DE112018008052T5 - Leistungswandlersystem - Google Patents

Abstract

Ein Leistungswandlersystem (50) weist eine Leistungswandlervorrichtung (10) und einen Spannungstransformator (1) auf. Die Leistungswandlervorrichtung (10) weist einen Wandler (2a), einen Spannungssensor (5), der eine Gleichstromspannung erlangt und eine Steuerungseinheit (3) auf. Der Spannungstransformator (1) weist eine Primärwicklung (1a), eine Sekundärwicklung (1b) und eine Tertiärwicklung (1c) auf, die mit einem Spannungssensor (6) verbunden ist. Die Steuerungseinheit (3) weist eine Phasenberechnungseinheit (30) auf, die eine Referenzphase von einem Wert berechnet, der durch den Spannungssensor (6) erlangt wird, eine Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit (320) auf, die ein Wirkstrombefehlswert auf der Basis einer Abweichung eines Gleichstromspannungsbefehlswerts von einer Gleichstromspannung berechnet, eine erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit (324) auf, die einen ersten Blindstrombefehlswert proportional zu einem Quadrat des Wirkstrombefehlswerts berechnet, durch Nutzen eines ersten Koeffizienten, der durch gekoppelte Induktivitäten (74) des Spannungstransformators (1) und eine empfangene Spannung des Spannungstransformators (1) bestimmt ist, und eine Spannungsbefehlswertberechnungseinheit (34) auf, die einen Wechselstromspannungsbefehlswert auf der Basis der Referenzphase, des Wirkstrombefehlswerts und des ersten Blindstrombefehlswerts berechnet.

