rückspeisung von der Rückspeisezeitleistungsschwellwertspeichereinheit 63 und der Kapazität C von der Kapazitätswertspeichereinheit 62. Die Rückspeisezeitspannungsschwellwerterzeugungs-/Umwandlungseinheit 61 erzeugt den Spannungsschwellwert VthA während des Rückspeisens durch Implementieren der in 5(a) veranschaulichten Beziehungsrelation, beispielsweise durch Auslesen einer Nachschlagetabelle (LUT) oder Berechnen unter Verwendung einer Näherungsformel, und gibt den Spannungsschwellwert VthA aus. Der Spannungsschwellwert VthA während des Rückspeisens, bei dem es sich um die Ausgabe der Rückspeisezeitleistungs-/Spannungsumwandlungseinheit 6 handelt, d. h., die Ausgabe der Rückspeisezeitspannungsschwellwerterzeugungs-/Umwandlungseinheit 61, wird an die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4, die Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 und eine Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit 7 ausgegeben.
  • Es wird darauf hingewiesen dass der Leistungsschwellwert PthA während des Rückspeisens und der Kapazitätswert C nur so gesetzt werden müssen, dass sie der Belastung des Wechselstrommotorantriebssystems 1 und der Konfiguration des Inverters entsprechen. Die Konfiguration muss lediglich so sein, dass ein Anwender den Leistungsschwellwert PthA und den Kapazitätswert C in die Rückspeisezeitleistungsschwellwertspeichereinheit 63 bzw. die Kapazitätswertspeichereinheit 62 eingeben kann.
  • Die Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 erzeugt auf Basis des Gleichstrombusspannungswerts Vdc von der Gleichstromspannungswerterfassungseinheit 18 ein Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa, das den Zeitpunkt angibt, zu dem das Laden der Energiespeichervorrichtung 17 beginnt. Die Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 erzeugt unter Verwendung des Gleichstrombusspannungswerts Vdc und des Spannungsschwellwerts VthA während des Rückspeisens das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa, das einen Zeitraum angibt, währenddessen die Energiespeichervorrichtung 17 geladen wird.
  • Das von der Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 erzeugte Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa wird an die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 ausgegeben. Das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa wird an die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 und die Steuersignalerzeugungseinheit 23 ausgegeben. Bei dem Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa handelt es sich z. B. um ein Signal, das die Zeit angibt, zu der der Gleichstrombusspannungswert Vdc den Spannungsschwellwert VthA während der Rückspeisung erreicht, oder um ein Signal, das die Zeit angibt, zu der der Gleichstrombusspannungswert Vdc größer oder gleich einem Gleichstrombusspannungswert ohne Last wird (wenn der Wechselstrommotor 16 weder einen stromverbrauchenden Vorgang noch einen Rückspeisevorgang ausführt). Bei dem Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa handelt es sich z. B. um ein Signal, das einen Zeitpunkt zwischen der von dem Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa angegebenen Zeit und der Zeit angibt, zu der der Gleichstrombusspannungswert Vdc kleiner oder gleich dem Spannungsschwellwert VthA während des Rückspeisens wird.
  • Die grafische Darstellung der 3(c) veranschaulicht eine Beziehung zwischen der rückgespeisten Leistung des Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflags Fa und des Gleichstrombusspannungswerts Vdc.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass zur Vereinfachung der nachfolgenden Erläuterungen die unten erläuterten Festlegungen getroffen werden. Das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa stellt ein logisches Binärsignal dar, das, wenn gültig, zum Zeitpunkt des Beginns eines Ladens der Energiespeichervorrichtung 17 den Wert 1 und in den anderen Zeiträumen den Wert 0 annimmt. Das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa stellt ein logisches Binärsignal dar, das, wenn gültig, in einem Zeitraum, währenddessen die Energiespeichervorrichtung 17 geladen wird, den Wert 1 und in den anderen Zeiträumen den Wert 0 annimmt. Es wird darauf hingewiesen, dass unter Berücksichtigung eines Zustands, bei dem das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa gültig wird und eines Startzustands und eines Endzustands, bei dem das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa gültig wird, zum Verhindern eines Flatterns eine Todzone oder dergleichen eingeführt wird, um den Einfluss von Fluktuationen eines dem Gleichstrombusspannungswert Vdc überlagerten Rauschens zu eliminieren.
  • Das Blockschaltbild der 6 veranschaulicht die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 der Rückspeisezeitsteuereinheit 3. Die in 6 veranschaulichte Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 umfasst einen ersten Subtrahierer 41, eine Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42, einen ersten Multiplizierer 43, eine erste Schalteinheit 44, einen ersten Begrenzer 45, eine Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46, eine Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 und eine gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48.
  • Der von der Gleichspannungswerterfassungseinheit 18 erfasste Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 wird in den Minuendenanschluss des ersten Subtrahierers 41 und die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42 eingegeben.
  • Der erste Subtrahierer 41 gibt an den ersten Multiplizierer 43 einen Wert aus, der durch Subtrahieren des von der Rückspeisezeitleistungs-/Spannungsumwandlungseinheit 6 erzeugten Spannungsschwellwerts VthA während der Rückspeisung von dem Gleichstrombusspannungswert Vdc erhalten wird, d. h. einen durch die folgende Formel (2) angegebenen Rückspeisezeitspannungsdifferenzialwert ErrA. ErrA = Vdc – VthA (2)
  • Der erste Multiplizierer 43 erzeugt einen Multiplikationswert Kp·ErrA, der durch Multiplizieren des vom ersten Subtrahierer 41 eingegebenen Rückspeisezeitspannungsdifferenzialwerts ErrA mit einer vorgegebenen Konstante Kp, bei der sich um eine Proportionalverstärkung handelt, erhalten wird, und gibt den Multiplikationswert Kp·ErrA an die erste Schalteinheit 44 und die Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 aus.
  • Die erste Schalteinheit 44 erzeugt unter Verwendung des Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflags Fa, bei dem es sich um die Ausgabe der Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 handelt, einen durch die nachfolgende Formel (3) definierten Ausgabewert I1pp und gibt den Ausgabewert I1pp aus. I1pp = Kp·ErrA·Fa (3)
  • Die erste Schalteinheit 44 gibt den Multiplikationswert Kp·ErrA in dem Zeitraum aus, in dem das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa die Gültigkeit anzeigt und in den anderen Zeiträumen den Wert 0. Der Ausgabewert I1pp der ersten Schalteinheit 44 wird an den ersten Begrenzer 45 und die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46 ausgegeben.
  • Der erste Begrenzer 45 gibt einen Rückspeisezeitstromvorgabewertproportionalkomponentenwert I1p* aus. Der Rückspeisezeitstromvorgabewertproportionalkomponentenwert I1p* ist 0, wenn der eingegebene Ausgabewert I1pp einen negativen Wert annimmt, entspricht einem Strombegrenzungswert Imax, wenn der eingegebene Ausgabewert I1pp den Strombegrenzungswert Imax des Wechselstrommotorantriebssystems 1 überschreitet, und weist einen dem Eingabewert entsprechenden Wert auf, wenn der eingegebene Ausgabewert I1pp einen positiven Wert annimmt und dem Strombegrenzungswert Imax entspricht oder geringer ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Strombegrenzungswert Imax des Wechselstrommotorantriebssystems 1 z. B. einem maximalen Ladestrom des Lade-/Entladeschaltkreises 15, einen maximalen Ladestrom der Energiespeichervorrichtung 17 oder einem Wert nahe dieser maximalen Werte entspricht. Der von dem ersten Begrenzer 45 ausgegebene Rückspeisezeitstromvorgabewertproportionalkomponentenwert I1p* kann durch die folgende Formel (4) wiedergegeben werden.
    Figure DE112013007479T5_0002
  • Der Rückspeisezeitstromvorgabewertproportionalkomponentenwert I1p* wird in die gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48 eingegeben.
