DE112021007185T5

DE112021007185T5 - Motorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112021007185T5
Application number: DE112021007185.8T
Authority: DE
Inventors: Masashi Doi; Takeo Nishikawa; Takeshi Ashida; Hiroyuki Tokusaki; Liangyu Shen
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-12-21
Also published as: WO2022185675A1; JP2022132748A; US20240136959A1; CN116897501A; US20240235437A9

Abstract

Ein Motorregler umfasst eine Vielzahl von Wechselrichtern, die einen entsprechenden Motor aus einer Vielzahl von Motoren durch Pulsweitenmodulationssteuerung mit Strom versorgt, eine Gleichstromversorgung, die die Vielzahl von Wechselrichtern mit Strom versorgt, und einen Kondensator, der zu der Gleichstromversorgung parallelgeschaltet ist. Jeder der Vielzahl von Wechselrichtern wird auf der Grundlage einer Schaltfrequenz in eine von einer Vielzahl von Gruppen kategorisiert. Alle Wechselrichter in jeder der Gruppen weisen entsprechende Trägersignale auf, bei denen es sich um Dreieckswellensignale handelt, die auf der Grundlage einer der Gruppe zugewiesenen Referenzfrequenz bestimmt werden. Mindestens eines der Dreieckswellensignale weist eine Frequenz oder eine Phase auf, die sich von der Frequenz oder der Phase eines anderen Dreieckswellensignals der Dreieckswellensignale unterscheidet.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuerung bzw. einen Motorregler.
HINTERGRUND
Ein bekanntes Servo-Stromversorgungssystem kann eine einzelne Wechselstromversorgung (AC-Stromversorgung) umfassen, um mehrere Motoren mit Strom zu versorgen, der auf der Grundlage der Drehzahl jedes Motors eingestellt bzw. angepasst wird. Auf diese Weise empfangen die mehreren Motoren Strom zum Betrieb des einzelnen Systems. Diese Konstruktion umfasst jedoch eine komplizierte Verdrahtung bzw. Verkabelung mit vielen Drähten bzw. Kabeln, um die Motoren und die Stromversorgung zu verbinden. Die Konstruktion weist auch viele Probleme auf, wie die Verwendung dickerer Drähte bzw. Kabel und die einfache Erzeugung von Lärm und Wärme.
Patentliteratur 1 beschreibt eine Technik zum Umwandeln von Strom bzw. Leistung von einer einzelnen AC-Stromversorgung in Gleichstrom (DC) und Verteilen des Stroms bzw. der Leistung von der einzelnen Quelle an mehrere Wechselrichter, die mehrere Motoren steuern. Dies reduziert das Rauschen beim Einspeisen von Strom und ermöglicht eine Verwendung dünnerer Drähte bzw. Kabel. Die in der Patentliteratur 1 beschriebene Technik verwendet auch Dreieckwellensignale mit gegeneinander verschobenen Phasen für mehrere Wechselrichter, um eine Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) unter Verwendung von Dreieckwellensignalen (Dreieckswellen) als Grundwellenformen für eine PWM-Steuerung durchzuführen. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass ein zur Stromversorgung parallelgeschalteter Kondensator von den durch den Kondensator fließenden Welligkeitsströmen bzw. Ripple-Strömen beeinflusst wird.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011-259546
ZUSAMMENFASSUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die in der Patentliteratur 1 beschriebene Technik für Wechselrichter, die alle Schaltelemente mit der gleichen Schaltfrequenz aufweisen, verwendet Dreiecksignale als Trägersignale, deren Phasen sich voneinander unterscheiden, um die Schaltfrequenz und den Schaltzeitpunkt zu bestimmen, um Ripple-Ströme zu reduzieren und damit die Auswirkungen von Ripple-Strömen wirksam zu reduzieren. Wenn sich jedoch die Schaltfrequenz eines der Wechselrichter stark von den anderen Wechselrichtern unterscheidet, kann die Technik die Ripple-Ströme nicht ausreichend reduzieren und kann somit die Auswirkungen von Ripple-Strömen unter Verwendung von Dreieckwellensignalen mit unterschiedlichen Phasen nicht wirksam verringern.
Eine oder mehrere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind auf eine Technik zum Verringern der Auswirkungen von Ripple-Strömen gerichtet, wenn mehrere Wechselrichter zur Stromversorgung mehrerer Motoren einen Wechselrichter umfassen, dessen Schaltfrequenz sich weitgehend von der Schaltfrequenz der anderen Wechselrichter unterscheidet.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Die Technik gemäß einem oder mehreren Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung stellt die nachstehende Konstruktion bereit.