Description

• Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungswandlersystem, das auf einem Elektrofahrzeug zum Wandeln einer Wechselstromleistungsausgabe von einer Wechselstromleistungszufuhr in eine Gleichstromleistung installiert ist. 3
• Hintergrund
• Typischerweise ist ein Elektrofahrzeug dazu konfiguriert, Leistung von Oberleitungsleistungsleitungen durch einen Leistungssammler abzuziehen, die abgezogene Leistung zu nutzen und einen Motor mittels einer Leistungswandlervorrichtung anzutreiben, um das Elektrofahrzeug zu bewegen. Insbesondere wendet das Elektrofahrzeug, das eine Zufuhr von Leistung von einer Wechselstromleistungszufuhr empfängt, typischerweise ein Schema zum Zuführen von Leistung an einen Motor zum Antreiben des Elektrofahrzeugs an, über einen Spannungstransformator, der eine Oberleitungsspannung absenkt, einen Wandler, der die Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung wandelt und einen Wechselrichter, der die Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung wandelt. Hiernach wird sich der Begriff „Elektrofahrzeug“ auf ein Elektrofahrzeug beziehen, das Leistung von einer Wechselstromleistungszufuhr empfängt. Zusätzlich wird eine Einrichtung, die einen Spannungstransformator, einen Wandler, einen Wechselrichter und einen Motor aufweist, als eine „Vortriebssteuerung“ bezeichnet.
• Ein Spannungstransformator eines Elektrofahrzeugs weist eine Primärwicklung auf, die mit einer Oberleitungsleistungsleitung verbunden ist, eine Sekundärwicklung auf, die mit einem Wandler verbunden ist und eine Tertiärwicklung auf, die mit anderen elektrischen Einrichtungen verbunden ist. Von diesen Wicklungen ist die Sekundärwicklung Eins-zu-Eins dem Wandler zugeordnet und zwei oder mehr Sekundärwicklungen wird in vielen Fällen bereitgestellt. Zusätzlich wird die Anzahl von Wicklungen typischerweise kleiner in der Reihenfolge der Primärwicklung, der Sekundärwicklung und der Tertiärwicklung. Das bedeutet, dass die Spannung niedriger wird in der Reihenfolge der Primärwicklung, der Sekundärwicklung und der Tertiärwicklung. Man beachte, dass die Primärwicklung eine Hochspannungswicklung genannt wird und die Sekundärwicklung und die Tertiärwicklung Niedrigspannungswicklungen genannt werden.
• Zum Steuern des Wandlers wird Information über die Oberleitungsspannung benötigt. Man beachte, dass in einigen Fällen ein Spannungssensor zum Erlangen einer Oberleitungsspannung auf einer Tertiärwicklung eines Spannungstransformators installiert ist. In dem Falle einer solchen Konfiguration wird ein Wert, der von dem Spannungssensor erlangt wird, in einem Wicklungsverhältnis des Spannungstransformators gewandelt und zum Steuern des Wandlers genutzt. Die Verbindung des Spannungssensors mit der Tertiärwicklung ermöglicht ein Nutzen eines Spannungssensors einer niedrigeren Prüfspanungsleistung. Eine Konfiguration eines solchen Leistungswandlersystems ist in Patentliteratur 1 bspw. beschrieben, die nachstehend genannt ist.
• Zitierungsliste
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungoffenlegungsschrift Nr. 2005-304156
• Kurzdarstellung
• Technisches Problem
• Für den Spannungstransformator des Elektrofahrzeugs, das voranstehend beschrieben wurde, weisen drei oder mehr Wicklungen, die magnetische Pfade teilen, magnetische Kopplungen zwischen all den Wicklungen auf. Daher beeinflusst ein Strom, der in einer Wicklung fließt, die durch eine andere Wicklung induzierte Spannung. Genauer gesagt ändert sich die Ausgabe des Spannungssensors, der mit der Tertiärwicklung verbunden ist, abhängig von der Größe der Leistung, die durch die Wandler benötigt wird, die mit der Sekundärwicklung sind. Als Ergebnis tritt ein Unterschied zwischen einer wahren Oberleitungsspannung und einer Oberleitungsspannung auf, die von einem erlangten Wert des Spannungssensors erlangt wird, was ein Problem des Fehlschlagens bewirkt, ein Leistungsfaktor der Vortriebssteuerung von der Oberleitungsleistungsleitung, das bedeutet einen Leistungsfaktor auf der Primärseite des Spannungstransformators, wie durch einen Befehlswert von einer Steuerung des Wandlers angewiesen, zu steuern.
• Patentliteratur 1 lehrt eine Technik des absichtlichen Bewirkens, dass ein Wandler auf solch eine Weise arbeitet, dass der Leistungsfaktor kleiner als 1 wird. Genauer gesagt lehrt die Patentliteratur 1 eine Technik des Bewirkens, dass ein Wandler durch Tragen eines Blindstroms auf solch eine Weise betrieben wird, dass eine Fluktuation einer empfangenen Spannung, die durch den Spannungstransformator empfangen wird, vermieden wird. Unglücklicherweise berücksichtigt eine solche Technik nicht den Unterschied zwischen der wahren Oberleitungsspannung und der Oberleitungsspannung, die von dem erlangten Wert des Spannungssensors erlangt wird. Des Weiteren garantiert die Technik nicht, dass der tatsächliche Leistungsfaktor gesteuert wird wie durch einen Befehlswert von der Steuerung des Wandlers angewiesen.
• Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Voranstehenden gemacht und es ist daher eine Aufgabe, ein Leistungswandlersystem bereitzustellen, dass dazu in der Lage ist, einen Leistungsfaktor auf einer Primärseite eines Spannungstransformators derart zu steuern, dass der Leistungsfaktor ein Befehlswert ist, sogar in einem Fall, wo ein Spannungssensor auf einer Niedrigspannungswicklung des Spannungstransformators installiert ist, um eine Oberleitungsspannung zu erlangen.
• Lösung des Problems
• Um die voranstehenden Problem zu lösen und die Aufgabe zu erreichen, weist ein Leistungswandlersystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leistungswandlervorrichtung und einen Spannungstransformator auf. Die Leistungswandlervorrichtung weist ein Wandler zum Wandeln einer Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung, einen ersten Spannungssensor zum Erlangen einer Gleichstromspannung, die auf einer Gleichstromseite des Wandlers erzeugt wird, zu erlangen und eine Steuerungseinheit auf, um einen Betriebszustand des Wandlers zu steuern. Der Spannungstransformator weist eine Primärwicklung auf, die mit einer Wechselstromleistungszufuhr verbunden ist, eine Sekundärwicklung auf und eine Tertiärwicklung auf, die mit einem zweiten Spannungssensor verbunden ist. Die Steuerungseinheit weist eine Phasenberechnungseinheit auf, um eine Referenzphase von einem Wert zu berechnen, der durch den zweiten Spannungssensor erlangt ist. Die Steuerungseinheit weist auch eine Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit zum Berechnen eines Wirkstrombefehlswerts auf der Basis einer Abweichung von einem Gleichstromspannungsbefehlswert von der Gleichstromspannung auf, die von dem ersten Spannungssensor erlangt wird. Die Steuerungseinheit weist des Weiteren eine erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit auf, um einen ersten Blindstrombefehlswert proportional zu einem Quadrat des Wirkstrombefehlswerts zu berechnen, durch Nutzen, als einen Proportionalitätskoeffizienten, eines ersten Koeffizienten, der durch gekoppelte Induktivitäten des Spannungstransformators bestimmt ist, und eine empfangene Spannung des Spannungstransformators. Die Steuerungseinheit weist des Weiteren eine Spannungsbefehlswertberechnungseinheit zum Berechnen eines Wechselstromspannungsbefehlswerts auf der Basis der Referenzphase, den Wirkstrombefehlswert und den ersten Blindstrombefehlswert auf.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Ein Leistungswandlersystem gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt einen Effekt, dass ein Leistungsfaktor auf einer Primärseite eines Spannungstransformators derart gesteuert werden kann, dass der Leistungsfaktor ein Befehlswert ist, sogar in einem Fall, wo ein Spannungssensor auf einer Niedrigspannungswicklung des Spannungstransformators installiert ist, um eine Oberleitungsspannung zu erlangen.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Elektrofahrzeugantriebssystems mit einem Leistungswandlersystem gemäß einer ersten Ausführungsform.
• 2 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Hauptteils des Leistungswandlersystems darstellt, das in 1 dargestellt ist.
• 3 zeigt ein erstes Vektordiagramm zum Erläutern eines Betriebsprinzips eines in den 1 und 2 dargestellten Wandlers.
• 4 zeigt ein zweites Vektordiagramm zum Erläutern des Betriebsprinzips in den 1 und 2 dargestellten Wandlers.
• 5 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Basiskonfiguration einer Steuerungseinheit darstellt, die in den 1 und 2 dargestellt ist.
• 6 zeigt ein Vektordiagramm, das sich auf einen Strombefehlswert bezieht, wenn die Steuerungseinheit, die in 5 dargestellt ist, arbeitet.
• 7 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Basiskonfiguration einer Steuerungseinheit darstellt, die in den 1 und 2 dargestellt ist, das verschieden von dem in 5 ist.
• 8 zeigt ein Diagramm, das eine äquivalente Schaltung darstellt, die einen Spannungstransformator ausdrückt, der in den 1 und 2 dargestellt ist, durch Nutzen eines idealen Spannungstransformators und gekoppelten Induktivitäten.
• 9 zeigt ein Vektordiagramm zum Erläutern einer Phasendifferenz zwischen einem Momentanstrombefehl, der in der Steuerungseinheit in die 5 oder in 7 auftreten kann und eine gewandelte sekundäre Betriebsspannung.
• 10 zeigt einen Graph, der Zeitwellenformen einer von einem sensorerlangten Spannung, eine gewandelte sekundäre Betriebsspannung und einen Wechselstrom darstellt, wenn die Phasendifferenz, die in 9 dargestellt ist, auftritt.
• 11 zeigt ein erstes Vektordiagramm zum Erläutern einer Steuerungstechnik gemäß der ersten Ausführungsform.
• 12 zeigt einen Graph, der Zeitwellenformen einer von einem Sensor erlangten Spannung, eine gewandelte sekundäre Betriebsspannung und einen Wechselstrom darstellt, wenn die Steuerungstechnik gemäß der ersten Ausführungsform genutzt wird.
• 13 zeigt ein zweites Vektordiagramm zum Erläutern der Steuerungstechnik gemäß der ersten Ausführungsform.
• 14 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
• 15 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration zum Implementieren der Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit in der ersten Ausführungsform darstellt.
• 16 zeigt ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Hardwarekonfiguration darstellt, die die Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit in der ersten Ausführungsform implementiert.
• 17 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, die von der in 14 verschieden ist.
• 18 zeigt ein erstes Vektordiagramm zum Erläutern einer Steuerungstechnik gemäß einer zweiten Ausführungsform.
• 19 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
• 20 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt, das verschieden von dem in 19 ist.
• 21 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Hauptteils einer Vortriebssteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
• 22 zeigt ein Diagramm, das eine äquivalente Schaltung darstellt, die einen Spannungstransformator ausdrückt, der in 21 dargestellt ist, durch Nutzen eines idealen Spannungstransformators und gekoppelter Induktivitäten.
• 23 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
• 24 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Ein Leistungswandlersystem gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehenden Ausführungsformen beschränkt ist.
• Erste Ausführungsform.
• 1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Elektrofahrzeugantriebssystems 100 mit einem Leistungswandlersystem 50 gemäß der ersten Ausführungsform. In 1 weist das Elektrofahrzeugantriebssystem 100 ein Zufuhrsystem 110 und eine Vortriebsvorrichtung 60 auf, die eine Vortriebssteuerung an einem Elektrofahrzeug durchführt, das nicht dargestellt ist. Das Zufuhrsystem 110 stellt eine Wechselstromleistungszufuhr bereit. Das Zufuhrsystem 110 weist eine Leistungszufuhrinstallation 106 auf, die eine Wechselstromleistung erzeugt und eine Leistungsleitung 108 zum Zuführen der Wechselstromleistung an die Vortriebsvorrichtung 60 auf.
• Die Vortriebsvorrichtung 60 weist das Leistungswandlersystem 50 und eine Last 120 auf. Das Leistungswandlersystem 50 wandelt die Wechselstromleistung, die von dem Zufuhrsystem 110 empfangen wird, in eine Gleichstromleistung um, und führt die Gleichstromleistung zu der Last 120 zu. Das Leistungswandlersystem 50 weist einen Spannungstransformator 1 und eine Leistungswandlervorrichtung 10 auf. Der Spannungstransformator 1 senkt eine empfangene Spannung ab und führt die resultierende Spannung der Leistungswandlervorrichtung 10 zu.
• Die Leistungswandlervorrichtung 10 weist einen Wandler 2a, einen Kondensator 2b und eine Steuerungseinheit 3 auf. Der Wandler 2a ist ein Pulsweitenmodulations (PWM)-Wandler, der von einer Wechselstromleistung zu einer Gleichstromleistung genauso wie von einer Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung wandelt. Der Wandler 2a wandelt eine Wechselstromleistung, die von dem Zufuhrsystem 110 zugeführt ist, über den Spannungstransformator 1 in eine Gleichstromleistung und führt der Gleichstromleistung der Last 120 zu. Der Kondensator 2b ist ein Glättungskondensator, der eine Ausgabe des Wandlers 2a glättet.
• Eine Seite des Wandlers 2a, auf der der Spannungstransformator 1 angeordnet ist, wird als eine „Wechselstromseite“ bezeichnet und die andere Seite des Wandlers 2a, auf der die Last 120 angeordnet ist, wird als eine „Gleichstromseite“ bezeichnet. Die Steuerungseinheit 3 erzeugt PWM-Signale zum Durchführen einer PWM-Steuerung an dem Wandler 2a. Die Steuerungseinheit 3 steuert den Betriebszustand des Wandlers 2a durch die PWM-Signale. Genauer gesagt steuert die Steuerungseinheit 3 die Spannung auf der Gleichstromseite des Wandlers 2a. Die Steuerungseinheit 3 steuert auch den Strom, der in die und aus der Wechselstromseite des Wandlers 2a fließt. Hiernach wird die Spannung auf der Gleichstromseite des Wandlers 2a als eine „Gleichstromspannung des Wandlers 2a“ oder einfach als eine „Gleichstromspannung“ bezeichnet. Zusätzlich wird der Strom, der in die und aus der Wechselstromseite des Wandlers 2a fließt als einen „Wechselstrom des Wandlers 2a“ bezeichnet oder einfach als einen „Wechselstrom“. Zusätzlich wird die Spannung auf der Wechselstromseite des Wandlers 2a als eine „Wechselstromspannung des Wandlers 2a“ oder einfach als eine „Wechselstromspannung“ bezeichnet. Man beachte, dass es viele bekannte Dokumente über Techniken zum Erzeugen von PWM-Signalen gibt und die detaillierte Beschreibung davon wird hier daher ausgelassen.
• Die Last 120 weist einen Wechselrichter 120a und einen Motor 120b auf. Der Wechselrichter 120a wandelt eine Gleichstromleistungsausgabe von dem Wandler 2a in eine Wechselstromleistung. Der Motor 120b wird durch die Wechselstromleistung angetrieben, die durch die Wandlung an dem Wechselrichter 120a erlangt wird. Der Motor 120b stellt eine Vortriebskraft an das Elektrofahrzeug bereit, das nicht dargestellt ist. Man beachte, dass die Anzahl von Motoren 120b, die durch einen Wechselrichter 120a angetrieben wird, größer als Eins sein kann.
• Zusätzlich, während ein einzelner Wechselrichter 120a mit einer einzigen Leistungswandlervorrichtung 10 verbunden in 1 dargestellt ist, kann die einzelne Leistungswandlervorrichtung 10 dazu konfiguriert sein, Leistung an eine Mehrzahl von Wechselrichtern 120a zuzuführen. Alternativ kann eine Mehrzahl von Leistungswandlervorrichtungen 10 dazu konfiguriert sein, Leistung an einen einzigen Wechselrichter 120a zuzuführen. Man beachte, dass ein Fall, wo eine Anzahl von Leistungswandlervorrichtungen 10 größer als Eins ist, später beschrieben wird.
• 2 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Hauptteils des Leistungswandlersystems 50 darstellt. Zusätzlich zu dem Spannungstransformator 1 und der Leistungswandlervorrichtung 10, die in 1 dargestellt ist, stellt die 2 einen Stromsensor 4, einen Spannungssensor 5, der ein erster Spannungssensor ist, und einen Spannungssensor 6, der ein zweiter Spannungssensor ist, dar.
• Wie in 2 dargestellt weist der Spannungstransformator 1 eine Primärwicklung 1a, eine Sekundärwicklung 1b und eine Tertiärwicklung 1c auf. Die Primärwicklung 1a ist mit der Leistungsleitung 108 verbunden, die Sekundärwicklung 1b ist mit dem Wandler 2a verbunden und die Tertiärwicklung 1c ist mit dem Spannungssensor 6 verbunden. Während die Anzahl von Leistungswandlervorrichtungen 10 und die Anzahl von Sekundärwicklungen 1b jeweils Eins ist, zur Vereinfachung, kann in 2 die Anzahl von Leistungswandlervorrichtungen 10 und die Anzahl von Sekundärwicklungen 1b zwei oder mehr sein. Die Leistungswandlervorrichtungen 10 und die Sekundärwicklungen 1b sind jedoch in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis miteinander verbunden.
• Der Stromsensor 4 erlangt einen Stromwert von einem Wechselstrom i_s des Wandlers 2a. Der Spannungssensor 5 erlangt einen Spannungswert einer Gleichstromspannung Ed des Wandlers 2a. Der Spannungssensor 6 erlangt einen Spannungswert einer Spannung v^s, die in der Tertiärwicklung 1c induziert wird. Die jeweiligen Werte, die durch den Stromsensor 4 und die Spannungssensoren 5 und 6 erlagt werden, werden in die Steuerungseinheit 3 eingegeben. Man beachte, dass „v^“ in dem Ausdruck „v^s“ ein Ersatz für ein Zeichen „v“ mit dem Hutsymbol „^“ darauf ist. In der vorliegenden Beschreibung wird dieser Ersatz genutzt außer wenn der Ausdruck als ein Bild eingefügt wird. Man beachte, dass der Wert, der durch den Spannungssensor 6 erlangt wird, ein Äquivalenzwert zu einer Sekundärspannung ist, die unter Nutzung eines Wicklungsverhältnisses der Sekundärwicklung 1b und der Tertiärwicklung 1c in dem Spannungstransformator 1 gewandelt wird. Die Sekundärspannung, die hier genutzt wird, ist eine Spannung, die in der Sekundärwicklung 1b induziert wird. Das Wicklungsverhältnis ist auch ein Spannungsverhältnis. Hiernach wird „v^s“ als eine „sensorerlangte Spannung“ bezeichnet.
• Als Nächstes wird ein Betriebsprinzip des Wandlers 2a mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben. 3 ist ein erstes Vektordiagramm zum Erläutern des Betriebsprinzips des Wandlers, der in 1 und 2 dargestellt ist. 4 ist ein zweites Vektordiagramm zum Erläutern des Betriebsprinzips des in den 1 und 2 dargestellten Wandlers. Man beachte, dass ein Zustand, in dem eine positive Leistung von der Wechselstromseite zu der Gleichstromseite des Wandlers 2a übertragen wird, definiert ist als eine „Leistungsfahrt“, und ein Zustand, in dem eine positive Leistung von der Gleichstromseite zu der Wechselstromseite" übertragen wird, definiert ist als „Regeneration“. Auf der Basis dieser Definitionen wird die Richtung, in der der Wechselstrom i_s des Wandlers 2a, der durch den Stromsensor 4 erlangt wird, in den Wandler 2a fließt, als positiv definiert.
• 3 stellt ein Verhältnis zwischen einem Spannungsvektor und einem Stromvektor in einem stationären Zustand dar, wenn der Wandler 2a Leistung mit einem Leistungsfaktor von 1 aufnimmt. In 3 repräsentiert „i_s“ den Wechselstrom des Wandlers 2a, „xl“ repräsentiert eine Leckreaktanz des Spannungstransformators 1 und „vc“ repräsentiert die Wechselstromspannung des Wandlers 2a. Der Spannungstransformator 1 empfängt von der Leistungsleitung 108 und wandelt die empfangene Spannung in einen Äquivalenzwert zu einer Sekundärspannung, unter Nutzung eines Wicklungsverhältnisses der Primärwicklung 1a und der Sekundärwicklung 1b in dem Spannungstransformator 1, wodurch „vs“ bereitgestellt wird. „vs“ wird als eine „gewandelte sekundäre Betriebsspannung“ bezeichnet.
• Man beachte, dass in der Realität eine Widerstandskomponente in dem Spannungstransformator 1 zusätzlich zu der Leckreaktanz xl vorhanden ist. Eine Summe der Widerstandskomponente und der Leckreaktanz xl wird „Leckimpedanz“ genannt. In der Leckimpedanz ist die Widerstandskomponente genügend klein verglichen mit einer Reaktanzkomponente. Daher, zur Vereinfachung, wird die Widerstandskomponente in der folgenden Beschreibung ignoriert.
• Wie in 3 dargestellt sind in der Leistungsfahrt und in dem stationären Zustand mit einem Leistungsfaktor von 1 der Wechselstrom i_s und die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs in Phase miteinander. Ein Spannungsabfall über die Leckreaktanz xl des Spannungstransformators 1 kann ausgedrückt werden als „jxlis“. „j“ ist eine Imaginäreinheit und der Spannungsabfall jxlis weist eine Phase auf, die 90 Grad von dem Wechselstrom i_s und der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs vorauseilt. Man beachte, dass bei einer Spannungsdifferenz zwischen der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs und der Wechselstromspannung vc des Wandlers 2a auf die Leckreaktanz xl beaufschlagt wird, dadurch der Wechselstrom i_s erzeugt wird. Daher ist ein Ergebnis einer Vektoraddition der Wechselstromspannung vc des Wandlers 2a und des Spannungsabfalls jxlis über die Leckreaktanz xl gleich zu der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs. Genauer gesagt erfüllen die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs, die Wechselstromspannung vc, und der Spannungsabfall jxlis die Gleichung von vs=vc+jxlis.
• Zusätzlich stellt 4 das Verhältnis zwischen dem Spannungsvektor und dem Stromvektor in einem stationären Zustand, wenn der Wandler 2a Leistung mit einem Leistungsfaktor von 1 regeneriert. In 4 sind der Wechselstrom i_s und die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs in entgegengesetzten Phasen zueinander. Man beachte, dass der Spannungsabfall jxlis über die Leckreaktanz xl in dem Spannungstransformator 1 eine Phase aufweist, die 90 Grad von dem Wechselstrom i_s vorauseilt, aber um 90 Grad von der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs nacheilt. Das Verhältnis von vs=vc+jxlis wird erfüllt in dem Vektordiagramm von 3 und ein Ergebnis einer Vektoraddition der Wechselstromspannung vc und des Spannungsabfalls jxlis über die Leckreaktanz ist gleich zu der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs.
• Daher zeigen die Vektordiagramme der 3 und 4, dass entweder eine oder beide von der Amplitude und der Phase der Wechselstromspannung vc eingestellt werden, um dadurch den Wechselstrom i_s derart zu steuern, dass der Wechselstrom i_s jegliche gegebene Amplitude und jegliche gegebene Phase aufweisen kann.
• Als Nächstes wird eine Basiskonfiguration und Betrieb der Steuerungseinheit 3, die in 1 und 2 dargestellt ist, mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. 5 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Basiskonfiguration der Steuerungseinheit 3 darstellt, die in den 1 und 2 dargestellt ist. 6 zeigt ein Vektordiagramm, das sich auf einen Strombefehlswert bezieht, wenn die Steuerungseinheit, die in 5 dargestellt ist, in Betrieb ist.
• Die Steuerungseinheit 3, die in 5 dargestellt ist, weist eine Phasenberechnungseinheit 30, eine Strombefehlswertberechnungseinheit 32, eine Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 und eine Schaltbefehlerzeugungseinheit 36 auf. Hiernach wird ein Betrieb von jeder der Einheiten erläutert.
• Die Phasenberechnungseinheit 30 erzeugt eine Spannungphase θ auf der Basis sensorerlangten Spannung v^s. Die Spannungphase θ ist eine Referenzphase zur Erzeugung von einem Momentanstrombefehlswert is*, der später beschrieben werden wird. Hiernach wird auf die Spannungphase als eine „Referenzphase“ Bezug genommen. Die Referenzphase θ wird in die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 eingegeben. Man beachte, dass verschiedene bekannte Schemata vorgeschlagen wurden um die Phasenberechnungseinheit 30 zu konfigurieren und eine detaillierte Beschreibung davon wird hier daher ausgelassen.
• Die Strombefehlswertberechnungseinheit 32 ist eine Komponente, die einen Wirkstrombefehlswert Ip und einen Blindstrombefehlswert Iq auf der Basis eines Gleichstromspannungsbefehlswerts Ed*, der Gleichstromspannung Ed, die von dem Spannungssensor 5 erlangt wird und einen Leistungsfaktorwinkelbefehlswert φ berechnet. Genauer gesagt, wie in 5 dargestellt, weist die Strombefehlswertberechnungseinheit 32 einen Subtrahierer 321, eine Spannungssteuerungseinheit 322, eine Tangentenwertberechnungseinheit 336 und einen Multiplizierer 323 auf. Der Gleichstromspannungsbefehlswert Ed* ist ein Befehlswert zum Steuern der Gleichstromspannung Ed, so dass die Gleichstromspannung Ed einen gewünschten Wert aufweist.
• Der Subtrahierer 321 berechnet eine Gleichstromspannungsabweichung, die eine Abweichung von dem Gleichstromspannungsbefehlswert Ed* von der Gleichstromspannung Ed ist. Die Spannungssteuerungseinheit 322 berechnet den Wirkstrombefehlswert Ip auf der Basis einer Ausgabe von dem Subtrahierer 321. Der Wirkstrombefehlswert Ip wird an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 und den Multiplizierer 323 eingegeben. Der Subtrahierer 321 und die Spannungssteuerungseinheit 322 definieren eine Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit.
• Zusätzlich erzeugt die Tangentenwertberechnungseinheit 336 einen Tangentenwert, welche eine Tangente ist, des Leistungsfaktorwinkelbefehlswerts φ. Der Multiplizierer 323 multipliziert den Wirkstrombefehlswert Ip mit der Ausgabe der Tangentenwertberechnungseinheit 336. Die Ausgabe des Multiplizierers 323 ist der Blindstrombefehlswert Iq, der in die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 eingegeben wird. Die Tangentenwertberechnungseinheit 336 und der Multiplizierer 323 definieren eine Blindstrombefehlswertberechnungseinheit.
• Man beachte, dass ein Proportional-Integral (PI)-Kompensator häufig als die Spannungssteuerungseinheit 322 genutzt wird. Zusätzlich, wenn der Leistungsfaktorwinkelbefehlswert φ gegeben ist, wird das Verhältnis zwischen dem Wirkstrombefehlswert Ip und dem Blindstrombefehlswert Iq zum Erreichen eines gewünschten Leistungsfaktors durch die folgende Formel ausgedrückt.
  [Formel 1] $$\text{Iq}=\text{Ip tan }\mathrm{\varphi }$$

