DE112022001595T5

DE112022001595T5 - Wechselrichtersteuervorrichtung und berechnungsverfahren

Info

Publication number: DE112022001595T5
Application number: DE112022001595.0T
Authority: DE
Inventors: Yuki YAMABE; Kohei Myoen
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2024-01-04
Also published as: WO2023276265A1; JPWO2023276265A1

Abstract

Eine Wechselrichtersteuervorrichtung ist eine Wechselrichtersteuervorrichtung, die in einem Wechselrichter bereitgestellt ist, der Strom, der durch Umwandeln eines Gleichstroms in einen Dreiphasenwechselstrom erhalten wird, unter Verwendung eines Schaltkreises einem Motor zuführt. Der Wechselrichter weist einen Strommesser auf, welcher Ströme jeweiliger Phasen des Dreiphasenwechselstroms als Stromerfassungswerte erfasst. Der Motor weist einen Winkelsensor auf, welcher einen Rotationswinkel des Motors misst. Die Wechselrichtersteuervorrichtung weist eine Gleichstromschätzeinheit auf, welche einen Durchschnittswert von Gleichstromwerten in einem Zyklus eines PWM-Signals auf Grundlage eines Betriebswerts des PWM-Signals zum Steuern des Schaltkreises, einen Durchschnittswert der Stromerfassungswerte, die in jedem Zyklus des PWM-Signals erfasst werden, und einen Korrekturkoeffizienten schätzt. Die Gleichstromschätzeinheit weist eine Koeffizientenberechnungseinheit auf, welche den Korrekturkoeffizienten auf Grundlage des Zyklus des PWM-Signals, des Rotationswinkels und des Betriebswerts berechnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichtersteuervorrichtung und ein Berechnungsverfahren.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein Wechselrichter, der einen Motor steuert, berechnet einen Strom, der dem Motor zuzuführen ist, durch eine Berechnung und verwendet den Strom zur Steuerung. PTL 1 offenbart eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine, die die rotierende elektrische Wechselstrommaschine einschließlich einer mehrphasigen Ankerwicklung über eine Wechselrichterschaltung steuert, bei welcher die Wechselrichterschaltung ein bereitgestelltes oberes Schaltelement und ein bereitgestelltes unteres Schaltelement entsprechend jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine aufweist und die rotierende elektrische Wechselstrommaschine als Reaktion auf den Erhalt der Zufuhr von Strom von einer Gleichstromversorgung ansteuert, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit, welche ein Mittelpunktspotenzial zwischen dem oberen Schaltelement und dem unteren Schaltelement der Wechselrichterschaltung für jede Phase erfasst; eine Phasenstrom-Erfassungseinheit, welche einen Phasenstrom jeder Phase der rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine erfasst; und eine Steuereinheit, welche einen Stromschätzwert einer Gleichstromeingabe von der Gleichstromversorgung in die Wechselrichterschaltung auf Grundlage des Mittelpunktspotenzials jeder Phase, das von der Mittelpunktspotenzial-Erfassungseinheit erfasst wird, und des Phasenstroms jeder Phase, der von der Phasenstrom-Erfassungseinheit erfasst wird, berechnet.
Literaturliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2018-164325 A
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Erfindung, die in PTL 1 beschrieben ist, ist es schwierig, einen Strom bei einer hohen Rotation eines Motors präzise zu berechnen.
Lösung des Problems
Eine Wechselrichtersteuervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wechselrichtersteuervorrichtung, die in einem Wechselrichter bereitgestellt ist, der Strom, der von einem Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom gewandelt wird, unter Verwendung eines Schaltkreises einem Motor zuführt, wobei der Wechselrichter einen Strommesser aufweist, welcher Ströme jeweiliger Phasen des Dreiphasenwechselstroms als Stromerfassungswerte erfasst, wobei der Motor einen Winkelsensor aufweist, welcher einen Rotationswinkel des Motors misst, wobei die Wechselrichtersteuervorrichtung eine Gleichstromschätzeinheit aufweist, welche einen Durchschnittswert von Gleichstromwerten in einem Zyklus eines PWM-Signals auf Grundlage eines Betriebswerts des PWM-Signals zum Steuern des Schaltkreises, einen Durchschnittswert der Stromerfassungswerte, die in jedem Zyklus des PWM-Signals erfasst werden, und einen Korrekturkoeffizienten schätzt, und wobei die Gleichstromschätzeinheit eine Koeffizientenberechnungseinheit aufweist, welche den Korrekturkoeffizienten auf Grundlage des Zyklus des PWM-Signals, des Rotationswinkels und des Betriebswerts berechnet.
Ein Berechnungsverfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Berechnungsverfahren, das von einer Wechselrichtersteuervorrichtung auszuführen ist, die in einem Wechselrichter bereitgestellt ist, der Strom, der von einem Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom umgewandelt wird, unter Verwendung eines Schaltkreises einem Motor zuführt, wobei der Wechselrichter einen Strommesser aufweist, welcher Ströme jeweiliger Phasen des Dreiphasenwechselstroms als Stromerfassungswerte erfasst, wobei der Motor einen Winkelsensor aufweist, welcher einen Rotationswinkel des Motors misst, wobei das Berechnungsverfahren einen Gleichstromschätzschritt des Schätzens eines Durchschnittswerts von Gleichstromwerten in einem Zyklus eines PWM-Signals auf Grundlage eines Betriebswerts des PWM-Signals zum Steuern des Schaltkreises, eines Durchschnittswerts der Stromerfassungswerte, die in jedem Zyklus des PWM-Signals erfasst werden, und eines Korrekturkoeffizienten aufweist, und in dem Gleichstromschätzschritt der Korrekturkoeffizient auf Grundlage des Zyklus des PWM-Signals, des Rotationswinkels und des Betriebswerts berechnet wird.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Strom selbst bei hoher Rotation eines Motors mit hoher Präzision berechnet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[1] 1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Wechselrichters einschließlich einer Wechselrichtersteuervorrichtung.
