DE4224555C2

DE4224555C2 - Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung für einen Wechselrichter

Info

Publication number: DE4224555C2
Application number: DE4224555A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Mikami; Toshio Morohoshi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-07-25
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2012-07-25
Also published as: US5436819A; DE4224555A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgangsspannungsfehler- Kompensationsvorrichtung für einen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 (DE 33 10 816 A1).

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung zur Verwendung bei einer konventionellen Wechselrichter- Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung, wie sie beispielsweise in der JP 3-7071 A gezeigt ist. In dieser Figur wird von einem Wechselrichter-Hauptkreis 1, der aus Transistoren besteht, die in bekannter Weise in Brückenkon figuration geschaltet sind, ein Eingangsgleichstrom von einer Gleichstromversorgung 4 in einen Ausgangswechselstrom umge formt. Die Transistoren des Hauptkreises 1 sind in zwei Grup pen unterteilt, die nachstehend als Transistoren des oberen und des unteren Zweigs bezeichnet werden und die jeweilige Anteile des Wechselstroms liefern. Das Ausgangssignal des Hauptkreises 1 wird von einem Wechselstromfilter empfangen, das aus einer Drosselspule 2 und einem Kondensator 3 besteht, und dann zu einer Last 5 übertragen. Ein Stromdetektor 6 ist mit dem Wechselstromfilter reihengeschaltet und liefert eine Anzeige des Ausgangsstroms des Hauptkreises 1 an einen Ver gleicher 11.

Der Vergleicher 11 arbeitet als Polaritätsdiskriminierer, um die Polarität des vom Stromdetektor 6 detektierten Ausgangs stroms festzustellen. Der Vergleicher 11 liefert ein Si gnal zu einem Polaritätsumkehrkreis 13. Dieser Umkehrkreis 13 empfängt ferner ein Eingangssignal von einem Gleichspannungs sensor 12, der die Funktion hat, den Spannungspegel der Gleichstromversorgung 4 aufzunehmen.

Ein Referenz-Wechselspannungsgenerator 8 ist vorgesehen, um ein sinusförmiges Referenzsignal zu erzeugen. Ein Verstärker 9 verstärkt das Referenzsignal und liefert das resultierende Signal an einen Pulsdauermodulations- bzw. PDM-Kreis 10, der aus einem Vergleicher 10a und einem Dreieckwellengenerator 10b besteht, um eine Trägerwelle für die Ausgangsimpulsfolge vom PDM-Kreis 10 zu erzeugen. Das Ausgangssignal des PDM- Kreises 10 wird in bekannter Weise von einem Treiberkreis 7 genutzt, um den Wechselrichterhauptkreis 1 zu treiben.

Im Betrieb wird der Last 5 eine sinusförmige Ausgangsspannung zugeführt, wie sie an den Anschlüssen des Kondensators 3 ent sprechend dem steuernden Ausgangssignal des PDM-Kreises 10 erscheint. Das heißt, der Verstärker 9 und der PDM-Kreis 10 schalten alternierend die als Brückenschaltung ausgelegten Transistoren im Wechselrichter-Hauptkreis 1 um, so daß das Ausgangssignal des Hauptkreises 1 nach Filterung durch das Wechselstromfilter der sinusförmigen Referenzspannung ent spricht, die vom Referenz-Wechselspannungsgenerator 8 erzeugt wird.

Im Idealfall schalten die in Brückenschaltung ausgelegten Transistoren sofort um, wenn sie angesteuert werden. In der Praxis tritt jedoch eine gewisse Umschaltverzögerung zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand der Transistoren auf. So unter liegt der Hauptkreis 1 einem Kurzschlußzustand, der auftritt, wenn die Transistoren des oberen und des unteren Zweigs den Ein-Zustand haben. Dieser Kurzschlußzustand kann zu einem Stromstoß (Überstrom) führen, wodurch ein oder mehr Transi storen im Hauptkreis 1 beschädigt werden können.

Um eine Beschädigung durch Überstrom zu vermeiden, muß die Steuerschaltung beide Transistorzweige für einen bestimmten Zeitraum Tb in den Aus-Zustand schalten, um die Wechselrich ter-Ausgangsspannung zu unterbrechen. Dieser Zeitraum Tb ist als die Kurzschlußverhütungsperiode bekannt. Durch Schalten der Transistoren des Hauptkreises 1 in den Aus-Zustand wäh rend der Kurzschlußverhütungsperiode Tb führt die beim Um schalten zwischen den Treibersignalen der Fig. 11(b) und 11(c) und dem idealen PDM-Ausgangssignal nach Fig. 11(a) in härente Verzögerung nicht zu einer Überstrombeschädigung der Transistor-Brückenschaltung des Hauptkreises 1.

