ES2946766T3 - Aparato para modificar una orden de tensión para detectar la corriente de salida en un inversor - Google Patents

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Abstract

Se describe un aparato para modificar el comando de voltaje para detectar la corriente de salida en el inversor para modificar un comando de voltaje PWM determinando un sector en un hexágono de voltaje, el sector que tiene un comando de voltaje PWM en él, comparando el comando de voltaje PWM, determinando un área, el área que tiene el comando de voltaje PWM, dentro de un área de detección de corriente desactivada convirtiendo un tiempo de muestreo mínimo a un PWM de muestreo mínimo y usando el PWM de muestreo mínimo convertido, y determinando un voltaje de ajuste y un voltaje de restauración usando un voltaje de inyección mínimo basado en el área determinada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato para modificar una orden de tensión para detectar la corriente de salida en un inversor
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un inversor trifásico controlado usando PWM de vector espacial, SVPWM, con un aparato para detectar la corriente de salida del inversor.
Descripción de la técnica relacionada
En general, un inversor trifásico sirve para accionar un motor de CA trifásico en frecuencia variable y se usa de forma variable debido a la alta eficiencia energética y la habilitación del control de par instantáneo. El inversor trifásico se usa generalmente para control o protección mediante la detección de una corriente de salida. Recientemente, se han propuesto métodos de detección de corriente de bajo precio para inversores electrónicos domésticos e inversores industriales, y uno de los métodos es usar una resistencia de derivación. La detección de corriente de salida en el inversor usando la resistencia de derivación tiene un precio razonable y un precio bajo por unidad de inversor en comparación con el convencional que utiliza un sensor de corriente que usa el efecto Hall.
Debe satisfacerse una condición particular en un patrón de conmutación de inversor para detectar con precisión una corriente de salida del inversor usando la resistencia de derivación.
El documento EP1808955 A2 da a conocer un dispositivo inversor para accionar un motor sin escobillas usado en un dispositivo de dirección asistida eléctrica en un vehículo y, más en particular, una técnica para detectar una corriente de fase que fluye en un motor. Los circuitos de conmutación superior e inferior tienen un diodo en paralelo y una resistencia en serie. El circuito de modulación de ancho de pulso suministra una señal de PWM para encender el dispositivo de conmutación. El circuito de muestreo y retención toma una muestra de tensión a través de la resistencia en serie cuando la señal de PWM enciende el dispositivo de conmutación inferior y mantiene esa tensión. El muestreo y la retención se realizan durante la condición de período de tiempo muerto cuando ambos dispositivos de conmutación están apagados para una de las fases. La tensión a través de la resistencia se induce por la corriente que fluye a través del diodo en paralelo con el dispositivo de conmutación. El dispositivo inversor permite la posible detección de corriente de fase incluso durante el período de tiempo muerto para alargar el período de muestreo y permitir el control de retroalimentación con mayor precisión. Al iniciar el muestreo más tarde del momento en que se apaga el dispositivo de conmutación inferior de fase U y al detener el muestreo antes del momento en que se enciende el dispositivo de conmutación inferior de fase U, se evitan los ruidos generados en el momento de las operaciones de encendido/apagado del dispositivo de conmutación cuando se realiza el muestreo y la retención. Esto mejora la relación señal-ruido, lo que permite un control de retroalimentación más preciso.
La figura 1 es un diagrama de circuito que ilustra la detección de la corriente de salida del inversor usando una resistencia de derivación.
En referencia a la figura 1, el principio de detección de la corriente de salida del inversor usando una resistencia de derivación es de manera que una tensión de CC del condensador de enlace de CC (110) se convierte en una tensión de CA mediante una unidad de conmutación (120) que va a aplicarse a un motor (200), y cuando se enciende un conmutador inferior de la unidad de conmutación (120), una corriente de salida del inversor fluye hacia una resistencia de derivación (130), y un amplificador de cálculo de aislamiento o no aislamiento (140) mide la tensión de la resistencia de derivación (130) para detectar una corriente.
Debe muestrearse una corriente para detectar la corriente de salida del inversor, donde debe modificarse una orden de tensión del inversor cuando la orden de tensión del inversor está en una zona deshabilitada de detección de corriente.
La unidad de conmutación (120) en el inversor trifásico como en la figura 1 generalmente sintetiza un tamaño variable y una tensión de CA de frecuencia variable usando un control de PWM (modulación de ancho de pulso). Ahora se describirá un control de SVPWM (PWM de vector espacial) en el control de PWM.
La figura 2 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un método de SVPWM.
En referencia a la figura 2, un conmutador monofásico incluye, como en (a), un conmutador superior (120a) y un conmutador inferior (120b), que pueden expresarse de manera equivalente por un conmutador de (b). (c) y (d) definen dos estados de conmutación, donde el estado de (c) está definido por Sa=1, el estado de (d) está definido por Sa=0.
Una tensión de salida en un período de conmutación incluye una tensión de secuencia de encendido y una tensión de secuencia de apagado. La secuencia de encendido se refiere a una etapa donde el estado del conmutador superior (120a) en una fase cambia de apagado a encendido, y la secuencia de apagado se refiere a una etapa donde el estado cambia de encendido a apagado. Cuando se combina el estado de cada fase, puede generarse un vector de tensión correspondiente a un vértice de un hexágono como en la figura 3.
