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Dokumentenidentifikation DE69521370T2 11.10.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0697763
Titel MEHRFACH GEKOPPELTER LEISTUNGSWANDLER UND SEINE STEUERVERFAHREN
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder WATANABE, E., Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP;
MATSUNAGA, H., Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69521370
Vertragsstaaten DE, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.03.1995
EP-Aktenzeichen 959107202
WO-Anmeldetag 01.03.1995
PCT-Aktenzeichen JP9500327
WO-Veröffentlichungsnummer 9524069
WO-Veröffentlichungsdatum 08.09.1995
EP-Offenlegungsdatum 21.02.1996
EP date of grant 20.06.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.2001
IPC-Hauptklasse H02M 7/48

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem, insbesondere ein System mehrfach gekoppelter PBM-gesteuerter Leistungswandler (Inverter), welches die harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung reduziert und Umlaufströme unterdrückt, die zwischen den PBM-gesteuerten Leistungswandlern fließen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es gibt ein herkömmliches Leistungswandlersystem, welches die harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung reduziert, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 60-98875 offenbart (nachfolgend als Dokument 1 bezeichnet). Dokument 1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines mehrfach gekoppelten Leistungswandlersystems, welches PBM-gesteuerte Leistungswandler vom Spannungstyp der Anzahl n aufweist (n ist eine ganze Zahl größer gleich zwei), die parallel geschaltet sind, wobei Zwischenphasenreaktoren zwischen Normalphasen-Ausgangsanschlüssen der Leistungswandler vorgesehen sind, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch das Verschieben der Trägersignale, welche die einzelnen Leistungswandler steuern, in Schritten von 360/n Grad. Insbesondere werden den Trägersignalen, welche die Grundsignale zur Erzeugung der PBM-Signalform der parallel geschalteten Leistungswandler sind, Phasendifferenzen von 360/n Grad entsprechend der Leistungswandler gegeben, wodurch die harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung reduziert werden.

Obwohl der Stand der Technik nach Dokument 1 eine Reduzierung der harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung erreichen kann, besteht jedoch das Problem einer geringeren Wirkung der Reduzierung der Harmonischen für Leitungsspannungen, d. h. der Zusammensetzung der Phasenspannungen. Deshalb können die harmonischen Komponenten des Ausgangsstroms, die proportional zu der Leitungsspannung erzeugt werden, nicht ausreichend reduziert werden, und beispielsweise im Falle des Antriebs eines Motors wird eine Welligkeit des Drehmoments und eine Welligkeit der Geschwindigkeit erzeugt und der Motor kann nicht stabil rotieren.

Obwohl man mit dem in Dokument 1 offenbarten Stand der Technik in der Lage ist, die harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung zu reduzieren, ergeben sich Querströme, die zwischen den Ausgangsphasen der Leistungswandler fließen, so daß der Motorversorgungsstrom abnimmt und große Ausgangszwischenphasensaugdrosseln erforderlich sind.

Es gibt ein anderes herkömmliches Leistungswandlersystem, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-211775 beschrieben ist (nachfolgend als Dokument 2 bezeichnet). Dieses ist ein in Reihe oder parallel geschaltetes mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem mit durch Pulsbreitenmodulation gesteuerter Ausgangsspannung, bei welchem ein Nullspannungsvektor angrenzend an den Steuerausgangsspannungsvektor ausgewählt wird, der eine Nulleitungsspannung, einen Nullspannungsvektor einer veränderlichen Neutralspannung oder einen Neutralspannungsvektor einer veränderlichen Neutralspannung aufweist, basierend auf der Amplitude und Phase des Steuerausgangsspannungsvektors, wobei die Reihenfolge der Auswahl der drei Spannungsvektoren in der bestimmten Periode so gesteuert wird, daß entweder der Nullspannungsvektor oder der Neutralspannungsvektor zuerst kommt.