Die Kurzschlußverhütungsperiode Tb verhindert zwar erfolg reich das Auftreten einer Beschädigung durch Überstrom, aber durch das Abschalten der Hauptkreis-Transistoren wird eine Differenz zwischen dem Istwert der Wechselrichter-Ausgangs spannung und dem Idealwert dieser Spannung erzeugt. Diese Differenz in den Werten ist als der Spannungsfehler V be kannt. Denn wenn ein Strom vom Wechselrichter zu der Last fließt, ist die Ist-Ausgangsspannung (Fig. 11(e)) niedriger als die ideale Ausgangsspannung (Fig. 11(a)) aufgrund der Kurzschlußverhütungsperiode Tb (wobei die Differenz in Fig. 11(e) schraffiert gezeigt ist). Wenn umgekehrt ein Strom von der Last zum Wechselrichter fließt, ist die Ist-Ausgangsspan nung (Fig. 11(d)) höher als die ideale Ausgangsspannung aufgrund der Kurzschlußverhütungsperiode Tb (wie durch den schraffierten Bereich von Fig. 11(d) angedeutet ist). In beiden Fällen tritt ein Spannungsfehler auf, der zur Folge hat, daß die Ist-Spannung, die durch die Strich-Punkt-Linie in Fig. 12 angedeutet ist, von dem idealen sinusförmigen Spannungssignal gemäß der Strichlinie in Fig. 12 abweicht.

Der mittlere Spannungsfehler ist gleich einer zeitlich gemit telten Differenz zwischen dem Bereich der Ist-Wellenform der Wechselrichter-Ausgangsspannung und dem Bereich der idealen Wellenform dieser Ausgangsspannung. Der mittlere Spannungs fehler ist außerdem der Netzgleichspannung proportional. Während der Kurzschlußverhütungsperiode Tb ist der mittlere Spannungsfehler phasengleich mit dem Ausgangsstrom des Wechselrichters (als Vollinie in Fig. 12 gezeigt) und hat dazu entgegengesetzte Polarität.

Die Steuerschaltung von Fig. 10 kompensiert den Betrag des mittleren Spannungsfehlers, der in der Ausgangsspannung des Wechselrichter-Hauptkreises 1 auftritt, indem zuerst durch den Stromdetektor 6 der Wechselrichter-Ausgangsstrom detek tiert und dann durch den Vergleicher 11 die Polarität des Ausgangsstroms diskriminiert wird. Dann detektiert die Steuerschaltung den Spannungspegel der Gleichstromversorgung 4 unter Verwendung des Gleichspannungssensors 12 und liefert das Pegelsignal an den Polaritätsumkehrkreis 13. Dieser kehrt die Polarität des Pegelsignals vom Spannungssensor 12 um, wenn der Vergleicher 11 ein Ausgangssignal liefert, das an zeigt, daß der Ausgangsstrom des Hauptkreises 1 negative Po larität hat. Tatsächlich detektiert der Vergleicher 11 die Polarität des mittleren Spannungsfehlers, weil der Ausgangs strom zum mittleren Spannungsfehler entgegengesetzte Polari tät hat. Durch Detektieren der Polarität des mittleren Span nungsfehlers kann der Polaritätsumkehrkreis 13 ein Pegelsi gnal mit entgegengesetzter Polarität zum mittleren Spannungs fehler als ein Offset- oder Kompensations-Fehlersignal lie fern. Dieses Kompensations-Fehlersignal wird dem PDM-Kreis 10 zugeführt, um in den in der Ist-Ausgangsspannung des Wechsel richter-Hauptkreises 1 vorhandenen mittleren Spannungsfehler automatisch zu kompensieren.

Wie vorstehend gesagt, erfaßt die Steuerschaltung die Polarität des Wechselrichter-Ausgangsstroms durch Feststellen, ob die Richtung des Ausgangsstroms in bezug auf einen Nullstrom positiv oder negativ ist. Da der tatsächlich vom Wechselrichter gelieferte Strom Welligkeiten hat, wie Fig. 2B zeigt, tritt im Bereich des Nullstroms Rauschen auf. Somit kann die Erkennung der Polarität nicht präzise durchgeführt werden. Infolgedessen kann die Steuerschaltung mit der obigen Konstruktion keine vollständige Kompensation des mittleren Ausgangsspannungsfeh lers durchführen. Ein weiteres Problem, das bei der bekannten Steuerschaltung auftritt, liegt darin, daß durch Verzögerungen beim Schalten der Transistoren infolge von Erhöhungen oder Ver ringerungen des von dem Hauptkreis 1 der Last 5 zugeführten Stroms eine Fehlübereinstimmung zwischen einer Periode, in der die Transistoren des Hauptkreises tatsächlich ausgeschaltet sind, und der idealen Kurzschlußverhütungsperiode Tb bewirkt wird.

Aus der DE 33 10 816 A1 ist ein Verfahren zur Kompensation der Schalterschwellspannung bei einer Stromrichterschaltung be kannt, bei der zur Bildung der Steuerimpulse für einen auf einen Ausgang der Stromrichterschaltung arbeitenden Schalter eine Referenzspannung für die Spannung an diesem Ausgang vorge geben ist. Dabei wird zur Referenzspannung eine der Schwell spannung des verwendeten Schalters proportionale Zusatzspannung mit der Polarität des auf diesen Ausgang fließenden Stromes ad diert. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß durch die Schwellspannungen der verwendeten Schalter die Phase und der Betrag der Ausgangsspannung nicht verändert werden.

Dieses Verfahren hat jedoch ebenfalls den Nachteil, daß der tatsächliche Wert des Ausgangsstroms, der auch von einer Last abhängt, nicht berücksichtigt wird. Somit kann auch hier keine vollständige Kompensation des mittleren Ausgangsspannungs fehlers durchgeführt werden.