  • Das Blockschaltbild der 7 veranschaulicht die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46 der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4. Die in 7 veranschaulichte Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46 umfasst einen zweiten Multiplizierer 461, einen Addierer 462 mit zwei Eingängen, einen zweiten Begrenzer 463, eine zweite Schalteinheit 464 und eine erste Verzögerungseinheit 465.
  • In die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46 werden der Ausgabewert I1pp der ersten Schalteinheit 44, ein Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit, bei dem es sich um einen Ausgabewert der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 429 handelt, und das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa eingegeben.
  • Der zweite Multiplizierer 461 erzeugt einen Multiplikationswert Ki·I1pp, der durch Multiplizieren des Ausgangswerts I1pp mit einer vorgegebenen Konstante Ki, bei der es sich um eine integrierende Verstärkung handelt, erhalten wird, und gibt den Multiplikationswert K·I1pp an einen Eingang des ersten Addierers 462 mit zwei Eingängen aus.
  • Der erste Addierer 462 mit zwei Eingängen berechnet die Summe des Multiplikationswerts Ki·I1pp, bei dem es sich um die Ausgabe des zweiten Multiplizierers 461 handelt, und eines Ausgabewerts ZI1i* der ersten Verzögerungseinheit 465 und gibt einen Additionswert SumI1i aus. Die Verarbeitung durch den ersten Addierer 462 mit zwei Eingängen kann durch die folgende Formel (5) dargestellt werden. SumI1i = Ki·I1pp + ZI1i* (5)
  • Der zweite Begrenzer 463 gibt einen Ausgabewert LI1i aus. Der Ausgabewert LI1i ist 0, wenn der eingegebene Additionswert SumI1i einen negativen Wert annimmt, entspricht dem Strombegrenzungswert Imax, wenn der eingegebene Additionswert SumI1i den Strombegrenzungswert Imax des Wechselstrommotorantriebssystems 1 überschreitet, und weist einen dem eingegebenen Wert entsprechenden Wert auf, wenn der eingegebene Additionswert SumI1i einen positiven Wert annimmt und dem Strombegrenzungswert Imax entspricht oder geringer ist. Der von dem zweiten Begrenzer 463 ausgegebene Ausgabewert LI1i kann durch die folgende Formel (6) wiedergegeben werden.
    Figure DE112013007479T5_0003
  • Die zweite Schalteinheit 464 gibt, veranlasst durch die Eingabe des vom zweiten Begrenzer 463 ausgegebenen Ausgabewerts LI1i und des von der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42 ausgegebenen Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit ein Auswahlergebnis I1i* aus, bei dem es sich um einen Wert handelt, der durch Ausführen einer durch die nachfolgende Formel (7) angegebenen Auswahl unter Verwendung des Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignals Sa, das von der Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 ausgegeben wird, erhalten wird.
    Figure DE112013007479T5_0004
  • Das Auswahlergebnis I1i* wird an die erste Verzögerungseinheit 465 und die gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48 ausgegeben.
  • Die erste Verzögerungseinheit 465 verzögert den Eingabewert um eine Einheit eines Steuerzeitintervalls und gibt den eingegebenen Wert aus. Das Ergebnis, das durch Verzögern des Auswahlergebnisses I1i*, bei dem es sich um den Ausgabewert der zweiten Schalteinheit 464 handelt, um eine Einheit des Steuerzeitintervalls durch die erste Verzögerungseinheit 465 erhalten wird, stellt einen Ausgabewert ZI1i* dar. Die durch die oben angegebene Formel (5) wiedergegebene Verarbeitung erfolgt durch den ersten Addierer 462 mit zwei Eingängen, wodurch eine Integralfunktion für den von dem zweiten Multiplizierer 461 ausgegebenen Multiplikationswert Ki·I1pp realisiert wird. Anders ausgedrückt, stellt das von der zweiten Schalteinheit 464 ausgegebene Auswahlergebnis I1i* einen Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwert dar.
  • Die in 7 veranschaulichte Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46 weist den oben erläuterten Aufbau auf. Daher nimmt der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwert I1i* vor einer durch die erste Schalteinheit 44 gegebenen Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartzeit den Wert 0 an. Mit der durch die zweite Schalteinheit 464 bestimmten Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartzeit beginnt ein Integrationsvorgang ausgehend von dem Regenerationszeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit. Der zweite Begrenzer 463 verhindert, dass der Maximalwert des Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwerts I1i* den Strombegrenzungswert Imax überschreitet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konstante Ki, bei der es sich um eine integrierende Verstärkung handelt, ein Wert ist, der einen vom Steuerzeitintervall abhängigen Faktor einschließt.
  • Das Blockschaltbild der 8 veranschaulicht die Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4. Die in 8 veranschaulichte Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 umfasst einen zweiten Verzögerungsschaltkreis 471, einen zweiten Subtrahierer 472, einen dritten Multiplizierer 473 und einen dritten Begrenzer 474. Der von dem ersten Multiplizierer 43 ausgegebene und in die Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 eingegebene Multiplikationswert Kp·ErrA wird in die zweite Verzögerungseinheit 471 und den Minuendenanschluss des zweiten Subtrahierers 472 eingegeben.
  • Die zweite Verzögerungseinheit 471 verzögert die Eingabe um eine Einheit eines Steuerzeitintervalls und gibt die Eingabe aus. Das Ergebnis, das durch Verzögern des von dem ersten Multiplizierer 43 ausgegebenen Multiplikationswerts Kp·ErrA um eine Einheit des Steuerzeitintervalls durch die zweite Verzögerungseinheit 471 erhalten wird, wird als Ausgabewert ZKpEr ausgegeben. Der Ausgabewert ZKpEr der zweiten Verzögerungseinheit 471 wird in den Subtrahendenanschluss des zweiten Subtrahierers 472 eingegeben.
  • Der zweite Subtrahierer 472 gibt an den dritten Multiplizierer 473 einen durch die nachfolgende Formel (8) definierten Subtraktionswert DifKpEr aus. DifKpEr = Kp·ErrA – ZKpEr (8)
  • Der dritte Multiplizierer 473 erzeugt einen Multiplikationswert I1dp, der durch Multiplikation des Subtraktionswerts DifKpEr mit einer vorgegebenen Konstante Kd, bei der es sich um eine Differenzialverstärkung handelt, erhalten wird, und gibt den Multiplikationswert I1dp an den dritten Begrenzer 474 aus.
  • Der dritte Begrenzer 474 verarbeitet den Multiplikationswert I1dp auf Basis des Werts 0 und des Strombegrenzungswerts Imax wie durch die nachfolgende Formel (9) angegeben und gibt den Multiplikationswert I1dp an die gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48 aus.
    Figure DE112013007479T5_0005
  • Die durch die Formel (8) wiedergegebene Verarbeitung wird von dem zweiten Subtrahierer 472 ausgeführt, wodurch eine Differenzialfunktion für den von dem ersten Multiplizierer 43 ausgegebenen Mulitplikationswert Kp·ErrA realisiert wird. Dadurch wird die Ausgabe des dritten Begrenzers 474 zum Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenwert I1d*.
  • Die Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 weist den oben erläuterten Aufbau auf. Damit verhindert der dritte Begrenzer 474, dass der maximale Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenwert I1d* den Strombegrenzungswert Imax überschreitet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konstante Kd, bei der es sich um die differenzielle Verstärkung handelt, einen Wert darstellt, der einen vom Steuerzeitintervall abhängigen Faktor einschließt.
  • Das Blockschaltbild der 9 veranschaulicht die gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48. Die in 9 veranschaulichte gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48 umfasst einen Addierer 481 mit drei Eingängen, einen vierten Begrenzer 482 und eine dritte Schalteinheit 483.
  • Der Addierer 481 mit drei Eingängen gibt an den vierten Begrenzer 482 eine Summe I1c* des von dem ersten Begrenzer 45 ausgegebenen Rückspeisezeitstromvorgabewertproportionalkomponentenwerts I1p*, des von der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46 ausgegebenen Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwerts I1i* und des von der Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 ausgegebenen Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenwerts I1d* aus.
