DE19531210A1 - Steuersystem für einphasigen PWM-Wandler - Google Patents

Steuersystem für einphasigen PWM-Wandler

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für einen einphasigen Impulsbreitenmodulationswandler (nachstehend wird der Begriff Impulsbreitenmodulation abgekürzt durch "PWM"), und insbesondere ein Steuer- oder Regelsystem für einen einphasigen PWM-Wandler, welcher eine einphasige Wechselspannung unter PWM-Steuerung bzw. PWM-Regelung in eine Gleichspannung umwandelt.
Bei einem konventionellen einphasigen PWM-Wandler-Steuer- oder Regelsystem war die Modulationsfrequenz der Impulsbreitenmodulation (PWM) konstant.
Wie in Fig. 28 gezeigt, lag dies daran, daß eine Dreieckssignalerzeugungseinheit 2 für die Impulsbreitenmodulation aus einer Konstantfrequenz- Dreieckssignalerzeugungseinheit 29 bestand.
Um den Wirkungsgrad des PWM-Wandlers zu verbessern, und eine Verkleinerung von Kühlkörpern durch Verringerung der PWM- Wandlerschaltverluste zu erzielen, während die Modulationsfrequenz der Impulsbreitenmodulation konstant gehalten wird, kann man die PWM-Wandler-Modulationsfrequenz auf einen niedrigen Wert einstellen. Wenn die Schaltfrequenz niedrig eingestellt wird, wird jedoch der Brumm oder die Welligkeit des Stroms an der Wechselspannungsseite des Wandlers größer, und übersteigt den Spitzenwert für den Abschaltstrom der PWM-Wandlerschaltvorrichtungen (beispielsweise GTOs: gate turn-off thyristors; Abschaltthyristoren). Daher muß zusätzlich eine Drossel zum Glätten des Stroms oder dergleichen vorgesehen werden, wodurch sich die Abmessungen des Systems vergrößern.
Wie in Fig. 29 gezeigt, bestand ein früheres einphasiges PWM- Wandler-Steuersystem 101 aus einer Gleichspannungssteuereinheit 111, einer Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112, und einer Dreieckssignalvergleichseinheit 122. Ein Bezugsgleichsspannungswert VdcRef und ein Gleichspannungsmomentanwert Vdc wurden in die Gleichspannungssteuereinheit 111 eingegeben. Diese erhielt eine Wandlerwechselspannungsseiten-Stromamplitude |Is| aus ihrem Unterschied und legte diese an die Wandlerbezugsspannungs-Betriebseinheit 112 an. Die Wandlerbezugsspannungs-Betriebseinheit 112 erhielt einen Wandlerversorgungsspannungsbezugswert Vc durch Eingabe der Wandlerwechselspannungsseiten-Stromamplitude |Is|, eines Wechselspannungsmomentanwertes Vs, und eines Wechselstrommomentanwertes Is. Die Schaltung war so ausgelegt, daß dann eine Impulsbreitenmodulation durchgeführt wurde, durch Eingabe des Wandlerversorgungsspannungsbezugswertes Vc und einer Versorgungsspannungssinussignalphase θs in die Dreiecksignalvergleichseinheit 122.
Daher wurde die Impulsbreitenmodulation bei diesem einphasigen PWM-Wandler durch den Dreiecksignalvergleich zwischen einem Hochfrequenzdreiecksignal (etwa 500 Hz), sieben- bis neunmal höher als die Versorgungswechselspannungsfrequenz (50-60 Hz), und dem Wandlerbezugsspannungswert durchgeführt.
Allerdings führten bei einem derartigen einphasigen PWM- Wandlersteuersystem nach dem Stand der Technik die Harmonischen des Stroms infolge des Schaltens des PWM- Wandlers zu elektromagnetischem Rauschen oder Geräuschen in dem Versorgungswechselspannungstransformator. Insbesondere wurde bei einem PWM-Wandler nach dem Stand der Technik, bei welchem die Schaltfrequenz etwa 500 Hz betrug, das Rauschen bei 1 kHz bis 4 kHz größer, also in dem unangenehmsten Hörbereich des Menschen.
Je niedriger die PWM-Wandler/Wechselrichter-Gleichspannung war, desto kleiner war das elektromagnetische Rauschen, bzw. desto kleiner waren die elektromagnetischen Geräusche, die von dem Wechselspannungsversorgungstransformator und dem Motor erzeugt wurden, welcher die Wechselrichterlast darstellte. Bei dem Dreiecksignalvergleichs-PWM-Verfahren nach dem Stand der Technik konnte jedoch infolge der Einschränkungen für die minimale Einschaltzeit einer Leistungsschaltervorrichtung, wie beispielsweise eines GTO (Abschaltthyristors) die Gleichspannung nicht auf weniger als einen festgelegten Wert eingestellt werden, der durch die Amplitude der Versorgungswechselspannung bestimmt wurde.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Steuer- oder Regelsystems für einen einphasigen PWM-Wandler, welches die PWM- Wandlerschaltverluste verringern kann, ohne daß zusätzliche Bauteile wie Stromglättungsdrosseln erforderlich sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Steuer- oder Regelsystems für einen einphasigen PWM-Wandler, welches das Rauschen oder die Geräusche verringern kann, die unangenehm zu hören sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Steuer- oder Regelsystems für einen einphasigen PWM-Wandler, welches die Gleichspannung niedriger einstellen kann als den festgelegten Wert, der durch die Amplitude der Versorgungswechselspannung bestimmt ist, um hierdurch das Rauschen oder die Geräusche zu verringern, die unangenehm zu hören sind.
Diese und weitere Ziele der Erfindung können dadurch erreicht werden, daß ein Steuer- oder Regelsystem für einen einphasigen PWM-Wandler zur Verfügung gestellt wird, der aus mehreren Leistungsschaltvorrichtungen besteht, und in den eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, der die einphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung unter PWM- Steuerung oder PWM-Regelung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt. Das Steuer- oder Regelsystem weist eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit auf, um einen Wandlergleichspannungsseiten-Spannungsmomentanwert einzugeben, einen Wandlergleichspannungsseiten- Spannungsbezugszwert, einen Wandlerwechselspannungsseiten Strommomentanwert, eine Versorgungsspannung, und eine Versorgungsspannungssinussignalphase, und zur Erzeugung von Bezugsspannungen für jeweilige Phasen, und weist eine Dreiecksignalerzeugungseinheit auf, um die Versorgungsspannungssinussignalphase einzugeben, und ein Dreiecksignal so zu erzeugen, daß dann, wenn die Versorgungsspannungssinussignalphase in einer Phase liegt, in welcher die Größe eines Wandlerwechselspannungsseiten- Strombezugswerts klein ist, die Frequenz des Dreiecksignals niedrig ist, und dann, wenn die Versorgungsspannungssinussignalphase in einer Phase liegt, in welcher die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten- Strombezugswertes groß ist, die Frequenz des Dreiecksignals hoch ist. Das Steuer- oder Regelsystem weist weiterhin eine Dreiecksignalvergleichseinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignal und die Bezugsspannungen zum Vergleich der Bezugsspannungen und des Dreiecksignals empfängt, um PWM-Signale für die jeweiligen Phasen zu erzeugen. Jedes der PWM-Signale wird an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM-Wandler angelegt, um jeweils eine PWM-Steuerung oder PWM-Regelung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Steuer- oder Regelsystem für einen einphasigen PWM-Wandler zur Verfügung gestellt, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, der die einphasige Wechselspannung unter PWM-Steuerung bzw. PWM- Regelung in eine Gleichspannung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt. Das Steuersystem (bzw. Regelsystem; nachstehend nicht gesondert erwähnt, jedoch eingeschlossen), weist eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit auf, zur Eingabe eines Wandlergleichspannungsseiten- Spannungsmomentanwertes, eines Wandlergleichspannungsseiten- Spannungsbezugswertes, eines Wandlerwechselspannungsseiten- Strommomentanwertes, einer Versorgungsspannung, und einer Versorgungsspannungssinussignalphase, und zur Erzeugung von Bezugsspannungen für jeweilige Phasen und eines Wandler- Wechselspannungsseiten-Strombezugswertes, und ist mit einer Dreiecksignalerzeugungseinheit versehen, die so angeschlossen ist, daß sie die Versorgungsspannungssinussignalphase und den Wandlerwechselspannungsseiten-Strombezugswert empfängt, um auf solche Weise ein Dreiecksignal zu erzeugen, das dann, wenn die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten- Strombezugswertes klein ist, die Frequenz des Dreiecksignals niedrig ist, und dann, wenn die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten-Strombezugswerts hoch ist, die Frequenz des Dreiecksignals hoch ist. Das Steuersystem weist weiterhin eine Dreiecksignalvergleichseinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignal und die Bezugsspannungen empfängt, zum Vergleichen der Bezugsspannungen und des Dreiecksignals, um PWM-Signale für jeweilige Phasen zu erzeugen. Jedes der PWM-Signale wird an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM- Wandler angelegt, um jeweils eine PWM-Steuerung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird ein Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler zur Verfügung gestellt, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, der die einphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung unter PWM-Steuerung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt. Das Steuersystem weist eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit auf, zur Eingabe eines Wandlergleichspannungsseiten-Spannungsmomentanwertes, eines Wandlergleichspannungsseiten-Spannungsbezugswertes, eines Wandlerwechselspannungsseiten-Strommomentanwertes, einer Versorgungsspannung, und einer Versorgungsspannungssinussignalphase, und zur Erzeugung von Bezugsspannungen für jeweilige Phasen, und ist mit einer Dreiecksignalerzeugungseinheit zur Eingabe der Versorgungsspannungssinussignalphase und zur Erzeugung eines Dreiecksignals mit konstanter Frequenz synchron zur Versorgungsspannungssinussignalphase versehen. Das Steuersystem weist weiterhin eine Bezugsspannungskorrektureinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie die Bezugsspannungen und die Versorgungsspannungssinussignalphase empfängt, um die Bezugsspannungen auf der Grundlage der Versorgungsspannungssinussignalphase zu korrigieren, um als Bezugsspannung korrigierte Werte für jeweilige Phasen zu erzeugen, und weist eine Dreiecksignalvergleichseinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignal und die korrigierten Bezugsspannungswerte empfängt, um die korrigierten Bezugsspannungswerte und das Dreiecksignal zu vergleichen, zur Erzeugung von PWM-Signalen für jeweilige Phasen. Jedes der PWM-Signale wird an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM-Wandler angelegt, um jeweils eine PWM-Steuerung des einphasigen PWM- Wandlers durchzuführen.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird ein Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler zur Verfügung gestellt, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, der die einphasige Wechselspannung unter PWM-Steuerung in eine Gleichspannung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt. Das Steuersystem weist eine Gleichspannungssteuereinheit zur Eingabe eines Gleichspannungsmomentanwertes der Gleichspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers und eines vorher eingestellten Gleichspannungsbezugswertes auf, zur Erzeugung einer ersten Amplitude eines Stromes an der Wechselspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers, so daß eine Abweichung zwischen dem Gleichspannungsmomentanwert und dem Gleichspannungsbezugswert klein wird, und weist eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie die erste Amplitude und die einphasige Wechselspannung empfängt, um eine Wandlerbezugsspannung auf der Grundlage der ersten Amplitude und der einphasigen Wechselspannung zu erzeugen. Die Wandlerbezugsspannung umfaßt eine zweite Amplitude der Wandlerbezugsspannung und eine Phase der Wandlerbezugsspannung, welche eine Phasendifferenz zwischen der Wandlerbezugsspannung und der einphasigen Wechselspannung darstellt. Das Steuersystem weist weiterhin eine PWM-Einpuls- Signalformerzeugungseinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie die Wandlerbezugsspannung, den Gleichspannungsmomentanwert und eine Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung empfängt, um PWM-Signale für jeweilige Phasen einer PWM-Einpuls-Signalform zu erzeugen, die mit der Phase der Wandlerbezugsspannung synchronisiert ist. Die PWM-Einpulssignalform umfaßt einen Impuls des PWM- Signals in einer Halbperiode der einphasigen Wechselspannung, jedes der PWM-Signale wird mit einer dritten Amplitude einer Basisfrequenzkomponente der PWM-Bezugsspannung gleich der zweiten Amplitude versorgt, und jedes der PWM-Signale wird an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM- Wandler angelegt, um