Aus der DE 39 01 034 C1 ist eine Wechselrichterschaltung be kannt, bei der zwei Halbleiterschaltelemente in Reihe zwischen dem positiven und dem negativen Pol einer Gleichstromquelle an geordnet sind. Jedes Halbleiterschaltelement benötigt eine be stimmte Ausschaltzeit, um nach Eintreffen eines Kommandos vom leitenden in den nicht-leitenden Zustand versetzt zu werden. Diese Ausschaltzeit erhöht das Kurzschlußrisiko zwischen den beiden Polen der Gleichstromquelle. Die Kurzschlußgefahr wird dadurch behoben, indem lediglich eines der beiden Halbleiter schaltelemente angesteuert wird, während das andere gesperrt bleibt. Damit kann zwar ein Kurzschluß der Gleichstromquelle verhindert werden, aber es ist nicht möglich, Ausgangsspannungsfehler des Wechselrichters zu kompensieren.

Ausgehend vom Stand der Technik gemäß der DE 33 10 816 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zur Kompensation des Ausgangsspannungsfehlers eines Wechselrichters bereitzustellen, bei der der tatsächliche Ausgangsstrom berücksichtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ausgangsspannungsfeh ler-Kompensationsvorrichtung für den Wechselrichter einen Schwellenwertkompensator zur Anpassung des Schwellenwerts auf weist, welcher abhängig von dem von dem Stromwertrechner be rechneten Ausgangsstrom ist, wobei der Ausgangsspannungsfehler des Wechselrichters abhängig vom Schwellenwert entweder durch die Polarität des erfaßten Stroms oder die Polarität des Span nungs-Sollwertes angepaßt wird, wobei dann der Schwellenwert abhängig von der Größe der Wechselrichter-Ausgangsspannung angepaßt wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Stromde tektor verwendet, um den Ausgangsstrom des Wechselrichterkrei ses zu detektieren. Eine Polaritäts-Diskriminiereinrichtung, die den detektierten Ausgangs strom empfängt, gibt einen Schwellenstromwert vor, der zum exakten Bestimmen der Polarität des Ausgangsstroms genutzt werden soll. Da der Ausgangspannungsfehler gleiche Phase, aber entgegengesetzte Polarität wie der Ausgangsstrom des Wechselrichters hat, kann eine exakte Erfassung des Ausgangs fehlers durch exakte Detektierung der Polarität des Ausgangs stroms erfolgen. Die Polarität des Ausgangsstroms wird da durch genau bestimmt, daß die Schwellenstromwerte höher als die Welligkeiten vorgegeben werden, die bei dem Nullstromwert auftreten.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kom pensiert eine Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrich tung den Ausgangsspannungsfehler durch Anwendung eines Kom pensationsfaktors, der der Zeitdauer entspricht, in der die Transistoren des oberen und des unteren Wechselrichterzweigs tatsächlich gleichzeitig ihren Aus-Zustand haben.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kompen siert eine Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung den Ausgangsspannungsfehler, indem der Spannungsabfall an den Schaltungsbauelementen des Wechselrichters berücksichtigt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kompen siert eine Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung den Ausgangsspannungsfehler durch Detektieren der Polarität entweder des Ausgangsstroms oder der -spannung.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung einer Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung zur Verwendung in einem Wechselrichter gemäß der Erfindung;

Fig. 2A Signalverläufe, die den Ausgangsstrom eines Wech selrichter-Hauptkreises gemäß der Erfindung zeigen;

Fig. 2B Signalverläufe, die den Ausgangsstrom eines bekann ten Wechselrichter-Hauptkreises zeigen;

Fig. 3 eine Beziehung zwischen einer Ausgangsfrequenz und einem Schwellenstromwert gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Operation eines Ausgangs frequenz/Spannung-Rechners gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das die Operation eines Strom polarität-Diskriminierers gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Betrieb einer Spannungs- Kompensationsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 7 Signalverläufe, die die Betriebszustände der Tran sistoren im oberen und unteren Zweig eines Wechsel richters gemäß der Erfindung zeigen;

Fig. 8 eine Beziehung zwischen der tatsächlichen Aus-Zeit der Transistoren des oberen und des unteren Zweigs und der idealen Kurzschlußverhütungsperiode;

Fig. 9 ein Flußdiagramm, das den Betrieb einer Spannungs- Kompensationsvorrichtung gemäß einem anderen Aus führungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 10 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer bekannten Steuerschaltung mit einer Ausgangsspannungs-Kom pensationsvorrichtung für einen Wechselrichter zeigt;

Fig. 11 Signalverläufe, die den Betrieb der Steuerschaltung von Fig. 10 zeigen;

Fig. 12 ein Strom- und Signalverlaufsdiagramm, das die Aus gangsstrom- und Ausgangsspannungsverläufe der Steuerschaltung von Fig. 10 zeigt;

Fig. 13 ein Wellenformdiagramm, das die Unterschiede zwi schen einem kleinen und einem normalen Wechselrich ter-Ausgangssignal zeigt;

Fig. 14 ein Blockschaltbild, das die Ausgangsspannungs fehler-Kompensationsvorrichtung gemäß einem wei teren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 15 ein Flußdiagramm, das den Betriebsablauf der Kom pensationsvorrichtung von Fig. 14 zeigt;

Fig. 16 ein Wellenformdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Ausgangstrom-Schwellengröße |I| und einer Konstanten k2 zeigt; und

Fig. 17 ein Wellenformdiagramm, das einen kompensierten Ausgangsstrom-Schwellenwert i' zeigt, der für ein kleines Wechselrichter-Ausgangssignal genutzt wird.