Ein Motorregler gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung steuert einen Betrieb einer Vielzahl von Motoren. Der Motorregler umfasst eine Vielzahl von Wechselrichtern, die jeweils ein Schaltelement umfassen, um einen entsprechenden Motor der Vielzahl von Motoren durch Pulsweitenmodulationssteuerung auf der Grundlage eines Trägersignals, das Grundwellenformen der Pulsweitenmodulationssteuerung angibt, mit Strom zu versorgen, eine Gleichstromversorgung, die die Vielzahl von Wechselrichtern mit Strom versorgt, und einen Kondensator, der zu der Gleichstromversorgung parallelgeschaltet ist. Jedem der Vielzahl von Wechselrichtern wird auf der Grundlage einer Schaltfrequenz des Wechselrichters eine Referenzfrequenz zugewiesen. Die Referenzfrequenz ist dem Trägersignal für die Pulsweitenmodulationssteuerung zugeordnet. Jeder der Vielzahl von Wechselrichtern wird auf der Grundlage der dem Wechselrichter zugewiesenen Referenzfrequenz in eine von einer Vielzahl von Gruppen eingeteilt bzw. kategorisiert. Alle Wechselrichter in jeder der Vielzahl von Gruppen weisen entsprechende Trägersignale auf, bei denen es sich um Dreieckswellensignale handelt, die auf der Grundlage der der Gruppe zugewiesenen Referenzfrequenz bestimmt werden. Mindestens eines der Trägersignale, die allen Wechselrichtern in jeder der Vielzahl von Gruppen entsprechen, weist mindestens eines aus einer Frequenz oder eine Phase auf, die sich von einer Frequenz oder einer Phase eines anderen Trägersignals der Trägersignale unterscheidet.
In der obigen Konstruktion weist jede der Gruppen von Wechselrichtern auf Basis der Referenzfrequenz Trägersignale (Dreieckwellensignale) mit unterschiedlichen Frequenzen oder Phasen auf, um zu ermöglichen, dass die Schaltelemente in jeder Gruppe zu unterschiedlichen Zeitpunkten ein- und ausgeschaltet werden. Dies verringert den Spitzenwert der Ripple-Ströme in dem Kondensator und reduziert somit die Auswirkungen der Ripple-Ströme in dem Motorregler.
In dem Motorregler kann das Trägersignal für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern ein Dreieckwellensignal mit einer Frequenz sein, die auf der Grundlage der Referenzfrequenz einer vorgegebenen Gruppe, die den Wechselrichter umfasst, bestimmt wird. Die Frequenz des Trägersignals für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern kann sich von einer Frequenz für jeden anderen Wechselrichter in der vorgegebenen Gruppe unterscheiden. Bei Trägersignalen, die wie oben beschrieben unterschiedliche Frequenzen in einer Gruppe aufweisen, können im Gegensatz zu Trägersignalen, die unterschiedliche Phasen in einer Gruppe aufweisen, die Frequenzänderungsmuster der Trägersignale gesteuert werden, um die Trägersignale zu synchronisieren.
In dem Motorregler können Trägersignale in jeder der Vielzahl von Gruppen eine Frequenzvariation aufweisen, die kleiner ist als eine Differenz der Referenzfrequenz zwischen der Gruppe und einer Gruppe mit einer Referenzfrequenz, die einer Referenzfrequenz der Gruppe am nächsten liegt. Eine Gruppe mit einer niedrigeren Referenzfrequenz der beiden Gruppen kann eine höchste Frequenz von Trägersignalen aufweisen, die niedriger ist als eine niedrigste Frequenz von Trägersignalen für die Gruppe mit einer höheren Referenzfrequenz der beiden Gruppen. Dadurch können die Bereiche von Trägersignalfrequenzen zwischen zwei benachbarten Gruppen unterschiedlich sein. Somit weisen Schaltelemente in verschiedenen Gruppen unterschiedliche Frequenzen zum Umschalten zwischen den Ein- und Aus-Zuständen auf. Dies reduziert den Spitzenwert von Ripple-Strömen in dem Kondensator und reduziert somit die Auswirkungen der Ripple-Ströme in dem Motorregler.
In dem Motorregler können das Trägersignal für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern und das Trägersignal für einen anderen Wechselrichter in der Gruppe, die den Wechselrichter umfasst, zwischen Frequenzen in einer vorgegebenen Kombination in voneinander verschiedenen Sequenzen umschalten. Dadurch können Trägersignale für dieselbe Gruppe in jeder Periode mit der gleichen Anzahl von Zyklen wie die Anzahl von Frequenzen in einer vorgegebenen Kombination von Frequenzen miteinander synchronisiert werden. Die Spitzenwerte der Trägersignale fallen daher außer zum Zeitpunkt der Synchronisation nicht miteinander zusammen. Dadurch wird der Spitzenwert der Ripple-Ströme in dem Kondensator reduziert, während Trägersignale in jeder Gruppe miteinander synchronisiert werden können.
In dem Motorregler können alle Frequenzen in der vorgegebenen Kombination um einen vorgegebenen Wert verschoben werden, der eine Frequenzvariation von Trägersignalen in einer Gruppe ist, die der vorgegebenen Kombination entspricht, dividiert durch eine Zahl, die erhalten wird, indem 1 von der Anzahl von Wechselrichtern in der Gruppe subtrahiert wird. Auf diese Weise können sich Trägersignalfrequenzen in einer Gruppe stark voneinander unterscheiden, wodurch die Auswirkungen von Ripple-Strömen in dem Motorregler effektiver reduziert werden.
In dem Motorregler kann die Referenzfrequenz von jedem der Vielzahl von Wechselrichtern die gleiche sein wie die Referenzfrequenz von allen der anderen Wechselrichter in einer vorgegebenen Gruppe, die den Wechselrichter umfasst.