  • Der vierte Begrenzer 482 gibt's einen Ausgabewert LI1c* aus. Der Ausgabewert LI1c* ist 0, wenn die Summe I1c* einen negativen Wert annimmt, entspricht dem Strombegrenzungswert Imax, wenn die Summe I1c* den Strombegrenzungswert Imax des Wechselstrommotorantriebssystems 1 überschreitet, und stellt einen dem Eingabewert entsprechenden Wert dar, wenn die Summe I1c* einen positiven Wert annimmt und dem Strombegrenzungswert Imax entspricht oder geringer ist. Der von dem vierten Begrenzer 482 ausgegebene Wert LI1c* kann durch die nachfolgende Formel (10) wiedergegeben werden.
    Figure DE112013007479T5_0006
  • Die dritte Schalteinheit 483 erzeugt einen, durch die nachfolgende Formel (11) definierten gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert I1* unter Verwendung des Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflags Fa und gibt den gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert I1* aus. I1* = LI1c*·Fa (11)
  • Die dritte Schalteinheit 483 gibt den Ausgabewert LI1c* als gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert I1* in einem Zeitraum aus, währenddessen das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsflag Fa gültig ist, und in den anderen Zeiträumen 0 aus. Der gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewert I1* der dritten Schalteinheit 463 wird an die Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit 7 ausgegeben.
  • Ein Ladestromwert Is für die Energiespeichervorrichtung 17 zu Beginn des Rückspeisevorgangs kann unter Verwendung der in 3(a) veranschaulichten maximalen Rückspeiseleistung Pmax zur Rückspeisevorgangsanfangszeit durch die nachfolgende Formel (12-1) dargestellt werden. Is·VthA = |Pmax| – |PthA| (12-1)
  • Wie oben erläutert, liegt die in 5(b) veranschaulichte Beziehung zwischen dem Gleichstrombusspannungswert Vdc des Gleichstrombusses 12 und der Rückspeiseleistung vor. Beträgt die Kapazität des Glättungskondensators 13C, dann wird die in 5(b) durch eine dicke, durchgezogene Linie angegebene Beziehung durch eine Funktion fc (Vdc) wiedergegeben. Wenn der als maximale Rückspeiseleistung Pmax in der Funktion fc (Vdc) angenommene Gleichstrombusspannungswert als maximaler Gleichstrombusspannungswert Vmax definiert wird, dann gilt die Beziehung der nachfolgenden Formel (12-2). |Pmax| = fc(Vmax) (12-2)
  • Die Formel (12-1) kann mithilfe der oben angegebenen Formel (12-2) in die nachfolgende Formel (12-3) umgewandelt werden. Is = (1/VthA)fc(Vmax) – |PthA|/VthA (12-3)
  • In der Formel stellen 1/VthA und –|PthA|/VthA jeweils Konstanten dar, deren Werte im Voraus bekannt sind. Daher kann, wenn diese Werte jeweils durch die nachfolgenden Formeln (12-4) und (12-5) definiert sind, die obige Formel (12-3) durch die nachfolgende Formel (12-6) wiedergegeben werden. a = 1/VthA (12-4) b = –|PthA|/VthA (12-5) Is = a·fc(Vmax) + b (12-6)
  • In dem Wechselstrommotorantriebssystem 1 wird jedoch eine Spitze der Rückspeiseleistung durch einen Vorgang zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 niedrig gehalten. Daher kann der maximale Gleichstrombusspannungswert Vmax selbst dann nicht erhalten werden, wenn der Gleichstrombusspannungswert Vdc, bei dem es sich um die Ausgabe der Gleichspannungswerterfassungseinheit 18 handelt, eingehalten wird. Daher wird der maximale Gleichstrombusspannungswert Vmax aus dem erfassbaren Gleichstrombusspannungswert Vdc geschätzt. Pmax1, Pmax2, Vmax1 und Vmax2 für die die Beziehungen der nachfolgenden Formeln (12-7) und (12-8) aus der oben angegebenen Formel (12-2) gelten, werden entsprechend definiert. Es wird jedoch angenommen, dass die Formel (12-9) zwischen Pmax1 und Pmax2 gilt. |Pmax1| = fc(Vmax1) (12-7) |Pmax2| = fc(Vmax1) (12-8) Pmax1 > Pmax2 (12-9)
  • Die grafischen Darstellungen der 10(a-1) bis 10(b-2) veranschaulichen die zeitlichen Verläufe von elektrischer Leistung P und Gleichstrombusspannung Vdc. Selbst wenn bei einem Wechsel zur Startzeit eines Rückspeisevorgangs eine, durch eine gestrichelte Linie in 10(a) wiedergegebene, steil ansteigende Rückspeiseleistung erzeugt wird, z. B. wenn der Wechselstrommotor 16 plötzlich anhält, erfährt die tatsächlich zurückgespeiste Leistung eine durch eine dicke durchgezogene Linie in 10(a) wiedergegebene Verzögerung, aufgrund eines Faktors, wie beispielsweise der Impedanz oder Induktivität des Inverters 14 oder des Gleichstrombusses 12. Je größer die maximal zurückgespeiste Leistung Pmax, desto steiler ist die Änderungsgeschwindigkeit der tatsächlich zurückgespeisten Leistung unmittelbar nach Beginn des Rückspeisevorgangs. Das bedeutet, dass die Änderung der rückgespeisten Leistung in einer Einheit des Steuerzeitintervalls unmittelbar nach Beginn des Rückspeisevorgangs, das in 10(a-1) und 10(a-2) mit Δt0 bezeichnet ist, größer ist, wenn die maximale Rückspeiseleistung Pmax gleich Pmax1 ist, als wenn die maximale Rückspeiseleistung Pmax Pmax2 ist. ΔPmax1 in 10(a-1) ist größer als ΔPmax2 in 10(a-2).
  • Daher ist auch die Änderung des Gleichstrombusspannungswerts Vdc in einer in den 10(b-1) und 10(b-2) mit Δt0 bezeichneten Einheit des Steuerzeitintervalls unmittelbar nach Beginn des Rückspeisevorgangs größer, wenn die maximale Rückspeiseleistung Pmax gleich Pmax1 ist, als wenn die maximale Rückspeiseleistung Pmax gleich Pmax2 ist. ΔVdc1 in 10(b-1) ist größer als ΔVdc2 in 10(a-2).
  • Damit besteht eine eindeutige Beziehung zwischen dem maximalen Gleichstrombusspannungswert Vmax und der Änderung ΔVdc des Gleichstrombusspannungswerts Vdc in einer Einheit des Steuerzeitintervalls. Diese Beziehung ist durch eine Funktion g(ΔVdc) definiert, die in der nachfolgenden Formel (13) angegeben ist. Vmax = g(ΔVdc) (13)
  • Durch Einsetzen der obigen Formel (13) in die Formel (12-6) wird die nachfolgende Formel (14) erhalten. Eine durch die nachfolgende Formel (14) wiedergegebene Funktion zum Erzeugen des Ladestromwerts Is stellt eine Funktion der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42 dar. Is = a·fc(g(ΔVdc)) + b (14)
  • Die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42 ist jedoch nicht nur während der Startzeit des Rückspeisevorgangs in Betrieb, sondern auch während der gesamten Betriebszeit des Wechselstrommotorantriebssystems 1. Daher stellt die linke Seite der oben angegebenen Formel (14) vorzugsweise den Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit dar, der eher einen durch den nachfolgenden Ausdruck (15) wiedergegebenen Kandidatenwert eines Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerts darstellt, als den Ladestromwert Is am Anfangszeitpunkt des Rückspeisevorgangs. Der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit verändert sich zu dem Zeitpunkt, an dem das Rückspeisezeitleistungskompensationsstartsignal Sa der zweiten Schalteinheit 464 der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46 gültig wird, in einen Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert. Iinit = a·fc(g(ΔVdc)) + b (15)
  • Die Blockschaltbilder der 11(a) bis 11(c) veranschaulichen Beispiele für den Aufbau der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42. In 11(a) ist ein Blockschaltbild einer Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42a veranschaulicht. Die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42a umfasst einen dritten Subtrahierer 421, eine dritte Verzögerungseinheit 422, eine ΔVdc/Vmax-Umwandlungseinheit 423, eine Vmax/|Pmax|-Umwandlungseinheit 424, einen vierten Multiplizierer 425, eine Konstante-b-Speichereinheit 426 und einen zweiten Addierer 427 mit zwei Eingängen. Der Gleichstrombusspannungswert Vdc, der von der Gleichspannungswerterfassungseinheit 18 ausgegeben wird, wird in den Minuendenanschluss des dritten Subtrahierers 421 und die dritte Verzögerungseinheit 422 eingegeben.
