DE112020006657T5 - INVERTER CONTROL DEVICE AND ELECTRIC MOTOR DRIVE DEVICE - Google Patents
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Abstract
Eine Wechselrichtersteuervorrichtung (5) umfasst eine Trägerwellenerzeugungseinheit (8), die dreiphasige Trägerwellen erzeugt, und eine PWM-Steuereinheit (7), die einen Schaltzustand eines Wechselrichters steuert, indem eine Trägerwelle und eine modulierte Welle verglichen werden. Die Trägerwellenerzeugungseinheit (8) umfasst eine Phasenberechnungseinheit (81), die erste bis dritte Trägerwellenphasen basierend auf einem Trägerwellenfrequenzbefehl und einer Elektromotorfrequenz berechnet, und eine Trägerwellenausgabeeinheit (82), die die dreiphasigen Trägerwellen basierend auf den ersten bis dritten Trägerwellenphasen ausgibt. Die ersten bis dritten Trägerwellenphasen weisen Phasendifferenzen zueinander auf, und die Phasendifferenz ändert sich kontinuierlich in Übereinstimmung mit einer Änderung der Elektromotorfrequenz. An inverter control device (5) comprises a carrier wave generation unit (8) that generates three-phase carrier waves, and a PWM control unit (7) that controls a switching state of an inverter by comparing a carrier wave and a modulated wave. The carrier wave generation unit (8) includes a phase calculation unit (81) that calculates first to third carrier wave phases based on a carrier wave frequency command and an electric motor frequency, and a carrier wave output unit (82) that outputs the three-phase carrier waves based on the first to third carrier wave phases. The first to third carrier wave phases have phase differences from each other, and the phase difference changes continuously in accordance with a change in electric motor frequency.
Description
GebietArea
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wechselrichtersteuervorrichtung, die einen Wechselrichter steuert, und eine Elektromotorantriebs- bzw. Elektromotoransteuervorrichtung, die die Wechselrichtersteuervorrichtung umfasst.The present disclosure relates to an inverter control device that controls an inverter and an electric motor driving device that includes the inverter control device.
Hintergrundbackground
Elektromotoren, die eine antreibende Kraft auf Elektrofahrzeuge ausüben, werden durch Wechselrichter angetrieben bzw. angesteuert. Auf einer Spur, wo Elektrofahrzeuge fahren, sind Gleisantennen-Leitstrahlsender („track antenna beacons“) angeordnet, die Empfänger verschiedener Signaltypen darstellen. Um eine Fehlfunktion dieser Gleisantennen-Leitstrahlsender zu verhindern, werden Regeln bzw. Regelungen über ein Leckrauschen („leakage noise“) für die Elektrofahrzeuge eingestellt. Die unten genannte Patentliteratur 1 beschreibt, dass, um ein Leckrauschen zu verringern, ein hohler Kern, der aus einem ferromagnetischen Material, wie zum Beispiel Ferrit oder einem amorphen Metall, gebildet ist, um einen Draht bzw. eine Leitung herum angeordnet wird, der bzw. die den Wechselrichter und den Elektromotor verbindet.Electric motors, which exert a driving force on electric vehicles, are driven or controlled by inverters. Track antenna beacons, which represent receivers of various signal types, are arranged on a track where electric vehicles are traveling. In order to prevent these track antenna beacons from malfunctioning, rules about leakage noise are set for the electric vehicles.
Zitatslistequote list
Patentliteraturpatent literature
Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit Nr.
Zusammenfassungsummary
Technisches ProblemTechnical problem
Jedoch ist ein Raum unter einem Boden eines Elektrofahrzeugs begrenzt. Deshalb gibt es in einigen Fällen keinen ausreichenden Raum, um zusätzlich eine Filterkomponente, wie zum Beispiel die in der oben beschriebenen Patentliteratur 1 beschriebenen Kerne, vorzusehen. In einem derartigen Fall ist es in einigen Fällen notwendig, die Beschreibungen der Wechselrichtersteuervorrichtungen durchzusehen, um den Raum zum zusätzlichen Vorsehen der Filterkomponente sicherzustellen.However, a space under a floor of an electric vehicle is limited. Therefore, in some cases, there is not enough space to additionally provide a filter component such as the cores described in
Des Weiteren müssen die Filtereigenschaften der Filterkomponente in Übereinstimmung mit der Impedanz einschließlich jener eines Elektromotors bestimmt werden. Jedoch sind der Hersteller des Elektromotors und der Hersteller der Wechselrichtersteuervorrichtung nicht notwendigerweise die gleichen. In diesem Fall wird sich, abhängig von einem zusätzlichen Vorsehen der Filterkomponente, die Anzahl von Planungsschritten für den Hersteller der Wechselrichtersteuervorrichtung erhöhen und eine Anpassungsarbeit wird sich bei praktischen Fahrzeugen erhöhen. Deshalb ist es gewünscht, ein Leckrauschen zu verringern, ohne davon abhängig zu sein, eine zusätzliche Filterkomponente vorzusehen.Furthermore, the filter characteristics of the filter component must be determined in accordance with impedance including that of an electric motor. However, the manufacturer of the electric motor and the manufacturer of the inverter control device are not necessarily the same. In this case, depending on additional provision of the filter component, the number of planning steps for the manufacturer of the inverter control device will increase and adjustment work will increase in practical vehicles. Therefore, it is desirable to reduce leakage noise without depending on providing an additional filter component.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts des oben Gesagten erstellt, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Wechselrichtersteuervorrichtung vorzusehen, die ein Leckrauschen verringern kann, ohne davon abhängig zu sein, eine zusätzliche Filterkomponente vorzusehen.The present disclosure is made in view of the above, and an object of the present disclosure is to provide an inverter control device that can reduce leakage noise without depending on providing an additional filter component.