In dem Motorregler kann das Trägersignal für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern ein Dreieckwellensignal mit einer Frequenz sein, die auf der Grundlage der Referenzfrequenz einer vorgegebenen Gruppe, die den Wechselrichter umfasst, bestimmt wird. Das Trägersignal kann eine Phase aufweisen, die sich von einer Phase des Trägersignals für jeden anderen Wechselrichter in der vorgegebenen Gruppe unterscheidet.
In dem Motorregler können die Trägersignale für alle Wechselrichter in der vorgegebenen Gruppe um 180 Grad phasenverschoben geteilt durch die Anzahl der Wechselrichter in der vorgegebenen Gruppe sein. Auf diese Weise können sich die Phasen der Trägersignale in einer Gruppe stark voneinander unterscheiden, wodurch die Auswirkungen von Ripple-Strömen in dem Motorregler effektiver reduziert werden. Insbesondere können sich dadurch die zweiten Oberwellen in der Schaltwelligkeit gegenseitig aufheben, wodurch die Auswirkungen der Ripple-Ströme in dem Motorregler effektiver reduziert werden.
Ein oder mehrere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können gerichtet sein auf eine Vorrichtung, die mindestens eines der oben genannten Elemente umfasst, oder auf eine Steuerung bzw. einen Controller, ein Steuersystem, ein Motorsystem oder eine Motorvorrichtung. Ein oder mehrere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können auch auf ein Steuerverfahren oder ein Einstellverfahren gerichtet sein, das mindestens einen der oben genannten Prozesse umfasst. Ein oder mehrere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können auf ein Programm zum Realisieren eines dieser Verfahren oder auf ein nichtflüchtiges Speichermedium, das das Programm speichert, gerichtet sein. Die obigen Elemente und Prozesse können in jeder möglichen Weise miteinander kombiniert werden, um eine oder mehrere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN
Die Technik gemäß den obigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung reduziert die Auswirkungen von Ripple-Strömen, wenn mehrere Wechselrichter zur Stromversorgung mehrerer Motoren einen Wechselrichter umfassen, dessen Schaltfrequenz sich weitgehend von der Schaltfrequenz der anderen Wechselrichter unterscheidet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Motorreglers gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt ein schematisches Diagramm des Motorreglers gemäß der ersten Ausführungsform.
3A zeigt eine Tabelle, die deine Steuerung der Frequenzänderung für Dreieckwellensignale in der ersten Ausführungsform beschreibt, und 3B zeigt eine Tabelle, die eine Phasensteuerung für die Dreieckwellensignale in der ersten Ausführungsform beschreibt.
4 zeigt einen Graphen, der Dreieckwellensignale mit einer Steuerung der Frequenzänderung in der ersten Ausführungsform zeigt.
5 zeigt einen Graphen, der Dreieckwellensignale mit einer Phasensteuerung in der ersten Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Verwendungsbeispiel>
Es wird nun ein Motorregler 1 beschrieben, der mehrere Motoren 42 mit Strom versorgt (Wechselstrom oder Wechselstromleistung), wie in 1 und 2 dargestellt ist. In dem Motorregler 1 führen Wechselrichter 41 eine Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuerung durch (Steuerung einer Ausgangsspannung, die an die mehreren Motoren 42 ausgegeben werden soll), indem Schaltelemente 100 in den Wechselrichtern 41 ein- und ausgeschaltet werden. Grundwellenformen für eine von den Wechselrichtern 41 durchgeführte PWM-Steuerung werden durch Dreieckswellensignale (Dreieckswellen) bestimmt, die von einem Dreieckswellengenerator 43 erzeugt werden. In dem nachfolgend beschriebenen Beispiel umfasst der Motorregler 1 die Wechselrichter 41 in Gruppen basierend auf den Schaltfrequenzen (Referenzfrequenzen) der Schaltelemente 100, wobei sich die Phasen oder Frequenzen (Frequenzänderungsmuster) von Dreieckswellensignalen zwischen den Wechselrichtern 41 in derselben Gruppe voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten führt jeder der Wechselrichter 41 eine PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Dreieckswellensignals durch, das sich in Phase oder Frequenz von Dreieckssignalen unterscheidet, die von den anderen Wechselrichtern 41 in derselben Gruppe verwendet werden. Dies bewirkt, dass die Schaltelemente 100 in jedem der Wechselrichter 41 zu anderen Zeitpunkten als die Schaltelemente 100 in den anderen Wechselrichtern 41 derselben Gruppe zwischen dem Einschalt- und dem Ausschaltzustand umgeschaltet werden, wodurch der Spitzenwert von Ripple-Strömen in einem zu einer Stromversorgung 20 parallelgeschalteten Kondensator 25 verringert wird.