Der Stand der Technik nach Dokument 2 offenbart ein Mittel, um die Einbuße bei der Reduzierung von Harmonischen der Ausgangsspannung zu verhindern, welches das Merkmal des in Reihe geschalteten, mehrfach gekoppelten Leistungswandlersystems ist. Dies steht im Gegensatz zu dem üblichen Zweipegel-Leistungswandlersystem, welches zwei positive oder negative Spannungen erzeugt, in welchem Fall, wenn sich die Amplitude der Ausgangssteuerspannung erhöht, sich die Periode der Ausgangsnullspannung vermindert und die positive (Ausgangsspannung: E) oder negative (Ausgangsspannung: -E) Periode vermindert, was zu einer erhöhten Amplitude der Ausgangsspannung führt. Das Dokument 2 liefert keine Handhabung des Zustands einer kleineren Amplitude der Ausgangsspannung, d. h. dieses ist kein Leistungswandlersystem, welches die harmonischen Komponenten unabhängig von der Amplitude der Ausgangsspannung reduziert.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichdhg Nr. Hei 5-56648 als auch parallel dazu US 5,325,285 (nachfolgend als Dokument 3 bezeichnet) offenbaren eine Parallelbetriebssteuereinrichtung für ein PBM-Leistungswandlersystem. Die Steuereinrichtung beinhaltet Ausgangsstromdetektoren für einzelne Leistungswandler, eine Umlaufstromberechnungseinrichtung, welche die umlaufenden Ströme der Leistungswandler basierend auf den erfaßten Ausgangsströmen berechnet, und eine Parallelbetriebssperrschaltung, welche ein Basis-Abschaltsignal für einen Leistungswandler erzeugt und einspeist, wenn ein Umlaufstrom einen bestimmten Wert überschreitet.

Der in Dokument 3 offenbarte Stand der Technik beinhaltet jedoch ein Problem dahingehend, daß sich, wenn der Basis-Abschaltvorgang erfolgt, der Ausgangsstrom so weit vermindert, daß er eine Last, wie etwa einen Motor, nicht mehr antreiben kann.

IEEE Transactions on Industry Applications, 28 (1992) September/Oktober Nr. 5, New York, USA, Seiten 1023 bis 1030, offenbart ein Verfahren für stromgesteuerte PBM-Inverter, wobei zwei Spannungsquelleninverter, deren Ausgangsanschlüsse parallel über Stromwaagen geschaltet sind, als Hauptschaltkreis verwendet werden.

DE 38 16 444 A1 offenbart eine PBM-Steuereinrichtung für einen kompensierenden Multiplexinverter, wobei die Ausgangsanschlüsse von zwei Invertern über eine Kompensationsdrossel miteinander verbunden sind, um parallele Dreiphasen- Multiplexausgänge von der Mitte der Kompensationsdrossel zu erhalten.

DE 43 41 868 A1 offenbart einen parallelen mehrfachen Inverter mit zwei einzelnen parallel geschalteten Invertern.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem zur Verfügung zu stellen, welches die Harmonischen von Leitungsspannungen der Ausgangsspannung reduziert und auch die Harmonischen der Phasenspannungen reduziert.

Gemäß vorliegender Erfindung wird die Aufgabe durch ein mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem entsprechend Anspruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 5 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß vorliegender Erfindung können die zwischen den Ausgangsphasen der Leistungswandler fließenden Querströme unterdrückt werden und folglich können die Ausgangsreaktanzen kompakt gestaltet werden, und der Motorversorgungsstrom kann erhöht werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltungsanordnung einer Ausführungsform vorliegender Erfindung zeigt; Fig. 2 ist ein Satz aus Diagrammen, der ein Konzeptschema der räumlichen Spannungsvektoren enthält, die in der Ausführungsform vorliegender Erfindung angewendet werden, und Tabellen der ausgewählten räumlichen Spannungsvektoren und der Reihen räumlicher Spannungsvektoren, welche die Reihenfolge der ausgewählten räumlichen Spannungsvektoren bestimmen; Fig. 3 ist ein Satz aus Diagrammen, der ein Beispiel von durch die Ausführungsform vorliegender Erfindung erzeugten PBM-Signalformen zeigt; Fig. 4 ist ein Diagramm, das die von einer anderen Ausführungsform vorliegender Erfindung erzeugten PBM-Signalformen zeigt; Fig. 5 ist ein Diagramm, das die durch den Stand der Technik gemäß Dokument 1 erzeugten PBM-Signalformen zeigt; und Fig. 6 und Fig. 7 sind Blockdiagramme, die die Anordnung einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltungsanordnung vorliegender Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform betrifft den Fall eines Parallelbetriebs zweier Dreiphasen- PBM(Pulsbreitenmodulations)-Leistungswandler vom Spannungstyp, die IGBTs (Insulated- Gate-Bipolartransistoren) als automatische Abschalteinrichtungen verwenden. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 101 eine Berechnungseinrichtung für räumliche Spannungsvektoren, welche wie folgt arbeitet.