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung. Dabei ist ein Wechselrichter-Hauptkreis 20 vorgesehen, um Eingangs- Gleichstrom in Ausgangs-Wechselstrom umzuformen. Ein Umrich terkreis 21 formt Energie von der Wechselstromseite in Gleichstrom um zur Zuführung zu dem Wechselrichter-Hauptkreis 20 nach Glättung durch einen Kondensator 22. Die Transistoren des Hauptkreises 20, der den geglätteten Gleichstrom emp fängt, sind in zwei Gruppen aufgeteilt, die nachstehend als obere bzw. untere Transistoren UA bzw. LA (= Transistoren des oberen Zweigs bzw. Transistoren des unteren Zweigs) bezeich net werden, und liefern entsprechende Anteile des Wechsel stroms. Der Ausgangswert des Hauptkreises 20 wird zu einer Last übertragen, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Drehstrom-Asynchronmotor 23 ist. Bei alternativen Aus führungsbeispielen kann der Motor ein Einphasen- oder Mehr phasen-Motor sein. Ein Stromdetektor 24 ist mit dem Wechsel richter-Hauptkreis 20 reihengeschaltet und liefert eine An zeige des Ausgangsstroms des Hauptkreises 20 an einen Polari tätsdiskriminierer 26.

Der Polaritätsdiskriminierer 26 stellt die Polarität des vom Stromdetektor 24 detektierten Ausgangsstromtests. Der Polaritätsdiskriminierer 26 liefert ein Ausgangssignal an einen Spannungskompensator 27. Dieser empfängt außerdem ein Eingangssignal, das den Gleichspannungspegel des Kondensators 22 betrifft. Der Spannungskompensator 27 kompensiert eine vorberechnete Ausgangsspannung nach Maßgabe des Spannungsfeh lers, der aus der Gleichspannung des Umrichters 21 und dem Ausgangssignal des Polaritätsdiskriminierers 26 berechnet ist. Die vorberechnete Ausgangsspannung wird von einem Rech ner 25 ausgegeben, der die Ausgangsfrequenz und -spannung des Wechselrichter-Hauptkreises 20 auf der Basis eines externen Eingangsfrequenzbefehls berechnet. Der Rechner 25, der Pola ritätsdiskriminierer 26 und der Spannungskompensator 27 können gemeinsam in einem Mikroprozessor oder dergleichen implementiert sein.

Ein Impulsdauermodulator- bzw. PDM-Kreis 28 erzeugt PDM-Si gnale nach Maßgabe der kompensierten Ausgangsspannung. Die PDM-Signale werden von einem Kurzschlußverhütungsperioden- Generator 29 für den oberen und den unteren Zweig empfangen, der die Kurzschlußverhütungsperiode für den oberen und den unteren Zweig des Wechselrichter-Hauptkreises 20 nach Maßgabe des Ausgangssignals des PDM-Kreises vorgibt. Der PDM-Kreis 28 und der Kurzschlußverhütungsperioden-Generator 29 können durch ein Gate-Array oder dergleichen implementiert sein.

Im Betrieb wird das dem Gleichrichter 21 zugeführte Wechselstrom signal in ein Gleichstromsignal umgerichtet, vom Kondensator 22 geglättet und dem Wechselrichter-Hauptkreis 20 zugeführt, in dem die als Brücke geschalteten Transistoren UA, LA nach Maßgabe eines Treibersignals angesteuert werden, das von dem Kurzschlußverhütungsperioden-Generator 29 für den oberen und den unteren Zweig erzeugt wird. Die Transistoren werden so angesteuert, daß das Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal mit vorbestimmter Frequenz und Spannung gemäß der Berechnung im Rechner 25 umgeformt wird, das anschließend vom Spannungskom pensator 27 kompensiert wird. Das so erzeugte Signal wird dann dem Asynchronmotor 23 zugeführt.

Während des Betriebs wird der Ausgangsstrom des Wechselrich ter-Hauptkreises 20 von dem Stromdetektor 24 detektiert, und das Ausgangssignal des letzteren wird dem Strompolaritäts diskriminierer 26 zugeführt. Inzwischen empfängt der Rechner 25 gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 4 ein externes Frequenz befehlssignal (Schritt S41) und nutzt dessen repräsentativen Befehlswert als Ausgangsfrequenz (f_OUT) für den Wechselrich ter-Hauptkreis 20 (Schritt S42). Der Rechner 25 berechnet dann eine Ausgangsspannung (V_OUT) auf der Basis dieser Aus gangsfrequenz, so daß das Verhältnis von V_OUT/f_OUT konstant ist (Schritt S43). Mit steigendem Wert des Eingangsfrequenz befehls erhöht sich also die berechnete Ausgangsspannung. Nach Durchführung der Berechnung liefert der Rechner 26 die f_OUT-Information an den Polaritätsdiskriminierer 26 und liefert gleichzeitig V_OUT an den Spannungskompensator 27.

Gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 5 bestimmt der Strompolari tätsdiskriminierer 26 einen Schwellenwert Δi nach Empfang der positiven/negativen Information des Ausgangsstroms vom Strom detektor 24 (Schritt S51) und der Ausgangsfrequenzinformation f_OUT vom Rechner 25. Der Polaritätsdiskriminierer 26 bestimmt den Schwellenwert Δi auf der Basis einer Beziehung zu der Ausgangsfrequenz f_OUT, die in Fig. 3 gezeigt ist (Schritt S52). Der Polaritätsdiskriminierer 26 nutzt den so bestimmten Wert Δi, um Ausgangsstrom-Schwellenwerte a und b vorzugeben, die jeweils von einem Stromwert Null ausgehend erhöht bzw. verringert sind, wie Fig. 2A zeigt. Indem dieser Schwellen wert Δi größer als Welligkeiten im Ausgangsstrom je nach der Größe der Welligkeiten gemacht wird, kann die Auswirkung des Rauschens verhindert werden. Die Größe der Welligkeiten ändert sich mit einer Än derung der Ausgangsfrequenz. Insbesondere nimmt die Größe der Welligkeiten mit steigender Ausgangsfrequenz zu.

Dann wird vom Polaritätsdiskriminierer 26 abgefragt, ob der Ausgangsstromwert, der vom Stromdetektor 24 aufgenommen wur de, größer als der negative Schwellenwert b ist (Schritt S53). Wenn der Ausgangsstromwert kleiner ist, wird festge stellt, daß der Strom negative Polarität hat (Schritt S54). Wenn der Ausgangsstromwert größer als b ist, wird abgefragt, ob der Ausgangsstromwert größer als der positive Schwellen wert a ist (Schritt S55). Wenn der Ausgangsstromwert größer als a ist, wird festgestellt, daß der Strom positive Polari tät hat (Schritt S56). Wenn der Ausgangsstromwert zwischen den beiden Schwellenwerten a und b liegt, fragt der Polari tätsdiskriminierer 26 ab, ob der Ausgangsstrom ansteigt (Schritt S57). Wenn der Ausgangsstrom im Ansteigen begriffen ist, wird festgestellt, daß der Strom positive Polarität hat (Schritt S58). Umgekehrt wird bei im Abnehmen begriffenem Ausgangsstrom festgestellt, daß die Polarität des Stroms negativ ist (Schritt S59).

Gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 6 empfängt der Spannungskom pensator 27 zuerst die berechnete Ausgangsspannung V_OUT vom Rechner 25 (Schritt S61) und berechnet den Spannungsfehler ΔV aus der Kurzschlußverhütungsperiode Tb des oberen und des unteren Zweigs, die aufgrund des Wechselrichter-Hauptkreises 20, der Trägerfrequenz fc und der Gleichspannung V_DC vorge geben ist (Schritt S62), unter Anwendung der folgenden Gleichung:

ΔV = Tb × V_DC × fc (1)

Der Spannungskompensator 27 prüft dann die Polarität des Aus gangsstroms, d. h. das Ausgangssignal des Polaritätsdiskrimi nierers 26 (Schritt S63). Wie oben erläutert wurde, ist die Polarität des Ausgangsspannungsfehlers derjenigen des Aus gangsstroms entgegengesetzt. Durch Detektieren der Polarität des Ausgangsstroms kann also der Spannungskompensator die Polarität des Ausgangsspannungsfehlers, der in der Ist-Aus gangsspannung des Wechselrichter-Hauptkreises 20 enthalten ist, effektiv erkennen. Wenn der Ausgangsstrom positive Pola rität hat, kompensiert der Spannungskompensator 27 den Aus gangsspannungsfehler unter Verwendung einer Spannung V_OUT + ΔV als die Spannung (V'_OUT), die vom Wechselrichter- Hauptkreis 20 tatsächlich geliefert wird (Schritt S65).

Wenn der Ausgangsstrom negative Polarität hat, wird V_OUT - ΔV als die vom Wechselrichter-Hauptkreis 20 tatsächlich gelie ferte Spannung (V'_OUT) verwendet.

Nachdem der Spannungskompensator 27 den Ausgangsspannungsfeh ler in der oben beschriebenen Weise kompensiert hat, erzeugen und liefern der PDM-Kreis 28 und der Kurzschlußverhütungs perioden-Generator die Kurzschlußverhütungsperiode für den oberen/unteren Zweig nach Maßgabe des kompensierten Span nungswerts, so daß der Wechselrichter-Hauptkreis 20 im Mittel die vorbestimmte Spannung im positiven und negativen Bereich liefern kann (Schritt S66). Gemäß dem vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel kann also die Polarität des Ausgangsstroms eines Wechselrichters exakt detektiert werden, und zwar un geachtet vom Rauschen, das im Nullstrombereich aufgrund von Welligkeiten im Ausgangsstrom auftritt. Mit der exakten De tektierung der Polarität wird unter Anwendung dieses Ausfüh rungsbeispiels eine genaue Erfassung und Kompensation des Ausgangsspannungsfehlers erreicht.