[2] 2 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Gleichstromschätzeinheit.
[3] 3 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Berechnung eines Korrekturkoeffizienten.
[4] 4 ist eine Ansicht, die einen Vergleich zwischen der Korrektur in der vorliegenden Ausführungsform und der Korrektur in einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsform
-Ausführungsform-
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Wechselrichtersteuervorrichtung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
(Konfiguration)
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Wechselrichters 100 einschließlich einer Wechselrichtersteuervorrichtung 200. Der Wechselrichter 100 weist eine Gleichstromseite, die mit einer Hochspannungsstromversorgung 300 verbunden ist, und eine Wechselstromseite, die mit einem Motor 400 verbunden ist, auf. Der Wechselrichter 100 weist einen Glättungskondensator 110, einen Schaltkreis 120, einen Wechselstromsensor 130, einen Gate-Treiber 140 und die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 auf.
Die Hochspannungsstromversorgung 300 ist eine Stromversorgungsschaltung zum Ansteuern eines Systems. Der Motor 400 ist ein Drehstrommotor mit drei Wicklungen darin. Ein Winkelsensor 410 zum Messen eines Rotationswinkels des Motors ist an dem Motor 400 montiert. Der Winkelsensor 410 ist an dem Motor 400 montiert, erfasst einen Rotationswinkel des Motors 400 und gibt ein Winkelsignal S1 an die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 aus.
Der Glättungskondensator 110 ist zwischen der Hochspannungsstromversorgung 300 und dem IGBT 120 geschaltet, um eine Spannung zu glätten. Der IGBT 120 erzeugt einen Wechselstrom jeder Phase einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase (im Folgenden als „UVW-Phasen“ bezeichnet) und führt den Wechselstrom dem Motor 400 zu. Der Schaltkreis 120 ist zwischen dem Glättungskondensator 110 und dem Motor 400 geschaltet. Der Schaltkreis 120 weist eine Vielzahl von isolierten bipolaren Gate-Transistoren (IGBTs) auf, und die IGBTs führen einen Schaltbetrieb gemäß einem PWM-Signal S2 durch, das von dem Gate-Treiber 140 ausgegeben wird. Der Wechselstromsensor 130 ist zwischen dem IGBT 120 und dem Motor 400 geschaltet, misst eine Stärke des Wechselstroms, der dazwischen fließt, und gibt einen Stromwert als ein Stromwertsignal S3 an die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 aus. Der Wechselstromsensor 130 misst einen Strom zu einem Zeitablauf, der von der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 bestimmt wird.
Der Gate-Treiber 140 steuert den Schaltkreis 120 auf Grundlage eines Betriebsbefehls der Wechselrichtersteuervorrichtung 200. Der Gate-Treiber 140 ist zwischen dem IGBT 120 und der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 geschaltet, erzeugt das PWM-Signal S2 auf Grundlage eines PWM-Befehlssignals S4, das von der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 ausgegeben wird, und gibt das PWM-Signal S2 an den Schaltkreis 120 aus. Es ist eine leichte Verzögerung von dem Empfang des PWM-Befehlssignals S4 zur Ausgabe des PWM-Signals S2 durch den Gate-Treiber 140 vorhanden, und somit erzeugt der Gate-Treiber 140 ein PWM-Rücklesesignal S5 gleichzeitig mit der Ausgabe des PWM-Signals S2 und gibt das PWM-Rücklesesignal S5 an die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 aus, um einen Verzögerungszeitraum mitzuteilen.
Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 erzeugt ein PWM-Befehlssignal 45 durch ein bekanntes Verfahren, so dass eine Drehmomentausgabe von dem Motor 400 mit einem Zielwert übereinstimmt, und gibt das PWM-Befehlssignal 45 an den Gate-Treiber 140 aus. Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 erzeugt das PWM-Befehlssignal 45 unter Verwendung des Stromwertsignals S3, das von dem Wechselstromsensor 130 ausgegeben wird, des Winkelsignals S1, das von dem Winkelsensor 410 ausgegeben wird, und des PWM-Rücklesesignals S5, das von dem Gate-Treiber 140 ausgegeben wird.
Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 weist eine Gleichstromschätzeinheit 290 auf, die einen Durchschnittswert von Gleichstromwerten schätzt. Eine Konfiguration und ein Betrieb der Gleichstromschätzeinheit 290 werden weiter unten unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 überträgt weiter ein Signal, das einen Zeitablauf der Strommessung angibt, an den Wechselstromsensor 130. Wie weiter unten ausführlich beschrieben wird, ist der Zeitablauf für die Strommessung ein Zeitablauf, bei welchem jeder Zyklus des PWM-Signals startet.
Es wird eine Hardwarekonfiguration der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 beschrieben. Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 weist eine Signaleingabe-/-ausgabeeinheit, die ein Signal ein- und ausgibt, und eine Berechnungseinheit, die eine Berechnung durchführt, auf. Die Signaleingabe-/-ausgabeeinheit ist Hardware, die Signale mit dem Wechselstromsensor 130, dem Winkelsensor 410 und dem Gate-Treiber 140 austauscht, und ist zum Beispiel eine Kommunikationsschnittstelle, die IEEE 802.3 unterstützt, oder eine AD-Wandlungsvorrichtung. Die Berechnungseinheit weist eine CPU, die eine zentrale Verarbeitungseinheit ist, einen ROM, der eine Nur-Lese-Speichervorrichtung ist, und einen RAM, der eine lesbare/beschreibbare Speichervorrichtung ist, auf, und die CPU führt eine Berechnung, welche nachstehend beschrieben wird, durch Laden eines Programms, das in dem ROM gespeichert ist, in den RAM und Ausführen des Programms durch.
