KR102277350B1 - 전자적으로 정류된 동기 기계를 동작시키는 방법, 및 작동 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 위상들, 특히 3 개의 위상들을 갖는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법에 관한 것이다. 그 동기 기계를 동작시키기 위한 작동 회로 (1) 가 제공되며, 상기 작동 회로는 각 위상에 대해 적어도 2 개의 스위치들 (5) 을 갖고 각각의 위상에 대한 작동의 정도를 주기적으로 확인하기 위해 사용된다. 작동의 정도를 확인하기 위해, 각각의 위상이 페어링된 (paired) 스위치 (5) 를 통해 공급 전압이 공급되는 활성화 지속 기간이 결정된다. 다음의 단계들이 수행된다: - 적어도 두 개의 측정 윈도우들 (M1, M2; 20, 22) 에서 단일 측정 저항 (3) 에 의해 전류를 측정하는 단계 및 - 적어도 2 개의 위상들의 활성화 포인트들 사이의 차이가 최소 지속 기간 (td) 아래로 떨어지자마자 또는 적어도 2 개의 위상들의 활성화 지속 기간들 사이의 차이가 최소 지속 기간의 두 배 (td*2) 아래로 떨어지자마자 상이한 위상들의 활성화 지속 기간들 중 하나 이상을 서로에 대해 변위시키는 단계. 본 발명은 또한 작동 회로에 관련된다.
Description
독립 청구항들의 프리앰블에 따르면, 본 발명은 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법 및 작동 회로에 관한 것이다.
브러시리스 모터로도 알려진 영구 여기를 갖는 전자 정류 동기 기계는 적어도 2 개, 특히 3 개의 위상 권선들을 갖는 고정자와, 회전축에 수직으로 배치되고 회전자 내에 또는 회전자 상에 배치되는 하나 이상의 영구 자석들에 의해 형성되는 적어도 하나의 극 쌍을 갖는 회전자를 갖는다. 브러시리스 모터는 각각의 위상 권선이 상부 및 하부 스위치 (하프 - 브리지) 가 할당되는 작동 회로를 통해 전류가 공급되며, 상기 스위치는 상기 위상 권선에 상부 또는 하부 공급 전압을 인가할 수 있다. 하나 이상의 위상 권선에 전류가 통하게 되면, 회전자는 생성되는 자기장에 그 자신을 정렬시킨다. 목표로 한 작동의 목적을 위해, 회전자 위치를 확인하는 것이 필요하며, 이는 예를 들어 리졸버 또는 로터리 엔코더에 의해 수행된다.
편리하게는, 회전자에 고정되는 좌표계에서 위상 권선들에 의해 전류들의 폐루프 제어를 수행하는 것이 가능하며, 여기서, 회전자 자기장의 방향으로 의 d-축 및 상기 d-축에 대하여 90°(극 쌍수에 의해 기계 각과 연결된 전기 각) 인 q-축이 고려된다. q-축 방향으로 흐르는 전류는 (릴럭턴스 토크가 없는 모터에서) 출력되는 토크를 결정하므로 토크 형성 전류 (iq) 로 지정된다. 높은 회전 속도를 달성하기 위해, d-축 방향으로 흐르는 전류가 또한 미리 특정되는 약화 계자 (field-weakening) 폐루프 제어 동작을 수행하는 것이 가능하다. 회전자에 고정되는 좌표계는 고정자에 대해 회전하며, 따라서 인가되어야 하는 상 전류들 또는 대응하는 상 전압들은 회전자 위치를 참조하여 적절한 변환에 의해 확인된다. 예를 들어 표에 저장된 값들을 사용하여 개루프 제어 동작과 같은 대체 방법을 통해 상 전압들을 미리 특정하는 것이 또한 가능하다. 확인된 상 전압들에 따라, 작동의 정도들 및 또한 상기 작동의 정도들에 대응하고 각각의 상 권선들이 작동 회로에 의해 상부 또는 하부 공급 전압에 연결되는 시간 주기들이 펄스 폭 변조 (PWM), 예를 들어 특히 공간 벡터 변조 (space vector modulation) 에서 주기적으로 확인된다.