Anfangs wird eine Schaltperiode, Steueramplitude Vc und Steuerphase (elektrischer Winkel) 0 auf die Berechnungseinrichtung 101 für räumliche Spannungsvektoren geführt. Räumliche Spannungsvektoren sollen die Schaltzustände der Leistungswandler anzeigen und für einen Dreiphasen-Leistungswandler gibt es acht räumliche Spannungsvektoren [V&sub0;], [V&sub1;], [V&sub2;], [V&sub3;], [V&sub4;], [V&sub5;], [V&sub6;] und [V&sub7;], wobei "1" und "0" den AN-Zustand und den AUS-Zustand der Schaltungsanordnungen anzeigt, die auf der Seite der höheren Spannung der Gleichspannungsleitungen angeordnet sind, wie in Fig. 2(a) gezeigt. Von diesen räumlichen Spannungsvektoren werden die Vektoren [V&sub0;] und [V&sub7;] speziell "räumliche Nullspannungsvektoren" (oder "Nullvektoren") genannt. Die acht räumlichen Spannungsvektoren weisen Phasendifferenzen mit Intervallen von 60º auf und haben dieselbe Größenordnung, wobei die Nullvektoren in der Mitte liegen, wie in Fig. 2(b) gezeigt. Ein räumlicher Steuerspannungsvektor [Vc] hat eine Steueramplitude Vc und weist einen elektrischen Winkel θ in Bezug auf den räumlichen Spannungsvektor [V&sub1;] auf.

Die Berechnungseinrichtung 101 für räumliche Spannungsvektoren wählt zwei räumliche Spannungsvektoren [Vi] und [Vj] in Abhängigkeit von dem Wert des elektrischen Winkels θ, wie in Fig. 2(c) gezeigt, aus.

Danach werden die Ausgangszeiten Ti und Tj der räumlichen Spannungsvektoren [Vi] und [Vj] und die Ausgangszeiten T&sub0; und T&sub7; der räumlichen Spannungsvektoren [V&sub0;] und [V&sub7;] aus der Steueramplitude Vc basierend auf den folgenden Gleichungen berechnet:

Ti = {Vc·Tc·sin(60º-θa)}/{2·sin(60º)} (1)

Tj = (Vc·Tc·sinθa)/{2·sin(60º)} (2)

T&sub0; = T&sub7; = (Tc-Ti-Tj)/2 (3),

wobei θa der elektrische Winkel des räumlichen Steuerspannungsvektors [Vc] bezüglich des ausgewählten räumlichen Spannungsvektors [Vi] ist, und wie folgt ausgedrückt wird:

θa = θ-60º·N (4),

und wobei N ein nummerischer Wert ist, der wie in Fig. 2(c) angeführt, von dem elektrischen Winkel 0 abhängt.

Die von der Berechnungseinrichtung 101 für räumliche Spannungsvektoren bereitgestellten Ausgangszeiten Ti, Tj, T&sub0; und T&sub7;, werden auf eine Vektorpermutationseinrichtung 102 geführt, durch welche in Übereinstimmung mit zwei Reihen räumlicher Spannungsvektoren P1 und P2 die Reihenfolge der Vektorausgaben, die in Fig. 2(d) gezeigt ist, bestimmt wird. Entsprechend dieser Ausgangsreihenfolge werden die Spannungsvektoren für die bestimmten Zeitspannen freigegeben. Die räumlichen Spannungsvektorreihen P1 und P2 sind Reihen räumlicher Spannungsvektoren, die für den ersten und den zweiten Leistungswandler 114 bzw. 124 aufgestellt werden, wobei P2 von P 1 abgeleitet wird, indem der am Ende gelegene Nullspannungsvektor [V&sub0;] an den Anfang gesetzt wird. Tatsächlich besteht die vorliegende Erfindung in einem Steuerverfahren für ein mehrfach gekoppeltes System parallel geschalteter Leistungswandler, bei welchem für mehrere räumliche Spannungsvektoren, welche die AN/AUS-Befehle erzeugen, die auf einzelne Leistungswandler geführt werden sollen, die Reihenfolge der zweiten Reihe räumlicher Spannungsvektoren, die unterschiedliche Ausgangszeiten aufweisen und die auf den zweiten Leistungswandler geführt werden, bezüglich der ersten Reihe räumlicher Spannungsvektoren, die unterschiedliche Ausgangszeiten aufweisen und die auf den ersten Leistungswandler geführt werden, um den Betrag der Ausgangszeit des am Ende der ersten Reihe gelegenen räumlichen Spannungsvektors verschoben ist.