ProblemlösungTroubleshooting
Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erzielen, betrifft die vorliegende Offenbarung eine Wechselrichtersteuervorrichtung, die einen Wechselrichter steuert, der einen dreiphasigen Elektromotor durch eine Pulsweitenmodulation antreibt bzw. ansteuert. Die Wechselrichtersteuervorrichtung umfasst: eine Trägerwellenerzeugungseinheit zum Erzeugen von dreiphasigen Trägerwellen; und eine Pulsweitenmodulations-Steuereinheit zum Steuern eines Schaltzustands des Wechselrichters, indem die Trägerwelle mit einer modulierten Welle verglichen wird. Die Trägerwellenerzeugungseinheit umfasst eine Phasenberechnungseinheit zum Berechnen erster bis dritter Trägerwellenphasen basierend auf einem Trägerwellenfrequenzbefehl und auf einer Elektromotorfrequenz, und eine Trägerwellenausgabeeinheit zum Ausgeben der dreiphasigen Trägerwellen basierend auf den ersten bis dritten Trägerwellenphasen. Die ersten bis dritten Trägerwellenphasen weisen Phasendifferenzen zueinander auf, und die Phasendifferenzen ändern sich kontinuierlich in Übereinstimmung mit einer Änderung der Elektromotorfrequenz.In order to solve the above problems and achieve the object, the present disclosure relates to an inverter control device that controls an inverter that drives a three-phase electric motor by pulse width modulation. The inverter control device includes: a carrier wave generation unit for generating three-phase carrier waves; and a pulse width modulation controller for controlling a switching state of the inverter by comparing the carrier wave with a modulated wave. The carrier wave generation unit includes a phase calculation unit for calculating first to third carrier wave phases based on a carrier wave frequency command and an electric motor frequency, and a carrier wave output unit for outputting the three-phase carrier waves based on the first to third carrier wave phases. The first to third carrier wave phases have phase differences from each other, and the phase differences continuously change in accordance with a change in electric motor frequency.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Die Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung erzeugt eine Wirkung dahingehend, dass ein Leckrauschen verringert werden kann, ohne davon abhängig zu sein, eine zusätzliche Filterkomponente vorzusehen.The inverter control device according to the present disclosure produces an effect that leakage noise can be reduced without depending on providing an additional filter component.
Figurenlistecharacter list
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1 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration einer Elektromotorantriebsvorrichtung veranschaulicht, die eine Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst.1 12 is a diagram illustrating an example configuration of an electric motor drive device including an inverter control device according to a first embodiment. -
2 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration einer allgemeinen Wechselrichterhauptschaltung veranschaulicht.2 FIG. 12 is a diagram illustrating an example configuration of a general inverter main circuit. -
3 stellt ein Diagramm dar, das eine Äquivalentschaltung in1 veranschaulicht, die zum Erläutern eines Leckstroms verwendet wird.3 represents a diagram showing an equivalent circuit in1 illustrates which is used to explain a leakage current. -
4 stellt ein Diagramm dar, das zum Erläutern eines Verfahrens zum Erzeugen von Pulsweitenmodulations-(PWM-)Steuersignalen verwendet wird, die Halbleiterelementen jedes Arms bereitgestellt werden, der in2 veranschaulicht ist.4 FIG. 12 is a diagram used for explaining a method of generating pulse width modulation (PWM) control signals provided to semiconductor elements of each arm shown in FIG2 is illustrated.
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5 stellt ein Diagramm dar, das PWM-Steuersignale veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit individuellen Phasenspannungsbefehlen erzeugt werden, die in4 veranschaulicht sind.5 FIG. 12 is a diagram illustrating PWM control signals generated in accordance with individual phase voltage commands given in FIG4 are illustrated. -
6 stellt ein Diagramm dar, das eine Gleichtaktspannung veranschaulicht, die durch die in5 veranschaulichten PWM-Steuersignale erzeugt wird.6 represents a diagram illustrating a common-mode voltage represented by the in5 illustrated PWM control signals is generated. -
7 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel von jedem Phasenspannungsbefehl mit einer Modulationsrate veranschaulicht, die sich von jener in4 unterscheidet.7 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of each phase voltage command with a modulation rate different from that in FIG4 differs. -
8 stellt ein Diagramm dar, das PWM-Steuersignale veranschaulicht, die gemäß individuellen Phasenspannungsbefehlen erzeugt werden, die in7 veranschaulicht sind.8th FIG. 12 is a diagram illustrating PWM control signals generated according to individual phase voltage commands given in FIG7 are illustrated. -
9 stellt ein Diagramm dar, das eine Gleichtaktspannung veranschaulicht, die durch die in8 veranschaulichten PWM-Steuersignale erzeugt wird.9 represents a diagram illustrating a common-mode voltage represented by the in8th illustrated PWM control signals is generated. -
10 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel von Wellenformen in einem Fall, wo Trägerwellenphasen von jeweiligen Phasen um 120° zueinander verschoben sind, in einer Trägerwelle und jedem in7 veranschaulichten Phasenspannungsbefehl veranschaulicht.10 12 is a diagram showing an example of waveforms in a case where carrier wave phases are shifted from respective phases by 120° from each other in a carrier wave and each in7 illustrated phase voltage command. -