Die Berechnungseinheit kann durch eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA), welche eine wiederbeschreibbare Logikschaltung ist, oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), welche eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung ist, anstelle einer Kombination der CPU, des ROM und des RAM implementiert werden. Zusätzlich kann die Berechnungseinheit durch eine Kombination verschiedener Komponenten implementiert werden, zum Beispiel eine Kombination einer CPU, eines ROM, eines RAM und einer FPGA, anstelle der Kombination der CPU, des ROM und des RAM.
Die Gleichstromschätzeinheit 290 berechnet einen Durchschnittswert der Gleichströme unter Verwendung des Stromwertsignals S3, das von dem Wechselstromsensor 130 ausgegeben wird, des PWM-Rücklesesignals S5, das von dem Gate-Treiber 140 ausgegeben wird, und des Winkelsignals S1, das von dem Winkelsensor 410 ausgegeben wird. Die Konfiguration und der Betrieb der Gleichstromschätzeinheit 290 werden ausführlich beschrieben.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm der Gleichstromschätzeinheit 290. Im Folgenden wird der Betrieb jeder Komponente beschrieben, ohne mathematische Ausdrücke zu verwenden. Eine Beschreibung unter Verwendung mathematischer Ausdrücke wird nachstehend beschrieben. Die Gleichstromschätzeinheit 290 weist eine Betriebsberechnungseinheit 201, eine Wechselstromdurchschnittswertberechnungseinheit 210, eine Wechselstrompolaritätsbestimmungseinheit 220, eine PWM-Betriebskorrektureinheit 230, eine Koeffizientenberechnungseinheit 240, eine Integrationseinheit 250 und eine Gleichstromdurchschnittswertberechnungseinheit 260 auf.
Die Betriebsberechnungseinheit 201 berechnet und gibt einen Betriebswert S5D in dem PWM-Rücklesesignal S5 aus. *Die Wechselstromdurchschnittswertberechnungseinheit 210 berechnet als einen Wechselstromdurchschnittswert einen Durchschnittswert des vorherigen Werts und des derzeitigen Werts des Wechselstromwerts, der von dem Wechselstromsensor 130 für jeden Zyklus des PWM-Signals erfasst wird. Dann wird ein Wechselstromdurchschnittswert Ia ausgegeben, der den Wechselstromdurchschnittswert angibt.
Die Wechselstrompolaritätsbestimmungseinheit 220 liest den Wechselstromdurchschnittswert Ia, der von der Wechselstromdurchschnittswertberechnungseinheit 210 berechnet wird, und bestimmt die Polarität des Wechselstromdurchschnittswerts Ia. In einem Fall, wo der Wechselstromdurchschnittswert Ia positiv ist, bestimmt die Wechselstrompolaritätsbestimmungseinheit 220, dass die Polarität positiv ist, und legt „0“ als einen Betriebskorrekturwert fest. Die Wechselstrompolaritätsbestimmungseinheit 220 bestimmt in einem Fall, wo der Wechselstromdurchschnittswert Ia negativ ist, dass die Polarität negativ ist und legt einen Wert, der durch Teilen einer Totzeit durch den Zyklus des PWM-Signals erhalten wird, als einen Betriebskorrekturwert DB fest. Es sei darauf hingewiesen, dass die Totzeit ein Wert ist, der vorab festgelegt wird, und ein Zyklus TP des PWM-Signals ein Wert ist, der in der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 gemäß einer Situation festgelegt wird. Die Wechselstrompolaritätsbestimmungseinheit 220 gibt den Betriebskorrekturwert DB an die PWM-Betriebskorrektureinheit 230 aus.
Die PWM-Betriebskorrektureinheit 230 fügt den Betriebswert S5D, der von der Betriebsberechnungseinheit 201 ausgegeben wird, und den Betriebskorrekturwert DB, der von der Wechselstrompolaritätsbestimmungseinheit 220 ausgegeben wird, hinzu, um einen korrigierten Betriebswert CD zu berechnen. Die PWM-Betriebskorrektureinheit 230 gibt den korrigierten Betriebswert CD aus.
Die Koeffizientenberechnungseinheit 240 berechnet einen Korrekturkoeffizienten K unter Verwendung des korrigierten Betriebswerts CD, der von der PWM-Betriebskorrektureinheit 230 ausgegeben wird, des Winkelsignals S1, das von dem Winkelsensor 410 erfasst wird, und des Zyklus TP des PWM-Signals. Der Korrekturkoeffizient K ist ein Koeffizient zum Berechnen eines zeitintegrierten Durchschnittswerts Ic,
und somit kann der Korrekturkoeffizient K auch als ein „zeitintegrierter Durchschnittsumwandlungskoeffizient“ bezeichnet werden. Die Koeffizientenberechnungseinheit 240 gibt ein Koeffizientensignal S8 aus, das diesen Koeffizienten angibt.
Die Integrationseinheit 250 multipliziert den Wechselstromdurchschnittswert Ia, der von der Wechselstromdurchschnittswertberechnungseinheit 210 ausgegeben wird, mit dem Korrekturkoeffizienten K, der von der Koeffizientenberechnungseinheit 240 ausgegeben wird, um den zeitintegrierten Durchschnittswert Ic zu berechnen. Die Gleichstromdurchschnittswertberechnungseinheit 260 multipliziert einen zeitintegrierten Durchschnittswert S9, der von der Integrationseinheit 250 ausgegeben wird, mit dem korrigierten Betriebswert CD, der von der PWM-Betriebskorrektureinheit 230 ausgegeben wird, um eine Summe der drei Phasen zu erhalten, wodurch ein Gleichstromwert-Durchschnittswert S10 berechnet wird.
