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Dokumentenidentifikation DE112005001230T5 26.04.2007
Titel PWM-Direktumrichter und Steuerverfahren für einen PWM-Direktumrichter
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder Yamamoto, Eiji, Kitakyushu, Fukuoka, JP;
Hara, Hidenori, Kitakyushu, Fukuoka, JP;
Eguchi, Kouichi, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 112005001230
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 31.05.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2005/009986
WO-Veröffentlichungsnummer 2005119893
WO-Veröffentlichungsdatum 15.12.2005
Date of publication of WO application in German translation 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse H02M 5/297(2006.01)A, F, I, 20070131, B, H, DE

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromwandler, der eine Ausgabe aus einer Wechselstromquelle zu einer beliebigen Frequenz wandeln kann, und insbesondere ein Steuerverfahren für einen PWM-Direktumrichter unter Verwendung eines PWM-Steuersystems (PWM = Pulsbreitenmodulation).

Der PWM-Direktumrichter ist eine Art von Stromwandler, der eine Schaltoperation durch ein Pulsbreitenmodulationssystem (nachfolgend als PWM-System bezeichnet) unter Verwendung eines Halbleiterschalters durchführt, der eine Selbstlichtbogenunterdrückungsfähigkeit ähnlich wie ein Wechselrichter aufweist. Dabei werden in dem Wechselrichter die in einer Reihe zwischen den Potentialen des PN-Bus angeordneten Halbleiterschalter mit einer Zeitdifferenz eingeschaltet, um zu vermeiden, dass die Halbleiterschalter gleichzeitig eingeschaltet werden und einen Kurzschluss des PN-Bus verursachen. Diese Zeitdifferenz wird als Totzeit bezeichnet.

Bei dem PWM-Direktumrichter ist eine Stromquelle direkt über neun Halbleiterschalter, die als Zweiwegeschalter bezeichnet werden, mit einer Last verbunden. Ein Zweiwegeschalter kann einen Strom von der Stromquelle zu der Lastseite oder von der Lastseite zu der Stromquelle zuführen. Unter diesen Umständen wird ein Aufbau verwendet, bei dem in 2 gezeigte IGBTs des umgekehrt blockierenden Typs in anti-parallelen Formen verbunden sind, oder ein Aufbau, in dem IGBTs und Dioden jeweils in Reihe und in anti-parallelen Formen verbunden sind.

Weiterhin werden bei dem PWM-Direktumrichter die Zweiwegeschalter in Übereinstimmung mit einer Zündungssequenz ein- und ausgeschaltet (so genannte Kommutierung), um zu verhindern, dass der Kurzschluss der Stromquellenseite und der Lastseite geöffnet wird.

Ein Beispiel für einen derartigen Direktumrichter und für ein Verfahren zum Betreiben desselben ist in dem Patentdokument 1 angegeben.

  • Patentdokument 1: JP-A-11-98840 (1, 5)
  • Patentdokument 2: JP-A-2000-2724

9 ist ein Blockdiagramm eines PWM-Direktumrichters und eines Verfahrens zum Betreiben desselben.

Mit einem in 9 gezeigten Zweiwegeschalterteil 3 ist ein Stromrichtungsdetektor 7 zum Erfassen der Richtung eines zu dem Zweiwegeschalter 3 zugeführten Stroms verbunden. Eine Kommutierungsschaltung 8 ist vorgesehen, um andere Gatesignale zum Ansteuern von der Halbleiterschalter in der Vorwärtsrichtung in denselben Ausgangsphasen wie die Ausgaben des Stromrichtungsdetektors 7 sowie PWM-Befehle zu empfangen und die Zündungssequenz der Zweiwegeschalter zu schalten.