작동 회로의 인버터에서의 스위칭 효과들은 온보드 전기 시스템을 통해 전자 회로의 오작동들을 초래할 수 있는 라인-경계 간섭 현상의 주요 원인이다. 스위칭 주파수의 배수들의 경우에서의 스위칭 주파수 뿐아니라 그들의 고조파들의 범위에서의 양 간섭 현상들은 위상 권선들을 작동시키는 전력 반도체들을 스위칭함으로써 발생된다. 전자파 적합성 (EMC) 의 관점에서, 간섭 펄스들의 출력을 최소화하는 것은 특히 상대적으로 높은 전력을 가진 소비자들로서의 전기 모터들의 경우에 중요하다. 이러한 이유 때문에, 센터링된 (centered) 다상 PWM 이 빈번히 수행되며, 이것은 회전 모터의 경우 입력 및 출력 스위칭 플랭크들 (flanks) 이 PWM 기본 주파수에 의해 특정되는 고정된 시간 패턴에 대해 연속적으로 변경되기 때문에 플랭크-센터링된 PWM 과 비교하여 더 넓은 주파수 스펙트럼을 생성한다. 출력되는 간섭 펄스들의 연관된 주파수 스펙트럼은 결과적으로 평활화되고 따라서 스위칭 주파수 및 고조파들의 평균 진폭 값들은 더 작아진다.
측정 저항들 (소위 션트들, 저 임피던스) 은 개개의 위상들의 전류들을 측정하는 데 사용된다. 이 경우, 상 전류들이 순차적으로 확인된다. 예를 들어, 3 상 배열의 경우에 2 개의 위상만을 측정하는 것으로 충분하다. 다른 상의 전류는 법칙들 (키르히호프의 법칙들) 의 도움을 받아 계산할 수 있다.
비용을 절감하기 위해, 단 하나의 션트만 사용할 수 있다. 그러나, 종래 기술은, 측정을 위해, 단일의 션트에 의해, 고정된 측정 포인트 또는 측정 윈도우를 갖는 개개의 위상들의 스위치-온 주기들 또는 동적 측정 포인트 또는 측정 윈도우를 갖는 시프트된 스위치-온 주기들의 센터링을 제공하는 것은 불가능하다는 단점을 나타낸다. 특히, 예를 들어, 스위치-온 주기들의 센터링이 제공되고 스위치-온 주기들 중 2 개가 동일한 값들을 갖는다면, 그 위상들의 전류들을 측정할 수 없다. 또한 듀티 사이클이 변경되자마자 측정 윈도우들을 변경해야 하지만, 이것은 대부분의 마이크로컨트롤러에서는 쉽게 수행할 수 없다.
이러한 이유로, 종래 기술에 따른 듀티 사이클들이 시프트된다 (예를 들어, DE 10 2011 003 897 A1 참조). 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 전류들이 모터에 공급되지만, 상기 전류들은 상대적으로 높은 토크 리플들 및 상대적으로 열악한 NVH (noise vibration harshness) 거동을 야기한다.
측정 순간 또는 측정 윈도우를 선택할 목적으로, 올바른 값들을 얻기 위해 측정이 이루어질 때까지 최소 시간 동안 기다리는 것이 필요하다. 최소 시간은 예를 들어 PWM 주파수, 데드 타임, 측정 증폭기 회로의 안정화 시간 및 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 시간에 따라 달라진다. 이 경우, 데드 타임은 2 개의 하프-브릿지들의 전환 사이의 대기 시간이므로 단락이 발생하지 않는다. 그러나 듀티 사이클이 시프팅되면 측정 순간들도 마찬가지로 시프팅된다. 이는 전체 PWM 주기에서 측정이 불가능한 효과를 갖는다.
종래 기술에 따른 다른 해결책에서, 고정된 측정 순간들이 제공되지만, 듀티 사이클들은 여기에서 에지-정렬된다. 이것은 마찬가지로 더 많은 토크 리플을 유발한다.
토크 리플들을 줄이는 것을 통해 개선을 달성하기 위해서, 위상들을 시프팅시키기 위한 공급 전류들이 제거되어야 한다. 이는 PWM 위상들이 중앙 방식 (central manner) 으로 배열됨을 의미한다. 그러나, 중앙 배열이 존재하고 두 개의 PWM 들이 같은 값을 가질 때 전류는 측정될 수 없다.
본 발명의 목적은 다상 동기 기계들에 걸친 전류들의 측정을 개선하는 것이다.