La figura 3 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un vector de tensión.
En referencia a la figura 3, las tensiones dentro del hexágono pueden sintetizarse usando un control de PWM. En vista del hecho de que puede reducirse la pérdida de conmutación minimizando los cambios de estado del conmutador, los vectores de tensión generalmente se sintetizan combinando los estados de conmutación correspondientes a tres vértices de un triángulo que incluye una orden de tensión.
En este momento, un vector nulo significa un vector de tensión en el que los conmutadores de todas las fases están encendidos o apagados, por lo que no se transmite potencia debido a que no hay diferencia de tensión entre las fases de un motor (200). Además, un vector efectivo significa un vector de tensión posicionado en un vértice de un hexágono, que no es un vector nulo.
La figura 4 es una vista a modo de ejemplo que ilustra la síntesis de tensiones de terminal (Van, Vbn, Vcn) según el método de PWM usando una onda triangular.
La figura 4 muestra que un estado de conmutación cambia de 000 (vector nulo) ^ 100 (vector efectivo) ^ 110 (vector efectivo) ^ 111 (vector nulo) ^ 110 (vector efectivo) ^ 100 (vector efectivo) ^ 000, donde se minimiza la frecuencia de conmutación porque un conmutador con una sola fase cambia cuando se aplica cada vector.
La figura 5 es una vista a modo de ejemplo que explica la relación entre la figura 3 y la figura 4, donde puede notarse que los tiempos efectivos de T1 y T2 pueden ilustrarse en un hexágono de tensión de la figura 3.
La figura 6 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una zona donde la detección de corriente está deshabilitada, y la figura 7 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una ondulación de conmutación generada a partir de una resistencia de derivación. Las zonas sombreadas en (a) y (b) de la figura 6 son zonas donde la detección de corriente está deshabilitada.
Como en (a), el motivo de generar una zona en un polígono donde la detección de corriente está deshabilitada es que, después de apagar un conmutador como en la figura 7, se genera una ondulación de conmutación en una resistencia de derivación, y puede detectarse una corriente precisa mediante la medición de la tensión solo después de que desaparezca la ondulación de conmutación, lo que puede expresarse mediante la siguiente ecuación 1
[Ecuación 1]
Figure imgf000003_0001
La ecuación 1 es efectiva cuando se usa un método de cálculo indirecto en el que la suma de la corriente trifásica es cero donde se leen las corrientes de dos fases y una corriente de una fase restante. Debe añadirse una condición en la que el tiempo de aplicación del vector nulo sea mayor que Tmín para obtener un tiempo de Tmín para las 3 fases.
Cuando se añade esta condición, se reduce una zona detectable de corriente en el hexágono, tal como se ilustra en la figura 6(a). Sin embargo, en el caso de una condición para obtener un tiempo de Tmín para solo 2 fases, solo tres zonas pequeñas se convierten en zonas deshabilitadas de detección tal como se ilustra en la figura 6(b), por lo que puede ampliarse una zona detectable. Por tanto, puede decirse que un método de lectura de corrientes en 2 fases es excelente.
La figura 8 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un borde entre una zona deshabilitada de detección y una zona detectable, donde se usa una naturaleza geométrica en la que dos lados de un triángulo isósceles son iguales. La figura 9 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un tiempo de muestreo de corriente, donde puede observarse que puede muestrearse una corriente cuando los estados de conmutación de todas las fases son cero.
La detección de corriente en la resistencia de derivación se realiza después de la tensión de derivación de secuencia de apagado y, por tanto, una zona detectable de corriente puede expandirse moviendo la tensión de secuencia de apagado hacia una zona detectable de corriente y compensando tanto como una diferencia de la tensión de secuencia de encendido, porque se realiza una detección de corriente en la resistencia después de la tensión de secuencia de apagado.
Las tensiones se ajustan convencionalmente dividiendo la zona deshabilitada de detección de corriente en tres zonas tales como S1, S2 y S3.
La figura 10 son vistas esquemáticas que ilustran una zona deshabilitada de detección de corriente que se divide en tres zonas.
Es decir, se calculan las tensiones de inyección (Vdss_iny, Vqss_iny) en cada zona (S1, S2, S3), se usa una suma (tensión ajustada) de las tensiones originales y tensiones de inyección como una orden de tensión en la secuencia de apagado, se usa una tensión (tensión de compensación) en la que se deduce una tensión de inyección de una tensión original que se usa como una orden de tensión en la secuencia de encendido, y se hace que un promedio de la tensión de la secuencia de encendido y la tensión de la secuencia de apagado para que sea igual a las tensiones originales (Vdss_org, Vqss_org).
En el método convencional, debe realizarse la determinación de en qué zona se incluye la orden de tensión original, donde se requieren demasiados cálculos para crear una carga cuando la velocidad de la CPU es lenta.
A continuación en el presente documento, se describirá un procedimiento de cálculo de una tensión de inyección mediante la determinación de zonas convencionales.
La figura 11 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un procedimiento de determinación de una tensión de inyección según la técnica anterior.