  
• Daher berechnet die Strombefehlswertberechnungseinheit 32 in 5 die den Blindstrombefehlswert Iq durch Multiplizieren des Wirkstrombefehlswerts Ip mit tanφ durch einen Tangentenwert des Leistungsfaktorwinkelbefehlswerts φ ist. In dem Fall der 5, wenn der Leistungsfaktorwinkelbefehlswert φ positiv ist, ist der Blindstrombefehlswert Iq auch positive und Iq repräsentiert einen vorauseilenden Blindstrom. Wenn der Leistungsfaktorwinkelbefehlswert φ negativ ist, ist der Blindstrombefehlswert Iq auch negativ und Iq repräsentiert einen nacheilenden Blindstrom. Wenn der Blindstrombefehlswert Iq auf diese Weise bestimmt wird und der Momentanstrombefehlswert is* derart berechnet wird, dass der Leistungsfaktor der Wechselstromleistung einem gewünschten Wert folgt. Der Momentanstrombefehlswert is* wird nachstehend beschrieben. Damit eine Blindleistungsmenge einem gewünschten Wert folgt, kann der Blindstrombefehlswert Iq direkt durch andere Mittel berechnet werden, ohne die Nutzung des Leistungsfaktorwinkelbefehlswerts φ.
• Als Nächstes wird die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 beschrieben. Die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 ist eine Komponente, die den Momentanstrombefehlswert is* auf der Basis des Wirkstrombefehlswerts Ip, des Blindstrombefehlswerts Iq und der Referenzphase θ berechnet. Die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 ist auch eine Komponente, die einen Wechselstromspannungsbefehlswert vc* auf der Basis des Momentanstrombefehlswerts is* berechnet und der Wechselstrom wird aus dem Stromsensor 4 erlangt. Der Wechselstromspannungsbefehlswert vc* ist ein Befehlswert einer Spannung die der Wandler 2a an die Wechselstromseite ausgeben soll. Genauer gesagt, wie in 5 dargestellt, weist die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 eine Sinuswertberechnungseinheit 341, eine Cosinuswertberechnungseinheit 342, Multiplizierer 343 und 344, einen Addierer 345, einen Subtrahierer 346 und eine Stromsteuerungseinheit 347 auf.
• Die Sinuswertberechnungseinheit 341 berechnet einen Sinuswert der Referenzphase θ und die Cosinuswertberechnungseinheit 342 berechnet einen Cosinuswert der Referenzphase θ Der Multiplizierer 343 multipliziert den Wirkstrombefehlswert Ip mit dem Sinuswert der Referenzphase θ Der Wirkstrombefehlswert Ip ist eine Ausgabe der Strombefehlswertberechnungseinheit 32. Der Sinuswert der Referenzphase θ ist eine Ausgabe der Sinuswertberechnungseinheit 341. Der Multiplizierer 344 multipliziert den Blindstrombefehlswert Iq mit dem Cosinuswert der Referenzphase θ Der Blindstrombefehlswert Iq ist die Ausgabe der Strombefehlswertberechnungseinheit 32. Der Cosinuswert der Referenzphase θ ist die Ausgabe der Cosinuswertberechnungseinheit 342. Der Addierer 345 addiert Ipsinθ und Iqcosθ. Ipsinθ ist die Ausgabe des Multiplizierers 343 und Iqcosθ ist die Ausgabe des Multiplizierers 344. Die Ausgabe des Addierers 345 is der Momentanstrombefehlswert is*. Der Momentanstrombefehlswert is* ist ein Befehlswert eines Stroms, der zu der Wechselstromseite des Wandlers 2a fließen soll.
• Man beachte, dass der Wirkstrombefehlswert Ip und der Blindstrombefehlswert Iq beide Gleichstromgrößen sind, während der Momentanstrombefehlswert is* eine Wechselstromgröße ist. Für die Konfiguration der 5 ist ein Produkt des Wirkstrombefehlswerts Ip und sinθ, welches der Sinuswert der Referenzphase θ ist, eine Wechselstromgröße, die in Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s. Ein Produkt des Blindstrombefehlswerts Iq und cosθ, welches der Cosinuswert der Referenzphase θ ist, ist eine Wechselstromgröße, die um 90 Grad außer Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s ist. Für die Konfiguration der 5 ist die Referenzphase θ basiert auf dem Sinuswert der sensorerlangten Spannung v^s. Die sensorerlangte Spannung v^s und der Momentanstrombefehlswert is* erfüllen daher das in den Vektordiagramm der 6 dargestellte Verhältnis.
• Der Momentanstrombefehlswert is* wird in den Subtrahierer 346 eingegeben. Der Subtrahierer 346 berechnet eine Abweichung des Momentanstrombefehlswerts is* aus dem Wechselstrom i_s. Der Wechselstrom i_s ist ein Wechselstrom des Wandlers 2a, der durch den Stromsensor 4 erlangt wird. Die Stromsteuerungseinheit 347 verstärkt die Abweichung des Momentanstrombefehlswerts is* von dem Wechselstrom i_s und gibt das verstärkte Signal als den Wechselstromspannungsbefehlswert vc* an die Schaltbefehlterzeugungseinheit 36 aus. Man beachte, dass ein Proportional (P)-Kompensator oder ein PI-Kompensator oft als die Stromsteuerungseinheit 347 genutzt wird.
• Die Schaltbefehlterzeugungseinheit 36 erzeugt ein Schaltbefehl sw* auf der Basis des Wechselstromspannungsbefehlswerts vc*. Der Schaltbefehl sw* ist ein PWM-Signal zum Durchführen einer PWM-Steuerung an dem Wandler 2a. Man beachte, dass eine bekannte Technik genutzt wird zum Erzeugen des Schaltbefehls sw* und eine detaillierte Beschreibung davon hier daher ausgelassen wird.
• Man beachte, dass die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34, die in 5 dargestellt ist, ersetzt werden kann wie etwa mit einer Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 35, die in 7 dargestellt ist. 7 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Basiskonfiguration der Steuerungseinheit 3, die den in 1 und 2 dargestellt, darstellt, die verschieden von der der 5 ist. In 7 sind Komponenten, die dieselbe oder entsprechend zu denen der 5 sind, repräsentiert durch dieselben Bezugszeichen.
• Die Konfiguration der 7 unterscheidet sich von der Konfiguration der 5 im Wandeln eines tatsächlichen Stroms in eine Gleichstromgröße anders als in der Konfiguration der 5, die den Strombefehlswert in die Wechselstromgröße wandelt. Genauer gesagt, wie in 7 dargestellt, weist die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 35 eine Rotationskoordinatentransformationseinheit 351, Subtrahierer 352 und 353, Stromsteuerungseinheiten 354 und 355 und eine Stationärkoordinatentransformationseinheit 356 auf. Man beachte, dass, wie die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34, die in 5 dargestellt ist, die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 35, die in 7 dargestellt ist, dazu konfiguriert, den Wechselstromspannungsbefehlswert vc* auf der Basis des Wirkstrombefehlswerts Ip, des Blindstrombefehlswerts Iq, der Referenzphase θ und den Wechselstrom i_s zu berechnen, der von dem Stromsensor 4 erlangt wird. Der Wechselstromspannungsbefehlswert vc* ist eine Spannung, die der Wandler 2a an die Wechselstromseite ausgeben soll.
• Die Rotationskoordinatentransformationseinheit 351 nutzt die Referenzphase θ zum Transformieren des Wechselstroms i_s in einen Wert auf den Rotationskoordinaten, um dadurch einen tatsächlichen Wirkstrom Ip' und einen tatsächlichen Blindstrom Iq' zu berechnen. Der tatsächliche Wirkstrom Ip' ist eine Komponente die in Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s ist. Der tatsächliche Blindstrom Iq' ist eine Komponente, die 90 Grad außer Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s ist.
• Der Subtrahierer 352 berechnet eine Abweichung des Wirkstrombefehlswerts Ip von dem tatsächlichen Wirkstrom Ip'. Der Wirkstrombefehlswert Ip ist eine Ausgabe der Strombefehlswertberechnungseinheit 32. Der tatsächliche Wirkstrom Ip' ist eine Ausgabe der Rotationskoordinatentransformationseinheit 351. Zusätzlich berechnet der Subtrahierer 353 eine Abweichung des Blindstrombefehlswerts Iq von dem tatsächlichen Blindstrom Iq'. Der Blindstrombefehlswert Iq ist eine Ausgabe der Strombefehlswertberechnungseinheit 32. Der tatsächliche Blindstrom Iq' ist eine Ausgabe der Rotationskoordinatentransformationseinheit 351.
• Die Stromsteuerungseinheit 354 verstärkt die Abweichung des Wirkstrombefehlswerts Ip von dem tatsächlichen Wirkstrom Ip' und gibt das verstärkte Signal als einen p-Achsenspannungsbefehlswert vp* an die Stationärkoordinatentransformationseinheit 356 aus. Zusätzlich verstärkt die Stromsteuerungseinheit 355 die Abweichung des Blindstrombefehlswerts Iq von dem tatsächlichen Blindstrom Iq' und gibt das verstärkte Signal als einen q-Achsenspannungsbefehlswert vq* an die Stationärkoordinatentransformationseinheit 356 aus.
• Die Stationärkoordinatentransformationseinheit 356 nutzt die Referenzphase θ zum Transformieren des p-Achsenspannungsbefehlswerts vp* und des q-Achsenspannungsbefehlswerts vq* in einen Wert auf den Stationärkoordinaten und gibt den durch die Transformation erlangten Wert aus als den Wechselstromspannungsbefehlswert vc* an die Schaltbefehlterzeugungseinheit 36.
• In einem Fall wo die Wechselstromleistung einphasig ist, können Momentanraumvektoren einer Spannung und eines Stroms nicht definiert werden. Aus diesem Grund sin zusätzliche Berechnungsprozesse notwendig zur wechselseitigen Transformation von Rotationskoordinaten und Stationärkoordinaten. Genauer gesagt wird für eine Rotationskoordinatentransformation des Wechselstroms i_s, jis, welches eine Komponente mit einer Phase ist, die um 90 Grad von dem Wechselstrom i_s, vorauseilt, im Voraus berechnet und die Rotationskoordinatentransformation wird auf die Wechselströme i_s und jis durchgeführt. Wenn eine Transformationsmatrix diesen Prozess repräsentiert durch C, wird die Transformationsmatrix C durch die folgende Formel ausgedrückt.
  [Formel 2] $$\text{C}=\left(\begin{array}{cc}\text{sin}\mathrm{\theta }& \text{cos}\mathrm{\theta }\\ \text{cos}\mathrm{\theta }& -\text{sin}\mathrm{\theta }\end{array}\right)$$