11 stellt ein Diagramm dar, das PWM-Steuersignale veranschaulicht, die durch individuelle Phasenspannungsbefehle und individuelle Phasenträgerwellen erzeugt werden, die in10 veranschaulicht sind.11 FIG. 12 is a diagram illustrating PWM control signals generated by individual phase voltage commands and individual phase carrier waves, shown in FIG10 are illustrated. -
12 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel einer Gleichtaktspannungs-Wellenform veranschaulicht, die durch die in11 veranschaulichten PWM-Steuersignale erzeugt wird.12 Figure 12 is a diagram illustrating an example of a common mode voltage waveform represented by the in11 illustrated PWM control signals is generated. -
13 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel einer harmonischen Verteilung eines Elektromotorstroms gemäß einer herkömmlichen Steuerung veranschaulicht, wenn die Trägerwelle in jeder Phase die gleiche ist.13 12 is a diagram illustrating an example of harmonic distribution of an electric motor current according to conventional control when the carrier wave is the same in each phase. -
14 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel der harmonischen Verteilung des Elektromotorstroms gemäß der herkömmlichen Steuerung in einem Fall veranschaulicht, wo die Trägerwellenphasen der jeweiligen Phasen um 120° zueinander verschoben sind.14 12 is a diagram illustrating an example of the harmonic distribution of the electric motor current according to the conventional control in a case where the carrier wave phases of the respective phases are shifted from each other by 120°. -
15 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel der Gleichtaktspannungs-Wellenform gemäß der herkömmlichen Steuerung in einem Fall veranschaulicht, wo die Trägerwellenphasen der jeweiligen Phasen um 120° zueinander verschoben sind.15 12 is a diagram showing an example of the common mode voltage waveform according to the conventional control in a case where the carrier wave phases of the respective phases are shifted by 120° from each other. -
16 stellt ein Diagramm dar, das zur Erläuterung eines Konzepts eines Steuerverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.16 FIG. 14 is a diagram used for explaining a concept of a control method according to the first embodiment. -
17 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration einer Trägerwellenerzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.17 FIG. 14 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a carrier wave generation unit according to the first embodiment. -
18 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration einer Trägerwellenerzeugungseinheit gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.18 12 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a carrier wave generation unit according to a modification of the first embodiment. -
19 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein Beispiel einer Hardware-Konfiguration veranschaulicht, die Funktionen der Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform implementiert.19 12 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration that implements functions of the inverter control device according to the first embodiment. -
20 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein weiteres Beispiel der Hardware-Konfiguration veranschaulicht, die die Funktionen der Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform implementiert.20 12 is a block diagram illustrating another example of the hardware configuration that implements the functions of the inverter control device according to the first embodiment. -
21 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration einer Trägerwellenerzeugungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.21 12 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a carrier wave generation unit according to a second embodiment. -
22 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration einer Trägerwellenerzeugungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.22 12 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a carrier wave generation unit according to a third embodiment. -
23 stellt ein Diagramm dar, das eine detaillierte Konfiguration einer Frequenzmodulationseinheit veranschaulicht, die in22 veranschaulicht ist.23 Figure 12 is a diagram showing a detailed configuration of a frequency modulation unit used in22 is illustrated. -
24 stellt ein Diagramm dar, das ein Ausgabebild bzw. -abbild einer Frequenzmodulationsbetragsausgabe aus der in23 veranschaulichten Frequenzmodulationseinheit veranschaulicht.24 FIG. 12 is a diagram showing an output image of a frequency modulation amount output from FIG23 illustrated frequency modulation unit illustrated.
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Nachfolgend werden eine Wechselrichtersteuervorrichtung und eine Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es ist festzustellen, dass, obwohl eine Elektromotorantriebsvorrichtung, die auf ein Eisenbahnsystem angewendet wird, als ein Beispiel in den nachfolgenden Ausführungsformen beschrieben werden wird, es nicht beabsichtigt ist, Anwendungen für andere Verwendungen auszuschließen.Hereinafter, an inverter control device and an electric motor drive device according to embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that although an electric motor driving device applied to a railroad system will be described as an example in the following embodiments, it is not intended to exclude applications for other uses.
Erste Ausführungsform.First embodiment.