En referencia a la figura 11, el procedimiento de determinación convencional de una tensión de inyección es de manera que se determina un sector (S111), y se mueve una orden de tensión a un sector 1 (S112). El motivo del cálculo moviendo la orden de tensión al sector 1 es que otros sectores y el sector 1 están en la misma posición cuando se mueven de manera simétrica o rotatoria para permitir el uso de la misma ecuación de tensión de inyección.
S111 determina en qué sector existe una orden de tensión original usando una ecuación lineal de la ecuación 2.
Cuando se usa una aritmética de punto fijo, el cálculo de & puede expresarse mediante la siguiente ecuación 3,
requiriendo de ese modo un cálculo de división. En este momento, el número de \/3 contenido en dos ecuaciones lineales es 2, de modo que en S111 se requieren un máximo de 2 cálculos de división.
[Ecuación 2]
Figure imgf000004_0003
[Ecuación 3]
Figure imgf000004_0004
S112 usa las ecuaciones 4 a 8
Figure imgf000004_0005
también está contenido en esta etapa requiriendo un cálculo de división. El sector 2 se mueve al sector 1 en la ecuación 4, el sector 3 se mueve al sector 1 en la ecuación 5, el sector 4 se mueve al sector 1 en la ecuación 6, el sector 5 se mueve al sector 1 en la ecuación 7 y el sector 6 se mueve a sector 1 en la Ecuación 8.
[Ecuación 4]
Figure imgf000004_0001
[Ecuación 5]
Figure imgf000004_0002
[Ecuación 6]
Figure imgf000005_0004
[Ecuación 8]
Figure imgf000005_0001
En la figura 11, se determina una zona después de mover la orden de tensión al sector 1 para calcular una tensión de inyección (S113), y vuelve a realizarse el movimiento al sector original (S114).
S113 explica una ecuación lineal para dividir las zonas. Una ecuación lineal para dividir una zona 1 (S1) y una zona detectable de corriente pueden expresarse mediante la siguiente ecuación 9.
[Ecuación 9]
Figure imgf000005_0002
Una línea que divide la zona 1 (S1) y la zona 2 (S2) es una línea recta FG en la figura 10, donde un punto F es un punto que divide internamente J y D en una razón de 1:2, y un punto G es un punto que divide internamente A y C en una razón de 2:3. La obtención, utilizando lo anterior, de una ecuación para la línea FB y una ecuación para la línea AC puede expresarse mediante las siguientes ecuaciones 10 y 11.
[Ecuación 10]
Figure imgf000005_0003
Las zonas pueden determinarse mediante el uso de ecuaciones lineales y, después de la determinación, puede determinarse una tensión de inyección de una zona relevante mediante la siguiente ecuación 12.
[Ecuación 12]
Figure imgf000006_0001
Tal como se indicó anteriormente, la determinación de la tensión de inyección también puede requerir el cálculo de división. La tensión de inyección se determina en S113, y luego la tensión determinada se convierte en un vector original, donde se requiere nuevamente el cálculo de división. Debido a que una tensión en la que se añaden una orden de tensión original y la tensión de inyección es una tensión dq, la tensión (se añaden una orden de tensión original y la tensión de inyección) se convierte en tensiones de fase ABC y en una orden de PWM usando el control de SVPWM.
El cálculo de división en aritmética de punto fijo se procesa usando varias palabras de instrucción, y TMS320F2809 (reloj de operación: 60 MHz) de la empresa TI requiere 1,05 |is, por ejemplo. La frecuencia de división para cada etapa según la técnica anterior puede expresarse mediante la siguiente tabla.
[Tabla 1]
Figure imgf000006_0002
Tal como se señaló anteriormente, el método de detección de corriente convencional tiene la desventaja de que requiere muchos cálculos.
Sumario de la invención
La presente invención se define por un inversor trifásico controlado usando PWM de vector espacial, SVPWM, con un aparato para detectar la corriente de salida del inversor, según las características técnicas de la reivindicación independiente. Las realizaciones alternativas se definen en las reivindicaciones dependientes.
De manera preferible, pero no necesaria, la unidad de modificación de orden puede determinar una tensión de inyección para permitir que la tensión mínima se inyecte en una zona que satisface una primera condición en la que la orden de tensión de PWM se desvía de la zona no medible de corriente por la tensión de inyección, y una segunda condición en la que debe existir una tensión de compensación dentro de un hexágono de tensión, y determina la tensión de ajuste y la tensión de restablecimiento usando dicha determinación.
De manera preferible, pero no necesaria, la unidad de modificación de orden puede determinar la tensión de ajuste y la tensión de restablecimiento dentro de la zona medible de corriente teniendo en cuenta una cantidad de error de tensión.
De manera preferible, pero no necesaria, la orden de tensión de PWM puede generarse por un controlador de inversor, en el que el controlador de inversor incluye un convertidor configurado para convertir una orden de tensión bifásica emitida desde un inversor trifásico en una orden de tensión trifásica, una unidad de aplicación configurada para convertir la orden de tensión trifásica en una orden de tensión de terminal usando un vector espacial, un generador configurado para generar una orden de tensión de PWM usando la orden de tensión de terminal, y un modificador configurado para modificar la orden de tensión de PWM cuando la orden de tensión de PWM se posiciona en la zona deshabilitada de detección de corriente dentro del hexágono de tensión.