<Erste Ausführungsform>
[Konstruktion des Motorreglers]
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird die Konstruktion des Motorreglers 1 zum Steuern der Motoren 42 (Motoren 42₁ bis 42₇) gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Motorregler 1 umfasst die Stromversorgung 20, den Kondensator 25, Kondensatoren 40₁ bis 40₇, Wechselrichter 41₁ bis 41₇ und den Dreieckwellengenerator 43 (siehe 2). Der in 1 und 2 dargestellte Motorregler 1 umfasst sieben Wechselrichter 41, sieben Kondensatoren 40 und sieben Motoren 42, aber diese Komponenten des Motorreglers 1 können in beliebiger Anzahl vorhanden sein. Die Konstruktion einschließlich des Motorreglers 1 und der Motoren 42 kann als ein Motorsystem definiert werden.
Die Stromversorgung 20 versorgt die Wechselrichter 41₁ bis 41₇ mit Gleichstrom (Direct Current - DC)-Leistung oder Gleichstrom (DC). Die Stromversorgung 20 umfasst ein Netz (AC-Stromversorgung) und einen Wandler (insbesondere eine DC-Stromversorgung), der Strom aus dem Netz in Gleichstrom umwandelt.
Der Kondensator 25 ist zu der Stromversorgung 20 parallelgeschaltet. Der Kondensator 25 in Verbindung mit der Stromversorgung 20 führt an die zueinander parallelgeschalteten Wechselrichter 41₁ bis 41₇ eine Gleichspannungsleistung zu. Der Kondensator 25 hält eine an die Wechselrichter 41₁ bis 41₇ angelegte Spannung auf einem im Wesentlichen konstanten Pegel, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer plötzlichen (momentanen) Schwankung der an die Wechselrichter 41₁ bis 41₇ angelegten Spannung (Über- oder Unterspannung) verringert wird. In dem Kondensator 25 tritt als Antwort auf Änderungen in dem Betrieb der Wechselrichter 41₁ bis 41₇ ein als Ripple-Strom bezeichneter Strom auf. Ein großer Ripple-Strom verursacht einen starken Temperaturanstieg in dem Kondensator 25, was sich negativ auf die Lebensdauer des Kondensators 25 und des Motorreglers 1 auswirkt. Die Konstruktion gemäß der vorliegenden Ausführungsform reduziert den Spitzenwert von Ripple-Strömen.
Jeder der Kondensatoren 40₁ bis 40₇ ist ein Glättungskondensator, der die Pulsation der Gleichstromleistung reduziert und auch Gleichstromleistung speichern kann.
Der Wechselrichter 41x (X = 1 bis 7) steuert bzw. regelt den Motor 42x mit Wechselstromleistung mit einer Frequenz, die von dem Motor 42x verwendet wird, die aus der Eingangsleistung erzeugt wird. Die Wechselrichter 41₁ bis 41₇ sind parallel zueinander an die Stromversorgung 20 und den Kondensator 25 angeschlossen. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Wechselrichter 41x sechs Schaltelemente 100x und eine Steuerschaltung 101x.
Die Schaltelemente 100x werden auf der Grundlage eines PWM-Steuersignals von der Steuerschaltung 101x ein- und ausgeschaltet. Eine PWM-Steuerung wird somit zum Steuern einer von dem Wechselrichter 41x an den Motor 42x zuzuführenden Wechselstromleistung durchgeführt. Die Frequenz, mit der die Schaltelemente 100x ein- und ausgeschaltet werden (Schaltfrequenz), ist für das Modell des Wechselrichters 41x vorgegeben (fest). Insbesondere der Motor 42x mit einer höheren Leistung weist eine niedrigere Schaltfrequenz auf.
Die Steuerschaltung 101x vergleicht ein von dem Dreieckswellengenerator 43 ausgegebenes Dreieckswellensignal mit einem von einer Betriebssteuerung (nicht gezeigt) eingegebenen Befehls- bzw. Sollwert für die Dreiphasenspannung des Motors 42x, um PWM-Steuersignale zu erzeugen, um die Schaltelemente 100x zwischen den Ein- und Aus-Zuständen zu steuern. Die Steuerschaltung 101x gibt die erzeugten PWM-Steuersignale an die sechs Schaltelemente 100x aus.
Der Dreieckswellengenerator 43 erzeugt Dreieckswellensignale als Grundwellenformen für eine PWM-Steuerung, die von jedem Wechselrichter 41 durchgeführt wird. Bei den Dreieckswellensignalen handelt es sich um Trägersignale (Trägerwellen), die die Grundwellen darstellen, die zum Übertragen von Informationen verwendet werden. Der Dreieckswellengenerator 43 gibt die Dreieckswellensignale dann an die Wechselrichter 41₁ bis 41₇ aus (Steuerschaltungen 101₁ bis 101₇). In der vorliegenden Ausführungsform sind die Wechselrichter 41₁ bis 41₇ in Gruppen zusammengefasst, die jeweils eine andere Referenz- bzw. Bezugsfrequenz aufweisen. Der Dreieckswellengenerator 43 steuert die Dreieckswellensignale für jede Gruppe zum Steuern von Ripple-Strömen in dem Kondensator 25. Genauer gesagt wird jedem der Wechselrichter 41₁ bis 41₇ auf der Grundlage der Schaltfrequenz des jeweiligen Wechselrichters eine Referenzfrequenz zugewiesen. Mit anderen Worten wird den Wechselrichtern 41 mit ähnlichen Schaltfrequenzen (Schaltfrequenzen der gleichen Kategorie) die gleiche Referenzfrequenz zugewiesen. Die Wechselrichter 41₁ bis 41₇werden dann auf der Grundlage der Referenzfrequenz in Gruppen eingeteilt. Der Dreieckwellengenerator 43 steuert die Dreieckwellensignale für jede Gruppe auf der Grundlage der dieser Gruppe zugewiesenen Referenzfrequenz. Die einer Gruppe zugewiesene Referenzfrequenz kann mit der Schaltfrequenz der Wechselrichter 41 in der Gruppe identisch sein, oder die Referenzfrequenz kann sich von der Schaltfrequenz unterscheiden.