그 목적은 독립항들에 의해 달성된다. 본 발명은 여러 위상들, 특히 3 개의 위상들을 갖는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법을 제공하며, 그 동기 기계를 동작시키기 위한 작동 회로가 제공되며, 상기 작동 회로는 각 위상에 대해 적어도 2 개의 스위치들을 갖고 각각의 위상에 대한 작동의 정도가 상기 작동 회로에 의해 주기적으로 확인되며, 공급 전압이 연관된 스위치에 의해 각 위상에 인가되는 스위치-온 주기가 작동의 정도를 확인하기 위해 결정되며, 다음의 단계가 수행된다:
- 적어도 두 개의 측정 윈도우들에서 단일 측정 저항에 의해 전류를 측정하는 단계. 또, 다음의 추가의 단계가 수행된다:
- 적어도 2 개의 위상들의 스위치-온 순간들 사이의 차이가 최소 주기 아래로 떨어지거나 또는 적어도 2 개의 위상들의 스위치-온 주기들 사이의 차이가 최소 주기의 두 배 아래로 떨어지자마자 상이한 위상들의 스위치-온 주기들 중 하나 이상을 서로에 대해 시프팅시키는 단계.
스위치-온 주기들의 시프팅은 스위치-온 주기의 개시 순간 (스위치-온 순간) 이 시프트되고, 스위치-온 동작의 지속 기간이 동일하게 유지되는 것을 의미하는 것으로 이해되도록 의도된다. 따라서, 듀티 사이클의 시작 순간이 시프팅되는 동안 듀티 사이클은 동일하게 유지된다.
본 발명의 맥락에서, 스위치-온 순간은 스위치-온 주기가 시작되는 순간을 의미하는 것으로 이해되도록 의도된다. 스위치-온 주기는 듀티 사이클, 즉 "하이"또는 "1"이 설정된 시간에 대응한다. 따라서 스위치-온 순간은 0 에서 1로 전환할 때 플랭크 상승에 대응한다. 스위치-온 지속 기간들의 시작 순간들 (플랭크 상승, 스위치-온 순간) 은 바람직하게는 측정이 수행되도록 의도되는 주기의 외측에 위치하는 방식으로 정렬된다.
이 경우, 최소 주기는 바람직하게는 신호가 안정화될 때까지 필요한 주기이다. 이 경우, 최소 주기는, 예를 들어 아날로그/디지털 변환기의 데드 타임, 안정화 시간 및/또는 샘플링 시간으로부터 형성된다. 이러한 시간은 측정이 수행될 수 있을 때까지 (예를 들어, 고에서 저로 또는 그 반대로) 듀티 사이클에서의 전환 후 최소로 요구된다. 두 스위치-온 순간들 간의 차이가 이 최소 주기보다 낮으면 측정을 수행할 수 없거나이 측정에 오류가 포함된다. 따라서, 듀티 사이클, 즉 스위치-온 주기 또는 스위치-온 주기의 순간은, 이러한 종류의 차이를 확립할 때 시프팅된다. 스위치-온 주기, 즉 "1"로 스위칭된 상태의 길이는 이 경우에 동일하게 유지된다. 이것은 최소 주기보다 큰, 2 개의 스위치-온 순간들 사이의 차이를 초래하고, 따라서 측정이 이제 수행될 수 있다. 대안으로서, 스위치-온 주기들 간의 차이가 결정된다. 이 차이가 최소 주기의 두 배보다 작으면, 시프팅이 수행된다.
본 발명에 따른 방법은 토크 리플들이 감소될 수 있는 이점을 제공한다. 이것은 고정된 측정점들이 획득되는 동시에 충분한 전압이 인가되자마자 스위치-온 주기들의 중앙 배열이 제공된다는 점에서 달성된다.