(Bedingungen der Messung und Steuerung)
Bevor Einzelheiten des Betriebs der Gleichstromschätzeinheit 290 beschrieben werden, werden Mess- und Steuerbedingungen in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Messung und die Steuerung in der vorliegenden Ausführungsform erfüllen die drei folgenden Bedingungen. Die erste Bedingung ist, dass ein Stromerfassungszyklus durch den Wechselstromsensor 130 mit einem Zyklus des PWM-Signals, das von der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 ausgegeben wird, d. h., dem Zyklus eines PWM-Trägersignals, übereinstimmt. Beide Zyklen können vorab bestimmt werden, und beide Zyklen können unter Verwendung des Wechselstromsensors 130 und eines Oszillators, der in der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 eingebaut ist, gleich gehalten werden. Zusätzlich können der Winkelsensor 410 und die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 denselben Zyklus durch Übertragen eines Signals, das den Zyklus angibt, beibehalten. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Zyklus des PWM-Signals als TP definiert.
Die zweite Bedingung ist, dass die Strommessung durch den Wechselstromsensor 130 in einem Zeitablauf erfasst wird, in welchem das PWM-Signal eines oberen Arms in jeder Phase der UVW-Phasen ausgeschaltet ist, d. h., in einem Tal eines Trägersignals. Die dritte Bedingung ist, dass die Mittenzeit des Zyklus des PWM-Signals mit der Mittenzeit eines Abschnitts übereinstimmt, in welchem das PWM-Signal des oberen Arms in jeder Phase der UVW-Phasen eingeschaltet ist.
(Zeitdiagramm)
3 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Berechnung eines Korrekturkoeffizienten in der vorliegenden Ausführungsform. In 3 ist die Zeit von links nach rechts in der Zeichnung verstrichen. Der Wechselstrom, das Trägersignal, das PWM-Signal des oberen Arms der U-Phase, das PWM-Signal des unteren Arms der U-Phase, das PWM-Signal des oberen Arms der V-Phase, das PWM-Signal des unteren Arms der V-Phase, das PWM-Signal des oberen Arms der W-Phase und das PWM-Signal des unteren Arms der W-Phase sind in der Reihenfolge von oben nach unten in der Zeichnung veranschaulicht.
Es wird eine Beschreibung angefangen mit dem oberen Teil von 3 gemacht. Der Wechselstrom, der in dem oberen Teil veranschaulicht ist, ist immer ein positiver Wert in der U-Phase in einem Bereich, der in 3 veranschaulicht ist, und ist immer ein negativer Wert in der V-Phase und der W-Phase in dem Bereich, der in 3 veranschaulicht ist. Die U-Phase ist durch eine durchgezogene Linie angegeben, die V-Phase ist durch eine gestrichelte Linie angegeben, und die W-Phase ist durch eine Punktstrichlinie angegeben. Ein weißer Kreis in der U-Phase gibt einen Zeitablauf an, in welchem der Strom gemessen wird, und der Strom wird zum Zeitpunkt t3 und zum Zeitpunkt t4 in dem in 3 veranschaulichten Bereich gemessen.
Das Trägersignal, das in der zweiten Phase von 3 veranschaulicht ist, weist einen Zyklus vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt t4 auf, und ein Zeitraum, der eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 ist, ist der Zyklus TP des Trägersignals. Der Zeitablauf der Strommessung ist auch der Zeitpunkt t3 und der Zeitpunkt t4, und somit ist die zuvor beschriebene erste Bedingung erfüllt. Hier ist die Mittenzeit zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 als der Zeitpunkt tc definiert. Mit anderen Worten entspricht ein Zeitraum vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt tc einem Zeitraum vom Zeitpunkt tc zum Zeitpunkt t4 . Das Trägersignal hat Täler zum Zeitpunkt t3 und zum Zeitpunkt t4 und eine Spitze zum Zeitpunkt tc. Somit sind der Zeitpunkt t3 und der Zeitpunkt t4, zu welchen der Strom gemessen wird, Täler des Trägersignals, und somit ist die zuvor beschriebene zweite Bedingung erfüllt.
Das PWM-Signal des oberen Arms der U-Phase, die in der dritten Stufe von 3 veranschaulicht ist, ist vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 eingeschaltet. Die Mitte zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 ist der Zeitpunkt tc, und somit ist zu sehen, dass die zuvor beschriebene dritte Bedingung erfüllt ist. Der Strom der U-Phase ist positiv in dem in 3 veranschaulichten Bereich, und somit fließt der Strom zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2, wenn der obere Arm eingeschaltet ist. In 3 ist eine Gesamtmenge des Stroms ein zeitintegrierter Wert des Stroms von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 und ist ein Bereich einer Region zwischen einer Stromgrafik der U-Phase und 0 A in dem Zeitraum von dem Zeitpunkt t1 bis zudem Zeitpunkt t2, d. h. , einer Region, die durch diagonale Schraffur in ungefähren Intervallen mit einer Neigung nach rechts angegeben ist. Das PWM-Signal des unteren Arms der U-Phase, veranschaulicht in der vierten Stufe von 3, ist von dem Zeitpunkt (nicht veranschaulicht) bis zu dem Zeitpunkt tu1, von dem Zeitpunkt tu2 bis zu dem Zeitpunkt tu3 und von dem Zeitpunkt tu4 bis zu dem Zeitpunkt (nicht veranschaulicht) ausgeschaltet.