Im Idealfall werden die Transistoren im Hauptkreis 20 zu Be ginn der vom Generator 29 gelieferten Kurzschlußverhütungs periode abgeschaltet. In der Praxis bewirken jedoch die in härenten zeitlichen Verzögerungen der Transistoren beim Um schalten vom Ein- in den Aus-Zustand während des Betriebs des Wechselrichter-Hauptkreises 20, die in Fig. 7 als T_ON und T_OFF gezeigt sind, eine Verschiebung der eigentlichen Kurz schlußverhütungsperiode, was in einer Änderung des Ist-Aus gangsspannungsfehlers resultiert. Um diesen Ist-Ausgangsspan nungsfehler richtig zu kompensieren, muß ferner die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Ein- und Aus-Vorgänge nicht gleichzeitig ausgeführt werden. Die Zeitdauer, in der die Transistoren sowohl des oberen als auch des unteren Zweigs tatsächlich ihre Aus-Zustände haben, kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Tb' = Tb - (T_ON - T_OFF) (2)

Die Beziehung zwischen den tatsächlichen und den vorgegebenen Kurzschlußverhütungsperioden kann durch einen Faktor k aus dem Diagramm von Fig. 8 und die folgende Gleichung repräsen tiert werden:

k = {Tb - (T_ON - T_OFF)}/Tb = Tb'/Tb (3)

Es ist zu beachten, daß die Werte für T_ON und T_OFF durch Messen der Transistoren im Hauptkreis 20 vor der Durchführung der Erfindung erhalten werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 wird die vom Wechselrichter-Hauptkreis 20 zu liefernde Ausgangs spannung V_OUT von dem Rechner 25 berechnet (Schritt S71). Der Spannungskompensator 27 berechnet dann den Ausgangsspannungs fehler ΔV unter Anwendung der obigen Gleichung (1) und kom pensiert den Ausgangsspannungfehler ΔV durch Verwendung des vorher berechneten Faktors k, wodurch der Ausgangsspannungs fehler entsprechend der Zeitdauer, in der die Transistoren des oberen und unteren Zweigs tatsächlich im Aus-Zustand sind, berechnet wird (Schritte S72 und S73). Dann prüft der Spannungskompensator 27 die Polarität des Ausgangsstroms (Schritt S74). Wenn der Ausgangsstrom positive Polarität hat, kompensiert der Spannungskompensator 27 den Ausgangsspan nungsfehler unter Verwendung einer Spannung V_OUT + ΔV als die tatsächlich vom Wechselrichter-Hauptkreis 20 auszugebende Spannung (V'_OUT) (Schritt S76).

Wenn der Ausgangsstrom negative Polarität hat, wird eine Spannung V_OUT - ΔV als die tatsächlich vom Wechselrichter- Hauptkreis 20 auszugebende Spannung (V'_OUT) verwendet (Schritt S75).

Nachdem der Spannungskompensator 27 die Ausgangsspannung in der oben beschriebenen Weise kompensiert hat, erzeugen und liefern der PDM-Kreis 28 und der Kurzschlußverhütungsperio den-Generator die Kurzschlußverhütungsperiode für den oberen/unteren Zweig nach Maßgabe des Kompensationsspan nungswerts, so daß der Wechselrichter-Hauptkreis 20 die vor bestimmte Spannung im positiven und negativen Bereich liefern kann (Schritt S77). Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbei spiel kompensiert also der Spannungskompensator 27 den Aus gangsspannungsfehler ΔV außerdem durch Verwendung des vorher berechneten Faktors k, so daß der Ausgangsspannungsfehler entsprechend der Zeitdauer berechnet wird, in der die Tran sistoren des oberen und unteren Zweigs tatsächlich ihren Aus- Zustand haben. Dann wird wie bei dem vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiel die Ausgangsspannung auf der Basis des Span nungsfehlers unter Berücksichtigung der Polarität des Aus gangsstroms kompensiert.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Spannung, die zur Kompensation des Ausgangsspannungsfehlers des Wech selrichter-Hauptkreises 20 verwendet wird, ein Wert sein, der die Spannungsabfälle an den Transistoren und Dioden D des oberen und unteren Zweigs des Hauptkreises 20 berücksichtigt. Es ist zu beachten, daß der Durchlaßspannungsabfall jedes Transistors und jeder Diode D durch Messen vor dem Betrieb der Erfindung vorbestimmt werden kann. Wenn also der Polari tätsdiskriminierer 26 feststellt, daß der Ausgangsstrom posi tiv ist und die Transistoren des oberen Zweigs des Hauptkrei ses 20 ihre Ein-Zustände haben, kann der Spannungskompensator 27 den Ausgangsspannungsfehler im Hinblick auf den Betrag der Spannung kompensieren, die den Ausgangsspannungsabfällen an den Transistoren des oberen Zweigs (V_Tr) und des untere Zweigs (V_D) zugeschrieben wird. Wenn der Ausgangsstrom posi tiv ist, fällt die Ausgangsspannung des Hauptkreises 20 um den Betrag des Spannungsabfalls an den Transistoren des obe ren Zweigs ab, wenn diese Transistoren ihre Ein-Zustände haben. Wenn die Transistoren des unteren Zweigs ihre Ein-Zu stände haben, fällt die Ausgangsspannung des Hauptkreises 20 um den Betrag des Spannungsabfalls an den Dioden D ab. Infol gedessen kompensiert der Spannungskompensator 27 den Aus gangsspannungsfehler durch Addition einer Spannung mit dem Betrag (V_Tr + V_D)/2 zu der Spannung V'_OUT. Eine ähnliche Kompensationsoperation wird bei negativem Ausgangsstrom ausgeführt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Ausgangsspannung des Wechselrichters gemäß einem Stromwert Δi kompensiert, d. h. die Polarität der Spannung wird in einem Bereich diskriminiert, in dem nahe einem Nullstrom Rauschen auftritt, und die Polarität des Stroms wird für einen Strom diskriminiert, der größer als der Schwellenwert Δi ist. Wenn jedoch beispielsweise die Kapazität eines Motors im Vergleich zu derjenigen des Wechselrichters zu klein, die Verdrahtung zu lang oder die Motortemperatur zu hoch ist, wird der Aus gangsstrom des Wechselrichters verringert (wie Fig. 13 zeigt). Infolgedessen nimmt das Rattern in Abhängigkeit von dem verringerten Ausgangsstrom des Wechselrichters ab. Daher ist die Verwendung von Δi gemäß der Definition in Fig. 3 zum Bestimmen der Polarität des Ausgangsstroms nicht mehr geeig net. Insbesondere überschreiten der Wert von Δi und die ent sprechenden Schwellenwerte a und b nahezu die Maxima und Minima des Ausgangsstroms, wie Fig. 13 zeigt. Infolgedessen tragen die Schwellenwerte nicht zur exakten Bestimmung des Ausgangsspannungsfehlers bei, so daß keine richtige Kompen sation durchgeführt werden kann.

