KR20090026742A

KR20090026742A - 회전 전기 기계를 동작시키는 방법

Info

Publication number: KR20090026742A
Application number: KR1020080089492A
Authority: KR
Inventors: 요나스 클레이; 게오르지오스 파파포티우
Original assignee: 에이비비 리써치 리미티드
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2009-03-13
Also published as: US8004227B2; JP5329158B2; EP2034606B1; US20090066276A1; EP2034606A1; RU2458453C2; RU2008136340A; JP2009072058A; CN101388641B; KR101442843B1; HK1126900A1; CN101388641A

Abstract

회전 전기 기계를 동작시키는 방법을 특정하는 것으로서, 회전 전기 기계는, 적어도 2 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한, DC 전압 회로를 갖는 컨버터 회로에 위상의 관점에서 접속되고, 컨버터 회로의 위상들은 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합에 따라 DC 전압 회로에 접속된다. 토크 궤적 또는 자기 고정자 플럭스 궤적이 소정 값 범위 밖에 있는, 각각의 관련된 토크 궤적 및 자기 고정자 플럭스 궤적을 갖는 스위칭 상태 조합들의 경우에도 회전 전기 기계의 동작이 가능하도록 하기 위해, L 개의 샘플링 시간들에 걸쳐서, 토크 위반 값 (torque infringement value) 들로부터 최대 값을 결정하고 고정자 플럭스 위반 값 (stator flux infringement value) 들로부터 최대 값을 결정하여 이들 최대 값들을 가산하고, 최대 값들의 합계가 가장 작도록 상기 선택된 스위칭 상태 조합으로서 그 스위칭 상태 조합을 설정한다. 대체안으로서, L 개의 샘플링 시간들에 걸쳐서, 토크 위반 값들의 합계 및 고정자 플럭스 위반 값들의 합계를 형성하여 합계들의 최대 값을 형성하고, 최대 값이 가장 작도록 상기 선택된 스위칭 상태 조합으로서 그 스위칭 상태 조합을 설정한다.

회전 전기 기계, 토크 위반 값, 고정자 플럭스 위반 값

Description

회전 전기 기계를 동작시키는 방법{METHOD FOR OPERATING A ROTATING ELECTRICAL MACHINE}

본 발명은 회전 전기 기계에 대한 동작 방법의 분야에 관한 것이다. 그것은 독립 청구항의 전제부 (precharacterizing clause) 에 따른 회전 전기 기계를 동작시키는 방법에 기초한다.

현재, 고전력 전압 컨버터 회로들이 여러 용도에서 사용되고 있다. 이러한 컨버터 회로는 통상적으로 3 개의 전압 레벨들을 접속시키고, 특히 동기식 및 비동기식 기계들에서의 회전 전기 기계들을 동작시키는데 종종 사용되며, 회전 전기 기계는 일반적으로 3 개의 고정자 권선 (stator winding) 들을 가진다. 종래의 회전 전기 기계를 동작시키는 방법에 있어서, 회전 전기 기계는 일반적으로 m 개의 (m≥2) 전압 레벨들을 접속시키기 위한, DC 전압 회로를 갖는 이러한 컨버터 회로에 위상 (phase) 의 관점에서 접속된다. 대표적으로 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로의 경우, DC 전압 회로는 제 1 커패시터 및 이 제 1 커패시터와 직렬로 접속되는 제 2 커패시터에 의해 형성되고, DC 전압 회로는 또한 제 1 커패시터에서의 제 1 주요 접속, 제 2 커패시터에서의 제 2 주요 접속 및 상 기 2 개의 직렬-접속된 커패시터들에 의해 형성된 서브접속을 가진다. 또한, 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로는, 일반적으로 상호 접속되어 있는 전력 반도체 스위치들을 포함한다. 그것과 관련하여, 도 1은 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 종래의 3-상 (three-phase) 컨버터 회로의 실시형태를 도시한다. 그 방법에 따르면, 컨버터 회로의 위상들은 일반적으로 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합에 따라 DC 전압 회로에 접속되어 있다. 따라서, 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로의 경우, 컨버터 회로의 위상들은, 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합에 따라 제 1 주요 접속, 제 2 주요 접속 또는 서브접속에 접속된다. 도 2에 도시된 상태 다이어그램에는, 이들 스위칭 상태 조합들 및 서로에 대한 그 천이 (transition) 들이 도시되어 있고, "+"는 대응하는 위상의 제 1 주요 접속으로의 접속을 나타내고, "-"는 대응하는 위상의 제 2 주요 접속으로의 접속을 나타내며, 그리고 "0"은 대응하는 위상의 서브접속으로의 접속을 나타낸다.

대응하는 스위칭 상태 조합들의 선택은, 예컨대, 회전 전기 기계의 토크, 회전 전기 기계의 자기 고정자 플럭스 (magnetic stator flux) 및 서브접속에서의 포텐셜에 대한 최근 실제 값이 초기에 각 경우에 있어서 관련된 소정 값 범위와 비교되는, 공지된 "직접 토크 제어" (DTC) 방법에 따라 수행된다. 각각의 소정 값 범위는 시간에 따라 변하거나 또는 시간에 따라 변할 수 있고, 통상 회전 전기 기계의 토크, 회전 전기 기계의 자기 고정자 플럭스 및 서브접속에서의 포텐셜에 대 한 기준 값들로부터 업스트림 폐쇄-루프 제어 회로에 의해 결정된다. 현재 최근 실제 값이 그 관련된 소정 값 범위를 초과할 경우, 스위칭 상태 조합은, 이 스위칭 상태 조합에 대해 획득되는 최근 값이 필요에 따라 재차 이것이 보장되지 않는 관련된 값 범위 내에 존재할 수 있도록, 이전 선택된 스위칭 상태 조합의 함수로서 표로부터 선택된다. 추가적으로, 스위칭 상태 조합은 항상, 그 관련된 값 범위가 초과될 때 상기 토크, 상기 자기 고정자 플럭스 또는 상기 포텐셜에 대한 최근 실제 값 중 어느 하나와 관련하여 단지 선택된다. 상기 토크, 상기 자기 고정자 플럭스 및 상기 포텐셜에 대한 최근 실제 값은 함께 고려되지 않는다.