jeweils eine PWM-Steuerung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird ein Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler zur Verfügung gestellt, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in den eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, der die einphasige Wechselspannung unter PWM-Steuerung in eine Gleichspannung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt. Ein Wechselrichter (Inverter) ist an die Gleichspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers als Last angeschlossen. Das Steuersystem weist eine Gleichspannungseinstelleinheit zur Eingabe einer Ausgangsfrequenz des Wechselrichters auf, und einer vierten Amplitude der einphasigen Wechselspannung, und zur Erzeugung des Gleichspannungsbezugswertes, so daß dann, wenn die Ausgangsfrequenz klein ist, der Gleichspannungsbezugswert kleiner als die vierte Amplitude ist, und dann, wenn die Ausgangsfrequenz hoch ist, der Gleichspannungsbezugswert größer als die vierte Amplitude ist, und weist eine Gleichspannungssteuereinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie den Gleichspannungsbezugswert und einen Gleichspannungsmomentanwert empfängt, um eine erste Amplitude eines Stroms an der Wechselspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers zu erzeugen, so daß eine Abweichung zwischen dem Gleichspannungsmomentanwert und dem Gleichspannungsbezugswert klein wird. Das Steuersystem weist weiterhin eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie die erste Amplitude empfängt, die einphasige Wechselspannung, eine Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, und einen Momentanwert eines Stroms an der Eingangsseite des einphasigen PWM-Wandlers, zur Erzeugung einer Wandlerbezugsspannung, und weist eine Dreiecksignalvergleichseinheit auf, die so angeschlossen ist, daß sie die Wandlerbezugsspannung empfängt, den Gleichspannungsmomentanwert und die Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, zum Vergleichen der Wandlerbezugsspannung und eines Dreiecksignals mit konstanter Frequenz, welches mit der Sinussignalphase synchronisiert ist, und eine Amplitude aufweist, die durch den Gleichspannungsmomentanwert festgelegt wird, um PWM-Signale für jeweilige Phasen zu erzeugen. Jedes der PWM-Signale wird an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM-Wandler angelegt, um jeweils eine PWM-Steuerung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus denen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Hauptschaltung eines einphasigen PWM-Wandlers, bei welchem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 1B ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Phasenbetriebseinheit 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Dreiecksignalerzeugungseinheit 2;
Fig. 4 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3;
Fig. 5 eine Darstellung der Dreiecksignalform und der PWM- Signalformen bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1B;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 eine Darstellung der Dreiecksignalformen, die von Dreiecksignalerzeugungseinheiten 2a bis 2d in Fig. 6 ausgegeben werden;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Dreiecksignalerzeugungseinheit 2e in einem einphasigen PWM-Wandlersteuersystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Dreiecksignalerzeugungseinheit 2A;
Fig. 11 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12 eine Darstellung der Dreiecksignalform und der PWM- Signalformen bei der fünften Ausführungsform gemäß Fig. 11;
Fig. 13 ein Schaltbild einer Hauptschaltung eines einphasigen PWM-Wandlers, bei welchem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 14 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Gleichspannungssteuereinheit 111;
Fig. 16 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112A;
Fig. 17 eine Darstellung des Spannungs/Stromvektors an der Wechselspannungsseite des Wandlers;
Fig. 18 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer PWM- Einimpuls-Signalformerzeugungseinheit 113;
Fig. 19 ein Signalformdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der PWM-Einpuls-Signalformerzeugungseinheit 113;
Fig. 20 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 21 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Gleichspannungseinstelleinheit 121;
Fig. 22 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112B;
Fig. 23 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Dreiecksignalvergleichseinheit 122;
Fig. 24 ein Signalformdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Dreiecksignalvergleichseinheit 122;
Fig. 25 eine Darstellung zur Erläuterung der PWM- Spannungssignalform bei der siebten Ausführungsform;
Fig. 26 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 27 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 28 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 bei einem einphasigen PWM-Wandlersteuersystem nach dem Stand der Technik; und
Fig. 29 ein Blockschaltbild eines einphasigen PWM- Wandlersteuersystems nach dem Stand der Technik.
Nunmehr werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Die Fig. 1A und 1B zeigen ein einphasiges PWM- Wandlersteuersystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1A zeigt eine Hauptschaltung 50 des einphasigen PWM-Wandlers, und Fig. 1B zeigt dessen Steuer- oder Regelsystem 60. Dies stellt eine Ausführungsform für den Fall dar, in welchem das System in dem sogenannten 8-Puls- PWM-Modus arbeitet, mit acht Impulsen in einem Halbzyklus der Wechselspannungsquelle V.
Wie aus Fig. 1A hervorgeht, weist die Hauptschaltung eine einphasige Wechselspannungsquelle V auf, eine Drossel L, einen Kondensator C, und einen Wandler CON, der aus Halbleitervorrichtungen aufgebaut ist, die Ein/Aus- Steuerklemmen aufweisen, beispielsweise GTOs (Abschaltthyristoren), GU, GV, GX, GY, und Dioden DU, DV, DX, DY, die jeweils parallel zu einer der Halbleitervorrichtungen GU, GV, GX bzw. GY geschaltet sind.
Gemäß Fig. 1B weist das Steuersystem 60 eine Phasenbetriebseinheit 1 auf, eine Dreieckssignalerzeugungseinheit 2, eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3, und eine Dreieckssignalvergleichseinheit 4.
Die Phasenbetriebseinheit 1 ist beispielsweise so wie in Fig. 2 gezeigt aufgebaut. In die Einheit wird eine Versorgungsspannung Vs einer einphasigen Wechselspannungsquelle V eingegeben, und sie berechnet eine Versorgungsspannungssinusignalphase θs und gibt diese aus.
Die Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 ist beispielsweise so wie in Fig. 3 gezeigt aufgebaut. In dieser Einheit wird die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs eingegeben. Sie gibt ein hochfrequentes oder niederfrequentes Dreiecksignal TRI synchron zu dieser Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs aus.
Die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 ist beispielsweise so wie in Fig. 4 gezeigt aufgebaut. In sie werden die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs, die Versorgungsspannung Vs, ein Wandlerwechselspannungsseiten-Strommomentanwert Is, eine Wandlergleichspannungsseiten-Bezugsspannung Vdc-Ref, und ein Wandlergleichspannungsseiten-Spannungsmomentanwert Vdc eingegeben. Sie führt eine bestimmte Verarbeitung durch, und gibt eine U-Phasenbezugsspannung VU-Ref und eine V- Phasenbezugsspannung VV-Ref aus.
In die Dreiecksignalvergleichseinheit 4 werden das Dreiecksignal TRI, welches das Ausgangssignal der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 darstellt, und die U- Phasenbezugsspannung VU-Ref und die V-Phasenbezugsspannung VV-Ref von der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 eingegeben. Sie gibt ein U-Phasen-PWM-Signal VU-PWM und ein V-Phasen-PWM-Signal VV-PWM aus, unter Verwendung eines bestimmten Betriebsablaufes. Diese PWM-Signale VU-PWM und VV- PWM werden über Gate-Schaltungen an jeweilige Halbleitervorrichtungen GU und GV in dem Wandler CON angelegt, um eine PWM-Steuerung des Wandlers CON durchzuführen. Obwohl dies nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, werden die PWM-Signale VX-PWM und VY-PWM für X- und Y-Phasen unter Verwendung der PWM-Signale VU-PWM und VV-PWM erzeugt, und werden über Gate-Schaltungen an die jeweiligen Halbleitervorrichtungen GX und GY angelegt.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau der Phasenbetriebseinheit 1 zeigt. Die Phasenbetriebseinheit 1 weist einen Integrierer 11 auf, eine Rechtecksignalerzeugungseinheit 12, und eine Anstiegserfassungseinheit 13.
Die Rechtecksignalerzeugungseinheit 12 erhält als Eingangssignal die Signalform der Versorgungsspannung Vs, und erzeugt ein Rechtecksignal Vsqr in Reaktion auf die nachstehende Verzweigungsbedingung. Dies bedeutet:
Für Vs 0, Vsqr = 1, und
für Vs < 0, Vsqr = 0.
Die Anstiegserfassungseinheit 13 erhält als Eingangssignal das Ausgangssignal Vsqr der Rechtecksignalerzeugungseinheit 12, und erzeugt einen Impuls Vop und gibt diesen aus zu dem Zeitpunkt, an welchem sich der Wert des Rechtecksignals Vsqr von "0" auf "1" ändert.
Der Integrierer 11 erhält eine Versorgungsspannungsfrequenz fs als Eingangssignal, und führt eine Zeitintegration der Versorgungsspannungsfrequenz fs durch. Wenn der Ausgangsimpuls Vop der Anstiegserfassungseinheit 13 in den Integrierer 11 eingegeben wird, setzt er den Integrationswert auf Null zurück und beginnt erneut mit der Zeitintegration. Ausgegeben wird der Integrationswert als Versorgungsspannungssinussignalphase θs.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau der Dreiecksignalserzeugungseinheit 2 zeigt. Die Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 weist eine Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21 auf, eine Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22, eine Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23, und eine Dreiecksignalumschalteinheit 24.
Die Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22 erhält am Eingang die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs zugeführt. Sie erzeugt ein Hochfrequenzdreiecksignal TRI1 synchron zu dieser Versorgungswechselspannungs­ sinussignalphase θs und gibt dieses aus.
Der Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23 wird die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs am Eingang zugeführt. Sie erzeugt ein Niederfrequenzdreiecksignal TRI2 synchron zu dieser Versorgungswechselspannungssinus­ signalphase es und gibt dieses aus.
Als Eingangssignal wird der Dreieckssignalfrequenzeinstelleinheit 21 die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs zugeführt. Sie gibt ein Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset aus, um entweder das Niederfrequenzdreiecksignal TRI2 oder das Hochfrequenzdreiecksignal TRI1 auszugeben, in Reaktion auf die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs.
Die Dreiecksignalumschalteinheit 24 erhält als Eingangssignale das Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset, welches von der Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21 ausgegeben wird, das Hochfrequenzdreiecksignal TRI1, welches von der Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22 ausgegeben wird, und das Niederfrequenzdreiecksignal TRI2, welches von der Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23 ausgegeben wird. Sie gibt als Dreiecksignal TRI ein Dreiecksignal (TRI1 oder TRI2) mit der Frequenz aus, die von dem Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset eingestellt wird.
Der Betrieb der auf diese Weise aufgebauten Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 wird unter Bezugnahme auf Fig. 1B, Fig. 3 und Fig. 5 beschrieben. Es wird angenommen, daß die Versorgungsspannung Vs ein Sinussignal mit 50 Hz ist. Die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, die von der Phasenbetriebseinheit 1 ausgegeben wird, wird in die Dreiecksignalserzeugungseinheit 2 eingegeben. Normalerweise wird ein einphasiger PWM-Wandler so gesteuert oder geregelt daß der Versorgungsquellenleistungsfaktor gleich 1 wird. Daher ist die Versorgungsspannungssinussignalphase es gleich der Wandlerwechselspannungsseiten-Strombezugswertphase.
Der Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22 wird am Eingang die Versorgungsspannungssinussignalphase θs zugeführt, und sie gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI1 aus, welches nachstehend angegeben ist, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs. Die Frequenz des Dreiecksignals TRI1 beträgt das 9fache der Versorgungsspannung Vs.