  
• Es soll erkannt werden, dass die Transformationsmatrix der Formel (2) abhängig von der Weise der Definition der Referenzphase θ variiert.
• Zusätzlich, unter Nutzung der Transformationsmatrix C der voranstehend benannten Formel (2), werden der tatsächliche Wirkstrom Ip' und der tatsächliche Blindstrom Iq', die voranstehend beschrieben wurden, durch die folgende Formel ausgedrückt.
  [Formel 3] $$\left(\begin{array}{c}\text{Ip}\text{'}\\ \text{Iq}\text{'}\end{array}\right)=\text{C}\times \left(\begin{array}{c}\text{is}\\ \text{jis}\end{array}\right)$$

  
• Zusätzlich wird der Wechselstromspannungsbefehlswert vc* durch die folgende Formel durch Nutzung der Transformationsmatrix C der Formel (2) ausgedrückt.
  [Formel 4] $$\left(\begin{array}{c}\text{vc}\ast \\ \text{jvc}\ast \end{array}\right)=C^{-1}\times \left(\begin{array}{c}\text{Vp}\ast \\ \text{Vq}\ast \end{array}\right)$$

  
• Als Nächstes wird der Einfluss des Spannungstransformators 1 auf die Steuerung mit Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben. 8 zeigt ein Diagramm, das eine äquivalente Schaltung darstellt, die den Spannungstransformator, der in 1 und 2 dargestellt ist, durch Nutzen eines idealen Spannungstransformators und gekoppelter Induktivitäten ausdrückt. 9 zeigt ein Vektordiagramm zum Erläutern einer Phasendifferenz zwischen dem Momentanstrombefehlswert is*, der in der Steuerungseinheit in den 5 oder 7 auftreten kann und der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs. 10 zeigt einen Graph, der Zeitwellenformen der sensorerlangten Spannung v^s darstellt, die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs und den Wechselstrom is, wenn die Phasendifferenz, die in 9 dargestellt ist, auftritt.
• In 8 ist der Spannungstransformator 1 durch einen idealen Spannungstransformator 70 und gekoppelter Induktivitäten 74 ausgedrückt. Die gekoppelten Induktivitäten 74 drücken eine Leckinduktanz zwischen einer Hochspannungswicklung und einer Niedrigspannungswicklung aus und eine magnetische Kopplung zwischen Niedrigspannungswicklungen und dem Spannungstransformator 1. Die Leckinduktanz wird auch als Leckreaktanz bezeichnet.
• In 8 repräsentiert „v1“ eine Primärspannung, „v2“ repräsentiert eine Sekundärspannung, „v3“ repräsentiert eine Tertiärspannung, „i1“ repräsentiert einen Primärstrom, „i2“ repräsentiert einen Sekundärstrom und „i3“ repräsentiert einen Tertiärstrom. Genauer gesagt ist die Primärspannung v1 eine Spannung, die auf die Primärwicklung beaufschlagt ist und der Primärstrom i1 ist en Strom, der durch die Primärwicklung fließt. Zusätzlich ist die Sekundärspannung v2 eine Spannung, die durch die Sekundärwicklung induziert ist, der Sekundärstrom i2 ist ein Strom, der durch die Sekundärwicklung fließt, die Tertiärspannung v3 ist eine Spannung, die durch die Tertiärwicklung induziert ist und der Tertiärstrom i3 ist ein Strom, der durch die Tertiärwicklung fließt. Man beachte, dass zur Einfachheit der Erläuterung die Primärwicklung bezeichnet werden kann als „Hochspannungswicklung“ und die Sekundärwicklung und die Tertiärwicklung gemeinsam bezeichnet werden können als „Niedriggspannungswicklungen“. Zusätzlich repräsentiert „n2“ ein Wicklungsverhältnis der Sekundärwicklung zu der Primärwicklung und „n3“ repräsentiert ein Wicklungsverhältnis der Tertiärwicklung zu der Primärwicklung. Man beachte, dass wenn die Anzahl von Wicklungen der Primärwicklung ausgedrückt wird durch „1“ wie dargestellt, das Wicklungsverhältnis n2 und das Wicklungsverhältnis n3 reale Zahlen gleich zu oder größer als 0 und kleiner als 1 sind.
• Man beachte, dass in der äquivalente Schaltung in 8 Schaltungsgleichungen der folgenden Formeln erfüllt werden.
  [Formel 5] $$\text{i1}=\text{n}2\text{ i}2+\text{n}3\text{ i}3$$

  

  
  [Formel 6] $$\left(\begin{array}{c}\text{n}2\\ \text{n}3\end{array}\right)v1-\left(\begin{array}{c}\text{v}2\\ \text{v}3\end{array}\right)=\text{j}\left(\begin{array}{cc}\text{x}22& \text{x}23\\ \text{x}32& \text{x}33\end{array}\right)\times \left(\begin{array}{c}\text{i}2\\ \text{i}3\end{array}\right)$$

  
• Eine Koeffizientenmatrix auf der rechten Seite der Formel (6) wird bezeichnet als eine „Reaktanzmatrix“. Die Reaktanzmatrix ist ein Parameter, die gekoppelten Induktivitäten 74 in Bezug auf ihre Impedanzen ausdrückt. Diagonale Terme der Reaktanzmatrix sind Terme, die von Selbstinduktivitäten der Niedrigspannungswicklungen kommen und außerhalb der diagonal liegenden Terme sind Terme, die von wechselseitigen Induktivitäten der Niedrigspannungswicklungen kommen. Zusätzlich ist die Reaktanzmatrix eine symmetrische Matrix. Eine zweite Reihe der Formel (6) wird entwickelt, wodurch die folgende Formel bereitgestellt wird.
  [Formel 7] $$\text{v}3=\text{n}3\text{ v}1-\text{j}\left(\text{x}32\text{ i}2+\text{x}33\text{ i}3\right)$$

  
• Die Formel (7) zeigt, dass die Tertiärspannung v3 sich abhängig von dem Strom der Niedrigspannungswicklung ändert.
• Zusätzlich ist die Formel (7) deformiert, wodurch die folgende Formel bereitgestellt wird.
  [Formel 8] $$\text{n}2\text{ v}1=\left(\text{n}2/\text{n}3\right)\text{v}3+\text{j}\left(\text{n}2/\text{n}3\right)\left(\text{x}32\text{ i}2+\text{x}33\text{ i}3\right)$$

  
• Man beachte, dass in der Konfiguration die 2 die Last der Tertiärwicklung 1c nur der Spannungssensor 6 ist und der Strom, der in dem Spannungssensor 6 fließt, klein ist. Aus diesem Grund kann man annehmen, dass der Tertiärstrom i3 Null ist, i3=0. Obwohl ein Elektrofahrzeug eine weitere Last wie etwa eine Hilfsleistungszufuhr, mit der die Tertiärwicklung 1c verbunden haben kann, ist die Leistungskapazität davon kleiner als die des Wandlers der Sekundärwicklung in den meisten Fällen. Daher ist die Annahme, dass der Tertiärstrom i3 ignoriert werde kann, d.h., dass der Tertiärstrom Null ist (i3=0) vernünftig und angemessen.
• Zusätzlich, ist die linke Seite der Formel (8) ein Wert, der erlangt wird durch Wandeln der Primärspannung v1 in eine Sekundärspannung, und dieser Wert wird als die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs bezeichnet und definiert wie voranstehend beschrieben. Des Weiteren ist der erste Term auf der rechten Seite ein Wert, der erlangt wird durch Wandeln des durch den Spannungssensor 6 erlangten Werts in eine Sekundärspannung gleich zu der sensorerlangten Spannung v^s. Weil der Sekundärstrom i2 des Spannungstransformators 1 gleich zu dem Wechselstrom i_s des Wandlers 2a ist und der Wechselstrom i_s derart gesteuert wird, dass der Wechselstrom i_s der Momentanstrombefehlswert is* ist. Aus diesem Grund kann man annehmen, dass der Strom i2 gleich zu is* (i2=is*). Des Weiteren, wenn ein Proportionalitätskoeffizient „(n2/n3)x32“ in dem zweiten Term auf der rechten Seite definiert wird als „xm“, d.h. xm=(n2/n3)x32, wird die folgende Formel erhalten.
  [Formel 9] $$\text{vs}=\widehat{\text{v}}\text{s}+\text{j xm is}\ast$$

  
• Wenn man annimmt, dass ein Steuerungsziel ein Leistungsfaktor von 1 ist und der Blindstrombefehlswert Iq Null ist, kann Verhältnis in der Formel (9) ausgedrückt werden durch das Vektordiagramm der 9. In 9 ist der Momentanstrombefehlswert is* in Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s. Zusätzlich ist ein Phasendifferenzwinkel δ vorhanden zwischen der sensorerlangten Spannung v^s und der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs. Daher wird eine Phasendifferenz entsprechend dem Phasendifferenzwinkel δ auch zwischen dem Momentanstrombefehlswert is* und der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs erzeugt.
• In diesem Fall sind Zeitwellenformen der sensorerlangten Spannung v^s, der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs und der Wechselstrom i_s wie in der 10 gezeigt. In 10 sind die sensorerlangten Spannung v^s und der Wechselstrom i_s in durchgezogenen Kurven dargestellt und die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs wird in einer durchbrochenen Kurve dargestellt. Wie in 10 dargestellt, ist eine Phasendifferenz entsprechend dem Phasendifferenzwinkel δ zwischen der sensorerlangten Spannung v^s und der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs erzeugt. Zusätzlich, als ein Ergebnis davon, dass der Wechselstrom i_s derart gesteuert wird, dass der Wechselstrom i_s dem Momentanstrombefehlswert is* folgt, ist der Wechselstrom i_s in Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s. Daher ist eine Phasendifferenz entsprechend dem Phasendifferenzwinkel δ auch erzeugt zwischen der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs und dem Wechselstrom i_s. Dies bedeutet, dass ein Steuerungsziel ein Leistungsfaktor von 1 ist, aber der Leistungsfaktor auf der Primärseite des Spannungstransformators 1 ist nicht 1.
• Wie voranstehend beschrieben, in der Basiskonfiguration, die in 5 oder 7 dargestellt ist, kann die sensorerlangte Spannung v^s eine Phase verschieden von der der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs aufweisen. Dies resultiert in einem Problem: der Leistungsfaktor oder die Blindleistungsmenge der Wechselstromleistung auf der Primärseite des Spannungstransformators 1 wird nicht wie durch die Steuerungseinheit 3 angewiesen, bereitgestellt. Eine Steuerungstechnik der ersten Ausführungsform löst dieses Problem durch Korrigieren des Momentanstrombefehlswerts is*, wie hiernach erläutert wird.
• 11 zeigt ein erstes Vektordiagramm zum Erläutern einer Steuerungstechnik in der ersten Ausführungsform. Zuerst, wie in 11 dargestellt, ist eine Achse, die in Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s ist, definiert als eine p-Achse und eine Achse, die eine Phase aufweist, die von der p-Achse um 90 Grad vorauseilt, ist definiert als eine q-Achse. Als Nächstes wird der Momentanstrombefehlswert is* aufgelöst in eine p-Achsenkomponente ip und eine q-Achsenkomponente iq1', unter der Annahme, dass der Momentanstrombefehlswert is* in Phase mit der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs ist. Man beachte, dass die Amplitude der p-Achsenkomponente ip der Wirkstrombefehlswert-Ip-Ausgabe von der Strombefehlswertberechnungseinheit 32 in der Konfiguration der Steuerungseinheit 3 entspricht, die in den 5 oder 7 dargestellt ist. Zusätzlich ist die Amplitude der q-Achsenkomponente iq1' neu definiert als ein erster Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1'. Wenn das Vektordiagramm der 11 geometrisch gelöst wird, wird das Verhältnis zwischen dem Wirkstrombefehlswert Ip und dem ersten Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1' ausgedrückt durch die folgende Formel.
  [Formel 10] $$\text{Iq1}\text{'}={\text{xmI}}^2\text{p}/\sqrt{{\left|\text{vs}\right|}^2-{\left(\text{xmIp}\right)}^2}$$