  • Die dritte Verzögerungseinheit 422 verzögert die Eingabe um eine Einheit des Steuerzeitintervalls und gibt die Eingabe aus. Das Ergebnis, das durch Verzögerung des Gleichstrombusspannungswerts Vdc um eine Einheit des Steuerzeitintervalls durch die dritte Verzögerungseinheit 422 erhalten wird, entspricht einem Ausgangswert ZVdc. Der Ausgangswert ZVdc der dritten Verzögerungseinheit 422 wird in den Subtrahendenanschluss des dritten Subtrahierers 421 eingegeben.
  • Der dritte Subtrahierer 421 erzeugt einen Wert ΔVdc, der durch Subtrahieren von ZVdc von Vdc erhalten wird, und gibt den Wert ΔVdc aus. ΔVdc wird in die ΔVdc/Vmax-Umwandlungseinheit 423 eingegeben. Die ΔVdc/Vmax-Umwandlungseinheit 423 implementiert die durch die oben angegebene Formel (13) angegebene Beziehungsrelation, beispielsweise durch Auslesen einer LUT oder Berechnung unter Verwendung einer Näherungsformel, und gibt den Schätzwert für den maximalen Gleichstrombusspannungswert Vmax aus. Der maximale Gleichstrombusspannungswert Vmax, der von der ΔVdc/Vmax-Umwandlungseinheit 423 ausgegeben wird, wird in die Vmax/|Pmax|-Umwandlungseinheit 424 eingegeben.
  • Die Vmax/|Pmax|-Umwandlungseinheit 424 implementiert die durch die oben angegebene Formel (12-2) bezeichnete Beziehungsrelation, beispielsweise durch Auslesen einer LUT oder Berechnung unter Verwendung einer Näherungsformel, und gibt einen Absolutwert |Pmax| der maximalen Rückspeiseleistung aus. Der Absolutwert |Pmax| der maximalen Rückspeiseleistung, bei der es sich um die Ausgabe der Vmax/|Pmax|-Umwandlungseinheit 424 handelt, wird in den vierten Multiplizierer 425 eingegeben.
  • Der vierte Multiplizierer 425 multipliziert den eingegebenen Absolutwert |Pmax| der maximalen Rückspeiseleistung mit einer in der oben angegebenen Formel (12-4) angegebenen Konstante ”a” und gibt den erhaltenen Wert aus. Der Ausgabewert wird in einen Eingang des zweiten Addierers 427 mit zwei Eingängen eingegeben. In den anderen Eingang des zweiten Addierers 427 mit zwei Eingängen wird von der Konstante-b-Speichereinheit 426, die die in der oben angegebenen Formel (12-5) bezeichnete Konstante ”b” speichert, eine Konstante ”b” eingegeben.
  • Der zweite Addierer 427 mit zwei Eingängen bildet die Summe der Ausgabe des vierten Multiplizierers 425 und der Ausgabe der Konstante-b-Speichereinheit 426 und gibt den durch die oben angegebene Formel (15) bezeichneten Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit an die zweite Schalteinheit 464 (7 der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit 46) aus.
  • 11(b) zeigt ein Blockschaltbild einer Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42b. Die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42b weist eine Konfiguration auf, in die die in 11(a) dargestellte ΔVdc/Vmax-Umwandlungseinheit 423 und die Vmax/|Pmax|-Umwandlungseinheit 424 integriert sind, und die mithilfe einer ΔVdc/|Pmax|-Umwandlungseinheit 428 realisiert ist, die die Beziehungsrelation zwischen ΔVdc und |Pmax| implementiert, die eine komplexe Funktion fc(g(ΔVdc)) darstellt, beispielsweise durch Auslesen einer LUT oder durch Berechnen unter Verwendung einer Näherungsformel, und |Pmax| ausgibt, das den Absolutwert der maximalen Rückspeiseleistung Pmax darstellt.
  • Das Blockschaltbild der 11(c) veranschaulicht eine Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42c. Die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42c weist eine Konfiguration auf, bei der die in 11(a) veranschaulichte ΔVdc/Vmax-Umwandlungseinheit 423, die in 11(a) dargestellte Vmax/|Pmax|-Umwandlungseinheit 424, der in den 11(a) und 11(b) dargestellte vierte Multiplizierer 425, die in den 11(a) und 11(b) dargestellte Konstante-b-Speichereinheit 426 und der den 11(a) und 11(b) dargestellte zweite Addierer 427 mit zwei Eingängen integriert sind und die durch eine ΔVdc/Iinit-Umwandlungseinheit 429 realisiert ist, die die Beziehungsrelation der oben angegebenen Formel (15) kollektiv implementiert, beispielsweise durch Auslesen einer LUT oder durch Berechnen unter Verwendung einer Näherungsformel, und den Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit aus ΔVdc in den 11(a) und 11(b) ausgibt.
  • Die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 ist wie oben erläutert aufgebaut. Dadurch kann der gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewert I1* berechnet werden, der einen Ladestromvorgabewert für den Glättungskondensator 13, d. h. einen gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert darstellt, indem als Integralkomponentenanfangswert der proportional-integralen und differenzialen Steuerung (PID Steuerung) ein Wert eingesetzt wird, der auf dem Gleichstrombusspannungswert Vdc und einem Rückspeisevorgangstartzeitdifferenzialwert basiert, wobei als Vorgabewert der Spannungsschwellwert VthA während der Rückspeisung und als Gleichstrombusspannungswert Vdc ein erfasster Wert verwendet werden.
  • Indem zum Erzeugen einer beträchtlichen Rückspeiseleistung von dem Wechselstrommotor 16 die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 der PID-Steuerung unterworfen und ein Integralkomponentenanfangswert eingeführt wird, kann zum Erzeugen eines steil ansteigenden Rückspeisestroms aus dem Wechselstrommotor 16 ein gleichstrombusseitiger Ladestromvorgabewert mit einer der Höhe der Rückspeiseleistung entsprechenden hohen Ansprechempfindlichkeit berechnet werden.
  • Der von der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 ausgegebene gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewert I1* wird mittels des Gleichstrombusspannungswerts Vdc des Gleichstrombusses 12 und des Spannungsschwellwerts VthA, bei dem es sich um einen Vorgabewert für den Gleichstrombus 12 handelt, erzeugt. Daher bildet der gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewert I1* einen Stromvorgabewert an der zum Gleichstrombus 12 weisenden Seite des Lade-/Entladeschaltkreises 15. Zum Erzeugen des Steuersignals, das von der Lade-/Entladesteuereinheit 2 ausgegeben wird, wird andererseits der Lade-/Entladestromwert Ic, der von der Lade-/Entladestromerfassungseinheit 19 ausgegeben wird, als erfasster Wert verwendet. Daher muss ein Vorgabewert für den Lade-/Entladestromwert Ic ein Stromvorgabewert an der zur Energiespeichervorrichtung 17 weisenden Seite des Lade-/Entladestromkreises 15 sein.
