DE112014006690B4 - Verbessertes Wechselstrommotoransteuerungssystem - Google Patents

Abstract

Wechselstrommotoransteuerungssystem (1), das aufweist:einen Stromrichter (11) für die Gleichstromversorgung,einen Inverter (14), der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt,einen Gleichstrombus (12), der den Stromrichter und den Inverter miteinander verbindet,einen Wechselstrommotor (16), der mit dem Wechselstrom angesteuert wird,einen Gleichspannungswertdetektor (18), der den Wert einer Gleichstrombusspannung an einer Ausgangsseite des Stromrichters erfasst,eine Energiespeichervorrichtung (17), die Gleichstrom aus dem Gleichstrombus aufnimmt und den gespeicherten Gleichstrom an den Gleichstrombus abgibt,einen Lade- und Entladeschaltkreis (15), der mit dem Gleichstrombus verbunden und parallel zum Inverter geschaltet ist und die Energiespeichervorrichtung lädt und entlädt,einen Lade- und Entladestromwertdetektor (19), der einen Wert eines die Energiespeichervorrichtung ladenden bzw. entladenden Stroms erfasst, undeine Lade- und Entladesteuerung (2), die ein Steuersignal ausgibt, um den Lade- und Entladeschaltkreis auf Basis des Werts der Gleichstrombusspannung und des von dem Lade- und Entladestromwertdetektor (19) erfassten Werts des Lade- bzw. Entladestroms zu steuern, wobeidie Lade- und Entladesteuerung (2), wenn die aus dem Wechselstrommotor (16) über den Inverter (14) zurückgespeiste Leistung einen vorgegebenen Leistungsschwellwert (PthA) überschreitet, bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung (17) so geladen wird, dass der Wert der Gleichstrombusspannung einen Spannungsschwellwert (VthA) annimmt, der dem vorgegebenen Leistungsschwellwert (PthA) entspricht,der Stromrichter (11), wenn die zurückgespeiste Leistung gleich oder kleiner als der vorgegebene Leistungsschwellwert (PthA) ist, jedes Mal einen Rückspeisevorgang beginnt, wenn eine ansteigende Gleichstrombusspannung einen vorgegebenen Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht hat, undden Rückspeisevorgang ausführt, bis die Gleichstrombusspannung auf einen vorgegebenen Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert abgefallen ist,ein zeitlich gemittelter Wert des Werts der Gleichstrombusspannung während des Rückspeisevorgangs des Stromrichters kleiner als ein Gleichstrombusspannungswert während eines Leerlauf-Zeitraums ist, bei dem der Stromrichter weder eine Stromversorgung noch eine Rückspeisung vornimmt, unddie Lade- und Entladesteuerung (2) die Energiespeichervorrichtung während Zeiträumen mit einem konstanten Strom lädt, zu denen der Stromrichter einen Rückspeisevorgang ausführt.