Um diese Probleme zu überwinden, ist nach einem weiteren Aus führungsbeispiel ein Schwellenwertkompensator 32 vorgesehen, um einen Schwellenwert entsprechend der Größe des Ausgangs stroms, wie Fig. 14 zeigt, anzupassen und es ist ein Stromwertrechner 33 vorgesehen, um die Größe des vom Stromde tektor 24 detektierten Stroms zu berechnen. Der Schwellen wertkompensator 32 und der Stromwertrechner 33 können zu sammen mit einer Stromschwellenwert-Bestimmungseinheit 30 und einem Spannungsbefehl-Polaritätsdiskriminierer 31 gemeinsam in dem Mikroprozessor implementiert sein, der den Frequenz/ Spannungs-Rechner 25, den Polaritätsdiskriminierer 26 und den Spannungskompensator 27 bildet, wie oben beschrieben wurde.

Der Betrieb des Ausführungsbeispiels nach Fig. 14 wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 15 beschrieben. Der Wechselspannungseingang zum Gleichrichter 21 wird in eine Gleich spannung umgeformt, die dann vom Kondensator 22 geglättet und dem Wechselrichter-Hauptkreis 20 zugeführt wird. Im Haupt kreis 20 werden die in Brückenschaltung angeordneten Transi storen unter Steuerung eines Treibersignals getrieben, das von dem Kurzschlußverhütungsperioden-Generator 29 für den oberen/unteren Zweig erzeugt wird, so daß die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit vorbestimmter Frequenz und Span nung umgeformt wird, die dann dem Asynchronmotor 23 zugeführt wird.

Der Rechner 25 liefert einen Spannungsbefehl V_OUT, der vom Spannungskompensator 27 empfangen wird (Schritt S91). Der Spannungskompensator 27 berechnet dann einen Ausgangsspan nungsfehler ΔV (Schritt S92). Der vom Detektor 24 erfaßte Ausgangsstromwert wird zu einem Gleichstromwert umgeformt durch Umwandeln von Ständerkoordinaten in Läuferkoordinaten (d-q kartesische Koordinaten) nach Maßgabe der folgenden Gleichung (4):

wobei θ eine Spannungsphase bezeichnet. Die Größe des Gleich stromwerts wird nach Maßgabe der folgenden Gleichung (5) be stimmt:

Wenn die Größe des Ausgangsstroms kleiner als eine Referenz- Stromgröße |I_o| ist, wird ein Schwellenwert kompensiert durch Multiplikation des Referenz-Schwellenwerts Δio mit dem Koeffizienten k2 (der in Fig. 16 gegeben ist) nach Maßgabe der folgenden Gleichung:

Δi' = k₂ × Δio (6)

Es ist zu beachten, daß der Referenz-Schwellenwert Δio und die entsprechende Größe |I_o| beispielsweise aus der Beziehung des Ausgangsstroms zur Ausgangsfrequenz gemäß Fig. 3 abgelei tet werden können.

Die Stromschwellenwert-Bestimmungseinheit 30 fragt ab, ob der Absolutwert des Ausgangsstroms kleiner als der vorgegebene Schwellenwert Δi' ist (Schritt S95). Wenn der Absolutwert des Ausgangsstroms größer als der Schwellenwert festgestellt wird, werden die Ausgangssignale der Stromdetektoren 24 dem Polaritätsdiskriminierer 26 zugeführt, um die Polarität des Ausgangsstroms zu diskriminieren (Schritt S99). Wenn festge stellt wird, daß die Polarität des Ausgangsstroms positiv ist, wird der Spannungsfehler ΔV zu dem Spannungsbefehl V_OUT von dem Spannungskompensator 27 addiert, und das Additions resultat V'_OUT wird als eine Ist-Ausgangsspannung definiert, die von dem Hauptkreis 20 zu liefern ist (Schritt S100). Wenn dagegen festgestellt wird, daß der Ausgangsstrom negative Polarität hat, wird der Spannungsfehler ΔV von dem Spannungs befehl V_OUT subtrahiert, und das Subtraktionsresultat V'_OUT wird als eine Ist-Ausgangsspannung definiert (Schritt S101).