스위치-온 순간들 사이의 차이가 최소 주기보다 크거나 스위치-온 주기들 간의 차이가 최소 주기의 두 배보다 크다는 것이 확립되면, 시프팅은 구현되지 않는다. 스위치-온 주기들은 그 후 바람직하게는 중심 방식으로 배열되고, 특히 그들의 듀티 사이클들에 따라 분류된다. 이 경우, 중간 상 또는 제 2 상은 고정된 위치를 가정할 수 있다. 이 제 2 상의 스위치-온 주기는 예를 들어, 새로운 주기의 시작 전 최소 주기의 시간으로 시작할 수 있다. 즉, 제 2 상의 "하이 시간"이 그 후 새로운 주기의 시작 전에 최소 주기로 시작된다. 제 1 상의 스위치-온 주기는, 예를 들어, 제 1 및 제 2 상의 스위치-온 주기 사이의 차이가 2 개의 최소 주기들보다 작을 때, 제 2 상의 스위치-온 주기 이전의 최소 주기에서 시작할 수 있다. 그러나, 그 차이가 2 개의 최소 주기들보다 길면, 그 스위치-온 주기들은 센터링된 방식으로 배치된다. 제 3 상의 스위치-온 주기는, 예를 들어, 제 3 상의 스위치-온 주기가 중간 상의 스위치-온 주기보다 작은 2 개의 최소 주기들인 경우 새로운 주기의 시작으로 시작할 수 있다. 그러나, 상기 제 3 상의 스위치-온 주기가 중간 상의 스위치-온 주기보다 길면, 상기 제 3 상은 중간 상과 센터링된 배열에 있을 수 있다.
그러므로, 2 개의 스위치-온 순간들 사이의 차이가 최소 주기보다 큰지 여부에 대한 체크가 행해질 수 있거나, 또는 스위치-온 주기들 간의 차이가 2 개의 최소 주기들보다 큰지 여부에 대한 체크가 행해질 수 있다. 그렇지 않은 경우 시프팅이 발생한다.
환언하면, 위상 간의 차이가 측정을 위해 충분히 크지 않을 때, 즉, 예를 들어, 스위치-온 주기들의 길이를 비교할 때 두 개의 최소 주기들보다 작을 때 항상 시프팅이 발생한다. 그러나, 그 차이가 측정을 위해 충분히 크자마자, 예를 들어 2 개의 최소 주기들보다 크자마자, 그 스위치-온 주기들은 센터링된 방식으로 배치된다. 스위치-온 주기들 간의 차이는 특히 고전압이 또한 인가되어 높은 속도들 또는 토크들이 존재할 때 항상 높다. 전류에서의 동일한 결함들은 고전압들에서 상대적으로 큰 토크 리플들을 유발할 수 있으며, 이는 상대적으로 열악한 NVH (Noise Vibration Harshness) 거동을 유발한다. 본 발명은 스위치-온 주기들 (듀티 사이클들) 의 센터링된 배열이 최대 시간 동안 제공되고, 따라서 토크 리플이 감소되는 장점을 갖는다.
특히 듀티 사이클이 U, V 및 W 인 세 개의 상들이 존재하는 경우 이것의 예가 다음과 같을 수 있다: U 와 V 사이의 차이가 최소 주기의 두 배 (최소 주기 * 2) 보다 클 때, 상들은 중앙 방식으로 배열된다. V 와 W 사이의 차이가 최소 주기의 두 배보다 클 때, 이들 2 개의 상들은 마찬가지로 중앙 방식으로 배열된다. 두 위상들 간의 차이가 최소 주기의 두 배보다 작으면, 위상들을 시프팅하는 것에 관한 개시가 행해진다. 저전압이 요구되는 경우, 2 개의 위상들의 듀티 사이클들 간의 차이는 최소 주기의 두 배보다 크지 않을 것이고, 따라서 위상들은 여전히 시프팅될 것이다. 그러나, 고전압이 요구될 때, 대부분의 시간 동안 중앙 배치가 존재할 것이다.
즉, 스위치-온 시간들 사이의 차이가 최소 주기의 두 배보다 작으면 위상들이 에지 정렬되는 것이 가정될 수 있다. 에지들 (플랭크 상승들) 에서 시작하여, 스위치-온 시간의 연장은 하강 플랭크가 상승 플랭크에서 더 멀리 이동되는 방식으로만 발생한다. 유사하게, 스위치-온 시간의 단축은 하강 플랭크가 상승 플랭크의 방향으로 더 멀리 이동되는 방식으로 발생한다. 왼쪽 사이드 플랭크들 (상승 플랭크들) 은 그들의 위치에 고정된 채로 유지되고 위상들 사이의 최소 주기 만큼 각각의 경우에 서로에 대해 이동된다. 이것은 스위치-온 시간들 간의 차이가 최소 시간의 두 배보다 클 때까지 계속된다. 플랭크들은 그 후 스위치-온 시간들이 궁극적으로 센터링되는 방식으로 추가의 코스에서 양 사이드들상에서 변화한다. 스위치-온 시간들 간의 차이가 충분히 클 때 (비교적 높은 전압), 위상들은 그 후 중앙 정렬 방향으로 서서히 시프팅된다.