  • Wenn die Verlustleistung des Lade-/Entladeschaltkreises 15 als gering und vernachlässigbar angesehen werden kann und eine an den beiden Enden der Energiespeichervorrichtung 17 anliegende Spannung als Vcap bezeichnet wird, gilt die folgende Formel (16-1) für die Beziehung zwischen dem gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert I1* des Lade-/Entladeschaltkreises 15 und einem energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromvorgabewert Ia*. I1*·Vdc = Ia*·Vcap (16-1)
  • Während der Rückspeiseleistungskompensation wird der Gleichstrombusspannungswert Vdc der oben angegebenen Formel (16-1) auf den Spannungsschwellwert VthA während der Rückspeisung gesteuert. Hierzu wird die obige Formel (16-1) in die nachfolgende Formel (16-2) überführt. Ia* = (VthA/Vcap)·I1* (16-2)
  • Die oben angegebene Formel (16-2) erfordert eine ständige Überwachung der an den beiden Enden der Energiespeichervorrichtung 17 anliegenden Spannung Vcap, sowie die Ausführung einer Division. Damit die Erfassungseinheit für die an den beiden Enden der Energiespeichervorrichtung 17 anliegenden Spannung Vcap wegfallen und eine Division mit komplizierter Berechnung unterbleiben kann, wird die an den beiden Enden der Energiespeichervorrichtung 17 anliegende Spannung Vcap durch einen vorgegebenen Ersatzspannungswert Vcfix für die beiden Enden ersetzt. Wird der Ersatzspannungswert Vcfix für die beiden Enden verwendet, dann verändert sich die oben angegebene Formel (16-2) in die nachfolgende Formel (16-3). Ia* = (VthA/Vcfix)·I1* (16-3)
  • Der Ersatzspannungswert Vcfix für beide Enden weist keine besonderen Beschränkungen auf. Es reicht jedoch aus, wenn ein Minimum, das die an den beiden Enden der Energiespeichervorrichtung 17 anliegende Spannung Vcap annehmen kann, verwendet wird. Wenn der Ersatzspannungswert Vcfix für die beiden Enden als Minimum der an den beiden Enden anliegenden Spannung Vcap festgelegt wird, weist der energiespeichervorrichtungsseitige Ladestromvorgabewert Ia* einen Wert auf, der größer als ein originärer Wert derselben ist. Aufgrund der Verlustleistung des Lade-/Entladeschaltkreises 15 und einer Rückkopplungsfunktion der PID-Steuerung der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 funktioniert der energiespeichervorrichtungsseitige Ladestromvorgabewert Ia* jedoch zufriedenstellend als energiespeichervorrichtungsseitiger Ladestromvorgabewert.
  • Daher weist die Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit 7 der Rückspeisezeitsteuereinheit 3 in der Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit 7 eine Ersatzspannungswert-für-beide-Enden-Speichereinheit auf, die einen Umkehrwert 1/Vcfix des vorgegebenen Spannungsersatzwertes Vcfix für beide Enden speichert. Die Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit 7 berechnet ein Produkt aus drei Werten, nämlich dem Umkehrwert, dem von der Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 eingegebenen gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert I1* und dem von der Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 eingegebenen Rückspeisezeitspannungsschwellwert VthA (die oben angegebene Formel (16-3)) und erzeugt den energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromvorgabewert Ia*. Der energiespeichervorrichtungsseitige Ladestromvorgabewert Ia*, der von der Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit 7 ausgegeben wird, wird an die Stromvorgabewertintegrationseinheit 22 ausgegeben.
  • Das Wechselstrommotorantriebssystem der oben erläuterten vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Stromrichter, der Gleichstrom zur Verfügung stellt, einen Inverter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, einen Gleichstrombus, der den Stromrichter mit dem Inverter verbindet, einen mit Wechselstrom angetriebenen Wechselstrommotor, eine Gleichspannungserfassungseinheit, die eine Gleichspannung an der Ausgangsseite des Stromrichters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung, die mit Gleichstrom von dem Gleichstrombus geladen wird und die geladene Gleichstromleistung in den Gleichstrombus zurückspeist, einen Lade-/Entladeschaltkreis, der parallel zum Inverter mit dem Gleichstrombus verbunden und zwischen den Gleichstrombus und der Energiespeichervorrichtung geschaltet ist, wobei der Lade-/Entladeschaltkreis das Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung bewirkt, eine Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit, die einen Lade-/Entladestromwert der Energiespeichervorrichtung erfasst, und eine Lade-/Entladesteuereinheit, die ein Steuersignal zum Steuern des Inverters auf Basis der Gleichspannung und des Lade-/Entladestromwerts ausgibt. Wenn ein Rückspeisestrom von dem Wechselstrommotor über den Inverter einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, bewirkt die Lade-/Entladesteuereinheit, dass die Energiespeichervorrichtung so geladen wird, dass die Gleichspannung einen dem Leistungsschwellwert entsprechenden Spannungsschwellwert annimmt, und bewirkt, dass ein Ladestrom zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung mit einem Ladestromwert beginnt, der auf einem Gleichstrombusspannungswert des Gleichstrombusses basiert.
  • Außerdem reicht es aus, wenn der Ladestromwert zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung auf dem Betrag der Änderung der Gleichspannung zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens basiert.
  • Ferner reicht es aus, wenn die Lade-/Entladesteuereinheit abhängig vom Gleichspannungswert und Spannungsschwellwert eine integrale Steuereinheit, eine proportional integrale Steuereinheit oder eine proportional-integral-differenzielle Steuereinheit aufweist und die Lade-/Entladesteuereinheit zu einem Zeitpunkt eines Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung in der integralen Steuereinheit, der proportional-integralen Steuereinheit oder der proportional-integralendifferenziellen Steuereinheit eine Integralkomponente auf einen Wert festlegt, der dem Gleichspannungswert zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens entspricht.
  • Das Wechselstrommotorantriebssystem der vorliegenden Ausführungsform weist die unten erläuterten Wirkungen auf. Es wird darauf hingewiesen, dass die 12(a) bis 12(c) jeweils grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von zeitlichen Verläufen der Rückspeiseleistung Pload(t), des gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewerts I1i* und des Rückspeisezeitstromanweisungswertdifferenzialkomponentenwerts I1d* darstellen.
  • Als Erstes kann bei dem Wechselstrommotorantriebssystem der vorliegenden Ausführungsform durch die Einführung des Rückspeisezeitstromvorgabeintegralkomponentenanfangswerts Iinit zum Zeitpunkt des Starts einer Erzeugung eines steil ansteigenden Rückspeisestroms der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwert I1i* wie durch eine durchgezogene Linie in 12(b) dargestellt anders als bei einem herkömmlichen Aufbau, bei dem der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwert I1i* mit einer in 12(b) durch eine gestrichelte Linie dargestellten verzögerten Reaktion erzeugt werden muss, mit einer schnellen Reaktion erhalten werden, wodurch ein Steuersignal mit hohem Ansprechverhalten erhalten werden kann.
  • Als Zweites wird der Rückspeisezeitstromvorgabeintegralkomponentenanfangswert Iinit als ein dem gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert I1* zum Zeitpunkt des Beginns des Rückspeisestroms entsprechender Wert erzeugt. Da damit verhindert werden kann, dass ein Rückspeisezeitstromvorgabeintegralkomponentenanfangswert verwendet wird, der einen unnötig großen Wert aufweist, kann verhindert werden, dass zum Zeitpunkt des Beginns des Rückspeisevorgangs von der Systemstromversorgung unnötigerweise Energie zugeführt wird.
  • Drittens kann, da die Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42 ständig in Betrieb ist, selbst dann verhindert werden, dass der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwert I1i* sich stark ändert, wenn das Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangsstartsignal Sa zu einem anderen Zeitpunkt Gültigkeit erlangt, als unmittelbar nach dem Zeitpunkt des Beginns des Rückspeisevorgangs, wobei der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswert Iinit durch den Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenwert I1i* ersetzt wird, und dadurch ein Steuersignal mit hoher Kontinuität erhalten werden kann. Hierdurch kann die Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung 17 und des Induktorelements im Lade-/Entladeschaltkreis 15 verlängert werden.