Description

• Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wechselstrommotoransteuerungssystem.
• Hintergrund
• Beispiele für Konfigurationen herkömmlicher Wechselstrommotoransteuerungssysteme umfassen ein Wechselstrommotoransteuerungssystem, bei dem ein Inverter und ein Lade- und Entladeschaltkreis, die parallel geschaltet sind, mit einem sich an der Ausgangsseite eines Stromrichters befindenden Gleichstrombus verbunden sind, wobei der Stromrichter einen Wechselstrom aus einer Systemstromversorgung mithilfe eines Glättungskondensators in einen Gleichstrom umwandelt. Zum Ansteuern des Wechselstrommotors wandelt der Inverter den Gleichstrom in einen Wechselstrom um, dessen Spannungswert und Frequenz sich von denen der Systemstromversorgung unterscheiden, wobei der Lade- und Entladeschaltkreis zum Laden und Entladen einer Energiespeichervorrichtung verwendet wird, die den Gleichstrom aufnimmt und abgibt.
• In Patentdokument 1 werden zum Beispiel ein Verfahren, bei dem die Spitze der über einen Stromrichter zu einer Systemstromversorgung zurückgespeisten Leistung durch Laden einer Energiespeichervorrichtung mit einem Teil der zurückgespeisten Leistung auf Basis des Spannungswerts eines Gleichstrombusses reguliert wird, der infolge der aus dem Wechselstrommotor zurückgespeisten Leistung ansteigt, und ein Verfahren offenbart, bei dem die Spitze der von der Systemstromversorgung über den Stromrichter zugeführten Leistung über die in der Energiespeichervorrichtung gespeicherte Entladeleistung auf Basis des Gleichstrombusspannungswerts gesteuert wird, der durch die beim Ansteuern des Wechselstrommotors bedingte Leistungsaufnahme des Wechselstrommotors abfällt. Gemäß den in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren besteht zwischen dem Zustand, bei dem bei dem der Gleichstrombusspannungswert während einer Rückspeisung aus dem Wechselstrommotor zunimmt, und dem Zustand, bei dem der Gleichstrombusspannungswert während einer Einspeisung von Leistung in den Wechselstrommotor abnimmt, im Vergleich zu dem Gleichstrombusspannungswert bei einem Wechselstrommotorbetrieb ohne Leistungsaufnahme oder Rückspeisung, d. h. bei lastfreiem Wechselstrommotor, ein deutlicher Unterschied. Die Spitzen der von der Systemstromversorgung über den Stromrichter dem Wechselstrommotor zugeführten Leistung und die Spitzen der von dem Wechselstrommotor über den Stromrichter zu der Systemstromversorgung zurückgeführten Leistung werden durch Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung auf Basis dieses Unterschieds reguliert. Um die Kosten zu senken und die Nutzungsdauer von Komponenten eines Glättungskondensators, eines Stromrichters und eines mit einem Gleichstrombus verbundenen Inverters bei gelockerten Spezifikationen für die Stehspannung zu erhöhen, wird der Anstieg des Gleichstrombusspannungswerts während einer Rückspeisung aus dem Wechselstrommotor vorzugsweise vermindert oder verhindert, wobei der Wert der Gleichstrombusspannung möglichst unterhalb des Werts für Leerlauf-Zeiträume gehalten wird.
• Liste der Zitate
• Patentliteratur
• Patentdokument 1: JP 5 389 302 B1
• Kurzfassung der Erfindung
• Technische Problemstellung
• Ein Problem besteht bei den oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren jedoch darin, dass diese nicht zu einer Bestimmung in der Lage sind, ob der Stromrichter sich in einem Zustand befindet, bei dem Strom in die Systemstromversorgung zurückgespeist wird, oder in einem Zustand befindet, bei dem diesem von der Systemstromversorgung Strom zugeführt wird, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung während einer Wechselstrommotorrückspeisung unterhalb des für Leerlauf-Zeiträume fällt.
• Die vorliegende Erfindung entstand angesichts des oben Dargelegten, wobei eine Aufgabe in der Angabe eines Wechselstrommotoransteuerungssystems besteht, bei dem ein Stromrichter selbst dann zuverlässig Strom in eine Systemstromversorgung zurückführt, wenn ein Gleichstrombusspannungswert auf unterhalb eines Gleichstrombusspannungswerts für einen während der Wechselstrommotorrückspeisung lastfreien Wechselstrommotor abfällt.
• Lösung der Problemstellung
• Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben angegebenen Problemstellung und zur Erfüllung der Aufgabe wird von einem Wechselstrommotoransteuerungssystem gebildet, das umfasst: einen Stromrichter für die Gleichstromversorgung, einen Inverter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, einen Gleichstrombus, der den Stromrichter mit dem Inverter verbindet, einen Wechselstrommotor, der mit dem Wechselstrom angesteuert wird, einen Gleichspannungswertdetektor, der einen Wert einer Gleichspannung an einer Ausgangsseite des Stromrichters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung, die Gleichstrom aus dem Gleichstrombus aufnimmt und den aufgenommenen Gleichstrom an den Gleichstrombus abgibt, einen Lade- und Entladeschaltkreis, der mit dem Gleichstrombus verbundenen und parallel zum Inverter geschaltet ist, und Energiespeichervorrichtung lädt und entlädt, einen Lade- und Entladestromwertdetektor zum Erfassen eines Werts eines Lade- bzw. Entladestroms der Energiespeichervorrichtung und eine Lade- und Entladesteuerung, die ein Steuersignal ausgibt, um den Lade- und Entladeschaltkreis auf Basis des Werts der Gleichspannung und des Werts des Lade- bzw. Entladestroms zu steuern. Wenn die durch den Inverter geführte Rückspeiseleistung der aus dem Wechselstrommotor stammenden Rückspeiseleistung einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, bewirkt die Lade- und Entladesteuerung ein Aufladen der Energiespeichervorrichtung so, dass der Wert der Gleichspannung einen dem Leistungsschwellwert entsprechenden Spannungsschwellwert annimmt, wobei der Stromrichter eine Funktion aufweist die, wenn die durch den Inverter geführte Rückspeiseleistung kleiner oder gleich dem Leistungsschwellwert ist, einen Rückspeisevorgang ausführt, wenn der Wert der Gleichspannung einen vorgegebenen Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht oder überschreitet, und den Rückspeisevorgang beendet, wenn der Wert der Gleichspannung einen vorgegebenen Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert erreicht oder unterschreitet. An dem Stromrichter ist der zeitliche Mittelwert des Gleichspannungswerts während des Rückspeisevorgangs geringer als der Gleichspannungswert in einem Leerlauf-Zeitraum, wenn der Stromrichter keinen Strom zuführt oder zurückspeist.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Ein Wechselstrommotoransteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Ausbildung eines Wechselstrommotoransteuerungssystems bei dem bewirkt wird, dass ein Stromrichter Leistung selbst dann zuverlässig zurückspeist, wenn ein Gleichstrombusspannungswert während einer Wechselstrommotorrückspeisung unter einen Gleichstrombusspannungswert für einen lastfreien Wechselstrommotor abfällt.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Gesamtkonfiguration eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung von Schwankungen eines Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) während eines Betriebs in einem kontinuierlichen Rückspeisemodus, wenn ein Stromrichter ein Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisungstyp, gemäß der ersten Ausführungsform ist.
• 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung von Schwankungen eines Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) während eines Betriebs in einem intermittierenden Rückspeisemodus, wenn ein Stromrichter ein Stromrichter vom Stromversorgungs-rückspeisungstyp, gemäß der ersten Ausführungsform ist.
• 4 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der den Stromrichter passierenden Leistung und einem Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 5 zeigt ein Leistungsdistributionsdiagramm zur Veranschaulichung, dass der Stromrichter sowohl einen Stromversorgungsbetriebszustand als auch einen Rückspeisungsbetriebszustand annehmen kann, wenn er auf denselben Gleichstrombusspannungswert, gemäß der ersten Ausführungsform reguliert wird.
• 6 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Lade- und Entladesteuerung des Wechselstrommotoransteuerungssystems, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 7 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Ladestromanweisungswert-generators, wenn eine PID-Regelung, gemäß der ersten Ausführungsform erfolgt.
• 8 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und einem Anweisungswert I1* für den gleichstrombusseitigen Ladestrom während des Stromrichterrückspeisezeitraums, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 9 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für die Beziehung zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und dem Anweisungswert I1* für den gleichstrombusseitigen Ladestrom während eines Übergangs des Stromrichters vom Rückspeisungsbetrieb in einen Stromversorgungsbetrieb, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 10 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für die Beziehung zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und dem Anweisungswert I1* für den gleichstrombusseitigen Ladestrom während eines Übergangs des Stromrichters vom Rückspeisungsbetrieb in einen Stromversorgungsbetrieb, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 11 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers gemäß der ersten Ausführungsform.
• 12 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Betriebs des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer, der verhindert, dass der Stromrichter vom Rückspeisungsbetrieb in den Stromversorgungsbetrieb wechselt, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 13 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels des Betriebs des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer, der verhindert, dass der Stromrichter vom Rückspeisungsbetrieb in den Stromversorgungsbetrieb wechselt, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 14 zeigt Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Gesamtkonfiguration eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
• 15 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers gemäß der zweiten Ausführungsform.
• 16 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Gesamtkonfiguration eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform.
• 17 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Lade- und Entladesteuerung gemäß der dritten Ausführungsform.
• 18 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers gemäß der dritten Ausführungsform.
• 19 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Gesamtkonfiguration eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Anschließend werden Ausführungsformen eines Wechselstrommotoransteuerungs-systems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
• Erste Ausführungsform
• Das Blockschaltbild der 1 veranschaulicht die Gesamtkonfiguration einer ersten Ausführungsform eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein wie in 1 veranschaulichtes Wechselstrommotoransteuerungssystem 1 weist eine Lade- und Entladesteuerung 2, einen Stromrichter 11, einen Gleichstrombus 12, einen Glättungskondensator 13, einen Inverter 14, einen Lade- und Entladeschaltkreis 15, einen Wechselstrommotor 16, eine Energiespeichervorrichtung 17, einen Gleichspannungswertdetektor 18 und einen Lade- und Entladestromwertdetektor 19 auf. Das in 1 veranschaulichte Wechselstrommotoransteuerungssystem 1 wird von einer Systemstromversorgung 10 einer Transformatorenanlage oder dergleichen eines Kraftwerks oder einer Fabrik über eine RST-Verdrahtung mit Wechselstrom versorgt. Der Stromrichter 11 wandelt den Wechselstrom von der Systemstromversorgung 10 in einen Gleichstrom um. Der umgewandelte Gleichstrom wird von dem Stromrichter 11 an den Gleichstrombus 12 ausgegeben. Der Gleichstrombus 12 weist eine Gleichstrombus-Hochpotenzialseite 12a und eine Gleichstrombus-Niedrigpotenzialseite 12b auf. Der Glättungskondensator 13 befindet sich im Gleichstrombus 12, am Ausgangsbereich des Stromrichters 11, an einer beliebigen Stelle oder an mehreren Stellen am Eingangsbereich des unten beschriebenen Inverters 14, oder an der zum Gleichstrombus 12 weisenden Seite des unten beschriebenen Lade- und Entladeschaltkreises 15. Der Glättungskondensator 13 glättet den Gleichstrom zwischen der Gleichstrombus-Hochpotenzialseite 12a und der Gleichstrombus-Niedrigpotenzialseite 12b. Die Kapazität des Glättungskondensators 13 wird hierbei als C[F] bezeichnet. Der mittels des Glättungskondensators 13 geglättete Gleichstrom wird dem Inverter 14 und dem Lade- und Entladeschaltkreis 15 über den Gleichstrombus 12 zugeführt. Der Inverter 14 und der Lade- und Entladeschaltkreis 15 sind parallel zueinander mit dem Gleichstrombus 12 verbunden. Der Inverter 14 wandelt einen Gleichstrom in einen Wechselstrom zur Ansteuerung des Wechselstrommotors 16 um. Spannungswert und Frequenz des von dem Inverter 14 ausgegebenen Wechselstroms unterscheiden sich von dem Spannungswert und der Frequenz des von der Systemstromversorgung 10 eingespeisten Wechselstroms. Bei dem Lade- und Entladeschaltkreis 15 handelt es sich um einen Schaltkreis, der einen durch den Gleichstrombus 12 fließenden Gleichstrom der Energiespeichervorrichtung 17 zuführt (Laden) und in der Energiespeichervorrichtung 17 gespeicherte Energie an den Gleichstrombus 12 abgibt (Entladen). Als Beispiel für einen Lade- und Entladeschaltkreis 15 kann eine stromumkehrbare Zerhackerschaltung genannt werden. Wenn der Lade- und Entladeschaltkreis 15 als stromumkehrbare Zerhackerschaltung ausgebildet ist, wird eine durch den Gleichstrombus 12 geführte Leistung durch Laden der Energiespeichervorrichtung 17 mit Strom gespeichert und umgekehrt wird eine in der Energiespeichervorrichtung 17 gespeicherte Leistung durch Entladen in den Gleichstrombus 12 zurückgeführt. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein in die Energiespeichervorrichtung 17 fließender und ein aus der Energiespeichervorrichtung 17 fließender Strom als Lade- und Entladestrom bezeichnet, ohne dass zwischen einem Ladestrom und einem Entladestrom unterschieden wird. Die stromumkehrbare Zerhackerschaltung des Lade- und Entladeschaltkreises 15 wird über ein Steuersignal der Lade- und Entladesteuerung 2 gesteuert, um die Größe des Lade- und Entladestroms zu steuern. In die Lade- und Entladesteuerung 2 werden als Überwachungswerte ein Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) des Gleichstrombusses 12, der mithilfe des Gleichspannungswertdetektors 18 erfasst wird, sowie ein Lade- und Entladestromwert Ic eingegeben, der mithilfe des Lade- und Entladestromwertdetektors 19 erfasst wird, und die Lade- und Entladesteuerung 2 gibt ein Steuersignal an den Lade- und Entladeschaltkreis 15 aus. Als Beispiel für den Stromrichter 11 können ein Stromrichter vom Rückspeisewiderstandstyp, bei dem eine Dreiphasenbrückengleichrichterschaltung einer Rückspeisewiderstandsschaltung hinzugefügt ist, bzw. ein Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp 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. Die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform erfolgt anhand eines Stromrichters vom Stromversorgungsrückspeisetyp, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn der Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp durch die Funktionen Dioden einer Dreiphasenbrückengleichrichterschaltung des Stromrichters 11 und des Glättungskondensators 13 Leistung aus der Systemstromversorgung 10 in den Gleichstrombus 12 einspeist, wird in den Gleichstrombus 12 ein Gleichstrom eingespeist, dessen Welligkeit dem Sechsfachen der Frequenz der Systemstromversorgung 10 entspricht. Eine Zeit, zu der die Systemstromversorgung 10 Leistung über den Stromrichter 11 in den Gleichstrombus 12 einspeist, wird in dieser Schrift als Stromversorgungszeit des Stromrichters 11 bezeichnet.
• Zunächst wird ein Zeitraum beschrieben, zu dem in dem Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp Leistung aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgespeist wird. Dieser Fall wird in dieser Schrift als Rückspeisezeit des Stromrichters 11 bezeichnet. In dem Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp sind zwei Arten vorgegebener Schwellwerte für den von dem Gleichspannungswertdetektor 18 an dem Gleichstrombus 12 erfassten Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) gesetzt. Einer der Schwellwerte wird als Rückspeisungsstartspannungsschwellwert bezeichnet und der andere wird als Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert bezeichnet. Der Rückspeisungsstartspannungsschwellwert ist größer als der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert. Der Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp legt den Zeitraum zwischen dem Moment, zu dem der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht oder überschreitet, und dem Moment, zu dem der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert erreicht oder unterschreitet, als „Zeitraum für eine mögliche Rückspeisung“ von Leistung aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 fest. Der Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp überführt Schaltelemente des Stromrichters vom Stromversorgungsrückspeisetyp lediglich während eines Zeitraums in einem Phasenzustand in einen leitfähigen Zustand, der entsprechend der Phase des Kurvenverlaufs der Systemstromversorgung 10 während des Zeitraums für eine mögliche Rückspeisung vorgegeben ist, und führt Leistung aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 über einen Wechselstrominduktor in dem Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp auf Basis der Differenz zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und dem Wert der Spannung der Systemstromversorgung 10 zurück.
• Der Betrieb des Stromrichters vom Stromversorgungsrückspeisetyp zur Rückspeisezeit weist einen kontinuierlichen Rückspeisemodus, um Leistung aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 ohne zeitliche Intervalle kontinuierlich zurückzuspeisen, und einen intermittierenden Rückspeisemodus auf, um Leistung aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 mit zeitlichen Unterbrechungen zurückzuspeisen. Der Betrieb erfolgt im kontinuierlichen Rückspeisemodus, wenn die aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgeführte Leistung groß ist. Wenn die aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgeführte Leistung gering ist, erfolgt der Betrieb im intermittierenden Rückspeisemodus.
• Die schematische Darstellung von 2 veranschaulicht Schwankungen des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) während eines Betriebs im kontinuierlichen Rückspeisemodus bei Verwendung eines Stromrichters vom Stromversorgungsrückspeisetyp. Der Glättungskondensator 13 wird über den Inverter 14 mit der aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung geladen, wodurch der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) ansteigt. Der Stromrichter 11 startet den Rückspeisungsbetrieb, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht oder überschreitet. Bei der Durchführung des Rückspeisungsvorgangs durch den Stromrichter 11 wird in dem Glättungskondensator 13 gespeicherte Energie zur Systemstromversorgung 10 abgegeben, wodurch der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) abnimmt. Die Abnahme des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) wird beendet, wenn die von dem Stromrichters 11 zurückgespeiste Leistung, die auf der Differenz zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und der Systemstromversorgung 10 beruht, ebenso groß wird, wie die aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeiste Leistung. Wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert nach Beendigung des Abfalls nicht erreicht oder unterschritten hat, verbleibt der Stromrichter 11 im Zeitraum einer möglichen Rückspeisung. Die Beendigung des kontinuierlichen Rückspeisemodus aufgrund einer Verringerung der aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung erfolgt durch den Betrieb im unten beschriebenen intermittierenden Rückspeisemodus. Im kontinuierlichen Rückspeisemodus hängt die Rückspeiseleistungskapazität des Stromrichters 11 vom Wert der Spannung der Systemstromversorgung 10 ab. Die Welligkeit der Gleichstrombusspannung Vdc(t) entspricht daher dem Sechsfachen der Frequenz der Systemstromversorgung 10. Wenn der Wert der Gleichstrombusspannung aus der vorhergehenden Erläuterung, bei der die Welligkeit ausgemittelt wurde, einem gemittelten Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) entspricht, erhöht sich das Potenzial des gemittelten Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) mit zunehmender Rückspeiseleistung des Stromrichters 11 und umgekehrt verschiebt sich der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) umso mehr nach unten, je kleiner die Rückspeiseleistung des Stromrichters 11 wird.
• Die schematische Darstellung von 3 veranschaulicht Schwankungen des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) während eines Betriebs im intermittierenden Rückspeisemodus bei Verwendung eines Stromrichters vom Stromversorgungsrückspeisetyp. Zunächst wird der Glättungskondensator 13 über den Inverter 14 mit der aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung geladen, wodurch der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) ansteigt. Der Stromrichter 11 startet den Rückspeisebetrieb, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisestartspannungsschwellwert erreicht oder überschreitet. Bei der Durchführung des Rückspeisungsvorgang durch den Stromrichter 11 wird in dem Glättungskondensator 13 gespeicherte Energie zur Systemstromversorgung 10 abgegeben, wodurch der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) abnimmt. Da die aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeiste Leistung im intermittierenden Rückspeisemodus kleiner als im kontinuierlichen Rückspeisemodus ist, nimmt der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) auf den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert ab oder unterschreitet diesen. Der Stromrichter 11 beendet den Rückspeisungsvorgang zeitweise, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert erreicht oder unterschreitet. Der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) steigt an, wenn die aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeiste Leistung dem Glättungskondensator 13 kontinuierlich über den Inverter 14 zugeführt wird. Der Stromrichter 11 startet den Rückspeisungsvorgang erneut, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erneut erreicht oder überschreitet. Im intermittierenden Rückspeisemodus wird ein solcher Vorgang wiederholt. Der Kurvenverlauf des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) bewegt sich zwischen dem Rückspeisestartspannungsschwellwert und dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert. Am Ende des intermittierenden Rückspeisemodus nimmt die aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeiste Leistung ab und wird schließlich Null, sodass der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) ohne Erreichen des Rückspeisestartspannungsschwellwerts nicht mehr ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Anstieg des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) beendet ist, befindet sich der Stromrichter 11 nicht im Zustand eines Zeitraums für eine mögliche Rückspeisung.
• Wenn die von dem Stromrichter 11 im intermittierenden Rückspeisemodus zurückgeführte Leistung wie in 3(a) veranschaulicht relativ groß ist, steigt der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) während eines Zeitraums, bei dem der Stromrichter 11 keinen Rückspeisevorgang ausführt, schnell an, sodass die Rückkehr des Stromrichters 11 in einen Zeitraum für eine mögliche Rückspeisung früh erfolgt.
• Wenn umgekehrt die von dem Stromrichter 11 zurückgeführte Leistung wie in 3(b) veranschaulicht relativ klein ist, steigt der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) während eines Zeitraums, bei dem der Stromrichter 11 keinen Rückspeisevorgang ausführt, langsam an, sodass einige Zeit verstreicht, bis der Stromrichter 11 in einen Zeitraum für eine mögliche Rückspeisung zurückkehrt. Im intermittierenden Rückspeisemodus entspricht der Wert der Gleichstrombusspannung, wenn der sich zwischen dem Rückspeisungsstartspannungsschwellwert und dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert bewegende Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) gemittelt wird, dem Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc. Wie zuvor erläutert ist auch im intermittierenden Rückspeisemodus der Mittelwert des Potenzials der Gleichstrombusspannung Vdc umso höher, je größer die von dem Stromrichter 11 zurückgespeiste Leistung ist, und umgekehrt verschiebt sich der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc zu umso geringeren Werten, je kleiner die von dem Stromrichter 11 zurückgespeiste Leistung ist.
• Der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) wird hier, wenn zwischen der Systemstromversorgung 10 und dem Gleichstrombus 12 kein Leistungsaustausch stattfindet, als Leerlaufzeit-Wert der Gleichstrombusspannung Vdc0 bezeichnet. Bei einer Phasenspannung der Systemstromversorgung 10 von 400 [V] beträgt der Leerlaufzeit-Wert der Gleichstrombusspannung Vdc0 in etwa 566 [V]. Wird der Rückspeisestartspannungsschwellwert auf einen Spannungswert gesetzt, der etwas (z. B. 10 [V]) größer als der Leerlaufzeit-Wert der Gleichstrombusspannung Vdc0 [V] ist, und wird umgekehrt der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert auf einen Spannungswert gesetzt, der deutlich (z. B. 40 [V]) geringer als der Leerlaufzeit-Wert der Gleichstrombusspannung Vdc0 [V] ist, wie in den 2 und 3 dargestellt ist, dann fällt der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc des Stromrichters 11 unter den Leerlaufzeit-Wert der Gleichstrombusspannung Vdc0. Die schematische Darstellung von 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen der den Stromrichter passierenden Leistung und dem Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc sowie ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Leistung des Stromrichters 11 zur Stromversorgungszeit und dem Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc und die Beziehung zwischen der Leistung des Stromrichters 11 zur Rückspeisungszeit und dem Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc, wenn der Rückspeisestartspannungsschwellwert Vdc0 + 10 [V] und der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert Vdc0 - 40 [V] beträgt. In dieser Schrift und 4 werden die Stromversorgungszeit und die Rückspeisezeit des Stromrichters 11 deutlich gemacht, indem die Leistung des Stromrichters 11 zur Stromversorgungszeit auf einen positiven Wert und die Leistung des Stromrichters 11 zur Rückspeisezeit auf einen negativen Wert gesetzt werden. Ein die Energiespeichervorrichtung 17 ladendender Strom ist als positiver Wert, ein die Energiespeichervorrichtung 17 entladender Strom ist als negativer Wert dargestellt.
• Der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc während der Stromversorgungszeit des Stromrichters 11 entspricht einem über die Welligkeit des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) gemittelten Wert während einer Zufuhr von Strom von der Systemstromversorgung 10 über den Stromrichter 11 zum Gleichstrombus 12. Wie aus 4 ersichtlich ist, fällt bei dem Stromrichter 11, bei dem der Rückspeisestartspannungsschwellwert auf einen etwas über dem Leerlaufzeit-Wert der Gleichstrombusspannung Vdc0 liegenden Spannungswert und der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert umgekehrt auf einen deutlich unterhalb des Leerlaufzeit-Werts der Gleichstrombusspannung Vdc0 liegenden Spannungswert gesetzt ist, der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc sowohl während der Stromversorgungszeit als auch während der Rückspeisezeit unter Vdc0. In 4, beispielsweise, beträgt der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc in einer Situation, bei der der Stromrichter 11 den Gleichstrombus 12 mit einer Leistung von 17 [kW] von der Systemstromversorgung 10 versorgt, sowie in einer Situation, bei der der Stromrichter 11 eine Leistung von -50 [kW] von dem Gleichstrombus 12 an die Systemstromversorgung 10 zurückführt, 540 [V]. In ähnlicher Weise beträgt der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc in einer Situation, bei der der Stromrichter 11 den Gleichstrombus 12 mit einer Leistung von 15 [kW] von der Systemstromversorgung 10 versorgt, sowie in einer Situation, bei der der Stromrichter 11 eine Leistung von -100 [kW] von dem Gleichstrombus 12 an die Systemstromversorgung 10 zurückführt, 544 [V].
• Das Leistungsdistributionsdiagramm von 5 veranschaulicht, dass der Stromrichter sowohl einen Stromversorgungsbetriebszustand als auch einen Rückspeisebetriebszustand einnehmen kann, wenn er auf denselben Wert der Gleichstrombusspannung reguliert wird. Das Diagramm veranschaulicht auch die Übertragung von Leistung zwischen dem Stromrichter 11, dem Wechselstrommotor 16 und der Energiespeichervorrichtung 17 während einer Stromversorgungszeit und einer Rückspeisezeit des Stromrichters 11, wenn das Wechselstrommotoransteuerungssystem 1 unter gleichen Bedingungen für die aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeiste Leistung auf denselben Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc [V] reguliert wird. Die graphische Darstellung von 5(a) veranschaulicht eine Rückspeisezeitsituation des auf Vdc = 540 [V] regulierten Stromrichters 11 bei einer Rückspeiseleistung aus dem Wechselstrommotor 16 von - 150 [kW]. Die graphische Darstellung von 5(b) veranschaulicht eine Stromversorgungszeitsituation des auf Vdc = 540 [V] regulierten Stromrichters 11 bei einer Rückspeiseleistung aus dem Wechselstrommotor 16 von - 150 [kW]. Es wird angenommen, dass der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc während einer Rückspeisezeit des Stromrichters 11 und der Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc während einer Stromversorgungszeit des Stromrichters 11 jeweils mit denen von 4 übereinstimmen.
• In 5(a) entspricht das vollständige Rechteck einer aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung von - 150 [kW], dessen leerer rechteckiger Bereich eine Leistung von - 100 [kW] darstellt, mit der die Energiespeichervorrichtung 17 geladen wird, und dessen schraffierter rechteckiger Bereich eine Leistung von - 50 [kW] darstellt, die aus dem Gleichstrombus 12 über den Stromrichter 11 in die Systemstromversorgung 10 zurückgespeist wird. In 5(b) entspricht der leere rechteckige Bereich dagegen einer Leistung von - 150 [kW], die aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeist wird, der schraffierte rechteckige Bereich einer Leistung von + 17 [kW], die von der Systemstromversorgung 10 über den Stromrichter 11 in den Gleichstrombus 12 eingespeist wird, und die Summe beider, d. h. 167 [kW], einer Leistung, mit der die Energiespeichervorrichtung 17 geladen wird.
• In dem in 5(a) dargestellten Fall beträgt der vom Gleichstrombus 12 zum Lade- und Entladeschaltkreis 15 fließende Ladestrom, wie sich aus dem folgenden Ausdruck (1) ergibt, in etwa 185 [A].
• $$\left|-100\left[\text{kW}\right]/540\left[\text{V}\right]\right|\fallingdotseq 185\left[\text{A}\right]$$

  
• In dem in 5(b) dargestellten Fall ist der Wert des vom Gleichstrombus 12 zum Lade- und Entladeschaltkreis 15 fließenden Ladestroms, wie aus dem folgenden Ausdruck (2) ersichtlich ist, mit etwa 309 [A] größer.
• $$\left|-167\left[\text{kW}\right]/540\left[\text{V}\right]\right|\fallingdotseq 309\left[\text{A}\right]$$

  
• Wenn die von dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeiste Leistung vollständig zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 verwendet wird, d. h., wenn am Stromrichter 11 weder ein Stromversorgungsvorgang noch ein Rückspeisevorgang stattfindet, beträgt der Wert des Ladestroms wie aus dem nachfolgenden Ausdruck (3) ersichtlich in etwa 278 [A]. In den Ausdrücken (1) bis (3) bedeutet |Z| den Absolutwert von Z.
• $$\left|-150\left[\text{kW}\right]/540\left[\text{V}\right]\right|\fallingdotseq 278\left[\text{A}\right]$$