공지된 "직접 토크 제어"에 의해 회전 전기 기계를 동작시키기 위한 상술한 방법이 가지는 하나의 문제는, 이전 선택된 스위칭 상태 조합과 최근 선택된 스위칭 상태 조합 사이에 일반적으로 복수의 천이들이 존재한다는 사실이며, 이들 천이들은 스위칭 상태 조합들 간의 선으로서 도 2에 도시되어 있다. 스위칭 상태 조합들 및 일 스위칭 상태 조합으로부터 다른 스위칭 상태 조합으로의 천이들은 일반적으로 표에 영구적으로 저장되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 경우 스위칭 상태 조합에 대한 조합 가능성의 모두가 표에 저장되어 있는 것은 아니다. 또한, "직접 토크 제어"의 경우, 관련된 천이들을 가지는 이전 선택된 스위칭 상태 조합의 함수로서 단지 하나의 스위칭 상태 조합이 선택되고, 이는 표에 저장되며, 선택된 스위칭 상태 조합에 대해 획득되는 최근 값을 재차 관련된 값 범위 내로 되돌린다. 특히 이전 선택된 스위칭 상태 조합에 대해 가능한 보다 적은 천이들을 가지는, 대체안으로서 선택될 스위칭 상태 조합들은 표에 저장되지 않는다. 그러 나, 스위칭 상태 조합들 간의 복수의 천이들은, 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 다수의 스위칭 동작들을 발생시키고, 그 결과로서, 전력 반도체 스위치들의 스위칭 주파수가 증가된다. 그러나, 이러한 높은 스위칭 주파수는 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들에 있어서의 열 손실 (보다 높은 에너지 소모) 을 생성하고, 열 손실의 결과로서, 전력 반도체 스위치들이 더욱 빨리 노화되어 손상될 수도 있고 또는 심지어 파괴될 수도 있다.

이와 관련하여, EP 1 670 135 A1은, m 개의 (m≥2) 전압 레벨들을 접속시키기 위해, 회전 전기 기계에 위상의 관점에서 접속되는, 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있음으로써, 회전 전기 기계를 동작시키는 방법을 특정하고 있다. 그 방법에 따르면, 일 단계 (a) 에서, 컨버터 회로의 위상들은 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합에 따라 DC 전압 회로에 접속된다. 이 스위칭 상태 조합의 선택은 다음의 추가 단계들에서 수행된다:

(b) 선택가능한 수 N 개의 (N≥1) 샘플링 시간들에 대해 시작 샘플링 시간 k 에서 시작하여: 상기 N 개의 샘플링 시간들의 각각에서의 모든 스위칭 상태 조합들의 결정,

(c) 시작 샘플링 시간 k 에서의 각 결정된 스위칭 상태 조합에 대한 스위칭 상태 시퀀스들의 형성, 각 스위칭 상태 시퀀스는 서로 나란히 연속적인 상기 N 개의 샘플링 시간들의 결정된 스위칭 상태 조합들의 배열이고, 상기 스위칭 상태 조합들은 시작 샘플링 시간 k 에서의 각각의 스위칭 상태 조합과 관련되고,

(d) 스위칭 상태 시퀀스들의 각각에 대해, 시작 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+N 까지에 대한 컨버터 회로 및 회전 전기 기계의 결정된 상태 값 세트들로부터 회전 전기 기계의 토크 궤적 (torque trajectory) 및 회전 전기 기계의 자기 고정자 플럭스 궤적 (magnetic stator flux trajectory) 의 산출,

(e) (k+N) 번째 샘플링 시간에서의 관련된 토크 궤적 및 자기 고정자 플럭스 궤적이 각 경우에 있어서 소정 값 범위 내에 있는 스위칭 상태 시퀀스의 선택, 및 이 선택된 스위칭 상태 시퀀스의 설정,

(f) 단계 (a) 내지 단계 (d)의 반복, 여기서 k=k+1.

EP 1 670 135 A1에 따른 회전 전기 기계를 동작시키는 방법에서는, (k+N) 번째 샘플링 시간에서의 관련된 토크 궤적 및 관련된 자기 고정자 플럭스 궤적이 각 경우에 있어서 소정 값 범위 내에 있는 단지 하나의 스위칭 상태 조합을 선택하여 설정한다. 그러나, 각 관련된 스위칭 상태 조합의 토크 궤적 또는 자기 고정자 플럭스 궤적이 k 번째 또는 (k+1) 번째 샘플링 시간에서 소정 값 범위 밖에 이미 있을 수도 있고, EP 1 670 135 A1에 따른 회전 전기 기계를 동작시키는 방법은 이러한 상태를 취급할 수 없다. 따라서, 어쨌든 회전 전기 기계의 제한된 동작만이 가능하다.

그리하여, 본 발명의 목적은, 각 경우에 있어서 관련된 토크 궤적 및 자기 고정자 플럭스 궤적을 가지는 스위칭 상태 조합들을 취급할 수 있고, 토크 궤적 및 자기 고정자 플럭스 궤적이 소정 값 범위 밖에 있는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법을 특정하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 전개는 종속항들에서 구체화된다.

