DE4302282B4

DE4302282B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Inverters

Info

Publication number: DE4302282B4
Application number: DE4302282A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Miyazaki; Ben-Brahim Lazhar; Ryoichi Kurosawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1993-01-25
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: DE4302282A1; US5361197A; KR970004362B1; AU3195693A; AU651920B2; US5502633A; CA2087832A1; CA2087832C

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Inverters, der eine Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungsspannungen, die als die Differenzen zwischen den Phasenspannungen definiert sind, erzeugt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen entsprechend den Phasenspannungen;
Bestimmen einer Betriebsart des Inverters, ausgewählt aus (a) einer normalen Betriebsart, (b) einer Rechteck-Betriebsart und (c) einer Nullkorrektur-Betriebsart, in Antwort auf Werte und Vorzeichen der Spannungsreferenzsignale, wobei:
die normale Betriebsart bestimmt wird, wenn die Absolutwerte alle drei Spannungsreferenzsignale oberhalb eines vorgewählten, positiven Wertes liegen,
die Rechteck-Betriebsart bestimmt wird, wenn eine der folgenden Bedingungen vorliegt:
– die Absolutwerte von wenigstens zwei Spannungsreferenzsignalen sind kleiner als oder gleich groß wie der vorgewählte Wert, oder
– die Absolutwerte von wenigstens zwei Spannungsreferenzsignalen sind kleiner als oder gleich groß wie zweimal der vorgewählte Wert, und die Vorzeichen dieser wenigstens zwei Spannungsreferenzsignale sind unterschiedlich, und
– die Nullkorrektur-Betriebsart bestimmt...

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die bei einem über Pulsbreitenmodulation (PWM) gesteuerten Inverter zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom, einem über PWM gesteuerten Umformer zum Wandeln von Wechselstrom in Gleichstrom und ähnlichem angewendet werden kann.
Die DE 42 06 263 A1 (ältere Anmeldung) betrifft einen Stern- oder Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformer, der ausgelegt ist, um eine Dreipegel-Ausgangsspannung zu generieren und bei einem PWM-Gleichrichter bzw. bei einem PWM-Wechselrichter anwendbar ist.
Die JP 60229676 A offenbart einen PWM-Inverter, wobei ein Stromdetektor einen Laststrom erfasst, der in oder aus einem Induktionsmotor strömt, und seinen Ausgabe an einen Komparator liefert, der abhängig von der Polarität des Laststroms ein positives oder negatives Signal liefert. Ein Regler erzeugt ein rechteckiges Spannungskorrektursignal für den Komparator, wobei dieses Signal eine Amplitude hat, die dem Produkt aus Spannung und Zeit der ungesteuerten Spannungsperiode entspricht.
Ein über Pulsbreitenmodulation gesteuerter Inverter verwendet Schaltelemente vom selbstlöschenden Typ wie z.B. Vollsteuergatt(GTO)-Thyristoren.
Wie in 1 gezeigt, weist die Inverter-Steuervorrichtung eine Steuereinheit 300, einen Komparator 301 und einen Pulskorrektur-Schaltkreis 302 auf. Die Steuereinheit 300 gibt ein Spannungsreferenzsignal V* aus. Der Komparator 301 vergleicht das Spannungsreferenzsignal V* und Trägersignale V_CP und V_CN und gibt ein Ausgangssignal V_CMP aus. Der Pulskorrektur-Schaltkreis 302 korrigiert das Ausgangssignal V_CMP von dem Vergleicher 301 und gibt ein Gatesignal (Torsignal) V_G aus. Diese Gatesignale werden verwendet, um die Schaltelemente, z.B. GTOs, in dem Inverter zu steuern, was im Stand der Technik wohl bekannt ist, vergleiche z.B. 13.
Wie in 2 gezeigt, wirkt der Pulsbreitenkorrektur-Schaltkreis 302, um das Ausgangssignal V_CMP zu korrigieren, wenn die Breite des Ausgangssignals V_CMP gleich oder kleiner ist als eine minimale EIN-Pulsbreite T₀ (d.h., der Absolutwert des Spannungsreferenzsignals V* ist gleich oder kleiner als ein minimaler Spannungsreferenzwert ± V_min). Als Ergebnis ist die minimale Breite des Gatesignals V_G nicht geringer als die minimale EIN-Pulsbreite T₀.
Die Steuervorrichtung kann jedoch die Ausgangsspannung nicht im Bereich niedriger Spannungen steuern, weshalb dieser Bereich auch als unkontrollierter Bereich bezeichnet werden kann. Mit dem Bereich niedriger Spannungen ist ein Bereich gemeint, in dem die Breite des Ausgangssignals V_CMP gleich oder geringer ist als die minimale EIN-Pulsbreite T₀. Um einen Puls zu vermeiden, der kürzer ist als die minimale EIN-Zeit, lehrt der Stand der Technik eine Modifikation des Komparatorsignals V_CMP, um so ein Gatesignal V_G mit konstanter Pulsbreite in dem unkontrollierten Bereich zu erzeugen. Das Verwenden eines Gatepulses mit fester Breite bedeutet jedoch, dass die Breite der Phasenspannung des Inverters nicht variabel gesteuert werden kann, was wünschenswert ist, um so den Inverter durch den gesamten Spannungsbereich, einschließlich des Bereichs niedriger Spannungen, zu steuern. Das Steuersystem gemäß dem Stand der Technik ist somit instabil und wegen des unkontrollierbaren Bereichs nur mit Schwierigkeiten genau zu steuern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Inverters zu schaffen, der eine sinusförmige Spannung für alle Ausgangsspannungen ausgeben kann und nicht den Nachteil des Standes der Technik zeigt, nämlich das Auftreten eines unkontrollierten Bereichs. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, die Pulsbreiten von Spannungsreferenzsignalen so zu steuern, dass sie größer sind als die minimalen EIN-Pulsbreiten und die minimalen AUS-Pulsbreiten der Schaltelemente des Inverters, um die obigen Nachteile zu überwinden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Inverters gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Inverter-Steuervorrichtung für einen Inverter gemäß Anspruch 7 bereitgestellt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher beschrieben:
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Struktur einer Inverter-Steuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt;
2 veranschaulicht Kurvenformen aus dem Stand der Technik und zeigt die Beziehung zwischen einem Spannungsreferenzsignal V*, Trägersignalen V_CP und V_CN, einer minimalen EIN-Pulsbreite T₀, einem minimalen Spannungsreferenzwert ± V_min, einem Ausgangssignal V_CMP und einem Gatesignal V_G;
3 ist ein schematisches Blockdiagramm und zeigt die Struktur eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
4 ist ein Flussdiagramm, das veranschaulicht, wie eine normale Betriebsart, eine Rechteck-Betriebsart oder eine Nullkorrektur-Betriebsart in einem Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bestimmt werden;
5(a) bis 5(c) sind Flussdiagramme, die die Arbeitsweise der normalen Betriebsart, der Rechteck-Betriebsart oder der Nullkorrektur-Betriebsart des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulichen;
6 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das die Arbeitsweise während einer Rechteck-Betriebsart des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
7 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das die Arbeitsweise während einer Nullkorrektur-Betriebsart des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
9 ist ein Flussdiagramm, das veranschaulicht, wie das Schalttiming eines Schalttimingauswahl-Schaltkreises des ersten Ausführungsbeispiels ausgewählt wird;
10 ist ein Schaltbild, das einen Schalttiming-Schaltkreis des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
11(a) bis 11(e) sind Diagramme, die ein Schalttiming eines neuen Spannungsreferenzsignals V** (V** entspricht V_U**, V_V** und V_W**) des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulichen;
12 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das die Arbeitsweise zeigt, bei der ein Spannungsreferenzsignal einer Phase nahe dem positiven oder negativen Maximalwert korrigiert wird, um einen Nullwert in einer Rechteck-Betriebsart des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung anzunehmen;
13 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptschaltkreis eines neutralpunktgeklemmten Dreiphasen-Inverters zeigt;
14 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein viertes Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
15 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein fünftes Ausführungsbeispiel zeigt;
16 ist ein Flussdiagramm, das ein sechstes Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
17 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm in einer Rechteck-Betriebsart, das das sechste Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
18 ist ein Flussdiagramm, das ein siebtes Ausführungsbeispiel zeigt;
19 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm in einer Rechteck-Betriebsart, das das siebte Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
20 ist eine schematische Ansicht, die das achte und das neunte Ausführungsbeispiel zeigt;
21 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise eines Betriebsartentscheidungs-Schaltkreises des achten und des neunten Ausführungsbeispiels darstellt;
22 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das Spannungsreferenzsignale, Leitungsspannungen und Phasenspannungen des achten Ausführungsbeispiels darstellt; und
23 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das Spannungsreferenzsignale, Leitungsspannungen und Phasenspannungen des neunten Ausführungsbeispiels darstellt.