Wenn gemäß einer Kommutierungssequenz der Kommutierungschaltung 8 in diesem Fall Strom von einer Dreiphasen-Wechselstromquelle 1 zu einem Lastmotor 4 zugeführt wird, wird die in 10(a) gezeigte Sequenz gewählt. Wenn in dieser Kommutierungssequenz die Schalter der Tr1 und Tr1'-Seiten ausgeschaltet werden, wird zuerst der tr1' ausgeschaltet. Weil dabei der zu dem Lastmotor 4 zugeführte Strom über den Tr1 zugeführt wird, wird der Strom nicht ausgeschaltet. Dann wird der Tr2 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Versorgungsspannung V1 größer als V2 (d.h. V1 > V2) und es wird der Strom zu einer durch eine durchgezogene Linie angegebenen Schleife über den Tr1 zugeführt. Wenn V2 größer als V1 ist (d.h. V2 > V1), wird der Strom zu einer durch eine unterbrochene Linie angegebenen Schleife über Tr2 zugeführt, um den Strom von dem Tr1 zu dem Tr2 zu kommutieren. Dann wird der Tr1 ausgeschaltet. Wenn jedoch V1 größer als V2 ist (d.h. V1 > V2), wird eine Kommutierung von dem Tr1 zu dem Tr2 vorgenommen. Schließlich wird Tr2' eingeschaltet, um die Kommutierung abzuschließen.

Wenn dagegen der Strom von dem Lastmotor 4 zu der Wechselstromquelle 1 zugeführt wird, wird die in 10(b) gezeigte Sequenz gewählt. Der Tr1 wird zuerst ausgeschaltet. Dann wird der tr2' eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist V1 kleiner als V2 (d.h. V1 < V2) und es wird der durch die durchgezogene Linie angegebene Schleifenstrom durch den Tr1' zugeführt. Wenn V2 kleiner als V1 ist (d.h. V2 < V1), wird der durch die unterbrochene Linie angegebene Schleifenstrom durch den Tr2' zugeführt und von dem Tr1 zu dem Tr2 kommutiert. Dann wird der Tr1' ausgeschaltet. Wenn V1 kleiner als V2 ist (d.h. V1 < V2), wird eine Kommutierung von dem Tr1 zu dem Tr2 vorgenommen. Schließlich wird der TR2 eingeschaltet, um die Kommutierung abzuschließen.

Als Stromrichtungsdetektor 7 kann eine Schaltung mit einer Diode und einem Komparator wie etwa einem „Spannungs- und Strompolaritätsdetektor" wie zum Beispiel in dem Patentdokument 2 angegeben verwendet werden.

Beschreibung der Erfindung Problemstellung der Erfindung

In dem Wechselrichter entsteht ein Fehler zwischen einem Ausgangsspannungsbefehl und einer tatsächlich ausgegebenen Spannung aufgrund des Einflusses der Totzeit. Weiterhin entsteht in dem Direktumrichter ein Fehler zwischen dem Ausgangsspannungsbefehl und der tatsächlichen Spannung aufgrund einer Kommutierungsoperation. Wenn der Fehler zwischen dem Ausgangsspannungsbefehl und der tatsächlichen Spannung entsteht, wenn zum Beispiel ein Motor mit einer Lastseite verbunden wird, kann die Spannung nicht wie angewiesen an dem Motor angelegt werden und es wird ein Pendeln verursacht.

Die vorliegende Erfindung nimmt auf die oben beschriebenen Probleme Bezug, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen PWM-Direktumrichter und ein Steuerverfahren für einen PWM-Direktumrichter anzugeben, bei denen ein Fehler zwischen einem Ausgabespannungsbefehl und einer tatsächlichen Spannung beseitigt wird und ein stabiler Betrieb beim Antreiben eines Motors vorgesehen werden kann.