Ein PBM-Generator 113 erzeugt PBM-Spannungssignalformen entsprechend der freigegebenen räumlichen Spannungsvektoren, welche basierend auf der Reihe P1 räumlicher Spannungsvektoren in der Vektorpermutationseinrichtung 102 angeordnet worden sind, und liefert die resultierenden AN/AUS-Befehle für die Schalteinrichtungen an die Gate-Schaltung (nicht gezeigt) des ersten Leistungswandlers 114. Analog erzeugt ein anderer PBM-Generator 123 PBM-Spannungssignalformen entsprechend der Reihe P2 räumlicher Spannungsvektoren und liefert die resultierenden AN/AUS-Befehle für die Schalteinrichtungen an die Gate- Schaltung (nicht gezeigt) des zweiten Leistungswandlers 124.

Der erste und zweite Leistungswandler 114 und 124 treiben die automatischen Abschalteinrichtungen in Übereinstimmung mit den von den PBM-Generatoren 113 und 123 erzeugten PBM-Ausgangssignalen, wodurch sie Dreiphasen-Wechselspannungen erzeugen. Die Wechselspannungs-Ausgangsanschlüsse U&sub1; und U&sub2;, V, und V&sub2; und W&sub1; und W&sub2; von beiden Leistungswandlern sind in Paaren über Reaktanzen 105 verbunden, und die von beiden Leistungswandlern 114 und 124 erzeugte Wechselspannung wird auf eine Last 106 gespeist.

Die soeben beschriebene Wirkungsweise dieser Ausführungsform wird eingehender für den Fall einer Steueramplitude von Vc = 0,3 [Spannungseinheit = P.U.] und einer Steuerphase von θ = 80º (elektrischer Winkel) erklärt.

Für die Steuerphase von θ = 80º wählt die Berechnungseinrichtung 101 für räumliche Spannungsvektoren den räumlichen Spannungsvektor [V&sub3;] = (0,1,0) als räumlichen Spannungsvektor [Vi] und den räumlichen Spannungsvektor [V&sub2;] = (1,1,0) als räumlichen Spannungsvektor [Vj] und berechnet die Ausgangszeiten T&sub3;, T&sub2;, T&sub0; und T&sub7;, basierend auf den Gleichungen (1), (2) und (3). Da der nummerische Wert N = 1 ist, wie in Fig. 2(c) aufgelistet, wird der Winkel mit dem ausgewählten räumlichen Spannungsvektor basierend auf Gleichung (4) zu θa = 20º berechnet.

Die resultierenden Ausgangszeiten T&sub3;, T&sub2;, T&sub0; und T&sub7; werden auf die Vektorpermutationseinrichtung 102 geführt und gemäß der Reihen P1 und P2 räumlicher Spannungsvektoren angeordnet. Die basierend auf der Reihe P1 räumlicher Spannungsvektoren angeordneten Ausgangszeiten (durch a&sub1; in Fig. 3(a) gezeigt) werden auf den PBM-Generator 113 geführt, von welchem Dreiphasen-PBM-Signalformen erzeugt werden, wie durch a&sub2;, a&sub3; und a&sub4; in Fig. 3(a) gezeigt. Analog werden die basierend auf der Reihe P2 räumlicher Spannungsvektoren angeordneten Ausgangszeiten (durch b&sub1; in Fig. 3(b) gezeigt) auf den PBM-Generator 123 geführt, von welchem Dreiphasen-PBM-Signalformen erzeugt werden, wie durch b&sub2;, b&sub3; und b&sub4; in Fig. 3(b) gezeigt.