3 zeigt die Hardwarestruktur in einer Inverter-Steuervorrichtung, die PWM-Steuerung verwendet, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Eine Steuereinheit 1 gibt Spannungsreferenzsignale V* (die V_U*, V_V* und V_W* repräsentieren) für drei Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) aus und steuert einen Inverter (der z.B. bei einer Geschwindigkeitssteuerung für einen Motor verwendet wird). Ein Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 entscheidet, welche Betriebsart, ausgewählt aus einer normalen Betriebsart, einer Rechteck-Betriebsart oder einer Nullkorrektur-Betriebsart, gemäß dem in 4 gezeigten Algorithmus wirksam ist, wenn die Spannungsreferenzsignale ausgegeben werden. Wenn alle Spannungsreferenzsignale größer sind als ein minimaler Spannungsreferenzwert V_min, wird die normale Betriebsart ausgewählt. Wenn wenigstens zwei Spannungsreferenzsignale (V_U* und V_V*, V_V* und V_w*, V_U* und V_W*) gleich groß wie oder kleiner als der minimale Spannungsreferenzwert V_min sind, wird die Rechteck-Betriebsart ausgewählt. Auch wenn drei Spannungsreferenz-Signale doppelt so groß sind wie der minimale Spannungsreferenzwert V_min oder weniger groß sind, oder wenn zwei Spannungsreferenzsignale doppelt so groß sind wie der minimale Spannungsreferenzwert V_min oder weniger groß sind und die beiden Spannungsreferenzsignale entgegengesetztes Vorzeichen haben, wird die Rechteck-Betriebsart ausgewählt. Wenn ein Spannungsreferenzsignal gleich groß wie oder kleiner als der minimale Spannungsreferenzwert V_min ist und die anderen doppelt so groß wie der minimale Spannungsreferenzwert V_min oder weniger groß sind und das zu dem minimalen Spannungsreferenzwert V_min entgegengesetzte Vorzeichen haben, wird die Nullkorrektur-Betriebsart ausgewählt.
Ferner wählt der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 unter den in den 5(a) bis 5(c) gezeigten detaillierten Betriebsarten (Betriebsart = 0 ~ ± 6) aus, nachdem eine der drei Betriebsarten (normale Betriebsart, Rechteck-Betriebsart und Nullkorrektur-Betriebsart) ausgewählt worden ist. Im Falle der normalen Betriebsart wird die mit "Betriebsart = 0" bezeichnete Betriebsart automatisch ausgewählt, wie in 5(a) gezeigt. Im Fall der Rechteck-Betriebsart werden alle Spannungsreferenzsignale miteinander multipliziert, und es wird ein Signal PNFLG erhalten, siehe 5(b). Das Signal PNFLG hat ein Vorzeichen (d.h. ein positives Vorzeichen oder ein negatives Vorzeichen), das sich etwa alle 60° in Phase mit den Spannungsreferenzsignalen ändert. Wenn das Signal PNFLG positiv ist, d.h., wenn ein Spannungsreferenzsignal positiv ist und die anderen negativ sind, wird das Spannungsreferenzsignal ausgewählt, das den positiven Maximalwert der drei hat. Wenn das ausgewählte Spannungsreferenzsignal V_u* ist, wird die Betriebsart "Betriebsart = –1" gesetzt. Wenn ferner das ausgewählte Spannungsreferenzsignal V_v* oder V_w* ist, wird die Betriebsart auf "Betriebsart = –2" bzw. "Betriebsart = –3" gesetzt. Wenn das Signal PNFLG negativ ist, wird das Spannungsreferenzsignal ausgewählt, das den größten negativen Wert der drei hat. Wenn dann das ausgewählte Spannungsreferenzsignal V_u*, V_v* oder V_w* ist, wird die Betriebsart auf "Betriebsart = 1, "Betriebsart = 2" bzw. "Betriebsart = 3" gesetzt.
Im Falle der Nullkorrektur-Betriebsart wird, weil nur ein Spannungsreferenzsignal gleich groß oder kleiner als der minimale Spannungsreferenzwert V_min ist, die Betriebsart "Betriebsart = ± 4" bis "Betriebsart = ± 6" ausgewählt, je nach dem entsprechenden Spannungsreferenzsignal und seiner Polarität, wie in 5(c) gezeigt.
Ein Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 korrigiert die Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* gemäß der Betriebsart (d.h. normale Betriebsart, Rechteck-Betriebsart oder Nullkorrektur-Betriebsart) und gibt neue Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** aus.
Die Korrektur wird im Folgenden beschrieben.
(a) Im Falle der normalen Betriebsart:
Der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 wählt "Betriebsart = 0" und gibt die vorherigen Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* als die neuen Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** aus. VU* = VU** (1) VV* = VV** (2) VW* = VW** (3)
(b) Im Falle der Rechteck-Betriebsart:
Der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 wählt "Betriebsart = ± 1" bis "Betriebsart ± 3" und legt das Spannungsreferenzsignal V*, das den größten Wert der drei Signale (d.h. V_U*, V_V* und V_W*) hat, auf den minimalen Spannungsreferenzwert V_min fest, der die entgegengesetzte Polarität in Bezug auf die des ausgewählten Spannungsreferenzsignals mit dem größten Wert hat (oder auf die Spannung Null in dem Ausführungsbeispiel aus 12). Zusätzlich verschiebt der Schaltkreis 2 die anderen Spannungsreferenzsignale ohne Änderung der Leitungsspannung der anderen Phasen und gibt das festgelegte und die verschobenen Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** aus.
Wenn z.B. das Spannungsreferenzsignal V_U* das größte der drei und positiv ist, wird jedes Spannungsreferenzsignal wie folgt korrigiert. VU** = – Vmin (4) VV** = – Vmin – (VU* – VV*) (5) VW** = – Vmin – (VU* – VW*) (6)
Wenn das Spannungsreferenzsignal V_U* das größte der drei und negativ ist, wird jedes der Spannungsreferenzsignale wie folgt korrigiert. VU** = Vmin (7) VV** = Vmin – (VU* – VV*) (8) VW** = Vmin – (VU* – VW*) (9)
Die Kurvenformen beim Ablauf der Rechteck-Betriebsart sind in 6 gezeigt.
In 6 zeigen V_U, V_V und V_W Phasenspannungen (siehe z.B. 13) an, und V_UV, V_VW und V_WU zeigen jeweils Leitungsspannungen an, wobei VUV = VU – VV VVW = VV – VW und VWU = VW – VU.