본 발명에 따른 회전 전기 기계를 동작시키는 방법에 있어서, 회전 전기 기계는, m 개의 (m≥2) 전압 레벨들을 접속시키기 위한, DC 전압 회로를 갖는 컨버터 회로에 위상의 관점에서 접속된다. 상기 방법에 따르면, 일 단계 (a) 에서, 컨버터 회로의 위상들은 상기 컨버터 회로 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합에 따라 상기 DC 전압 회로에 접속된다. 이 스위칭 상태 조합의 선택은 다음의 추가 단계들에서 수행된다:

(b) 선택가능한 수 L 개의 (L≥1) 샘플링 시간들에 대해 시작 샘플링 시간 k 에서 시작하여: 상기 L 개의 샘플링 시간들의 각각에서의 모든 스위칭 상태 조합들의 결정,

(c) 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 각 결정된 스위칭 상태 조합에 대한 스위칭 상태 시퀀스들의 형성, 각 스위칭 상태 시퀀스는 서로 나란히 연속적인 상기 L 개의 샘플링 시간들의 결정된 스위칭 상태 조합들의 배열이고, 상기 스위칭 상태 조합들은 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 각각의 스위칭 상태 조합과 관련되고,

(d) 상기 스위칭 상태 시퀀스들의 각각에 대해, 상기 시작 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 컨버터 회로 및 상기 회전 전기 기계의 결정된 상태 값 세트들로부터 상기 회전 전기 기계의 토크 궤적 및 상기 회전 전기 기계의 자기 고정자 플럭스 궤적의 산출.

본 발명에 따르면, 스위칭 상태 조합의 선택은 이제 다음의 추가 단계들에 따라 수행된다:

(e) k 번째 샘플링 시간에서의 상기 토크 궤적이 소정 값 범위 상한을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한에 기초한 토크 위반 값 (torque infringement value) 의 산출,

(f) 상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 자기 고정자 플럭스 궤적이 소정 값 범위 상한을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한에 기초한 고정자 플럭스 위반 값 (stator flux infringement value) 의 산출,

(g) 각 스위칭 상태 시퀀스에 대해 그리고 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 상기 토크 위반 값들 및 상기 고정자 플럭스 위반 값들로부터 최대 값의 결정,

(h) 각 스위칭 상태 시퀀스에 대해, 상기 최대 값들의 합계의 형성,

(i) 상기 최대 값들의 상기 합계가 가장 작도록 상기 선택된 스위칭 상태 조합으로서 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 그 결정된 스위칭 상태 조합을 설정,

(j) 상기 단계 (a) 내지 단계 (i) 의 반복, 여기서 k=k+1.

상술한 단계 (g) 내지 단계 (i) 에 대한 대체안으로서, 상기 스위칭 상태 조합의 선택은 또한 다음의 추가 단계들에 따라 수행될 수 있다:

(g) 각 스위칭 상태 시퀀스에 대해 그리고 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 상기 토크 위반 값들의 합계 및 상기 고정자 플럭스 위반 값들의 합계의 형성,

(h) 각 스위칭 상태 시퀀스에 대해, 상기 토크 위반 값들의 상기 합계 및 상기 고정자 플럭스 위반 값들의 상기 합계로부터 최대 값의 형성,

(i) 상기 최대 값이 가장 작도록 상기 선택된 스위칭 상태 조합으로서 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 그 결정된 스위칭 상태 조합을 설정.

단계 (e) 내지 단계 (j) 에 의해, 각각의 관련된 토크 궤적 또는 자기 고정자 플럭스 궤적이 소정 값 범위 밖에 있는 경우에 대해, 최적의 스위칭 상태 조합이 항상 유리하게 선택된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 상기 소정 값 범위 밖에 있는 각각의 관련된 토크 궤적 또는 자기 고정자 플럭스 궤적을 갖는 스위칭 상태 조합들을 취급할 수 있다. 따라서, 이제 회전 전기 기계의 비제한적인 동작이 가능하다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 이점 및 특징에 대해, 도면과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시형태들에 관한 이하 상세한 설명에서 서술할 것이다.

도 1은 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 3-상 컨버터 회로 (2) 의 실시형태를 도시하며, 회전 전기 기계 (1) 는 컨버터 회로 (2) 의 DC 전압 회로 (3) 에 위상의 관점에서 접속되어 있다. 일반적으로, 회전 전기 기계 (1) 는 m 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로 (2) 에 접속될 수 있고, 이 경우 m ≥ 2 이다. 도 1에 따르면, DC 전압 회로 (3) 는 제 1 커패시터 (C₁) 및 상기 제 1 커패시터 (C₁) 와 직렬로 접속된 제 2 커패시터 (C₂) 에 의해 형성되고, C₁ 은 본질적으로 C₂ 와 동일한 값을 가진다. 도 1에 도시된 바와 같이 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로의 예시적 실시형태에 따른 DC 전압 회로 (3) 는 제 1 커패시터 (C₁) 에서의 제 1 주요 접속 (V₊), 제 2 커패시터 (C₂) 에서의 제 2 주요 접속 (V_-), 및 이 2 개의 직렬-접속된 커패시터들 (C₁, C₂) 에 의해 형성된 서브접속 (NP) 을 가진다. 또한, 도 1에 도시된 컨버터 회로는 파트-컨버터 시스템 (4; part-converter system) 을 포함하고, 파트-컨버터 시스템은 각 위상 (u, v, w) 에 대해 제공되고 각 경우에 있어서 제 1 스위칭 그룹 (5), 제 2 스위칭 그룹 (6) 및 제 3 스위칭 그룹 (7) 에 의해 형성되고, 각 스위칭 그룹 (5, 6, 7) 은 2 개의 직렬-접속된 전력 반도체 스위치들에 의해 형성된다. 게다가, 각 파트-컨버터 시스템 (4) 에 있어서, 제 1 스위칭 그룹 (5) 은 제 1 주요 접속 (V₊) 에 접속되고, 제 2 스위칭 그룹 (6) 은 제 2 주요 접속 (V_-) 에 접속된다. 추가적으로, 제 1 스위칭 그룹 (5) 은 제 2 스위칭 그룹 (6) 과 직렬로 접속되고, 제 1 스위칭 그룹 (5) 과 제 2 스위칭 그룹 (6) 사이의 접속점은 위상 접속을 형성한다. 클램핑 스위칭 그룹의 형태인 제 3 스위칭 그룹 (7) 은 제 1 스위칭 그룹 (5) 에, 특히 제 1 스위칭 그룹 (5) 의 2 개의 직렬-접속된 전력 반도체 스위치들 사이의 접속점에 접속된다. 추가적으로, 제 3 스위칭 그룹 (7) 은 제 2 스위칭 그룹 (6) 에, 특히 제 2 스위칭 그룹 (6) 의 2 개의 직렬-접속된 전력 반도체 스위치들 사이의 접속점에 접속된다. 또한, 제 3 스위칭 그룹 (7), 특히 제 3 스위칭 그룹 (7) 의 2 개의 직렬-접속된 전력 반도체 스위치들 사이의 접속점은 서브접속 (NP) 에 접속된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 스위칭 그룹들 (5, 6) 의 전력 반도체 스위치들은, 구동가능 (drivable) 양방향 전력 반도체 스위치들의 형태이고, 제 3 스위칭 그룹 (7) 의 전력 반도체 스위치들은 일방향 구동불능 (nondrivable) 전력 반도체 스위치들의 형태이다. 그러나, 제 3 스위칭 그룹 (7) 의 전력 반도체 스위치들도 구동가능 양방향 전력 반도체 스위치들의 형태인 것이 또한 가능하다.