  
• Man beachte, dass mit k=xm/|vs|, die Formel (10) ausgedrückt ist durch die folgende Formel.
  [Formel 11] $$\text{Iq1}\text{'}={\text{kI}}^2\text{p}/\sqrt{1-{\left(\text{k Ip}\right)}^2}$$

  
• In diesem Fall sind die Zeitwellenformen der sensorerlangten Spannung v^s, die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs und der Wechselstrom i_s wie in 12. 12 zeigt einen Graph, der Zeitwellenformen der sensorerlangten Spannung v^s, die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs und den Wechselstrom i_s darstellt, wenn die Steuerungstechnik der ersten Ausführungsform genutzt wird.
• Gemäß 12 wird eine Phasendifferenz entsprechend dem Phasendifferenzwinkel δ zwischen der sensorerlangten Spannung v^s und der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs erzeugt. Jedoch ist der Momentanstrombefehlswert is* in Phase mit der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs, wie in FIG dargestellt. 11. Daher wird der Wechselstrom i_s derart gesteuert, dass der Wechselstrom i_s in Phase mit der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs in 12 ist. Verglichen mit den Wellenformen der 10, wird der Phasenunterschied zwischen der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs und dem Wechselstrom i_s eliminiert. Daher bedeutet dies, dass der Leistungsfaktor auf der Primärseite des Spannungstransformators 1 zu 1 wird.
• 13 zeigt ein zweites Vektordiagramm zum Erläutern der Steuerungstechnik gemäß der ersten Ausführungsform. 13 stellt ein Vektordiagramm wie in 11 dar in dem Fall eines Regenerativbetriebs mit einem Leistungsfaktor von 1. In dem Falle des Regenerativbetriebs mit einem Leistungsfaktor von 1 ist der Momentanstrombefehlswert is* in entgegengesetzter Phase zu der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs und der erste Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1' weist eine Phase auf, die dem Wirkstrombefehlswert Ip um 90 Grad nacheilt. Im Gegensatz dazu ist das Verhältnis zwischen dem Wirkstrombefehlswert Ip und dem ersten Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1' dasselbe wie das in dem Fall der 11, was das Verhältnis der Formel (11) erfüllt.
• Man beachte, dass das Vorzeichen von Iq1', das die Formel (11) erfüllt, ein positives ist unabhängig von dem Vorzeichen von Ip, wenn k>0 ist. Mit anderen Worten, wenn xm>0 ist, ist der Wert des ersten Blindstrombefehlskorrekturwerts Iq1' positiv unabhängig davon, ob Leistungsfahrt oder Regeneration vorliegt. Umgekehrt mit xm<0, ist der Wert des ersten Blindstrombefehlskorrekturwerts Iq1' negativ unabhängig davon, ob Leistungsfahrt oder Regeneration vorliegt.
• Man beachte, dass die Formel (11), die die Berechnung einer Quadratwurzel und Division aufweist, eine Berechnungslast bereitstellt, die nicht notwendigerweise leicht ist. In Anbetracht dessen wird eine Vereinfachung der Formel (11) versucht. Wenn eine Basiskapazität durch repräsentiert Sb repräsentiert ist, eine Basisspannung durch |vs| repräsentiert ist, eine Basisimpedanz durch Zb repräsentiert ist und xm und Ip in einem Pro-Einheitssystem ausgedrückt ist und ausgedrückt werden durch %x bzw. %i, die Verhältnisse von Ip=(Sb/|vs|)×%i und xm=Zbx×%x=(|vs|²/Sb) ×%x erfüllt werden. Diese Verhältnisse werden ersetzt in den Nenner der Formel (11), wodurch die folgende Formel bereitgestellt wird.
  [Formel 12] $$\text{Iq1}\text{'}={\text{kI}}^2\text{p}/\sqrt{1-{\left(\%\text{x}\right)}^2{\left(\%\text{i}\right)}^2}$$

  
• Auf der rechten Seite der Formel (6) sind diagonale Terme in der Reaktanzmatrix einige % bis einige Zehnten % der Basiskapazität. Des Weiteren sind außerhalb der diagonal liegenden Terme in der Reaktanzmatrix typischerweise immer noch kleiner als die diagonalen Terme. Daher kann (%x)²<<1 als wahr gelten in der Formel (12), Iq1' kann genährt werden als Iq1'≈kIp². Daher, wie ausgedrückt durch die folgende Formel, wird der genährte erste Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1' neu definiert als ein erster Blindstrombefehlswert Iq1.
  [Formel 13] $$\text{Iq}1:={\text{kI}}^2\text{p}$$

  
• Wie voranstehend beschrieben, kann die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 den Wechselstromspannungsbefehlswert vc* auf der Basis des ersten Blindstrombefehlswerts Iq1 berechnen. Eine solch einfache Berechnung erreicht eine Aufgabe des Steuerns des Leistungsfaktors der Wechselstromleistung auf der Primärseite des Spannungstransformators 1 derart, dass der Leistungsfaktor 1 ist. Die Strombefehlswertberechnungseinheit, die diese Funktion erreicht, ist wie in 14 dargestellt, konfiguriert, zum Beispiel. 14 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der ersten Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In 14 sind Komponenten, die dieselben oder entsprechend zu denen der 5 oder 7 sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
• Die Strombefehlswertberechnungseinheit 32A, die in 14 dargestellt ist, weist eine erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 anstatt der Tangentenwertberechnungseinheit 336 und dem Multiplizierer 323 in der Strombefehlswertberechnungseinheit 32, die in den 5 oder 7 dargestellt ist, auf. In 14 definieren der Subtrahierer 321 und die Spannungssteuerungseinheit 322 eine Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit 320. Ein Wirkstrombefehlswert Ip, der durch die Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit 320 berechnet ist und ein Koeffizient k, der ein erster Koeffizient ist, werden in die erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 eingegeben. Man beachte, dass der Koeffizient k ausgedrückt ist als k=xm/|vs|, wie voranstehend beschrieben. Zusätzlich ist der Proportionalitätskoeffizient xm ein Koeffizient, der von den gekoppelten Induktivitäten 74 des Spannungstransformators 1 kommt. Des Weiteren ist die gewandelte sekundäre Betriebsspannung |vs| ein Wert, der bestimmt ist durch die empfangene Spannung des Spannungstransformators 1. Daher kann der Koeffizient k durch die gekoppelte Induktivitäten 74 des Spannungstransformators 1 und die empfangene Spannung des Spannungstransformators 1 definiert werden.
• Die erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 nutzt den Koeffizienten k als einen Proportionalitätskoeffizienten und berechnet einen ersten Blindstrombefehlswert Iq1 der proportional zu dem Quadrat des Wirkstrombefehlswerts Ip ist. Der Wirkstrombefehlswert Ip und der erste Blindstrombefehlswert Iq1, der durch die Strombefehlswertberechnungseinheit 32A berechnet ist, werden an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 oder 35 eingegeben, die in 5 oder 7 dargestellt ist. Nachfolgend wird der Wechselstromspannungsbefehlswert vc* auf der Basis des Wirkstrombefehlswerts Ip und dem ersten Blindstrombefehlswert Iq1 berechnet. Der Schaltbefehl sw* wird auf der Basis des Wechselstromspannungsbefehlswerts vc* zum Steuern des Betriebszustands des Wandlers 2a erzeugt.
• Wie voranstehend beschrieben, gemäß der ersten Ausführungsform, berechnet die Strombefehlswertberechnungseinheit einer Steuerungseinheit den ersten Blindstrombefehlswert proportional zu dem Quadrat des Wirkstrombefehlswerts unter Nutzung, als Proportionalitätskoeffizient, den Koeffizienten k, der durch die gekoppelten Induktivitäten des Spannungstransformators und die empfangene Spannung des Spannungstransformators bestimmt ist. Die Strombefehlswertberechnungseinheit gibt dann den ersten Blindstrombefehlswert zusammen mit dem Wirkstrombefehlswert an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit aus. Zusätzlich berechnet die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit den Wechselstromspannungsbefehlswert auf der Basis der Referenzphase, die aus dem erlangten Wert von dem zweiten Spannungssensor, dem Wirkstrombefehlswert und dem ersten Blindstrombefehlswert berechnet, erlangt ist. Dies macht es möglich den Leistungsfaktor auf der Primärseite des Spannungstransformators derart zu steuern, dass der Leistungsfaktor ein Befehlswert ist, sogar in einem Fall, wenn der zweite Spannungssensor auf der Tertiärwicklung des Spannungstransformators installiert ist, um eine Oberleitungsspannung zu erlangen.
• Als Nächstes werden Hardwarekonfigurationen zum Implementieren der Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit 3 in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die 15 und 16 beschrieben. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration zum Implementieren der Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit in der ersten Ausführungsform darstellt. 16 zeigt ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Hardwarekonfiguration zum Implementieren der Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit in der ersten Ausführungsform darstellt.
• Wie in 15 dargestellt, zum Implementieren aller oder einiger der Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit 3 in der ersten Ausführungsform durch Software, kann eine Konfiguration mit einem Prozessor 300, der eine Berechnung durchführt, einem Speicher 302, in dem Programme, die durch den Prozessor 300 zu lesen sind, gespeichert sind und eine Schnittstelle 304 zu Signaleingabe und -ausgabe genutzt werden.
• Der Prozessor 300 kann Berechnungsmittel sein, wie etwa eine Berechnungseinrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Zusätzlich, weisen Beispiele des Speicher 302 einen flüchtigen oder nicht flüchtigen Halbleiterspeicher wie etwa einen Zufallszugangsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher ein löschbarer programmierbarer ROM (EPROM) oder ein elektrischer EPROM (EEPROM: registrierte Marke), eine magnetische Scheibe, eine flexible Scheibe, eine optische Scheibe, eine Compactdisk, eine Minidisk und eine digitale vielseitige Scheibe (DVD) sein.
• Der Speicher 302 speichert Programme zum Implementieren aller oder einiger der Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit 3. Der Prozessor 300 kann PWM-Steuerung auf den Wandler 2a durch Bereitstellen und Empfangen notwendiger Informationen über die Schnittstelle 304 und Ausführen der Programme durchführen, die in dem Speicher 302 gespeichert sind.
• Alternativ kann der Prozessor 300 und der Speicher 302, der in der 15 dargestellt ist, mit Verarbeitungsschaltungen 303 wie in 16 dargestellt, ersetzt werden. Die Verarbeitungsschaltung 303 kann eine einzelne Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder Kombinationen davon sein.
• Die Hardwarekonfigurationen zum Implementieren der Berechnungsfunktionen der Steuerungseinheit 3 in der ersten Ausführungsform wurden voranstehend beschrieben. Man beachte, dass in einem Fall, wo es eine übriggebliebene Berechnungskapazität des Prozessors 300 und des Speichers 302 oder der Verarbeitungsschaltungen 303 gibt, die Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit 32A, die in 14 dargestellt ist, zu der in 17 geändert werden kann. 17 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, die in der 14 verschieden ist. In 17 sind Komponenten die dieselben oder entsprechend zu denen in 14 sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
• Eine Strombefehlswertberechnungseinheit 32B, die in 17 dargestellt ist, weist des Weiteren eine erste Korrekturberechnungseinheit 325 in der Konfiguration der 14 auf. Der Wirkstrombefehlswert Ip, der durch die Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit 320 berechnet ist, der Koeffizient k und der erste Blindstrombefehlswert Iq1 werden durch die erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 berechnet und an die erste Korrekturberechnungseinheit 325 eingegeben.
• Man beachte, dass wenn der neu definierte erste Blindstrombefehlswert Iq1 durch die Formel (13) genutzt wird, die Formel (11) ausgedrückt werden kann durch die folgende Formel.
  [Formel 14] $$\text{Iq1}\text{'}=I/\sqrt{1-{\left(\text{kIp}\right)}^2}$$