  • Viertens wird beim Erzeugen des Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerts Iinit der Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit 42 lediglich der Gleichstrombusspannungswert Vdc als erfasster Wert verwendet. Dadurch erübrigt sich die Stromwerterfassungseinheit des Gleichstrombusses 12, in der ein großer Strom fließt. Hierdurch können die Kosten des Wechselstrommotorantriebssystems gesenkt, durch Verringern der Kapazität und Eliminieren des Befestigungselements Ressourcen eingespart und das Risiko eines Kontrollverlustes aufgrund einer Sättigung des magnetischen Flusses der Stromwerterfassungseinheit vermieden werden.
  • Fünftens ist der Aufbau so ausgebildet, dass die Eingabe in die Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 nicht über die erste Schalteinheit 44 erfolgt. Daher muss zum Erzeugen des Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenwerts I1d* nicht die Erzeugung des Rückspeiseszeitleistungskompensationsvorgangsflags Fa der Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 abgewartet werden. Hierdurch kann der Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenwert I1d* unmittelbar nach Beginn des Erzeugens von elektrischer Leistung während der Rückspeisung erfolgen. Hierdurch wird das Erzeugen eines effektiven Steuersignals unmittelbar nach Beginn eines Rückspeisungskompensationsvorgangs ermöglicht.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Beitrag des Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenwerts I1d* (12(c)) zum gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewert I1* (dicke durchgezogene Linie in 12(b)) begrenzt und gering ist. Bei einem Aufbau, bei dem die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 die Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 nicht enthält, kann daher ein Wechselstrommotorantriebssystem erhalten werden, das den oben beschriebenen ersten bis vierten Effekt aufweist. In diesem Fall ist jedoch der in der gleichstrombusseitigen Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48 angeordnete Addierer 481 mit drei Eingängen durch einen Addierer mit zwei Eingängen ersetzt. Ferner kann ein Wechselstrommotorantriebssystem, das den oben beschriebenen ersten bis vierten Effekt aufweist, innerhalb eines Bereichs, in dem ein dauerhafter Fehler zulässig ist, selbst dann erhalten werden, wenn die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4 weder den ersten Begrenzer 45 noch die Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit 47 enthält. In diesem Fall enthält die gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit 48 auch nicht den Addierer 481 mit drei Eingängen. Es wird darauf hingewiesen dass In 1 angenommen wird, dass der Lade-/Entladeschaltkreis 15 ein einphasiger Zerhacker ist. 1 veranschaulicht daher einen Fall, bei dem lediglich eine Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit 19 vorhanden ist. Um die Welligkeit eines Lade-/Entladestroms der Energiespeichervorrichtung 17 gering zu halten kann der Lade-/Entladeschaltkreis 15 auch mit einem mehrphasigen, d. h. n-phasigen Zerhacker (n ist eine ganze Zahl größer oder gleich zwei) ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung des Lade-/Entladeschaltkreises 15 mit einem n-phasigen Zerhacker kann die Welligkeit des Lade-/Entladestroms der Energiespeichervorrichtung 17 auf 1/n reduziert werden. Da hierdurch die Wärmeerzeugung durch die Energiespeichervorrichtung 17 verhindert werden kann, kann die Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung 17 verlängert werden. Wird der Lade-/Entladeschaltkreis 15 mit einem n-phasigen Zerhacker ausgebildet, dann werden m-Lade-/Entladestromerfassungseinheiten (m ist eine ganz Zahl größer oder gleich eins und kleiner oder gleich n) eingesetzt, m-Lade-/Entladestromwerte in die Steuersignalerzeugungseinheit 23 der Lade-/Entladesteuereinheit 2 eingegeben und ein Lade-/Entladestrom Ic der Energiespeichervorrichtung 17 berechnet und verwendet.
  • Bei einer Ausbildung des Lade-/Entladeschaltkreises 15 mit einem n-phasigen Zerhacker kann der Lade-/Entladestrom pro Phase gering gehalten werden; dadurch wird die Ansprechzeit eines Lade-/Entladestroms auf ein Steuersignal, das von der Lade-/Entladesteuereinheit 2 ausgegeben wird, kurz. Dadurch wird die Reaktion eines Ladestroms auf ein Steuersignal zum Zeitpunkt des Beginns des Rückspeisevorgangs im Vergleich mit einer Reaktion im Falle eines einphasigen Zerhackers verbessert.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Wechselstrommotorantriebssystem bei der in 1 veranschaulichten Konfiguration ferner eine Hilfsladesteuereinheit aufweisen kann, die ein Steuersignal erzeugt, um den Lade-/Entladeschaltkreis 15 zum Laden und Entladen der gewünschten elektrischen Leistung in und aus der Energiespeichervorrichtung 17 während eines Zeitraums aktiviert, währenddessen der Wechselstrommotor 16 weder einen stromverbrauchenden Vorgang noch einen Rückspeisevorgang ausführt, und wenn die elektrische Leistung während des stromverbrauchenden Vorgangs des Elektromotors 16 oder die elektrische Leistung während des Rückspeisevorgangs kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist. Wenn es nicht nötig ist, die von dem Stromrichter 11 während einer Stromaufnahme zugeführte Leistung niedrig zu halten, kann der Aufbau umgekehrt so ausgebildet sein, dass die bei der vorliegenden Ausführungsform erläuterte Stromversorgungszeitsteuereinheit 21 und die Stromvorgabewertintegrationseinheit 22 nicht vorhanden sind.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform eine Gestaltung erläutert wurde, bei der die Lade-/Entladesteuereinheit 2 aus einer Kombination verschiedener Arten von Hardware aufgebaut ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Gestaltung beschränkt, anders ausgedrückt können einen Teil oder alle der Komponenten der Lade-/Entladesteuereinheit 2 zum Ersetzen der Komponenten mithilfe von Software implementiert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Das Blockschaltbild der 13 veranschaulicht die gesamte zweite Ausführungsform des Wechselstrommotorantriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das in 13 dargestellte Wechselstrommotorantriebssystem 1a umfasst eine Lade-/Entladesteuereinheit 2a, den Stromrichter 11, den Glättungskondensator 13, den Inverter 14, den Lade-/Entladeschaltkreis 15, den Wechselstrommotor 16, die Energiespeichervorrichtung 17, die Gleichspannungswerterfassungseinheit 18, die Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit 19 und eine Wechselspannungswerterfassungseinheit 8. Anders ausgedrückt unterscheidet sich das in 13 dargestellte Wechselstrommotorantriebssystem 1a von dem in 1 dargestellten Wechselstrommotorantriebssystem 1 darin, dass das Wechselstrommotorantriebssystem 1a die Wechselspannungswerterfassungseinheit 8 aufweist.
  • Die Wechselspannungswerterfassungseinheit 8 erfasst einen Wechselspannungswert Vac, bei dem es sich um einen Spannungswert zwischen den Leitungen der Systemstromversorgung handelt, die mit der zur Systemstromversorgung 10 weisenden Seite des Stromrichters 11 verbunden sind, und gibt den Wechselspannungswert Vac an die Lade-/Entladesteuereinheit 2a aus. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform für Einheiten, die Einheiten der ersten Ausführungsform gleichen oder zu diesen äquivalent sind, gleiche Namen und Bezugsnummern bzw. Zeichen verwendet werden. Eine Erläuterung der Einheiten wird unterlassen.
  • Der Wert der in den Stromrichter 11 von der Systemstromversorgung eingegebenen Wechselspannung Vac ändert sich abhängig von der Leitungslänge zwischen der Systemstromversorgung 10 und dem Stromrichter 11. Werden mehrere Wechselstrommotorantriebssysteme an dieselbe Systemstromversorgung angeschlossen, dann schwankt der Wert Vac der in den Stromrichter 11 von einem der Wechselstrommotorantriebssysteme eingegebenen Spannung in Abhängigkeit von den Betriebszuständen (Betriebsamkeit) der anderen Wechselstrommotorantriebssysteme. Wenn der Wert Vac der Wechselspannung im Stromrichter 11 schwankt, dann schwankt auch der Wert Vdc der Spannung des Gleichstrombusses 12, der den Ausgang des Stromrichters 11 bildet.