0 θs < (1/18) π → TRI1=(18/π) θs
(1/18) π θs < (1/6) π → TRI1 = (-18/π) θs+2
(1/6) π θs < (5/18) π → TRI1 = (18/π) θs-4
(5/18) π θs < (7/18) π → TRI1 = (-18/π) θs+6
(7/18) π θs < (1/2) π → TRI1 = (18/π) θs-8
(1/2) π θs < (11/18) π → TRI1 = (-18/π) θs+10
(11/18) π θs < (13/18) π → TRI1 = (18/π) θs-12
(13/18) π θs < (5/6) π → TRI1 = (-18/π) θs+14
(5/6) π θs < (17/18) π → TRI1 = (18/π) θs-16
(17/18) π θs < TRI1 = (-18/π) θs+18
π θs < (19/18) π → TRI1 = (18/π) θs-18
(19/18) π θs < (7/6) π → TRI1 = (-18/π) θs+20
(7/6) π θs < (23/18) π → TRI1 = (18/π) θs-22
(23/18) π θs < (25/18) π → TRI1 =(-18/π) θs+24
(25/18) π θs < (3/2) π → TRI1 = (18/π) θs-26
(3/2) π θs < (29/18) π → TRI1 = (-18/π) θs+28
(29/18) π θs < (31/18) π → TRI1 = (18/π) θs-30
(31/18) π θs < (11/6) π → TRI1 = (-18/π) θs+32
(11/6) π θs < (35/13) π → TRI1 = (18/π) θs-34
(35/16) π θs < TRI1 = (-18/π) θs+36.
Der Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23 wird die Versorgungsspannungssinussignalphase θs am Eingang zugeführt, und sie gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI2 aus, welches nachstehend angegeben ist, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs. Die Frequenz des Dreiecksignals TRI2 beträgt das 6-fache der Versorgungsspannung Vs.
0 θs < (1/6) π → TRI2 = (-12/π) θs+1
(1/6) π θs < (1/3) π → TRI2 = (12/π) θs-3
(1/3) π θs < (1/2) π → TR12 = (-12/π) θs+5
(1/2) π θs < (2/3) π → TRI2 = (12/π) θs-7
(2/3) π θs < (5/6) π → TRI2 = (-12/π) θs+9
(5/9) π θs < π → TRI2 = (12/π) θs-11
π θs < (7/6) π → TRI2 = (-12/π) θs+13
(7/6) π θs < (4/3) π → TRI2 = (12/π) θs-15
(4/3) π θs < (3/2) π → TRI2 = (-12/π) θs+17
(3/2) π θs < (5/3) π → TR12 = (12/π) θs-19
(5/3) π θs < (11/6) π → TRI2 = (-12/π) θs+21
(11/6) π θs < 2 π → TRI2 = (12/π) θs-23
Der Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21 wird die Versorgungsspannungssinussignalphase θs am Eingang zugeführt. Sie gibt das Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs auf der Grundlage der nachstehenden Verzweigungsbedingung aus:
fset = 1, für (1/6) π θs < (5/6) π, (7/6) π θs < (11/5) π,
und
fset = 2, für 0 θs < (1/6) π, (5/6) π θs < (7/6) π, (11/6) π θs < 2 π
Die Dreiecksignalschalteinheit 24 erhält als Eingangssignale das Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset, welches das Ausgangssignal der Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21 darstellt, das Hochfrequenzdreiecksignal TRI1, welches von der Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22 ausgegeben wird, und das Niederfrequenzdreiecksignal TRI2, welches von der Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23 ausgegeben wird. Sie wählt als Dreiecksignal TRI, welches sie auch ausgibt, das Dreiecksignal TRI1 oder TRI2 von den zwei eingegebenen Dreiecksignalen TRI1 und TRI2 aus, in Reaktion auf das Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset auf der Grundlage der folgenden Verzweigungsbedingung. Es gilt daher:
für fset = 1, Dreiecksignal TRI = TRI1, und
für fset = 2, Dreiecksignal TRI = TRI2
Die Dreiecksignale TRI, die von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 durch den voranstehend geschilderten Vorgang ausgegeben werden, nehmen die in Fig. 5 gezeigte Form an. Die mittlere Frequenz des Dreiecksignals TRI beträgt das 8-fache der Frequenz der Versorgungsspannung Vs.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 zeigt. Die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 weist eine Sinussignalerzeugungseinheit 31 auf, eine Strombezugsamplitudenbetriebseinheit 32, eine Bezugsstrombetriebseinheit 33, Komparatoren 34, 35 und 36, einen Teiler 37, und einen Koeffizientenmultiplizierer 38.
Die Sinussignalerzeugungseinheit 31 erhält als Eingangssignal die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs, und gibt ein Sinussignal sin(θs) aus, dessen Amplitude gleich 1 ist, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs.
Als Eingangssignal erhält die Bezugsstromamplitudenbetriebseinheit 32 eine Abweichung ΔVdc zwischen der Wandlergleichspannungsseiten-Bezugsspannung Vdc- Ref und dem Wandlergleichspannungsseiten- Spannungsmomentanwert Vdc, die von dem Komparator 34 erhalten wird. Sie gibt den Wert der Abweichung ΔVdc, multipliziert mit einer Verstärkung G(a), als Bezugsstromamplitude |Is| aus.
Die Bezugsstrombetriebseinheit 33 erhält als zwei Eingangssignale des Ausgangssignal sin(θs) der Sinussignalerzeugungseinheit 31 und das Ausgangssignal |Is| der Bezugsstromamplitudenbetriebseinheit 32. Sie gibt den multiplizierten Wert dieser beiden Größen als Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwert Is-Ref aus:
Is-Ref = |Is| × sin(θs)
Dann erhält der Komparator 35 eine Abweichung ΔIs von dem Ausgangssignal Is-Ref der Bezugsstrombetriebseinheit 33 und dem Wandlerwechselspannungsseiten-Strommomentanwert Is. Der Komparator 36 erhält das Produkt des Wertes der Abweichung ΔIs und einer Verstärkung G2(S), subtrahiert von der Versorgungswechselspannung Vs. Der Teiler 37 erhält einen Teilungswert, der das Ausgangssignal des Komparators 36, dividiert durch die Wandlergleichspannung Vdc und 2, darstellt. Das Ausgangssignal des Teilers 37 wird als U- Phasen-Bezugsspannung VU-Ref genommen. Weiterhin wird der Wert der U-Phasen-Bezugsspannung VU-Ref, multipliziert mit (-1), von dem Koeffizientenmultiplizierer 38 als V-Phasen- Bezugsspannung VV-Ref ausgegeben. Dies bedeutet:
VU-Ref = 1/(2 · Vdc) [Vs-G2(S) · (Is-Ref-Is)]
VV-Ref = -1/(2 · Vdc) [Vs-G2(S) · (Is-Ref-Is)]
Als drei Eingangssignale für die Dreiecksignalvergleichseinheit 4 dienen das Ausgangssignal TRI der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 und die Ausgangssignale VU-Ref und VV-Ref der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3. Sie gibt ein U- Phasen-PWM-Signal VU-PWM und ein V-Phasen-PWM-Signal VV-PWM aus, auf der Grundlage der folgenden Verzweigungsbedingungen:
für VU-Ref TRI, VU-PWM = 1,
für VU-Ref < TRI, VU-PWM = 0,
für VV-Ref TRI, VV-PWM = 1, und
für VV-Ref < TRI, VV-PWM = 0
Dadurch, daß die PWM-Signalform erhalten wird, unter Verwendung des Dreiecksignals TRI, welches von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 ausgegeben wird, kann eine PWM-Signalform ausgegeben werden, bei welcher die Stromamplitude nicht groß wird, selbst wenn die Anzahl an Schaltvorgängen verringert ist.
Wie voranstehend geschildert, wird der einphasige PWM-Wandler gesteuert oder geregelt auf der Grundlage der Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs. Liegt daher die Versorgungswechselspannungs-Sinussignalphase es in einer Phase, in welcher die Größe des PWM- Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes hoch ist, so wird die Stromwelligkeit dadurch verringert, daß die Schaltfrequenz erhöht wird, so daß der Abschaltspitzenstrom der Schaltvorrichtungen nicht überschritten wird. Liegt die Versorgungswechselspannungs-Sinussignalphase θs in einer Phase, in welcher die Größe des PWM- Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes klein ist, so wird die Schaltfrequenz erniedrigt. Daher können die Schaltverluste des PWM-Wandlers verringert werden, ohne Hinzufügung von Stromglättungsdrosseln und dergleichen, durch Verringerung der mittleren Anzahl der Schaltvorgänge.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, welches ein einphasiges PWM- Wandlersteuersystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Dies stellt ein Beispiel für den Einsatz der vorliegenden Erfindung bei einem System dar, bei welchem mehrere, beispielsweise vier, einphasige PWM-Wandler CONa, CONb, CONc und CONd jeweils parallel durch Transformatoren TRa, TRb, TRc und TRd geschaltet sind, über Drosseln La, Lb, Lc bzw. Ld.
In Fig. 6 haben die Transformatoren TRa, TRb, TRc und TRd eine gemeinsame Primärwicklung. Lasten LDa, LDb, LDc und LDd sind jeweils über Kondensatoren Ca, Cb, Cc und Cd an die Ausgangsseiten der Wandler CONa, CONb, CONc und CONd angeschlossen.
Vier einphasige PWM-Wandlersteuersysteme 60a, 60b, 60c und 60d sind jeweils ebenso aufgebaut wie das in Fig. 1B gezeigte Steuersystem 60, zur Steuerung von vier einphasigen Wandlern CONa, CONb, CONc und CONd. Ihre jeweiligen Dreiecksignalerzeugungseinheiten 2a, 2b, 2c und 2d erzeugen die folgenden Dreiecksignale TRIa, TRIb, TRIc und TRId, so daß die Phasen der Dreiecksignale TRIa, TRIb, TRIc und TRId wie in Fig. 7 gezeigt gegeneinander verschoben sind.
In der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2a des einphasigen PWM- Wandlersteuersystems 60a, das den einphasigen PWM-Wandler CONa steuert, erhält die Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22a die Versorgungsspannungssinussignalphase θs als Eingangssignal, und gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI1a aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben.
0 θs < (1/18) π → TRI1a = (18/π) θs
(1/18) π θs < (1/6) π → TRI1a = (-18/π) θs+2
(1/6) π θs < (5/18) π → TRI1a = (18/π) θs-4
(5/18) π θs < (7/18) π → TRI1a = (-18/π) θs+6
(7/18) π θs < (1/2) π → TRI1a = (18/π) θs-8
(1/2) π θs < (11/18) π → TRI1a = (-18/π) θs+10
(11/18) π θs < (13/18) π → TRI1a = (18/π) θs-12
(13/18) π θs < (5/6) π → TRI1a = (-18/π) θs+14
(5/6) π θs < (17/18) π → TRT1a = (18/π) θs-16
(17/18) π θs < π → TRI1a = (-18/π) θs+18
θs < (19/18) π → TRI1a =(18/π) θs-18
(19/18) π θs < (7/6) π → TRI1a = (-18/π) θs+20
(7/6) π θs < (23/18) π → TRI1a = (18/π) θs-22
(23/18) π θs < (25/18) π → TRI1a = (-18/π) θs+24
(25/18) π θs < (3/2) π → TRI1a = (18/π) θs-26
(3/2) π θs < (29/18) π → TRI1a = (-18/π) θs+28
(29/18) π θs < (31/18) π → TRI1a = (18/π) θs-30
(31/18) π θs < (11/6) π → TRI1a = (18/π) θs+32
(11/6) π θs < (35/18) π → TRI1a = (18/π) θs-34
(35/18) π θs < 2 π → TRI1a = (-18/π) θs+36.
Die Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23a erhält als Eingangssignal die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, und gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI2a aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben.