  
• Die erste Korrekturberechnungseinheit 325 in 17 ist eine Berechnungseinheit, die die Berechnung durchführt, die durch die Formel (14) ausgedrückt ist.
• Genauer gesagt berechnet die erste Korrekturberechnungseinheit 325 einen ersten Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1' auf der Basis der ersten Blindstrombefehlswert Iq1-Ausgabe von der ersten Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 und dem Koeffizient k, der ein Proportionalitätskoeffizient ist. Der erste Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1' ist ein korrigierter Wert des ersten Blindstrombefehlswerts Iq1. Die Strombefehlswertberechnungseinheit 32B gibt dann an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34, den ersten Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1' als den ersten Blindstrombefehlswert aus.
• Der Wirkstrombefehlswert Ip und der erste Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1', die durch die Strombefehlswertberechnungseinheit 32B berechnet werden, werden in die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 oder 35 eingegeben, die in 5 oder 7 dargestellt ist. Nachfolgend wird der Wechselstromspannungsbefehlswert vc* auf der Basis des Wirkstrombefehlswerts Ip und des ersten Blindstrombefehlskorrekturwerts Iq1' berechnet. Der Schaltbefehl sw* wird auf der Basis des Wechselstromspannungsbefehlswerts vc* zum Steuern des Betriebszustands des Wandlers 2a erzeugt.
• Die Strombefehlswertberechnungseinheit 32B stellt eine verbesserte Genauigkeit beim Steuern des Leistungsfaktors bereit, so dass der Leistungsfaktor ein Befehlswert ist, verglichen mit der Strombefehlswertberechnungseinheit 32A.
• Zweite Ausführungsform
• Die erste Ausführungsform offenbart, dass die Größe eines Blindstroms, den die Strombefehlswertberechnungseinheit ausgeben soll, wenn das Steuerungsziel ein Leistungsfaktor von 1 ist, ist offenbart. Im Gegensatz dazu kann der Leistungsfaktor gesteuert werden, so dass der Leistungsfaktor einen Wert anders als 1 ist oder eine Blindleistung kann absichtlich erzeugt werden, zum Zwecke von, zum Beispiel, Stabilisieren des Betriebs des Wandlers unter einer geringen Last oder Stabilisieren der Betriebsspannung im Zusammenwirken mit einer Wechselstromleistungszufuhr. Eine Erläuterung wird gemacht wie die Strombefehlswertberechnungseinheit einen Blindstrom berechnet, so dass die Steuerungseinheit den Leistungsfaktor oder die Blindleistungsmenge wie vorgesehen steuert.
• 18 zeigt ein erstes Vektordiagramm zum Erläutern einer Steuerungstechnik gemäß einer zweiten Ausführungsform. Zuerst, wie in 18 dargestellt, ist eine Achse, die in Phase mit der sensorerlangten Spannung v^s ist, als eine p-Achse definiert und eine Achse, die eine der p-Achse um 90 Grad vorauseilende Phase aufweist als eine q-Achse definiert. Als Nächstes wird der Momentanstrombefehlswert is* in eine p-Achsenkomponente ip und eine q-Achsenkomponente iq3 aufgelöst, unter der Annahme, dass der Momentanstrombefehlswert is* eine Phase aufweist, die um einen Leistungsfaktorwinkelbefehlswert φ von der der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs vorauseilt, die p-Achsenkomponente ip weist eine Amplitude auf, die dem Wirkstrombefehlswert Ip entspricht, der die Steuerungseinheit 3 bereitgestellt ist. Zusätzlich ist die Amplitude der q-Achsenkomponente iq3 durch Iq3 repräsentiert. Zusätzlich ist ein Phasendifferenzwinkel, der einen Winkel zwischen der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs und der sensorerlangten Spannung v^s ist durch δ repräsentiert. In diesem Fall ist die Amplitude der q-Achsenkomponente iq3 durch die folgende Formel ausgedrückt.
  [Formel 15] $$\text{Iq}3=\text{Ip}\times \text{tan}\left(\mathrm{\delta }+\mathrm{\varphi }\right)=\text{Ip}\left(\text{tan }\mathrm{\varphi }+\text{k}|\text{is }\ast |/cos\mathrm{\varphi }\right)$$

  
• Man beachte, dass k in der Formel (15) definiert ist als k=xm/|vs| wie in der ersten Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform, beim Ableiten der Formel (13) von der Formel (11), wird „xm“ ausgedrückt in einem Pro-Einheitssystem definiert als „%x“ und die Näherung von (%x)²<<1 wird genutzt. Diese Näherung hat im Wesentlichen dieselbe Bedeutung wie eine Näherung von δ≈0. Daher, wird das Verhältnis zwischen dem Momentanstrombefehlswert is* und dem Wirkstrombefehlswert Ip durch die folgende Formel ausgedrückt.
  [Formel 16] $$\left|\text{is}\ast \right|=\text{Ip}/\text{cos}\left(\mathrm{\delta }+\mathrm{\varphi }\right)\cong \text{Ip}/\text{cos }\mathrm{\varphi }$$

  
• Die Formel (16) wird dann in die Formel (15) ersetzt und die folgende Formel wird erlangt.
  [Formel 17] $$\text{Iq}3=\text{Ip tan }\mathrm{\varphi }+{\text{kI}}^2\text{p}/{\text{cos}}^2\mathrm{\varphi }$$

  
• Der gewünschte Blindstrom wird definiert als ein zweiter Blindstrombefehlswert Iq2. Zusätzlich wird der Wechselstrom i_s derart gesteuert, dass der Wechselstrom i_s konsistent mit dem Momentanstrombefehlswert is* ist. Aus diesem Grund ist es nur erforderlich, dass der Momentanstrombefehlswert is* eine Komponente orthogonal zu der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs aufweist, welche Komponente konsistent mit dem zweiten Blindstrombefehlswert Iq2 ist.
• Zusätzlich weist der Momentanstrombefehlswert is* eine Komponente auf, die in Phase mit der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs ist, welche Komponente der Größe bzw. den Betrag des tatsächlichen Wirkstroms entspricht. Mit der Näherung von δ≈0, kann die In-Phasen-Komponente, welche in Phase mit der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs ist, dazu angenommen werden, gleich zu dem Wirkstrombefehlswert Ip zu sein. In diesem Fall gelten tanφ=Iq2/Ip und 1/cos²φ=1+ (Iq2/Ip)². Daher kann die Formel (17) wie in der folgenden Formel deformiert werden.
  [Formel 18] $$\text{Iq}3=\text{Iq}2+{\text{kI}}^2\text{p}+{\text{kI}}^2\text{q}2$$

  
• Der zweite Term auf der rechten Seite der Formel (18) ist gleich zu dem ersten Blindstrombefehlswert Iq1, der in der ersten Ausführungsform erläutert ist. Des Weiteren, wenn der dritte Term auf der rechten Seite der Formel (18) definiert ist als ein zweiter Blindstrombefehlskorrekturwert Iq2', kann die Formel (18) durch die folgende Formel ausgedrückt werden.
  [Formel 19] $$\text{Iq}3=\text{Iq}1+\text{Iq}2+\text{Iq}2\text{'}$$

  
• Daher berechnet eine Spannungsbefehlsberechnungseinheit eine Wechselstromspannung auf der Basis des Blindstrombefehlswerts Iq3. der durch die Formel (19) berechnet ist, wodurch ein gewünschter Blindstrom erreicht wird, sogar im Falle des Vorhandenseins eines Phasendifferenzwinkels δ. Eine Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit, die diese Funktion erlangt, ist wie in 19 zum Beispiel. 19 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. In 19 sind Komponenten, die dieselben oder entsprechend zu denen in 14 sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
• Eine Strombefehlswertberechnungseinheit 32C, die in 19 dargestellt ist, weist des Weiteren eine zweite Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 326 und eine zweite Korrekturberechnungseinheit 327 in der Konfiguration der 14 auf. In 19 berechnet die zweite Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 326 den zweiten Blindstrombefehlswert Iq2 zum Zwecke von, zum Beispiel, Stabilisieren des Betriebs des Wandlers unter geringer Last, oder Stabilisieren der Betriebsspannung im Zusammenwirken mit einer Wechselstromleistungszufuhr. Die zweite Korrekturberechnungseinheit 327 berechnet einen zweiten Blindstrombefehlskorrekturwert Iq2' proportional zu dem Quadrat des zweiten Blindstrombefehlswerts Iq2, auf der Basis des zweiten Blindstrombefehlswerts Iq2 und des Koeffizienten k, der ein Proportionalitätskoeffizient ist. Der zweite Blindstrombefehlswert Iq2 und der zweite Blindstrombefehlskorrekturwert Iq2' werden dann durch an Addierer 328 addiert. Das Additionsergebnis, das durch den Addierer 328 bereitgestellt wird, wird an den ersten Blindstrombefehlswert Iq1 durch einen Addierer 329 addiert. Ein Ergebnis der Addition durch den Addierer 329 wird als ein Blindstrombefehlswert Iq3 an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 ausgegeben.
• Man beachte, dass in 19 ein Wert durch Addieren des zweiten Blindstrombefehlswerts Iq2 und des zweiten Blindstrombefehlskorrekturwerts Iq2' erlangter Wert zu dem ersten Blindstrombefehlswert Iq1 addiert wird und an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 durch den Addierer 329 ausgegeben wird. Als eine Alternative zu dieser Konfiguration können die Ausgaben individuell an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 ausgegeben werden. In diesem Fall ist es nicht nötig zu sagen, dass ein Wert durch Addieren des zweiten Blindstrombefehlswerts Iq2 und den zweiten Blindstrombefehlskorrekturwert Iq2' erlangter Wert und der erste Blindstrombefehlswert Iq1 innerhalb der Spannungsbefehlswertberechnungseinheit 34 addiert werden, wodurch der Blindstrombefehlswert bereitgestellt wird.
• 20 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt, das verschieden von dem in 19 ist. In 20 sind Komponenten in dieselben oder entsprechend denen in 17 sind, durch dieselben Bezugszeichen repräsentiert. Eine Strombefehlswertberechnungseinheit 32D, die in 20 dargestellt ist, ist eine Beispielkonfiguration in einem Fall, wo die Steuerungseinheit 3 genug Berechnungskapazität wie in der ersten Ausführungsform aufweist. Die Konfiguration in 20 nutzt den ersten Blindstrombefehlskorrekturwert Iq1', der durch die Formel (14) ausgedrückt ist, anstatt des ersten Blindstrombefehlswerts Iq1 in der Formel (19). Die Konfiguration der 20 kann weiter die Genauigkeit beim Steuern des Blindstroms verbessern, so dass der Blindstrom ein gewünschter Wert.
• Man beachte, dass der Freiheitsgrad der drei Variablen, dem Leistungsfaktor, dem Wirkstrom und dem Blindstrom Zwei ist und wenn irgendwelche zwei von diesen Variablen bestimmt sind, die verbleibende eine Variable automatisch bestimmt ist. Weil der Wirkstrom eine Betriebsmenge zum Steuern der Gleichstromspannung ist, so dass die Gleichstromspannung konstant ist, ist der verbleibende Freiheitsgrad entweder der Blindstrom oder der Leistungsfaktor. Daher kann die zweite Blindstrombefehlswertberechnungseinheit den zweiten Blindstrombefehlswert Iq2 auf der Basis eines Befehlswerts für einen Leistungsfaktor oder einen Leistungsfaktorwinkel berechnen, der nicht dargestellt ist, und den Wirkstrombefehlswert Ip berechnen.
• Wie voranstehend beschrieben, gemäß der zweiten Ausführungsform, berechnet die Strombefehlswertberechnungseinheit der Steuerungseinheit den zweiten Blindstrombefehlswert und nutzt den Koeffizienten k, der voranstehend beschrieben ist, als den Proportionalitätskoeffizienten zum Berechnen des zweiten Blindstrombefehlskorrekturwerts proportional zu dem Quadrat des zweiten Blindstrombefehlswerts. Zusätzlich gibt die Strombefehlswertberechnungseinheit an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit den zweiten Blindstrombefehlswert und den zweiten Blindstrombefehlskorrekturwert zusammen mit dem ersten Blindstrombefehlswert aus, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Zusätzlich berechnet die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit den Wechselstromspannungsbefehlswert auf der Basis der Referenzphase, die aus der erlangten Wert von dem zweiten Spannungssensor, dem Wirkstrombefehlswert, dem ersten Blindstrombefehlswert, dem zweiten Blindstrombefehlswert und dem zweiten Blindstrombefehlskorrekturwert berechnet ist. Als Ergebnis zusätzlich zu den Effekten der ersten Ausführungsform, kann ein gewünschter Blindstrom erreicht werden sogar beim Vorhandensein eines Phasendifferenzwinkels, was es möglich macht für die Steuerungseinheit, den Leistungsfaktor oder die Blindleistungsmenge zu steuern.
• Dritte Ausführungsform
• In einer dritten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, wo die Anzahl von Leistungswandlervorrichtungen mehr als Eins ist. Man beachte, dass weil die Leistungswandlervorrichtungen und Sekundärwicklungen der Spannungstransformator in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis miteinander verbunden wie voranstehend beschrieben, verbunden sind, die Anzahl von Sekundärwicklungen des Spannungstransformators zum Beispiel Zwei ist, wenn die Anzahl von Leistungswandlervorrichtungen Zwei ist.
• 21 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Hauptteils eines Leistungswandlersystems gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. As ein Beispiel eines Falls, wo die Anzahl von Leistungswandlervorrichtungen mehr als Einst ist, stellt die 21 eine Konfiguration dar, in der zwei Leistungswandlervorrichtungen 10a und 10b jeweils mit einer Sekundärwicklung 1b eines Spannungstransformators 1A über einen Schalter 12 verbunden sind. Man beachte, dass die Rolle des Schalters 12 später beschrieben wird.
• Für ein Elektrofahrzeug, wie in 1 beschrieben, wird die Last 120 mit dem Wechselrichter 120a mit der Gleichstromseite des Wandlers 2a verbunden. Der Wechselrichter 120a treibt den Motor 120b an, um eine Antriebskraft auf das Elektrofahrzeug zu beaufschlagen. Zusätzlich, wenn die Antriebskraft, die für die Gesamtheit des Elektrofahrzeugs notwendig ist, und eine Mehrzahl von Wechselrichtern 120a verteilt ist, oder wenn die Leistungskapazität pro einem einzigen Wechselrichter 120a groß ist, sind eine Mehrzahl von Leistungswandlervorrichtungen 10a und 10b jeweils mit einer Sekundärwicklung 1b des Spannungstransformators 1A wie in 21 verbunden. Eine Einrichtung, die für eine Vorrichtung genutzt wird, kann auch für eine andere Vorrichtung genutzt werden, falls diese Vorrichtungen in derselben Leistungskapazität sind. Aus diesem Grund sind die Leistungswandlervorrichtungen gleich in der Nennleistung. Zusätzlich kann die Konfiguration wie in der 21 dargestellt, die Leistung zu einer Mehrzahl von Leistungswandlervorrichtungen 10a und 10b über einen einzelnen Spannungstransformator 1A zuführt, ein kleineres Volumen des gesamten Spannungstransformators bereitstellen als eine Konfiguration, die Leistungswandlervorrichtungen aufweist, die in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis für Spannungstransformator bereitgestellt ist.
• 22 zeigt ein Diagramm, das eine äquivalente Schaltung darstellt, die den Spannungstransformator ausdrückt, der in 21 dargestellt ist, der durch Nutzen eines idealen Spannungstransformators und gekoppelter Induktivitäten. In 22 ist der Spannungstransformator 1A, der in 21 dargestellt ist, durch einen idealen Spannungstransformator 72 und gekoppelter Induktivitäten 76 ausgedrückt.
• In 22 repräsentiert „v1“ eine Primärspannung, „v2a“ repräsentiert eine Sekundärspannung einer ersten Gruppe, „v2b“ repräsentiert eine Sekundärspannung einer zweiten Gruppe, „v3“ repräsentiert eine Tertiärspannung, „i1“ repräsentiert einen Primärstrom, „i2a“ repräsentiert einen Sekundärstrom einer ersten Gruppe, „i2b“ repräsentiert einen Sekundärstrom einer zweiten Gruppe und „i3“ repräsentiert einen Tertiärstrom. Die anderen Symbole repräsentieren dasselbe wie hier in 8.
• Man beachte, dass die äquivalente Schaltung in 22 Schaltungsgleichungen der folgenden Formeln erfüllt.
  [Formel 20] $$\text{il}=\text{n}2\text{i}2\text{a}+\text{n}2\text{i}2\text{b}+\text{n}3\text{i}3$$