  
• Aus den 4 und 5(a) ist ersichtlich, dass der Spannungsanweisungswert des Gleichstrombusses 12 bei der vorliegenden Ausführungsform 540 [V] beträgt, wenn der Stromrichter 11 die aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgespeiste Leistung auf - 50 [kW] begrenzt. In ähnlicher Weise ist aus 4 ersichtlich, beträgt der Spannungsanweisungswert des Gleichstrombusses 12 544 [V], wenn der Stromrichter 11 die aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgespeiste Leistung auf00 [kW] begrenzt. Der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert bei einer Begrenzung der vom Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgespeisten Leistung auf einen Rückspeisezeit-Leistungsschwellwert -PthA [kW] wird nachfolgend als VthA [V] bezeichnet.
• Wie aus den oben angegebenen Ausdrücken (1) bis (3) ersichtlich kann der durch den Gleichstrombus 12 fließende Strom einen großen Wert annehmen. Der durch den Gleichstrombus 12 fließende Strom weist eine große Hochfrequenzkomponente auf, die von der Welligkeit während der Stromversorgungszeit des Stromrichters 11, der Welligkeit im kontinuierlichen Rückspeisemodus des Stromrichters 11, dem wiederholten Ansteigen und Abfallen des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) während des intermittierenden Rückspeisemodus des Stromrichters 11, oder dem durch das Schalten der Schaltelemente des Stromrichters 11 oder der Schaltelemente des Inverters 14 verursachten Rauschens herrührt. Daher ist es unvermeidlich, dass eine Einheit zum Erfassen des Werts des Gleichstrombusstroms, die zum Erfassen des Werts des Gleichstrombusstroms verwendet wird, aufgrund der Ausstattung teuer, voluminös und schwer ist, die wegen der Maßnahmen zum Vermeiden einer auf den großen Strom zurückzuführenden magnetischen Sättigung und der Maßnahmen gegen die Wärmeerzeugung (Wärmestrahlung) durch die Oberwellen des Stroms erforderlich ist.
• Den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist gemein, dass sie mit einer Lade- und Entladesteuerung 2 und einem Verfahren zum Steuern der Lade- und Entladesteuerung 2 ausgestattet sind, um zu verhindern, dass der Stromrichter 11 auch dann in den Stromversorgungsbetrieb übergeht, wenn der Lade- und Entladeschaltkreis 15 die Energiespeichervorrichtung 17 lädt, wobei lediglich der Gleichspannungswertdetektor 18 am Gleichstrombus 12 und keine Einheit zum Erfassen des Werts des Gleichstrombusstroms verwendet wird. Durch die vorliegende Erfindung, bei der keine Einheit zum Erfassen des Werts des Gleichstrombusstroms eingesetzt wird, wird daher ein kostengünstiges, kompaktes und leichtes Wechselstrommotoransteuerungssystem 1 ermöglicht, das einen Übergang des Stromrichters 11 in den Stromversorgungsbetrieb auch dann verhindert, wenn der Lade- und Entladeschaltkreis 15 die Energiespeichervorrichtung 17 lädt.
• Das Blockschaltbild von 6 veranschaulicht die Lade- und Entladesteuerung 2 des Wechselstrommotoransteuerungssystems 1. Die in 6 dargestellte Lade- und Entladesteuerung 2 umfasst eine Stromversorgungszeitsteuerung 21, die Rückspeisungszeitsteuerung 3, einen Stromanweisungswertintegrator 22 und einen Steuersignalgenerator 23. Die Stromversorgungszeitsteuerung 21 erhält den von dem Gleichspannungswertdetektor 18 erfassten Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) am Gleichstrombus 12 als Eingabe. Die Stromversorgungszeitsteuerung 21 gibt einen energiespeicherseitigen Entladestrom-Anweisungswert Ib* aus, bei dem es sich um einen Anweisungswert zum Steuern des aus der Energiespeichervorrichtung 17 zu entnehmenden Entladestroms handelt, sowie ein Stromversorgungszeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fb für die Bestimmung eines Zeitraums zum Entladen der Energiespeichervorrichtung 17. Zunächst erzeugt die Stromversorgungszeitsteuerung 21 unter Verwendung der in der rechten Hälfte von 4 gezeigten Charakteristik (Stromversorgungszeit) als Stromversorgungszeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert einen gleichstrombusseitigen Entladestrom-Anweisungswert für die Entladung vom Lade- und Entladeschaltkreis 15 zum Inverter 14, um die Differenz zwischen dem Wert der Spannung VthB [V], der der Leistung PthB [kW] entspricht, auf die der Stromrichter 11 die von der Systemstromversorgung 10 während der Stromversorgungszeit des Stromrichters 11 in den Gleichstrombus 12 gespeiste Leistung begrenzt, und dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) zu verringern und schließlich zu beseitigen. Anschließend erzeugt die Stromversorgungszeitsteuerung 21 den energiespeicherseitigen Entladestrom-Anweisungswert Ib* durch Umwandeln des gleichstrombusseitigen Entladestrom-Anweisungswerts auf Basis des Verhältnisses zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und dem Wert der Spannung an der Energiespeichervorrichtung 17, bzw. anstatt des Werts der Spannung an der Energiespeichervorrichtung 17, einem typischen Pseudospannungswert an deren beiden Anschlüssen. Auf Basis von Stromversorgungszeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthB und Gleichstrombusspannungswert Vdc(t) erzeugt die Stromversorgungszeitsteuerung 21 das Stromversorgungszeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fb, das für einen Zeitraum gültig ist, während dessen der energiespeicherseitige Entladestrom- Anweisungswert Ib* eine Entladung anweist.
• Die Rückspeisungszeitsteuerung 3 erhält den von dem Gleichspannungswertdetektor 18 erfassten Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) am Gleichstrombus 12 als Eingabe. Die Rückspeisungszeitsteuerung 3 gibt einen energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromanweisungswert Ia*, bei dem es sich um einen Anweisungswert zum Steuern des Ladestroms zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 handelt, und ein Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa zum Bestimmen eines Zeitraums zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 aus. Einzelheiten der Rückspeisungszeitsteuerung 3 werden nachstehend erläutert.
• Der Stromanweisungswertintegrator 22 erzeugt einen integrierten Lade- und Entladestromanweisungswert Ic*, bei dem es sich um einen Anweisungswert zum Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung 17 mit Strom handelt, wobei der energiespeichervorrichtungsseitige Ladestromanweisungswert Ia* aus der Rückspeisungszeitsteuerung 3 und der energiespeichervorrichtungsseitige Entladestromanweisungswert Ib* aus der Stromversorgungszeitsteuerung 21 verwendet werden. Der Steuersignalgenerator 23 gibt an den Lade- und Entladeschaltkreis 15 auf Basis des integrierten Lade- und Entladestromanweisungswerts Ic* des Stromanweisungswertintegrators 22 und des Lade- und Entladestromwerts Ic der Energiespeichervorrichtung 17 aus dem Lade- und Entladestromwertdetektor 19 ein Steuersignal aus, um den Lade- und Entladeschaltkreis 15 nur während eines Zeitraums, zu dem das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa aus der Rückspeisungszeitsteuerung 3 gültig ist oder während eines Zeitraums zu steuern, zu dem das Stromversorgungszeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fb aus der Stromversorgungszeitsteuerung 21 gültig ist, damit die Differenz zwischen dem integrierten Lade- und Entladestromanweisungswert Ic* und dem Wert Ic des Lade- und Entladestroms verringert und die Differenz schließlich beseitigt wird.
• Im Folgenden werden eine Steuereinheit und ein Steuerverfahren erläutert, die verhindern, dass der Stromrichter 11 in den Stromversorgungsbetrieb übergeht, während der Lade- und Entladeschaltkreis 15 die Energiespeichervorrichtung 17 mithilfe des Rückspeisungszeitsteuerung 3 der Lade- und Entladesteuerung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform lädt, wobei lediglich der von dem Gleichspannungswertdetektor 18 ausgegebene Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) am Gleichstrombus 12 verwendet wird, ohne dass eine Einheit zum Erfassen des Werts des Stroms am Gleichstrombus verwendet wird.
• Wie aus 6 ersichtlich weist die Rückspeisungszeitsteuerung 3 einen Ladestromanweisungswertgenerator 4, eine Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5, einen Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 und einen Ladestromanweisungswertkonverter 7 auf. Der von dem Gleichspannungswertdetektor 18 in die Rückspeisungszeitsteuerung 3 eingegebene Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) wird in den Ladestromanweisungswertgenerator 4 und die Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 eingegeben. Der energiespeichervorrichtungsseitige Ladestromanweisungswert Ia*, der eine der Ausgaben der Rückspeisungszeitsteuerung 3 darstellt, wird von dem Ladestromanweisungswertkonverter 7 zum Stromanweisungswertintegrator 22 ausgegeben. Das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa, das eine weitere Ausgabe der Rückspeisungszeitsteuerung 3 darstellt, wird von der Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 an den Steuersignalgenerator 23 ausgegeben. Das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa wird ferner an den Ladestromanweisungswertgenerator 4 ausgegeben.
• Der Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 weist einen Rückspeisungszeit-spannungsschwellwert-Generator-Konverter 61, einen Glättungskondensatorkapazitätswert-speicher 62 und einen Rückspeisungszeitleistungsschwellwertspeicher 63 auf. Der Rückspeisungszeitleistungsschwellwertspeicher 63 speichert den Rückspeisungszeitleistungsschwellwert - PthA [kW], der den oberen Grenzwert für die von dem Stromrichter 11 bewirkte Rückspeisung von Leistung darstellt. Der Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 62 speichert den Kapazitätswert C[F] des Glättungskondensators 13. Der Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61 erzeugt den Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA [V] zur Rückspeisezeit unter Verwendung der in der linken Hälfte von 4 (Rückspeisezeit) angegebenen Beziehungen auf Basis des Rückspeisungszeitleistungsschwellwerts - PthA [kW] aus dem Rückspeisungszeitleistungsschwellwertspeicher 63 und dem Kapazitätswert C[F] aus dem Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 62. Der von dem Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61 erzeugte Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA [V] wird als Ausgabe des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverters 6 an den Ladestromanweisungswertgenerator 4, die Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 und den Ladestromanweisungswertkonverter 7 ausgegeben. Der Rückspeisungszeitleistungsschwellwert - PthA [V] zur Rückspeisezeit und der Kapazitätswert C[F] können der Belastung des Wechselstrommotoransteuerungssystems 1 und der Konfiguration des Inverters 14 entsprechend geeignet festgelegt werden. Es muss lediglich eine Konfiguration vorhanden sein, die einem Benutzer die Eingabe entsprechender Werte in den Rückspeisungszeitleistungsschwellwertspeicher 63 und den Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 62 ermöglicht.
• Die Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 erzeugt auf Basis des von dem Gleichspannungswertdetektor 18 erfassten Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) ein Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa, das den Zeitpunkt für den Beginn eines Ladens der Energiespeichervorrichtung 17 angibt. Die Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 erzeugt das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa, das einen Zeitraum zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 angibt, unter Verwendung des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t), des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA aus dem Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 und des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* von dem Ladestromanweisungswertgenerator 4. Das von der Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 erzeugte Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa wird an den Ladestromanweisungswertgenerator 4 ausgegeben. Das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa wird an den Ladestromanweisungswertgenerator 4 und den Steuersignalgenerator 23 ausgegeben. Bei dem Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa handelt es sich zum Beispiel um ein Signal, das eine Zeit angibt, zu der der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) einen Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht hat, oder um ein Signal, das eine Zeit angibt, zu der dieser dem Wert der Leerlaufzeitgleichstrombusspannung Vdc0 [V] entspricht oder höher ist. Bei dem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa handelt es sich zum Beispiel um ein Signal, das einen Zeitraum angibt, der zu einer durch das Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa bestimmten Zeit beginnt und zu einer Zeit endet, zu der der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* zu Null wird oder einen negativen Wert annimmt, oder einen positiven Wert annimmt, der dem Wert Null hinreichend nahekommt. Als ein dem Wert Null hinreichend nahekommender Wert kann zum Beispiel ein vorgegebener Wert von weniger als einem Hundertstel eines Maximalwerts des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* verwendet werden. In Bezug auf eine Gültigkeitsbedingung für das Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa sowie eine Gültigkeit einer Startbedingung und Endbedingung für das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa können die Auswirkungen von Schwankungen des Rauschens, das die Gleichstrombusspannung Vdc(t) und den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* überlagert, eliminiert werden, indem Maßnahmen zum Verhindern von Kontaktprellen, Setzen einer Totzone oder dergleichen getroffen werden.
• Der Ladestromanweisungswertkonverter 7 wandelt den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1*, der einen den Ladestrom des Gleichstrombusses 12 betreffenden Anweisungswert an den Lade- und Entladeschaltkreis 15 darstellt, in einen energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromanweisungswert Ia* um, der einen Anweisungswert für den Ladestrom von dem Lade- und Entladeschaltkreis 15 zur Energiespeichervorrichtung 17 darstellt. Der Ladestromanweisungswertkonverter 7 erhält als Eingabe den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1*, der die Ausgabe des Ladestromanweisungswertgenerators 4 darstellt, sowie den Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA, der die Ausgabe des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungswandlers 6 darstellt. Der Ladestromanweisungswertkonverter 7 gibt den energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromanweisungswert Ia* an den Stromanweisungswertintegrator 22 aus. Nimmt man an, dass die Spannung an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17 einen Spannungswert Vcap [V] annimmt, und berücksichtigt man, dass der Wert der Spannung am Gleichstrombus 12 so gesteuert wird, dass dieser den Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA annimmt, dann kann der energiespeichervorrichtungsseitige Ladestromanweisungswert Ia* durch den nachstehenden Ausdruck (4) dargestellt werden.
• $$\text{Ia}*=\left(\text{VthA/Vcap}\right)\text{I1}*$$

  
• Zum Erhalt des oben angegebenen Ausdrucks (4) müssen die Spannung Vcap an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17 überwacht und eine Division vorgenommen werden. Um auf eine Einheit zum Erfassen des Werts Vcap der Spannung an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17 und auf eine kompliziert zu berechnende Division verzichten zu können, wird der Wert Vcap der Spannung an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17 durch einen Substitutionswert Vcfix [V] für die Spannung an den beiden Anschlüssen ersetzt, wobei es sich bei diesem um eine vorgegebene Konstante handelt. Für den Substitutionswert Vcfix [V] für die Spannung an den beiden Anschlüssen gibt es keine speziellen Einschränkungen. Beispielsweise wird ein Minimalwert für den Wert Vcap der Spannung an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17, ein am häufigsten auftretender Wert Vcap der Spannung an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17 oder dergleichen verwendet. Der Ladestromanweisungswertkonverter 7 speichert eine Konstante Kc (Kc = 1/Vcfix), die dem Kehrwert des Substitutionswerts Vcfix für die Spannung an den beiden Anschlüssen entspricht, und wandelt den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* unter Verwendung des untenstehenden Ausdrucks (5) in einen energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromanweisungswert Ia* um.
• $$\text{Ia}*=\text{Kc}\left(\text{VthA}\right)\left(\text{I}1*\right)$$