Fig. 4 zeigt die durch die AN/AUS-Funktion entsprechend der PBM-Signale der automatischen Abschalteinrichtungen des ersten und zweiten Leisturigswandlers 114 und 124 erzeugten Spannungssignalformen, und diese Spannungssignalformen sind für den Fall einer Steueramplitude Vc = 0,6 P.U als eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung angegeben. In Fig. 4 zeigen 4a, 4b, 4d und 4e die Signalformen der Phasenspannungen an den Ausgangsanschlüssen U&sub1;, U&sub2;, V&sub1; und V&sub2; in Fig. 1, 4c und 4f zeigen die zusammengesetzten Phasenspannungen an den Punkten U und V in Fig. 1, die von den beiden Leistungswandlern 114 und 124 erzeugt worden sind und über die Reaktanzen gekoppelt sind, und 4g zeigt die Signalform der Ausgangsleitungsspannung zwischen U und V in Fig. 1, die von beiden Leistungswandlern 114 und 124 erzeugt worden ist.

Fig. 5 zeigt die von dem herkömmlichen System erzeugten Spannungssignalformen für dieselbe Steueramplitude Vc = 0,6 P.U., wie in Fig. 4, und die Signalformen 5a - 5g entsprechen den Signalformen 4a - 4g aus Fig. 4. Beim Vergleich der Signalformen 4g aus Fig. 4 und 5g aus Fig. 5 wird klar, daß die Leitungsspannung 5g aus Fig. 5 aus dem Nullspannungsmodus und dem Vollspannungsmodus gebildet ist und eine große Spannungsschwankung aufweist. Im Gegensatz dazu ist die Leitungsspannung 4g aus Fig. 4 aus dem Nullspannungsmodus und dem Zwischenspannungsmodus gebildet und weist eine kleinere Spannungsschwankung auf. Dementsprechend reduziert das erfindungsgemäße System die harmonischen Komponenten der Leitungsspannung deutlich.

Genauer gesagt ändert sich der Pegel bei der durch 4g in Fig. 4 gezeigten PBM-Spannung in drei Schritten von 1 Volt, 0,5 Volt und 0 Volt, was zu einer kleineren Spannungsdifferenz zu der sinusförmigen Grundschwingungsspannung führt, d. h. sie beinhaltet weniger hochfrequente Komponenten. Im Gegensatz dazu ändert sich der Pegel der durch 5g in Fig. 5 gezeigten PBM-Spannung nur in einem Schritt von 0 Volt aus, was zu einer größeren Spannungsdifferenz zu der sinusförmigen Grundschwingungsspannung führt, d. h. sie beinhaltet mehr hochfrequente Komponenten. Dieses Merkmal der Überlegenheit vorliegender Erfindung basiert auf dem ausgefeilten Steuerschema der PBM-Spannung, bei welchem die Reihenfolge der zweiten Reihe räumlicher Spannungsvektoren, die unterschiedliche Ausgangszeiten aufweisen und die auf den zweiten Leistungswandler geführt werden, bezüglich der ersten Reihe räumlicher Spannungsvektoren, die unterschiedliche Ausgangszeiten aufweisen und die auf den ersten Leistungswandler geführt werden, um den Betrag der Ausgangszeit des am Ende der ersten Reihe gelegenen räumlichen Spannungsvektors verschoben ist.

Gemäß vorliegender Erfindung kann der Schwankungsbetrag der Signalform der Ausgangsleitungsspannung als Ergebnis des Zusammensetzens durch die Reaktanzen reduziert werden, und deshalb können die harmonischen Komponenten der Signalform der Ausgangsleitungsspannung deutlich reduziert werden. Folglich werden die harmonischen Komponenten des Ausgangsstrom, die von den harmonischen Komponenten der Ausgangsleitungsspannung bestimmt werden, reduziert, und im Fall des Antriebs eines Wechselstrommotors, beispielsweise, kann die Welligkeit des Drehmoments und die Welligkeit der Geschwindigkeit des Wechselstrommotors reduziert werden. Das erfindungsgemäße System ermöglicht eine Servorechnungssteuerung basierend auf der extrem glatten Rotation des Wechselstrommotors und trägt wesentlich zur verbesserten Stabilität des Steuersystems bei.

Fig. 6 und Fig. 7 sind Blockdiagramme, die noch eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung zeigen. Diese Ausführungsform zeigt den Fall des parallelen Betriebs zweier Dreiphasen-PBM-Leistungswandler vom Spannungstyp, welche IGBTs als automatische Abschalteinrichtungen verwenden. In der Figur bezeichnet 101 eine Berechnungseinrichtung für räumliche Vektoren mit einer analogen Funktion wie der des Gegenstücks der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.