상기 방법에 따르면, 제 1 단계 (a) 에서, 일반적으로 m 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로 (2) 인 컨버터 회로 (2) 의 위상들 (u, v, w) 은, 이제 컨버터 회로 (2) 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 에 따라 DC 전압 회로 (3) 에 접속된다. 애초에 이미 언급한 바와 같이, 도 2는 예로서 m=3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로 (2) 의 스위칭 상태 조합들의 상태 다이어그램을 도시하고, "+"는 대응하는 위상 (u, v, w) 의 제 1 주요 접속 (V₊) 으로 접속을 나타내고, "-"는 대응하는 위상 (u, v, w) 의 제 2 주요 접속 (V_-) 으로의 접속을 나타내고, "0"은 대응하는 위상 (u, v, w) 의 서브접속 (NP) 으로의 접속을 나타내고, 스위칭 상태 조합들 (SK) 간의 선들은 스위칭 상태 조합들 (SK) 간의 허용가능한 천이들을 나타낸다. 예컨대, m=5 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로 (2) 의 스위칭 상태 조합들의 상태 다이어그램은 상이하게 나타내졌을 것이라는 사실을 말할 수 있다. 특히, 당업자는, 스위칭 상태 조합 (SK) 에 기초하여, 이 컨버터 회로의 모든 가능한 스위칭가능 스위칭 상태 조합들 (SK) 을 제한 없이 스위칭할 수 있는, 컨버터 회로를 신뢰성있게 구현할 수 있다.

또한, 상술한 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 의 선택은 이하 상세하게 설명되는 추가 단계들에서 수행된다. 단계 (b) 에서, 선택가능한 수 L 개의 샘플링 시간들에 대해 시작 샘플링 시간 k 에서 시작하고, L 개의 샘플링 시간들의 각각에서 모든 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 이 결정되고, 바람직하게는 각각의 이전 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k _-1) 으로부터 시작하고, 여기서 L≥1 이며, 여기서 제일 이전 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k _-1) 은 이전 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k-1), 즉, 샘플링 시간 k-1 에서의 스위칭 상태 조합인 것이 바람직하다. 단계 (c) 에서, 시작 샘플링 시간 k 에서의 각 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k) 에 대해, 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 이 형성되고, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 는 서로 나란히 연속적인 L 개의 샘플링 시간들의 결정된 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k+L) 의 배열이고, 상기 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 은 시작 샘플링 시간 k 에서의 각각의 스위칭 상태 조합 (SK_k) 과 관련된다. 설명에서 알 수 있듯이, 이러한 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 는, 예로서, 시작 샘플링 시간 k 에서의 가능한 스위칭 상태 조합들 (SK_k) 중 하나에 대한 관련된 선들을 따라 도 2에 따른 일련의 가능한 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 을 나타낸다. 단계 (d) 에서, 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 각각에 대해, 회전 전기 기계 (1) 의 토크 궤적 (M) 및 회전 전기 기계 (1) 의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 은, 시작 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 컨버터 회로 (2) 및 회전 전기 기계 (1) 의 결정된 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 로부터 산출된다. 상술한 결정된 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 의 각각은, 예컨대, 2 개의 고정자 플럭스 값들 (φ_eS1 _,k, …, φ_eS1,k+L; φ_eS2 _,k, …, φ_eS2 _,k+L), 2 개의 회전자 플럭스 값들 (φ_eR1 _,k, …, φ_eR1,k+L; φ_eR2 _,k, …, φ_eR2 _,k+L), 및 필요에 따라 (possibly) 속도 값 (V_e _,k, …, V_e,k+L) 을 포함한다. 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 을 결정하기 위해, 예컨대, 측정 또는 추정에 의해, 초기에 샘플링 시간 k 에서의 2 개의 고정자 플럭스 값들 (φ_eS1 _,k; φ_eS2 _,k), 샘플링 시간 k 에서의 2 개의 회전자 플럭스 값들 (φ_eR1 _,k; φ_eR2 _,k), 및 필요에 따라 샘플링 시간 k 에서의 속도 값 (V_e _,k) 을 결정하고, 이들 값들은 샘플링 시간 k 에서의 상태 값 세트 (X_e _,k) 를 형성한다. 그후, 샘플링 시간 k 에서의 상태 값 세트 (X_e _,k) 로부터, 회전 전기 기계 (1) 및 컨버터 회로 (2) 를 서술하거나 또는 기능적으로 시뮬레이트하는 당업자에 공지된 산출 모델에 따라, 토크 궤적 (M) 및 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 의 샘플링 시간 k 에서의 궤적 값들 (M_T _,k; φ_T,k) 을 산출한다. 그후, 산출 모델에 따라서, 샘플링 시간 k+1 에서의 상태 값 세트 (X_e _,k+1) 를, 샘플링 시간 k 에서의 상태 값 세트 (X_e _,k) 의 함수로서 그리고 관련된 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 의 샘플링 시간 k 에서의 결정된 스위칭 상태 조합들 (SK_k) 의 함수로서 산출에 의해 결정하고, 그후, 이로부터, 토크 궤적 (M) 및 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 의 샘플링 시간 k+1 에서의 궤적 값들 (M_T _,k+1; φ_T,k+1) 을 산출한다. 샘플링 시간 k+2 내지 k+L 에 대한 상태 값 세트들 (X_e _,k+2, …, X_e _,k+L) 의 산출은 상태 값 세트 (X_e _,k+1) 의 상술한 산출과 유사하게 수행되고, 그 경우, 상태 값 세트들 (X_e _,k+2, …, X_e _,k+L) 의 각 산출에 대해, 각 경우에 있어서, 관련된 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 의 샘플링 시간 k+1 내지 k+L-1 에서의 관련된 이전 산출된 상태 값 세트들 (X_e _,k+1, …, X_e _,k+L-1) 및 결정된 스위칭 상태 조합들 (SK_k ₊₁, …, SK_k _+L-1) 을 사용한다. 그후, 샘플링 시간들 k 및 k+1 에 대한 궤적 값들 (M_T _,k; φ_T,k; M_T _,k+1; φ_T,k+1) 의 상술한 산출과 유사하게 마찬가지로 샘플링 시간들 k+2 내지 k+L 에 대한 궤적 값들 (M_T _,k+2, …, M_T _,k+L; φ_T,k+2, …, φ_T,k+L) 의 상태 값 세트들 (X_e _,k+2, …, X_e _,k+L) 로부터 후속하여 산출이 수행된다. 궤적 값들 (M_T _,k, …, M_T _,k+L; φ_T,k, …, φ_T,k+L) 의 상술한 산출에 의해, 회전 전기 기계 (1) 의 상기 토크 궤적 (M) 및 회전 전기 기계 (1) 의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 는 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 를 초래하고, L=3 개의 샘플링 시간들에 대한 관련된 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 이러한 산출된 토크 궤적들 (M) 의 예시로서의 개략 프로파일이 도 3에 도시되어 있고, 이 경우, 토크 궤적들 (M) 의 점들은 관련된 결정된 궤적 값들 (M_T _,k, …, M_T _,k+L) 에 대응된다. 초기에, 샘플링 시간들 k 내지 k+L 에 대한 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 전부가 또한 상술한 절차에 따라 결정될 수 있고, 따라서, 그후, 상기 절차에 따라 토크 궤적 (M) 및 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 을 형성하기 위해 상태 값 세트들로부터 샘플링 시간들 k 내지 k+L 에 대한 각각의 궤적 값들 (M_T _,k, …, M_T _,k+L; φ_T,k, …, φ_T,k+L) 을 산출한다는 사실을 말할 수 있다.