  

  
  [Formel 21] $$\left(\begin{array}{c}\text{n}2\\ \text{n}2\\ \text{n}3\end{array}\right)\text{v}1-\left(\begin{array}{c}\text{v}2\text{a}\\ \text{v}2\text{b}\\ \text{v}3\end{array}\right)=\text{j}\left(\begin{array}{ccc}\text{xaa}& \text{xab}& \text{xa}3\\ \text{xba}& \text{xbb}& \text{xb}3\\ \text{x}3\text{a}& \text{x}3\text{b}& \text{x}33\end{array}\right)\times \left(\begin{array}{c}\text{i}2\text{a}\\ \text{i}2\text{b}\\ \text{i}3\end{array}\right)$$

  
• Für die Schaltungsgleichungen der äquivalenten Schaltung in 22, ist die Ordnung der Reaktanzmatrix, die sich um Eins erhöht, Drei, weil die Anzahl von Sekundärwicklungen sich, verglichen mit den Schaltungsgleichungen der äquivalenten Schaltung in 8 erhöht. Die dritte Linie der Formel (21) wird entwickelt, und die folgende Formel wird daher erlangt.
  [Formel 22] $$\text{v}3=\text{n}3\text{v}1-\text{j}\left(\text{x}3\text{ai}2\text{a}+\text{x}3\text{bi}2\text{b}+\text{x}33\text{i}3\right)$$

  
• Wie voranstehend beschrieben in der Basiskonfiguration, die in 5 oder 7 dargestellt ist, werden der Wirkstrom und der Blindstrom jeweils auf der Basis der Referenzphase θ gesteuert. Wie in dem zweiten Term auf der rechten Seite der Formel (22) ausgedrückt, kann die Tertiärspannung v3, die durch den Spannungssensor 6 erlangt wird, eine Phasendifferenz von der der Primärspannung v1 aufweisen. Dies resultiert in einem Problem: der Leistungsfaktor oder die Blindleistungsmenge der Wechselstromleistung auf der Primärseite des Spannungstransformators 1A ist nicht wie durch die Steuerungseinheit 3 angewiesen. Daher, hiernach, wird eine Technik der dritten Ausführungsform geschildert, die dieses Problem durch Korrigieren des Momentanstrombefehlswerts is*, löst.
• Zuerst wird die Formel (22) deformiert bzw. umgewandelt als die folgende Formel.
  [Formel 23] $$\text{n2v1}=\left(\text{n2}/\text{n}3\right)\text{v3}-\text{j}\left(\text{n}2/\text{n}3\right)\left(\text{x}3\text{ai}2\text{a}+\text{x}3\text{bi}2\text{b}+\text{x}33\text{i}3\right)$$

  
• Man beachte, dass in der Konfiguration der 21 die Last der Tertiärwicklung 1c nur den Spannungssensor 6 ist. Aus diesem Grund kann man annehmen, dass der Tertiärstrom i3 Null ist, i3=0. Obwohl ein Elektrofahrzeug eine andere Last aufweisen kann wie etwa eine Hilfsleistungszufuhr, die mit der Tertiärwicklung 1c verbunden ist, ist die Leistungskapazität davon geringer als die des Wandlers der Sekundärwicklung in den meisten Fällen. Daher ist die Annahme, dass der Tertiärstrom i3 ignoriert wird, d.h., dass der Tertiärstrom Null ist (i3=0) vernünftig und angemessen.
• Zusätzlich, auf der linken Seite der Formel (23) wird ein Wert durch Wandeln der Primärspannung v1 in eine Sekundärspannung erlangt und ist gleich zu der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs. Des Weiteren ist der erste Term auf der rechten Seite ein Wert der erlangt wird durch Wandeln des durch den Spannungssensor 6 erlangten Werts in eine Sekundärspannung gleich zu der sensorerlangten Spannung v^s. Weil die Wandler typischerweise dieselbe Nennleistung haben wie voranstehend beschrieben, wird angenommen, dass der Sekundärstrom i2a der ersten Gruppe und der Sekundärstrom i2b der zweiten Gruppe in dem Spannungstransformator 1A gleich zueinander sind. Zusätzlich, weil jeder der Sekundärströme des Spannungstransformators 1A gleich zu dem Wechselstrom i_s des entsprechenden Wandlers ist, und der Wechselstrom i_s derart gesteuert wird, dass der Wechselstrom i_s der Momentanstrombefehlswert is* ist, sind die Ströme i2a, i2b, is* gleich zueinander (i2a=i2b=is*). Des Weiteren, wenn ein Proportionalitätskoeffizient „(n2/n3) (x3a+x3b)“ in dem zweiten Term auf der rechten Seite definiert ist als xm', d.h. xm'=(n2/n3)(x3a+x3b), wird die folgende Formel erlangt.
  [Formel 24] $$\text{vs}=\widehat{\text{v}}\text{s}+\text{jxm'is}\ast$$

  
• Ein Vergleich der Formel (24) mit der Formel (9) offenbart, dass diese Formeln (9) und (24) voneinander nur daran abweichen, dass der Proportionalitätskoeffizient „xm“ in dem zweiten Term auf der rechten Seite in der Formel (9) ersetzt ist mit „xm'“ in der Formel (24). Daher, unter der Annahme, dass xm'/|vs| definiert ist als k, d.h. k=xm'/|vs|, ist der Blindstrombefehlswert Iq, den die Strombefehlswertberechnungseinheit ausgeben soll, einer von den beiden folgenden.
  [Formel 25] $$\text{Iq}1=\text{k}\text{'}{\text{I}}^2\text{p}$$

  

  
  [Formel 26] $$\text{Iq}1\text{'}=\text{Iq}1/\sqrt{1-{\left(\text{k}\text{'}\text{Ip}\right)}^2}$$

  
• Als Nächstes wird die Rolle der Schalter 12 beschrieben, die in 21 dargestellt sind. Das Leistungswandlersystem eines Elektrofahrzeugs, das wie in 21 dargestellt konfiguriert ist, kann die Schalter 12 offen aufweisen, um einen oder mehrere Leistungswandlervorrichtungen 10 unter einer bestimmten Bedingung zu stoppen. Man beachte, dass die spezifische Bedingung zum Beispiel das Auftreten eines Fehlverhaltens in dem Betrieb einer Leistungswandlervorrichtung ist. Wenn eine benötigte Vortriebskraft kleiner ist, kann nur eine kleiner Zahl Leistungswandlervorrichtungen betrieben werden, was vorteilhaft in Bezug auf die Leistungseffektivität ist.
• Zum Beispiel kann man annehmen, dass die Leistungswandlervorrichtung 10b in der zweiten Gruppe gestoppt werden und durch den Schalter 12 in den Konfigurationen der 21 und 22 getrennt werden. In diesem Fall, eil i2b=0 ist, wird die Formel (23) durch die folgende Formel ausgedrückt.
  [Formel 27] $$\text{n2v1}=\left(\text{n2}/\text{n}3\right)\text{v3}+\text{j}\left(\text{n}2/\text{n}3\right)\left(\text{x}3\text{ai}2\text{a}+\text{x}33\text{i}3\right)$$

  
• Zusätzlich, mit i3=0, i2a=is*, xm''=(n2/n3)x3a, und k''=xm''/|vs| wie in der ersten Ausführungsform, ist der Blindstrombefehlswert Iq, den die Strombefehlswertberechnungseinheit ausgeben soll, einer von den Folgenden.
  [Formel 28] $$\text{Iq}1=\text{k}\text{'}\text{'}{\text{I}}^2\text{p}$$

  

  
  [Formel 29] $$\text{Iq}1\text{'}=\text{Iq}1/\sqrt{1-{\left(\text{k}\text{'}\text{'}\text{Ip}\right)}^2}$$

  
• Ein Vergleich der Formeln (28) und (29) mit der Formel (13) und der Formel (14) offenbart, dass die Formel (13) und die Formel (14) von den Formeln (28) und (29) nur daran abweichen, dass der Koeffizient k in den Formeln (13) und (14) ersetzt ist mit k'' in den Formeln (28) bzw. (29). Daher, wenn der Betriebszustand oder der gestoppte Zustand einer Leistungswandlervorrichtung geändert wird, ist es nur erforderlich, dass die Strombefehlswertberechnungseinheit den Blindstrom gemäß der Formel (13) oder der Formel (14) wie in der ersten Ausführungsform berechnet und nur den Koeffizienten k ändert.
• Wenn die Reaktanzmatrix definiert ist wie durch die Formel (21) lediglich als Beispiel definiert, kann der Koeffizient k, abhängig von dem Betriebszustand oder gestoppten Zustand der Leistungswandlervorrichtung 10a in einer ersten Gruppe und der Leistungswandlervorrichtung 10b in der zweiten Gruppe durch die folgende Tabelle ausgedrückt werden. [Tabelle 1]

  		Erste Gruppe
  		In Betrieb	Gestoppt
  Zweite Gruppe	In Betrieb	$$\frac{\text{n}2}{\text{n}3}\times \frac{\text{x}3\text{a}+\text{x}3\text{b}}{\left|\text{vs}\right|}$$	$$\frac{\text{n}2}{\text{n}3}\times \frac{\text{x}3\text{b}}{\left|\text{vs}\right|}$$
  	Gestoppt	$$\frac{\text{n}2}{\text{n}3}\times \frac{\text{x}3\text{a}}{\left|\text{vs}\right|}$$	-