Wenn jedoch die Stromschwellenwert-Bestimmungseinheit 30 in Schritt S95 feststellt, daß der Absolutwert des Ausgangs stroms kleiner als der Schwellenwert Δi ist, wird die Pola rität des Ausgangsstroms ignoriert, und die Polarität des Spannungsbefehls V_OUT wird vom Spannungsbefehl-Polaritäts diskriminierer 32 diskriminiert (Schritt S96). Wenn festge stellt wird, daß der Spannungsbefehl positive Polarität hat, wird der Spannungsfehler ΔV zu dem Spannungsbefehl V_OUT vom Spannungskompensator 27 addiert, und das Additionsergebnis (V'_OUT) wird als eine Ist-Ausgangsspannung definiert (Schritt S98). Wenn dagegen festgestellt wird, daß der Spannungsbefehl negative Polarität hat, wird der Spannungsfehler ΔV von dem Spannungsbefehl (V_OUT) im Spannungskompensator 27 subtra hiert, und das Subtraktionsergebnis V'_OUT wird als die Ist- Ausgangsspannung definiert (Schritt S97).

Wenn der Absolutwert des Ausgangsstroms kleiner als der Schwellenwert ist, wie oben beschrieben wurde, d. h. wenn die Polarität des Ausgangsstroms nicht nahe einem Nullstrom ge prüft wird, wird das Rauschen des Stroms nahe Null ignoriert. Es kann weiter definiert werden, ob der Spannungsfehler addiert oder subtrahiert wird, und wenn der Ausgangsstrom klein ist, wird der Schwellenwert Δio kompensiert, wie in Fig. 17 gezeigt ist, um zu verhindern, daß irrtümlich eine Polaritätsdiskriminierung durchgeführt wird.

Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebene Erfindung eine Wechselrichter-Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrich tung angibt, die ausgelegt ist, um die Polarität des Aus gangsstroms des Wechselrichter-Hauptkreises exakt festzustellen, so daß eine richtige Kompensation des Spannungsfeh lers, der aus der Kurzschlußverhütungsperiode resultiert, gewährleistet ist.

Ferner ist ersichtlich, daß die Kompensationsvorrichtung nach der Erfindung die Kompensation auf der Basis des Spannungs fehlers durchführt, der in Abhängigkeit von der tatsächlich im Betrieb auftretenden Kurzschlußverhütungsperiode des Wech selrichter-Hauptkreises erzeugt wird, so daß eine präzisere Ausgangsspannung zur Verfügung gestellt wird.

Außerdem ist ersichtlich, daß die Kompensationsvorrichtung nach der Erfindung einen Spannungsfehler, der auf eine Kurz schlußverhütungsperiode des oberen/unteren Zweigs zurückgeht, kompensiert, indem entweder die Polarität eines Ausgangs stroms oder die Polarität eines Spannungsbefehls genutzt wird. Die Kompensationsvorrichtung paßt einen Schwel lenwert an, der zum Umschalten zwischen der Polaritätsdiskrimi nierung des Ausgangsstroms und derjenigen des Spannungsbe fehls je nach der Größe des Ausgangsbefehls verwendet wird, wodurch der Spannungsfehler richtig kompensiert wird.

Claims

1. Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung für einen Wechselrichter mit
einem Stromdetektor (24) zur Erfassung des Wechselrichter- Ausgangsstroms;
einem Strompolaritätsdiskriminierer (26) zur Feststellung der Polarität des vom Stromdetektor (24) erfaßten Wechselrichter- Ausgangsstroms;
einer Stromschwellenwert-Bestimmungseinheit (30), um zu bestimmen, ob der Wert des Ausgangsstroms größer oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist; gekennzeichnet durch
einen Spannungs-Sollwert-Polaritätsdiskriminierer (31) zur Feststellung der Polarität des Spannungs-Sollwertes und
einen Stromwertrechner (33) zur Berechnung der Größe des Ausgangsstroms aus dem vom Stromdetektor (24) erfaßten Aus gangsstrom;
einen Schwellenwertkompensator (32) zur Anpassung des Schwel lenwerts abhängig von dem vom Stromwertrechner (33) berechne ten Ausgangsstrom,
wobei der Ausgangsspannungsfehler des Wechselrichters (20) ab hängig vom Schwellenwert entweder durch die Polarität des er faßten Stroms oder die Polarität des Spannung-Sollwertes kompensiert wird, wobei dann der Schwellenwert abhängig von der Größe der Wechselrichter-Ausgangsspannung angepaßt wird.

2. Ausgangsspannungsfehler-Kompensationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwertkompensator (32) den Schwellenwert auch in Abhängigkeit von der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters anpassen kann und der Strompolaritätsdiskriminierer (26) den Schwellenwert höher setzt als die Welligkeiten, die in dem Ausgangsstrom des Wechselrichters auftreten.