본 발명에 따르면, 추가 단계 (e) 에서, k 번째 샘플링 시간에서의 토크 궤적 (M) 이 소정 값 범위 상한 (y_M _, _max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_M,min) 을 하회할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 에 기초한 토크 위반 값 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 을 산출한다. 도 3에서, 값 범위 상한 및 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 을 갖는 소정 값 범위가 2 개의 수평 쇄선에 의해 나타나 있다. 각각의 소정 값 범위는 시간에 따라 변하고, 통상 회전 전기 기계 (1) 의 토크 및 회전 전기 기계 (1) 의 자기 고정자 플럭스에 대한 기준 값들로부터 업스트림 폐쇄-루프 제어 회로에 의해 결정되고, 이러한 폐쇄-루프 제어 회로는 당업자에 공지되어 있다. 또한, 단계 (f) 에서, k 번째 샘플링 시간에서의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 소정 값 범위 상한 (y_S,max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_S _, _min) 을 하회할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_S _, _max, y_S _, _min) 에 기초한 고정자 플럭스 위반 값 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 을 산출한다. 그후, 단계 (g) 에서, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 토크 위반 값들 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 및 고정자 플럭스 위반 값들 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 로부터 최대 값 (v_max) 을 결정한다. 후속하여, 단계 (h) 에서, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해, 최대 값들 (v_max) 의 합계 (S_vmax) 를 형성한다. 그후, 추가 단계 (i) 에서, 최대 값들 (v_max) 의 합계 (S_vmax) 가 가장 작도록 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 으로서 시작 샘플링 시간 k 에서의 그 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k) 을 설정한다.

상술한 단계 (g) 내지 단계 (i) 에 대한 대체안으로서, 스위칭 상태 조합 (SK_a,k) 의 선택은 또한 다음 추가 단계들에 따라서 수행될 수 있다.

(g) 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 토크 위반 값들 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 합계 (S_M _,v) 의 형성 및 고정자 플럭스 위반 값들 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 합계 (S_S _,v) 의 형성,

(h) 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해, 토크 위반 값들 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 합계 (S_M _,v) 및 고정자 플럭스 위반 값들 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 합계 (S_S _,v) 로부터 최대 값 (v_max) 의 형성,

(i) 최대 값 (v_max) 이 가장 작도록 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 으로서 시작 샘플링 시간 k 에서의 그 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k) 을 설정.

마지막으로, 단계 (j) 에서, 상기 단계 (a) 내지 단계 (i) 를 반복하고, 여기서 k=k+1 이며, 즉, k=k+1 에 대한 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 의 선택이, 단계 (a) 내지 단계 (i) 에 따른 상술한 시퀀스에 따라 수행된다. L 은 단계 (a) 내지 단계 (j) 의 각각에 대해 일정하다.