Wie in 6 gezeigt, wird die Betriebsart nach jeweils etwa 60° in Phase gewechselt, und das Spannungsreferenzsignal, das den größten Wert der drei Signale (d.h. V_U*, V_V* und V_W*) hat, wird in jeder Betriebsart auf den minimalen Spannungsreferenzwert V_min festgelegt, der die entgegengesetzte Polarität wie das Spannungsreferenzsignal mit dem größten Wert hat. Die Verwendung der Formeln (1) bis (9) führt zu dem Ergebnis, dass alle drei der Spannungsreferenzsignale so verschoben werden, dass sich der Wert der Leitungsspannungen nicht gegenüber dem vorhergehenden Wert ändert, z.B. dem Wert, der sich unter Verwendung von V* anstelle von V** als Referenzspannung ergeben hätte. Wie bekannt ist, ist eine nicht vorkommende Änderung in der Leitungsspannung äquivalent zu der Bedingung, dass die Summe der Breiten der Leitungsspannungspulse während jedes Zyklus (z.B. Betriebsart) dieselbe ist, wenn entweder V* oder V** als Referenz verwendet wird. Durch Steuern der Leitungsspannung des Inverters kann man die Ausgangsspannung des Inverters wie gewünscht steuern.
In der Rechteck-Betriebsart ändern sich alle drei Phasen einmal etwa alle 60° nach positiv oder negativ. Folglich wird diese Betriebsart "60°-Konversionsverfahren" genannt.
(c) Im Falle der Nullkorrektur-Betriebsart:
Der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 wählt "Betriebsart = ± 4" bis "Betriebsart = ± 6" und ändert das Spannungsreferenzsignal von V* nach V**, wobei V** auf den minimalen Spannungsreferenzwert V_min gesetzt wird, wenn die Spannungsreferenzphase V* andernfalls den Nullspannungspunkt überschritten haben würde.
Ferner verschiebt der Schaltkreis 2 die anderen Spannungsreferenzsignale so, dass die Leitungsspannung entsprechend den anderen Spannungsreferenzsignalen nicht gegenüber dem vorhergehenden Wert geändert wird.
Wenn z.B. das Spannungsreferenzsignal V_U* den Nullpunkt von der positiven Seite zur negativen Seite überschreitet, wird jedes Spannungsreferenzsignal wie folgt korrigiert. VU** = Vmin (10) VV** = Vmin – (VU* – VV*) (11) VW** = Vmin – (VU* – VW*) (12)
Wenn das Spannungsreferenzsignal V_U* den Nullpunkt von der negativen Seite auf die positive Seite zu überschreitet, wird jedes Spannungsreferenzsignal wie folgt korrigiert. VU** = – Vmin (13) VV** = – Vmin – (VU* – VV*) (14) VW** = – Vmin – (VU* – VW*) (15)
Die Kurvenformen während des Ablaufs der Nullkorrektur-Betriebsart sind in 7 gezeigt.
Eine erste Datenverriegelungsschaltung 7 speichert die Ausgaben V_U**, V_V** und V_W** von dem Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 über den normalerweise geschlossenen Schalter SW1. Ein Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 wählt eine der vier in 8 gezeigten Umformzeitfolgen 0X, 1X, 2X und 3X gemäß den Ausgaben V_U**, V_V** und V_W** von dem Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 und den vorherigen Ausgaben V_U**, V_V** und V_W** aus, die in der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 gespeichert sind und von der Schaltung 7 ausgegeben werden. Der normalerweise offene Schalter SW2 verbindet den Ausgang der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 mit ihrem Eingang und ebenso mit einer zweiten Datenverriegelungsschaltung 8.
Ein Timing- und Trägervergleichs-Schaltkreis 5 entscheidet, ob der Inhalt der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 auf den neuesten Stand gebracht werden soll oder nicht.
Ein Schalttiming-Schaltkreis 6 klinkt die Ausgabe der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 (die z.B. ein Flip-Flop sein kann) gemäß dem Zeitablaufschema ein, das von dem Schalttiming-Auswahlschaltkreis 4 ausgewählt ist. Ein Komparator 9 vergleicht die Ausgabe von der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 und den Träger und gibt ein Gatesignal aus.
Die Steuereinheit 1, der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2, der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3, der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4, der Timing- und Trägervergleichs-Schaltkreis 5 und die Datenverriegelungsschaltung 7 können in einem Datenprozessor implementiert sein, wie z.B. in einem durch Software programmierten Mikroprozessor. Diese Elemente können daher als CPU 10 ausgewiesen werden.
Das Laden der Daten in die CPU 10, d.h. die Dateneingabe in die Steuereinheit 1, wird an der Unterseite (0X) und an der Oberseite (2X) des positiven Seitenträgers durchgeführt. Die Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* werden von der Steuereinheit 1 ausgegeben. Die Dateneingabe liefert Timing- und Phaseninformation für die Erzeugung der sinusförmigen Referenzspannungssignale V* per Software.
Das Schalttimingsignal TChgX wird als 2-Bit-Datensatz (d.h. 0X = 00, 1X = 01, 2X = 10 und 3X = 11) von dem Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 ausgegeben. Das Spannungsreferenzsignal V** (k) zeigt ein Signal an, das zu dieser Zeit ausgegeben wird, und das vorhergehende Spannungsreferenzsignal V**(k-l) zeigt ein Signal an, das zu der unmittelbar vorhergehenden Zeit ausgegeben wird.
Der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 wählt ein Schalttimingsignal TChgX (d.h. 0X bis 3X) entsprechend dem Spannungsreferenzsignal V** (k) und dem vorhergehenden Spannungsreferenzsignal V** (k-l) gemäß dem in 9 gezeigten Flussdiagramm aus. Das Flussdiagramm aus 9 trifft für Referenzspannungssignalübergänge von positiv nach negativ oder umgekehrt zu, was angesichts von 11(a) und der nachfolgenden Beschreibung deutlich werden wird. In 9 wird im Schritt S1 der gegenwärtige oder vorliegende Wert von V** mit Null verglichen, und wenn er größer ist als Null oder gleich Null ist, schreitet das Programm zum Schritt S2 vor, wobei der vorhergehende Wert von V** mit Null verglichen wird. Wenn dieser vorhergehende Wert auch größer ist als Null oder gleich Null ist, setzt der Schalttimingauswahl-Schalt kreis 4 den Wert von TChgX auf 0X = 00, was dem Punkt 0a in 8 entspricht. Wenn im Schritt S2 der vorhergehende Wert von V** negativ ist, geht das Programm zum Schritt S4 weiter, wo der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 den Wert von TChgX auf 1X = 01 setzt, was dem Punkt 1a in 8 entspricht. Wenn im Schritt S1 der gegenwärtige Wert von V** negativ ist, geht das Programm zum Schritt S5 weiter, wo der vorhergehende Wert von V** mit Null verglichen wird. Wenn dieser vorhergehende Wert größer als Null oder gleich Null ist, geht das Programm zum Schritt S6 weiter, wo der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 den Wert von TChgX auf 3X = 11 setzt, was dem Punkt 3a in 8 entspricht. Wenn im Schritt S5 der vorhergehende Wert von V** negativ ist, geht das Programm zum Schritt S7 weiter, wo der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 den Wert von TChgX auf 2X = 10 setzt, was dem Punkt 2a in 8 entspricht. In der normalen Anwendung des Algorithmus aus 9 geht das Programm für einen Übergang von negativ auf positiv (siehe 11(a)) gemäß den Schritten S1, S2, S4 oder für einen Übergang von positiv nach negativ (siehe 11(b)) gemäß den Schritten S1, S5, S6 vor.