0 θs < (1/6) π → TRI2a = (-12/π) θs+1
(1/6) π θs < (1/3) π → TRI2a = (12/π) θs-3
(1/3) π θs < (1/2) π → TRI2a = (-12/π) θs+5
(1/2) π θs < (2/3) π → TRI2a = (12/π) θs-7
(2/3) π θs < (5/6) π → TRI2a = (-12/π) θs+9
(5/6) π θs < π → TRI2a = (12/π) θs-11
π θs < (7/6) π → TRI2a = (-12/π) θs+13
(7/6) π θs < (4/3) π → TRI2a = (12/π) θs-15
(4/3) π θs < (3/2) π → TRI2a = (-12/π) θs+17
(3/2) π θs < (5/3) π → TRI2a = (12/π) θs-19
(5/3) π θs < (11/6) π → TRI2a = (-12/π) θs+21
(11/6) π θs < 2 π → TRI2a = (12/π) θs-23
Im übrigen ist der Aufbau und der Betriebsablauf für die Steuerung ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
Auf dieselbe Weise erhält in der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2b des einphasigen PWM- Steuersystems 60b, welches den einphasigen Wandler CONb steuert, die Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22b die Versorgungsspannungssinussignalphase θs als Eingangssignal, und gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI1b aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben.
0 θs < (1/9) π → TRI1b = (-18/π) θs+1
(1/9) π θs < (2/9) π → TRI1b = (18/π) θs-3
(2/9) π θs < (1/3) π → TRI1b = (-18/π) θs+5
(1/3) π θs < (4/9) π → TRI1b = (18/π) θs-7
(4/9) π θs < (5/9) π → TRI1b = (18/π) θs+9
(5/9) π θs < (2/3) π → TRI1b = (18/π) θs-11
(2/3) π θs < (7/9) π → TRI1b = (-18/π) θs+13
(7/9) π θs < (8/9) π → TRI1b = (18/π) θs-15
(8/9) π θs < π → TRI1b = (-18/π) θs+17
π θs < (10/9) π → TRI1b = (18/π) θs-19
(10/9) π θs < (11/9) π → TRI1b = (-18/π) θs+21
(11/9) π θs < (4/3) π → TRI1b = (18/π) θs-23
(4/3) π θs < (13/9) π → TRI1b = (-18/π) θs+25
(13/9) π θs < (14/9) π → TRI1b = (18/π) θs-27
(14/9) π θs < (5/3) π → TPI1b = (-18/π) θs+29
(5/3) π θs < (16/9) π → TRI1b = (18/π) θs-31
(16/9) π θs < (17/9) π → TRI1lb = (-18/π) θs+33
(17/9) π θs < 2π → TRI1b = (18/π) θs-35
Die Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23b erhält als Eingangssignal die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, und gibt das Konstantfrequenzdreiecksignal TRI2b aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben.
0 θs < (1/12) π → TRI2b = (-12/π) θs
(1/12) π θs < (3/12) π → TRI2b = (12/π) θs-2
(3/12) π θs < (5/12) π → TRI2b = (-12/π) θs+4
(5/12) π θs < (7/12) π → TRI2b = (-12/π) θs-6
(7/12) π θs < (9/12) π → TRI2b = (-12/π) θs+8
(9/12) π θs < (11/12) π → TRI2b = (12/π) θs-10
(11/12) π θs < (13/12) π → TRI2b = (-12/π) θs+12
(13/12) π θs < (15/12) π → TRI2b = (12/π) θs-14
(15/12) π θs < (17/12) π → TRI2b = (-12/π) θs+16
(17/12) π θs < (19/12) π → TRI2b = (12/π) θs-18
(19/12) π θs < (21/12) π → TRI2b = (-12/π) θs+20
(21/12) π θs < (23/12) π → TRI2b = (12/π) θs-22
(23/12) π θs < 2π → TRI2b = (-12/π) θs+24
Im übrigen sind der Aufbau und der Betriebsablauf für die Steuerung ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
Auf dieselbe Weise erhält in der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2c des einphasigen PWM- Steuersystems 60c, welches den einphasigen Wandler CONc steuert, die Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22c die Versorgungsspannungssinussignalphase θs als Eingangssignal, und gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI1c aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben:
0 θs < (1/36) π → TRI2c = (18/π) θs+1/2
(1/36) π θs < (5/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+3/2
(5/36) π θs < (9/36) π → TRI1c = (18/π) θs-7/2
(9/36) π θs < (13/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+11/2
(13/36) π θs < (17/36) π → TRI1c = (18/π) θs-15/2
(17/36) π θs < (21/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+19/2
(21/36) π θs < (25/36) π → TRI1c = (18/π) θs-23/2
(25/36) π θs < (29/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+27/2
(29/36) π θs < (33/36) π → TRI1c = (18/π) θs-31/2
(33/36) π θs < (37/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+35/2
(37/36) π θs < (41/36) π → TRI1c = (18/π) θs-39/2
(41/36) π θs < (45/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+43/2
(45/36) π θs < (49/36) π → TRI1c = (18/π) θs-47/2
(49/36) π θs < (53/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+51/2
(53/36) π θs < (57/36) π → TRI1c = (18/π) θs-55/2
(57/36) π θs < (61/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+59/2
(61/36) π θs < (65/36) π → TRI1c = (18/π) θs-63/2
(65/36) π θs < (69/36) π → TRI1c = (-18/π) θs+67/2
(69/36) π θs < 2π → TRI1c = (18/π) θs-71/2
Die Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23c erhält die Versorgungsspannungssinussignalphase θs als Eingangssignal, und gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI2c aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben.
0 θs < (3/24) π → TRI2c = (-12/π) θs+1/2
(3/24) π θs < (7/z4) π → TRI2c = (12/π) θs-5/2
(7/24) π θs < (11/24) π → TRI2c = (-12/π) θs+9/2
(11/24) π θs < (15/24) π → TRI2c = (12/π) θs-13/2
(15/24) π θs < (19/24) π → TRI2c = (-12/π) θs+17/2
(19/24) π θs < (23/24) π → TRI2c = (12/π) θs-21/2
(23/24) π θs < (27/24) π → TRI2c = (-12/π) θs+25/2
(27/24) π θs < (31/24) π → TRI2c = (12/π) θs-29/2
(31/24) π θs < (35/24) π → TRI2c = (-12/π) θs+33/2
(35/24) π θs < (39/24) π → TRI2c = (12/π) θs-37/2
(39/24) π θs < (43/24) π → TRI2c = (-12/π) θs+41/2
(43/24) π θs < (47/24) π → TRI2c = (12/π) θs-45/2
(47/24) π θs < 2π → TRI2c = (-12/π) θs+49/2
Im übrigen sind der Aufbau und der Betriebsablauf für die Steuerung ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
Auf entsprechende Weise erhält in der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2d des einphasigen PWM- Wandlersteuersystems 60d, welches den einphasigen Wandler CONd steuert, die Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 22d die Versorgungsspannungssinussignalphase θs als Eingangssignal, und gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI1d aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben.
0 θs < (3/36) π → TRI1d = (-18/π) θs+1/2
(3/36) π θs < (7/35) π → TRI1d = (18/π) θs-5/2
(7/36) π θs < (11/36) π → TRI1d = (-18/π) θs+9/2
(11/36) π θs < (15/36) π → TRI1d = (18/π) θs-13/2
(15/36) π θs < (19/35) π → TRI1d = (-18/π) θs+17/2
(19/36) π θs < (23/36) π → TRI1d = (18/π) θs-21/2
(23/36) π θs < (27/36) π → TRI1d = (-18/π) θs+25/2
(27/36) π θs < (31/36) π → TRI1d = (18/π) θs-29/2
(31/36) π θs < (35/36) π → TRI1ld = (-18/π) θs+33/2
(35/36) π θs < (39/36) π → TRI1d = (18/π) θs-37/2
(39/36) π θs < (43/36) π → TRI1d = (-18/π) θs+41/2
(43/36) π θs < (47/36) π → TRI1d = (18/π) θs-45/2
(47/36) π θs < (51/36) π → TRI1d = (-18/π) θs+49/2
(51/36) π θs < (55/36) π → TRI1d = (18/π) θs-53/2
(55/36) π θs < (59/36) π → TRI1d = (-18/π) θs+57/2
(59/36) π θs < (63/38) π → TRI1d = (18/π) θs-61/2
(63/36) π θs < (67/36) π → TRI1d = (-18/π) θs+65/2
(67/36) π θs < (71/36) π → TRI1d = (18/π) θs-69/2
(71/36) π θs < 2π → TRI1d = (-18/π) θs+73/2
Die Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungseinheit 23d erhält die Versorgungsspannungssinussignalphase θs als Eingangssignal, und gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI2d aus, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, wie nachstehend angegeben.
0 θs < (1/24) π → TRI2d = (-12/π) θs-1/2
(1/24) π θs < (5/24) π → TRI2d = (12/π) θs-3/2
(5/24) π θs < (9/24) π → TRI2d = (-12/π) θs+7/2
(9/24) π θs < (13/24) π → TRI2d = (12/π) θs-11/2
(13/24) π θs < (17/24) π → TRI2d = (-12/π) θs+15/2
(17/24) π θs < (21/24) π → TRT2d = (12/π) θs-19/2
(21/24) π θs < (25/24) π → TRI2d = (-12/π) θs+23/2
(25/24) π θs < (29/24) π → TRI2d = (12/π) θs-27/2
(29/24) π θs < (33/24) π → TRI2d = (-12/π) θs+31/2
(33/24) π θs < (37/24) π → TRI2d = (12/π) θs-35/2
(37/24) π θs < (41/24) π → TRI2d = (-12/π) θs+39/2
(41/24) π θs < (45/24) π → TRI2d = (12/π) θs-43/2
(45/24) π θs < 2π → TRI2d = (-12/π) θs+47/2
Im übrigen sind der Aufbau und der Betriebsablauf für die Steuerung ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
Auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform werden PWM-Signalformen erhalten, unter Verwendung der Dreiecksignale TRIa, TRIb, TRIc und TRId, die in Fig. 7 gezeigt sind, und die von den Dreiecksignalerzeugungseinheiten 2a, 2b, 2c und 2d ausgegeben werden. Hierdurch können PWM-Signal formen ausgegeben werden, bei welchen die Stromamplitude nicht hoch wird, selbst wenn die Anzahl an Schaltvorgängen verringert ist. Darüber hinaus kann die Stromwelligkeit bei dieser Ausführungsform in der gemeinsamen Primärwicklung der Transformatoren TRa, TRb, TRc und TRd verringert werden, da die Phasen der Dreiecksignale TRIa, TRIb, TRIc und TRId gegeneinander verschoben sind, wie in Fig. 7 gezeigt ist.
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, welches das wesentliche Teil, nämlich eine Dreiecksignalerzeugungseinheit 2e, eines einphasigen PWM-Wandlersteuersystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Dies stellt ein Beispiel dafür dar, daß die Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 bei der ersten Ausführungsform durch eine Dreieckssignalerzeugungseinheit 2e ersetzt wird, die nur aus einer Dreiecksignalspeichereinheit 25 besteht.
Der Dreiecksignalspeichereinheit 25 wird als Eingangssignal die Versorgungsspannungssinussignalphase θs zugeführt, und sie gibt das folgende Dreiecksignal TRI in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs aus.
0 θs < (1/6) π → TRI = (-12/π) θs+1
(1/6) π θs < (5/18) π → TRI = (18/π) θs-4
(5/18) π θs < (7/18) π → TRI = (-18/π) θs+6
(7/18) π θs < (1/2) π → TRI = (18/π) θs-8
(1/2) π θs < (11/18) π → TRI = (-16/π) θs+10
(11/18) π θs < (13/18) π → TRI = (18/π) θs-12
(13/18) π θs < (5/6) π → TRI = (-18/π) θs+14
(5/6) π θs < π → TRI = (12/π) θs-11
π θs < (7/6) π → TRI = (-12/π) θs+13
(7/6) π θs < (23/18) π → TRI = (18/π) θs-22
(23/18) π θs < (25/18) π → TRI =(-18/π) θs+24
(25/18) π θs < (3/2) π → TRI = (18/π) θs-26
(3/2) π θs < (29/18) π → TRI = (-18/π) θs+28
(29/18) π θs < (31/18) π → TRI = (18/π) θs-30
(31/18) π θs < (11/6) π → TRI = (-18/π) θs+32
(11/6) π θs < 2π → TRI = (12/π) θs-23
Das Dreiecksignal TRI, welches von der Dreiecksignalspeichereinheit 25 erzeugt wird, weist daher dieselbe Signalform auf wie das Dreiecksignal TRI, welches von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2 von Fig. 3 erzeugt wird, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
Im übrigen sind der Aufbau und der Betriebsablauf für die Steuerung ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
Auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform wird eine PWM-Signalform dadurch erhalten, daß das Dreiecksignal TRI verwendet wird, welches von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2e ausgegeben wird. Hierdurch kann eine PWM-Signalform ausgegeben werden, bei welcher die Stromamplitude nicht groß wird, selbst wenn die Anzahl an Schaltvorgängen verringert wird.