단계 (e) 내지 단계 (j) 에 의해, 각각의 관련된 토크 궤적 (M) 또는 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 소정 값 범위 밖에 있는 경우에 대해, 최적의 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 이 항상 유리하게 선택된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 상기 소정 값 범위 밖에 있는 각각의 관련된 토크 궤적 (M) 및 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 을 갖는 스위칭 상태 조합들을 취급할 수 있다. 그리하여, 회전 전기 기계 (1) 의 비제한적인 동작이 유리하게 가능하다.

단계 (a) 내지 단계 (j) 는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있고, 그리하여 이 소프트웨어는, 특히 디지털 신호 프로세서를 사용하여 컴퓨터 시스템 상으로 로딩되어 이 컴퓨터 시스템 상에서 실행될 수 있다는 것을 말할 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 1은 m=3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로 (2) 를 도시하고, 그때 DC 전압 회로 (3) 는 (m-2) 개의 서브접속들 (NP), 즉 단일 서브접속 (NP) 을 갖는다. m 개의 (m≥3) 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로 (2) 의 일반적인 경우에 대해, 컨버터 회로 (2) 는 DC 전압 회로 (3) 에서 (m-2) 개의 서브접속들 (NP) 을 가진다. 본 발명에 따른 방법의 단계 (d) 에 관하여, 이것은, 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 각각에 대해, 시작 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 컨버터 회로 (2) 및 회전 전기 기계 (1) 의 결정된 상태 값 세트들 (X_e _,k,…, X_e _,k+L) 로부터, 추가로 (m-2) 개의 서브접속들 (NP) 에서의 포텐셜들에 대한 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 을 산출한다는 것을 의미한다. (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 의 상술한 산출은 회전 전기 기계 (1) 의 대응하는 토크 궤적 (M) 및 회전 전기 기계 (1) 의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 에 대해 상기 서술한 산출과 유사하게 수행된다. 또한, m≥3에 대해, 단계 (e) 에 관하여, k 번째의 샘플링 시간에서의 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 이 소정 값 범위 상한 (y_NP _, _max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_NP _, _min) 을 하회할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_NP _, _max, y_NP _, _min) 에 기초한 포텐셜 위반 값 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 을 각 포텐셜 궤적 (U_NP) 에 대해 산출하고, 그후, 단계 (g) 에 관하여, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 포텐셜 위반 값들 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 로부터 최대 값 (v_max) 을 추가로 결정한다.

m≥3에 대해, 단계 (a) 내지 단계 (c) 및 단계 (h) 내지 단계 (j) 가 유지된다는 것은 명백하다. m≥3에 대해, 단계 (d), 단계 (e) 및 단계 (g) 도 마찬가지로 소프트웨어의 형태로 실현될 수 있고, 그리하여 이 소프트웨어는, 특히 디지털 신호 프로세서를 사용하여 컴퓨터 시스템 상으로 로딩되어 이 시스템 상에서 실행될 수 있다는 것을 말할 수 있다.

대체안으로서, m≥3에 대해, 단계 (g) 에 관하여, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 추가적으로 포텐셜 위반 값들 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 합계 (S_NP _,v) 를 형성하고, 그후, 단계 (h) 에 관하여, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해, 포텐셜 위반 값들 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 합계 (S_NP _,v) 로부터 최대 값 (v_max) 를 추가적으로 형성한다.

이 대체안에 있어서, m≥3에 대해, 단계 (a) 내지 단계 (c) 및 단계 (i) 내지 단계 (j) 가 유지되고, 그때 단계 (g) 및 단계 (h) 도 마찬가지로 소프트웨어의 형태로 실현될 수 있고, 그리하여 이 소프트웨어는, 특히 디지털 신호 프로세서를 사용하여 컴퓨터 시스템 상으로 로딩되어 이 시스템 상에서 실행될 수 있다는 것은 명백하다.

이하, 토크 위반 값들 (v_M _,k, …, v_M _,k+L), 고정자 플럭스 위반 값들 (v_S _,k, …, v_S,k+L) 및 포텐셜 위반 값들 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 산출에 대해 더욱 상세하게 설명할 것이다. k 번째 샘플링 시간에서의 토크 궤적 (M) 이 소정 값 범위 상한 (y_M _, _max) 을 초과할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 에 기초한 토크 위반 값 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 산출을 다음 식에 따라 행한다.

한편, k 번째 샘플링 시간에서의 토크 궤적 (M) 이 소정 값 범위 하한 (y_M,min) 을 하회할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 에 기초한 토크 위반 값 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 산출을 다음 식에 따라 행한다.

여기서, M_T _,k, …, M_T _,k+L 은 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 토크 궤적 (M) 의 궤적 값들이다.

k 번째 샘플링 시간에서의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 소정 값 범위 상한 (y_S _, _max) 을 초과할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_S _, _max, y_S _, _min) 에 기초한 고정자 플럭스 위반 값 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 산출을 다음 식에 따라 행한다.

한편, k 번째 샘플링 시간에서의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 소정 값 범위 하한 (y_S _, _min) 을 하회할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_S _, _max, y_S _, _min) 에 기초한 고정자 플럭스 위반 값 (v_S,k, …, v_S _,k+L) 의 산출을 다음 식에 따라 행한다.

여기서, φ_T,k, …, φ_T,k+L 은 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 의 궤적 값들이다.

k 번째 샘플링 시간에서의 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 이 소정 값 범위 상한 (y_NP _, _max) 을 초과할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대 한 값 범위 상한 및 하한 (y_NP _, _max, y_NP _, _min) 에 기초한 포텐셜 위반 값 (v_NP _,k, …, v_NP,k+L) 의 산출을 다음 식에 따라 행한다.

한편, k 번째 샘플링 시간에서의 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 이 소정 값 범위 하한 (y_NP _, _min) 을 하회할 경우, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 값 범위 상한 및 하한 (y_NP _, _max, y_NP _, _min) 에 기초한 포텐셜 위반 값 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 산출을 다음 식에 따라 행하고

여기서, U_T _,k …, U_T _,k+L 은 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 의 궤적 값들이다.