Eine DC-Leistung, die von einer Oberleitung 101 eingespeist wird, wird über einen Stromabnehmer 102 und eine Filterdrossel(spule) 2 an die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 gespeist. Jenseits der Oberleitung 101 gibt es eine Unter- bzw. Umspannstation (nicht veranschaulicht), und die Oberleitung 101 dient für die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 als eine externe Energieversorgung. Es ist festzustellen, dass eine Oberleitungsspannung, die eine Spannung der Oberleitung 101 ist, an den Stromabnehmer 102 angelegt wird, und dass sich jede Umwandlungskapazität des Wechselrichters 4 abhängig von einem Antriebssystem unterscheidet. Die Oberleitungsspannung reicht von ungefähr 600 bis 3000 [V]. Des Weiteren reichen die Umwandlungskapazitäten von einigen zehn bis einigen hundert Kilovolt-Ampere [kVA].A DC power fed from a
Der positivseitige Anschluss P der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 ist mit der Filterdrossel 2 verbunden. Der negativseitige Anschluss N der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 ist über ein Rad 103 mit einer Schiene 104 verbunden. Im Ergebnis fließt aufgrund der DC-Leistung, die von der Oberleitung 101 eingespeist wird, ein Gleichstrom durch die Filterdrossel 2, die Elektromotorantriebsvorrichtung 1, den Elektromotor 105, das Rad 103 und die Schiene 104 und kehrt dann zur Umspannstation zurück.The positive-side terminal P of the electric
Es ist festzustellen, dass, obwohl in
Des Weiteren ist die vorliegende Offenbarung, obwohl in
Der Filterkondensator 3 ist zwischen dem positivseitigen Anschluss P und dem negativseitigen Anschluss N innerhalb der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 angeschlossen. Im Ergebnis ist der Filterkondensator 3 auf der Eingangsseite des Wechselrichters 4 parallel mit beiden Enden des Wechselrichters 4 verbunden.The
Der Filterkondensator 3 glättet die angelegte DC-Spannung. Des Weiteren ist der Filterkondensator 3 mit der Filterdrossel 2 verbunden und konfiguriert zusammen mit der Filterdrossel 2 eine LC-Filterschaltung. Diese LC-Filterschaltung verringert eine Stoßspannung, die von der Seite der Oberleitung 101 angelegt wird. Des Weiteren verringert die LC-Filterschaltung die Größe einer Welligkeitskomponente des Stroms, der in dem Wechselrichter 4 fließt. Der Wechselrichter 4 stellt eine Leistungsumwandlungsschaltung dar, die eine Leistung bzw. Energie an den Elektromotor 105 speist.The
Ein Betrieb des Wechselrichters 4 wird durch die Wechselrichtersteuervorrichtung 5 gesteuert. Der Wechselrichter 4 wandelt die DC-Spannung des Filterkondensators 3 in eine AC-Spannung, die einen gegebenen Spannungswert und eine gegebene Frequenz aufweist, und legt die AC-Spannung an den Elektromotor 105 an.An operation of the
Die Wechselrichtersteuervorrichtung 5 umfasst eine Spannungsbefehlsberechnungseinheit 6, eine PWM-Steuereinheit 7 und eine Trägerwellenerzeugungseinheit 8. Eine Information hinsichtlich eines Drehmomentbefehls und eine Information hinsichtlich einer Elektromotorfrequenz werden in die Wechselrichtersteuervorrichtung 5 eingegeben. Die Spannungsbefehlberechnungseinheit 6 berechnet einen Spannungsbefehl basierend auf dem Drehmomentbefehl und der Elektromotorfrequenz. Die Trägerwellenerzeugungseinheit 8 erzeugt eine Trägerwelle basierend auf der Elektromotorfrequenz. Die PWM-Steuereinheit 7 erzeugt ein PWM-Steuersignal, das zum Steuern eines Schaltelements des Wechselrichters 4 basierend auf dem Spannungsbefehl und der Trägerwelle verwendet wird, und gibt das PWM-Steuersignal an den Wechselrichter 4 aus. Das PWM-Steuersignal wird erzeugt, indem ein Amplitudenvergleich zwischen dem Spannungsbefehl und der Trägerwelle durchgeführt wird. Ein Verfahren zum Erzeugen des PWM-Steuersignals wird später beschrieben werden.The
Die Halbleiterelemente UPI und UNI sind in Reihe verbunden, um so ein U-Phasenbein zu bilden. Die Halbleiterelemente VPI und VNI sind in Reihe verbunden, um so ein V-Phasenbein zu bilden. Die Halbleiterelemente WPI und WNI sind in Reihe verbunden, um so ein W-Phasenbein zu bilden. Das U-Phasenbein, das V-Phasenbein und das W-Phasenbeins sind parallel miteinander verbunden, um eine dreiphasige Brückenschaltung einzurichten.The semiconductor elements UPI and UNI are connected in series so as to form a U-phase leg. The semiconductor elements VPI and VNI are connected in series so as to form a V-phase leg. The semiconductor elements WPI and WNI are connected in series so as to form a W-phase leg. The U-phase leg, the V-phase leg and the W-phase leg are connected in parallel to establish a three-phase bridge circuit.
Es ist festzustellen, dass die Potentialdifferenz zwischen dem Neutralpunktpotential 32 und dem Referenzpotential 31 als eine „Gleichtaktspannung“ („common mode voltage“) bezeichnet wird. In einem Fall des dreiphasigen Wechselrichters wird die Gleichtaktspannung durch (Vu+Vv+Vw)/3 berechnet, wobei Vu die U-Phasenspannung 33U angibt, Vv die V-Phasenspannung 33V angibt und Vw die W-Phasenspannung 33W angibt.It is noted that the potential difference between the neutral point potential 32 and the
Die PWM-Steuereinheit 7 vergleicht den U-Phasenspannungsbefehl 26U und die Trägerwelle 28, die ein Dreieckswellensignal ist. Wenn der U-Phasenspannungsbefehl 26U größer als die Trägerwelle 28 ist, wird das U-Phasen-PWM-Steuersignal zu „EIN“, und, wenn der U-Phasenspannungsbefehl 26U kleiner oder gleich der Trägerwelle 28 ist, wird das U-Phasen-PWM-Steuersignal zu „AUS“. Auf diese Weise wird das U-Phasen-PWM-Steuersignal erzeugt, das in dem oberen Teil der
Der Leckstrom fließt jedes Mal, wenn sich die Gleichtaktspannung ändert. Des Weiteren erhöht sich die Amplitude des Leckstroms, da sich der Änderungsbetrag (Spannungsänderungsrate) der Gleichtaktspannung pro Zeiteinheit erhöht. Um den Leckstrom 35 zu verringern, der durch den Streukondensator 34 fließt, ist deshalb eine Verringerung der Änderungsrate eines Gleichtakts wichtig.Leakage current flows every time the common mode voltage changes. Furthermore, since the change amount (voltage change rate) of the common mode voltage per unit time increases, the amplitude of the leakage current increases. Therefore, in order to reduce the leakage current 35 flowing through the