Nunmehr wird ein einphasiges PWM-Wandlersteuersystem gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben. Die Fig. 9 und 10 sind Blockschaltbilder, welche jeweils den Gesamtaufbau eines Steuersystems 60A bzw. den Aufbau einer Dreiecksignalerzeugungseinheit 2A bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
In Fig. 9 unterscheidet sich die Ausführungsform von der Ausführungsform gemäß Fig. 1B darin, daß der Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwert Is-Ref von der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 an die Dreiecksignalerzeugungseinheit 2A ausgegeben wird. Da im übrigen der Aufbau ebenso wie in Fig. 1B ist, wird insoweit auf eine erneute Beschreibung verzichtet.
Die Dreiecksignalerzeugungseinheit 2A bei der vorliegenden Ausführungsform ist so wie in Fig. 10 gezeigt aufgebaut. Der Unterschied zu Fig. 3 besteht darin, daß eine Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21A in der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2A das Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset bestimmt, auf der Grundlage des Wandlerwechselspannungsseitenbezugsstromwertes Is-Ref.
Nunmehr wird der Betriebsablauf der Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21A unter Verwendung von Fig. 10 beschrieben. Als Eingangssignal wird der Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21A der Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwert Is-Ref zugeführt. Sie gibt auf die nachstehend angegebene Weise das Dreiecksignalfrequenzeinstellsignal fset aus, unter Verwendung der Größe des Wandlerwechselspannungsseiten- Bezugsstromwertes Is-Ref.
Ein vorbestimmter Dreiecksignalfrequenzeinstellumschaltwert wird als Is-set festgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt werden von der Dreiecksignalfrequenzeinstelleinheit 21A folgende Werte ausgegeben:
für ΛIs| < Is-set, fset = 2, und
für |Is| Is-set, fset = 1.
Im übrigen sind der Aufbau und der Betriebsablauf für die Steuerung ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform wird eine PWM- Signalform dadurch erhalten, daß das Dreiecksignal TRI verwendet wird, welches von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2A ausgegeben wird. Hierdurch kann eine PWM-Signalform ausgegeben werden, bei welcher die Stromamplitude nicht groß wird, selbst wenn die Anzahl an Schaltvorgängen verringert wird.
Wie voranstehend geschildert, wird der einphasige PWM-Wandler auf der Grundlage der Größe des Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes Is-Ref gesteuert. Wenn daher die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes Is-Ref groß ist, so wird die Stromwelligkeit dadurch verringert, daß die Schaltfrequenz höher angesetzt wird, so daß der Spitzenwert für den Abschaltstrom der Schaltvorrichtungen nicht überschritten wird. Wenn die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten-Strombezugswertes Is-Ref klein ist, so wird die Schaltfrequenz verringert. Daher können die PWM-Wandlerschaltverluste verringert werden, ohne daß Stromglättungsdrosseln und dergleichen hinzugefügt werden, durch Verringerung der mittleren Anzahl an Schaltvorgängen.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild, welches den Gesamtaufbau eines einphasigen PWM-Wandlersteuersystems 60B gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Dies stellt eine Ausführungsform für jenen Fall dar, in welchem das System in dem 7-Impuls-PWM-Modus arbeitet, wobei sieben Impulse in einem Halbzyklus der Versorgungswechselspannung V vorgesehen sind.
Das Steuersystem 60B weist eine Phasenbetriebseinheit 1 auf, eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3, und eine Dreiecksignalvergleichseinheit 4, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
Davon abgesehen ist zusätzlich eine Bezugsspannungskorrekturbetriebseinheit 5 vorgesehen, und eine Dreiecksignalerzeugungseinheit 2B ersetzt die in Fig. 3 gezeigte Dreiecksignalerzeugungseinheit 2.
Die Phasenbetriebseinheit 1 ist beispielsweise so wie in Fig. 2 gezeigt aufgebaut. Sie erhält als Eingangssignal die Versorgungsspannung Vs der einphasigen Wechselspannungsversorgungsquelle V, und bearbeitet die Versorgungsspannungssinussignalphase θs und gibt diese aus.
Als Eingangssignal für die Dreiecksignalerzeugungseinheit 2B dient die Wechselspannungsversorgungsquellensinussignalphase θs. Sie gibt ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI synchronisiert mit dieser Wechselspannungsquellensinussignalphase θs aus, wie später noch genauer erläutert wird.
Die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 ist beispielsweise so wie in Fig. 4 gezeigt aufgebaut. Als Eingangssignale für diese dienen die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs, die Versorgungsquellenspannung Vs, der Wandlerwechselspannungsseiten-Momentanstromwert Is, die Wandlergleichspannungsseiten-Bezugsspannung Vdc-Ref, und der Wandlergleichspannungsseiten-Momentanstromwert Vdc. Die Einheit führt eine bestimmte Verarbeitung durch und gibt eine U-Phasen-Bezugsspannung VU-Ref und eine V-Phasen- Bezugsspannung VV-Ref aus.
Die Bezugsspannungskorrekturbetriebseinheit 5 erhält als Eingangssignale die Wandlerbezugsspannungswerte (die U- Phasen-Bezugsspannung VU-Ref und die V-Phasenbezugsspannung VV-Ref), die von der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 berechnet wurden, sowie die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs. Sie gibt einen korrigierten U-Phasen-Bezugsspannungswert VU-Ref′ und einen korrigierten V-Phasen-Bezugsspannungswert VV-Ref′ aus, welche korrigierte Wandlerbezugsspannungswerte darstellen, in Reaktion auf die Wechselspannungsversorgungsquellen­ sinussignalphase es. Die Einzelheiten werden später erläutert.
Als Eingangssignale für die Dreiecksignalvergleichseinheit 4 dienen das Dreiecksignal TRI, welches von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2B ausgegeben wird, und die korrigierten Bezugsspannungswerte VU-Ref′ und VV-Ref′, die von der Bezugsspannungskorrektureinheit 5 ausgegeben werden. Sie gibt PWM-Signale VU-PWM und VV-PWM auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses dieser beiden Werte VU-Ref′ und VV-Ref′ bzw. des Wertes des Dreiecksignals TRI aus.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Betriebsablaufs bei der fünften Ausführungsform, die auf diese Art und Weise aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf Fig. 12. Wenn in die Dreiecksignalerzeugungseinheit 2B die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs eingegeben wird, so gibt sie ein Konstantfrequenzdreiecksignal TRI wie nachstehend angegeben aus, in Reaktion auf die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs.
0 θs < (1/9) π → TRI = (18/π) θs-1
(1/9) π θs < (2/9) π → TRI = (-18/π) θs+3
(2/9) π θs < (3/9) π → TRI = (18/π) θs-5
(3/9) π θs < (4/9) π → TRI = (-18/π) θs+7
(4/9) π θs < (5/9) π → TRI = (18/π) θs-9
(5/9) π θs < (6/9) π → TRI = (-18/π) θs+11
(6/9) π θs < (7/9) π → TRI = (18/π) θs-13
(7/9) π θs < (8/9) π → TRI = (-18/π) θs+15
(8/9) π θs < (9/9) π → TRI = (18/π) θs-17
(9/9) π θs < (10/9) π → TRI = (-18/π) θs+19
(10/9) π θs < (11/9) π → TRI = (18/π) θs-21
(11/9) π θs < (12/9) π → TRI = (-18/π) θs+23
(12/9) π θs < (13/9) π → TRI = (18/π) θ-25
(13/9) π θs < (14/9) π → TRI = (-18/π) θs+27
(14/9) π θs < (15/9) π → TRI = (18/π) θs-29
(15/9) π θs < (16/9) π → TRI = (-18/π) θs+31
(16/9) π θs < (17/9) π → TRI = (18/π) θs-33
(17/9) π θs < (18/9) π → TRI = (-18/π) θs+35
Als Eingangssignale für die Bezugsspannungskorrektureinheit 5 dienen die U-Phasen-Bezugsspannung VU-Ref und die V-Phasen- Bezugsspannung VV-Ref, welche von der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 ausgegeben werden, sowie die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs. Sie korrigiert die Wandlerbezugsspannungswerte VU-Ref und VV-Ref und gibt einen korrigierten U-Phasen-Bezugsspannungswert VU- Ref′ und einen korrigierten V-Phasen-Bezugsspannungswert VV- Ref′ auf die nachstehend angegebene Weise aus, in Reaktion auf die Versorgungswechselspannungssinussignalphase θs.
0 θs < (1/9) π → VU-Ref′ = -1
0 θs < (1/9) π → VV-Ref = -1
(1/9) π θs < (8/9) π → VU-Ref′ = VU-Ref
(1/9) π θs < (8/9) π → VV-Ref′ = VV-Ref
(8/9) π θs < (10/9) π → VU-Ref′ = 1
(8/9) π θs < (10/9) π → VV-Ref′ = 1
(10/9) π θs < (17/9) π → VU-Ref′ = VU-Ref
(10/9) π θs < (17/9) π → VV-Ref′ = VV-Ref
(17/9) π θs < (18/9) π → VU-Ref′ = -1
(17/9) π θs < (18/9) π → VV-Ref′ = -1
Selbstverständlich arbeiten die Phasenbetriebseinheit 1, die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 3 und die Dreiecksignalvergleichseinheit 4 auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform.
Wie voranstehend beschrieben, wird eine PWM-Signalform dadurch erhalten, daß das Dreiecksignal TRI von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 2B verwendet wird, und die korrigierten Bezugsspannungswerte VU-Ref′ und VV-Ref′ von der Bezugsspannungskorrektureinheit 5. Hierdurch kann eine PWM- Signalform erhalten werden, bei welcher die Stromamplitude nicht groß wird, selbst wenn die Anzahl an Schaltvorgängen verringert ist.
Nachstehend werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 13 zeigt eine Hauptschaltung 150 des einphasigen PWM- Wandlers, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird. In Fig. 13 weist die Hauptschaltung 150 eine einphasige Wechselspannungsversorgungsquelle V auf, einen Widerstand R, eine Drossel L, einen Kondensator C, und einen Wandler CON, der Halbleitervorrichtungen aufweist, die Ein/Aus- Steuerklemmen aufweisen, beispielsweise GTOs (Abschaltthyristoren) GU, GV, GX und GY, sowie Dioden DU, DV, DX und DY, die jeweils parallel zu einer der Halbleitervorrichtungen GU, GV, GX bzw. GY geschaltet sind.
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild, welches ein einphasiges PWM- Wandlersteuersystem 101A gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Gemäß Fig. 14 weist ein einphasiges PWM-Wandlersteuersystem 101A eine Gleichspannungssteuereinheit 111 auf, eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112A, und eine PWM-1- Puls-Signalformerzeugungseinheit 113.