Efectos ventajosos
El inversor trifásico controlado usando PWM de vector espacial, SVPWM, con un aparato para detectar la corriente de salida del inversor según la presente invención tiene un efecto ventajoso porque se reduce el tiempo de cálculo debido a la cantidad reducida de cálculo y se consume un tiempo de cálculo predeterminado independientemente de los sectores.
Otro efecto ventajoso es que puede minimizarse el tamaño de la tensión de inyección en una tercera zona y una sección interrumpida de muestreo de corriente se vuelve obsoleta debido a la adición de una cuarta zona.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de circuito que ilustra la detección de la corriente de salida del inversor usando una resistencia de derivación.
La figura 2 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un método de SVPWM.
La figura 3 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un vector de tensión.
La figura 4 es una vista a modo de ejemplo que ilustra la síntesis de tensiones de terminal (Van, Vbn, Vcn) según el método de PWM usando una onda triangular.
La figura 5 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una relación entre la figura 3 y la figura 4.
La figura 6 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una zona indetectable de corriente.
La figura 7 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una ondulación de conmutación generada a partir de una resistencia de derivación.
La figura 8 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un borde entre una zona indetectable y una zona det La figura 9 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un punto de muestreo de corriente.
La figura 10 es una vista a modo de ejemplo que ilustra que una zona indetectable de corriente se divide tres zonas.
La figura 11 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un procedimiento de determinación de una tensión de inyección según la técnica anterior.
La figura 12 es un diagrama de bloques que ilustra un controlador de inversor aplicado con una unidad de modificación de orden de tensión según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 13 es un diagrama de bloques detallado que ilustra una unidad de modificación de orden de tensión de la figura 12.
La figura 14 es una vista a modo de ejemplo que explica la definición de sector.
La figura 15 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una relación entre un tiempo de muestreo mínimo y una
PWM de muestreo mínimo.
La figura 16 es un diagrama de flujo que ilustra un método de determinación de una zona mediante un elemento de determinación de zona de la figura 13.
La figura 17 es una vista a modo de ejemplo que explica una zona definida por la presente invención.
La figura 18 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una primera zona de la figura 17.
La figura 19 es una vista a modo de ejemplo que ilustra el movimiento del vector de tensión donde los tiempos de aplicación de vector nulo se vuelven iguales.
La figura 20 es una vista esquemática que ilustra un cambio en un punto de conmutación por modificación de orden de tensión observado desde una primera zona.
La figura 21 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una segunda zona de la figura 17.
La figura 22 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un cambio en un punto de conmutación por modificación de orden de tensión observado desde una segunda zona.
La figura 23 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una tercera zona de la figura 17.
La figura 24 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un cambio en un punto de conmutación por modificación de orden de tensión observado desde una tercera zona.
La figura 25 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un método para determinar una tensión de inyección y una tensión de compensación en una tercera zona.
La figura 26 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una cuarta zona de la figura 17.
La figura 27 es una vista a modo de ejemplo que compara el tiempo consumido para modificar una orden de tensión según la técnica anterior con el tiempo consumido según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La siguiente descripción detallada de las realizaciones de la presente invención no pretende limitar el alcance de la invención tal como se reivindica, sino que es meramente representativa de posibles realizaciones de la invención. En consecuencia, las realizaciones descritas en el presente documento pretenden además explicar los modos conocidos de poner en práctica la invención y permitir que otros expertos en la técnica utilicen la invención en tales u otras realizaciones y con diversas modificaciones requeridas por la(s) aplicación/aplicaciones o uso(s) particular(es) de la presente invención, cuyo alcance sólo queda limitado por las reivindicaciones adjuntas.
A continuación en el presente documento, la presente invención en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. La figura 12 es un diagrama de bloques que ilustra un controlador de inversor aplicado con una unidad de modificación de orden de tensión según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
En referencia a la figura 12, el controlador de inversor según la presente invención incluye un convertidor (10), una unidad de aplicación de SVPWM (20), un generador de orden de tensión (30) y una unidad de modificación de orden de tensión (40). El controlador de inversor puede incluir además un compensador de tiempo muerto (50).
El convertidor (10) sirve para convertir una orden de tensión dg bifásica de tensión de salida de un inversor trifásico en una orden de tensión trifásica, y usa la siguiente ecuación.
[Ecuación 13]
Figure imgf000008_0001
La unidad de aplicación de SVPWM (20) convierte la tensión trifásica convertida por el convertidor (10) en una orden de tensión de terminal usando SWPWM. En este momento, la unidad de aplicación de SVPWM (20) usa la siguiente ecuación.
[Ecuación 14]
Figure imgf000009_0002
donde, Vsn es una tensión de compensación y se calcula añadiendo un símbolo negativo después de promediar un valor máximo y un valor mínimo de tensión de fase.
El generador de tensión de orden (30) genera una orden de tensión de PWM a partir de la tensión de terminal calculada por la unidad de aplicación de SWPWM (20) usando la siguiente ecuación 15. En este momento, Npico es un valor máximo de onda triangular (portadora), donde la onda triangular tiene un alcance de desde -Npico hasta Npico.