Problemlösung

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird gemäß Anspruch 1 ein PWM-Direktumrichter angegeben, der ein Stromwandler ist, der direkt mit einem Zweiwegehalbleiterschalter verbunden ist, in dem zwei Einweghalbleiterschalter kombiniert sind, die unabhängig ein- und ausgeschaltet werden können, wobei ein Strom in nur einer Richtung zwischen jeder Phase einer Dreiphasen-Wechselstromquelle und einer Phase des Stromwandlers mit Dreiphasenausgaben zugeführt werden kann, wobei die Ein/Aus-Zeit des Zweiwegehalbleiterschalters in Übereinstimmung mit einem Spannungsbefehl bestimmt wird, der an einer mit der Ausgangsseite des Zweiwegehalbleiterschalters verbundenen Last angelegt wird, wobei der PWM-Direktumrichter umfasst:

einen Eingangsspannungsphasen-Detektor zum Erfassen der Phase der Spannung der Dreiphasen-Wechselstromquelle,

einen Stromdetektor zum Erfassen der Richtung des zu dem Zweiwegehalbleiterschalter zugeführten Stroms, und

einen Kommutierungskompensator zum Empfangen der Ausgaben aus dem Eingangsspannungsphasen-Detektor und dem Stromdetektor als Eingaben für eine Kompensierung des Spannungsbefehls.

Weiterhin ist gemäß Anspruch 2 ein Steuerverfahren für den PWM-Direktumrichter nach Anspruch 1 angegeben, wobei

Ausgangsspannungsbefehle durch den Kommutierungskompensator aus den folgenden Formeln (1), (2) und (3) erhalten werden: Vu_ref2 = Vu_ref1 + &Dgr;V(1) Vv_ref2 = Vv_ref1 + &Dgr;V(2) Vw_ref2 = Vw_ref1 + &Dgr;V(3) wobei die Phasen der Dreiphasen-Wechselstromquelle jeweils als Vr = Vin·sin &thgr;in, Vs = Vin·sin (bin – 120) und Vt = Vin·sin (&thgr;in – 240) definiert sind,

wobei wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 0° ≤ &thgr;in ≤ 60°, 120° ≤ &thgr;in ≤ 180° und 240° ≤ &thgr;in ≤ 300° positiv ist und wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 60° ≤ &thgr;in ≤ 120°, 180° ≤ &thgr;in ≤ 240° und 300° ≤ &thgr;in 360° negativ ist, &Dgr;V einen negativen fixen Wert wiedergibt, und

wobei wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 0° ≤ &thgr;in ≤ 60°, 120° ≤ &thgr;in ≤ 180° und 240° ≤ &thgr;in ≤ 300° negativ ist und wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 60° ≤ &thgr;in ≤ 120°, 180° ≤ &thgr;in ≤ 240° und 300° ≤ &thgr;in 360° positiv ist, &Dgr;V einen positiven fixen Wert wiedergibt, und

wobei in diesem Fall eine Berechnung durchgeführt wird, um Ausgangsspannungen zu erhalten, indem

Vu_ref2, Vv_ref2 und Vw_ref2 als Ausgangsspannungsbefehlswerte einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase definiert werden, die jeweils durch einen Kommutierungskompensator kommutiert sind,

Vu_ref1, Vv_ref1 und Vw_ref1 Vout als Ausgangsspannungsbefehlswerte einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase definiert werden,

Vr, Vs und Vt als Eingangsspannungswerte einer R-Phase, einer S-Phase und einer T-Phase definiert werden,

Vin als ein Spitzenwert einer Eingangsspannung und &thgr;in als Phase der Eingangsspannung definiert werden.

Weiterhin ist gemäß Anspruch 3 ein Steuerverfahren für einen PWM-Direktumrichter nach Anspruch 2 vorgesehen, wobei &Dgr;V in den Formeln (1), (2) und (3) der Ausgangsspannungsbefehle in Übereinstimmung mit einem durch den Stromdetektor erfassten Stromwert variiert wird.