위상들은 전류들의 측정을 수행하는 데 필요한 시간 주기 동안 시프팅된다. 위상들은 그 후 다시 중앙 방식으로 정렬된다. 고정된 측정점들은 바람직하게는 주기의 재시작의 위치들 및 또한 재시작 시점에서 최소 주기를 뺀 위치에 제공된다.
두 위상들이 동일한 스위치-온 주기를 갖도록 의도된 경우에도, 스위치-온 주기들 중 하나의 시작 순간이 시프팅되기 때문에 측정이 발생할 수 있음을 이러한 방식으로 보장할 수 있다. 또한, 제 3 위상은 이것에도 불구하고 위상들 중 하나와 센터링된 방식으로 정렬된 상태로 유지된다.
측정의 대안적인 또는 추가적인 개선에서, 다음의 단계들이 방법에서 수행된다:
- 위상의 스위치-온 주기가 최소 주기보다 작은 경우 모든 위상들에 대한 스위치-온 주기들을 증가시키는 단계, 또는
- 위상의 스위치-온 주기가 그 주기 마이너스 최소 주기보다 큰 경우 모든 위상들에 대한 스위치-온 주기를 감소시키는 단계.
이 솔루션은 위에 언급된 솔루션의 대안으로서 또는 추가로 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해 개개의 위상들의 스위치-온 주기들이 검사된다. 스위치-온 주기가 최소 주기보다 작은 것으로 확인되면, 스위치-온 주기는 모든 위상들에 대해 증가되어 최소 주기보다 크다. 스위치-온 주기가 하나의 주기 마이너스 최소 주기보다 큰 것으로 확인되면, 스위치-온 주기는 모든 위상들에 대해 감소된다.
따라서, (듀티 사이클의) 스위치-온 주기의 감소는 제 1 및 중간 상이 거의 동일한 값을 갖고 매우 큰 경우에 수행된다. 이 경우, 특히 중간 상이 최소 주기만큼 쉬프팅된 경우, 듀티 사이클 또는 스위치-온 주기는 PWM 주기보다 클 것이므로, 측정이 더 이상 가능하지 않을 것이다.
중간 상은 측정이 수행될 수 있도록, 최소 주기와 100 % 마이너스 최소 주기 사이에 있어야 한다. 이것은 가능한 듀티 사이클을 제한한다. 본 발명에 따른 해결책에 의하면, 이러한 단점이 해소될 수 있고, 전류들을 측정하기 위한 개선된 방법이 제공될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 스위치-온 주기를 증가시키는 것 또는 감소시키는 것은 제로 벡터의 변조에 의해 수행된다. 제로 벡터는 스위치들이 모두 0 또는 1을 출력하고 따라서 전압이 인가되지 않을 때 스위치들의 위치를 지정한다. 이 경우, 모든 3 개의 상들이 단락되고 상들 간에 전압이 측정될 수 없다. 따라서, 제로 벡터는 하프-브릿지들의 8 가지 스위칭 상태들 중 2 가지를 지정한다. 제로 벡터들 또는 제로 전압 공간 벡터들은 전압 공간 벡터의 크기를 선택하는 데 필요하고, 따라서 3-상 기계의 정류에 매우 중요하다.
종래의 공간 벡터 변조에서, 제로 벡터는 그 주파수가 상의 주파수의 3 배이고 진폭은 상의 진폭의 1/3 인 제 3 고조파이다. 본 발명에 따르면, 이러한 제로 벡터는 특히 측정들이 하나의 측정 저항만이 사용될 때 전체 전류 범위를 커버하는 그러한 방식으로 변조된다. 이러한 맥락에서, 제로 벡터의 변조는 제로 벡터가 원하는 효과 - 특히 측정 영역을 확장하는 것 - 가 발생하는 그러한 방식으로 변경된다는 것을 의미한다.
제로 벡터들의 변조는 스위치-온 주기들을 변경할 수 있음을 의미한다. 따라서, 확장되는 측정 영역의 유리한 효과가 전체적으로 달성된다. 공간 벡터들에 의해 생성되는 펄스 폭 변조들 (PWM) (공간 벡터 변조) 의 경우, 예를 들어 최소 주기가 0 에서 PWM 주기의 6 퍼센트까지인 경우 0 과 100 퍼센트 사이의 PWM 들에 대한 전류들을 측정할 수 있다.