[Ecuación 15]
Figure imgf000009_0001
En este momento, un punto de conmutación de la unidad de conmutación (120) del inversor en la figura 1 según la orden de tensión calculada por el generador de orden de tensión (30), donde la unidad de modificación de orden de tensión (40) modifica la orden de tensión generada por el generador de orden de tensión (30), cuando la orden de tensión se posiciona en una zona deshabilitada de detección de corriente dentro de un hexágono de tensión, cuya explicación detallada se realizará más adelante.
El compensador de tiempo muerto (50) ajusta una orden de tensión con el fin de reducir un error de tensión de salida generado por la determinación de tensión de salida según el tamaño y la polaridad de la corriente, cuando un conmutador superior y un conmutador inferior (120a, 120b) de una fase están todos en estado apagado.
Ahora se describirá en detalle una realización a modo de ejemplo de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 13 es un diagrama de bloques detallado que ilustra una unidad de modificación de orden de tensión (40) de la figura 12.
En referencia a la figura 13, la unidad de modificación de orden de tensión (40) incluye un elemento de determinación de sector (41), un elemento de determinación de zona (42) y una unidad de modificación de orden (43).
El elemento de determinación de sector (41) recibe la orden de tensión de PWM generada por el generador de orden de tensión (30) y compara la orden de tensión para determinar el sector. Cuando la unidad de aplicación de SVPWM (20) cambia la tensión de fase a tensión de terminal, se añaden los mismos tamaños de tensiones de compensación a 3 fases, de modo que no hay cambio en los tamaños. Además, la orden de tensión de PWM es un valor multiplicado por un valor predeterminado a la tensión de terminal, de manera que no hay influencia en los tamaños.
La figura 14 es una vista a modo de ejemplo que explica la definición de sector.
En referencia a la figura 14, un sector se divide en seis, tal como se explica en los antecedentes de la presente invención, y puede definirse por la ecuación 14. Por tanto, el elemento de determinación de sector (41) puede determinar los sectores comparando las órdenes de tensión de PWM como en la siguiente tabla.
[Tabla 2]
Figure imgf000010_0002
El elemento de determinación de zona (42) convierte un tiempo de muestreo mínimo (Tmín) tal como se explica en la figura 7 en una PWM de muestreo mínimo, y determina la zona usando la conversión. La zona determinación se explicará a continuación.
La figura 15 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una relación entre un tiempo de muestreo mínimo y una PWM de muestreo mínimo, donde el tiempo de muestreo mínimo y la PWM de muestreo mínimo pueden definirse mediante la siguiente ecuación 16. En este momento, Nalto puede definirse mediante la siguiente ecuación 17. [Ecuación 16]
Figure imgf000010_0001
[Ecuación 17]
Nalto — Npico - Mmín
Además, la unidad de modificación de orden (43) determina una orden de tensión de PWM de ajuste y una orden de tensión de PWM de restablecimiento basándose en la zona determinada para modificar una orden de tensión de PWM original. La orden de tensión antes de la modificación, la orden de tensión de ajuste y la orden de tensión de restablecimiento pueden definirse por vectores de la siguiente figura 18.
[Ecuación 18]
Norg — (Nmáx,Nmed,Nmín)
Naj — (Nmáx_aj,Nmed_aj,Nmín_aj)
Nres — (Nmáx_res,Nmed_red,Nmín_res)
La figura 16 es un diagrama de flujo que ilustra un método de determinación de una zona mediante un elemento de determinación de zona de la figura 13, y la figura 17 es una vista a modo de ejemplo que explica una zona definida por la presente invención.
La figura 17 es una vista en la que están ampliadas la zona deshabilitada de detección de corriente (primera zona, segunda zona, tercera zona, cuarta zona) de la figura 6 (b) y una zona detectable de corriente (zona cero). En este momento, Naj usado para la determinación de zona es diferente del vector de la figura 18, y es un valor en el que Nmed de deduce por Nalto. A continuación se realizará una explicación detallada relacionada con las zonas con referencia a los dibujos adjuntos.
El elemento de determinación de zona (42) determina que una orden de tensión relevante es la zona cero, cuando un valor en el que la zona cero Nmed se deduce por Nalto (Ecuación 17) es menor que o igual a cero (0) (S10). La zona cero es una zona donde la detección de corriente es posible y no requiere modificación en relación con la orden de tensión.
El elemento de determinación de zona (42) determina que una orden de tensión relevante es la primera zona, cuando Nmed+Naj es menor que o igual a Nmáx (S11). En este momento, Naj es Nmed-Nalto. Es decir, Nmed-Naj es una tensión de ajuste y Nmed+Naj es una tensión de restablecimiento, de manera que el elemento de determinación de zona (42) determina que la orden de tensión relevante es la primera zona, cuando el sector se mantiene debido a que la tensión de restablecimiento es menor que la orden máxima.
El elemento de determinación de zona (42) determina que una orden de tensión relevante es la segunda zona, cuando el tiempo de aplicación de vector nulo de la tensión de restablecimiento es mayor que cero (S12), donde el tiempo de aplicación de vector nulo de la tensión de restablecimiento puede definirse por la siguiente ecuación 19.