  
• Der Ladestromanweisungswertgenerator 4 erhält von dem Gleichspannungswertdetektor 18 den Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t), von dem Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 den Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA, von der Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 das Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa und das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa von der Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 als Eingabe und erzeugt den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1*. Der Ladestromanweisungswertgenerator 4 gibt den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* an die Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 und den Ladestromanweisungswertkonverter 7 aus.
• Als Beispiel wird eine Fallgestaltung beschrieben, bei der der Ladestromanweisungswertgenerator 4 eine Proportional-und-Integral-und-Differenzial-Steuerung (PID-Regelung) vornimmt. Das Blockschaltbild von 7 veranschaulicht die PID-Regelung durch den Ladestromanweisungswertgenerator 4. Wie aus 7 ersichtlich weist der Ladestromanweisungswertgenerator 4 einen ersten Subtrahierer 411, einen ersten Multiplizierer 412, einen ersten Schalter 413, einen ersten Begrenzer 414, einen zweiten Schalter 415, einen zweiten Multiplizierer 421, einen dritten Schalter 422, einen ersten Addierer 423, einen zweiten Begrenzer 424, einen vierten Schalter 425, eine erste Verzögerungsvorrichtung 426, einen Rückspeisungszeitstromanweisungswertintegralkomponentenanfangswertgenerator 427, eine zweite Verzögerungsvorrichtung 431, einen zweiten Subtrahierer 432, einen dritten Multiplizierer 433, einen dritten Begrenzer 434, einen fünften Schalter 435, einen zweiten Addierer 441, einen vierten Begrenzer 442, einen sechsten Schalter 443 und einen Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 auf. Der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) wird in einen Minuendenanschluss des ersten Subtrahierers 411, den Rückspeisungszeitstromanweisungswertintegralkomponentenanfangswertgenerator 427 und den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 eingegeben. Der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA wird in einen Subtrahendenanschluss des ersten Subtrahierers 411 und den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 eingegeben. Das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa wird in den ersten Schalter 413, den sechsten Schalter 443 und den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 eingegeben. Der erster Subtrahierer 411 erzeugt einen Rückspeisezeit-Spannungsdifferenzwert Ev, bei dem es sich um einen Wert handelt, der durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) erhalten wird, und gibt diesen an den ersten Multiplizierer 412 aus. Der erste Multiplizierer 412 erzeugt einen ersten Multiplikationswert Kp-Ev durch Multiplizieren des Rückspeisezeit-Spannungsdifferenzwerts Ev mit einer vorgegebenen Konstante Kp, die eine Proportionalverstärkung darstellt, und gibt diesen an den ersten Schalter 413, die zweite Verzögerungsvorrichtung 431 und einen Minuendenanschluss des zweiten Subtrahierers 432 aus. Der erster Schalter 413 erhält als Eingabe den ersten Multiplikationswert Kp-Ev sowie das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa. Der erster Schalter 413 gibt den ersten Multiplikationswert Kp-Ev unverändert als Ausgabewert (Wert Ip) aus, wenn das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa gültig ist (Zeitraum für das Laden der Energiespeichervorrichtung 17), und als Wert Ip Null aus, wenn das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa nicht gültig ist. Der von dem ersten Schalter 413 ausgegebene Wert Ip wird an den ersten Begrenzer 414 und den zweiten Multiplizierer 421 ausgegeben. Der Ladestromgrenzwert Imax (>0) [A] bildet hierbei den Grenzwert für den Ladestrom im Wechselstrommotoransteuerungssystem 1. Als Ladestromgrenzwert Imax wird zum Beispiel ein Maximalwert für den Ladestrom des Lade- und Entladeschaltkreises 15, ein Maximalwert für den Ladestrom der Energiespeichervorrichtung 17 oder ein vorgegebener Wert des Wechselstrommotoransteuerungssystems 1 verwendet, der einem Wert nahe dieser Maximalwerte entspricht.
• Der erster Begrenzer 414 gibt, wenn der Eingabewert Ip negativ ist, Null als Ausgabewert L.Ip aus, wenn der Eingabewert Ip den Ladestromgrenzwert Imax überschreitet, den Wert des Ladestromgrenzwerts Imax als Ausgabewert L.Ip aus, und bei einem positiven Eingabewert Ip, dessen Wert kleiner oder gleich dem Ladestromgrenzwert Imax ist, den Eingabewert Ip als Ausgabewert L.Ip aus. Der Ausgabewert L.Ip des ersten Begrenzers 414 wird in den zweiten Schalter 415 eingegeben. Der zweite Schalter 415 erhält als Eingabe den Ausgabewert L.Ip des ersten Begrenzers 414 und ein Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S, das von dem unten beschriebenen Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45 ausgegeben wird, und gibt an den zweiten Addierer 441 einen Rückspeisungszeit-Ladestromanweisungswert-Proportionalkomponentenwert Ip* aus. Der zweite Schalter 415 gibt den in den zweiten Schalter 415 eingegebenen Wert L.Ip unverändert als Rückspeisungszeit-Ladestromanweisungswert-Proportionalkomponentenwert Ip* aus, wenn das ebenfalls unten beschriebene Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S nicht gültig ist, und gibt Null als Rückspeisungszeit-Ladestromanweisungswert-Proportionalkomponentenwert Ip* aus, wenn das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S gültig ist. Der zweite Multiplizierer 421 erzeugt einen zweiten Multiplikationswert Ki·Ip durch Multiplizieren des von dem ersten Schalter 413 ausgegebenen Werts Ip mit der vorgegebenen Konstante Ki, die eine Integrationsverstärkung darstellt, und gibt diesen an den dritten Schalter 422 aus. Der dritte Schalter 422 erhält als Eingabe den zweiten Multiplikationswert Ki·Ip und das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S und gibt einen Wert Ii an einen Eingabeanschluss des ersten Addierers 423 aus. Der dritte Schalter 422 gibt den in den dritten Schalter 422 eingegebenen zweiten Multiplikationswert Ki·Ip unverändert als Ausgabewert (Wert Ii) aus, wenn das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S ungültig ist, und gibt Null als Ausgabewert (Wert Ii) aus, wenn das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S gültig ist. Der erste Addierer 423 berechnet die Summe aus dem Wert Ii, der von dem dritten Schalter 422 ausgegeben wird, und einem Wert Z.Ii, der von der unten beschriebenen ersten Verzögerungsvorrichtung 426 ausgegeben wird, und gibt eine erste Summe ΣIi an den zweiten Begrenzer 424 aus. Der zweite Begrenzer 424 gibt Null als Ausgabewert (Wert L·Ii) aus, wenn der Wert der ersten Summe ΣIi negativ ist, gibt als Ausgabewert (Wert L·Ii) den Ladestromgrenzwert Imax aus, wenn der Wert der ersten Summe ΣIi größer als der Ladestromgrenzwert Imax ist, und gibt als Ausgabewert (Wert L·Ii) die erste Summe ΣIi aus, wenn der Wert der ersten Summe ΣIi positiv und kleiner oder gleich dem Ladestromgrenzwert Imax ist. Der Ausgabewert (Wert L·Ii) des zweiten Begrenzers 424 wird in den vierten Schalter 425 eingegeben. Entsprechend dem Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa schaltet der vierte Schalter 425 zwischen dem Ausgabewert L·Ii des zweiten Begrenzers 424 und einem Rückspeisungszeit-Stromanweisungswertintegralkomponenten-Anfangswert Iinit, der von dem Rückspeisungszeitstromanweisungswertintegralkomponentenanfangswertgenerator 427 ausgegeben wird, hin und her, um den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii* als dessen Ausgabewert auszugeben. Insbesondere wird bei gültigem Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa (Startzeitpunkunkt des Rückspeisebetriebs) der Rückspeisungszeit-Stromanweisungswertintegralkomponenten-Anfangswert Iinit als Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii* ausgegeben und bei nicht gültigem Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa der Wert L·Ii als Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii*. Der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii* wird in die erste Verzögerungsvorrichtung 426 und den zweiten Addierer 441 eingegeben. Die erste Verzögerungsvorrichtung 426 verzögert den eingegebenen Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii* um ein Steuerungszeiteinheitsintervall und gibt diesen als ersten Verzögerungswert Z.Ii an einen von dem Eingangsanschluss für den Wert Ii des ersten Addierers 423 verschiedenen Eingangsanschluss aus. Der Rückspeisungszeitstromanweisungswertintegralkomponentenanfangswertgenerator 427 berechnet die Verschiebung des Spannungswerts (Zeitverschiebung) des eingegebenen Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) in einem vorgegebenen Zeitintervall und gibt einen aus der Zeitverschiebung geschätzten Ladestromanweisungswert als Rückspeisezeit-Stromanweisungswertintegralkomponenten-Anfangswert Iinit an den vierten Schalter 425 aus. Der Rückspeisezeit-Stromanweisungswertintegralkomponenten-Anfangswert Iinit wird von dem vierten Schalter 425 für einen Zeitraum mit gültigem Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebsstartsignal Sa selektiert und als Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii* ausgegeben. Der Rückspeisezeit-Stromanweisungswertintegralkomponenten-Anfangswert Iinit stellt somit einen Anfangswert für den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii* dar. Bei ungültigem Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S integrieren der erste Addierer 423, der zweite Begrenzer 424, der vierte Schalter 425, die erste Verzögerungsvorrichtung 426 und der Rückspeisungszeitstromanweisungswertintegralkomponentenanfangswertgenerator 427 nacheinander den zweiten Multiplikationswert Ki·Ip mit dem Rückspeisezeit-Stromanweisungswertintegralkomponenten-Anfangswert Iinit als Anfangswert. Die zweite Verzögerungsvorrichtung 431 verzögert die Eingabe des ersten Multiplikationswerts Kp-Ev um ein Steuerungszeiteinheitsintervall und gibt diesen als zweiten Verzögerungswert Z-Kp-Ev an einen Subtrahendenanschluss des zweiten Subtrahierers 432 aus. Der zweite Subtrahierer 432 gibt an den dritten Multiplizierer 433 einen Wert aus, der als Differenz Id durch Subtrahieren des zweiten Verzögerungswerts Z-Kp-Ev von dem ersten Multiplikationswert Kp·Ev erhalten wird.
• Der dritte Multiplizierer 433 erzeugt einen dritten Multiplikationswert Kd·Id durch Multiplizieren der Differenz Id mit einer vorgegebenen Konstante Kd, die eine differentielle Verstärkung der Differenz Id darstellt, und gibt diesen an den dritten Begrenzer 434 aus. Der dritte Begrenzer 434 gibt, wenn der dritte Multiplikationswert Kd·Id negativ ist, für L·Id den Wert Null aus, wenn der dritte Multiplikationswert Kd·Id einem Wert entspricht, der größer als der Ladestromgrenzwert Imax ist, für L.Id den Ladestromgrenzwert Imax aus und, wenn der dritte Multiplikationswert Kd·Id einen positiven Wert besitzt, der kleiner oder gleich dem Ladestromgrenzwert Imax ist, für L·Id den dritten Multiplikationswert Kd·Id aus. Der von dem dritten Begrenzer 434 ausgegebene Wert L·Id wird in den fünften Schalter 435 eingegeben. Der fünfte Schalter 435 erhält als Eingabe den von dem dritten Begrenzer 434 ausgegebenen Wert L·Id, sowie das von dem unten beschriebenen Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 ausgegebene Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S und gibt den Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswert-Differentialkomponentenwert Id* an den zweiten Addierer 441 aus. Der fünfte Schalter 435 gibt bei nicht gültigem Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S den in den fünften Schalter 435 eingegebenen Wert L·Id unverändert als Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswert-Differentialkomponentenwert Id* aus und gibt bei gültigem Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S Null als Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswert-Differentialkomponentenwert Id* aus. Der zweite Addierer 441 gibt die Summe aus dem Rückspeisungszeit-Ladestromanweisungswert-Proportionalkomponentenwert Ip*, dem Rückspeisungszeitladestromanweisungswertintegralkomponentenwert Ii* und dem Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswert-Differentialkomponentenwert Id* als zweite Summe Ipid an den vierten Begrenzer 442 aus. Der vierte Begrenzer 442 gibt als Ausgabewert L·I1 Null aus, wenn der Wert der zweiten Summe Ipid negativ ist, den Ladestromgrenzwert Imax als Ausgabewert L·I1 aus, wenn die zweite Summe Ipid größer als der Ladestromgrenzwert Imax ist, und einen Wert der zweiten Summe Ipid als Ausgabewert L·I1 aus, wenn der Wert der zweiten Summe Ipid positiv und kleiner oder gleich dem Ladestromgrenzwert Imax ist. Der Ausgabewert L·I1 des vierten Begrenzers 442 wird an den sechsten Schalter 443 ausgegeben. Der sechste Schalter 443 erhält als Eingabe den von dem vierten Begrenzer 442 ausgegebenen Wert L·I1 und das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa. Der sechste Schalter 443 gibt den eingegebenen Wert L·I1 bei gültigem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa (Zeitraum zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17) unverändert als gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* aus und gibt bei nicht gültigem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa Null als gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* aus. Der von dem sechsten Schalter 443 ausgegebene gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* wird in die Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5 und den Ladestromanweisungswertkonverter 7 eingegeben.
• Wenn der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA [V] als Steuerungsendpunkt gesetzt wird, liegen zwei Situationen vor: Die Rückspeisezeit und Stromversorgungszeit des Stromrichters 11, die bereits unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben wurden. Im kontinuierlichen Rückspeisemodus wechselt der Stromrichter 11 nicht vom Rückspeisebetrieb in den Stromversorgungsbetrieb. Wenn der Stromrichter 11 während einer Rückspeisezeit in den Stromversorgungsbetrieb wechselt, dann befindet er sich einem anderen Zeitraum als im Zeitraum für eine mögliche Rückspeisung, im intermittierenden Rückspeisemodus des Stromrichters 11.
• Die schematische Darstellung von 8 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und dem gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* zur Rückspeisezeit des Stromrichters, sowie die Kurvenverläufe des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t), den Kurvenverlauf Fc, das die Zeiträume für eine mögliche Rückspeisung anzeigt, des Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flags Fa und den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* bei fortgesetztem Rückspeisebetrieb des Stromrichters 11 im intermittierenden Stromrichter-Rückspeisebetrieb. Beim Zurückspeisen von Leistung aus dem Wechselstrommotor 16 über den Inverter 14 in den Gleichstrombus 12 steigt der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) von Vdc0 ausgehend an, das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa steht auf gültig und der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* ist auf den Rückspeisezeit-Stromanweisungswertintegralkomponenten-Anfangswert Iinit gesetzt. Der Anstieg des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) setzt sich fort, ein durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) erhaltener Wert nimmt zu und der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* vergrößert seinen Wert zum Erhöhen der Ladungsmenge. Während des Anstiegs des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* erreicht der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert und der Stromrichter 11 startet den Rückspeisebetrieb. Auch beim Starten des Rückspeisebetriebs des Stromrichters 11 setzt der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* seinen Anstieg während eines Zeitraums fort, während dessen ein durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) erhaltener Wert einen positiven Wert annimmt. Wenn der durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) erhaltene Wert einen negativen Wert annimmt, beginnt der Abfall des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1*. Wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) auf den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert abfällt, beendet der Stromrichter 11 den Rückspeisebetrieb. Mit Beendigung des Rückspeisebetriebs des Stromrichters 11 beginnt der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) anzusteigen. Der Abfall des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* setzt sich jedoch für einen Zeitraum fort, in dem der durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) erhaltene Wert einen negativen Wert annimmt. Wenn der durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) erhaltene Wert einen positiven Wert annimmt, beginnt der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* zu steigen. Danach bewegt sich der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) zwischen dem Rückspeisungsstartspannungsschwellwert und dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert. Ein Zeitintervall T0, das beginnt, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert erreicht, und endet, wenn dieser den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht, weist einen konstanten Wert auf, der, wenn Fehler aufgrund von Welligkeiten des Stromrichters 11 ausgeschlossen sind, von dem Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA [V] und der Kapazität C[F] des Glättungskondensators 13 abhängt.
• Als Nächstes wird eine Fallgestaltung beschrieben, bei der kein Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 vorhanden ist, d. h. bei der das den Ausgabewert des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45 bildende Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S nicht gültig wird. Die schematische Darstellung von 9 veranschaulicht ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und dem gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1*, wenn der Stromrichter 11 vom Rückspeisebetrieb in den Stromversorgungsbetrieb wechselt, sowie ein Beispiel für eine Fallgestaltung mit einem rauschbehafteten Gleichstrombusspannungswert Vdc(t) bzw. einem zeitweise fluktuierenden Gleichstrombusspannungswert Vdc(t). Es wird angenommen, dass der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t), während sich der Stromrichter 11 im intermittierenden Rückspeisemodus befindet, wie in 9 gezeigt ist, zum Zeitpunkt Tp eine in Richtung zunehmender Spannung wirkende zeitweise Fluktuation erfährt, zu dem der Kurvenverlauf Fc anzeigt, dass kein gültiger Zeitraum für eine mögliche Rückspeisung vorliegt. Der Rückspeisezeit-Spannungsdifferenzwert Ev, der durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) mithilfe des ersten Subtrahierers 411 des in 7 gezeigten Ladestromanweisungswertgenerators 4 erhalten wird, nimmt zu; dadurch nimmt der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* zu. Mit zunehmendem gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* nimmt der Ladestrom in die Energiespeichervorrichtung 17 zu und der Anstieg des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) verlangsamt sich. Aufgrund des langsameren Anstiegs des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) bedarf es einiger Zeit, bis der Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht wird. Ein Zeitintervall T1, das beginnt, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert unmittelbar vor dem Zeitpunkt Tp erreicht (Zeitpunkt Ta in 9), und das endet, wenn der langsam ansteigende Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht (Zeitpunkt Tb in 9), ist länger als das oben beschriebene Zeitintervall T0. Nach dem Zeitpunkt Tb wechselt der Stromrichter 11 in den Rückspeisebetrieb und der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) fällt auf den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert ab. Während des Zeitraums des Zeitintervalls T1, das länger als das Zeitintervall T0 ist, bewirkt der Ladestromanweisungswertgenerator 4 unter Verwendung einer in ihm enthaltenen Integrationsfunktion, dass der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* auf einen Wert (Wert I1x in 9) steigt, der höher als der normale höchste Anstiegswert (I1 top in 9) des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* ist, und dann abfällt. Da das Zeitintervall eines Zeitraums, während dessen der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) kleiner als der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA [V] ist, das gleiche ist wie unter normalen Bedingungen, wird bewirkt, dass der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* lediglich auf einen Wert (Wert I1y in 9) abfällt, der höher ist als der übliche niedrigste Wert eines Abfalls (I1 bottom in 9), bevor er wieder ansteigt. Nach dem Zeitpunkt (Zeitpunkt Tq in 9), zu dem der von dem Wert I1y ausgehend ansteigende gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* einen Wert (Wert I1z in 9) für den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* in einer Höhe übersteigt, die zum Speichern der gesamten Rückspeiseleistung des Wechselstrommotors 16 in der Energiespeichervorrichtung 17 ausreicht, wechselt der Stromrichter 11 in den Stromversorgungsbetrieb, um den Ladestrom abzudecken. Bei einem Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA von 540 [V] und einer aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung von -150 [kW] ergibt sich aus dem obenstehenden Ausdruck (3) ein Wert für I1z von 278 [A].