보통, PWM 측정은 PWM 이 하나의 위상에서 100 % 일 때 가능하며, 이는 이 경우 다른 위상들은 낮기 때문이다: 하나의 위상은 0 % PWM 이고 다른 위상은 50 % PWM 에 가깝다. 그러나 중간 상이 100 % 최소 주기의 값을 갖는 경우 측정이 불가능하다. 이는 실질적으로 동일한 값을 갖는 중간 상과 제 1 상의 범위의 경우에 발생한다.
바람직한 개발에서, 스위치-온 주기들의 시프팅 또는 스위치-온 주기들의 증가 또는 감소는 3 개의 위상들 중 최대 2 개에서만 수행된다. 특히, 위상들 중 하나, 바람직하게는 중간 상은 고정되고 변경되지 않는다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 수단을 갖는 작동 회로에 관한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시형태들은 도면들에 기반하여 이하에 논의될 것이다.
도 1a 내지 도 1d 는 다양한 스위칭 상태들에서 단 하나의 측정 저항을 갖는 작동 회로를 도시한다.
도 2 는 측정 저항에 걸친 연관된 값들과 함께 스위칭 상태들에 대한 진리표를 보여준다.
도 3 은 측정 윈도우들에 대한 예시적인 도면을 도시한다.
도 4 는 데드 타임들에서의 예시적인 도면을 도시한다.
도 5 는 종래 기술에 따른 여러 위상들의 스위치-온 주기들의 예시적인 시프 팅을 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 여러 위상들의 스위치-온 주기들 및 측정 순간들의 예시를 도시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 여러 위상들의 스위치-온 주기들 및 시프팅을 갖는 측정 순간들의 예시를 도시한다.
도 8 은 컨버터의 작동 영역의 예시적인 도면을 도시한다.
도 9 는 본 발명에 따라 변조되는 제로 벡터를 갖는 3 개의 위상들의 예시적인 도면을 도시한다.
도 1a 내지 도 1d 는 다양한 스위칭 상태들에서 단 하나의 측정 저항을 갖는 작동 회로를 도시한다.
도 2 는 측정 저항에 걸친 연관된 값들과 함께 스위칭 상태들에 대한 진리표를 보여준다.
도 3 은 측정 윈도우들에 대한 예시적인 도면을 도시한다.
도 4 는 데드 타임들에서의 예시적인 도면을 도시한다.
도 5 는 종래 기술에 따른 여러 위상들의 스위치-온 주기들의 예시적인 시프 팅을 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 여러 위상들의 스위치-온 주기들 및 측정 순간들의 예시를 도시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 여러 위상들의 스위치-온 주기들 및 시프팅을 갖는 측정 순간들의 예시를 도시한다.
도 8 은 컨버터의 작동 영역의 예시적인 도면을 도시한다.
도 9 는 본 발명에 따라 변조되는 제로 벡터를 갖는 3 개의 위상들의 예시적인 도면을 도시한다.
도 1 은 하나의 측정 저항 (3) 만을 갖는 다양한 스위칭 상태들에서의 작동 회로 (1) 를 보여준다. 작동 회로 (1) 의 스위치들 (5) 은 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 하부 스위치 (5) 및 상부 스위치 (5) 는 각각의 경우에 하프-브리지를 생성한다. 이 경우, 전류는 폐쇄된 상태에서 흐른다. 전류는 전자 정류 동기 기계 (7) 에 공급된다.
도 1a 에서, 모든 하부 스위치들 (5) 은 개방되고 모든 상부 스위치들 (5) 은 폐쇄된다. 따라서 모든 위상들이 단락되어 전류가 측정 저항 (3) 을 통해 측정되지 않는다. 이러한 스위칭 상태에 의해 제로 벡터가 생성될 수 있다. 상부 스위치들 (5) 이 개방되고 하부 스위치들 (5) 이 폐쇄되는 도 1b 에 동일한 것이 적용된다.