Die Vektorberechnungseinrichtung 101 erzeugt die Ausgangszeiten Ti, Tj, T&sub0; und T&sub7; und führt sie auf die Vektorpermutationseinrichtung 102, durch welche die Reihenfolge der Vektorausgabe in Übereinstimmung mit den beiden in Fig. 2(d) gezeigten Vektorreihen P1 und P2 bestimmt wird. Entsprechend dieser Ausgabereihenfolge werden diese Vektoren für die bestimmten Zeitspannen freigegeben. Die Vektorreihen P1 und P2 werden für den ersten und den zweiten Leistungswandler 114 bzw. 124 aufgestellt, wobei P2 von P1 abgeleitet wird, indem der am Ende gelegene Nullvektor [Vo] an den Anfang gesetzt wird.

Ein PBM-Generator 103 erzeugt PBM-Spannungssignalformen entsprechend der freigegebenen räumlichen Spannungsvektoren, welche auf Basis der Reihe P1 räumlicher Spannungsvektoren in der Vektorpermutationseinrichtung 102 angeordnet worden sind, und liefert die resultierenden AN/AUS-Befehle für die Schalteinrichtungen an die Gate-Schaltung des ersten Leistungswandlers 114. Analog erzeugt der PBM-Generator 103 PBM- Spannungssignalformen gemäß der Reihe P2 räumlicher Spannungsvektoren und liefert die resultierenden AN/AUS-Befehle für die Schalteinrichtungen an die Gate-Schaltung des zweiten Leistungswandlers 124.

Der PBM-Generator 103 erzeugt Vektorzustandssignale, welche "0" sind, wenn die auf den ersten und zweiten Leistungswandler zu führenden PBM-Ausgänge beides Nullvektoren sind (V&sub0; und V&sub7;), oder in allen anderen Fällen "1 ".

Die Schalter 8 wählen die Stellung "A" oder die Stellung "B" in Abhängigkeit von den Ausgaben "0" oder "1" der Flipflops 19, so daß die PBM-Ausgänge an den ersten und zweiten Leistungswandler gegeneinander ersetzt werden.

Verzögerungszähler 9 verzögern die Umsetzung von "0" in "1" der PBM-Ausgänge, um den Kurzschluß von IGBT-Paaren im Hauptkreis des Leistungswandlers zu verhindern.

Die Gate-Sperrschaltungen 10 liefern die Ausgänge der Verzögerungszähler 9 intakt an den ersten und zweiten Leistungswandler, wenn die Komparatoren 16 Ausgangssignale "0" erzeugen, oder liefern, wenn die Komparatoren 16 Ausgangssignale "1" erzeugen, unabhängig von den Ausgängen der Verzögerungszähler 9, "0"-Ausgänge an die Leistungswandler.

Der erste und der zweite Leistungswandler 114 und 124 treiben die jeweiligen automatischen Abschalteinrichtungen in Abhängigkeit von den PBM-Ausgängen "1" bzw. "0", die von den jeweiligen Gate-Sperrschaltungen geliefert werden, wodurch sie die Dreiphasen- Wechselspannung erzeugen.

Die Wechselstrom-Ausgangsanschlußpaare U&sub1; und U&sub2;, V&sub1; und V&sub2; und W&sub1; und W&sub2; der Leistungswandler sind über die Dreiphasenreaktanz 4 gekoppelt, und die von beiden Leistungswandlern erzeugte Wechselspannung wird auf die Last 5 gespeist.

Die von den Stromdetektoren 3 erfaßten Ausgangsströme werden auf Subtrahierer 11 geführt, von welchen die Stromdifferenz in jeder Phase ausgewertet werden. Jede Stromdifferenz wird mit dem von einer Abtast- und Halteschaltung 12 erfaßten Strom in einer halben PBM- Periode gemittelt, und jeder resultierende gemittelte Differenzstrom wird auf die Komparatoren 16 und 17 geführt.