  • Bei dem Wechselstrommotorantriebssystem 1a der vorliegenden Ausführungsform kann der über den Stromrichter 11 zurückgespeiste Rückspeisestrom selbst dann während einer Rückspeisung auf den vorgegebenen Leistungsschwellwert PthA gedrückt werden, wenn der Wert Vac der Wechselspannung am Stromrichter 11 schwankt.
  • Die grafische Darstellung von 14 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Wert Vdc der Gleichstrombusspannung und der bei einem Rückspeisevorgang des Wechselstrommotors 16 vom Stromrichter 11 zurückgespeisten Leistung |Pcnv(t)|, wenn der Kapazitätswert des Glättungskondensators 13 auf C fixiert und der Wert Vac der Wechselspannung schwankt. In 14 ist dann Vac1 < Vac0 < Vac2 und die Beziehung zwischen |Pcnv(t)| und dem Wert Vdc der Spannung bei einem Gleichstrombusspannungswert Vdc von Vac0 ist durch eine dicke durchgezogene Linie dargestellt. Beträgt der Wert Vdc der Gleichstrombusspannung Vac1 bzw. Vac2, dann ist die Beziehung in 14 in ähnlicher Weise durch gestrichelte Linien dargestellt. Die Beziehungen zwischen der dicken durchgezogenen Linie und den beiden gestrichelten Linien von 14 entsprechen im Wesentlichen einer Verschiebung.
  • Wie ferner aus 14 ersichtlich, muss selbst dann, wenn versucht wird, die vom Stromrichter 11 zurückgespeiste elektrische Leistung auf PthA zu drücken, während der Spannungsschwellwert VthA während der Rückspeisung im Falle von Vac = Vac0 VthA_0 beträgt, der Spannungsschwellwert VthA während der Rückspeisung im Falle von Vac = Vac1 auf VthA_1 und der Spannungsschwellwert VthA während der Rückspeisung im Falle von Vac = Vac2 auf VthA_2 festgelegt werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher der von der Wechselspannungswerterfassungseinheit 8 erfasste Wert Vac der Wechselspannung in die Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 der Rückspeisezeitsteuereinheit 3 der Lade-/Entladesteuereinheit 2a eingegeben. Die Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 der vorliegenden Ausführungsform umfasst z. B. zum Kapazitätswert C des Glättungskondensators 13 passende LUTs, die zu der wie in 14 dargestellten Differenz des Wechselspannungswerts passen. Alternativ nutzt die Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 der vorliegenden Ausführungsform die Tatsache, dass die der Differenz im Wechselspannungswert geschuldete Beziehung zwischen dem Spannungswert Vdc und |Pcnv(t)| im Wesentlichen eine Verschiebebeziehung ist, wenn der Kapazitätswert des Glättungskondensators 13 denselben Wert C aufweist. Das bedeutet, dass die Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 im Falle von Vac = Vac0 lediglich eine Beziehung in Form einer LUT oder einer Näherungsformel speichert.
  • Die Ausgabe der Umwandlungseinheit der Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 entspricht VthA_0 von 14. Um den Spannungsschwellwert VthA während einer Rückspeisung zu erhalten, wird VthA_0 einer durch die nachfolgende Formel (17) bezeichneten arithmetischen Operation unterzogen, d. h. VthA_0 wird mit einer Konstante Ka/Vac0 multipliziert und danach mit dem Wechselspannungswert Vac von der Wechselspannungswerterfassungseinheit 8 multipliziert. VthA = (Ka/Vac0)·Vac·VthA_0 (17)
  • Bei der in der oben angegebenen Formel (17) enthaltenen Konstante Ka handelt es sich jedoch um eine Konstante, die ein auf den Spannungswert Vac0, der als Referenz für den Wechselspannungswert Vac dient, bezogenes Maß der Änderung darstellt, d. h. als Maß der Verschiebung der Kurven in 14.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform wird die Ausgabe der Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 an die Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit 4, die Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit 5 und eine Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit 7 ausgegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform Daten, die durch Multiplizieren von VthA_0 mit der Konstante Ka/Vac0 in der Umwandlungseinheit der Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit 6 gespeichert werden können.
  • Zusätzlich zu den Wirkungen der ersten Ausführungsform kann selbst dann, wenn der Wert Vac der Wechselspannung, bei dem es sich um den Spannungswert zwischen den Leitungen der Systemstromversorgung an der Eingangsseite des Stromrichters 11 handelt, schwankt, der über den Stromrichter 11 zurückgespeiste Rückspeisestrom auf den vorgegebenen Schwellwert PthA gedrückt werden, ohne dass eine Gleichstrombusstromwerterfassungseinheit erforderlich ist.
  • Das Blockschaltbild der 15 veranschaulicht die Lade-/Entladesteuereinheit 2a der vorliegenden Ausführungsform. Wie aus 15 ersichtlich, kann, um eine einen Leistungsaufnahmevorgang betreffende Leistungsspitze niedrig zu halten und um Schwankungen des Wechselspannungswerts Vac der Systemstromversorgung 10 zu begegnen, der Wechselspannungswert Vac in die Stromaufnahmezeitsteuereinheit 21 eingegeben werden.
  • Das Wechselstrommotorantriebssystem der oben erläuterten vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Stromrichter, der einen Wechselstrom in eine Gleichstromleistung umgewandelt, einen Inverter, der die Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umwandelt, die sich von der in den Stromrichter eingegebenen Wechselstromleistung unterscheidet, einen Gleichstrombus, der den Stromrichter mit dem Inverter verbindet, einen Wechselstrommotor, der mit der vom Inverter ausgegebenen Wechselstromleistung betrieben wird, eine Gleichspannungswerterfassungseinheit, die einen Gleichspannungswert an einer Ausgangsseite des Konverters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung, die mit Gleichstrom von dem Gleichstrombus geladen und die geladene Gleichstromenergie in den Gleichstrombus zurückführt, ein Lade-/Entladeschaltkreis, der parallel zum Inverter mit dem Gleichstrombus verbunden und zwischen den Gleichstrombus und die Energiespeichervorrichtung geschaltet ist, wobei der Lade-/Entladeschaltkreis bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung geladen und entladen wird, eine Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit, die einen Lade-/Entladestromwert der Energiespeichervorrichtung erfasst, eine Wechselspannungswerterfassungseinheit, die an der Eingangsseite des Stromrichters einen Wechselspannungswert erfasst, und eine Lade-/Entladesteuereinheit, die ein Steuersignal zum Steuern des Inverters auf Basis des Gleichspannungswerts, des Lade-/Entladestromwerts und des Wechselspannungswerts ausgibt. Wenn der Rückspeisestrom aus dem Wechselstrommotor über den Inverter einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, bewirkt die Lade-/Entladesteuereinheit, dass die Energiespeichervorrichtung so geladen wird, dass der Gleichspannungswert ein Spannungsschwellwert wird, der dem Leistungsschwellwert und dem Wechselspannungswert entspricht, und bewirkt, dass der Ladestrom zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung mit einem Ladestromwert beginnt, der auf dem Gleichspannungswert und Wechselspannungswert basiert.
  • Darüber hinaus reicht es aus, wenn der Wert des Ladestroms zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung auf einem Änderungsbetrag des Gleichspannungswerts zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens basiert und auf dem Wechselspannungswert basiert.