Wie in 10 gezeigt, vergleicht der Schalttiming-Schaltkreis 6 das Schalttimingsignal TChgX 91, das aus zwei Bits besteht, und das Trägerphasensignal 92, das aus zwei Bits besteht. Das Trägerphasensignal 92 kann durch Teilen des Trägersignals in vier gleiche Teile und Kennzeichnen (Unterscheiden) der Phasenbereiche von "0X" bis "3X" erhalten werden, wie in 8 gezeigt. Der Vergleich wird unter Verwendung von XOR-Schaltungen 93 und 95, NOR-Schaltungen 94 und 96 und einer OR-Schaltung 98 durchgeführt. Ein Diskriminierungssignal 90 wird verwendet, um abhängig davon, ob es gewünscht ist, zwischen dem 0X- und dem 2X-Timingzustand zu unterscheiden oder nicht, die NOR-Schaltung 94 zu konditionieren. Wenn kein Bedarf besteht, zwischen 0X und 2X zu unterscheiden, wird das Diskriminierungssignal 90 auf 0 gesetzt, und wenn es gewünscht ist zu unterscheiden, dann wird das Signal 90 auf 1 gesetzt.
In 10 bezeichnet L eine niedrigere Stelle und H eine höhere Stelle. Die XOR-Schaltung 93 vergleicht die niedrigen Bits des Trägersignals und des TChgX-Signals und gibt ein logisches Signal 0 aus, wenn diese gleich sind. Die Ausgabe der XOR-Schaltung 93 wird der NOR-Schaltung 94 zugeführt, die ebenso durch das Diskriminierungssignal 90 und das niedrige Trägerbit konditioniert wird. Wenn es nicht gewünscht ist, zwischen dem 0X- und dem 2X-Timing zu unterscheiden (Diskriminierungssignal = 0), gibt die NOR-Schaltung 94 eine logische 0 aus, wenn die niedrigen Bits des TChgX-Signals und des Trägers beide logisch 0 sind, z.B. wenn das Timing entweder 0X oder 2X ist. Wenn das Diskriminierungssignal auf 1 gesetzt ist, ist die Ausgabe der NOR-Schaltung 94 niemals logisch 1, und das Timing wird von den Schaltungen 93, 95 und 96 gesteuert. Die Eingaben an die NOR-Schaltung 96 sind nur beide logisch 0, wenn sowohl die oberen als auch die unteren Bits von TChgX und des Trägers einander gleich sind, und die NOR-Schaltung 96 gibt nur dann eine logische 1 aus, wenn das Timing von TChgX und des Trägers exakt gleich sind. Wenn diese beiden Signale einander gleich sind, wird von dem Schalttiming-Schaltkreis 6 ein Taktsignal erzeugt, das das Einklinken der Ausgabedaten der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 ermöglicht.
Die bevorzugte Arbeitsweise ist in den 11(a) und 11(b) veranschaulicht. Wie an diesen Figuren zu sehen ist, ändert sich das Schalttiming zu einem Timing 0X oder 2X, wenn sich die Polarität des Spannungsreferenzsignals nicht ändert. Wenn die Polarität des Spannungsreferenzsignals wechselt, ändert sich das Schalttiming bei einem Timing 1X oder 3X. In diesem Fall wird als das Diskriminierungssignal 90 in 10 eine Null gesetzt, und somit werden das Timing 0X und das Timing 2X nicht unterschieden. Auch schaltet das Schalttiming nicht um, wenn die Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** Träger V_CP und V_CN kreuzen.
Um keine Änderung in dem Spannungsreferenzsignal zu bewirken, ist der normalerweise geschlossene Schalter SW1 geöffnet und der normalerweise offene Schalter SW2 geschlossen. Auf diese Weise wird der vorhergehende Wert des Spannungsreferenzsignals, der in der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 gespeichert ist, an den Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 ausgegeben und über den Schalter SW2 auf den Eingang der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 gegeben. Das neu berechnete Spannungsreferenzsignal wird nur zu dem Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 geschickt, aber wird nicht der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 zugeführt, weil der Schalter SW1 offen ist. Somit wird der vorhergehende Wert des Spannungsreferenzsignals wiederum bei dem Timing 1X und dem Timing 3X verwendet, solange sich die Polarität des Spannungsreferenzsignals nicht ändert. Beim Timing 0X und beim Timing 2X wird jedoch der neue Wert des Spannungsreferenzsignals benutzt, weil nun der Schalter SW1 geschlossen und der Schalter SW2 geöffnet ist. In diesem Fall wird der neue Wert des Spannungsreferenzsignals der ersten Datenverriegelungsschaltung 7, dem Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 und der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 zugeführt. Die Ausgabe der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 wird nun nur dem Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 zugeführt, und seinem Eingang wird der neue Wert des Spannungsreferenzsignals zugeführt. Somit ändert sich in diesem Fall der Wert des Spannungsreferenzsignals, wie in den 11(a) und 11(b) gezeigt.
Wenn das Schalttiming immer auf das Timing 0X und das Timing 2X, oder das Timing 1X und das Timing 3X, festgelegt wäre, würden die Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** die Träger V_CP und V_CN kreuzen und Pulse mit Breiten, die geringer sind als eine minimale EIN-Pulsbreite, würden zu der Zeit erzeugt, wenn die Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** erzeugt werden, wie in den 11(c) und 11(d) gezeigt. Das Timing gibt ein Gebiet an, das nahe einer Spannung von Null oder einem Bereich hoher Spannung ist. Dieses Schalttiming wird daher nicht durchgeführt, weil es zu demselben Problem führen würde, das im Stand der Technik beim Erzeugen von Gatepulsen mit einer Pulsbreite, die geringer ist als die minimale EIN-Pulsbreite, vorliegt.
Der Timing- und Trägervergleichs-Schaltkreis 5 ist ähnlich dem Schalttiming-Schaltkreis 6. Er vergleicht das Schalttimingsignal TChgX, das aus zwei Bit besteht, und das Trägerphasensignal, das aus zwei Bit besteht. Wenn die beiden Signale gleich sind, steuert der Schaltkreis 5 die Arbeitsweise der Schalter SW1 und SW2, um den Inhalt der ersten Verriegelungsschaltung 7 auf den neuesten Stand zu bringen und somit beim Auswählen des korrekten Schalttimings zu helfen.
Normalerweise wird die Berechnung der neuen Werte der Spannungsreferenzsignale im Wesentlichen augenblicklich durchgeführt, und die oben beschriebene Vorgehensweise ergibt das gewünschte Resultat, wie in den 11(a) und 11(b) gezeigt.
Manchmal können jedoch die Berechnungen beträchtlich länger dauern. Zum Beispiel wird das Laden der Daten zur Zeit 0a durchgeführt, wie in 8 gezeigt, und man kann annehmen, dass die neuen Datenwerte für das Spannungsreferenzsignal bis zur Zeit 2a nicht bereit sind. In diesem Fall wird, wenn das Schalten zur Zeit 1a durchgeführt wird, das Schalttimingsignal TChgX vor der Beendigung der Berechnung von V** zur Zeit 2a ausgegeben. Da die resultierenden Daten somit nicht korrekt sind, wird die Ausgabe der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 zwischen den Zeiten 2a und 0b nicht eingeklinkt. In dieser Situation wird, wenn das nächste Schalttiming ausgewählt wird, der Inhalt der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 nicht neu geschrieben, weil das korrekte Resultat nicht erhalten werden kann.
Im Fall der Pulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerung unter Verwendung von Vollsteuergatt(GTO)-Thyristoren konzentriert sich, wenn ein unvollkommener AUS-Gatepuls dem GTO-Thyristor zugeführt wird, Strom in einem Teil innerhalb des GTO-Thyristors, und der GTO-Thyristor versagt. Demgemäß wird die Breite des EIN-Gatepulses kontrolliert, so dass sie nicht geringer ist als die minimale EIN-Pulsbreite.