Das PWM-Signal des oberen Arms der V-Phase, die in der fünften Stufe von 3 veranschaulicht ist, ist von dem Zeitpunkt tv1 bis zu dem Zeitpunkt tv2 eingeschaltet. Es ist zu sehen, dass die Mittenzeit zwischen dem Zeitpunkt tv1 und dem Zeitpunkt tv2 der Zeitpunkt tc ist und die dritte Bedingung erfüllt ist. Das PWM-Signal des unteren Arms der V-Phase, veranschaulicht in der sechsten Stufe von 3, ist von dem Zeitpunkt tv3 zu dem Zeitpunkt tv4 ausgeschaltet. Der Strom der V-Phase weist einen negativen Wert in dem in 3 veranschaulichten Bereich auf, und somit fließt der Strom zwischen dem Zeitpunkt tv3 und dem Zeitpunkt tv4. In 3 ist eine Gesamtmenge des Stroms ein Bereich einer Region zwischen einer Stromgrafik der V-Phase und 0 A in einem Zeitraum von dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4, d. h. , einer Region, die durch eine diagonale Schraffur in engen Intervallen nach rechts geneigt angegeben ist.
Das PWM-Signal des oberen Arms der W-Phase, veranschaulicht in der siebten Stufe von 3, ist von dem Zeitpunkt tw1 zu dem Zeitpunkt tw2 und von dem Zeitpunkt tu3 zu dem Zeitpunkt tu4 eingeschaltet. Das PWM-Signal des unteren Arms der W-Phase, veranschaulicht in der achten Stufe von 3, ist von dem Zeitpunkt tw3 zu dem Zeitpunkt tw4 ausgeschaltet. Der Strom der W-Phase weist in dem in 3 veranschaulichten Bereich einen negativen Wert auf, und somit fließt der Strom zwischen dem Zeitpunkt tw3 und dem Zeitpunkt tw4. In 3 ist eine Gesamtmenge des Stroms ein Bereich einer Region zwischen einer Stromgrafik der V-Phase und 0 A in einem Zeitraum von dem Zeitpunkt tw3 bis zu dem Zeitpunkt tw4, d. h., einer Region, die durch diagonale Schraffur mit einer Neigung nach links angegeben ist.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Beginn jedes Zyklus des PWM-Signals einem Tal in dem PWM-Signal, und somit können die erste bis dritte Bedingung, die zuvor beschrieben wurden, folgendermaßen angeordnet werden. Mit anderen Worten kann organisiert werden, dass ein Zeitablauf, bei welchem der Wechselstromsensor 130 den Strom jeder Phase misst, mit dem Beginn jedes Zyklus des PWM-Signals übereinstimmt, und die Mittenzeit des Abschnitts, in welchem das PWM-Signal entsprechend dem oberen Arm des Schaltkreises 120 eingeschaltet ist, mit der Mittenzeit des Zyklus TP des PWM-Signals übereinstimmt.
(Berechnungsformel)
In 3 ist der zeitintegrierte Durchschnittswert Ic des U-Phasenstroms, der durch eine schräge Schraffur in ungefähren Intervallen mit einer Neigung nach rechts angegeben ist, durch folgende Gleichung 1 basierend auf der Annahme, dass der Strom eine Sinuswelle ist, ausgedrückt.
[Math. 1] $Ic = \int_{t 1}^{t_{2}} A sin ω t d t \times \frac{1}{t_{2} - t_{1}}$
In Gleichung 1 ist A eine Amplitude des Stroms und ist ω die Winkelgeschwindigkeit, die anhand des Winkelsignals S1 und des Zyklus des PWM-Signals berechnet wird. t1 und t2 in Gleichung 1 sind der Zeitpunkt t1 und der Zeitpunkt t2 in 3. Die Gleichung 1 kann in die nachstehende Gleichung 2 umgewandelt werden.
[Math. 2] $Ic = \frac{A}{ω} (- cos ω t_{2} + cos ω t_{1}) \times \frac{1}{t_{2} - t_{1}}$
Andererseits wird der Gleichstromdurchschnittswert Ia, welcher ein Durchschnittswert der Stromwertsignale S3 ist, die zum Zeitpunkt t3 und zum Zeitpunkt t4 erfasst werden, durch die folgende Gleichung 3 ausgedrückt.
[Math. 3] $Ia = \frac{A}{2} (sin ω t_{3} + sin ω t_{4})$
Der Korrekturkoeffizient K wird durch Teilen von Ic durch Ia erhalten, und somit wird der Korrekturkoeffizient K durch die folgende Gleichung 4 durch Umwandeln der Gleichung ausgedrückt.
[Math. 4] $K = \frac{2}{ω (t_{2} - t_{1})} \times \frac{cos ω t_{1} - cos ω t_{2}}{sin ω t_{3} + sin ω t_{4}}$
Ferner kann Gleichung 5 durch Ausarbeiten von Gleichung 4 unter Verwendung einer Summendifferenzformel erhalten werden.
[Math. 5] $K = \frac{2}{ω (t_{2} - t_{1})} \times \frac{- 2 sin \frac{ω}{2} (t_{1} + t_{2}) sin \frac{ω}{2} (t_{1} - t_{2})}{2 sin \frac{ω}{2} (t_{3} + t_{4}) c o s \frac{ω}{2} (t_{3} - t_{4})}$
Hier sind in der vorliegenden Ausführungsform die erste bis dritte Bedingung, die zuvor beschrieben wurden, allesamt erfüllt, und somit sind „t1 + t2“ und „t3 + t4“ gleich und kann Gleichung 5 als die folgende Gleichung 6 vereinfacht werden.
[Math. 6] $K = \frac{2}{ω (t_{2} - t_{1})} \times \frac{- sin \frac{ω}{2} (t_{1} - t_{2})}{c o s \frac{ω}{2} (t_{3} - t_{4})}$
Ferner ist eine Differenz zwischen t3 und t4 TP, was ein Zyklus des PWM-Signals ist, und somit kann Gleichung 6 weiter als Gleichung 7 umgewandelt werden.