In den in 3A und 3B gezeigten Beispielen ist eine Bezugsfrequenz fa für die Wechselrichtermodelle A bis C, eine Bezugsfrequenz fb für ein Modell D und eine Bezugsfrequenz fc für ein Modell E. Der Wechselrichter 41₁ ist ein Modell A, der Wechselrichter 41₂ ist ein Modell B, der Wechselrichter 41₃ ist ein Modell C, jeder der Wechselrichter 41₄ und 41₅ ist ein Modell D, und jeder der Wechselrichter 41₃ und 41₇ ist ein Modell E. Die Wechselrichter 41₁ bis 41₃ mit der Bezugsfrequenz fa werden als Gruppe 1 kategorisiert, die Wechselrichter 41₄ und 41₅ mit der Bezugsfrequenz fb werden als Gruppe 2 kategorisiert und die Wechselrichter 41₆ und 41₇ mit der Bezugsfrequenz fc werden als Gruppe 3 kategorisiert. Diese Gruppen sind in dem Dreieckswellengenerator 43 vordefiniert.
(Frequenzbasierte Steuerung von Dreieckssignalen)
Es wird nun ein Verfahren zum Steuern von Ripple-Strömen beschrieben, das von dem Dreieckswellengenerator 43 durchgeführt wird, der Dreieckswellensignale auf der Grundlage einer Frequenz steuert. Der Dreieckswellengenerator 43 versorgt die Wechselrichter 41 in jeder Gruppe, die dieselbe Referenzfrequenz aufweisen, mit Dreieckswellensignalen, deren Frequenzänderungsmuster (Frequenzen) sich in der Gruppe voneinander unterscheiden. Für die Gruppe 1 beispielsweise bestimmt der Dreieckswellengenerator 43 eine Kombination aus drei (entsprechend der Anzahl von Wechselrichtern 41 in der Gruppe) Frequenzen. Zum Beispiel bestimmt der Dreieckswellengenerator 43 eine Kombination von Frequenzen auf der Grundlage des Frequenzbereichs zwischen fa - fr/2 und fa + fr/2, was ein zulässiger Bereich für eine variable Frequenz fr (eine Variation) ist, die auf fa als der der Gruppe 1 zugewiesenen Referenzfrequenz zentriert ist. Genauer gesagt bestimmt der Dreieckswellengenerator 43 eine Kombination von Frequenzen einschließlich fa, fa - fr/2 und fa + fr/2. Die Frequenzen in dieser Kombination werden zum Beispiel um den Wert der variablen Frequenz fr geteilt durch 2 verschoben, wobei 2 durch Subtrahieren von 1 von 3 erhalten wird, oder um die Anzahl der Wechselrichter in der Gruppe. Die Frequenzen in der Kombination sind nicht auf diese beschränkt, sondern können jeweils einen beliebigen Wert innerhalb des Frequenzbereichs zwischen fa - fr/2 und fa + fr/2 annehmen. Zum Beispiel beträgt die Referenzfrequenz fa 8 kHz und die variable Frequenz fr beträgt 200 Hz. Der Dreieckswellengenerator 43 erzeugt dann Dreieckswellensignale für die Wechselrichter 41₁ bis 41₃, wobei die Dreieckswellensignale zwischen den in der Kombination umfassten Frequenzen in unterschiedlicher Sequenz bzw. Reihenfolge umschalten. Die Anzahl von in der Kombination umfassten Frequenzen muss nicht immer gleich der Anzahl der Wechselrichter 41 in der Gruppe sein, sondern kann auch eine beliebige Anzahl größer als die Anzahl der Wechselrichter 41 in der Gruppe sein.
Wie in 4 als Beispiel gezeigt, erzeugt der Dreieckswellengenerator 43 als ein an den Wechselrichter 41₁ ausgegebenes Dreieckswellensignal ein Dreieckswellensignal, das in dieser Sequenz zwischen den Frequenzen fa - fr/2, fa und fa + fr/2 umschaltet. Der Dreieckwellengenerator 43 erzeugt als ein an den Wechselrichter 41₂ ausgegebenes Dreieckwellensignal ein Dreieckwellensignal, das zwischen den Frequenzen fa, fa + fr/2 und fa - fr/2 in dieser Sequenz umschaltet. Der Dreieckswellengenerator 43 erzeugt als ein an den Wechselrichter 41₃ ausgegebenes Dreieckswellensignal ein Dreieckswellensignal, das zwischen den Frequenzen fa + fr/2, fa - fr/2 und fa in dieser Sequenz umschaltet.