[Ecuación 19]
Figure imgf000011_0001
Además, el elemento de determinación de zona (42) determina que una orden de tensión relevante es la tercera zona, cuando se satisface la siguiente ecuación, y el elemento de determinación de zona (42) determina que una orden de tensión relevante es la cuarta zona (zona deshabilitada de detección de corriente), cuando una orden de tensión relevante no es la tercera zona (S13).
[Ecuación 20]
Figure imgf000011_0002
Cuando el elemento de determinación de zona (42) determina las zonas tal como se indicó anteriormente, la unidad de modificación de orden (43) puede modificar la orden de tensión de PWM de ajuste y la orden de tensión de PWM de restablecimiento como en las siguientes tablas 3 y 4. Sin embargo, en el caso de que una orden de tensión relevante pertenezca a la zona cero, no se requiere la modificación de orden tal como se explicó anteriormente. [Tabla 3]
Figure imgf000011_0003
[Tabla 4]
Figure imgf000011_0004
Figure imgf000011_0005
Figure imgf000012_0003
Tal como se indicó anteriormente, el cálculo de división no incluye ninguna otra división más que la división entre 2, y por tanto, como el cálculo de la división entre 2 es para usar una computación de desplazamiento, el cálculo de división en realizad no existe.
A continuación en el presente documento se describirá una zona definida por la presente invención y el procedimiento de obtención de una tensión de ajuste y una tensión de restablecimiento en la zona. La presente invención describe que la zona se divide en tres como en la técnica anterior para modificar la orden de tensión, pero la zona puede definirse de manera diferente en la presente invención
La figura 18 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una primera zona de la figura 17, donde la primera zona está definida por una zona donde un tiempo de aplicación de vector nulo (T0) de tensión de ajuste y la tensión de restablecimiento no cambia.
En comparación con la técnica anterior, la tensión de inyección es la misma pero cuando se calcula el tamaño de la tensión de inyección, no se calcula la tensión del eje dq, y la naturaleza geométrica como en la figura 18 se usa para calcular directamente un tiempo de aplicación de cada vector de tensión para la aplicación directa a la orden de tensión de cada fase, por lo que puede reducirse la cantidad de cálculo.
Diversos vectores de tensión usados en la siguiente descripción se definirán como en la figura 18. Una tensión original es una orden de tensión original antes de la modificación que genera el generador de orden de tensión (30) de la figura 12, y un vector de tensión de inyección es un vector de tensión deducido de una tensión original a partir de una tensión en la secuencia de apagado que se mueve haca una zona detectable de corriente para permitir una detección de corriente.
Un vector de tensión de compensación es un vector de tensión deducido de una tensión original a partir de una tensión en la secuencia de encendido, donde el tamaño es igual que el del vector de tensión de inyección pero el sentido es mutuamente opuesto. Un vector de tensión de ajuste es un vector donde se suman un vector de tensión original y un vector de tensión de inyección, y un vector de tensión de restablecimiento es un vector donde el promedio del vector de tensión de ajuste y el vector de tensión de restablecimiento equivale al vector de tensión original, y un vector donde se suman una tensión original y una tensión de compensación.
La figura 19 es una vista a modo de ejemplo que ilustra el movimiento del vector de tensión donde los tiempos de aplicación de vector nulo se vuelven iguales.
Tal como se explicó anteriormente, el tiempo de aplicación de vector nulo es un tiempo en el que un tiempo (T1+T2) aplicado por un vector efectivo se deduce de un período de conmutación completo. Tal como se ilustra en la figura
19, cuando el vector de tensión se mueve en un segmento paralelo a un segmento que conecta
Figure imgf000012_0001
y
Figure imgf000012_0002
puede observarse que T1+T2 son constantes. La compensación de tensión en la primera zona usa la naturaleza geométrica así mencionada.
La figura 20 es una vista esquemática que ilustra un cambio en un punto de conmutación por modificación de orden de tensión observado desde una primera zona.
Cuando un tiempo (Tb) desde un punto de conmutación de la tensión intermedia hasta un punto final de la secuencia de apagado es menor que un tiempo de garantía de detección de corriente (Tmín), y para obtener el tiempo, se utiliza un tiempo de ajuste (Taj) para cambiar el punto de conmutación, donde puede observarse que una orden de tensión máxima y una orden de tensión mínima no cambian, y sólo se cambia la tensión intermedia. Incluso si el tiempo de ajuste se usa para cambiar la tensión de conmutación de la tensión intermedia, el tiempo de aplicación de vector efectivo en la secuencia de encendido y en la secuencia de apagado son idénticos.
La figura 21 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una segunda zona de la figura 17, donde la segunda zona es una zona en la que disminuye el tiempo de aplicación de vector nulo de la tensión de restablecimiento.
La figura 22 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un cambio en un punto de conmutación por modificación de orden de tensión observado desde una segunda zona, donde la tensión intermedia cambia en la tensión de ajuste, y el tiempo de aplicación de vector nulo disminuye en la tensión de restablecimiento, por lo que los puntos de conmutación a la tensión máxima y la tensión mínima también cambian. La relación de T1+T2=T1'+T2' se aplica en la primera y la segunda zonas, y la tensión de compensación existe en el segundo sector.