Weiterhin ist gemäß Anspruch 4 ein Steuerverfahren für einen PWM-Direktumrichter nach Anspruch 2 oder 3 vorgesehen, wobei

wenn der Zweiwegeschalter nicht wenigstens ein Mal während einer Trägerperiode ein- oder ausgeschaltet wird, die Ausgangsspannungsbefehle aus den folgenden Formeln (4), (5) und (6) berechnet werden: Vu_ref2 = Vu_ref1(4) Vv_ref2 = Vv_ref1(5) Vw_ref2 = Vw_ref1(6) und wenn der Zweiwegeschalter wenigstens ein Mal während der Trägerperiode ein- und ausgeschaltet wird, von den Formeln (4) bis (6) zu den Formeln (1), (2) und (3) gewechselt wird, um die Ausgangsspannungsbefehle zu berechnen, wobei die Ausgangsspannungsbefehle durch den Kommutierungskompensator kompensiert werden.

Vorteile der Erfindung

Weil gemäß der vorliegenden Erfindung der Kommutierungskompensator vorgesehen ist, um die Ausgaben aus dem Eingangsspannungsphasen-Detektor und dem Stromrichtungsdetektor als Eingaben für eine Kompensierung des Spannungsbefehls durch die Berechnungsergebnisse in Übereinstimmung mit den Formeln (1) bis (6) zu empfangen, kann der Fehler zwischen dem Ausgangsspannungsbefehl und der tatsächlichen Spannung beseitigt werden. Wenn weiterhin der Motor durch den PWM-Direktumrichter angetrieben wird, kann eine stabiler Betrieb vorgesehen werden, ohne einen Pendelzustand zu verursachen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm eines PWM-Direktumrichters, bei dem ein Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.

2 ist ein Diagramm, das ein Verbindungsbeispiel eines Zweiwegeschalters von 1 zeigt.

3 ist ein Schaltdiagramm, das einen Eingang mit zwei Phasen und einen Ausgang mit einer Phase innerhalb der Gruppe von Zweiwegeschaltern von 1 zeigt.

4 ist ein Diagramm, das eine Kommutierungsoperation zeigt, wenn der Ausgangsstrom des Zweiwegeschalters von 1 positiv ist.

5 ist ein Diagramm, das eine Kommutierungsoperation zeigt, wenn der Ausgangsstrom des Zweiwegeschalters von 4 negativ ist.

6 ist ein Schaltdiagramm, wenn E1 niedriger als E2 in dem Zweiwegeschalter von 3 ist (d.h. E1 < E2).

7 ist ein Diagramm, das eine Kommutierungsoperation zeigt, wenn der Ausgangsstrom des Zweiwegeschalters von 6 positiv ist.

8 ist ein Diagramm, das eine Kommutierungsoperation zeigt, wenn der Ausgangsstrom des Zweiwegeschalters von 6 negativ ist.

9 ist ein Blockdiagramm eines gewöhnlichen PWM-Direktumrichters.

10 ist ein Blockdiagramm, das eine Kommutierungsoperation des PWM-Direktumrichters von 9 zeigt.

Beschreibung der Bezugszeichen

1
Dreiphasen-Wechselstromquelle
2
Eingangsfilter
3
Gruppe von Zweiwegeschaltern
4
Lastmotor
5
Ansteuerschaltung
6
Eingangsspannungs-Amplituden-/Phasendetektor
7
Stromrichtungsdetektor
8
Kommutierungsschaltung
9
Spannungsbefehlserzeuger
10
PWM-Pulsberechnungseinrichtung
11
Kommutierungskompensator
12
Stromdetektor
21
Wechselrichtungs-GBT
22
IGBT
23
Diode
Sur bis Swt
Zweiwegeschalter

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines PWM-Direktumrichters der vorliegenden Erfindung zeigt.

2 ist ein Diagramm, das ein Verbindungsbeispiel eines Zweiwegeschalters von 1 zeigt.

3 ist ein Schaltdiagramm, das einen Eingang mit zwei Phasen und einen Ausgang mit einer Phase innerhalb der Gruppe von Zweiwegeschaltern von 1 zeigt.

4 ist ein Diagramm, das eine Kommutierungsoperation zeigt, wenn der Ausgangsstrom des Zweiwegeschalters von 1 positiv ist.