Weil die Pulsbreite in Bereichen T_MP und T_MN, wo die Spannungsreferenz V** (wobei V** die Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** anzeigt) oberhalb von maximalen Spannungsreferenzwerten V_max und –V_max liegt, geringer wird als die minimale AUS-Pulsbreite, werden die GTO-Thyristoren in diesen Gebieten auf EIN gehalten, siehe 11(e). Die maximalen Spannungsreferenzwerte V_max und –V_max sind nahe dem Maximalwert der Trägersignale A und B. Das Trägersignal A ist eine Dreieckskurve, die eine konstante Frequenz hat und sich im Pegel zwischen 0 und V_max ändert. Das Trägersignal B ist eine Dreieckskurve, die eine konstante Frequenz hat, die sich im Pegel zwischen 0 und –V_max ändert, und die in Phase mit dem Trägersignal A ist. Das heißt, wenn A = V_max, B = 0, und wenn A = 0, B = – V_max
Im obigen Fall werden der Anfangspunkt und der Endpunkt in dem Bereich T_MP zum Timing 0X geändert, und der Anfangspunkt und der Endpunkt in dem Gebiet T_MN werden zum Timing 2X geändert. In diesem Fall wird als das Diskriminierungssignal 90 aus 10 der Wert 1 gesetzt, und das Timing 0X und das Timing 2X können somit unterschieden werden. Demgemäß kann ein Gebiet mit positiver maximaler Spannungsausgabe von einem Gebiet mit negativer maximaler Spannungsausgabe unterschieden werden.
In der Rechteck-Betriebsart (60°-Konversionsverfahren) wird eine Korrektur durch Umformen von V* in V** erreicht, wobei V** in Bezug auf V* das Vorzeichen wechselt und den Wert des positiven oder negativen minimalen Spannungsreferenzwerts V_min annimmt. Demgemäß ist eine zu der Ausführungsform, bei der die Spannungsreferenz auf solche minimalen Werte festgelegt wird, alternative Ausführungsform, die Spannungsreferenz auf 0 (Null) festzulegen. Die Spannungsreferenz, die auf Null gesetzt wird, ist der positive oder negative Maximalwert der drei Phasen.
12 zeigt ein Beispiel einer Kurvenform der Spannungsreferenzsignale V_U* bis V_W* entsprechend der obigen Korrektur, und ein Beispiel der Kurvenform der PWM-gesteuerten Ausgangsspannung (Phasenspannung und Leitungsspannung).
Wie in 12 gezeigt, ist das korrigierte Spannungsreferenzsignal V_U** während der Zeiten T_UP und T_UN, bei denen das Spannungsreferenzsignal V_U** dem positiven oder negativen Maximalwert entspricht, gleich 0 (Null).
Ein Hauptschaltkreis eines neutralpunktgeklemmten Dreiphaseninverters ist in 13 gezeigt. Weitere Einzelheiten in Bezug auf die Betriebsweise des Inverters können z.B. der oben erwähnten anhängigen Anmeldung entnommen werden.
Ein Neutralpunkt wird durch zwei Kondensatoren 103 bereitgestellt. Diese Kondensatoren 103 sind zwischen der positiven Seite P und der negativen Seite N einer Gleichspannungsquelle 104 vorgesehen. Eine Spannung von Null kann ausgegeben werden, weil die Spannungsausgänge V_U, V_V und V_W auf den Neutralpunkt geklemmt sind. Folglich werden ein elektrisches Potential zwischen der positiven Seite P und der negativen Seite N der Gleichspannungsquelle 104 und eine Dreipunkt-Spannungsausgabe erhalten. In Bezug auf 3 ist zu bemerken, dass der Ausgang des Komparators 9 sechs separate Gatepulse bereitstellt, um die GTOs über sechs separate Gateleitungen ein- und auszuschalten.
Die GTOs werden paarweise betrieben, wobei der eine eingeschaltet ist, wenn der andere abgeschaltet ist. Die sechs Paare sind: SU1, SU3; SU2, SU4; SV1, SV3; SV2, SV4; SW1, SW3; und SW2, SW4.
Wenn die Spannungsreferenz auf die Spannung Null festgelegt ist, wie oben beschrieben, nimmt die Anzahl von Malen, dass die GTO-Thyristoren geschaltet werden müssen, stark ab. Da der Schaltverlust abnimmt, kann sich die Betriebseffizienz verbessern. Da ferner der durch die GTO-Thyristoren fließende Strom in gleichem Maße abwechselnd in positiver Richtung und in negativer Richtung fließt, wird die von den GTO-Thyristoren erzeugte Wärme ausgeglichen und die Verwendungsrate der GTO-Thyristoren verbessert. Weiterhin ist es wegen der Nullkorrektur-Betriebsart möglich, die Ausgangsspannung zu steuern, ohne dass ein Puls ausgegeben wird, dessen Breite gleich ist wie oder geringer ist als die minimale EIN-Pulsbreite nahe dem Nullpunkt der Spannungsreferenz. Zusätzlich ist es möglich, hohe Ausgangsspannungen zu steuern, ohne einen Puls auszugeben, dessen Breite gleich ist wie oder kleiner ist als die minimale AUS-Pulsbreite nahe dem Maximalwert der Spannungsreferenz. Weil es möglich ist, die Leitungsspannung linear über den gesamten Bereich der Ausgangsspannung vom Gebiet niedriger Ausgangsspannungen bis zum Gebiet hoher Ausgangsspannungen zu steuern, lässt sich daher ein genau steuerbarer Inverter erhalten.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Nullkorrektur-Betriebsart ausgewählt, wenn irgendein oder mehrere Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* gleich sind wie oder kleiner sind als der minimale Spannungsreferenzwert V_min. Wenn dies nicht zutrifft, wird die normale Betriebsart ausgewählt. Diese Arbeitsweise wird durch den Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 erreicht. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird keine Rechteck-Betriebsart verwendet.
Im Falle der Nullkorrektur-Betriebsart wird eine Phase (U-Phase, V-Phase oder W-Phase), die gleich ist wie oder kleiner ist als der minimale Spannungsreferenzwert V_min, unterschieden und dann der Typ der Betriebsart, der "Betriebsart = ± 4" bis "Betriebsart = ± 6" aufweist, ausgewählt, wie in 5(c) gezeigt.
Der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 wandelt die Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* gemäß den gekennzeichneten Betriebsarten in neue Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** um. Ein Beispiel für "Betriebsart = ± 4" soll dies veranschaulichen.

(1) Betriebsart = 4: Nur V_U* ist gleich 0 oder größer und ist gleich V_min oder kleiner. VU** = Vmin (16) VV** = Vmin – (VU* – VV*) (17) VW** = Vmin – (VU* – VW*) (18)
(2) Betriebsart = –4: Nur V_U* ist gleich –V_min oder größer und ist kleiner als 0. VU** = – Vmin (19) VV** = – Vmin – (VU* – VV*) (20) VW** = – Vmin – (VU* – VW*) (21)

Wie oben beschrieben, ist das Spannungsreferenzsignal in der Phasenspannung unstetig, aber das Spannungsreferenzsignal kann eine stetige Sinuskurve in der Leitungsspannung formen, die die Differenz zwischen den Phasenspannungen ist.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine niedrige Ausgangsspannung zu steuern, ohne einen Puls auszugeben, dessen Breite gleich ist wie oder geringer ist als die minimale EIN-Pulsbreite nahe dem Nullpunkt der Spannungsreferenz. Weiter ist es möglich, eine hohe Ausgabespannung zu steuern, ohne einen Puls auszugeben, dessen Breite gleich ist wie oder kleiner ist als die minimale AUS-Pulsbreite nahe dem maximalen Wert der Spannungsreferenz.