La figura 23 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una tercera zona de la figura 17, y la figura 24 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un cambio en un punto de conmutación por modificación de orden de tensión observado desde una tercera zona, donde el tiempo de aplicación de vector nulo de la tensión de ajuste también cambia en la tercera zona. La tercera zona de la figura 24 es una zona en la que se suman la segunda zona y la tercera zona de la figura 10 (técnica anterior), y se calcula la tensión mediante un método en el que la tensión de inyección se vuelve mínima.
Un procedimiento para calcular una tensión de ajuste (P8) y una tensión de compensación (P4) es tal como sigue. P0 es una tensión original, a partir de la cual se calcula un punto perpendicular a un lado como en P1. P2 es un punto simétrico a P1 respecto a P0. P3 es un punto donde el componente T2 se reduce tanto como 2AT, y P4 es un punto donde el componente T1 se alarga tanto como AT. P5 es un punto donde el componente T1 se reduce a 0. P6 es un punto cuando se mueve a una zona detectable de corriente dibujando una perpendicular. P7 es un punto donde el componente T2 se alarga tanto como 2AT. P8 es un punto donde el componente T1 se alarga tanto como 2AT. P0 a P8 se describen en la siguiente tabla.
[Tabla 5]
Figure imgf000013_0001
La presente invención usa un método de inyección de una tensión mínima.
La figura 25 es una vista a modo de ejemplo que ilustra un método para determinar una tensión de inyección y una tensión de compensación en una tercera zona.
Debería resultar evidente que se usa un vector de tensión mínima porque se usa una normal para determinar el vector de tensión de ajuste en la primera y segunda zonas. La tensión original por la tensión de inyección en la tercera zona debe ser de una zona no medible (a), y la tensión de compensación debe existir dentro de un hexágono sintetizable (b). El punto más cercano a la tensión original en una zona que satisface las condiciones (a) y (b) se determina como en (c).
Por tanto, puede inyectarse una tensión más pequeña que una tensión de inyección según la técnica anterior para hacer más pequeña la ondulación de corriente generada por un componente de inyección de alta frecuencia sobre una tensión promedio.
La figura 26 es una vista a modo de ejemplo que ilustra una cuarta zona de la figura 17.
Es imposible posicionar una vector de tensión de ajuste y un vector de tensión de restablecimiento dentro de un hexágono de tensión en la cuarta zona. Sin embargo, se sacrifica una síntesis de tensión precisa con el fin de obtener un tiempo de muestreo mínimo. Puede determinarse una tensión de ajuste y una tensión de restablecimiento en la zona detectable de corriente teniendo en cuenta una cantidad de error de tensión como en la figura 26 según la presente invención.
La figura 27 es una vista a modo de ejemplo que compara el tiempo consumido para modificar una orden de tensión según la técnica anterior con el tiempo consumido según la presente invención.
Aunque el tiempo de cálculo convencional es diferente dependiendo de cada sector debido a los procedimientos que determinan los sectores, la presente invención puede tener un tiempo de cálculo (computación) idéntico independientemente de los sectores, por lo que puede notarse que el tiempo de cálculo puede reducirse en de 1/3 a 1/7 con respecto al de la técnica anterior.
Como resulta evidente a partir de lo anterior, la presente invención tiene un efecto ventajoso porque puede obtenerse un mejor resultado utilizando una computación reducida en comparación con la técnica anterior y, como resultado, es posible la realización en una CPU más lenta. Esto se debe a que la presente invención puede realizar un cálculo necesario usando computación de suma, deducción y desplazamiento sin cálculo de división. Además, la presente invención es ventajosa porque se consume un tiempo de computación constante independientemente del sector, puede minimizarse el tamaño de la tensión de inyección en una tercera zona y no se interrumpe el muestreo de corriente por la adición de una cuarta zona.