Die auf diese Weise für die Gruppe 1 erzeugten Dreieckswellensignale werden einmal in jeder Periode mit der gleichen Anzahl von Zyklen wie die Anzahl der Frequenzen in der eingestellten Frequenz (drei oder die Anzahl der Wechselrichter 41 in Gruppe 1) miteinander synchronisiert. Die Spitzen der drei Dreieckswellensignale stimmen mit Ausnahme des Zeitpunkts der Synchronisation nicht überein. Daher schalten die Schaltelemente 100 in den Wechselrichtern 41₁ bis 41₃ außer zum Zeitpunkt der Synchronisation zu unterschiedlichen Zeitpunkten ein und aus, wodurch der Spitzenwert (Maximalwert) der Ripple-Ströme in dem Kondensator 25 verringert wird.
Für die anderen Gruppen 2 und 3, wie in 3A gezeigt, bestimmt der Dreieckswellengenerator 43 ebenfalls eine Kombination von Frequenzen und erzeugt Dreieckswellensignale für die Wechselrichter in jeder Gruppe zum Umschalten zwischen diesen Frequenzen in voneinander verschiedenen Sequenzen. Der Dreieckswellengenerator 43 kann die variable Frequenz fr bestimmen, um zu bewirken, dass der Frequenzbereich jeder Gruppe, in der eine Kombination von Frequenzen definiert ist, den Frequenzbereich einer anderen Gruppe mit einer anderen Referenzfrequenz nicht überlappt. Mit anderen Worten kann die Frequenzvariation in Dreieckswellensignalen in jeder Gruppe kleiner sein als eine Differenz zwischen der Referenzfrequenz der Gruppe und der Referenzfrequenz der nächstgelegenen Gruppe. In diesem Fall kann die höchste Frequenz der Dreieckswellensignale in der Gruppe mit einer niedrigeren Referenzfrequenz dieser beiden Gruppen niedriger sein als die niedrigste Frequenz der Dreieckswellensignale in der Gruppe mit einer höheren Referenzfrequenz.
In den von den Erfindern durchgeführten Experimenten mit einer Referenzfrequenz (Schaltfrequenz) fa von 8 kHz und einer variablen Frequenz fr von 200 Hz ist die Spitze-Spitze-Ripple-Amplitude in dem Frequenzband mit den größten Schalt-Ripple-Amplituden etwa 15 % kleiner, wenn die oben genannten Wechselrichter 41₁ bis 41₃ allein mit den wie in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen gesteuerten Dreieckswellensignalen betrieben werden, als wenn keine Frequenzänderungssteuerung in der oben beschriebenen Weise durchgeführt wird. Ein Steuern der Dreieckswellensignale, wie es in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist, reduziert somit den Spitzenwert der Ripple-Ströme in dem Motorregler 1.
(Phasenbasierte Steuerung von Dreieckswellensignalen)
Es wird nun ein Verfahren zum Steuern von Ripple-Strömen beschrieben, das von dem Dreieckswellengenerator 43 durchgeführt wird, der Dreieckswellensignale auf der Grundlage von Phasen steuert. Der Dreieckswellengenerator 43 versorgt die Wechselrichter 41 in jeder Gruppe mit derselben Bezugsfrequenz mit Dreieckswellensignalen, deren Phasen zueinander verschoben sind, wie in 3B gezeigt ist. Für Gruppe 1 erzeugt der Dreieckswellengenerator 43 beispielsweise Dreieckswellensignale für die Wechselrichter 41₁ bis 41₃ mit der gleichen Frequenz (der durch die Bezugsfrequenz bezeichneten Frequenz), wobei benachbarte Phasen um 60 Grad verschoben sind, wie in 5 gezeigt. In diesem Fall sind die Phasen beispielsweise um 180 Grad geteilt durch n verschoben, wobei n die Anzahl der Wechselrichter 41 in derselben Gruppe ist. Der Zähler ist nicht auf 180 Grad beschränkt, sondern kann ein beliebiger Winkel sein, wie beispielsweise 360 Grad.
Genauer gesagt, wie in 5 unter Bezugnahme auf das Dreieckswellensignal für den Wechselrichter 41₁ gezeigt, verschiebt der Dreieckswellengenerator 43 die Phase des Dreieckswellensignals für den Wechselrichter 41₂ um 60 Grad gegenüber dem Dreieckswellensignal für den Wechselrichter 41₁ und verschiebt die Phase des Dreieckswellensignals für den Wechselrichter 41₂ um 120 Grad gegenüber dem Dreieckswellensignal für den Wechselrichter 41₁.
In der vorliegenden Ausführungsform, bei der die Phasen für jede Gruppe gesteuert werden, weisen, anders als bei der in der oben beschriebenen Patentliteratur 1 beschriebenen Technik, nicht alle der Dreieckswellensignale unterschiedliche Phasen auf. Genauer gesagt verwendet jede Gruppe ein Dreieckswellensignal mit einer Phase von 0 Grad.