대조적으로, 도 1c 및 도 1d 는 제로 벡터들의 표현을 도시하지 않는다. 도 1c 에서, 상부 스위치 (5) 및 2 개의 하부 스위치들 (5) 이 폐쇄된다. 따라서, 전류는 측정 저항 (3) 에 걸쳐 측정된다. 여섯 개의 능동형 전압 공간 벡터들 중 하나가 이러한 스위칭 위치에 의해 표현된다. 2 개의 상부 스위치들 (5) 및 하나의 하부 스위치 (5) 가 폐쇄되는 도 1d 에 동일한 것이 적용된다. 여섯 개의 능동형 전압 공간 벡터들 중 다른 것이 여기서 생성된다.
도 2 의 진리표는 스위칭 상태들의 모든 가능한 구성들을 보여주며, 여기서 "H"( "하이") 은 상부 스위치들을 지정하고 "L"( "로우") 은 하부 스위치들을 지정한다. 식별자들 1, 2 및 3 은 여러 상들을 나타낸다. 따라서, 각 위상에는 두 개의 스위치들에 대해 "H"와 "L"이 할당된다. 측정 저항 3 을 통과하는 측정된 전류는 맨 오른쪽 열에 표시된다.
도 3 은 하부 스위치들 (L) 에 대한 듀티 사이클을 갖는 주기를 도시한다. 여러 위상들 1, 2 및 3 이 위에서 아래로 플로팅된다. 측정 윈도우들은 도면의 저부 가장자리에서 식별된다. 측정이 불가능하거나 주요 오류가 있는 측정만이 T0 및 T3 동안 발생할 수 있다. 모든 스위치-온 주기들이 T3 에서 동시에 "온" 이다. 그러나, 의미있는 측정이 수행될 수 있도록 적어도 하나의 위상이 "오프" 이어야 한다. T0 는 마찬가지로 신호가 안정화되는 최소 주기가 여기서 아직 경과하지 않았기 때문에 측정에 사용되도록 의도되지 않는다. 그러나, 위상들 중 적어도 하나가 여기에서 각각의 경우에 "오프" 이기 때문에, 측정은 측정 순간들 T1 및 T2 에서 발생할 수 있다.
도 4 는 측정들 동안에 고려해야 하는 데드 타임들에서의 예를 보여준다.
도 5 는 종래 기술에 따른 여러 위상들의 스위치-온 주기들의 예시적인 시프 팅을 도시하며, 여기서 공간 벡터 변조가 적용된다. 좌측의 다이어그램은 시프팅이 없는 3 개의 위상들을 보여준다. 도 5 의 우측의 다이어그램은 제 3 위상의 스위치-온 주기에 대한 각각 최소 주기 td (제 2 상) 및 td*2 (제 1 상) 만큼 제 1 및 제 2 상의 스위치-온 주기들의 시프팅을 보여준다.
도 6 은 스위치-온 주기들 간의 차이가 최소 주기의 2 배 (이중 최소 기간) 보다 크기 때문에 시프팅이 존재하지 않는 여러 위상들의 스위치-온 주기들 및 측정 순간들의 본 발명에 따른 예시를 도시한다. 이 경우, 위상들은 모두 중앙에서 정렬된다. 파선은 주기의 재시작을 나타낸다. td 는 최소 주기를 지정한다. 측정 순간들은 M1 및 M2 로 식별된다.
그러나, 위상들의 스위치-온 주기들 간의 차이가 최소 주기의 두 배보다 작을 때, 위상들의 스위치-온 주기들은 도 7 에서와 같이 시프팅된다. 상기 도면은 예로서, 제 3 (최하위) 위상의 시프팅을 도시한다. 결과적으로, 다른 두 상들과의 중앙 정렬은 더 이상 제공되지 않지만 결과적으로 전류들의 측정이 가능하다. 20 은 제 1 측정 순간 (측정 윈도우) 를 지정하며, 22 는 제 2 측정 순간 (측정 윈도우) 를 식별한다. 동시에, 이 새로운 측정 순간 (22) 에서 새로운 주기의 시작이 발생한다.
도 8 은 공간 벡터들에 따라 여섯 개의 활성 벡터에 의해 표현될 수 있는 여섯 개의 섹터를 포함하는 정육각형의 형태로 변환기의 작동 영역을 예시로 도시 한 것이다. 그러나, 종래 기술에 따르면, 이 육각형 내의 원형 궤적 내에서만 측정이 가능하다. 이러한 영역은 본 발명에 따르면 확장된다.