Wenn diese Arbeitsweise in einem neutralpunktgeklemmten Inverter verwendet wird, ist es folglich möglich, die ausgegebene Leitungsspannung linear über den gesamten Bereich der Ausgangsspannung vom Bereich niedriger Ausgangsspannung bis zum Bereich hoher Ausgangsspannung zu steuern, ohne die Anzahl der Schaltvorgänge für die Schaltelemente, z.B. die GTO-Thyristoren, zu erhöhen.
Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet nur die Rechteckkorrektur-Betriebsart.
In diesem Ausführungsbeispiel werden eine erste Methode zum Auswählen des positiven Maximalwertes der Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* und eine zweite Methode zum Auswählen des negativen Maximalwerts der Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* verwendet, und zwar etwa alle 60° bei der Phase des U-Phasen-Spannungsreferenzsignals V_U*, in dem Betriebsart-Entscheidungsschaltkreis 2, siehe 3. Zum Beispiel wird in der ersten Methode, wenn der positive Maximalwert das U-Phasen-Spannungsreferenzsignal V_U* ist, "Betriebsart = –1" ausgewählt. Wenn der negative Maximalwert das U-Phasen-Spannungsreferenzsignal V_U* ist, wird "Betriebsart = 1" ausgewählt.
Ferner wandelt der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 die Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* gemäß der in dem Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 ausgewählten Betriebsart in neue Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** um.
Beispielsweise werden im Fall von "Betriebsart = 1" neue Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** nach den Ausdrücken (16) bis (18) erhalten. Ferner ergeben sich im Fall "Betriebsart = – 1" neue Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** gemäß den Ausdrücken (19) bis (21).
Folglich sind die neuen Spannungsreferenzsignale in der Phasenspannung unstetig, aber die neuen Spannungsreferenzsignale können eine stetige Sinuskurve in der Leitungsspannung bilden, die die Differenz zwischen den Phasenspannungen ist.
Als nächstes wird unter Bezug auf 14 ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 14 gezeigt, sind in dem vierten Ausführungsbeispiel der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4, der Timing- und Trägervergleichs-Schaltkreis 5 und die ersten Datenverriegelungsschaltung 7 weggelassen. Anstelle des Schalttiming-Schaltkreises 6 ist ein Timing-Schaltkreis 6A vorgesehen.
Der Timing-Schaltkreis 6A ändert das Spannungsreferenzsignal zu den festen Timings 0X und 2X und kann mit einer einfachen NOR-Schaltung implementiert sein.
In diesem Fall werden die Pulsbreiten des minimalen Spannungsreferenzwerts V_min und des maximalen Spannungsreferenzwerts V_max so gesetzt, dass sie zweimal so groß sind wie die minimale EIN-Pulsbreite und die minimale AUS-Pulsbreite, weil bei den Timings 0x und 2X, wenn die Spannungsreferenz geändert wird, ein Puls erzeugt wird, der eine halb so große Breite wie die minimale EIN-Pulsbreite oder die minimale AUS-Pulsbreite hat, siehe 11(c) und 11(d).
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Leitungsspannung linear über den gesamten Bereich der Ausgangsspannung zu steuern.
Als nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel unter Bezug auf 15 beschrieben.
In diesem fünften Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den Elementen des vierten Ausführungsbeispiels ein Pegelerfassungs-Schaltkreis 11 und ein Pulskorrektur-Schaltkreis 12 vorgesehen.
Der Pegelerfassungs-Schaltkreis 11 unterscheidet, ob die neuen Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** nahe dem Nullpunkt oder nahe dem maximalen Spannungswert sind.
Der Pulskorrektur-Schaltkreis 12 entfernt einen Puls oder legt die Pulsbreite auf die minimale EIN-Pulsbreite oder die minimale AUS-Pulsbreite fest.
Der Puls wird erzeugt, wenn die Spannungsreferenz sich ändert, und er hat eine halbe Breite (T_1/2 in 11(c)) wie die minimale EIN-Pulsbreite oder die minimale AUS-Pulsbreite.
Als nächstes wird unter Bezug auf die 16 und 17 eine Methode zum Bestimmen der Betriebsart während der Rechteck-Betriebsart als ein sechstes Ausführungsbeispiel beschrieben.
In diesen Ausführungsbeispiel wird ein periodischer Taktpuls gezählt, wenn die Betriebsart in die Rechteck Betriebsart geändert wird. Immer wenn die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Anzahl von Taktpulsen erreicht, wird die gezählte Anzahl initialisiert und das Vorzeichen der Flagge PNFLG geändert. Als Ergebnis kann der Typ der Betriebsart an dem Vorzeichen von PNFLG erkannt werden. Als Betriebsarten kommen hier die sechs Arten "Betriebsart = ± 1" bis "Betriebsart = ± 3" vor.
Bei dieser Methode wechselt das Vorzeichen von PNFLG periodisch. Die Änderung steht in keinem Bezug zur Frequenz der Spannungsfrequenzsignale V_U*, V_V* und V_W*. Dieses Verfahren wird "Zeitänderungsmethode der Rechteck-Betriebsart" genannt.
Ein Beispiel der Kurvenform, die sich ergibt, wenn das Vorzeichen von PNFLG alle 20ms unter Verwendung des obigen Verfahrens geändert wird, ist in 17 dargestellt.
Weil die an der positiven Seite und der negativen Seite vorgesehenen Schaltelemente (GOT-Thyristoren) ohne Beziehung zu der Frequenz der Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* in den EIN-Zustand gelangen, kann gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Bereich der Temperaturvariationen der Schaltelemente so kontrolliert werden, dass er klein ist.
Folglich ist die Effizienz beim Betreiben eines Inverters stark verbessert.
Als nächstes wird unter Bezug auf 18 ein siebtes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wenn die Betriebsart in die Rechteck-Betriebsart geändert wird, unterscheidet das System, ob die Frequenz der Änderungen in den Spannungsreferenzsignalen V_U*, V_V* und V_W* größer ist als ein vorgegebener Wert oder nicht, siehe 18. Wenn die Frequenz gleich dem vorgegebenen Wert oder größer als der vorgegebene Wert ist, wird als Ergebnis die Entscheidung für die Betriebsart so durchgeführt, wie in 5(b) beschrieben. Wenn die Frequenz kleiner ist als der vorgegebene Wert, wird die Entscheidung für die Betriebsart so durchgeführt, wie in 16 beschrieben.
Ein Beispiel für eine Kurvenform ist in 19 dargestellt. In diesem Beispiel wird die Kurvenform erzeugt, wenn sich die Frequenz der Spannungsreferenz von 5 Hz auf 10 Hz ändert und die Zeitänderungsmethode zu der 60°-Änderungsmethode nahe 8,3 Hz geändert wird.
Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist es möglich, im Bereich niedriger Frequenzen oder während der Ausgabe von Gleichspannung infolge der Zeitänderungsmethode den Anstieg der Temperatur der Schaltelemente zu kontrollieren.
Demgemäß wird die Effizienz der Arbeitsweise verbessert.
Im normalen Frequenzbereich nimmt die Anzahl der erforderlichen Schaltvorgänge für die Schaltelemente, wie z.B. den GTO-Thyristor, stark ab.
Folglich ist es möglich, den Inverter auf eine effiziente Weise zu betreiben.
Als nächstes wird unter Bezug auf 20 ein achtes Ausführungsbeispiel beschrieben.
20 zeigt einen neutralpunktgeklemmten Inverter, der eine PWM-Steuerung verwendet. Eine Steuereinheit 201 gibt Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* aus und steuert einen Inverter (nicht gezeigt). Ein Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 202 setzt bei jeder positiven oder negativen Periode T von V** eine 1 oder – 1 in ein sich positiv/negativ änderndes Signal PNFLG. Die Periode wird mittels eines Timers oder Zählers (nicht gezeigt), der einen Index i wie in 21 gezeigt erhöht, in einer Weise ähnlich wie in 16 zeitlich festgelegt.