• Zusätzlich ist eine Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit, die die Funktion wie voranstehend beschrieben ausführt, wie in 23 zum Beispiel. 23 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. In 23 sind Komponenten, die dieselben oder entsprechend zu denen in 14 sind, durch dieselben Bezugszeichen repräsentiert.
• Eine Strombefehlswertberechnungseinheit 32E, die in 23 dargestellt ist, weist des Weiteren eine Koeffizientenberechnungseinheit 330 in der in 14 dargestellten Konfiguration auf. Zusätzlich weist die Koeffizientenberechnungseinheit 330 einen ersten Konstantenauswähler 3301 und einen Dividierer 3302 auf.
• In 23 wird Information über einen Betriebszustand der Leistungswandlervorrichtungen in den ersten Konstantenauswähler 3301 eingegeben. Gemäß den Betriebszuständen der Leistungswandlervorrichtungen wählt der erste Konstantenauswähler 3301 dann eine erste Konstante xm von einer im Voraus gehaltenen Liste aus. Der Dividierer) 3302 teilt dann die erste Konstante xm durch einen Nennwert der Amplitude der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs. Die Ausgabe des Dividierers 3302 wird als der Koeffizient k an die erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 ausgegeben. Der Dividierer 3302 kann ausgelassen werden und anstatt die Ergebnisse der Division der ersten Konstante xm durch den Nennwert der Amplitude der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs in der Liste im Voraus gehalten werden. Nachfolgende Vorgänge sind wie voranstehend beschrieben.
• Alternativ kann die Koeffizientenberechnungseinheit 330 eine Komponente der ersten Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 sein. Noch als weitere Alternative kann die Koeffizientenberechnungseinheit 330 in einem Host-Steuerungssystem vorgesehen sein, das nicht dargestellt ist, und der Koeffizient k, der abhängig von den Betriebszuständen der Leistungswandlervorrichtungen bestimmt ist, kann in die Strombefehlswertberechnungseinheit eingegeben werden.
• Während die Technik des Schaltens des Koeffizienten k, der in der ersten Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 gemäß dem Betriebszustand oder gestoppten Zustand der Leistungswandlervorrichtungen zu nutzen ist, wie voranstehend beschrieben wurde als beaufschlagt auf die erste Ausführungsform lediglich als Beispiel, ist eine ähnliche Technik auch auf die zweite Ausführungsform anwendbar, und es muss nicht erwähnt werden.
• Wie voranstehend beschrieben, gemäß der dritten Ausführungsform, ändert die Steuerungseinheit den ersten Koeffizienten gemäß dem Betriebszustand oder gestoppten Zustand einer Mehrzahl von Leistungswandlervorrichtungen. Als Ergebnis, sogar wenn die Tertiärspannung, die durch den zweiten Spannungssensor erlangt ist, eine Phasendifferenz von der Primärspannung aufweist, kann der Leistungsfaktor oder die Blindleistungsmenge der Wechselstromleistung auf der Primärseite des Spannungstransformators wie durch die Steuerungseinheit angewiesen, gesteuert werden.
• Vierte Ausführungsform
• In der Strombefehlswertberechnungseinheit der ersten bis dritten Ausführungsform wird der Koeffizient k auf der Basis der Terme außerhalb der Diagonalen der Reaktanzmatrix und der Amplitude der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs bestimmt. Von diesen Elementen sind diejenigen, die von den Termen außerhalb der Diagonalen der Reaktanzmatrix kommen, wünschenswerterweise variable abhängig von den Betriebszuständen der Leistungswandlervorrichtungen, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben. Die Amplitude der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs kann sich abhängig von den Zuständen der Lasten oder der Zeit ändern. In den Vektordiagrammen der 11, 13 und 18 ist ein Spannungsabfall über die Reaktanz xm geringer als die gewandelte sekundäre Betriebsspannung vs und die sensorerlangten Spannung v^s. Daher kann die Amplitude der sensorerlangten Spannung v^s behandelt werden als die Amplitude der gewandelten sekundären Betriebsspannung vs. Das Berechnen der Amplitude der sensorerlangten Spannung v^s und, gemäß dem Wert der berechneten Amplitude, das Einstellen des Koeffizienten k, der in der Strombefehlswertberechnungseinheit zu nutzen ist, ermöglicht es, den Leistungsfaktor auf der Primärseite des Spannungstransformators 1A genauer wie angewiesen durch die Steuerungseinheit 3 zu steuern.
• Eine Konfiguration der
• Strombefehlswertberechnungseinheit, die die Funktion wie voranstehend beschrieben erreicht, ist in 24 zum Beispiel dargestellt. 24 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Strombefehlswertberechnungseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. In 24 sind Komponenten, die dieselben oder entsprechend zu denen in 23 sind, durch dieselben Bezugszeichen repräsentiert.
• Eine Strombefehlswertberechnungseinheit 32F, die in 24 dargestellt ist, weist des Weiteren eine Amplitudenberechnungseinheit 3303 in der Koeffizientenberechnungseinheit 330A in der Konfiguration der 23 auf. Die Amplitudenberechnungseinheit 3303 berechnet die Amplitude der sensorerlangten Spannung v^s. Eine bekannte Technik wird genutzt für die Technik des Berechnens der Amplitude von einem Wechselstromsignal und eine Beschreibung davon wird daher hier ausgelassen. Ein durch Teilen der ersten Konstante xm durch eine Ausgabe der Amplitudenberechnungseinheit 3303 erlangter Wert wird dann als den Koeffizienten k erlangt und an die erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 ausgegeben. Genauer gesagt, in der vierten Ausführungsform, wird der Wert des Koeffizienten k derart geändert, dass der Wert des Koeffizienten k invers proportional zu der Ausgabe der Amplitudenberechnungseinheit 3303 ist.
• Man beachte, dass, wie in der 23, die Koeffizientenberechnungseinheit 330A eine Komponente der ersten Blindstrombefehlswertberechnungseinheit 324 ist oder in einem Host-Steuerungssystem vorhanden sein kann, das nicht dargestellt ist. Während die Technik des Änderns des Werts des Koeffizienten k, der in der Strombefehlswertberechnungseinheit zu nutze ist, gemäß der Amplitude der sensorerlangten Spannung v^s voranstehend beschrieben wurde als beaufschlagt auf die dritte Ausführungsform lediglich als Beispiel, ist eine ähnliche Technik auch anwendbar auf die erste und zweite die Ausführungsformen, das muss nicht gesagt werden.
• Wie voranstehend beschrieben, gemäß der vierten Ausführungsform, wird ein Signal proportional zu der Amplitude der Ausgabe des ersten Spannungssensors berechnet und der Wert des ersten Koeffizienten wird derart geändert, dass der Wert des ersten Koeffizienten invers proportional zu der Berechnungsausgabe ist. Als Ergebnis, zusätzlich zu den Effekten der dritten Ausführungsform, kann der Leistungsfaktor auf der Primärseite des Spannungstransformators genauer gesteuert werden wie angewiesen durch die Steuerungseinheit, sogar in einem Fall, wo die Amplitude der gewandelten sekundären Betriebsspannung sich abhängig von den Zuständen der Lasten oder der Zeit ändert.
• Man beachte, dass die Konfigurationen, die in den voranstehenden Ausführungsformen präsentiert wurden, Beispiele der vorliegenden Erfindung sind und mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden können oder teilweise ausgelassen oder modifiziert werden können ohne sich von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
• Bezugszeichenliste

1, 1A

Spannungstransformator;

1a

Primärwicklung

1b

Sekundärwicklung;

1c

Tertiärwicklung;

2a

Wandler;

2b

Kondensator;

3

Steuerungseinheit;

4

Stromsensor;

5, 6

Spannungssensor;

10, 10a, 10b

Leistungswandlervorrichtung;

12

Schalter;

30

Phasenberechnungseinheit;

32, 32A, 32B, 32C,32D, 32E, 32F

Strombefehlswertberechnungseinheit;

34, 35

Spannungsbefehlswertberechnungseinheit;

36

Schaltbefehlerzeugungseinheit;

50

Leistungswandlersystem;

60

Vortriebssteuerung;

70, 72

idealer Spannungstransformator;

74, 76

gekoppelte Induktivitäten;

100

Elektrofahrzeugantriebssystem;

106

Leistungszufuhrausrüstung;

108

Leistungsleitung;

110

Zufuhrsystem;

120

Last;

120a

Wechselrichter;

120b

Motor;

300

Prozessor;

302

Speicher;

303

Verarbeitungsschaltungen;

304

Schnittstelle;

320

Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit;

321, 346, 352, 353

Subtrahierer;

322

Spannungssteuerungseinheit;

323, 343, 344

Multiplizierer;

324

erste Blindstrombefehlswertberechnungseinheit;

325

erste Korrekturberechnungseinheit;

326

zweite Blindstrombefehlswertberechnungseinheit;

327

zweite Korrekturberechnungseinheit;

328, 329, 345

Addierer;

330,330A

Koeffizientenberechnungseinheit;

336

Tangentenwertberechnungseinheit;

341

Sinuswertberechnungseinheit;

342

Cosinuswertberechnungseinheit;

347, 354, 355

Stromsteuerungseinheit;

351

Rotationskoordinatentransformationseinheit;

356

Stationärkoordinatentransformationseinheit;

3301

erster Konstantenauswähler;

3302

Dividierer;

3303

Amplitudenberechnungseinheit.

Claims (6)

1. Leistungswandlersystem mit: mindestens einer Leistungswandlervorrichtung mit einem Wandler zum Wandeln einer Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung, einem ersten Spannungssensor zum Erlangen einer Gleichstromspannung, die auf einer Gleichstromseite des Wandlers erzeugt ist, und einer Steuerungseinheit zum Steuern eines Betriebszustands des Wandlers; und einem Spannungstransformator mit einer Primärwicklung, die mit einer Wechselstromleistungszufuhr verbunden ist, mindestens einer Sekundärwicklung, und einer Tertiärwicklung, die mit einem zweiten Spannungssensor verbunden ist, wobei die mindestens eine Sekundärwicklung in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis mit der mindestens einen Leistungswandlervorrichtung verbunden ist, wobei die Steuerungseinheit aufweist: eine Phasenberechnungseinheit zum Berechnen einer Referenzphase von einem Wert, der durch den zweiten Spannungssensor erlangt ist; einer Wirkstrombefehlswertberechnungseinheit zum Berechnen eines Wirkstrombefehlswerts auf der Basis einer Abweichung eines Gleichstromspannungsbefehlswerts von der Gleichstromspannung, die durch den ersten Spannungssensor erlangt ist; einer ersten Blindstrombefehlswertberechnungseinheit zum Berechnen eines ersten Blindstrombefehlswerts proportional zu einem Quadrat des Wirkstrombefehlswerts, durch Nutzen, als einen Proportionalitätskoeffizienten, eines ersten Koeffizienten, der bestimmt ist durch gekoppelte Induktivitäten des Spannungstransformators und einer empfangenen Spannung des Spannungstransformators; und einer Spannungsbefehlswertberechnungseinheit zum Berechnen eines Wechselstromspannungsbefehlswerts auf der Basis der Referenzphase, des Wirkstrombefehlswerts und des ersten Blindstrombefehlswerts.
2. Leistungswandlersystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit aufweist: eine erste Korrekturberechnungseinheit zum Berechnen eines ersten Blindstrombefehlskorrekturwerts Iq1' durch Nutzen einer nachstehenden Formel (1) auf der Basis des Wirkstrombefehlswerts Ip, des ersten Blindstrombefehlswerts Iq1 und des ersten Koeffizienten k, und die Steuerungseinheit den ersten Blindstrombefehlskorrekturwert als den ersten Blindstrombefehlswert an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit ausgibt. [Formel 1] $$\text{Iq}1\text{'}=\text{Iq}1/\sqrt{1-{\left(\text{kIp}\right)}^2}$$

   
3. Leistungswandlersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungseinheit aufweist: eine zweite Blindstrombefehlsberechnungseinheit zum Berechnen eines zweiten Blindstrombefehlswerts; und eine zweite Korrekturwertberechnungseinheit zum Berechnen eines zweiten Blindstrombefehlskorrekturwerts proportional zu einem Quadrat des zweiten Blindstrombefehlswerts, durch Nutzen des ersten Koeffizienten als einen Proportionalitätskoeffizienten, und wobei die Steuerungseinheit den zweiten Blindstrombefehlswert und den zweiten Blindstrombefehlskorrekturwert zu dem ersten Blindstrombefehlswert addiert, und einen Ergebniswert an die Spannungsbefehlswertberechnungseinheit ausgibt.
4. Leistungswandlersystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Blindstrombefehlsberechnungseinheit den zweiten Blindstrombefehlswert auf der Basis eines Leistungsfaktorwinkelbefehlswerts und dem Wirkstrombefehlswert berechnet.
5. Leistungswandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Leistungswandlervorrichtung eine Mehrzahl von Leistungswandlervorrichtungen ist, und die mindestens eine Sekundärwicklung eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen ist, und die Steuerungseinheit einen Wert des ersten Koeffizienten gemäß Betriebszuständen oder Stoppzuständen der Mehrzahl von Leistungswandlervorrichtungen ändert.
6. Leistungswandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungseinheit eine Amplitudenberechnungseinheit zum Berechnen eines Signals proportional zu einer Amplitude einer Ausgabe des zweiten Spannungssensors aufweist, und die Steuerungseinheit einen Wert des ersten Koeffizienten derart ändert, dass der Wert des ersten Koeffizienten invers proportional zu einer Ausgabe der Amplitudenberechnungseinheit ist.

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