도 9 는 (저부의 통상의 SVM 변조에서) 종래 기술에 따른 및 (상부에서) 본 발명에 따라 변조되는 제로 벡터를 갖는 3 개의 위상들의 예시적인 설명을 도시한다. 곡선들 10, 11 및 12 각각은 위상을 나타내지만, 곡선 13 은 (변조된) 제로 벡터를 나타낸다. 여기서, 제 3 고조파가 위상들에 가산되고 그들에게 그들의 파형을 부여한다. 결과적으로, 위상들의 제로 벡터 전압들의 합은 더 이상 0 이 아니다.
Claims (9)
- 수 개의 위상들을 갖는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법으로서,
상기 동기 기계를 동작시키기 위한 작동 회로 (1) 가 제공되며, 상기 작동 회로는 각 위상에 대해 적어도 2 개의 스위치들 (5) 을 갖고 각각의 위상에 대한 작동의 정도가 상기 작동 회로에 의해 주기적으로 확인되며, 공급 전압이 연관된 스위치 (5) 에 의해 각 위상에 인가되는 스위치-온 주기가 상기 작동의 정도를 확인하기 위해 결정되며, 다음의 단계가 수행되고:
- 적어도 2 개의 측정 윈도우들 (M1, M2; 20, 22) 에서 단일 측정 저항 (3) 에 의해 전류를 측정하는 단계,
다음의 추가의 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법:
- 적어도 2 개의 위상들의 스위치-온 순간들 사이의 차이가 최소 주기 (td) 아래로 떨어지거나 또는 적어도 2 개의 위상들의 스위치-온 주기들 사이의 차이가 상기 최소 주기의 두 배 (td*2) 아래로 떨어지자마자 상이한 위상들의 스위치-온 주기들 중 하나 이상을 서로에 대해 시프팅시키는 단계; 및
- 상기 스위치-온 순간들 사이의 차이가 최소 주기 (td) 를 초과하거나 상기 스위치-온 주기들 사이의 차이가 상기 최소 주기의 두 배 (td * 2) 를 초과하는 경우, 상기 위상들의 상기 스위치-온 주기들을, 그들이 서로에 대해 센터링된 방식으로 정렬되는 방식으로 위치시키는 단계. - 제 1 항에 있어서,
상기 최소 주기 (td) 는 데드 타임, 안정화 시간 및 샘플링 시간 중 적어도 하나로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법. - 제 1 항에 있어서,
다음의 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법:
각각의 경우에 고정된 시간 위치에 대한 상기 측정 윈도우들 (M1, M2, 20, 22) 을 정의하는 단계. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 스위치-온 주기는 상기 위상들 중 최대 2 개에서만 시프팅되는 반면, 다른 위상은 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법. - 3 개의 위상들을 갖는 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법으로서,
상기 동기 기계를 동작시키기 위한 작동 회로 (1) 가 제공되고, 상기 작동 회로는 각 위상에 대해 적어도 2 개의 스위치들 (5) 을 가지며,
다음의 단계가 수행되고:
- 하나의 측정 저항 (3) 에 의해 각각의 위상에 대한 작동의 정도를 주기적으로 확인하는 단계,
여기서 공급 전압이 연관된 스위치 (5) 를 통해 각각의 위상에 인가되는 스위치-온 주기가 상기 작동의 정도를 확인하기 위해 결정되고,
다음의 추가의 단계들이 수행되는 것을 특징으로 하며:
- 미리 결정된 위상의 스위치-온 주기가 최소 주기 (td) 보다 작은 경우 모든 위상들에 대한 스위치-온 주기들을 증가시키는 단계, 또는
- 미리 결정된 위상의 스위치-온 주기가 하나의 주기 마이너스 상기 최소 주기 (td) 보다 큰 경우 모든 위상들에 대한 스위치-온 주기들을 감소시키는 단계, 그리고
여기서 상기 스위치-온 주기들은 상기 하나의 주기의 0 과 100 % 사이에서 증가되거나 감소되고,
상기 스위치-온 주기들을 증가시키는 것 그리고 감소시키는 것 중 적어도 하나는, 제로 벡터의 변조에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법. - 삭제
- 전자 정류 동기 기계를 위한 작동 회로로서,
상기 동기 기계는 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법을 수행하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 정류 동기 기계를 위한 작동 회로. - 전자 정류 동기 기계를 위한 작동 회로로서,
상기 동기 기계는 제 6 항에 따른 전자 정류 동기 기계를 동작시키는 방법을 수행하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 정류 동기 기계를 위한 작동 회로.
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