In den von den Erfindern durchgeführten Experimenten mit einer Bezugsfrequenz fa von 8 kHz und einer variablen Frequenz fr von 200 Hz ist die Spitze-Spitze-Ripple-Amplitude in dem Frequenzband mit den größten Schalt-Ripple-Amplituden um etwa 95 % kleiner, wenn die oben genannten Wechselrichter 41₁ bis 41₃ mit Phasen der Dreieckswellensignale betrieben werden, die wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben gesteuert werden, als wenn keine Phasensteuerung in der oben beschriebenen Weise durchgeführt wird. Dadurch werden nachteilige Auswirkungen von Ripple-Strömen in dem Motorregler 1 reduziert.
In den oben beschriebenen Beispielen weist jedes der Dreieckswellensignale, die an eine Gruppe mit derselben Bezugsfrequenz ausgegeben werden, entweder ein Frequenzänderungsmuster oder eine Phase auf, die sich von dem Muster oder der Phase eines anderen Signals unterscheidet. Jedoch kann nicht jedes Dreieckssignal, das an eine einzelne Gruppe mit derselben Bezugsfrequenz ausgegeben wird, ein Frequenzänderungsmuster oder eine Phase aufweisen, die sich von dem Muster oder der Phase eines anderen Signals unterscheidet. In einigen Ausführungsformen kann mindestens eines der Dreieckswellensignale, die an eine einzelne Gruppe mit derselben Bezugsfrequenz ausgegeben werden, ein Frequenzänderungsmuster oder eine Phase aufweisen, die sich von dem Muster oder der Phase eines anderen Signals unterscheidet.
In einem anderen Beispiel kann jedes der Dreieckswellensignale, die an eine einzelne Gruppe mit derselben Referenzfrequenz ausgegeben werden, ein Frequenzänderungsmuster und eine Phase aufweisen, die sich sowohl von dem Muster als auch von der Phase eines anderen Signals unterscheiden. Für Gruppe 1 können beispielsweise Dreieckswellensignale, die zwischen den Frequenzen in einer Kombination in voneinander verschiedenen Sequenzen umschalten, mit unterschiedlichen Phasen erzeugt werden.
Anstelle des Dreieckswellengenerators 43 kann jeder der Wechselrichter 41₁ bis 41₇ einen Prozess durchführen, um Dreieckswellensignalen unterschiedliche Frequenzänderungsmuster oder Phasen zuzuweisen. In diesem Fall kann der Dreieckswellengenerator 43 das gleiche Dreieckswellensignal an die mehreren Wechselrichter 41 in derselben Gruppe ausgeben. Die Steuerschaltung 101₁ kann dann (durch Umwandlung) auf der Grundlage beispielsweise des vom Dreieckswellengenerator 43 erhaltenen Dreieckswellensignals ein Dreieckswellensignal für eine PWM-Steuerung des Schaltelements 100₁ mit einem Frequenzänderungsmuster erzeugen, das sich von den Mustern der Dreieckswellensignale für eine PWM-Steuerung des Schaltelements 100₂ und des Schaltelements 100₃ in derselben Gruppe unterscheidet.
In den obigen Beispielen sind die Wechselrichter 41₁ bis 41₇ nach ihrer Bezugsfrequenz gruppiert. Die Wechselrichter 41 mit der gleichen Bezugsfrequenz können darüber hinaus in mehrere Untergruppen unterteilt werden. Dies ermöglicht auch, dass Dreieckswellensignale in jeder Gruppe unterschiedliche Frequenzen oder Phasen aufweisen, wodurch der Spitzenwert der Ripple-Ströme verringert wird.
Der Umfang der Ansprüche wird derart ausgelegt, dass er nicht auf die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beschränkt ist. Der Umfang der Ansprüche wird derart ausgelegt, dass der den Bereich umfasst, der für den Fachmann verständlich ist, um die beabsichtigten Probleme in Anbetracht des allgemeinen technischen Wissens zum Zeitpunkt der Einreichung zu lösen.
(Anhang)
Motorregler (1) zum Steuern eines Betriebs einer Vielzahl von Motoren (42), der Motorregler (1) aufweisend:

eine Vielzahl von Wechselrichtern (41), wobei jeder der Vielzahl von Wechselrichtern (41) ein Schaltelement (100) umfasst, um einen entsprechenden Motor (42) der Vielzahl von Motoren (42) durch Pulsweitenmodulationssteuerung auf der Grundlage eines Trägersignals mit Strom zu versorgen;
eine Gleichstromversorgung (20), die eingerichtet ist, um die Vielzahl von Wechselrichtern (41) mit Strom zu versorgen; und
einen Kondensator (25), der zu der Gleichstromversorgung (20) parallelgeschaltet ist,
wobei jedem der Vielzahl von Wechselrichtern (41) auf der Grundlage einer Schaltfrequenz des Wechselrichters (41) eine Referenzfrequenz zugewiesen ist, und die Referenzfrequenz dem Trägersignal für die Pulsweitenmodulationssteuerung zugeordnet ist,
jeder der Vielzahl von Wechselrichtern (41) auf der Grundlage der dem Wechselrichter (41) zugewiesenen Referenzfrequenz in eine von einer Vielzahl von Gruppen kategorisiert ist, und
alle Wechselrichter (41) in jeder der Gruppen entsprechende Trägersignale aufweisen, die Dreieckswellensignale sind, die auf der Grundlage der der Gruppe zugewiesenen Referenzfrequenz bestimmt werden, und mindestens eines der Trägersignale, die allen Wechselrichtern (41) in jeder der Vielzahl von Gruppen entsprechen, mindestens eine Frequenz oder eine Phase aufweist, die sich von einer Frequenz oder einer Phase eines anderen Trägersignals der Trägersignale unterscheidet.

BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN
1: Motorregler, 20: Stromversorgung, 25: Kondensator, 40: Kondensator, 41: Wechselrichter, 42: Motor, 43: Dreieckwellengenerator, 100: Schaltelement, 101: Steuerschaltung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011259546 [0004]

Claims

Motorregler zum Steuern eines Betriebs einer Vielzahl von Motoren, der Motorregler aufweisend: eine Vielzahl von Wechselrichtern, wobei jeder der Vielzahl von Wechselrichtern ein Schaltelement umfasst, um einen entsprechenden Motor der Vielzahl von Motoren durch Pulsweitenmodulationssteuerung auf der Grundlage eines Trägersignals mit Strom zu versorgen; eine Gleichstromversorgung, die eingerichtet ist, um die Vielzahl von Wechselrichtern mit Strom zu versorgen; und einen Kondensator, der zu der Gleichstromversorgung parallelgeschaltet ist, wobei jedem der Vielzahl von Wechselrichtern eine Referenzfrequenz auf der Grundlage einer Schaltfrequenz des Wechselrichters zugewiesen ist und die Referenzfrequenz dem Trägersignal für die Pulsweitenmodulationssteuerung zugeordnet ist, jeder der Vielzahl von Wechselrichtern auf der Grundlage der dem Wechselrichter zugewiesenen Referenzfrequenz in eine von einer Vielzahl von Gruppen kategorisiert ist und alle Wechselrichter in jeder der Vielzahl von Gruppen entsprechende Trägersignale aufweisen, die Dreieckswellensignale sind, die auf der Grundlage der der Gruppe zugewiesenen Referenzfrequenz bestimmt werden, und mindestens eines der Trägersignale, die allen Wechselrichtern in jeder der Vielzahl von Gruppen entsprechen, mindestens eine Frequenz oder eine Phase aufweist, die sich von einer Frequenz oder einer Phase eines anderen Trägersignals der Trägersignale unterscheidet.
Motorregler nach Anspruch 1, wobei das Trägersignal für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern ein Dreieckswellensignal mit einer Frequenz ist, die auf der Grundlage der Referenzfrequenz einer vorgegebenen Gruppe, die den Wechselrichter umfasst, bestimmt wird, und die Frequenz des Trägersignals für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern sich von einer Frequenz für jeden anderen Wechselrichter in der vorgegebenen Gruppe unterscheidet.
Motorregler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei Trägersignale in jeder der Vielzahl von Gruppen eine Frequenzvariation aufweisen, die kleiner ist als eine Differenz in der Referenzfrequenz zwischen der Gruppe und einer Gruppe mit einer Referenzfrequenz, die einer Referenzfrequenz der Gruppe am nächsten liegt, und eine Gruppe mit einer niedrigeren Referenzfrequenz der beiden Gruppen eine höchste Frequenz von Trägersignalen aufweist, die niedriger ist als eine niedrigste Frequenz von Trägersignalen für die Gruppe mit einer höheren Referenzfrequenz der beiden Gruppen.
Motorregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Trägersignal für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern und das Trägersignal für einen anderen Wechselrichter in der Gruppe, die den Wechselrichter umfasst, zwischen Frequenzen in einer vorgegebenen Kombination in voneinander verschiedenen Sequenzen wechseln.
Motorregler nach Anspruch 4, wobei alle Frequenzen in der vorgegebenen Kombination um einen vorgegebenen Wert verschoben werden, der eine Frequenzänderung von Trägersignalen in einer Gruppe ist, die der vorgegebenen Kombination entspricht, geteilt durch eine Zahl, die durch Subtrahieren von 1 von der Anzahl von Wechselrichtern in der Gruppe erhalten wird.
Motorregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Referenzfrequenz jedes der Vielzahl von Wechselrichtern die gleiche ist wie die Referenzfrequenz aller anderen Wechselrichter in einer vorgegebenen Gruppe, die den Wechselrichter umfasst.
Motorregler nach Anspruch 1, wobei das Trägersignal für jeden der Vielzahl von Wechselrichtern ein Dreieckswellensignal mit einer Frequenz ist, die auf der Grundlage der Bezugsfrequenz einer vorgegebenen Gruppe, die den Wechselrichter umfasst, bestimmt wird, und das Trägersignal eine Phase aufweist, die sich von einer Phase des Trägersignals für jeden anderen Wechselrichter in der vorgegebenen Gruppe unterscheidet.
Motorregler nach Anspruch 7, wobei die Trägersignale für alle Wechselrichter der vorgegebenen Gruppe um 180 Grad verschobene Phasen dividiert durch die Anzahl der Wechselrichter in der vorgegebenen Gruppe aufweisen.