[Math. 7] $K = \frac{2}{ω (t_{2} - t_{1})} \times \frac{sin \frac{ω}{2} (t_{2} - t_{1})}{cos \frac{ω}{2} T P}$
In Gleichung 7 ist der Zyklus TP bekannt, kann die Winkelgeschwindigkeit ω anhand des Winkelsignals S1 und des Zyklus TP berechnet werden und ist t2 - t1 ein Produkt des korrigierten Betriebswerts CD und des Zyklus TP. Wie in 2 veranschaulicht, kann somit die Koeffizientenberechnungseinheit 240 den Korrekturkoeffizienten K durch Gleichung 7 unter Verwendung des korrigierten Betriebswerts CD, des Zyklus TP des PWM-Signals und des Winkelsignals S1 berechnen.
(Vergleichsbeispiel)
Um die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, wird ein bekanntes Verfahren zum Korrigieren eines Stroms beschrieben. Bei einem bekannten Korrekturverfahren, das nachstehend beschrieben wird, wird ein Korrekturwert durch Gewichten eines vorherigen Messwerts und eines derzeitigen Messwerts mit einem Korrekturkoeffizienten erhalten. In dem Vergleichsbeispiel wird ein Vergleichsbeispielskorrekturwert IZc durch die folgende Gleichung 8 erhalten. In Gleichung 8 ist jedoch α ein Gewichtungskoeffizient von 0 oder mehr und 1 oder weniger, ist I_t ein derzeitiger Messwert und ist I_{t -1} ein vorheriger Messwert. $IZc = (1 - α) I_{t} + α I_{t - 1}$
4 ist eine Ansicht, die einen Vergleich zwischen der Korrektur gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Korrektur gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht. In 4 ist eine Korrektur durch die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der linken Seite veranschaulicht und ist eine Korrektur gemäß dem Vergleichsbeispiel auf der rechten Seite veranschaulicht. Zusätzlich ist in 4 ein erstes Beispiel in einem oberen Abschnitt veranschaulicht und ist ein zweites Beispiel einem unteren Abschnitt veranschaulicht. In dem ersten Beispiel wird eine Messung zwei Mal durchgeführt, während der Strom zunimmt, und wenn der Korrekturkoeffizient geeignet berechnet werden kann, kann ein Stromintegrationswert geeignet berechnet werden.
Das zweite Beispiel gibt an, dass die Messung vor und nach einem Spitzenwert des Stroms durchgeführt wird, und die beiden gemessenen Werte sind im Wesentlichen dieselben. Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 kann den Korrekturkoeffizienten geeignet auf der Annahme, dass der Stromwert eine Sinuswelle ist, berechnen, jedoch ist der Korrekturkoeffizient in dem Vergleichsbeispiel auf 1 oder weniger beschränkt, und somit kann der Korrekturkoeffizient nicht auf einen Wert korrigiert werden, der größer als der gemessene Wert ist. Somit kann in dem zweiten Beispiel der stromintegrierte Wert nicht geeignet in dem Vergleichsbeispiel berechnet werden. Mit anderen Worten ist es bei dem Verfahren des Vergleichsbeispiels notwendig, mehrere Male in einem Zyklus eine Messung durchzuführen, um den Stromwert präzise zu berechnen, und wird es mit zunehmender Motordrehzahl schwieriger, den Stromwert präzise zu berechnen. Andererseits ist es in der vorliegenden Ausführungsform nur notwendig, eine Messung einmal in einem Zyklus durchzuführen, wie in 3 veranschaulicht, so dass der Strom selbst bei hoher Rotation des Motors 400 mit hoher Präzision berechnet werden kann.
Gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform können die folgenden Betriebsauswirkungen erhalten werden.

(1) Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 ist in dem Wechselrichter 100 bereitgestellt, der Strom, der von einem Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom gewandelt wird, unter Verwendung des Schaltkreises 120 dem Motor 400 zuführt. Der Wechselrichter 100 weist einen Wechselstromsensor 130 auf, der Ströme jeweiliger Phasen des Dreiphasenwechselstroms als Stromerfassungswerte erfasst. Der Motor 400 weist einen Winkelsensor 410 auf, der einen Rotationswinkel des Motors 400 misst. Die Wechselrichtersteuervorrichtung 200 weist eine Gleichstromschätzeinheit 290 auf, die einen Durchschnittswert von Gleichstromwerten während einem Zyklus eines PWM-Signals auf Grundlage eines Betriebswerts des PWM-Signals zum Steuern des Schaltkreises 120, einen Durchschnittswert der Stromerfassungswerte, die in jedem Zyklus des PWM-Signals erfasst werden, und einen Korrekturkoeffizienten schätzt. Die Gleichstromschätzeinheit 290 weist die Koeffizientenberechnungseinheit 240 auf, die den Korrekturkoeffizienten K auf Grundlage des Zyklus TP des PWM-Signals, des Winkelsignals S1, das den Rotationswinkel angibt, und des korrigierten Betriebswerts CD berechnet. Somit kann der Strom selbst bei hoher Rotation des Motors 400 mit hoher Präzision berechnet werden.
(2) Unter der Annahme, dass eine Wellenform des Stroms jeder Phase eine Sinuswelle ist, berechnet die Koeffizientenberechnungseinheit 240 den Korrekturkoeffizienten K auf Grundlage des Zyklus TP des PWM-Signals, des Winkelsignals S1, das den Rotationswinkel darstellt, und des korrigierten Betriebswerts CD. Somit kann der Korrekturkoeffizient K mit einer kleinen Berechnungsmenge durch Annehmen des Stroms jeder Phase als eine Sinuswelle, die ein einfaches Modell ist, berechnet werden.