Wenn die Modulationsrate einen Wert nahe null einnimmt, wie in
In
Basierend auf den oben beschriebenen Dingen ist die Trägerwellenerzeugungseinheit 8 in der Wechselrichtersteuervorrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform wie in
Die Phasenberechnungseinheit 81 umfasst eine Integriereinrichtung 811, eine Phasendifferenzberechnungseinheit 812, eine Subtrahiereinrichtung 813 und eine Addiereinrichtung 814. Die Integriereinrichtung 811 berechnet eine erste Trägerwellenphase θcu basierend auf einem Trägerwellenfrequenzbefehl fc. Die Phasendifferenzberechnungseinheit 812 berechnet eine Phasendifferenz Δθc basierend auf der Elektromotorfrequenz. Die Subtrahiereinrichtung 813 berechnet eine zweite Trägerwellenphase θcv, indem die Phasendifferenz Δθc von der ersten Trägerwellenphase θcu subtrahiert wird. Die Addiereinrichtung 814 berechnet eine dritte Trägerwellenphase θcw, indem die Phasendifferenz Δθc zur ersten Trägerwellenphase θcu addiert wird. Es ist festzustellen, dass in
Bei der Verarbeitung in
Die erste Trägerwellenphase θcu, die zweite Trägerwellenphase θcv und die dritte Trägerwellenphase Qcw, die durch die Phasenberechnungseinheit 81 berechnet werden, werden in die Trägerwellenausgabeeinheit 82 eingegeben. Die Trägerwellenausgabeeinheit 82 erzeugt eine U-Phasenträgerwelle cu unter Verwendung der ersten Trägerwellenphase θeu und gibt die U-Phasenträgerwelle cu aus. Die Trägerwellenausgabeeinheit 82 erzeugt eine V-Phasenträgerwelle cv unter Verwendung der zweiten Trägerwellenphase θcv und gibt die V-Phasenträgerwelle cv aus. Die Trägerwellenausgabeeinheit 82 erzeugt eine W-Phasenträgerwelle cw unter Verwendung der dritten Trägerwellenphase θcw und gibt die W-Phasenträgerwelle cw aus.The first carrier wave phase θ cu , the second carrier wave phase θ cv , and the third carrier wave phase Q cw calculated by the
Wie oben beschrieben, berechnet die Phasenberechnungseinheit 81 die erste Trägerwellenphase θcu, die zweite Trägerwellenphase θcv und die dritte Trägerwellenphase θcw basierend auf dem Trägerwellenfrequenzbefehl fc und der Elektromotorfrequenz. Des Weiteren gibt die Trägerwellenausgabeeinheit 82 die U-Phasenträgerwelle cu, die V-Phasenträgerwelle cv und die W-Phasenträgerwelle cw aus, die dreiphasige Trägerwellen darstellen, basierend auf der ersten Trägerwellenphase θcu, der zweiten Trägerwellenphase θcv und der dritten Trägerwellenphase θcw. Gemäß der Trägerwellenerzeugungseinheit 8, die auf diese Weise eingerichtet ist, können sowohl eine Gleichtaktrauschverringerung in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich als auch eine Rauschverringerung in einem mittleren bis hohen Geschwindigkeitsbereich erzielt werden. Des Weiteren kann eine Steuerung erzielt werden, die keinen Schock bei einem Modusübergang hervorruft.As described above, the
Es ist festzustellen, dass in
Des Weiteren könnte die Trägerwellenerzeugungseinheit 8, die in
In
Wie oben beschrieben, umfasst die Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform die Trägerwellenerzeugungseinheit, die die dreiphasigen Trägerwellen erzeugt, und die Trägerwellenerzeugungseinheit berechnet die ersten bis dritten Trägerwellenphasen basierend auf dem Trägerwellenfrequenzbefehl und der Elektromotorfrequenz. Die ersten bis dritten Trägerwellenphasen weisen zueinander die Phasendifferenzen auf, und die Phasendifferenz ändert sich kontinuierlich gemäß der Änderung der Elektromotorfrequenz. Im Ergebnis kann die Gleichtaktspannung verringert werden, die durch die PWM-Steuersignale erzeugt wird. Im Ergebnis kann der Leckstrom, der durch den Streukondensator fließen könnte, verringert werden; deswegen ist es möglich, ein Leckrauschen zu verringern, ohne zusätzlich eine Filterkomponente vorzusehen.As described above, the inverter control device according to the first embodiment includes the carrier wave generation unit that generates the three-phase carrier waves, and the carrier wave generation unit calculates the first to third carrier wave phases based on the carrier wave frequency command and the electric motor frequency. The first to third carrier wave phases have the phase differences from each other, and the phase difference changes continuously according to the change in the electric motor frequency. As a result, the common mode voltage generated by the PWM control signals can be reduced. As a result, the leakage current that might flow through the stray capacitor can be reduced; therefore, it is possible to reduce leakage noise without additionally providing a filter component.
Es ist festzustellen, dass es wünschenswert ist, dass die zweiten und dritten Trägerwellenphasen die Phasendifferenzen in Bezug auf die erste Trägerwellenphase aufweisen, die hinsichtlich einer Größe gleich sind, aber entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Auf diese Weise kann die Wirkung einer Verringerung des Gleichtaktrauschens verbessert werden.It is noted that it is desirable that the second and third carrier wave phases have the phase differences with respect to the first carrier wave phase that are equal in magnitude but opposite in sign. In this way, the effect of reducing common mode noise can be enhanced.
Wenn die Elektromotorfrequenz null ist, ist es des Weiteren wünschenswert, dass die Phasendifferenz zwischen den ersten bis dritten Trägerwellenphasen 120° beträgt. Auf diese Weise kann die Wirkung eines Verringerns des Gleichtaktrauschens weiter verbessert werden.Furthermore, when the electric motor frequency is zero, it is desirable that the phase difference between the first to third carrier wave phases is 120°. In this way, the effect of reducing the common mode noise can be further enhanced.