• Es wird eine weitere beispielhafte Fallgestaltung erläutert, bei der der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) rauschbehaftet ist, bzw. der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) zeitweise fluktuiert. Die schematische Darstellung von 10 veranschaulicht ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und dem gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1*, wenn der Stromrichter vom Rückspeisebetrieb in den Stromversorgungsbetrieb wechselt. Es wird angenommen, dass der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t), während sich der Stromrichter 11 im intermittierenden Rückspeisemodus befindet, wie in 10 gezeigt ist, zum Zeitpunkt Tp eine in Richtung zunehmender Spannung wirkende zeitweise Fluktuation erfährt, zu dem der Kurvenverlauf Fc anzeigt, dass kein gültiger Zeitraum für eine mögliche Rückspeisung vorliegt. Der Rückspeisezeit-Spannungsdifferenzwert Ev, bei dem es sich um einen Wert handelt, der durch Subtrahieren des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA von dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) mithilfe des ersten Subtrahierers 411 des in 7 veranschaulichten Ladestromanweisungswertgenerators 4 erhalten wird, nimmt zu; dadurch nimmt der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* zu. Mit der Zunahme des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* nimmt der Ladestrom in die Energiespeichervorrichtung 17 zu und der Anstieg des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) verlangsamt sich. Nach dem Zeitpunkt (Zeitpunkt Tq in 10), zu dem der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* einen Wert (Wert I1z in 9) für den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* in einer Höhe überschreitet, die ausreicht die gesamte Rückspeiseleistung des Wechselstrommotors 16 in der Energiespeichervorrichtung 17 zu speichern, bevor der langsam ansteigende Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht, wechselt der Stromrichter 11 in den Stromversorgungsbetrieb, um den Ladestrom abzudecken. Beim Starten des Stromversorgungsbetriebs des Stromrichters 11 wird der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* so gesteuert, dass der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) denselben Wert besitzt wie der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA [V] und der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert nicht noch einmal überschreitet. Folglich wird der Kurvenverlauf Fc, der die Zeiträume möglicher Rückspeisungen anzeigt, nach dem Zeitpunkt, zu dem der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) unmittelbar vor dem Zeitpunkt Tp den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert erreicht, nicht mehr gültig. Das bedeutet, dass das Zeitintervall T1 in 10 schwebend unbestimmt bleibt. Bei einem Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA von 540 [V] und einer aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung von -150 [kW] ergibt sich aus dem obenstehenden Ausdruck (3) ein Wert für I1z von 278 [A].
• Das oben Erläuterte ist eine Beschreibung einer Einheit zum Erhalt des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* mithilfe des Ladestromanweisungswertgenerators 4, wobei der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* ein Anweisungswert für den Ladestrom auf Seiten des Gleichstrombusses 12 ist, mit dem die Energiespeichervorrichtung 17 auf Basis des Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswerts VthA (d. h. des Rückspeisungszeitspannungsschwellwerts -PthA) der Gleichstrombusspannung Vdc(t) mit einer überschüssigen Energie geladen wird, wenn das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S, das den Ausgabewert des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 darstellt, nicht gültig ist. Im Folgenden werden die Funktionen des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45 des Ladestromanweisungswertgenerator 4 und der Betrieb des Ladestromanweisungswertgenerators 4 beschrieben, d. h. das Verhalten des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* bei gültigem Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S, das den Ausgabewert des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 darstellt.
• Um zu verhindern, dass wie in Bezug auf die 9 und 10 beschrieben ein durch eine Störgröße in dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) bedingter Anstieg des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* dazu führt, dass der Stromrichter 11 vom Rückspeisungsbetrieb in den Stromversorgungsbetrieb wechselt, erhält der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 des Ladestromanweisungswertgenerators 4 bei der vorliegenden Ausführungsform den Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t), den Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA und das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa als Eingabe, erzeugt das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S und gibt das erzeugte Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S an den zweiten Schalter 415, den dritten Schalter 422 und den fünften Schalter 435 des Ladestromanweisungswertgenerators 4 aus. Das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S ist gültig, wenn der zweite Schalter 415 als Rückspeisungszeit-Ladestromanweisungswert-Proportionalkomponentenwert Ip* den Wert Null ausgibt, der dritte Schalter 422 als Wert Ii den Wert Null ausgibt und der fünfte Schalter 435 als Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswert-Differentialkomponentenwert Id* den Wert Null ausgibt.
• Das Blockschaltbild der 11 veranschaulicht den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45. Der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 weist einen Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451, einen Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452, einen Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453, einen ersten Komparator 454, einen zweiten Komparator 455, einen dritten Komparator 456, einen ersten Signalgenerator 457, einen Zähler 458, einen Transmitter (Oszillator) 459, einen T0-Kalkulator 460, einen vierten Komparator 461 und einen zweiten Signalgenerator 462 auf. Der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451 speichert einen Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert, der einen Spannungswert darstellt, bei dem der Stromrichter 11 den in den 8, 9 und 10 veranschaulichten Rückspeisungsbetrieb beendet, erzeugt einen Spannungswert Vsp, der geringfügig größer als der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert ist, und gibt den Spannungswert Vsp an den ersten Komparator 454 aus. Der Grund, warum der auszugebende Spannungswert Vsp ein etwas über dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert liegender Spannungswert ist, liegt hierbei in der Beseitigung der Auswirkungen des Rauschens, das dem in den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 eingegebenen Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) überlagert ist. Die Differenz zwischen dem Spannungswert Vsp, der etwas höher als der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert ist, und dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert entspricht hierbei einer vorgegebenen Konstante, die abhängig vom Ausmaß des Rauschanteils des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t), der zum Beispiel 5% oder weniger des Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwerts betragen kann, bestimmt ist. Der Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452 speichert den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert, der einen Spannungswert darstellt, bei dem der Stromrichter 11 den in den 8, 9 und 10 veranschaulichten Rückspeisungsbetrieb startet, erzeugt einen Spannungswert Vst, der geringfügig kleiner als der Rückspeisungsstartspannungsschwellwert ist, und gibt den Spannungswert Vst an den zweiten Komparator 455 aus. Der Grund, warum der auszugebende Spannungswert Vst ein etwas unterhalb des Rückspeisungsstartspannungsschwellwerts liegender Spannungswert ist, liegt hierbei in der Beseitigung der Auswirkungen des Rauschens, das dem in den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 eingegebenen Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) überlagert ist. Die Differenz zwischen dem Spannungswert Vst, der etwas unterhalb des Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwerts liegt, und dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert entspricht hierbei einer vorgegebenen Konstante, die abhängig vom Ausmaß des Rauschanteils des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t), der zum Beispiel 5% oder weniger des Rückspeisungsstartspannungsschwellwerts betragen kann, bestimmt ist. Der Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 speichert den Wert C[F], bei dem es sich um den Kapazitätswert des Glättungskondensators 13 handelt, und gibt diesen an den TO-Kalkulator 460 aus. Der erste Komparator 454 erhält den Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und den von dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451 ausgegebenen Spannungswert Vsp als Eingaben, erzeugt ein Rückspeisungsbeendigungssignal Psp, das gültig wird, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) kleiner oder gleich dem Spannungswert Vsp wird, der den Schwellwert bildet, und gibt das Rückspeisungsbeendigungssignal Psp an den ersten Signalgenerator 457 aus. Der zweite Komparator 455 erhält den Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und den von dem Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452 ausgegebenen Spannungswert Vst als Eingaben, erzeugt ein Rückspeisungsstartsignal Pst, das gültig wird, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) größer oder gleich dem Spannungswert Vst wird, der den Schwellwert bildet, und gibt das Rückspeisungsstartsignal Pst an den ersten Signalgenerator 457 aus. Der dritte Komparator 456 erhält den Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und den Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA als Eingaben, erzeugt ein Begrenzungsbeendigungssignal Pend, das gültig wird, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) kleiner oder gleich dem Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA wird, und gibt das Begrenzungsbeendigungssignal Pend an den zweite Signalgenerator 462 aus. Der erste Signalgenerator 457 erhält das Rückspeisungsbeendigungssignal Psp und das Rückspeisungsstartsignal Pst als Eingaben, erzeugt ein Freigabesignal EN, das während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Rückspeisungsbeendigungssignal Psp gültig wird, und dem Zeitpunkt, an dem das Rückspeisungsstartsignal Pst gültig wird, gültig ist, und gibt das Freigabesignal EN an den Zähler 458 aus. Der Transmitter 459 erzeugt ein Taktsignal T, das von dem Zähler 458 als Zähleinheit verwendet wird. Die Frequenz des Taktsignals T wird auf einen solchen Wert gesetzt, dass der Zähler 458 die Verlängerung bzw. Verkürzung eines Zeitraums, während dessen im intermittierenden Rückspeisemodus des Stromrichters 11 kein Rückspeisungsbetrieb erfolgt, uneingeschränkt ermitteln kann. Als Frequenz des Taktsignals T kann zum Beispiel eine Frequenz verwendet werden, die in etwa dem 50- bis 400-fachen der Frequenz der Systemstromversorgung 10 (50 oder 60 Hz) entspricht. Der Zähler 458 zählt die Anstiegsflanken des von dem Transmitter 459 ausgegebenen Taktsignals T lediglich während einer Zeitspanne, bei der das Freigabesignal EN gültig ist, und gibt das Zählergebnis als Zählwert DCN an den vierten Komparator 461 aus. Während eines Zeitraums mit nicht gültigem Freigabesignal EN setzt der Zähler 458 das Zählergebnis (auf Null) zurück und wartet auf einen Zeitraum mit dem nächsten gültigem Freigabesignal EN. Der T0-Kalkulator 460 erhält den Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA und den von dem Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 ausgegebenen Kapazitätswert C des Glättungskondensators 13 als Eingabe und erzeugt unter Verwendung einer mathematischen Formel, einer Nachschlagetabelle oder dergleichen einen Wert, indem er das Zeitintervall T0 eines Zeitraums, während dessen Dauer der in den 8, 9 und 10 gezeigte Kurvenverlauf Fc, der einen Zeitraum für eine mögliche Rückspeisung im intermittierenden Rückspeisemodus des Stromrichters 11 anzeigt, nicht gültig ist, in ein Taktsignal T umwandelt. Der T0-Kalkulator 460 berechnet einen Umrechnungswert DT0, dessen Wert geringfügig größer ist als das Zeitintervall T0 (d. h. DT0 - T0 > 0), unter Bezugnahme auf den auf dem im TO-Kalkulator 460 erzeugten Taktsignal basierenden Umrechnungswert des Zeitintervalls T0 und unter gleichzeitiger Berücksichtigung des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t), und gibt diesen an den vierten Komparator 461 aus. Die Differenz zwischen dem Wert, der etwas größer als der Umrechnungswert DT0 ist, und dem Zeitintervall T0 ist eine vorgegebene Konstante, die von der Größe des dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) überlagerten Rauschen, das beispielsweise 1 % oder weniger des Zeitintervalls T0 betragen kann, abhängt. Der vierte Komparator 461 erhält den von dem Zähler 458 ausgegebenen Zählwert DCN und den vom TO-Kalkulator 460 ausgegebenen Umrechnungswert DT0 als Eingaben, erzeugt ein Begrenzungsstartsignal Pover, das dann gültig wird, wenn der Zählwert DCN dem Umrechnungswert DT0 entspricht oder größer ist, und gibt das Begrenzungsstartsignal Pover an den zweiten Signalgenerator 462 aus. Der zweite Signalgenerator 462 erhält das Begrenzungsstartsignal Pover und das Begrenzungsbeendigungssignal Pend als Eingaben, erzeugt das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S, das für einen Zeitraum gültig ist, der mit Beginn der Gültigkeit des Begrenzungsstartsignals Pover beginnt und mit Beginn der Gültigkeit des Begrenzungsbeendigungssignals Pend endet, und gibt dieses an den zweiten Schalter 415, den dritten Schalter 422 und den fünften Schalter 435 des Ladestromanweisungswertgenerators 4 aus. Das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S hält, wenn es nicht gültig ist, den ersten Komparator 454, den zweiten Komparator 455, den dritten Komparator 456, den ersten Signalgenerator 457, den vierten Komparator 461 und den zweiten Signalgenerator 462 in einem nicht gültigen Zustand und setzt den Zähler 458 zurück. Das bedeutet, dass der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 nur bei gültigem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa in Funktion ist. Bei nicht gültigem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa verbleibt das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S im nicht gültigen Zustand. Der im Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451 oder im Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452 gespeicherte Wert, der im Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 gespeicherte Kapazitätswert C[F], oder die mathematische Formel bzw. die Werte in der Nachschlagetabelle, die in dem TO-Kalkulator 460 gespeichert sind, können der Konfiguration des Wechselstrommotoransteuerungssystems 1 entsprechend geeignet festgelegt werden. Der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451, der Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452, der Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 und der TO-Kalkulator 460 weisen eine Konfiguration auf, die einem Benutzer eine Eingabe der entsprechenden Werte oder der mathematischen Formel ermöglicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl für den Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 62 des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungswandlers 6 als auch den Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45 des Ladestromanweisungswertgenerators 4 eine Einheit zum Speichern des Kapazitätswerts C[F] des Glättungskondensators 13 vorgesehen, diese können jedoch zu einer zusammengefasst werden, die den Kapazitätswerts C[F] des Glättungskondensators 13 an die anderen ausgibt.
• Das Zeitdiagramm von 12 veranschaulicht ein Beispiel, wie der Rückspeisezeitladestromanweisungswertbegrenzer betrieben werden kann, um zu verhindern, dass der Stromrichter vom Rückspeisemodus in den Stromversorgungsmodus wechselt, wobei die Darstellung einen Betrieb veranschaulicht, bei dem das von dem Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 ausgegebene Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S bei der in 9 veranschaulichten Situation gültig ist. Das Zeitdiagramm der 13 veranschaulicht ein weiteres Beispiel, wie der Rückspeisezeitladestromanweisungswertbegrenzer betrieben werden kann, um zu verhindern, dass der Stromrichter vom Rückspeisemodus in den Stromversorgungsmodus wechselt, wobei die Darstellung einen Betrieb veranschaulicht, bei dem das von dem Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 ausgegebene Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S bei der in 10 veranschaulichten Situation gültig ist.
• In 12 wird wie in 9 angenommen, dass der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) eine in Richtung zunehmender Spannung wirkende zeitweise Fluktuation zum Zeitpunkt Tp erfährt. In 12 nimmt der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* zu und der Anstieg des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) verlangsamt sich. Der Zählwert DCN des Zählers 458 des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45 überschreitet den Wert des von dem TO-Kalkulator 460 (zum Zeitpunkt Ts in 12) ausgegebenen Umrechnungswerts DT0 bevor der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht. Zum Zeitpunkt Ts wird das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S gültig und der zweite Schalter 415, der dritte Schalter 422 und der fünfte Schalter 435 des Ladestromanweisungswertgenerators 4 bewirken, dass der Wert, den der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* zum Zeitpunkt Ts besitzt, beibehalten wird. Da der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* auf einem konstanten Wert verbleibt, nimmt der Ladestrom in die Energiespeichervorrichtung 17 nicht zu. Da sich der Stromrichter 11 in einem Zeitraum befindet, in dem er wie aus 12 ersichtlich im intermittierenden Rückspeisemodus ohne Vornahme einer Rückspeisung betrieben wird, nimmt der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) schnell zu und erreicht den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert. Sobald der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) den Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht, wird der Rückspeisungsbetrieb des Stromrichters 11 aufgenommen und der Abfall des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) beginnt. Aufgrund des Umrechnungswerts DT0, der ein Zeitintervall darstellt, das sich von dem Zeitintervall T0 nicht wesentlich unterscheidet, ist der konstante Wert, auf dem der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* verbleibt auf einen Wert begrenzt, der etwas größer als I1 top ist, der den üblichen höchsten Anstiegswert des gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswerts I1* darstellt. Zum Zeitpunkt Tr wird, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t), der weiterhin abnimmt, gleich dem Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA wird oder diesen unterschreitet, wird das von dem dritten Komparator 456 des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 ausgegebene Begrenzungsbeendigungssignals Pend gültig und die Gültigkeit des Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flags S erlischt. Aufgrund des Erlöschens der Gültigkeit des Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flags S bewirken der zweite Schalter 415, der dritte Schalter 422 und der fünfte Schalter 435 des Ladestromanweisungswertgenerators 4, dass der Ladestromanweisungswertgenerator 4 die PID-Funktion wiederherstellt. Nach dem Zeitpunkt Tr weist der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) einen Wert auf, der kleiner als der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA ist, und daher nimmt der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* ab. Der oben dargelegte Betrieb des Ladestromanweisungswertgenerators 4 verhindert, dass der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* den Wert I1z für den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* in einer Höhe übersteigt, die ausreicht, die gesamte Rückspeiseleistung des Wechselstrommotors 16 in der Energiespeichervorrichtung 17 zu speichern, wobei der intermittierende Rückspeisemodus des Stromrichters 11 fortgesetzt wird.