5 ist ein Diagramm, das eine Kommutierungsoperation zeigt, wenn der Ausgangsstrom des Zweiwegeschalters von 4 negativ ist.

In 1 ist ein Eingangsfilter 2 zwischen einer Dreiphasen-Wechselstromquelle 1 und einer Gruppe von Zweiwegeschaltern 3 vorgesehen, die sich aus Zweiwegeschaltern Sur bis Swt zusammensetzt. Der Ausgang der Gruppe von Zweiwegeschaltern 3 ist mit einem Lastmotor 4 verbunden. Das Eingangsfilter 2 und die Gruppen von Zweiwegeschaltern 3 bilden eine Hauptschaltung des PWM-Direktumrichters.

Die Spannung wird von einer Eingangsseite (einer primären Seite) des Eingangsfilters 2 erfasst, und die Eingangsphasenspannungen Er, Es und Et sowie eine Eingangsspannungsphase &thgr;in, die für die Steuerung des PWM-Direktumrichters erforderlich sind, werden durch einen Eingangsstromquellen-Amplituden-/Phasendetektor 6 erfasst. Weiterhin werden in einem Geschwindigkeitsbefehl Nef ein Ausgangsspannungsbefehl Vref und ein Ausgangsspannungsphasenbefehl &thgr; durch einen Spannungsbefehlerzeuger 9 berechnet.

Die Eingangsphasenspannungen Er, Es und Et, die Eingangsspannungsphase &thgr;in, der Ausgangsspannungsbefehl Vref und der Ausgangsspannungsphasenbefehl &thgr;out werden zur Berechnung von Spannungsbefehlen für U, V und W-Phasen (Vu_ref1, Vv_ref1, Vw_ref1) durch eine PWM-Pulsberechnungseinrichtung 10 verwendet. An den Ausgängen der Gruppen von Zweiwegeschaltern 3 sind Stromdetektoren 12 zum Erfassen eines Stroms vorgesehen, und die Stromrichtungen (IuDIR, IvDIR, IwDIR) der Phasen werden jeweils durch eine Stromrichtungs-Erfassungsschaltung 7 erfasst.

Die Spannungsbefehle der U, V und W-Phasen (Vu_ref1, Vv_ref1, Vw_ref1), die Stromrichtungen (IuDIR, IvDIR, IwDIR) der Phasen und die Eingangsspannungsphase &thgr; werden in einen Kommutierungskompensator 11 eingegeben, um Spannungsbefehle (Vu_ref2, Vv_ref2, V2_ref2) der durch den Kommutierungskompensator 11 kompensierten U, V und W-Phasen auszugeben. Eine Kommutierungsoperation wird in einer Kommutierungsschaltung 8 auf der Basis der Spannungsbefehle (Vu_ref2, Vv_ref2, Vw_ref2) und der Stromrichtungen (IuDIR, IvDIR, IwDIR) bestimmt, und die Zweiwegeschalter Sur bis Swt werden durch eine Ansteuerschaltung 5 angesteuert.

Wie in 2 gezeigt, werden die Zweiwegeschalter Sur bis Swt gebildet, indem IGBTs des umgekehrt blockierenden Typs in einer anti-parallelen Form kombiniert werden oder indem Dioden jeweils in Reihe mit IGBTs in einer anti-parallelen Form kombiniert werden.

Im Folgenden wird die Kommutierung des PWM-Direktumrichters beschrieben.

3 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Eingang mit zwei Phasen und einen Ausgang mit einer Phase innerhalb der Gruppe von Zweiwegeschaltern 3 zeigt.

Für den Schalter von 3 wird ein Fall beschrieben, in dem ein Zustand, in dem SW3 und SW4 eingeschaltet sind, zu einem Zustand kommutiert wird, in dem SW1 und SW2 eingeschaltet sind. Weiterhin wird angenommen, dass die Eingangsspannung E1 von SW1 und SW2 höher als die Eingangsspannung E2 von SW3 und SW4 ist.