Als Nächstes wird eine Hardware-Konfiguration zum Implementieren von Funktionen der Wechselrichtersteuervorrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in den in
In einem Fall, wo einige oder alle Funktionen der Wechselrichtersteuervorrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform implementiert sind, wie in
Der Prozessor 200 könnte eine Berechnungseinrichtung sein, wie zum Beispiel eine Berechnungsvorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Des Weiteren könnte der Speicher 202 zum Beispiel ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie zum Beispiel ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbar programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), oder ein elektronischer EPROM (EEPROM) (eingetragenes Warenzeichen), eine Magnetscheibe, eine Diskette, eine optische Scheibe, eine Compactdisk, eine Minidisk oder eine DVD sein.
Der Speicher 202 speichert ein Programm, das die Funktionen der Wechselrichtersteuervorrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform ausführt. Der Prozessor 200 kann die oben genannte Verarbeitung ausführen, indem eine benötigte Information über die Schnittstelle 204 empfangen, das in dem Speicher 202 gespeicherte Programm durch den Prozessor 200 ausgeführt und durch den Prozessor 200 auf eine Tabelle, die in dem Speicher 202 gespeichert ist, Bezug genommen wird. Ein Berechnungsergebnis des Prozessors 200 kann in dem Speicher 202 gespeichert werden.The
Des Weiteren kann in einem Fall, wo einige der Funktionen der Wechselrichtersteuervorrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform implementiert sind, eine Verarbeitungsschaltung 203 verwendet werden, die in
Es ist festzustellen, dass ein Teil der Verarbeitung der Wechselrichtersteuervorrichtung 5 durch die Verarbeitungsschaltung 203 ausgeführt werden könnte, und eine Verarbeitung, die nicht durch die Verarbeitungsschaltung 203 ausgeführt wird, könnte durch den Prozessor 200 und den Speicher 202 ausgeführt werden.It is noted that part of the processing of the
Zweite Ausführungsform.Second embodiment.
Die Frequenzmodulationseinheit 83 umfasst einen Zufallszahlengenerator 831 und einen Verstärker 832. Die Addiereinrichtung 84 weist eine Konfiguration auf, in welche ein Basisträgerwellenfrequenzbefehl fc0 und eine Ausgabe der Frequenzmodulationseinheit 83 eingegeben werden. Andere Komponenten sind äquivalent zu den Komponenten der Phasenberechnungseinheit 81, die in
In
Gemäß der Trägerwellenerzeugungseinheit 8B, die in
Wie oben gemäß der Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben, berechnet die Trägerwellenerzeugungseinheit den Frequenzmodulationsbetrag basierend auf der Ausgabe des Zufallszahlengenerators und addiert den berechneten Frequenzmodulationsbetrag zu allen Trägerwellenfrequenzbefehlen, die in die Phasenberechnungseinheit einzugeben sind. Im Ergebnis ist es möglich, ein Rauschen zu verringern, während verhindert wird, dass sich die Wirkung eines Verringerns des Gleichtaktrauschens verschlechtertAs described above, according to the inverter control device according to the second embodiment, the carrier wave generation unit calculates the frequency modulation amount based on the output of the random number generator and adds the calculated frequency modulation amount to all carrier wave frequency commands to be input to the phase calculation unit. As a result, it is possible to reduce noise while preventing the effect of reducing common mode noise from deteriorating
Dritte Ausführungsform.Third embodiment.
Die Reihenfolgesteuereinheit 852 steuert die Schalteinheiten 853a, 853b und 853c und wählt zufällig ein Element aus Elementen aus, die in der Liste 851 gespeichert sind, ohne sich zu überlappen, um so die ausgewählten Elemente als einen ersten Frequenzmodulationsbetrag Δfcu, einen zweiten Frequenzmodulationsbetrag Δfcv und einen dritten Frequenzmodulationsbetrag Δfcw auszugeben. Des Weiteren werden die Elemente in der Liste, nachdem alle Elemente in der Liste 851 ausgewählt wurden, in einer zufälligen Reihenfolge ausgewählt, die sich von der vorherigen Reihenfolge unterscheidet, und diese Auswahlverarbeitung wird wiederholt.The
Die Frequenzmodulationseinheit 85 gibt die ausgewählten Elemente eines nach dem anderen in einer ersten zufälligen Reihenfolge ohne eine Überlappung mit den Elementen, die in der Liste 851 gespeichert sind, als den ersten Frequenzmodulationsbetrag Δfcu aus, und der erste Frequenzmodulationsbetrag Δfcu wird in die Addiereinrichtung 817a eingegeben. Des Weiteren gibt die Frequenzmodulationseinheit 85 die ausgewählten Elemente eines nach dem anderen in einer zweiten zufälligen Reihenfolge ohne eine Überlappung mit den Elementen, die in der Liste 851 gespeichert sind, als den zweiten Frequenzmodulationsbetrag Δfcv aus, und der zweite Frequenzmodulationsbetrag Δfcv wird in die Addiereinrichtung 817b eingegeben. Des Weiteren gibt die Frequenzmodulationseinheit 85 die ausgewählten Elemente eines nach dem anderen in einer dritten zufälligen Reihenfolge ohne eine Überlappung mit den Elementen, die in der Liste 851 gespeichert sind, als den dritten Frequenzmodulationsbetrag Δfcw aus, und der dritte Frequenzmodulationsbetrag Δfcw wird in die Addiereinrichtung 817c eingegeben.The
In
[Formel 1]
[Formula 1]