• Wie aus 13 ersichtlich ist der Umrechnungswert DT0, der einem bei Ta beginnenden Zeitintervall entspricht, auch dann gleich dem des in 12 veranschaulichten Falls, wenn der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* nach dem Zeitpunkt Tp schnell ansteigt und der Anstieg des Werts der Gleichstrombusspannung Vdc(t) sich stark verlangsamt; daher bleibt der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* ab dem Zeitpunkt Ts konstant. Die Betriebsweise des Ladestromanweisungswertgenerator 4 nachdem der gleichstrombusseitige Ladestromanweisungswert I1* auf einem konstanten Wert verbleibt ähnelt der mithilfe von 12 veranschaulichten Betriebsweise. Daher überschreitet der gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* auch in dem in 13 dargestellten Fall nicht den Wert I1z für den gleichstrombusseitigen Ladestromanweisungswert I1* in einer Höhe, die ausreicht die gesamte Rückspeiseleistung des Wechselstrommotors 16 in der Energiespeichervorrichtung 17 zu speichern, wobei der intermittierende Rückspeisemodus des Stromrichters 11 fortgesetzt wird.
• Bei der obigen Beschreibung zählt der Zähler 458 ein Zeitintervall ab dem Rückspeisebeendigungssignal Psp. Alternativ kann dieser ein Zeitintervall ab dem Rückspeisestartsignal Pst zählen. Wenn das Rückspeisestartsignal Pst jedoch als Referenz für das Zählen festgelegt wurde, werden der Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451, der erste Komparator 454 und der erste Signalgenerator 457 übergangen und das Rückspeisestartsignal Pst wird direkt zum Resetsignal für den Zähler 458. Die Freigabefunktion des Zählers 458 befindet sich in diesem Fall stets in einem Zählzustand.
• Auch, wenn vorstehend eine Fallgestaltung beschrieben wurde, bei der der Ladestromanweisungswertgenerator 4 eine PID-Regelung vornimmt, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Ladestromanweisungswertgenerator 4 kann auch eine PI-Regelung oder eine I-Regelung vornehmen. Auch wenn als Beispiel eine Fallgestaltung beschrieben wurde, bei der der Ladestromanweisungswertgenerator 4 in Form Hardware realisiert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Ladestromanweisungswertgenerator 4 kann teilweise oder vollständig mithilfe von Software realisiert werden.
• Die Stromversorgungszeitsteuerung 21, der Stromanweisungswertintegrator 22, der Steuersignalgenerator 23 und die Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung 5, der Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 und der Ladestromanweisungswertkonverter 7 der Rückspeisungszeitsteuerung 3 können in Form von Hardware oder Software implementiert werden.
• Auch, wenn die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform durch Illustration des Stromrichters 11 als Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisungstyp erfolgte, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Als Stromrichter 11 kann auch ein Stromrichter vom Rückspeisewiderstandstyp verwendet werden. Wird als Stromrichter 11 ein Stromrichter vom Rückspeisewiderstandstyp verwendet, dann kann die aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgespeiste Leistung über die Leistungsaufnahme des Rückspeisewiderstands des Stromrichters vom Rückspeisewiderstandstyp erfasst werden, wodurch verhindert wird, dass der Stromrichter 11 während des Rückspeisungsbetriebs in den Stromversorgungsbetrieb wechselt.
• Das oben beschriebene Wechselstrommotoransteuerungssystem der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Stromrichter für die Gleichstromversorgung, einen Inverter zum Umwandeln des Gleichstroms in einen Wechselstrom, einen den Stromrichter mit dem Inverter verbindenden Gleichstrombus, einen mit dem Wechselstrom angetriebenen Wechselstrommotor, einen Gleichspannungswertdetektor zum Erfassen des Werts einer Gleichspannung an der Ausgangsseite des Stromrichters, eine Energiespeichervorrichtung, um auf Gleichstrom basierende Energie des Gleichstrombusses zu speichern und die gespeicherte Energie an den Gleichstrombus abzugeben, einen mit dem Gleichstrombus verbundenen und parallel zum Inverter geschalteten Lade- und Entladeschaltkreis, der die Energiespeichervorrichtung lädt und entlädt, einen Lade- und Entladestromwertdetektor, der einen Wert eines Lade- bzw. Entladestrom der Energiespeichervorrichtung erfasst, und eine Lade- und Entladesteuerung, die ein Steuersignal ausgibt, um den Lade- und Entladeschaltkreises auf Basis des Gleichspannungswerts und des Werts des Lade- und Entladestroms zu regeln. Wenn die vom Wechselstrommotor über den Inverter zurückgespeiste Leistung einen vorgegebenen Leistungsschwellwert überschreitet, veranlasst die Lade- und Entladesteuerung ein Laden der Energiespeichervorrichtung, sodass der Gleichspannungswert einem dem Leistungsschwellwert entsprechenden Spannungsschwellwert entspricht. Wenn die zurückgespeiste Leistung kleiner oder gleich dem Leistungsschwellwert ist, dann führt der Stromrichter, wenn der Wert der Gleichspannung auf einen vorgegebenen Rückspeisungsstartspannungsschwellwert ansteigt, einen Rückspeisevorgang aus, und beendet den Rückspeisevorgang, wenn der Wert der Gleichspannung auf einen vorgegebenen Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert abfällt, wobei ein zeitlicher Mittelwert der Gleichspannung während des Rückspeisevorgangs am Stromrichter kleiner als der Wert der Gleichspannung während einer Leerlaufzeit ist, bei der der Stromrichter weder eine Rückspeisung noch eine Stromversorgung vornimmt. Außerdem kann die Steuerung an der Lade- und Entladesteuerung so erfolgen, dass die Energiespeichervorrichtung nur während eines Zeitraums mit einem konstanten Strom geladen wird, der auf einem Zyklus basiert, bei dem der Wert der Gleichstrombusspannung den Spannungsschwellwert erreicht, der auf einem Gleichstrombusspannungswert basiert, bei dem der Stromrichter den Rückspeisevorgang beginnt. Der Zeitraum, der auf dem Zyklus basiert, bei dem die Gleichstrombusspannung den Spannungsschwellwert erreicht, der auf dem Gleichstrombusspannungswert basiert, bei dem der Stromrichter den Rückspeisevorgang beginnt, kann zu einem Zeitpunkt beginnen, zu dem ein Zeitraum nachdem der Wert der Gleichstrombusspannung den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert erreicht, einen vorgegebenen, auf dem Spannungsschwellwert, der dem Leistungsschwellwert entspricht, basierenden Zeitraum überschreitet, und kann zu einem Zeitpunkt enden, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung anschließend den Spannungsschwellwert erreicht, der dem Leistungsschwellwert entspricht.
• Selbst wenn der durchschnittliche Spannungswert am Gleichstrombus während eines Rückspeisezeitraums des Stromrichters einem Spannungswert entspricht, der kleiner als der Wert der Gleichstrombusspannung während eines Leerlauf-Zeitraums ist, kann bei einem wie oben beschriebenen Wechselstrommotoransteuerungssystem der vorliegenden Ausführungsform eine Spitze einer von dem Stromrichter zur Systemstromversorgung zurückgespeisten Leistung auf Basis des Anstiegs des Werts der Gleichstrombusspannung in einem frühen Zustand der Rückspeisung aus dem Wechselstrommotor begrenzt werden, ohne dass die Richtung des Stroms auf dem Gleichstrombus (ob der Wert des Stroms positiv oder negativ ist) bestimmt werden muss. Zudem wird selbst dann, wenn der mittlere Wert der Spannung des Gleichstrombusses zur Rückspeisezeit des Stromrichters einem Spannungswert entspricht, der kleiner als der Wert der Gleichstrombusspannung während eines Leerlauf-Zeitraums ist, ein konstanter gleichstrombusseitiger Ladestromanweisungswert aufrechterhalten, der auf der Zeitdauer basiert, bis der Wert der Gleichstrombusspannung von einem vorgegebenen Spannungswert zu einem anderen vorgegebenen Wert wechselt, ohne von dem Wert des Stroms am Gleichstrombus abhängig zu sein (einschließlich der Richtung des Stroms), wobei verhindert werden kann, dass der Stromrichter Strom von der Systemstromversorgung in den Gleichstrombus speist, obwohl der Wechselstrommotor Strom zurückspeist. Da der Durchschnittswert der Spannung am Gleichstrombus während der Rückspeisezeit des Stromrichters ferner einem Spannungswert entspricht, der kleiner als der Wert der Gleichstrombusspannung während eines Leerlauf-Zeitraums ist, besteht keine Notwendigkeit Bauelemente mit hoher Durchbruchspannung für den Glättungskondensator, den Inverter, den Lade- und Entladeschaltkreis und andere zu verwenden. Dadurch kann das Wechselstrommotoransteuerungssystem kostengünstig aufgebaut werden. Da der Durchschnittswert der Spannung am Gleichstrombus während der Rückspeisezeit des Stromrichters einem Spannungswert entspricht, der kleiner als der Wert der Gleichstrombusspannung während eines Leerlauf-Zeitraums ist, besteht die Möglichkeit einer Verlängerung der Lebensdauern von Bauelementen wie beispielsweise des Glättungskondensators, des Inverters und des Lade- und Entladeschaltkreises.
• Zweite Ausführungsform
• Das Blockschaltbild von 14 veranschaulicht die vollständige Konfiguration einer zweiten Ausführungsform eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein wie in 14 veranschaulichtes Wechselstrommotoransteuerungssystem 1a umfasst eine Lade- und Entladesteuerung 2a, einen Stromrichter 11a, den Gleichstrombus 12, den Glättungskondensator 13, den Inverter 14, den Lade- und Entladeschaltkreis 15, den Wechselstrommotor 16, die Energiespeichervorrichtung 17, den Gleichspannungswertdetektor 18 und den Lade- und Entladestromwertdetektor 19. Der Stromrichter 11a gibt an die Lade- und Entladesteuerung 2a ein Rückspeisezeitraum-Flag Fd aus. Bei dem Rückspeisezeitraum-Flag Fd handelt es sich um ein Signal, das nur während eines Zeitraums gültig ist, während dessen der Stromrichter 11a Leistung aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückspeist. Während eines Leerlauf-Zeitraums oder wenn der Stromrichter 11a Leistung aus der Systemstromversorgung 10 in den Gleichstrombus 12 einspeist, ist das Rückspeisezeitraum-Flag Fd nicht gültig. Das Wechselstrommotoransteuerungssystem 1a der in 14 veranschaulichten vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Wechselstrommotoransteuerungssystem 1 der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform dadurch, dass sie den Stromrichter 11a, der das Rückspeisezeitraum-Flag Fd ausgibt, und die Lade- und Entladesteuerung 2a umfasst, in die das Rückspeisezeitraum-Flag Fd eingegeben wird. Komponenten der vorliegenden Ausführungsform, die mit Komponenten der ersten Ausführungsform identisch oder zu diesen äquivalent sind, werden mit identischen Bezeichnungen und Bezugsnummern gekennzeichnet und nicht weiter beschrieben.
• Wenn der Stromrichter 11a von einem wie bei der ersten Ausführungsform veranschaulichten Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp gebildet wird, wird Leistung aus dem Gleichstrombus 12 zur Systemstromversorgung 10 zurückgespeist, indem die Schaltvorrichtungen des Stromrichters 11a während eines zwischen einem Rückspeisungsstartspannungsschwellwert und einem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert gelegenen Zeitraums wiederholt an- und ausgeschaltet werden. Daher weist der Stromrichter vom Stromversorgungsrückspeisetyp ein Signal auf, das anzeigt, dass er sich zwischen dem Rückspeisungsstartspannungsschwellwert und dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert befindet, und gibt dieses Signal als Rückspeisezeitraum-Flag Fd aus. Wenn der Stromrichter 11a dagegen von einem Stromrichter vom Rückspeisewiderstandstyp gebildet, dann wird ein Teil der aus dem Wechselstrommotor 16 zurückgespeisten Leistung verbraucht, indem die Hochpotenzialseite 12a des Gleichstrombusses und die Niedrigpotenzialseite 12b des Gleichstrombusses so gesteuert werden, dass sie über einen Rückspeisewiderstand des Stromrichters 11a während eines Zeitraums zwischen einem Rückspeisungsstartspannungsschwellwert und einem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert miteinander elektrisch in Verbindung stehen. Daher weist der Stromrichter vom Rückspeisewiderstandstyp ein Signal auf, das anzeigt, dass sich dieser in einem Zeitraum zwischen dem Rückspeisungsstartspannungsschwellwert und dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert befindet, und gibt dieses Signal als Rückspeisezeitraum-Flag Fd an die Lade- und Entladesteuerung 2a aus.
• Die Lade- und Entladesteuerung 2a der vorliegenden Ausführungsform weist anstatt des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45 des Ladestromanweisungswert-generators 4 der Lade- und Entladesteuerung 2 der ersten Ausführungsform einen Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a auf. Der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a der vorliegenden Ausführungsform ist insofern anders, als ihm zusätzlich zu den Eingaben des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45 das Rückspeisezeitraum-Flag Fd zugeführt wird. Das bedeutet, dass das in die Lade- und Entladesteuerung 2a der vorliegenden Ausführungsform eingegebene Rückspeisezeitraum-Flag Fd ausschließlich in den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a eingegeben wird.
• Das Blockschaltbild von 15 veranschaulicht den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a. Der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a umfasst den Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453, den dritten Komparator 456, den Zähler 458, den Transmitter 459, den TO-Kalkulator 460, den vierten Komparator 461, den zweiten Signalgenerator 462 und einen Inverter 463. Das von dem Stromrichter 11a ausgegebene Rückspeisezeitraum-Flag Fd wird in den Inverter 463 eingegeben. In den Inverter 463 wird ferner ein Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa eingegeben. Der Inverter 463 gibt ein Freigabesignal EN aus, bei dem es sich um ein Signal für den nachgeordneten Zähler 458 handelt, damit dieser nur während eines Zeitraums mit gültigem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa und mit nicht gültigem Rückspeisezeitraum-Flag Fd in Betrieb ist. Dagegen zeigt das von dem Inverter 463 ausgegebene Freigabesignal EN einen nicht gültigen Zustand an, wenn das Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa nicht gültig ist oder ein Zeitraum mit gültigem Rückspeisezeitraum-Flag Fd vorliegt. Der Inverter 463 gibt das Freigabesignal EN an den Zähler 458 aus. Der Transmitter 459 dient derselben Funktion wie bei der ersten Ausführungsform und gibt ein Taktsignal T aus, das von dem Transmitter 459 an den Zähler 458 ausgegeben wird. Veranlasst durch das Taktsignal T und das vom Inverter 463 ausgegebene Freigabesignal EN gibt der Zähler 458 einen Zählwert DCN aus, bei dem es sich in einer ähnlichen Weise wie bei dem Zähler 458 der ersten Ausführungsform um eine Ausgabe des Zählers 458 an den vierten Komparator 461 handelt. Der Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 gibt wie bei der ersten Ausführungsform einen Kapazitätswert C aus, bei dem es sich um eine Ausgabe des Glättungskondensatorkapazitätswertspeichers 453 an den TO-Kalkulator 460 handelt. Der TO-Kalkulator 460 erhält als Eingabe den von dem Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 ausgegebenen Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA und den von dem Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 ausgegebenen Kapazitätswert C. Der TO-Kalkulator 460 gibt wie bei der ersten Ausführungsform einen Umrechnungswert DT0 aus, bei dem es sich um die Ausgabe des T0-Kalkulators 460 an den vierten Komparator 461 handelt. Der dritte Komparator 456 erhält als Eingabe einen von dem Gleichspannungswertdetektor 18 ausgegebenen Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und den von dem Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 ausgegebenen Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA. Der dritte Komparator 456 gibt wie bei der ersten Ausführungsform ein Begrenzungsbeendigungssignal Pend aus, bei dem es sich um die Ausgabe des dritten Komparators 456 an den zweiten Signalgenerator 462 handelt. Der vierte Komparator 461 erhält als Eingabe den von dem Zähler 458 ausgegebenen Zählwert DCN und den von dem TO-Kalkulator 460 ausgegebenen Umrechnungswert DT0, erzeugt ein Begrenzungsstartsignal Pover, das gültig wird, wenn der Zählwert DCN gleich dem Umrechnungswert DT0 wird oder diesen übersteigt, und gibt das Begrenzungsstartsignal Pover an den zweiten Signalgenerator 462 aus. Der zweite Signalgenerator 462 erhält als Eingabe das Begrenzungsstartsignal Pover und das Begrenzungsbeendigungssignal Pend, erzeugt ein Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S, das während eines Zeitraums gültig ist, der mit einem gültigem Begrenzungsstartsignal Pover beginnt und mit einem gültigem Begrenzungsbeendigungssignal Pend endet, und gibt dieses an den zweiten Schalter 415, den dritten Schalter 422 und den fünften Schalter 435 des Ladestromanweisungswertgenerators 4 aus. Ein nicht gültiges Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa hält den nicht gültigen Zustand des dritten Komparators 456, des vierten Komparators 461, des zweiten Signalgenerator 462 und des Inverters 463 aufrecht und veranlasst einen Reset des Zählers 458. Das bedeutet, dass der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a seine Funktion nur bei gültigem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa ausübt. Bei nicht gültigem Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa bleibt das Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S im nicht gültigen Zustand.
• Auch, wenn die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform durch Illustration einer Fallgestaltung erfolgte, bei der der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a in Form von Hardware realisiert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45a kann teilweise oder vollständig in Form von Software implementiert werden. Die Stromversorgungszeitsteuerung 21, der Stromanweisungswertintegrator 22, der Steuersignalgenerator 23 und die Rückspeisungszeitsteuerung 3 können in Form von Hardware oder Software implementiert werden.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert die Lade- und Entladesteuerung 2a den Lade- und Entladeschaltkreis 15 auf Basis des Zyklus, bei dem das von dem Stromrichter 11a ausgegebene Rückspeisezeitraum-Flag Fd gültig wird, oder des Zyklus des Zeitraums, während dessen es nicht gültig ist, so, dass ein konstanter Strom zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 aufrechterhalten wird. Das bedeutet, dass die Lade- und Entladesteuerung 2a einen konstanten Strom zum Laden der Energiespeichervorrichtung 17 nur während eines auf dem Rückspeisezeitraum-Flag Fd basierenden Zeitraums aufrechterhält. Der auf dem Rückspeiseflag basierende Zeitraum Fd kann zu dem Zeitpunkt beginnen, an dem der Zeitraum mit ungültigem Rückspeisezeitraum-Flag Fd (das das Nichtvorliegen eines Zeitraums zur Stromrückspeisung anzeigt) einen vorgegeben Zeitraum überschreitet, der auf dem Spannungsschwellwert basiert, der dem Leistungsschwellwert entspricht, und zu dem Zeitpunkt enden, an dem der Wert der Gleichstrombusspannung anschließend den Spannungsschwellwert erreicht, der dem Leistungsschwellwert entspricht.
• Zusätzlich zu den Wirkungen des in der ersten Ausführungsform veranschaulichten Wechselstrommotoransteuerungssystems kann ein Wechselstrommotoransteuerungssystem gemäß der vorliegenden oben beschriebenen Ausführungsform Informationen bezüglich eines von dem Stromrichter selbst gesteuerten Rückspeisezeitraums direkt identifizieren, ohne die Rückspeisezeit des Stromrichters aus dem Wert der Gleichstrombusspannung abzuschätzen, und kann so eine Zeitverzögerung vermeiden, die durch das Ansteigen und Abfallen des Werts der Gleichstrombusspannung aufgrund einer durch ein dem Wert der Gleichstrombusspannung überlagertes Rauschen verursachten falschen Erfassung des Stromrichterbetriebs oder die Zeitkonstante des Gleichstrombusses bedingt ist. Dadurch ist das Wechselstrommotoransteuerungssystem der vorliegenden Ausführungsform stabiler als das der ersten Ausführungsform und kann zuverlässig verhindern, dass der Stromrichter Strom aus der Systemstromversorgung in den Gleichstrombus einspeist, obwohl der Wechselstrommotor Leistung zurückspeist.
• Dritte Ausführungsform