Wenn das Signal PNFLG gleich 1 ist, wird ein Spannungsreferenzsignal, das den positiven Maximalwert der drei Signale V_U*, V_V* und V_W* hat, ausgewählt. Wenn das ausgewählte Signal V_U* ist, wird "Betriebsart 1" ausgewählt. Wenn das ausgewählte Signal V_V* oder V_W* ist, wird "Betriebsart 2" bzw. "Betriebsart 3" gewählt. Wenn das Signal PNFLG gleich –1 ist, wird zusätzlich das Spannungsreferenzsignal, das den negativen Maximalwert der drei Signale V_U*, V_V* und V_W* hat, ausgewählt. Wenn das ausgewählte Signal V_U*, V_V* oder V_W* ist, wird "Betriebsart –1", "Betriebsart –2" bzw. "Betriebsart –3" gewählt.
Demgemäß gibt der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 202 einen der möglichen sechs Typen von Betriebsarten aus, wie oben beschrieben.
Ein Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 203 korrigiert die Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* und gibt gemäß den obigen Betriebsarten neue Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V** und V_W** aus. Ein Beispiel für die U-Phase lautet wie folgt; die Beziehungen für die anderen Phasen ergeben sich auf ähnliche Weise.

(1) Betriebsart = 1: Wenn V_U* der positive Maximalwert der drei Signale ist. VU** = Vmax (22) VV** = Vmax – (VU* – VV*) (23) VW* = Vmax – (VU* – VW*) (24)
(2) Betriebsart = –1: Wenn V_U* der negative Maximalwert der drei Signale ist. VU** = – Vmax (25) VV** = – Vmax – (VU* – VV*) (26) VW** = – Vmax – (VU* – VW*) (27)

V_max bedeutet die maximale Spannungsreferenz.
22 zeigt Kurvenformen der Spannungsreferenzsignale, wobei die Phasenspannungen und die Leitungsspannungen gemäß dem achten Ausführungsbeispiel verlaufen.
Die Steuereinheit 201, der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 202 und der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 203 können über einen programmierten Datenprozessor wie einen Mikroprozessor über Software implementiert sein. Diese Elemente können daher als CPU 205 ausgewiesen sein.
Wie oben beschrieben, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Spannungsreferenz unstetig in der Phasenspannung; die neuen Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** können jedoch eine stetige Sinuskurve in der Leitungsspannung bilden, die die Differenz zwischen den Phasenspannungen ist.
Ein Komparator 204 vergleicht die neuen Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** aus dem Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 203 mit den Trägersignalen und erzeugt ein Gatesignal, wenn die Referenzsignale die Trägersignale kreuzen.
Demgemäß werden die Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* nicht als ein Puls, dessen Breite gleich ist wie oder kleiner ist als die minimale EIN-Pulsbreite, von dem Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 203 ausgegeben. Ferner wird die Leitungsspannung in neue Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** bzw. V_W** umgewandelt. Die Leitungsspannungssignale entsprechend V_U**, V_V** und V_W** bilden eine stetige Sinuskurve.
Wenn die Ausgabefrequenz von dem Inverter im Bereich niedriger Spannungen liegt, ist folglich der Anstieg in der Temperatur der Schaltelemente, wie GTO-Thyristoren, begrenzt, und es ist möglich, die ausgegebene Leitungsspannung linear zu steuern.
Als nächstes wird ein neuntes Ausführungsbeispiel beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel wird in dem Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 202 (in 20 gezeigt) ein positives/negatives Änderungssignal PNFLG auf "+1" oder "–1" gesetzt, und zwar bei jeder sich positivnegativ ändernden Periode T von einem Timer (nicht gezeigt). Dann werden infolge des positiven/negativen Änderungssignals PNFLG unter Verwendung der folgenden Ausdrücke die Spannungsreferenzsignale V_U*, V_V* und V_W* zu einer festen Spannungsreferenz addiert, und es werden neue Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** erhalten, wie in 23 gezeigt.
Alle neuen Spannungsreferenzsignale V_U**, V_V** und V_W** werden bei jeder sich positivnegativ ändernden Periode T nach positiv oder negativ geändert.

(1) Wenn PNFLG "1" ist: VU** = VU* + 1/2·Vmax (28) VV** = VV* + 1/2·Vmax (29) VW** = VW* + 1/2·Vmax (30)
(2) Wenn PNFLG "–1" ist: VU** = VU* – 1/2·Vmax (31) VV** = VV* – 1/2·Vmax (32) VW** = VW* – 1/2·Vmax (33)

V_max bedeutet die maximale Spannungsreferenz, und V_U* ist gleich 1/2 V_max oder weniger. In Absolutbeträgen ausgedrückt, ist V** somit kleiner gleich V_max.
Das neunte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil einer besonders einfachen Konstruktion. Wenn die Ausgangsfrequenz von dem Inverter im Bereich niedriger Werte liegt, ist der Anstieg der Temperatur der Schaltelemente, wie von GTO-Thyristoren, begrenzt, und es ist möglich, die ausgegebene Leitungsspannung linear zu steuern.
Die vorliegende Erfindung ist, um eine anschauliche Beschreibung zu gewährleisten, über Blockdiagramme von Hardware dargestellt. Es ist jedoch klar, dass bei der Realisierung der Erfindung auch arithmetische Operationen verwendet werden können, die mittels Software unter Benutzung eines Mikrocomputers oder einer ähnlichen Komponente ausgeführt werden können.