완벽을 기하기 위해, k 번째 샘플링 시간에 대한 각각의 궤적이 일반적으로 관련된 값 범위 상한 및 하한에 의해 형성된 범위 내에 있다면, 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에서의 관련된 위반 값이 제로로 설정된다는 사실을 말할 수 있다.

도 1은 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 3-상 컨버터 회로의 실시형태를 도시한 도면.

도 2는 컨버터 회로의 위상들의 스위칭 상태 조합들을 갖는 상태 다이어그램을 도시한 도면.

도 3은 L=3 개의 샘플링 시간들에 대한 산출된 토크 궤적의 개략적 프로파일을 도시한 도면.

도면에 사용된 참조 부호 및 그 의미는 참조 부호의 리스트에서의 개요에 의해 열거되어 있다. 원칙적으로, 도면에 있어서 동일한 부분은 동일한 참조 부호로 제공된다. 서술된 실시형태들은 본 발명의 주제의 예들을 나타내며, 제한적인 효과를 가지지 않는다.

- 참조 부호의 리스트 -

1 : 회전 전기 기계

2 : 3 개의 전압 레벨들을 접속시키기 위한 컨버터 회로

3 : DC 전압 회로

4 : 파트-컨버터 시스템

5 : 제 1 스위칭 그룹

6 : 제 2 스위칭 그룹

7 : 제 3 스위칭 그룹

Claims

회전 전기 기계 (1) 를 동작시키는 방법으로서,

상기 회전 전기 기계는, m 개의 (m≥2) 전압 레벨들을 접속시키기 위한, DC 전압 회로 (3) 를 갖는 컨버터 회로 (2) 에 위상의 관점에서 접속되고,

(a) 상기 컨버터 회로 (2) 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 에 따라 상기 컨버터 회로 (2) 의 위상들 (u, v, w) 의 상기 DC 전압 회로 (3) 로의 접속 단계로서, 상기 스위칭 상태 조합 (SK_a,k) 의 선택은 하기 추가 단계들에서 수행되는, 상기 접속 단계,

(b) 선택가능한 수 L 개의 (L≥1) 샘플링 시간들에 대해 시작 샘플링 시간 k 에서 시작하여: 상기 L 개의 샘플링 시간들의 각각에서의 모든 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 의 결정 단계,

(c) 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 각 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k) 에 대한 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 형성 단계로서, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 는 서로 나란히 연속적인 상기 L 개의 샘플링 시간들의 결정된 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 의 배열이고, 상기 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 은 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 각각의 스위칭 상태 조합 (SK_k) 과 관련되는, 상기 형성 단계,

(d) 상기 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 각각에 대해, 상기 시작 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 컨버터 회로 (2) 및 상기 회전 전기 기계 (1) 의 결정된 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 로부터 상기 회전 전기 기계 (1) 의 토크 궤적 (M; torque trajectory) 및 상기 회전 전기 기계 (1) 의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ; magnetic stator flux trajectory) 의 산출 단계를 구비하고,

(e) k 번째 샘플링 시간에서의 상기 토크 궤적 (M) 이 소정 값 범위 상한 (y_M,max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_M _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 에 기초한 토크 위반 값 (torque infringement value) (v_M,k, …, v_M _,k+L) 의 산출 단계,

(f) 상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 소정 값 범위 상한 (y_S _, _max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_S _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_S _, _max, y_S _, _min) 에 기초한 고정자 플럭스 위반 값 (stator flux infringement value) (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 산출 단계,

(g) 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 상기 토크 위반 값들 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 및 상기 고정자 플럭스 위반 값들 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 로부터 최대 값 (v_max) 의 결정 단계,

(h) 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해, 상기 최대 값들 (v_max) 의 합계 (S_vmax) 의 형성 단계,

(i) 상기 최대 값들 (v_max) 의 합계 (S_vmax) 가 가장 작도록 상기 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 으로서 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 그 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k) 을 설정하는 단계,

(j) 상기 단계 (a) 내지 단계 (i) 의 반복 단계로서, 여기서 k=k+1 인, 상기 반복 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법.
회전 전기 기계 (1) 를 동작시키는 방법으로서,

상기 회전 전기 기계는, m 개의 (m≥2) 전압 레벨들을 접속시키기 위한, DC 전압 회로 (3) 를 갖는 컨버터 회로 (2) 에 위상의 관점에서 접속되고,

(a) 상기 컨버터 회로 (2) 내의 전력 반도체 스위치들에 대한 스위칭 상태들의 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a _,k) 에 따라 상기 컨버터 회로 (2) 의 위상들 (u, v, w) 의 상기 DC 전압 회로 (3) 로의 접속 단계로서, 상기 스위칭 상태 조합 (SK_a,k) 의 선택은 하기 추가 단계들에서 수행되는, 상기 접속 단계,

(b) 선택가능한 수 L 개의 (L≥1) 샘플링 시간들에 대해 시작 샘플링 시간 k 에서 시작하여: 상기 L 개의 샘플링 시간들의 각각에서의 모든 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 의 결정 단계,

(c) 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 각 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k) 에 대해 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 형성 단계로서, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 는 서로 나란히 연속적인 상기 L 개의 샘플링 시간들의 결정된 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 의 배열이고, 상기 스위칭 상태 조합들 (SK_k, …, SK_k _+L) 은 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 각각의 스위칭 상태 조합 (SK_k) 과 관련되는, 상기 형성 단계,

(d) 상기 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 각각에 대해, 상기 시작 샘플링 시간 k 에서부터 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 컨버터 회로 (2) 및 상기 회전 전기 기계 (1) 의 결정된 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 로부터 상기 회전 전기 기계 (1) 의 토크 궤적 (M) 및 상기 회전 전기 기계 (1) 의 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 의 산출 단계를 구비하고,

(e) k 번째 샘플링 시간에서의 상기 토크 궤적 (M) 이 소정 값 범위 상한 (y_M,max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_M _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 에 기초한 토크 위반 값 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 산출 단계,