• Das Blockschaltbild von 16 veranschaulicht die vollständige Konfiguration einer dritten Ausführungsform eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein wie in 16 veranschaulichtes Wechselstrommotoransteuerungssystem 1b umfasst eine Lade- und Entladesteuerung 2b, einen Wechselspannungswertdetektor 8, den Stromrichter 11, den Gleichstrombus 12, den Glättungskondensator 13, den Inverter 14, den Lade- und Entladeschaltkreis 15, den Wechselstrommotor 16, die Energiespeichervorrichtung 17, den Gleichspannungswertdetektor 18 und den Lade- und Entladestromwertdetektor 19. Das Wechselstrommotoransteuerungssystem 1b der in 16 veranschaulichten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Wechselstrommotoransteuerungssystem 1 der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform darin, dass es den Wechselspannungswertdetektor 8 aufweist und die Lade- und Entladesteuerung 2b, der ein von dem Wechselspannungswertdetektor 8 ausgegebener Wechselspannungswert Vac zugeführt wird. Der mit der Systemstromversorgungseite des Stromrichters 11 verbundene Wechselspannungswertdetektor 8, erfasst den Wechselspannungswert Vac, der dem Wert der Spannung an den Leitungen von der Systemstromversorgung 10 entspricht, und gibt diesen an die Lade- und Entladesteuerung 2b aus. Komponenten der vorliegenden Ausführungsform, die identisch mit Komponenten der ersten Ausführungsform oder äquivalent zu diesen sind, werden mit identischen Bezeichnungen und Bezugsnummern gekennzeichnet und nicht weiter beschrieben.
• Der Wert der von der Systemstromversorgung 10 in den Stromrichter 11 eingegebenen Wechselspannung Vac hängt von der Länge der Leitungen von der Systemstromversorgung 10 zum Stromrichter 11 ab. Wenn mehrere Wechselstrommotoransteuerungssysteme mit derselben Systemstromversorgung verbunden sind, ändert sich der Wert der in den Stromrichter 11 eines Wechselstrommotoransteuerungssystems eingegebenen Wechselspannung Vac in Abhängigkeit vom Betriebszustand (Spitze oder aus) der anderen Wechselstrommotoransteuerungssysteme. Wenn sich der Wert der Wechselspannung Vac am Stromrichter 11 ändert, dann ändern sich auch der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) am Gleichstrombus 12 und der Wert der Leerlauf-Zeitraum-Gleichstrombusspannung Vdc0, die von dem Stromrichter 11 ausgegeben werden. Eine Aufgabe des Wechselstrommotoransteuerungssystems 1b gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht im Verhindern, dass der Stromrichter 11 den Gleichstrombus 12 auch dann mit Leistung aus der Systemstromversorgung 10 versorgt, während der Wechselstrommotor 16 Leistung zurückspeist, wenn ein Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc, der Änderungen des von dem Wechselspannungswertdetektor 8 ausgegebenen Werts der Wechselspannung Vac Rechnung trägt, während eines Rückspeisungszeitraums des Stromrichters geringer ist als ein Leerlaufzeitraum-Gleichstrombusspannungswert Vdc0.
• Die Lade- und Entladesteuerung 2b der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Stromversorgungszeitsteuerung 21b anstatt der Stromversorgungszeitsteuerung 21 der Lade- und Entladesteuerung 2 der ersten Ausführungsform, sowie eine Rückspeisungszeitsteuerung 3b anstelle der Rückspeisungszeitsteuerung 3. Die Stromversorgungszeitsteuerung 21b der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich darin, dass ihr zusätzlich zum Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) der Wert der Wechselspannung Vac zugeführt wird. Die Rückspeisungszeitsteuerung 3b der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich darin, dass ihr zusätzlich zum Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) der Wert der Wechselspannung Vac zugeführt wird, sie einen Ladestromanweisungswertgenerator 4b anstelle des Ladestromanweisungswertgenerator 4 aufweist und einen Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6b anstelle des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6 aufweist. In den Ladestromanweisungswertgenerator 4b und den Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6b der vorliegenden Ausführungsform wird der Wert der Wechselspannung Vac eingegeben. Der Ladestromanweisungswertgenerator 4b der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich darin, dass er einen Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45b anstelle des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 aufweist. Der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45b der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich darin, dass ihm zusätzlich zum Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) der Wert der Wechselspannung Vac, der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA und ein Rückspeisezeit-Leistungskompensationsbetriebs-Flag Fa zugeführt werden. Dadurch wird der Wert der Wechselspannung Vac lediglich in die Stromversorgungszeitsteuerung 21b, den Rückspeisungszeitladestromanweisungswert-begrenzer 45b und den Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6b eingegeben.
• Die in 4 veranschaulichte Beziehung zwischen der den Stromrichter passierenden Leistung und dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc wird durch eine Änderung des Wechselspannungswerts Vac im Wesentlichen in Richtung des Gleichstrombusspannungswerts (Richtung der vertikalen Achse in 4) verschoben. Wenn der Betrag der Änderung des Wechselspannungswerts Vac in etwa ± 20 % eines Wechselspannungsreferenzwerts VacO beträgt, dann ist der Betrag der Verschiebung der Beziehung zwischen der den Stromrichter passierenden Leistung und dem gemittelten Wert der Gleichstrombusspannung Vdc proportional dem Verhältnis zwischen dem Wechselspannungswert Vac und dem Wechselspannungsreferenzwert VacO, d. h. dem Wert (Vac/Vac0). Die im Falle eines Wechselspannungsreferenzwerts VacO den Stromrichter 11 passierende Leistung und die Beziehung zwischen der Leistung und dem Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc werden daher in dem Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61 des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungswandlers 6b gespeichert. Das Blockschaltbild von 17 veranschaulicht die Lade- und Entladesteuerung 2b. Der in 17 dargestellte Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6b umfasst zusätzlich zu dem Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61, dem Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 62 und dem Rückspeisungszeitleistungsschwellwertspeicher 63 einen Proportionalitätsfaktorspeicher 64 und einen Referenzwechselspannungswertspeicher 65. Der Proportionalitätsfaktorspeicher 64 speichert einen Proportionalitätsfaktor Ka, der sich auf (Vac/Vac0) des Verschiebungsbetrags der Beziehung zwischen der den Stromrichter 11 passierenden Leistung und dem gemittelten Wert der Gleichstrombusspannung Vdc bezieht. Der Referenzwechselspannungswertspeicher 65 speichert den Wert VacO. Der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA, der den von dem Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6b ausgegebenen Wert darstellt, wird zu einem Spannungsschwellwert, der einer Änderung des Wechselspannungswerts Vac Rechnung trägt, wenn der von dem Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61 ausgegebene Wert mit dem in den Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6b eingegebenen Wechselspannungswert Vac multipliziert, das Ergebnis anschließend mit dem Proportionalitätsfaktor Ka, der den von dem Proportionalitätsfaktorspeicher 64 ausgegebenen Wert darstellt, multipliziert und dieses Ergebnis schließlich durch den Wert VacO, bei dem es sich um den von dem Referenzwechselspannungswertspeicher 65 ausgegebenen Wert handelt, dividiert wird. Die im Falle eines Wechselspannungsreferenzwerts VacO den Stromrichter 11 passierende Leistung und die Beziehung zwischen der Leistung und dem Mittelwert der Gleichstrombusspannung Vdc werden unter Verwendung eines Näherungsausdrucks, einer Nachschlagetabelle oder dergleichen im Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61 gespeichert.
• Um die Division, die eine komplizierte Berechnung darstellt, zu umgehen, gibt es ein Verfahren zum Speichern eines Werts, der durch Dividieren eines gemittelten Werts der Gleichstrombusspannung Vdc, der zu der den Stromrichter 11 im Falle eines Wechselspannungsreferenzwerts VacO passierenden Leistung passt, durch den Wechselspannungsreferenzwert VacO vorab unter Verwendung eines Näherungsausdrucks, einer Nachschlagetabelle oder dergleichen im Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61 erhalten wird, sodass der Rückspeisezeit-Gleichstrombusspannungsanweisungswert VthA durch Multiplizieren des von dem Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter 61 ausgegebenen Werts mit dem Wechselspannungswert Vac und dem Proportionalitätsfaktor Ka erhalten wird, ohne dass eine Divisionseinheit erforderlich ist. Ein Referenzwechselspannungswertspeicher 65 ist hierbei nicht erforderlich.
• Das Blockschaltbild von 18 veranschaulicht den Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45b. Der in 18 dargestellte Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45b umfasst den Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451, den Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452, den Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453, den ersten Komparator 454, den zweiten Komparator 455, den dritten Komparator 456, den ersten Signalgenerator 457, den Zähler 458, den Transmitter 459, den TO-Kalkulator 460, den vierten Komparator 461, den zweiten Signalgenerator 462, einen Proportionalitätsfaktorspeicher 471, einen Referenzwechselspannungswertspeicher 472, Multiplizierer 473, 474, 475 und 476 und Dividierer 477 und 478. Der Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45b der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer 45 der ersten Ausführungsform dadurch, dass er den Proportionalitätsfaktorspeicher 471 und den Referenzwechselspannungswertspeicher 472, die neu hinzugekommenen sind, umfasst, wobei die Multiplizierer 473 und 475 sowie der Dividierer 477 zwischen dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451 und dem ersten Komparator 454 angeordnet sind und die Multiplizierer 474 und 476 sowie der Dividierer 478 zwischen dem Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452 und dem zweiten Komparator 455 angeordnet sind. In den Multiplizierer 473 und den Multiplizierer 474 wird der Wechselspannungswert Vac eingegeben.
• Im Proportionalitätsfaktorspeicher 471 wird der Proportionalitätsfaktor Ka gespeichert, der sich auf (Vac/Vac0) des Verschiebungsbetrags der Beziehung zwischen der den Stromrichter 11 passierenden Leistung und dem gemittelten Wert der Gleichstrombusspannung Vdc bezieht. Der von dem Proportionalitätsfaktorspeicher 471 ausgegebene Proportionalitätsfaktor Ka wird an die Multiplizierer 475 und 476 ausgegeben. Der Wechselspannungsreferenzwert VacO wird im Referenzwechselspannungswertspeicher 472 gespeichert. Der von dem Referenzwechselspannungswertspeicher 472 ausgegebene Wechselspannungsreferenzwert VacO wird an einen Divisoranschluss der Dividierer 477 und 478 ausgegeben. Im Multiplizierer 473 wird das Produkt Vsp.Vac aus einem Spannungswert Vsp, der etwas größer als ein von dem Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher 451 ausgegebener Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert ist, und dem Wechselspannungswert Vac berechnet, der dem von dem Wechselspannungswertdetektor 8 ausgegeben wird, und an den Multiplizierer 475 ausgegeben. Im Multiplizierer 474 wird das Produkt Vst-Vac aus einem Spannungswert Vst, der etwas kleiner als ein von dem Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher 452 ausgegebener Rückspeisungsstartspannungsschwellwert ist, und dem Wechselspannungswert Vac berechnet, der dem von dem Wechselspannungswertdetektor 8 ausgegeben wird, und an den Multiplizierer 476 ausgegeben. Im Multiplizierer 475 wird das Produkt Ka-Vsp-Vac aus dem Produkt Vsp.Vac und dem von dem Proportionalitätsfaktorspeicher 471 ausgegebenen Proportionalitätsfaktor Ka berechnet und an einen Dividendenanschluss des Dividierers 477 ausgegeben. Im Multiplizierer 476 wird das Produkt Ka-Vst-Vac aus dem Produkt Vst-Vac und dem von dem Proportionalitätsfaktorspeicher 471 ausgegebenen Proportionalitätsfaktor Ka berechnet und an einen Dividendenanschluss des Dividierers 478 ausgegeben. Der Dividierer 477 teilt das Produkt Ka·Vsp·Vac durch den von dem Referenzwechselspannungswertspeicher 472 ausgegebenen Wechselspannungsreferenzwert VacO und gibt den Quotienten Ka·(Vac/Vac0)·Vsp an den ersten Komparator 454 aus. Der Dividierer 478 teilt das Produkt Ka-Vst-Vac durch den von dem Referenzwechselspannungswertspeicher 472 ausgegebenen Wechselspannungsreferenzwert VacO und gibt den Quotienten Ka·(Vac/Vac0)·Vst an den zweiten Komparator 455 aus.
• Der erste Komparator 454 erhält als Eingaben den Quotienten Ka·(Vac/Vac0)·Vsp und den Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und erzeugt ein Rückspeisungsbeendigungssignal Psp, das gültig wird, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) gleich dem Quotienten Ka·(Vac/Vac0)·Vsp oder kleiner wird. Der erste Komparator 454 gibt das Rückspeisungsbeendigungssignal Psp an den ersten Signalgenerator 457 aus. Der zweite Komparator 455 erhält als Eingaben den Quotienten Ka·(Vac/Vac0)·Vst und den Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) und erzeugt ein Rückspeisungsstartsignal Pst, das gültig wird, wenn der Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) gleich dem Quotienten Ka·(Vac/Vac0)·Vst oder größer wird. Der zweite Komparator 455 gibt das Rückspeisungsstartsignal Pst an den ersten Signalgenerator 457 aus.
• In den ersten Komparator 454 werden der Wert der mit dem Wechselspannungswert Vac schwankenden Gleichstrombusspannung Vdc(t) und der Quotient Ka·(Vac/Vac0)·Vsp, bei dem die Auswirkungen der Schwankung des Wechselspannungswerts Vac auf den Spannungswert Vsp berücksichtigt sind, mit dem Ziel eines Vergleichs mit dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) eingegeben. Dadurch kann das von dem ersten Komparator 454 ausgegebene Rückspeisungsbeendigungssignal Psp einen Rückspeisungsbeendigungszeitpunkt des Stromrichters 11 akkurat abschätzen.
• In den zweiten Komparator 455 werden der Wert der mit dem Wechselspannungswert Vac schwankenden Gleichstrombusspannung Vdc(t) und der Quotient Ka·(Vac/Vac0)·Vst, bei dem die Auswirkungen der Schwankung des Wechselspannungswerts Vac auf den Spannungswert Vst berücksichtigt sind, mit dem Ziel eines Vergleichs mit dem Wert der Gleichstrombusspannung Vdc(t) eingegeben. Dadurch kann das von dem zweiten Komparator 455 ausgegebene Rückspeisungsstartsignal Pst einen Rückspeisungsstartzeitpunkt des Stromrichters 11 akkurat abschätzen. Von dem Rückspeisungsbeendigungssignal Psp und dem Rückspeisungsstartsignal Pst, die die beiden Eingaben in den ersten Signalgenerator 457 bilden, bis zu einem Rückspeisezeit-Ladestromanweisungswertbegrenzungs-Flag S, das die Ausgabe des zweiten Signalgenerators 462 darstellt, werden der Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453, der dritte Komparator 456, der Transmitter 459 und der TO-Kalkulator 460 in ähnlicher Weise betrieben wie bei der ersten Ausführungsform.
• Der Proportionalitätsfaktorspeicher 64 des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverters 6b und der Proportionalitätsfaktorspeicher 471 des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45b können zu einer Einheit zusammengefasst werden. Der Referenzwechselspannungswertspeicher 65 des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverters 6b und der Referenzwechselspannungswertspeicher 472 des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45b können zu einer Einheit zusammengefasst werden. Der Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 62 des Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverters 6b und der Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher 453 des Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzers 45b können zu einer Einheit zusammengefasst werden.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform können die Stromversorgungszeitsteuerung 21b, der Stromanweisungswertintegrator 22, der Steuersignalgenerator 23, oder die Rückspeisungszeitsteuerung 3b in Form von Hardware oder in Form von Software implementiert sein.
• Ein Wechselstrommotoransteuerungssystem 1b gemäß der vorliegenden, wie oben dargelegt konfigurierten Ausführungsform kann zusätzlich zu den Wirkungen der ersten Ausführungsform verhindern, dass der Stromrichter 11 auch dann Strom aus der Systemstromversorgung 10 in den Gleichstrombus 12 einspeist, während der Wechselstrommotor 16 Leistung zurückspeist, wenn die Spannung der Systemstromversorgung 10 schwankt.
• Die vorliegende Ausführungsform wurde im Vergleich zur ersten Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Technik der vorliegenden Ausführungsform auch in die den Stromrichter 11a verwendende zweite Ausführungsform einbezogen werden kann.
• Auch, wenn die vorliegende Ausführungsform im Vergleich zur ersten Ausführungsform beschrieben wurde, kann die vorliegende Ausführungsform bei einem Wechselstrommotoransteuerungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden. Die für die vorliegende Ausführungsform beschriebene Konfiguration kann mit denen der ersten und zweiten Ausführungsform kombiniert werden.
• Vierte Ausführungsform
• Die erste Ausführungsform wurde in Bezug auf eine Fallgestaltung beschrieben, bei der der Substitutionswert Vcfix für die Spannung an beiden Anschlüssen als Ersatz für den Wert der Spannung Vcap an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17 verwendet wird. Einige Wechselstrommotoransteuerungssysteme erfassen jedoch den Wert der Spannung Vcap an den beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung 17 (mit einem Detektor für den Wert der Spannung an beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung), um das Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung 17 zu begrenzen. Das Blockschaltbild von 19 veranschaulicht die vollständige Konfiguration der vierten Ausführungsform eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn die Installierung eines Detektors für den Wert der Spannung an beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung wie in 19 dargestellt zu keiner Erhöhung der Kosten führt, kann ein Detektor 9 für den Wert der Spannung an beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung installiert werden, um einen mit dem Detektor 9 für den Wert der Spannung an beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung beidendigen Spannungswert Vcap an die Lade- und Entladesteuerung 2c auszugeben. In diesem Fall wird der beidendige Spannungswert Vcap an eine Stromversorgungszeitraumsteuerung und eine Rückspeisezeitraumsteuerung der Lade- und Entladesteuerung 2c eingegeben. Der in die Rückspeisezeitraumsteuerung eingegebene beidendige Spannungswert Vcap wird in einen Lade- und Entladestrom-Anweisungswertkonverter eingegeben, wobei der für die erste Ausführungsform beschriebene Ausdruck (4) verwendet wird. Alternativ gibt es ein Verfahren zum Eingeben des beidendigen Spannungswerts Vcap in den Lade- und Entladestrom-Anweisungswertkonverter durch Vorsehen einer Konvertierungseinheit wie beispielsweise einer Nachschlagetabelle, um einen Kehrwert des beidendigen Spannungswerts Vcap in den Lade- und Entladestrom-Anweisungswertkonverter auszugeben, wobei zum Umgehen einer Division ein Verfahren verwendet wird, das dem bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Ausdruck (5) genügt, um hierdurch einen energiespeichervorrichtungsseitigen Ladestromanweisungswert Ia* zu erhalten.
• Mit einem Wechselstrommotoransteuerungssystem 1c gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein energiespeichervorrichtungsseitiger Ladestromanweisungswert Ia* erhalten werden, der genauer ist, als der eines Wechselstrommotoransteuerungssystems gemäß der ersten Ausführungsform. Dadurch kann die Verstärkung der PID-Regelung des Ladestromanweisungswertgenerators 4 der Rückspeisungszeitraumsteuerung zum Erhalt eines Wechselstrommotoransteuerungssystems mit gutem Ansprechverhalten erhöht werden.
• Auch, wenn die vorliegende Ausführungsform im Vergleich zur ersten Ausführungsform beschrieben wurde, kann die vorliegende Ausführungsform auch bei einem Wechselstrommotoransteuerungssystem der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden. Die vorliegende Ausführungsform kann auch bei einem Wechselstrommotoransteuerungssystem der dritten Ausführungsform eingesetzt werden. Das bedeutet, dass die bei der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Konfiguration mit denen der ersten bis dritten Ausführungsform kombiniert werden kann.
• Gewerbliche Anwendbarkeit
• Wie oben angegeben ist ein Wechselstrommotoransteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung für ein einen Wechselstrommotor umfassendes Wechselstrommotoransteuerungssystem von Nutzen, das beim Betrieb mit einer Systemstromversorgung verbunden ist.
• Bezugszeichenliste
• [0087]