(3) Die Koeffizientenberechnungseinheit 240 berechnet den Korrekturkoeffizienten K basierend auf der Annahme, dass der Zeitablauf, in welchem der Wechselstromsensor 130 den Strom jeder Phase misst, mit dem Beginn jedes Zyklus des PWM-Signals übereinstimmt, und die Mittenzeit des Abschnitts, in welchem das PWM-Signal entsprechend dem oberen Arm des Schaltkreises eingeschaltet ist, mit der Mittenzeit des Zyklus des PWM-Signals übereinstimmt. Somit kann Gleichung 5 in Gleichung 6 umgewandelt werden und kann die Berechnung des Korrekturkoeffizienten K vereinfacht werden.

(Modifikation 1)
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform werden drei Bedingungen zur Messung und Steuerung bereitgestellt. Bei der Wechselrichtersteuervorrichtung 200 kann jedoch ein Messzyklus des Stroms durch den Wechselstromsensor 130 so groß oder kleiner als der Zyklus des Trägersignals des PWM-Signals sein. Somit sind in diesem Fall „t1 + t2“ und „t3 + t4“ nicht notwendigerweise gleich, und somit kann Gleichung 5 nicht in Gleichung 6 umgewandelt werden. Somit berechnet bei der vorliegenden Modifikation die Gleichstromschätzeinheit 290 den Korrekturkoeffizienten K unter Verwendung der Gleichung 9, die unter Verwendung von Gleichung 5 abgeleitet wird.

[Math. 8] $K = \frac{2}{ω (t_{2} - t_{1})} \times \frac{sin \frac{ω}{2} (t_{1} + t_{2}) sin \frac{ω}{2} (t_{2} - t_{1})}{sin \frac{ω}{2} (t_{3} + t_{4}) cos \frac{ω}{2} T P}$
Die Werte von t1, t2, t3 und t4 in Gleichung 9 können durch die Gleichstromschätzeinheit 290 unter Verwendung des PWM-Rücklesesignals S5 berechnet werden. Gemäß Modifikation 1 kann, wenngleich eine Berechnungsmenge leicht zunimmt, der Strom selbst bei hoher Rotation des Motors 400 unter verschiedenen Messbedingungen mit hoher Präzision berechnet werden.
(Modifikation 2)
Die zweite und die dritte Bedingung in der zuvor beschriebenen Ausführungsform können wie folgt geändert werden. Mit anderen Worten ist die neue zweite Bedingung, dass die Messung des Stroms durch den Wechselstromsensor 130 an der Spitze des Trägersignals erfasst wird. Die neue dritte Bedingung ist, dass die Mittenzeit des Zyklus des PWM-Signals mit der Mittenzeit des Abschnitts übereinstimmt, in welchem das PWM-Signal des oberen Arms der UVW-Phase ausgeschaltet ist. Mit anderen Worten ist es lediglich notwendig, dass ein Zeitablauf, in welchem der Wechselstromsensor 130 den Strom jeder Phase misst, mit der Mittenzeit jedes Zyklus TP des PWM-Signals übereinstimmen sollte, und die Mittenzeit des Abschnitts, in welchem das PWM-Signal entsprechend dem oberen Arm des Schaltkreises 120 ausgeschaltet ist, mit der Mittenzeit des Zyklus TP des PWM-Signals übereinstimmten sollte.
Gemäß der vorliegenden Modifikation können die folgenden Betriebsauswirkungen erhalten werden.
(4) Die Koeffizientenberechnungseinheit 240 berechnet den Korrekturkoeffizienten basierend auf der Annahme, dass der Zeitablauf, in welchem der Wechselstromsensor 130 den Strom jeder Phase misst, mit der Mittenzeit jedes Zyklus TP des PWM-Signals übereinstimmt, und die Mittenzeit des Abschnitts, in welchem das PWM-Signal entsprechend dem oberen Arm des Schaltkreises 120 ausgeschaltet ist, mit der Mittenzeit des Zyklus TP des PWM-Signals übereinstimmt. Somit wird nur die Wellenform des Trägersignals um den halben Zyklus in 3 verschoben, und somit sind „t1 + t2“ und „t3 + t4“ einander gleich, und somit kann der Korrekturkoeffizient K unter Verwendung von Gleichung 7 wie in der Ausführungsform berechnet werden.
(Modifikation 3)
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist Gleichung 1 unter der Annahme festgelegt, dass die Wellenform des Stroms jeder Phase eine Sinuswelle ist, jedoch eine Kosinuswelle verwendet werden kann. In diesem Fall können Gleichung 2 und die darauffolgenden Gleichungen ähnlich infolge des Einflusses des Änderns des Sinus zu einem Kosinus in Gleichung 1 ersetzt werden. Ferner kann angenommen werden, dass die Wellenform des Stroms jeder Phase eine Überlagerung einer Vielzahl von Sinuswellen oder Kosinuswellen ist. Auch in diesem Fall kann der Korrekturkoeffizient K wie in der Ausführungsform durch Ersetzen von Gleichung 2 und der darauffolgenden Gleichungen auf eine ähnliche Art berechnet werden.
Gemäß der vorliegenden Modifikation können die folgenden Betriebsauswirkungen erhalten werden.
(5) Unter der Annahme, dass die Wellenform des Stroms jeder Phase eine Überlagerung einer Vielzahl von Sinuswellen oder Kosinuswellen ist, berechnet die Koeffizientenberechnungseinheit 240 den Korrekturkoeffizienten auf Grundlage des Zyklus TP des PWM-Signals, des Winkelsignals S1, das den Rotationswinkel darstellt, und des korrigierten Betriebswerts CD. Es ist daher möglich, eine komplizierte Wellenform durch Überlagern einer Vielzahl von Sinuswellen oder Kosinuswellen wiederzugeben und die Präzision des zu berechnenden Stroms zu verbessern.