Wie aus Fig. 15 hervorgeht, werden in die Gleichspannungssteuereinheit 111 der Gleichspannungsbezugswert VdcRef und der Gleichspannungsmomentanwert Vdc eingegeben. Sie gibt die Werte der Abweichung zwischen dem Gleichspannungsbezugswert VdcRef und dem Gleichspannungsmomentanwert Vdc, multipliziert mit einer Verstärkung G(s), als eine Wandlerwechselspannungsseiten-Stromamplitude |Is| aus. Daher gilt:
|Is| = G(s) × (VdcRef-Vdc)
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, erhält die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112A eine Orthogonalkomponentenspannung VL für die Versorgungsspannung Vs dadurch, daß die Wandlerwechselspannungsseiten- Stromamplitude |Is|, die von der Gleichspannungssteuereinheit 111 ausgegeben wird, eine Versorgungswechselspannungsquellenwinkelfrequenz ω (wenn die Versorgungsquellenfrequenz gleich 50 Hz ist, ω = 2 × π × 50 (rad/sek)), und eine Wandlerwechelspannungsseiteninduktivität L multipliziert werden. Daher gilt:
VL = ω·L·|Is|
Weiterhin erhält sie eine Parallelkomponentenspannung VR für die Versorgungsquellenspannung Vs, durch Subtrahieren des Wertes der Wandlerwechselspannungsseiten-Stromamplitude |Is|, multipliziert mit dem Wandlerwechselspannungsseiten- Widerstand R, aus einer Wechselspannungsquellenspannungs­ amplitude |Vs|. Daher gilt:
VR = |Vs|-R·|Is|
Dann erhält sie eine Wandlerbezugsspannungsamplitude |Vc| und eine Wandlerbezugsspannungsphase δ auf der Grundlage des in Fig. 17 dargestellten Wandlerwechselspannungsseiten- Spannungs/Strom-Vektordiagramms. Sie erhält daher eine Wandlerbezugsspannungsamplitude |Vc| und die Wandlerbezugsspannungsphase δ durch die folgenden Gleichungen, unter Verwendung der Orthogonal- und Parallel- Komponentenspannungen VL und VR, die auf diese Weise erhalten wurden.
|Vc| = VR² + VL²)1/2
δ = tan¹ (VL/VR)
Wie aus Fig. 18 hervorgeht, werden in die PWM-1-Impuls- Signalformerzeugungseinheit 113 der Gleichspannungsmomentanwert Vdc, die Wandlerbezugsspannungsamplitude |Vc|, die Wandlerbezugsspannungsphase δ, und die Versorgungsspannungssinussignalphase θs eingegeben. Sie berechnet einen Schaltwinkel θ1 für die PWM-1-Impuls- Signalform aus der Wandlerbezugsspannungsamplitude |Vc| und dem Gleichspannungsmomentanwert Vdc unter Verwendung der folgenden Gleichung:
θ1 = cos-1 (π·|Vc|/4·Vdc)
Wenn das Schalten mit dem aus der voranstehenden Gleichung erhaltenen Schaltwinkel θ1 durchgeführt wird, kann erreicht werden, daß die Basisfrequenzkomponente der PWM-1-Impuls- Signalformausgangsspannung mit der Wandlerbezugsspannungsamplitude übereinstimmt.
Durch Vergleichen des Wertes (θs + δ) der Wandlerbezugsspannungsphase δ, die zur Versorgungsspannungssinussignalphase θs addiert wird, mit dem Schaltwinkel θ1 wird die PWM-1-Impuls- Ausgangsspannungssignalform durch die folgende Verzweigungsbedingung erhalten. Gemäß Fig. 19 wird für die U-Phasen-Ausgangsspannung VuPWM ausgegeben:
für 0 (θs + δ) < π-θ1, VuPWM = Vdo/2,
für π-θ1 (θs + δ) < 2π-θ1, VuPWM = 0, und
für 2π-θ1 (θs + δ) < 2Π, VuPWM = Vdc/2
Für die V-Phasen-Ausgangsspannung VvPWM wird ausgegeben:
für 0 (θs + δ) < θ1, VvPWM = Vdc/2,
für θ1 (θs + δ) < π + θ1, VvPWM = 0, und
für π + θ1 (θs + δ) < 2π, VvPWM Vdc/2
Diese PWM-Signale VuPWM- und VvPWM werden über Gate- Schaltungen an jeweilige Halbleitervorrichtungen GU und GV in dem Wandler CON angelegt, um eine PWM-Steuerung des Wandlers CON durchzuführen. Obwohl dies nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, werden die PWM-Signale VxPWM und VyPWM für die X- und Y-Phase unter Verwendung der PWM-Signale VuPWM und VvPWM erzeugt, und werden jeweils über eine Gate-Schaltung an die jeweilige Halbleitervorrichtung GX bzw. GY angelegt.
Der einphasige PWM-Wandler wird unter Verwendung der auf die voranstehend geschilderte Weise erhaltenen PWM-1-Impuls- Signalform gesteuert. Wenn daher die Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsspannung in der Nähe des Sinussignalspitzenwertes liegt, wird der einphasige PWM- Wandler so gesteuert, daß kein Schaltvorgang durchgeführt wird. Auf diese Weise arbeitet der Wandler in einem 1-Impuls- Modus, bei welchem nur ein Impuls in einem Halbzyklus der Versorgungsspannung vorhanden ist. Daher sind die Niederfrequenzkomponenten der fünften und siebten Ordnung der Basissignalkomponente (50 Hz oder 60 Hz) hauptsächlich in den Harmonischen des Stroms verteilt. Daher ergibt sich eine Verteilung der Frequenzkomponenten in einem Bereich, der niedriger ist als das elektromagnetische Rauschband (1 bis 4 kHz). Daher kann eine Verringerung des Rauschens bzw. Geräusches erreicht werden.
Fig. 20 ist ein Blockschaltbild, welches ein einphasiges PWM- Wandlersteuersystem 101B gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie aus Fig. 20 hervorgeht, weist das einphasige PWM-Wandlersteuersystem 101B eine Gleichspannungseinstelleinheit 121 auf, eine Gleichspannungssteuereinheit 111, eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112B, und eine Dreiecksignalvergleichseinheit 122.
Die Gleichspannungseinstelleinheit 121 gibt eine Gleichspannungsbezugsspannung VdcRef entsprechend einem vorbestimmten Muster aus, für welches ein Beispiel in Fig. 21 gezeigt ist, in Reaktion auf die Größe einer Ausgangsfrequenz finv des Inverters oder Wechselrichters (nicht gezeigt), der als Last an die Gleichspannungsseite des PWM-Wandlers CON angeschlossen ist.
Wesentlich für dieses vorbestimmte Muster bei dieser Ausführungsform ist der Bereich A, in welchem die Wechselrichterausgangsfrequenz finv kleiner ist als eine vorbestimmte Frequenz finv-CHG. Im Bereich A stellt die Gleichspannungseinstelleinheit 121 die Bezugsgleichspannung VdcRef kleiner ein als die PWM-Wandler- Versorgungswechselspannungsamplitude |Vs|. In einem Bereich B, in welchem die Inverterausgangsfrequenz finv größer als die Frequenz finv-CHG ist, stellt die Gleichspannungseinstelleinheit 121 die Bezugsgleichspannung VdcRef größer ein als die PWM-Wandler- Versorgungswechselspannungsamplitude |Vs|, wie beim Stand der Technik.
Die Gleichspannungssteuereinheit 111 ist ebenso aufgebaut wie bei der sechsten Ausführungsform, und wird daher hier nicht erneut beschrieben.
Wie aus Fig. 22 hervorgeht, weist die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112b eine Sinussignalerzeugungseinheit 131 und eine Wandlerwechselspannngsseiten-Bezugsstrombetriebseinheit 132 auf.
Die Sinussignalerzeugungseinheit 131 erhält als Eingangssignal die Versorgungsspannungssinussignalphase θs, und gibt ein Sinussignal sin(θs) aus, dessen Amplitude gleich 1 ist, in Reaktion auf die Versorgungsspannungssinussignalphase θs.
Als Eingangssignale für die Bezugsstrombetriebseinheit 132 dienen die Wandlerwechselspannungsseiten-Stromamplitude |Is|, die von der Gleichspannungssteuereinheit 111 ausgegeben wird, und das Sinussignal sin(θs), welches von der Sinussignalerzeugungseinheit 131 ausgegeben wird. Sie gibt durch den nachfolgenden Vorgang eine Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstrom Is-Ref aus.
Is-Ref = |Is|·sin(θs)
Die Abweichung zwischen dem Wandlerwechselspannungsseiten- Bezugsstromwert Is-Ref und dem Wandlerwechselspannungsseiten- Strommomentanwert Is wird mit einer Verstärkung G2(s) multipliziert. Der Wert dieses Produkts, subtrahiert von der Versorgungswechselspannung Vs, wird als ein Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsspannungswert Vc ausgegeben. Daher gilt
Vc = Vs-G2(s) × (Is-Ref-Is)
Wie in Fig. 23 gezeigt ist, dienen als Eingangssignale für die Dreiecksignalerzeugungseinheit 141 in der Dreiecksignalvergleichseinheit 122 der Gleichspannungsmomentanwert Vdc und die Versorgungsspannungssinussignalphase θs. Sie gibt ein Dreiecksignal TRI (mit einer Amplitude Vdc/2) mit einer vorbestimmten Frequenz aus, die mit der Versorgungsspannungssinussignalphase θs synchronisiert ist. Unter Verwendung des Wandlerwechselspannungsseiten- Bezugsspannungswertes Vc, der von der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112B ausgegeben wird, werden durch die folgenden Operationen eine U-Phasen- Bezugsspannung Vu und eine V-Phasen-Bezugsspannung Vv erhalten.
Vu = Vc/2 und
Vv = -Vc/2
PWM-Spannungssignale VuPWM und VvPWM für die U-Phase und die V-Phase werden durch einen Größenvergleich der jeweiligen U- Phasen- und V-Phasen-Bezugsspannungen Vu und Vv mit dem Dreiecksignal TRI erhalten, welches von der Dreiecksignalerzeugungseinheit 141 ausgegeben wird. Es gilt daher, wie in Fig. 24 gezeigt ist,
für Vu TRI, VuPWM = VdC/2,
für Vu < TRI, VuPWM = -Vdc/2,
für Vv TRI, VvPWM = Vdc/2 und
für Vv < TRI, VvPWM = -Vdc/2
Hierbei zeigt Fig. 25 Beispiele für jene Fälle der PWM- Ausgangsspannungen, wenn die Gleichspannung Vdc hoch ist, bzw. die Gleichspannung Vdc niedrig ist. Ist die Gleichspannung Vdc hoch, so wird eine PWM-Steuerung oder -regelung ebenso wie bei der konventionellen PWM-Steuerung durchgeführt, wie in Fig. 25(a) gezeigt. Wenn die Gleichspannung Vdc niedrig ist, wie in Fig. 25(b) gezeigt, verringert sich die Anzahl der Schaltvorgänge pro Halbzyklus der Versorgungsspannung. Da der einphasige PWM-Wandler teilweise durch die PWM-1-Impuls-Signalform gesteuert wird, erhält man daher eine Verteilung von Frequenzkomponenten in einem Bereic 07315 00070 552 001000280000000200012000285910720400040 0002019531210 00004 07196h unterhalb des elektromagnetischen Rauschfrequenzbandes (1 bis 4 kHz) . Daher wird eine Verringerung des Rauschens erreicht.
Wenn die Gleichspannung Vdc niedrig ist, verringert sich darüber hinaus automatisch die Zeit, in welcher eine Nullspannung ausgegeben wird. Daher kann die Basisfrequenzkomponente der Ausgangsspannung auf einen hohen Wert eingestellt werden. Daher kann die Gleichspannung auf einen niedrigeren Wert als einen festgelegten Wert eingestellt werden, der aus der Amplitude der Versorgungswechselspannung Vs bestimmt wird.
Fig. 26 ist ein Blockschaltbild, welches ein einphasiges PWM- Wandlersteuersystem 101c gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie aus Fig. 26 hervorgeht, weist das einphasige PWM-Wandlersteuersystem 101c gemäß der achten Ausführungsform eine Gleichspannungseinstelleinheit 121 auf, eine Gleichspannungssteuereinheit 111, eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112A, und eine PWM-1- Impuls-Signalformerzeugungseinheit 113.
Die Gleichspannungseinstelleinheit 121 ist ebenso wie bei der siebten Ausführungsform aufgebaut, und die Gleichspannungssteuereinheit 111, die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112A, und die PWM-1- Impuls-Signalformerzeugungseinheit 113 sind ebenso wie ihre Gegenstücke bei der sechsten Ausführungsform aufgebaut. Daher erfolgt insoweit hier keine erneute Beschreibung.