1, 1a, 1b, 1c

Wechselstrommotoransteuerungssystem,

2, 2a, 2b, 2c

Lade- und Entladesteuerung,

3, 3b

Rückspeisungszeitsteuerung,

4, 4b

Ladestromanweisungswertgenerator,

5

Rückspeisungszeitleistungskompensationsbetriebssteuerung,

6, 6b

Rückspeisungszeit-Leistungs-/Spannungskonverter 6,

7

Ladestromanweisungswertkonverter,

8

Wechselspannungswertdetektor,

9

Detektor für den Wert der Spannung an beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung,

10

Systemstromversorgung,

11, 11a

Stromrichter,

12

Gleichstrombus,

12a

Gleichstrombus-Hochpotenzialseite,

12b

Gleichstrombus-Niedrigpotenzialseite,

13

Glättungskondensator,

14

Inverter,

15

Lade- und Entladeschaltkreis,

16

Wechselstrommotor,

17

Energiespeichervorrichtung,

18

Gleichspannungswertdetektor,

19

Lade- und Entladestromwertdetektor,

21, 21b

Stromversorgungszeitsteuerung,

22

Stromanweisungswertintegrator,

23

Steuersignalgenerator,

45, 45a, 45b

Rückspeisungszeitladestromanweisungswertbegrenzer,

61

Rückspeisungszeitspannungsschwellwert-Generator-Konverter,

62

Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher,

63

Rückspeisungszeitleistungsschwellwertspeicher,

64

Proportionalitätsfaktorspeicher,

65

Referenzwechselspannungswertspeicher,

411

erster Subtrahierer,

412

erster Multiplizierer,

413

erster Schalter,

414

erster Begrenzer,

415

zweiter Schalter,

421

zweiter Multiplizierer,

422

dritter Schalter,

423

erster Addierer,

424

zweiter Begrenzer,

425

vierter Schalter,

426

erste Verzögerungsvorrichtung,

427

Rückspeisungszeitstromanweisungswertintegralkomponentenanfangswertgenerator,

431

zweite Verzögerungsvorrichtung,

432

zweiter Subtrahierer,

433

dritter Multiplizierer,

434

dritter Begrenzer,

435

fünfter Schalter,

441

zweiter Addierer,

442

vierter Begrenzer,

443

sechster Schalter,

451

Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwertspeicher,

452

Rückspeisungsstartspannungsschwellwertspeicher,

453

Glättungskondensatorkapazitätswertspeicher,

454

erster Komparator,

455

zweiter Komparator,

456

dritter Komparator,

457

erster Signalgenerator,

458

Zähler,

459

Transmitter,

460

TO-Kalkulator,

461

vierter Komparator,

462

zweiter Signalgenerator,

463

Inverter,

471

Proportionalitätsfaktorspeicher,

472

Referenzwechselspannungswertspeicher,

473, 474, 475, 476

Multiplizierer,

477, 478

Dividierer.

Claims (4)

1. Wechselstrommotoransteuerungssystem (1), das aufweist: einen Stromrichter (11) für die Gleichstromversorgung, einen Inverter (14), der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, einen Gleichstrombus (12), der den Stromrichter und den Inverter miteinander verbindet, einen Wechselstrommotor (16), der mit dem Wechselstrom angesteuert wird, einen Gleichspannungswertdetektor (18), der den Wert einer Gleichstrombusspannung an einer Ausgangsseite des Stromrichters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung (17), die Gleichstrom aus dem Gleichstrombus aufnimmt und den gespeicherten Gleichstrom an den Gleichstrombus abgibt, einen Lade- und Entladeschaltkreis (15), der mit dem Gleichstrombus verbunden und parallel zum Inverter geschaltet ist und die Energiespeichervorrichtung lädt und entlädt, einen Lade- und Entladestromwertdetektor (19), der einen Wert eines die Energiespeichervorrichtung ladenden bzw. entladenden Stroms erfasst, und eine Lade- und Entladesteuerung (2), die ein Steuersignal ausgibt, um den Lade- und Entladeschaltkreis auf Basis des Werts der Gleichstrombusspannung und des von dem Lade- und Entladestromwertdetektor (19) erfassten Werts des Lade- bzw. Entladestroms zu steuern, wobei die Lade- und Entladesteuerung (2), wenn die aus dem Wechselstrommotor (16) über den Inverter (14) zurückgespeiste Leistung einen vorgegebenen Leistungsschwellwert (PthA) überschreitet, bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung (17) so geladen wird, dass der Wert der Gleichstrombusspannung einen Spannungsschwellwert (VthA) annimmt, der dem vorgegebenen Leistungsschwellwert (PthA) entspricht, der Stromrichter (11), wenn die zurückgespeiste Leistung gleich oder kleiner als der vorgegebene Leistungsschwellwert (PthA) ist, jedes Mal einen Rückspeisevorgang beginnt, wenn eine ansteigende Gleichstrombusspannung einen vorgegebenen Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht hat, und den Rückspeisevorgang ausführt, bis die Gleichstrombusspannung auf einen vorgegebenen Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert abgefallen ist, ein zeitlich gemittelter Wert des Werts der Gleichstrombusspannung während des Rückspeisevorgangs des Stromrichters kleiner als ein Gleichstrombusspannungswert während eines Leerlauf-Zeitraums ist, bei dem der Stromrichter weder eine Stromversorgung noch eine Rückspeisung vornimmt, und die Lade- und Entladesteuerung (2) die Energiespeichervorrichtung während Zeiträumen mit einem konstanten Strom lädt, zu denen der Stromrichter einen Rückspeisevorgang ausführt.
2. Wechselstrommotoransteuerungssystem (1a), das aufweist: einen Stromrichter (11a) für die Gleichstromversorgung, einen Inverter (14), der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, einen Gleichstrombus (12), der den Stromrichter und den Inverter miteinander verbindet, einen Wechselstrommotor (16), der mit dem Wechselstrom angesteuert wird, einen Gleichspannungswertdetektor (18), der den Wert einer Gleichstrombusspannung an einer Ausgangsseite des Stromrichters erfasst, eine Energiespeichervorrichtung (17), die Gleichstrom aus dem Gleichstrombus aufnimmt und den gespeicherten Gleichstrom an den Gleichstrombus abgibt, einen Lade- und Entladeschaltkreis (15), der mit dem Gleichstrombus verbunden und parallel zum Inverter geschaltet ist und die Energiespeichervorrichtung lädt und entlädt, einen Lade- und Entladestromwertdetektor (19), der einen Wert eines die Energiespeichervorrichtung ladenden bzw. entladenden Stroms erfasst, und eine Lade- und Entladesteuerung (2a), die ein Steuersignal ausgibt, um den Lade- und Entladeschaltkreis auf Basis des Werts der Gleichstrombusspannung und des von dem Lade- und Entladestromwertdetektor (19) erfassten Werts des Lade- bzw. Entladestroms zu steuern, wobei die Lade- und Entladesteuerung (2a), wenn die aus dem Wechselstrommotor (16) über den Inverter (14) zurückgespeiste Leistung einen vorgegebenen Leistungsschwellwert (PthA) überschreitet, bewirkt, dass die Energiespeichervorrichtung (17) so geladen wird, dass der Wert der Gleichstrombusspannung einen Spannungsschwellwert (VthA) annimmt, der dem vorgegebenen Leistungsschwellwert (PthA) entspricht, der Stromrichter (11), wenn die zurückgespeiste Leistung gleich oder kleiner als der vorgegebene Leistungsschwellwert (PthA) ist, jedes Mal einen Rückspeisevorgang beginnt, wenn eine ansteigende Gleichstrombusspannung einen vorgegebenen Rückspeisungsstartspannungsschwellwert erreicht hat, und den Rückspeisevorgang ausführt, bis die Gleichstrombusspannung auf einen vorgegebenen Rückspeisungsbeendigungsspannungsschwellwert abgefallen ist, ein zeitlich gemittelter Wert des Werts der Gleichstrombusspannung während des Rückspeisevorgangs des Stromrichters kleiner als ein Gleichstrombusspannungswert während eines Leerlauf-Zeitraums ist, bei dem der Stromrichter weder eine Stromversorgung noch eine Rückspeisung vornimmt, der Stromrichter (11) ein Rückspeisezeitraum-Flag ausgibt, bei dem es sich um ein Signal handelt, das einen Zeitraum anzeigt, während dessen der Stromrichter im Gleichstrombus gespeicherte Energie tatsächlich zurückspeist, das Rückspeisezeitraum-Flag in die Lade- und Entladesteuerung (2a) eingegeben wird, und die Lade- und Entladesteuerung (2a) die Energiespeichervorrichtung (17) während der durch das Rückspeisezeitraum-Flag angezeigten Zeiträume mit einem konstanten Strom lädt.
3. Wechselstrommotoransteuerungssystem (1b) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, das ferner einen Wechselspannungswertdetektor (8) aufweist, der mit einer Stromversorgungsseite des Stromrichters (11) verbunden ist und einen Wert einer Leitungsspannung der Stromversorgungsleitungen zwischen der Stromversorgung (10) und dem Stromrichter erfasst, wobei der Wechselspannungswertdetektor den Wert der zwischen den Stromversorgungsleitungen erfassten Leitungsspannung an die Lade- und Entladesteuerung (2b) ausgibt.
4. Wechselstrommotoransteuerungssystem (1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen Detektor (9) für den Wert der Spannung an beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung aufweist, der über eine Elektrode der Energiespeichervorrichtung (17) verbunden ist und einen Wert der Spannung an der Energiespeichervorrichtung erfasst, wobei der Detektor für den Wert der Spannung an beiden Anschlüssen der Energiespeichervorrichtung den an der Energiespeichervorrichtung erfassten Spannungswert an die Lade- und Entladesteuerung (2c) ausgibt.

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