Obwohl sich der Frequenzmodulationsbetrag Δfc von jeder Phase unterscheidet, unterscheidet sich lediglich die Reihenfolge der Auswahl der Elemente von der Liste 851. Selbst wenn die Elemente, die in der Liste 851 gespeichert sind, in irgendeiner Reihenfolge ausgewählt werden, ist die Zeit Tcyc deshalb immer gleich, die benötigt wird, bis alle Elemente in der Liste 851 ausgewählt sind. Dies bedeutet, dass, obwohl die Trägerwellenfrequenzen der jeweiligen Phasen mit unterschiedlichen Zufallszahlen moduliert sind, die Trägerwellenphasendifferenz auf den eingestellten Wert für jede Zeit Tcyc zurückgeführt wird. Durch ein Verwenden der Frequenzmodulationseinheit 85 gemäß der dritten Ausführungsform ist es deshalb möglich, sowohl die Verringerung des Gleichtaktrauschens als auch eine Verbesserung des Hörempfindens („listening feeling“) zu erzielen. Da die Anzahl von Datenstücken n+1 kleiner ist und ein Wertebereich des Frequenzwerts, der in der Liste 851 gespeichert ist, enger ist, wird insbesondere die Wirkung einer Verringerung des Gleichtaktrauschens priorisiert. Umgekehrt ist die Verbesserung des Hörgefühls priorisiert, wenn die Anzahl von Datenstücken n+1 größer ist und der Wertebereich der Frequenzwerte, die in der Liste 851 gespeichert sind, breiter ist.Although the frequency modulation amount Δf c of each phase differs, only the order of selection of the items from the
Wie oben gemäß der Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben, umfasst die Trägerwellenerzeugungseinheit die Frequenzmodulationseinheit, die den ersten Frequenzmodulationsbetrag Δfcu, den zweiten Frequenzmodulationsbetrag Δfcv und den dritten Frequenzmodulationsbetrag Δfcw ausgibt. Der erste Frequenzmodulationsbetrag Δfcu ist ein Element, das eines nach dem anderen in der ersten zufälligen Reihenfolge ohne ein Überlappen mit Elementen ausgewählt wird, die in einer Liste einer ersten Phase gespeichert sind. Des Weiteren ist der zweite Frequenzmodulationsbetrag Δfcv ein Element, das eines nach dem anderen in der zweiten zufälligen Reihenfolge ohne ein Überlappen mit Elementen ausgewählt wird, die in einer Liste einer zweiten Phase gespeichert sind. Der dritte Frequenzmodulationsbetrag Δfcw ist ein Element, das eines nach dem anderen in der dritten zufälligen Reihenfolge ohne ein Überlappen mit Elementen ausgewählt wird, die in eine Liste einer dritten Phase gespeichert sind. Der erste Frequenzmodulationsbetrag Δfcu, der zweite Frequenzmodulationsbetrag Δfcv und der dritte Frequenzmodulationsbetrag Δfcw werden auf einer Eins-zu-Eins-Basis zum Trägerwellenfrequenzbefehl addiert. Wenn der erste Frequenzmodulationsbetrag Δfcu, der zweite Frequenzmodulationsbetrag Δfcv und der dritte Frequenzmodulationsbetrag Δfcw aus den Listen der jeweiligen Phasen ausgewählt und ausgegeben werden, ist des Weiteren die Zeit, von der das i-te Element ausgewählt wird bis das i-te Element zum i+1-ten Element umgeschaltet wird, der Kehrwert des i-ten Elements. Dies macht es möglich, sowohl die Verringerung des Gleichtaktrauschens als auch die Verbesserung des Hörempfindens zu erzielen.As described above, according to the inverter control device according to the third embodiment, the carrier wave generation unit includes the frequency modulation unit that outputs the first frequency modulation amount Δf cu , the second frequency modulation amount Δf cv , and the third frequency modulation amount Δf cw . The first frequency modulation amount Δf cu is an item selected one by one in the first random order without overlapping with items stored in a first phase list. Furthermore, the second frequency modulation amount Δf cv is an item selected one by one in the second random order without overlapping with items stored in a second phase list. The third frequency modulation amount Δf cw is an item selected one by one in the third random order without overlapping with items stored in a third phase list. The first frequency modulation amount Δf cu , the second frequency modulation amount Δf cv , and the third frequency modulation amount Δf cw are added on a one-to-one basis to the carrier wave frequency command. Furthermore, when the first frequency modulation amount Δf cu , the second frequency modulation amount Δf cv , and the third frequency modulation amount Δf cw are selected from the lists of the respective phases and output, is the time from which the ith item is selected to the ith item is switched to the i+1th element, the reciprocal of the ith element. This makes it possible to achieve both the reduction in common mode noise and the improvement in hearing feeling.
Es ist festzustellen, dass die Anzahl von Datenstücken in der Liste von jeder Phase gemäß der Elektromotorfrequenz geändert werden könnte. Des Weiteren könnte, wenn ein Minimalwert der Elemente, die in der Liste von jeder Phase gespeichert sind, als ein erster Wert eingestellt wird und ein Maximalwert als ein zweiter Wert eingestellt wird, der erste Wert und/oder der zweite Werte gemäß der Elektromotorfrequenz geändert werden. Durch ein Ändern der Anzahl von Datenstücken des ersten Werts oder des zweiten Werts gemäß der Elektromotorfrequenz, ist es möglich, eine Steuerung gemäß einer Priorität zwischen der Wirkung einer Verringerung des Gleichtaktrauschens und der Verbesserung des Hörempfindens durchzuführen.It is noted that the number of items in the list of each phase could be changed according to the motor frequency. Furthermore, if a minimum value of the items stored in the list of each phase is set as a first value and a maximum value is set as a second value, the first value and/or the second value could be changed according to the electric motor frequency . By changing the number of data pieces of the first value or the second value according to the electric motor frequency, it is possible to perform control according to a priority between the effect of reducing the common mode noise and improving the hearing feeling.