In der Ausführungsform und den Modifikationen, die zuvor beschrieben wurden, sind die Konfigurationen der Funktionsblöcke nur ein Beispiel. Einige Funktionskomponenten, die als separate Funktionsblöcke veranschaulicht sind, können einstückig konfiguriert sein, oder eine Komponente, die in einem Funktionsblockdiagramm veranschaulicht ist, kann in zwei oder mehr Funktionen unterteilt sein. Zusätzlich können einige der Funktionen jedes Funktionsblocks in einem anderen Funktionsblock enthalten sein.
Die zuvor beschriebenen Modifikationen können kombiniert werden. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen und Modifikationen zuvor beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Inhalt beschränkt. Andere Aspekte, die innerhalb des Umfangs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbar sind, sind auch in dem Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

100: Wechselrichter
110: Glättungskondensator
120: Schaltkreis
130: Wechselstromsensor
200: Wechselrichtersteuervorrichtung
201: Betriebsberechnungseinheit
210: Wechselstromdurchschnittswertberechnungseinheit
240: Koeffizientenberechnungseinheit
250: Integrationseinheit
260: Gleichstromdurchschnittswertberechnungseinheit
290: Gleichstromschätzeinheit
400: Motor
410: Winkelsensor
K: Korrekturkoeffizient

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018164325 A [0003]

Claims

Wechselrichtersteuervorrichtung, die in einem Wechselrichter bereitgestellt ist, der Strom, der von einem Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom gewandelt wird, unter Verwendung eines Schaltkreises einem Motor zuführt, wobei der Wechselrichter einen Strommesser aufweist, welcher Ströme jeweiliger Phasen des Dreiphasenwechselstroms als Stromerfassungswerte erfasst, wobei der Motor einen Winkelsensor aufweist, welcher einen Rotationswinkel des Motors misst, und wobei die Wechselrichtersteuervorrichtung Folgendes umfasst: eine Gleichstromschätzeinheit, welche einen Durchschnittswert von Gleichstromwerten in einem Zyklus eines PWM-Signals auf Grundlage eines Betriebswerts des PWM-Signals zum Steuern des Schaltkreises, einen Durchschnittswert der Stromerfassungswerte, die in jedem Zyklus des PWM-Signals erfasst werden, und einen Korrekturkoeffizienten schätzt, wobei die Gleichstromschätzeinheit eine Koeffizientenberechnungseinheit aufweist, welche den Korrekturkoeffizienten auf Grundlage des Zyklus des PWM-Signales, des Rotationswinkels und des Betriebswerts berechnet.
Wechselrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Koeffizientenberechnungseinheit den Korrekturkoeffizienten auf Grundlage des Zyklus des PWM-Signals, des Rotationswinkels und des Betriebswerts basierend auf der Annahme, dass eine Wellenform jedes der Ströme der jeweiligen Phasen eine Sinuswelle oder eine Kosinuswelle ist, berechnet.
Wechselrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Koeffizientenberechnungseinheit den Korrekturkoeffizienten auf Grundlage des Zyklus des PWM-Signals, des Rotationswinkels und des Betriebswerts basierend auf der Annahme, dass eine Wellenform jedes der Ströme der jeweiligen Phasen eine Überlagerung einer Vielzahl von Sinuswellen oder Kosinuswellen ist, berechnet.
Wechselrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Koeffizientenberechnungseinheit den Korrekturkoeffizienten basierend auf der Annahme, dass ein Zeitablauf, in welchem der Strommesser die Ströme der jeweiligen Phasen misst, mit dem Beginn jedes Zyklus des PWM-Signals übereinstimmt, und die Mittenzeit eines Abschnitts, in welchem das PWM-Signal entsprechend einem oberen Arm des Schaltkreises eingeschaltet ist, mit der Mittenzeit des Zyklus des PWM-Signals übereinstimmt, berechnet.
Wechselrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Koeffizientenberechnungseinheit den Korrekturkoeffizienten unter der Annahme, dass ein Zeitablauf, in welchem der Strommesser die Ströme der jeweiligen Phasen misst, mit der Mittenzeit jedes Zyklus des PWM-Signals übereinstimmt, und die Mittenzeit eines Abschnitts, in welchem das PWM-Signal entsprechend einem oberen Arm des Schaltkreises ausgeschaltet ist, mit der Mittenzeit des Zyklus des PWM-Signals übereinstimmt, berechnet.
Berechnungsverfahren, das von einer Wechselrichtersteuervorrichtung auszuführen ist, die in einem Wechselrichter bereitgestellt ist, der Strom, der von einem Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom umgewandelt wird, unter Verwendung eines Schaltkreises einem Motor zuführt, wobei der Wechselrichter einen Strommesser aufweist, welcher Ströme jeweiliger Phasen des Dreiphasenwechselstroms als Stromerfassungswerte erfasst, wobei der Motor einen Winkelsensor aufweist, welcher einen Rotationswinkel des Motors misst, und wobei das Berechnungsverfahren Folgendes umfasst: einen Gleichstromschätzschritt des Schätzens eines Durchschnittswerts von Gleichstromwerten in einem Zyklus eines PWM-Signals auf Grundlage eines Betriebswerts des PWM-Signals zum Steuern des Schaltkreises, eines Durchschnittswerts der Stromerfassungswerte, die in jedem Zyklus des PWM-Signals erfasst werden, und eines Korrekturkoeffizienten, wobei in dem Gleichstromschätzschritt der Korrekturkoeffizient auf Grundlage des Zyklus des PWM-Signals, des Rotationswinkels und des Betriebswerts berechnet wird.