  • Ferner reicht es aus, wenn die Lade-/Entladesteuereinheit eine Integralsteuereinheit, eine Proportional-Integralsteuereinheit, oder eine Proportional-Integral- und Differenzialsteuereinheit aufweist, die den Gleichspannungswert und den Spannungsschwellwert berücksichtigt, wobei die Lade-/Entladesteuereinheit zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung in der Integralsteuereinheit, der Proportional-Integralsteuereinheit, oder der Proportional-Integral- und Differenzialsteuereinheit eine Integralkomponente auf einen Wert setzt, der den Gleichspannungswert zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens entspricht.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass ein Teil oder alle Komponenten der Lade-/Entladesteuereinheit 2a der vorliegenden Ausführungsform zum Ersetzen der Komponenten auch durch Software implementiert werden können.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie oben erläutert, ist das Wechselstrommotorantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Wechselstrommotorantriebssystem von Vorteil, das einen Wechselstrommotor aufweist, der mit einer Systemstromversorgung verbunden ist, und diesen betreibt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1 Wechselstrommotorantriebssystem, 2 Lade-/Entladesteuereinheit, 3 Rückspeisezeitsteuereinheit, 4 Ladestromvorgabewerterzeugungseinheit, 5 Rückspeisezeitleistungskompensationsvorgangssteuereinheit, 6 Rückspeisezeitleistung-/Spannungsumwandlungseinheit, 7 Ladestromvorgabewertumwandlungseinheit, 10 Systemstromversorgung, 11 Stromrichter, 12 Gleichstrombus, 12a Hochpotenzialseite des Gleichstrombusses, 12b Niedrigpotenzialseite des Gleichstrombusses, 13 Glättungskondensator, 14 Inverter, 15 Lade-/Entladeschaltkreis, 16 Wechselstrommotor, 17 Energiespeichervorrichtung, 18 Gleichspannungswerterfassungseinheit, 19 Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit, 21 Stromversorgungszeitsteuereinheit, 22 Stromvorgabewertintegrationseinheit, 23 Steuersignalerzeugungseinheit, 41 ersterSubtrahierer, 42, 42a bis 42c Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenanfangswerterzeugungseinheit, 43 erster Multiplizierer, 44 erste Schalteinheit, 45 erster Begrenzer,46 Rückspeisezeitstromvorgabewertintegralkomponentenerzeugungseinheit, 47 Rückspeisezeitstromvorgabewertdifferenzialkomponentenerzeugungseinheit, 48 gleichstrombusseitige Ladestromvorgabewertausgabeeinheit, 61 Rückspeisezeitspannungsschwellwerterzeugungs-/Umwandlungseinheit, 62 Kapazitätswertspeichereinheit, 63 Rückspeisezeitleistungsschwellwertspeichereinheit, 421 dritter Subtrahierer, 422 dritte Verzögerungseinheit, 423 ΔVdc/Vmax-Umwandlungseinheit, 424 Vmax/|Pmax|-Umwandlungseinheit, 425 vierter Multiplizierer, 426 Konstante-b-Speichereinheit, 427 zweiter Addierer mit zwei Eingängen, 428 Vdc/|Pmax|-Umwandlungseinheit, 429 ΔVdc/Iinit-Umwandlungseinheit, 461 zweiter Multiplizierer, 462 erster Addierer mit zwei Eingängen, 463 zweiter Begrenzer, 464 zweite Schalteinheit, 465 erste Verzögerungseinheit, 471 zweiteVerzögerungseinheit, 472 zweiter Subtrahierer, 473 dritter Multiplizierer, 474 dritter Begrenzer, 481 Addierer mit drei Eingängen, 482 vierter Begrenzer, 483 dritte Schalteinheit.

Claims (5)

  1. Wechselstrommotorantriebssystem, das aufweist: einen Stromrichter, der Gleichstrom zuführt, einen Inverter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, einen Gleichstrombus, der den Stromrichter mit dem Inverter verbindet, einen Wechselstrommotor, der durch Wechselstrom angetrieben wird, eine Gleichspannungswerterfassungseinheit, die einen Gleichspannungswert an einer Ausgangsseite des Stromrichters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung, die mit Gleichstrom von dem Gleichstrombus geladen wird und die geladene Gleichstromenergie in den Gleichstrombus abgibt, einen Lade-/Entladeschaltkreis, der parallel zum Inverter mit dem Gleichstrombus verbunden und zwischen den Gleichstrombus und die Energiespeichervorrichtung geschaltet ist, wobei der Lade-/Entladeschaltkreis bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung geladen und entladen wird, eine Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit, die einen Lade-/Entladestromwert der Energiespeichervorrichtung erfasst, und eine Lade-/Entladesteuereinheit, die ein Steuersignal zum Steuern des Inverters auf Basis des Gleichspannungswerts und des Lade-/Entladestromwerts ausgibt, wobei die Lade-/Entladesteuereinheit bewirkt, wenn der Rückspeisestrom vom Wechselstrommotor über den Inverter einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, dass die Energiespeichervorrichtung so geladen wird, dass der Gleichspannungswert einen Spannungsschwellwert annimmt, der dem Leistungsschwellwert entspricht, und bewirkt, dass ein Ladestrom zum Zeitpunkt eines Beginns eines Ladens der Energiespeichervorrichtung mit einem Ladestromwert beginnt, der auf einem Gleichstrombusspannungswert des Gleichstrombusses basiert.
  2. Wechselstrommotorantriebssystem nach Anspruch 1, worin der Ladestromwert zum Zeitpunkt eines Beginns eines Ladens einer Energiespeichervorrichtung auf einem Umfang der Veränderung des Gleichspannungswerts zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens basiert.
  3. Wechselstrommotorantriebssystem, das aufweist: einen Stromrichter, der einen Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt, einen Inverter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, der sich von dem Wechselstrom unterscheidet, der in den Stromrichter eingegeben wird, einen Gleichstrombus, der den Stromrichter mit dem Inverter verbindet, einen Wechselstrommotor, der durch den von dem Inverter ausgegebenen Wechselstrom angetrieben wird, eine Gleichspannungswerterfassungseinheit, die einen Gleichspannungswert an einer Ausgangsseite des Stromrichters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung, die mit dem Gleichstrom vom Gleichstrombus geladen wird und die geladene Gleichstromenergie in den Gleichstrombus abgibt, ein Lade-/Entladeschaltkreis, der parallel zum Inverter mit dem Gleichstrombus verbunden ist und zwischen den Gleichstrombus und die Energiespeichervorrichtung geschaltet ist, wobei der Lade-/Entladeschaltkreis bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung geladen und entladen wird, eine Lade-/Entladestromwerterfassungseinheit, die einen Lade-/Entladestromwert der Energiespeichervorrichtung erfasst, eine Wechselspannungswerterfassungseinheit, die einen Wechselspannungswert an einer Eingangsseite des Stromrichters erfasst, und eine Lade-/Entladesteuereinheit, die ein Steuersignal zum Steuern des Inverters auf Basis des Gleichspannungswerts, des Lade-/Entladestromwerts und des Wechselspannungswerts ausgibt, wobei der Lade-/Entladesteuerschaltkreis bewirkt, wenn der Rückspeisestrom vom Wechselstrommotor über den Inverter einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, dass die Energiespeichervorrichtung so geladen wird, dass der Gleichspannungswert einen Spannungsschwellwert annimmt, der dem Leistungsschwellwert und dem Wechselspannungswert entspricht, und bewirkt, dass der Ladestrom zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung mit einem Ladestromwert beginnt, der auf dem Gleichspannungswert und dem Wechselspannungswert basiert.
  4. Wechselstrommotorantriebssystem nach Anspruch 3, worin der Ladestromwert zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung auf einem Umfang der Änderung des Gleichspannungswerts zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens und auf dem Wechselspannungswert basiert.
  5. Wechselstrommotorantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Lade-/Entladesteuereinheit abhängig vom Gleichspannungswert und vom Spannungsschwellwert eine Integralsteuereinheit, eine Proportional-Integralsteuereinheit oder eine Proportional-Integral- und Differenzialsteuereinheit aufweist, und die Lade-/Entladesteuereinheit zum Zeitpunkt eines Beginns des Ladens der Energiespeichervorrichtung eine Integralkomponente in der Integralsteuereinheit, der Proportional-Integralsteuereinheit, oder der Proportional-Integral- und Differenzialsteuereinheit auf einen Wert setzt, der dem Gleichspannungswert zum Zeitpunkt des Beginns des Ladens entspricht.
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