Des Weiteren ist es wünschenswert, dass der erste Wert und der zweite Wert in der Liste von jeder Phase gleiche Absolutwerte aufweisen, aber unterschiedliche Vorzeichen haben, und dass die jeweiligen Elemente in der Liste Werte mit gleichen Abständen haben. Bei dieser Einstellung ist es möglich, die Steuerung gemäß der Priorität zwischen der Verringerung des Gleichtaktrauschens und der Verbesserung des Hörempfindens durchzuführen, ohne einen Gesamtbetrag eines Schaltverlusts zu ändern, der durch den Wechselrichter 4 verursacht wird.Furthermore, it is desirable that the first value and the second value in the list of each phase have the same absolute values but different signs, and that the respective elements in the list have equidistant values. With this setting, without changing a total amount of a switching loss caused by the
Die Konfigurationen, die in den oben angegebenen Ausführungsformen angegeben sind, geben Beispiele an und können mit einer anderen bekannten Technologie kombiniert werden, und die Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, und die Konfigurationen, die bei den Ausführungsformen angegeben sind, können teilweise weggelassen oder geändert werden, ohne vom Umfang abzuweichen.The configurations given in the above embodiments are examples and can be combined with other known technology, and the embodiments can be combined with each other, and the configurations given in the embodiments can be partially omitted or changed , without deviating from the scope.
Zum Beispiel wurde die Wechselrichtersteuervorrichtung als die Vorrichtung beschrieben, die in der Elektromotorantriebsvorrichtung umfasst ist. Jedoch ist die Wechselrichtersteuervorrichtung nicht darauf beschränkt. Es ist ausreichend, dass die Wechselrichtersteuervorrichtung elektrisch mit dem Wechselrichter verbunden ist, und die Wechselrichtersteuervorrichtung könnte als eine Vorrichtung extern zur Elektromotorantriebsvorrichtung eingerichtet sein.For example, the inverter control device has been described as the device included in the electric motor drive device. However, the inverter control device is not limited to this. It is sufficient that the inverter control device is electrically connected to the inverter, and the inverter control device may be configured as a device external to the electric motor drive device.
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Elektromotorantriebsvorrichtung;electric motor drive device;
- 22
- Filterdrossel(spule);filter choke(coil);
- 33
- Filterkondensator;filter capacitor;
- 44
- Wechselrichter;inverter;
- 55
- Wechselrichtersteuervorrichtung;inverter control device;
- 66
- Spannungsbefehlsberechnungseinheit;voltage command calculation unit;
- 77
- PWM-Steuereinheit;PWM control unit;
- 8, 8A, 8B, 8C8, 8A, 8B, 8C
- Trägerwellenerzeugungseinheit;carrier wave generation unit;
- 26U26U
- U-Phasenspannungsbefehl;U phase voltage command;
- 26V26V
- V-Phasenspannungsbefehl;V phase voltage command;
- 26W26W
- W-Phasenspannungsbefehl;W phase voltage command;
- 2828
- Trägerwelle;carrier wave;
- 28U28U
- U-Phasenträgerwelle;U-phase carrier wave;
- 28V28V
- V-Phasenträgerwelle;V-phase carrier wave;
- 28W28W
- W-Phasenträgerwelle;W-phase carrier wave;
- 3131
- Referenzpotential;reference potential;
- 3232
- Neutralpunktpotential;neutral point potential;
- 33U33U
- U-Phasenspannung;U phase voltage;
- 33V33V
- V-Phasenspannung;V phase voltage;
- 33W33W
- W-Phasenspannung;W phase voltage;
- 3434
- Streukondensator;stray capacitor;
- 3535
- Leckstrom;leakage current;
- 8282
- Trägerwellenausgabeeinheit;carrier wave output unit;
- 81, 81A, 81B81, 81A, 81B
- Phasenberechnungseinheit;phase calculation unit;
- 83, 8583, 85
- Frequenzmodulationseinheit;frequency modulation unit;
- 84, 814, 817a, 817b, 817c84, 814, 817a, 817b, 817c
- Addiereinrichtung;adder;
- 101101
- Oberleitung;catenary;
- 102102
- Stromabnehmer;pantograph;
- 103103
- Rad;Wheel;
- 104104
- Schiene;Rail;
- 105105
- Elektromotor;electric motor;
- 200200
- Prozessor;Processor;
- 202202
- Speicher;Storage;
- 203203
- Verarbeitungsschaltung;processing circuit;
- 204204
- Schnittstelle;Interface;
- 811, 815, 816811, 815, 816
- Integriereinrichtung;integrator;
- 812812
- Phasendifferenzberechnungseinheit;phase difference calculation unit;
- 813813
- Subtrahiereinrichtung;subtractor;
- 831831
- Zufallszahlengenerator;random number generator;
- 832832
- Verstärker;Amplifier;
- 851851
- Liste;List;
- 852852
- Reihenfolgesteuereinheit;sequence control unit;
- 853a, 853b, 853c853a, 853b, 853c
- Schalteinheit;switching unit;
- NN
- negativseitiger Anschluss;negative side connection;
- PP
- positivseitiger Anschluss;positive side connection;
- UNI, UPI, VNI, VPI, WNI, WPIUNI, UPI, VNI, VPI, WNI, WPI
- Halbleiterelement.semiconductor element.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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