Weiterhin ist in den obigen Ausführungsbeispielen die vorliegende Erfindung auf eine Invertervorrichtung zum Umwandeln von Gleichspannung in Wechselspannung angewendet. Wie für einen Fachmann klar ist, ist die vorliegende Erfindung jedoch gleichermaßen auf eine Umformervorrichtung zum Umwandeln von Wechselspannung in Gleichspannung anwendbar.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Inverters, der eine Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungsspannungen, die als die Differenzen zwischen den Phasenspannungen definiert sind, erzeugt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen entsprechend den Phasenspannungen; Bestimmen einer Betriebsart des Inverters, ausgewählt aus (a) einer normalen Betriebsart, (b) einer Rechteck-Betriebsart und (c) einer Nullkorrektur-Betriebsart, in Antwort auf Werte und Vorzeichen der Spannungsreferenzsignale, wobei: die normale Betriebsart bestimmt wird, wenn die Absolutwerte alle drei Spannungsreferenzsignale oberhalb eines vorgewählten, positiven Wertes liegen, die Rechteck-Betriebsart bestimmt wird, wenn eine der folgenden Bedingungen vorliegt: – die Absolutwerte von wenigstens zwei Spannungsreferenzsignalen sind kleiner als oder gleich groß wie der vorgewählte Wert, oder – die Absolutwerte von wenigstens zwei Spannungsreferenzsignalen sind kleiner als oder gleich groß wie zweimal der vorgewählte Wert, und die Vorzeichen dieser wenigstens zwei Spannungsreferenzsignale sind unterschiedlich, und – die Nullkorrektur-Betriebsart bestimmt wird, wenn der Absolutwert eines Spannungsreferenzsignals kleiner ist als oder gleich groß ist wie der vorgewählte Wert, und wenn die Absolutwerte der beiden anderen Spannungsreferenzsignale kleiner sind als oder gleich groß sind wie zweimal der vorgewählte Wert und diese beiden Spannungsreferenzsignale dasselbe Vorzeichen haben; und Verwenden der Spannungsreferenzsignale oder umgeformter Spannungsreferenzsignale in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebsart als Referenzwert zum Steuern des Inverters, wobei in der normalen Betriebsart die Spannungsreferenzsignale verwendet werden, in der Rechteck-Betriebsart nach folgendem Algorithmus umgeformte Spannungsreferenzsignale verwendet werden: – Auswählen des Spannungsreferenzsignals mit dem größten Absolutwert, – Festlegen des dem ausgewählten Spannungsreferenzsignal entsprechenden umgeformten Spannungsreferenzsignals auf einen vorbestimmten Wert, der das in bezug auf das ausgewählte Spannungsreferenzsignal entgegengesetzte Vorzeichen hat, und – Festlegen der anderen beiden umgeformten Spannungsreferenzsignale so, dass die resultierenden Leitungsspannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern, und in der Nullkorrektur-Betriebsart nach folgendem Algorithmus umgeformte Spannungsreferenzsignale verwendet werden: – Auswählen des Spannungsreferenzsignals, das die Nulllinie durchfährt, – Festlegen des dem ausgewählten Spannungsreferenzsignal entsprechenden umgeformten Spannungsreferenzsignals auf einen vorbestimmten Wert, der das in bezug auf das ausgewählte Spannungsreferenzsignal entgegengesetzte Vorzeichen hat, und – Festlegen der anderen beiden umgeformten Spannungsreferenzsignale so, dass die resultierenden Leitungsspannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeformten Spannungsreferenzsignale Phasen V_U**, V_V** und V_W** entsprechend den Phasen V_U*, V_V* bzw. V_W* der Spannungsreferenzsignale haben und dass der Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in die umgeformten Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-Betriebsart die folgenden Schritte aufweist: a) wenn das Spannungsreferenzsignal V_U* das größte der drei Phasen ist und positiv ist, Setzen der Werte der korrigierten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Beziehungen: VU** = – Vmin VV** = – Vmin – (VU* – VV*) VW** = – Vmin – (VU* – VW*), undwenn das Spannungsreferenzsignal V_U* das größte der drei Phasen ist und negativ ist, Setzen der Werte der korrigierten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Beziehungen: VU** = Vmin VV** = Vmin – (VU* – VV*) VW** = Vmin – (VU* – VW*)wobei V_min ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeformten Spannungsreferenzsignale Phasen V_U**, V_V** und V_W** entsprechend den Phasen V_U*, V_V* bzw. V_W* der Spannungsreferenzsignale haben und dass der Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in die umgeformten Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-Betriebsart die folgenden Schritte aufweist: a) wenn das Spannungsreferenzsignal V_U* das größte der drei Phasen ist und positiv ist, Setzen der Werte der korrigierten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Beziehungen: VU** = 0 VV** = – Vmin – (VU* – VV*) VW* = – Vmin – (VU* – VW*), undwenn das Spannungsreferenzsignal V_U* das größte der drei Phasen ist und negativ ist, Setzen der Werte der korrigierten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Beziehungen: VU** = 0 VV** = Vmin – (VU* – VV*) VW** = Vmin – (VU* – VW*),wobei V_min ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in die umgeformten Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-Betriebsart stattfindet entweder (1) zu einer festen Zeit, wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale kleiner ist als ein vorher festgelegter Wert, oder (2) zu einer Zeit, die durch eine vorbestimmte Phase der Spannungsreferenzsignale bestimmt wird, wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale größer ist als oder gleich groß ist wie der vorher festgelegte Wert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-Betriebsart stattfindet entweder (1) zu einer festen Zeit, wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale kleiner ist als ein vorher festgelegter Wert, oder (2) zu einer Zeit, die durch eine vorbestimmte Phase der Spannungsreferenzsignale bestimmt wird, wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale größer ist als oder gleich groß ist wie der vorher festgelegte Wert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in die umgeformten Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-Betriebsart stattfindet entweder (1) zu einer festen Zeit, wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale kleiner ist als ein vorher festgelegter Wert, oder (2) zu einer Zeit, die durch eine vorbestimmte Phase der Spannungsreferenzsignale bestimmt wird, wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale größer ist als oder gleich groß ist wie der vorher festgelegte Wert.
Inverter-Steuervorrichtung für einen Inverter, der eine Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungsspannungen, die als die Differenzen zwischen den Phasenspannungen definiert sind, erzeugt, mit: Betriebsartentscheidungs-Einrichtungen (2) zum Bestimmen einer Betriebsart, ausgewählt aus (a) einer normalen Betriebsart, (b) einer Rechteck-Betriebsart und (c) einer Nullkorrektur-Betriebsart, in Antwort auf Werte und Vorzeichen von drei Spannungsreferenzsignalen entsprechend den Phasenspannungen, wobei die Betriebsartentscheidungs-Einrichtungen (2) aufweisen: Einrichtungen zum Bestimmen der normalen Betriebsart, wenn die Absolutwerte alle drei Spannungsreferenzsignale oberhalb eines vorgewählten, positiven Wertes liegen, Einrichtungen zum Bestimmen der Rechteck-Betriebsart, wenn eine der folgenden Bedingungen vorliegt: – die Absolutwerte von wenigstens zwei Spannungsreferenzsignalen sind kleiner als oder gleich groß wie der vorgewählte Wert, oder – die Absolutwerte von wenigstens zwei Spannungsreferenzsignalen sind kleiner als oder gleich groß wie zweimal der vorgewählte Wert, und die Vorzeichen dieser wenigstens zwei Spannungsreferenzsignale sind unterschiedlich, und Einrichtungen zum Bestimmen der Nullkorrektur-Betriebsart, wenn der Absolutwert eines Spannungsreferenzsignals kleiner ist als oder gleich groß ist wie der vorgewählte Wert, und wenn die Absolutwerte der beiden anderen Spannungsreferenzsignale kleiner sind als oder gleich groß sind wie zweimal der vorgewählte Wert und diese beiden Spannungsreferenzsignale dasselbe Vorzeichen haben; und Spannungsreferenzumform-Einrichtungen (3), die dazu eingerichtet sind, die Spannungsreferenzsignale in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebsart in umgeformte Spannungsreferenzsignale umzuformen, wobei in der normalen Betriebsart die umgeformten Spannungsreferenzsignale identisch mit den Spannungsreferenzsignalen sind, in der Rechteck-Betriebsart die umgeformten Spannungsreferenzsignale nach folgendem Algorithmus gebildet werden: – Auswählen des Spannungsreferenzsignals mit dem größten Absolutwert, – Festlegen des dem ausgewählten Spannungsreferenzsignal entsprechenden umgeformten Spannungsreferenzsignals auf einen vorbestimmten Wert, der das in bezug auf das ausgewählte Spannungsreferenzsignal entgegengesetzte Vorzeichen hat, und – Festlegen der anderen beiden umgeformten Spannungsreferenzsignale so, dass die resultierenden Leitungsspannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern, und in der Nullkorrektur-Betriebsart die umgeformten Spannungsreferenzsignale nach folgendem Algorithmus gebildet werden: – Auswählen des Spannungsreferenzsignals, das die Nulllinie durchfährt, – Festlegen des dem ausgewählten Spannungsreferenzsignal entsprechenden umgeformten Spannungsreferenzsignals auf einen vorbestimmten Wert, der das in bezug auf das ausgewählte Spannungsreferenzsignal entgegengesetzte Vorzeichen hat, und – Festlegen der anderen beiden umgeformten Spannungsreferenzsignale so, dass die resultierenden Leitungsspannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern.
Inverter-Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter ein neutralpunktgeklemmter Inverter ist, der drei Phasenspannungen ausgibt, und dass in der Rechteck-Betriebsart die Spannungsreferenzumform-Einrichtungen eine Phase der korrigierten Spannungsreferenzsignale auf einen Nullwert festlegen.