(f) 상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 소정 값 범위 상한 (y_S _, _max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_S _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_S _, _max, y_S _, _min) 에 기초한 고정자 플럭스 위반 값 (v_S,k, …, v_S _,k+L) 의 산출 단계,

(g) 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 상기 토크 위반 값들 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 합계 (S_M _,v) 의 형성 및 상기 고정자 플럭스 위반 값들 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 합계 (S_S,v) 의 형성 단계,

(h) 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해, 상기 토크 위반 값들 (v_M _,k, …, v_M,k+L) 의 상기 합계 (S_M _,v) 및 상기 고정자 플럭스 위반 값들 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 상기 합계 (S_S _,v) 로부터 최대 값 (v_max) 의 형성 단계,

(i) 상기 최대 값 (v_max) 이 가장 작도록 상기 선택된 스위칭 상태 조합 (SK_a,k) 으로서 상기 시작 샘플링 시간 k 에서의 그 결정된 스위칭 상태 조합 (SK_k) 을 설정하는 단계,

(j) 상기 단계 (a) 내지 단계 (i) 의 반복 단계로서, 여기서 k=k+1 인, 상기 반복 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법.
제 1 항에 있어서,

m≥3 에 대해, m 개의 전압 레벨들을 접속하기 위한 상기 컨버터 회로 (2) 는, 상기 DC 전압 회로 (3) 에서의 (m-2) 개의 서브접속들 (NP; subconnections) 을 가지고,

상기 단계 (d) 에 관하여, 상기 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 각각에 대해, 상기 시작 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 컨버터 회로 (2) 및 상기 회전 전기 기계 (1) 의 상기 결정된 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 로부터 상기 (m-2) 개의 서브접속들 (NP) 에서의 포텐셜들에 대한 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP; potential trajectories) 을 추가로 산출하고,

상기 단계 (e) 에 관하여, 상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 이 소정 값 범위 상한 (y_NP _, _max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_NP _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_NP _, _max, y_NP _, _min) 에 기초한 포텐셜 위반 값 (potential infringement value) (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 을 각 포텐셜 궤적 (U_NP) 에 대해 산출한 후,

상기 단계 (g) 에 관하여, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 상기 포텐셜 위반 값들 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 로부터 최대 값 (v_max) 을 추가로 결정하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법.
제 2 항에 있어서,

m≥3 에 대해, m 개의 전압 레벨들을 접속하기 위한 상기 컨버터 회로 (2) 는, 상기 DC 전압 회로 (3) 에서의 (m-2) 개의 서브접속들 (NP) 을 가지고,

상기 단계 (d) 에 관하여, 상기 스위칭 상태 시퀀스들 (SSK) 의 각각에 대해, 상기 시작 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 컨버터 회로 (2) 및 상기 회전 전기 기계 (1) 의 상기 결정된 상태 값 세트들 (X_e _,k, …, X_e _,k+L) 로부터 상기 (m-2) 개의 서브접속들 (NP) 에서의 포텐셜들에 대한 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 을 추가로 산출하고,

상기 단계 (e) 에 관하여, 상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 이 소정 값 범위 상한 (y_NP _, _max) 을 초과하거나 또는 소정 값 범위 하한 (y_NP _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_NP _, _max, y_NP _, _min) 에 기초한 포텐셜 위반 값 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 을 각 포텐셜 궤적 (U_NP) 에 대해 산출하고,

상기 단계 (g) 에 관하여, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해 그리고 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대해, 상기 포텐셜 위반 값들 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 합계 (S_NP _,v) 를 추가로 형성하고,

상기 단계 (h) 에 관하여, 각 스위칭 상태 시퀀스 (SSK) 에 대해, 상기 포텐셜 위반 값들 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 상기 합계 (S_NP _,v) 로부터 상기 최대 값 (v_max) 을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 토크 궤적 (M) 이 상기 소정 값 범위 상한 (y_M _, _max) 을 초과할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 에 기초한 상기 토크 위반 값 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 산출을 하기 식

에 따라 행하고,

상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 토크 궤적 (M) 이 상기 소정 값 범위 하한 (y_M _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_M _, _max, y_M _, _min) 에 기초한 상기 토크 위반 값 (v_M _,k, …, v_M _,k+L) 의 산출을 하기 식

에 따라 행하며,

여기서, M_T _,k, …, M_T _,k+L 은 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 토크 궤적 (M) 의 궤적 값들인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 상기 소정 값 범위 상한 (y_S _, _max) 을 초과할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_S _, _max, y_S _, _min) 에 기초한 상기 고정자 플럭스 위반 값 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 산출을 하기 식

에 따라 행하고,

상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 이 상기 소정 값 범위 하한 (y_S _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_S _, _max, y_S,min) 에 기초한 상기 고정자 플럭스 위반 값 (v_S _,k, …, v_S _,k+L) 의 산출을 하기 식

에 따라 행하며,

여기서, φ_T,k, …, φ_T,k+L 은 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 자기 고정자 플럭스 궤적 (φ) 의 궤적 값들인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 이 상기 소정 값 범위 상한 (y_NP _, _max) 을 초과할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_NP _, _max, y_NP,min) 에 기초한 상기 포텐셜 위반 값 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 산출을 하기 식

에 따라 행하고,

상기 k 번째 샘플링 시간에서의 상기 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 이 상 기 소정 값 범위 하한 (y_NP _, _min) 을 하회할 경우, 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 값 범위 상한 및 상기 값 범위 하한 (y_NP _, _max, y_NP,min) 에 기초한 상기 포텐셜 위반 값 (v_NP _,k, …, v_NP _,k+L) 의 산출을 하기 식

에 따라 행하며,

여기서, U_T _,k …, U_T _,k+L 은 상기 샘플링 시간 k 에서부터 상기 샘플링 시간 k+L 까지에 대한 상기 (m-2) 개의 포텐셜 궤적들 (U_NP) 의 궤적 값들인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계를 동작시키는 방법.