Selbst bei einem derartigen Aufbau arbeitet daher das einphasige PWM-Wandlersteuersystem 101c unter Verwendung einer PWM-1-Impuls-Signalform. Daher erhält man eine Verteilung von Frequenzkomponenten in einem Bereich, der unterhalb des elektromagnetischen Rauschfrequenzbandes (1 bis 4 kHz) liegt, ebenso wie bei der voranstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform. Daher kann auch in einem Fall, in welchem ein Inverter oder Wechselrichter als Last an die Gleichspannungsseite des PWM-Wandlers CON angeschlossen ist, eine Rauschverringerung erreicht werden.
Fig. 27 ist ein Blockschaltbild, welches ein einphasiges PWM- Wandlersteuersystem 101D gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Gemäß Fig. 27 weist das einphasige PWM- Wandlersteuersystem 101D bei der neunten Ausführungsform eine Gleichspannungseinstelleinheit 121 auf, eine Gleichspannungssteuereinheit 111, eine Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112C, eine PWM-1- Impuls-Signalformerzeugungseinheit 113, eine Dreiecksignalvergleichseinheit 122, eine Impulsmoduseinstelleinheit 151, und eine Impulsmodusumschalteinheit 152.
Der Betriebsablauf bei der Gleichspannungseinstelleinheit 121 und bei der Dreiecksignalvergleichseinheit 122 verläuft ebenso wie bei den entsprechenden Gegenstücken gemäß der siebten Ausführungsform, und daher erfolgt hier insoweit keine erneute Beschreibung.
Darüber hinaus sind die Gleichspannungssteuereinheit 111 und die PWM-1-Impuls-Signalformerzeugungseinheit 113 ebenso aufgebaut wie ihre Gegenstücke bei der sechsten Ausführungsform, und daher erfolgt in dieser Hinsicht keine erneute Beschreibung.
Weiterhin besteht die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112C aus einer Kombination der Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheiten 112A und 112B, die jeweils in Fig. 16 bzw. 22 gezeigt sind. Die Wandlerbezugsspannungsbetriebseinheit 112C gibt eine Wandlerbezugsspannungsamplitude Vc und eine Wandlerbezugsspannungsphase 5 aus, die von der in Fig. 16 gezeigten Betriebsschaltung erhalten werden, die bei der sechsten Ausführungsform beschrieben wurde, und gibt einen Wandlerbezugsspannungswert Vc aus, der von der in Fig. 22 gezeigten, bei der siebten Ausführungsform beschriebenen Betriebsschaltung erhalten wird.
Die Impulsmoduseinstelleinheit 151 gibt Impulsmoduseinstellsignale Ppms in Reaktion auf die Größe der Ausgangsfrequenz finv des Inverters oder Wechselrichters aus, der als Last an die PWM-Wandler-Gleichspannungsseite angeschlossen ist. Wenn die Wechselrichterausgangsfrequenz finv größer bzw. nicht größer als die vorbestimmte Frequenz finv-CHG ist, so nimmt das Impulsmoduseinstellsignal Ppms den Wert 2 bzw. 1 an. Wenn daher finv < finv-CHG ist, so ist das Impulsmoduseinstellsignal Spms = 1, und wenn finv finv-CHG ist, so ist das Impulsmoduseinstellsignal Spms = 2.
Die Impulsmodusumschalteinheit 152 schaltet so, daß sie entweder das Ausgangssignal der Dreiecksignalvergleichseinheit 122 oder das Ausgangssignal der PWM-1-Impuls-Signalformerzeugungseinheit 113 in Reaktion auf die auf diese Weise ausgegebenen Impulseinstellsignale Spms annimmt.
Wenn das Impulsmoduseinstellsignal Spms gleich 1 ist, so werden die Ausgangssignale der PWM-1-Impuls- Signalformerzeugungseinheit 113 als PWM-Signale VuPWM und VvPWM für die U-Phase bzw. die V-Phase ausgegeben.
Wenn das Impulsmoduseinstellsignals Spms gleich 2 ist, so werden die Ausgangssignale der Dreiecksignalvergleichseinheit 122 als U-Phasen- bzw. V-Phasen-PWM-Signal VuPWM bzw. VvPWM ausgegeben.
Wenn ein wie voranstehend geschildert aufgebautes einphasiges PWM-Wandlersteuersystem verwendet wird, so kann dadurch eine Rauschverringerung erreicht werden, daß die Frequenz des Inverters oder Wechselrichters, der als Last angeschlossen ist, in einem niedrigen Bereich liegt, unterhalb des Hörfrequenzbandes (1 bis 4 kHz) des elektromagnetischen Rauschens.
Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann ein einphasiges PWM-Wandlersteuersystem zur Verfügung gestellt werden, welches die PWM-Wandler-Schaltverluste verringern kann, ohne daß zusätzliche Bauteile, wie beispielsweise Stromglättungsdrosseln, vorgesehen werden müssen.
Bei Verwendung der voranstehend geschilderten Erfindung kann ein einphasiges PWM-Wandlersteuersystem zur Verfügung gestellt werden, welches so ausgelegt ist, daß Rauschen dadurch verringert wird, daß die Frequenz des elektromagnetischen Rauschens niedriger gewählt wird als der für das menschliche Ohr unangenehme Hörbereich (1 bis 4 kHz) Darüber hinaus kann das System die Gleichspannung niedriger einstellen als den festgelegten Wert, der aus der Amplitude der Versorgungswechselspannung bestimmt wird, um so das Rauschen zu verringern, welches beim Hören unangenehm ist.
Selbstverständlich lassen sich angesichts der voranstehenden Lehren zahlreiche Abänderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung vornehmen. Alle derartigen Modifikationen und Abänderungen sollen von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein; die Erfindung kann auch anders als voranstehend geschildert ausgeführt werden, und der Umfang der Erfindung ist nur durch die Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen beschränkt.

Claims (11)

1. Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler, der mehrere Schaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, der die einphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung unter PWM-Steuerung oder PWM-Regelung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt, wobei das Steuersystem aufweist:
eine Wandlerbezugsspannungsbetriebsvorrichtung zur Eingabe eines Wandlergleichspannungsseiten- Spannungsmomentanwertes, eines Wandlergleichspannungsseiten-Bezugsspannungswertes, eines Wandlerwechselspannungsseiten-Strommomentanwertes, einer Versorgungsspannung, und einer Versorgungsspannungssinussignalphase, und zur Erzeugung von Bezugsspannungen für jeweilige Phasen;
eine Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung zur Eingabe der Versorgungsspannungssinussignalphase und zur Erzeugung eines Dreiecksignals, so daß dann, wenn die Versorgungsspannungssinussignalphase in einer Phase liegt, in welcher die Größe eines Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes klein ist, die Frequenz des Dreiecksignals niedrig ist, und dann, wenn die Versorgungsspannungssinussignalphase in einer Phase liegt, in welcher die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes hoch ist, die Frequenz des Dreiecksignals hoch ist; und
eine Dreiecksignalvergleichsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignal und die Bezugsspannungen empfängt, zum Vergleichen der Bezugsspannungen und des Dreiecksignals, zur Erzeugung von PWM-Signalen für die jeweiligen Phasen;
wobei jedes der PWM-Signale an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM- Wandler angelegt wird, um jeweils eine PWM-Steuerung oder Regelung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung aufweist:
eine Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Hochfrequenzdreiecksignals synchron zur Versorgungsspannungssinussignalphase;
eine Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines niederfrequenten Dreiecksignals synchron zur Versorgungsspannungssinussignalphase;
eine Dreiecksignalfrequenzeinstellvorrichtung zur Erzeugung eines Dreiecksignaleinstellsignals, zur Auswahl entweder des Hochfrequenzdreiecksignals oder des Niederfrequenzdreiecksignals auf der Grundlage der Versorgungsspannungssinussignalphase; und
eine Dreiecksignalschaltvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignaleinstellsignal empfängt, das Hochfrequenzdreiecksignal und das Niederfrequenzdreiecksignal, zur Erzeugung entweder des Hochfrequenzdreiecksignals oder des Niederfrequenzdreiecksignals, ausgewählt durch das Dreiecksignaleinstellsignal, als das Dreiecksignal.
3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung einen Dreiecksignalspeicher aufweist, um die Größe des Dreiecksignals als Funktion der Versorgungsspannungssinussignalphase zu steuern, und das Dreiecksignal synchron zu einer Versorgungswechselspannung erzeugt, auf der Grundlage der Versorgungsspannungssinussignalphase.
4. Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler, der mehrere einphasige PWM-Wandlereinheiten aufweist, wobei jede der einphasigen PWM-Wandlereinheiten mehrere Leistungsschaltvorrichtungen enthält, wobei der Wandler die einphasige Wechselspannung unter PWM-Steuerung oder PWM-Regelung in eine Gleichspannung umwandelt und die Gleichspannung ausgibt, und das Steuersystem aufweist:
mehrere Steuereinheitssysteme, die zum jeweiligen Steuern eines der einphasigen PWM-Wandlereinheiten vorgesehen sind; und jedes der Steuereinheitssysteme aufweist:
eine Wandlerbezugsspannungsbetriebsvorrichtung zur Eingabe eines Wandlergleichspannungsseiten Spannungsmomentanwertes, eines Wandlergleichspannungsseiten-Bezugsspannungswertes, eines Wandlerwechselspannungsseiten-Strommomentanwertes, einer Versorgungsspannung, und einer Versorgungsspannungssinussignalphase, und zur Erzeugung von Bezugsspannungen für jeweilige Phasen;
eine Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung zur Eingabe der Versorgungsspannungssinussignalphase und zur Erzeugung eines Dreiecksignals, so daß dann, wenn die Versorgungsspannungssinussignalphase in einer Phase liegt, in welcher die Größe eines Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes gering ist, die Frequenz des Dreiecksignals niedrig ist, und dann, wenn die Versorgungsspannungssinussignalphase in einer Phase liegt, in welcher die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes hoch ist, die Frequenz des Dreiecksignals hoch ist; und
eine Dreiecksignalvergleichsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignal und die Bezugsspannungen empfängt, um die Bezugsspannungen und das Dreiecksignal zu vergleichen, zur Erzeugung von PWM- Signalen für jeweilige Phasen;
wobei jedes der PWM-Signale an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in der einphasigen PWM- Wandlereinheit angelegt wird, um jeweils eine PWM- Steuerung der einphasigen PWM-Wandlereinheit durchzuführen;
und jedes der Dreiecksignale, die von der Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung erzeugt werden, gegenüber den anderen Dreiecksignalen phasenverschoben ist.
5. Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, der die einphasige Wechselspannung unter PWM-Steuerung oder PWM-Regelung in eine Gleichspannung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt, wobei das Steuersystem aufweist:
eine Wandlerbezugsspannungsbetriebsvorrichtung zur Eingabe eines Wandlergleichspannungsseiten- Spannungsmomentanwertes, eines Wandlergleichspannungsseiten-Bezugsspannungswertes, eines Wandlerwechselspannungsseiten-Strommomentanwertes, einer Versorgungsspannung, und einer Versorgungsspannungssinussignalphase, und zur Erzeugung von Bezugsspannungen für jeweilige Phasen und eines Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes;
eine Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die Versorgungsspannungssinussignalphase und den Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwert empfängt, zur Erzeugung eines Dreiecksignals, so daß dann, wenn die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten- Bezugsstromwertes gering ist, die Frequenz des Dreiecksignals niedrig ist, dann, wenn die Größe des Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes hoch ist, die Frequenz des Dreiecksignals hoch ist; und
eine Dreiecksignalvergleichsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignal und die Bezugsspannung empfängt, zum Vergleichen der Bezugsspannungen und des Dreiecksignals zur Erzeugung von PWM-Signalen für jeweilige Phasen;
wobei jedes der PWM-Signale an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM- Wandler für eine PWM-Steuerung und PWM-Regelung des einphasigen PWM-Wandlers angelegt wird.