Der Komparator 16 vergleicht den Absolutwert des von einer Absolutwertschaltung 20 bereitgestellten gemittelten Differenzstroms mit einem festgesetzten Wert, der von einer Setzeinrichtung 14 bereitgestellt wird, und erzeugt einen Ausgang "1" oder "0", wenn der Absolutwert des gemittelten Differenzstroms größer bzw. kleiner als der festgesetzte Wert ist. Der Komparator 17 vergleicht den gemittelten Differenzstrom mit einem festgesetzten Wert, der von einer Setzeinrichtung 15 bereitgestellt wird, und erzeugt einen Ausgang "1" oder "0", wenn der gemittelte Differenzstrom größer bzw. kleiner als der festgesetzte Wert ist. Die Flipflops 19 erzeugen die Steuersignale der Schalter 8 aus den PBM-Statussignalen und den Ausgängen der Komparatoren 17 gemäß der in Tabelle 1 aufgelisteten Vorschrift.

Tabelle 1

Basierend auf der vorausgehend beschriebenen Schaltungsanordnung arbeitet das System wie folgt.

In Reaktion auf die Funktion des Komparators 16 werden die Ausgangssignalformen des ersten und zweiten Leistungswandlers gegeneinander ersetzt, und der Querstrom verringert sich, ohne daß die Schwankung der Phasenspannungssignalform auf die Last aufgebracht wird. In Reaktion auf die Funktion des Komparators 17 werden die Ausgangssignalformen des ersten und zweiten Leistungswandlers abgeschaltet, was bewirkt, daß sich der Querstrom unmittelbar verringert und sich der durch die Reaktanz erzeugte magnetische Verlust verringert.

Gemäß vorliegender Erfindung wird der zwischen den Ausgangsphasen der Leistungswandler fließende Querstrom ohne Änderung der Leitungsspannungssignalform unterdrückt, und dementsprechend kann der magnetische Verlust der Ausgangsreaktanz, welcher sich proportional zum Querstrom erhöht, unterdrückt werden. Folglich wird es möglich, die Ausgangsreaktanz kompakter zu gestalten und den Motorversorgungsstrom zu erhöhen.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die vorliegende Erfindung ist nutzbringend für Motorantriebssysteme mit großer Kapazität in Stahlwerken, Chemiewerken und ähnlichem.


Anspruch[de]

1. Mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem, das Leistungswandler (114, 124) beinhaltet, die über Reaktanzen (105) parallel geschaltet sind, wobei jeder der Wandler (114, 124) eine Spannung, die für das System von einer Gleichstromversorgung bereitgestellt wird, mittels automatischer Abschalteinrichtungen, welche in Reaktion auf AN/AUS-Befehle an- und abschalten, in eine Wechselspannung umsetzt, wobei das System folgendes umfaßt:

eine Berechnungseinrichtung (101) für räumliche Spannungsvektoren, welche, um die AN/AUS-Befehle für jeden der parallel geschalteten Leistungswandler (114, 124) zu liefern, mehrere räumliche Spannungsvektoren auswählt, entsprechend einer Schaltperiode Tc und der Amplitude Vc als auch der Phase θ einer Steuerwechselspannung, die der Berechnungseinrichtung (101) für räumliche Spannungsvektoren eingespeist werden, und die Vektorausgangszeiten berechnet;

wobei die Leistungswandler einen ersten Leistungswandler (114) und einen zweiten Leistungswandler (124) beinhalten;

eine Vektorpermutationseinrichtung (102), welche, für die ausgewählten mehreren räumlichen Spannungsvektoren, zwei Sätze P1 und P2 der Reihenfolge der Erzeugung der räumlichen Spannungsvektoren bestimmt, indem sie die Reihenfolge einer zweiten Reihe räumlicher Spannungsvektoren, die auf den zweiten Leistungswandler (124) geführt werden sollen, bezüglich einer ersten Reihe mehrerer räumlicher Spannungsvektoren, die auf den ersten Leistungswandler (114) geführt werden sollen, um den Betrag der Ausgangszeit des am Ende der ersten Reihe gelegenen räumlichen Spannungsvektors verschiebt;

Pulsbreitenmodulationsgeneratoren (113, 123), welche die AN/AUS-Befehle in Reaktion auf die Ausgabe der Vektorpermutationseinrichtung (102) erzeugen; und