Aunque la presente invención puede haberse dado a conocer con respecto a varias realizaciones a modo de ejemplo, tales características o aspectos pueden modificarse de manera variable por los expertos en la técnica, siempre que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Sin embargo, la presente invención puede realizarse en muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones expuestas en el presente documento. El alcance de la invención se define únicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un inversor trifásico controlado usando PWM de vector espacial, SVPWM, con un aparato para detectar la corriente de salida del inversor, integrando el inversor tres resistencias de derivación (130), comprendiendo el aparato:
    una unidad de modificación de orden de tensión (40) configurada para modificar una orden de tensión de PWM (Norg) usando propiedades geométricas dentro de un hexágono de tensión cuando la orden de tensión de PWM se posiciona en una zona deshabilitada de detección de corriente dentro del hexágono de tensión,
    en el que el hexágono de tensión está definido por vectores de tensión de salida correspondientes a estados de una unidad de conmutación (120) que definen el hexágono y está dividido por seis sectores triangulares basándose en los vectores de tensión de salida,
    en el que la zona deshabilitada de detección de corriente dentro del hexágono de tensión se mapea en una zona dentro del hexágono de tensión basándose en un tiempo de muestreo mínimo (Tmín) requerido para encender sustancialmente un conmutador inferior (120b) del inversor trifásico para muestrear la corriente de salida para una detección de corriente correcta,
    en el que la unidad de modificación de orden de tensión (40) comprende:
    un primer elemento de determinación (41) configurado para determinar un sector en el hexágono de tensión, teniendo el sector la orden de tensión de PWM en el mismo, mediante la comparación entre ellos de cada uno de los componentes trifásicos (Na, Nb, Nc) de la orden de tensión de PWM;
    un segundo elemento de determinación (42) configurado para determinar una zona, teniendo la zona la orden de tensión de PWM, dentro de la zona deshabilitada de detección de corriente, mediante la conversión del tiempo de muestreo mínimo (Tmín) en una PWM de muestreo mínimo (Mmín) que es el valor correspondiente al tiempo de muestreo mínimo, tomado sobre la onda triangular usada para generar la orden de tensión de PWM, y usando además la PWM de muestreo mínimo; y
    una unidad de modificación de orden (43) configurada para determinar una tensión de ajuste (Naj) y una tensión de restablecimiento (Nres) usando una tensión de inyección mínima basándose en la zona determinada para modificar la orden de tensión de PWM,
    en el que la tensión de ajuste es una tensión modificada en secuencia de apagado mediante la deducción de la tensión de inyección mínima de la orden de tensión de PWM, haciendo la tensión de inyección mínima que la orden de tensión de PWM salga de la zona deshabilitada de detección de corriente hacia una zona detectable de corriente dentro del hexágono de tensión, y la tensión de restablecimiento es una tensión modificada en secuencia de encendido mediante la adición de la tensión de inyección mínima a la orden de tensión de PWM para compensar una diferencia de la tensión de ajuste,
    en el que el primer elemento de determinación (41) determina una tensión máxima (Nmáx), una tensión intermedia (Nmed) y una tensión mínima (Nmín) en una orden de tensión de PWM trifásica usando la determinación del sector,
    en el que el segundo elemento de determinación (42) no modifica la orden de tensión de PWM mediante la determinación de que la zona posicionada con la orden de tensión de PWM es la zona detectable de corriente (ZONA0), cuando una tensión deducida de una PWM de muestreo mínimo de un valor máximo de la onda triangular de PWM es mayor que o igual a la tensión intermedia [Npico - Mmín > Nmed],
    en el que el segundo elemento de determinación (42) determina la zona que tiene la orden de tensión de PWM como primera zona (ZONA1) cuando la tensión de restablecimiento es menor que o igual a la tensión máxima [Nres ≤ Nmáx],
    en el que la primera zona está definida por una zona donde un tiempo de aplicación de vector nulo de la tensión de ajuste y la tensión de restablecimiento no cambia,
    en el que el segundo elemento de determinación (42) determina la zona que tiene la orden de tensión de PWM como segunda zona (ZONA2) cuando un tiempo de aplicación de vector nulo de tensión de restablecimiento es mayor que cero,
    en el que la segunda zona está definida por una zona donde un tiempo de aplicación de vector nulo de la tensión de restablecimiento se hace más pequeño que un tiempo de aplicación de vector nulo de orden de tensión de PWM,
    en el que el segundo elemento de determinación (42) determina como tercera zona (ZONA3) cuando una diferencia entre la tensión intermedia y la tensión mínima es menor que una diferencia entre el doble del valor máximo de la onda triangular de PWM y el valor mínimo dividido entre 2,
    en el que la tercera zona está definida por una zona donde un tiempo de aplicación de vector nulo de la tensión de ajuste también cambia,
    en el que el segundo elemento de determinación (42) determina como cuarta zona (ZONA4) cuando una diferencia entre la tensión intermedia y la tensión mínima es mayor que o igual a una diferencia entre el doble del valor máximo de la onda triangular de PWM y el valor mínimo dividido entre 2.
    El inversor trifásico según la reivindicación 1, en el que la unidad de modificación de orden (43) determina una tensión de inyección para permitir que la tensión mínima se inyecte en una zona que satisface una primera condición en la que la orden de tensión de PWM se desvía de la zona deshabilitada de detección de corriente por la tensión de inyección, y una segunda condición en la que debe existir una tensión de compensación dentro del hexágono de tensión, y determina la tensión de ajuste y la tensión de restablecimiento usando dicha determinación.
    El inversor trifásico según la reivindicación 1 o 2, en el que la unidad de modificación de orden (43) determina la tensión de ajuste y la tensión de restablecimiento dentro de la zona detectable de corriente teniendo en cuenta una cantidad de error de tensión.
    El inversor trifásico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la orden de tensión de PWM se genera por un controlador de inversor,
    en el que el controlador de inversor incluye
    un convertidor (10) configurado para convertir una orden de tensión bifásica emitida desde un inversor trifásico en una orden de tensión trifásica,
    una unidad de aplicación (20) configurado para convertir la orden de tensión trifásica en una orden de tensión de terminal usando un vector espacial,
    un generador (30) configurado para generar una orden de tensión de PWM usando la orden de tensión de terminal, y
    una unidad de modificación de orden de tensión (40) configurada para modificar la orden de tensión de PWM cuando la orden de tensión de PWM se posiciona en la zona deshabilitada de detección de corriente dentro del hexágono de tensión.
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