6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung aufweist: eine Hochfrequenzdreiecksignalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Hochfrequenzdreiecksignals synchron zu der Versorgungsspannungssinussignalphase;
eine Niederfrequenzdreiecksignalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Niederfrequenzdreiecksignals synchron zu der Versorgungsspannungssinussignalphase;
eine Dreiecksignalfrequenzeinstellvorrichtung zur Erzeugung eines Dreiecksignaleinstellsignals zur Auswahl entweder des Hochfrequenzdreiecksignals oder des Niederfrequenzdreiecksignals auf der Grundlage des Wandlerwechselspannungsseiten-Bezugsstromwertes; und
eine Dreiecksignalschaltvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignaleinstellsignal empfängt, das Hochfrequenzdreiecksignal und das Niederfrequenzdreiecksignal, zur Erzeugung entweder des Hochfrequenzdreiecksignals oder des Niederfrequenzdreiecksignals, ausgewählt durch das Dreiecksignaleinstellsignal, als Dreiecksignal.
7. Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, welcher die einphasige Wechselspannung unter PWM- Steuerung oder PWM-Regelung in eine Gleichspannung umwandelt und die Gleichspannung ausgibt, wobei das Steuersystem aufweist:
eine Wandlerbezugsspannungsbetriebsvorrichtung zur Eingabe eines Wandlergleichspannungsseiten- Spannungsmomentanwertes, eines Wandlergleichspannungsseiten-Bezugsspannungswertes, eines Wandlerwechselspannungsseiten-Strommomentanwertes, einer Versorgungsspannung, und einer Versorgungsspannungssinussignalphase, und zur Erzeugung von Bezugsspannungen für jeweilige Phasen;
eine Dreiecksignalerzeugungsvorrichtung zur Eingabe der Versorgungsspannungssinussignalphase und zur Erzeugung eines Dreiecksignals mit konstanter Frequenz synchron zu der Versorgungsspannungssinussignalphase;
eine Bezugsspannungskorrekturvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die Bezugsspannungen und die Versorgungsspannungssinussignalphase empfängt, zur Korrektur der Bezugsspannungen auf der Grundlage der Versorgungsspannungssinussignalphase, um als Bezugsspannung korrigierte Werte für jeweilige Phasen zu erzeugen; und
eine Dreiecksignalvergleichsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das Dreiecksignal und die korrigierten Bezugsspannungswerte empfängt, um die korrigierten Bezugsspannungswerte und das Dreiecksignal zu vergleichen, zur Erzeugung von PWM-Signalen für jeweilige Phasen;
wobei jedes der PWM-Signale an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM- Wandler angelegt wird, um jeweils eine PWM-Steuerung oder PWM-Regelung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
8. Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, welcher die einphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung unter PWM-Steuerung oder PWM-Regelung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt, wobei das Steuersystem aufweist:
eine Gleichspannungssteuervorrichtung zur Eingabe eines Gleichspannungsmomentanwertes der Gleichspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers sowie eines Gleichspannungsbezugswertes, der vorher eingestellt wurde, zur Erzeugung einer ersten Amplitude eines Stroms an der Wechselspannungsseite des einphasigen PWM- Wandlers, so daß eine Abweichung zwischen dem Gleichspannungsmomentanwert und dem Gleichspannungsbezugswert klein wird;
eine Wandlerbezugsspannungsbetriebsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die erste Amplitude und die einphasige Wechselspannung empfängt, zur Erzeugung einer Wandlerbezugsspannung auf der Grundlage der ersten Amplitude und der einphasigen Wechselspannung, wobei die Wandlerbezugsspannung eine zweite Amplitude der Wandlerbezugsspannung und eine Phase der Wandlerbezugsspannung enthält, welche eine Phasendifferenz zwischen der Wandlerbezugsspannung und der einphasigen Wechselspannung darstellt; und
eine PWM-1-Impuls-Signalformerzeugungsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die Wandlerbezugsspannung empfängt, den Gleichspannungsmomentanwert und eine Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, zur Erzeugung von PWM-Signalen für jeweilige Phasen einer PWM-1-Impuls-Signalform, die mit der Phase der Wandlerbezugsspannung synchronisiert ist;
wobei die PWM-1-Impuls-Signalform einen Impuls jedes der PWM-Signale in einem Halbzyklus der einphasigen Wechselspannung enthält;
jedes der PWM-Signale mit einer dritten Amplitude einer Basisfrequenzkomponente des PWM-Signals gleich der zweiten Amplitude versehen ist; und
jedes der PWM-Signale an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM- Wandler angelegt wird, um jeweils eine PWM-Steuerung oder PWM-Regelung des einphasigen PWM-Wandlers vorzunehmen.
9. Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, welcher die einphasige Wechselspannung unter PWM- Steuerung oder PWM-Regelung in eine Gleichspannung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt, wobei ein Wechselrichter an die Gleichspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers als Last angeschlossen ist, und das Steuersystem aufweist:
eine Gleichspannungseinstellvorrichtung zur Eingabe einer Ausgangsfrequenz des Wechselrichters und einer vierten Amplitude der einphasigen Wechselspannung, und zur Erzeugung des Gleichspannungsbezugswertes, so daß dann, wenn die Ausgangsfrequenz niedrig ist, der Gleichspannungsbezugswert kleiner als die vierte Amplitude ist, und dann, wenn die Ausgangsfrequenz hoch ist, der Gleichspannungsbezugswert größer als die vierte Amplitude ist;
eine Gleichspannungssteuervorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie den Gleichspannungsbezugswert und einen Gleichspannungsmomentanwert empfängt, zur Erzeugung einer ersten Amplitude eines Stroms an der Wechselspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers, so daß eine Abweichung zwischen dem Gleichspannungsmomentanwert und dem Gleichspannungsbezugswert klein wird;
eine Wandlerbezugsspannungsbetriebsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die erste Amplitude, die einphasige Wechselspannung, eine Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, und einen Momentanwert eines Stroms an der Eingangsseite des einphasigen PWM- Wandlers empfängt, zur Erzeugung einer Wandlerbezugsspannung; und
eine Dreiecksignalvergleichsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die Wandlerbezugsspannung empfängt, den Gleichspannungsmomentanwert und die Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, zum Vergleichen der Wandlerbezugsspannung und eines Dreiecksignals mit konstanter Frequenz, welches mit der Sinussignalphase synchronisiert ist, und eine Amplitude aufweist, die durch den Gleichspannungsmomentanwert festgelegt wird, zur Erzeugung von PWM-Signalen für jeweilige Phasen;
wobei jedes der PWM-Signale an eine der Leistungsschaltvorrichtungen in dem einphasigen PWM- Wandler angelegt wird, um eine PWM-Steuerung oder PWM- Regelung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
10. Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselrichter an die Gleichspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers als Last angeschlossen ist;
und daß weiter eine Gleichspannungseinstellvorrichtung vorgesehen ist, zur Eingabe einer Ausgangsfrequenz des Wechselrichters und einer vierten Amplitude der einphasigen Wechselspannung, und zur Erzeugung des Gleichspannungsbezugswertes, so daß dann, wenn die Ausgangsfrequenz niedrig ist, der Gleichspannungsbezugswert kleiner ist als die vierte Amplitude, und dann, wenn die Ausgangsfrequenz hoch ist, der Gleichspannungsbezugswert größer als die vierte Amplitude ist; und
wobei der Gleichspannungsbezugswert, der so erzeugt wird, an die Gleichspannungssteuervorrichtung angelegt wird.
11. Steuersystem für einen einphasigen PWM-Wandler, der mehrere Leistungsschaltvorrichtungen aufweist, und in welchen eine einphasige Wechselspannung eingegeben wird, welcher die einphasige Wechselspannung unter PWM- Steuerung oder PWM-Regelung in eine Gleichspannung umwandelt, und die Gleichspannung ausgibt, wobei ein Wechselrichter als Last an die Gleichspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers angeschlossen ist, und das Steuersystem aufweist:
eine Gleichspannungseinstellvorrichtung zur Eingabe einer Ausgangsfrequenz des Wechselrichters und einer vierten Amplitude der einphasigen Wechselspannung, und zur Erzeugung des Gleichspannungsbezugswertes, so daß dann, wenn die Ausgangsfrequenz niedrig ist, der Gleichspannungsbezugswert kleiner ist als die vierte Amplitude, und dann, wenn die Ausgangsfrequenz hoch ist, der Gleichspannungsbezugswert größer als die vierte Amplitude ist;
eine Gleichspannungssteuervorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie den Gleichspannungsbezugswert und einen Gleichspannungsmomentanwert empfängt, zur Erzeugung einer ersten Amplitude eines Stroms an der Wechselspannungsseite des einphasigen PWM-Wandlers, so daß eine Abweichung zwischen dem Gleichspannungsmomentanwert und dem Gleichspannungsbezugswert klein wird;
eine Wandlerbezugsspannungsbetriebsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die erste Amplitude empfängt, die einphasige Wechselspannung, eine Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, und einen Momentanwert eines Stroms an der Eingangsseite des einphasigen PWM- Wandlers, zur Erzeugung einer ersten Wandlerbezugsspannung auf der Grundlage der ersten Amplitude und der einphasigen Wechselspannung, wobei die Wandlerbezugsspannung eine zweite Amplitude der Wandlerbezugsspannung und eine Phase der Wandlerbezugsspannung enthält, welche eine Phasendifferenz zwischen der Wandlerbezugsspannung und der einphasigen Wechselspannung darstellt, und zur Erzeugung einer zweiten Wandlerbezugsspannung auf der Grundlage der ersten Amplitude, der einphasigen Wechselspannung, der Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, und des Momentanwerts des Stroms an der Eingangsseite des einphasigen PWM-Wandlers; und
eine PWM-1-Impuls-Signalformerzeugungsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die erste Wandlerbezugsspannung empfängt, den Gleichspannungsmomentanwert und die Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, zur Erzeugung erster PWM- Signale für jeweilige Phasen einer PWM-1-Impuls- Signalform, die mit der Phase der ersten Wandlerbezugsspannung synchronisiert ist;
wobei die PWM-1-Impuls-Signalform einen Impuls jedes der ersten PWM-Signale in einem Halbzyklus der einphasigen Wechselspannung enthält;
und jedes der ersten PWM-Signale mit einer dritten Amplitude einer Basisfrequenzkomponente des ersten PWM- Signals gleich der zweiten Amplitude versorgt wird;
eine Dreiecksignalvergleichsvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die zweite Wandlerbezugsspannung empfängt, den Gleichspannungsmomentanwert und die Sinussignalphase der einphasigen Wechselspannung, zum Vergleichen der zweiten Wandlerbezugsspannung und eines Dreiecksignals mit konstanter Frequenz, welches mit der Sinussignalphase synchronisiert ist, und eine Amplitude aufweist, die durch den Gleichspannungsmomentanwert festgelegt wird, zur Erzeugung zweiter PWM-Signale für jeweilige Phasen;
eine Impulsmoduseinstellvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie die Wechselrichterausgangsfrequenz empfängt, zur Erzeugung eines ersten Impulsmoduseinstellsignals, welches den PWM-1-Impuls- Modus anzeigt, wenn die Wechselrichterausgangsfrequenz niedrig ist, und zur Erzeugung eines zweiten Impulsmoduseinstellsignals, welches einen Dreiecksignalvergleichsmodus anzeigt, wenn die Wechselrichterausgangsfrequenz hoch ist; und
eine Impulsmodusauswahlvorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das erste und das zweite Impulsmoduseinstellsignal empfängt, und das erste und zweite PWM-Signal, zur Erzeugung der ersten PWM-Signale, wenn das erste Impulsmoduseinstellsignal eingegeben wird, und zur Erzeugung der zweiten PWM-Signale, wenn das zweite Impulsmoduseinstellsignal eingegeben wird, und zur Ausgabe der ersten und zweiten PWM-Signale als PWM-Signale für jeweilige Phasen;
wobei jedes der PWM-Signale an eine der Leistungsschaltvorrichtungen an den einphasigen PWM- Wandler angelegt wird, um jeweils eine PWM-Steuerung oder PWM-Regelung des einphasigen PWM-Wandlers durchzuführen.
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