Einrichtungen zur Steuerung der Ausgangsspannungen der Leistungswandler (114, 124), indem die zwei Sätze räumlicher Spannungsvektorreihen P1 und P2 unterschiedlicher Reihenfolgen, die durch die Vektorpermutationseinrichtung (102) bestimmt worden sind, auf die Pulsbreitenmodulationsgeneratoren (113, 123) geführt werden,

wobei die Berechnungseinrichtung (101) für räumliche Spannungsvektoren mehrere räumliche Spannungsvektoren [V&sub0;], [Vi], [Vj] und [V&sub7;] (wobei i = 1, 3, 5; j = 2, 4, 6) in sechs Unterteilungsabschnitten im Bereich von 0º bis 360º entsprechend der Phase der Steuerwechselspannung auswählt und entsprechend der Amplitude Vc der Steuerwechselspannung und der Schaltperiode Tc die Ausgangszeiten Ti und Tj der räumlichen Spannungsvektoren [Vi] und [Vj] und die Ausgangszeiten T&sub0; und T&sub7; der räumlichen Spannungsvektoren [V&sub0;] und [V&sub7;] bestimmt, basierend auf den Gleichungen:

Ti = {Vc·Tcsin(60º-θa)} / {2·sin(60º)}

Tj = (Vc·Tc·sinθa) / {2·sin(60º)}

T&sub0; = = (Tc-Ti-Tj) / 2

θa = 8-60º·N,

wobei 6a der elektrische Winkel des räumlichen Steuerspannungsvektors [Vc], der durch die Amplitude Vc der Steuerwechselspannung und deren Phase θ bestimmt ist, bezüglich des ausgewählten räumlichen Spannungsvektors [V&sub1;] ist, und wobei N ein numerischer Wert ist, der von dem Phasenwinkel θ abhängt und 0, 1, 2, ..., 5 annimmt, entsprechend der sechs Abschnitte von 0º ≤ θ < 60º, 60º ≤ θ < 120º, ..., 300º ≤ θ < 360º, und

wobei die Vektorpermutationseinrichtung (102) die beiden Sätze P1 und P2 räumlicher Spannungsvektoren freigibt, welche die von der Berechnungseinrichtung (101) für räumliche Spannungsvektoren ausgewählten mehreren räumlichen Spannungsvektoren [V&sub0;], [Vi], [Vj] und [V&sub7;] sind, und die in der Reihenfolge [Vi], [Vj], [V&sub7;], [Vi] und [V&sub0;] bzw. in der Reihenfolge [V&sub0;], [Vi], [Vj], [V&sub7;]; [Vj] und [Vi] angeordnet sind und die AN/AUS-Befehle für die Pulsbreitenmodulationsgeneratoren (113, 123) entsprechend dieser Reihenfolgen erzeugt.

2. Mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin Stromdetektoren, die für einzelne Ausgangsphasen der beiden Leistungswandler (114, 124) vorgesehen sind, und Einrichtungen zur Berechnung der Differenz der Ausgangsströme, für jede Ausgangsphase, des ersten und zweiten Leistungswandlers (114, 124) als eine Querstromkomponente beinhaltet.

3. Mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erfassen der Ausgangsphasenströme der beiden Leistungswandler durch Abtasten der Ströme pro halber Pulsbreitenmodulationsperiode, Berechnen der Differenz der Ausgangsströme des ersten und zweiten Leistungswandlers für jede Ausgangsphase und Auswerten eines Mittelwertes aus der zuvor abgetasteten und berechneten Ausgangsstromdifferenz und der neu abgetasteten und berechneten Ausgangsstromdifferenz als die Querstromkomponente.

4. Mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erfassen von Querstromkomponenten der beiden parallel geschalteten Leistungswandler und zum Abschalten der AN/AUS-Signale, um dadurch die Leistungswandler auszuschalten, wenn erkannt wird, daß die Querstromkomponente einen festgelegten Wert überschreitet.

5. Mehrfach gekoppeltes Leistungswandlersystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erfassen einer Querstromkomponente jeder Phase der beiden parallel geschalteten Leistungswandler und zum Bereitstellen der ersten Reihe und der zweiten Reihe räumlicher Spannungsvektoren für den ersten und zweiten Leistungswandler durch gegenseitiges Ersetzen der ersten und zweiten Reihe in Abhängigkeit von der Polarität (positiv oder negativ) der Querstromkomponente, um dadurch die Ausgangsspannungen der Leistungswandler zu steuern.







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