Weiterhin zeigt 4 einen PWM-BEfehl und die Ein- und Auszustände der Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 jeweils für einen positiven Ausgangsstrom Io_dir, während 5 einen PWM-Befehl und die Ein- und Auszustände der Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 für einen negativen Ausgangsstrom Io_dir zeigt. Die umkreisten Ziffern in dem unteren Abschnitt jeder Zeichnung geben eine Schaltsequenz wieder.

In Obereinstimmung mit dem PWM-Befehl wird zuerst der Schalter, zu dem kein Strom zugeführt wird (in 4 der Schalter SW3 und in 5 der Schalter SW4) in dem Zweiwegeschalter, zu dem Strom zugeführt wurde, ausgeschaltet.

Dann wird der Schalter (in 4 der Schalter SW2 und in 5 der Schalter SW1) in der Richtung des kontinuierlich vorgesehenen Ausgangsstroms Io_dir in dem Zweiwegeschalter, zu dem der Strom wechselt, eingeschaltet.

Dann wird der Schalter (in 4 der Schalter SW4 und in 5 der Schalter SW3), zu dem der Strom bisher zugeführt wurde, ausgeschaltet.

Schließlich wird der Schalter (in 4 der Schalter SW1 und in 5 der Schalter SW2) in der entgegen gesetzten Richtung zu dem Ausgangsstrom Io_dir in dem Zweiwegeschalter, zu dem der Strom jetzt zugeführt wird, eingeschaltet.

Die oben beschriebene Schaltsequenz wird als Kommutierung bezeichnet und ist in dem Patentdokument 1 näher beschrieben.

Bei der Kommutierungsoperation von 4 (E1 > E2, Io_dir > 0) ändert sich ein Potential auf der Ausgangsseite „o" innerhalb des im unteren Abschnitt gezeigten Operationsbereichs (2) bis (7).

In dem Fall von 5 (E1 > E2, Io_dir < 0) ändert sich das Potential auf der Ausgangsseite „o" innerhalb des Operationsbereichs (3) bis (6). Dementsprechend ist auf den PWM-Befehl folgend die tatsächliche Ausgabe in 4 groß und ist die tatsächliche Ausgabe in 5 klein.

6 ist ein Diagramm für den Fall, dass die Eingangsspannung in dem Zweiwegeschalter von 3 durch E1 < E2 gekennzeichnet ist.

7 ist ein Diagramm für den Fall, dass der Ausgangsstrom des Zweiwegeschalter von 6 positiv ist, und 8 ist ein Diagramm für den Fall, dass der Ausgangsstrom negativ ist.

6 bis 8 zeigen den Fall, dass die Eingangsspannung durch E1 < E2 gekennzeichnet ist. Die Kommutierungsoperation ist die gleiche wie oben mit Bezug auf 3 bis 5 beschrieben.

Dagegen ist in dem Potential auf einer Ausgangsseite „o" die tatsächliche Ausgabe in 7 klein und in 8 groß.

Die vorstehende Beschreibung ist in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst.

Die Bedingungen E1 > E2 oder E1 < E2 werden wie unten beschrieben bestimmt. Wenn die Phasen der Dreiphasen-Wechselstromquelle jeweils als Vr = Vin·sin &thgr;in, Vs = Vin·sin (&thgr;in – 120) und Vt = Vin·sin (&thgr;in – 240) definiert werden, gilt für die Eingangsspannung die Beziehung E1 > E2 in den Abschnitten 0° ≤ &thgr;in ≤ 60°, 120° ≤ &thgr;in ≤ 180° und 240° ≤ &thgr;in ≤ 300° und gilt für die Eingangsspannung die Beziehung E1 < E2 in den Abschnitten 60° ≤ &thgr;in ≤ 120°, 180° ≤ &thgr;in ≤ 240° und 300° ≤ &thgr;in 360°.

In diesem Fall geben die Symbole jeweils die folgenden Werte wieder:

Vr, Vs und Vt:
Eingangsspannungswerte einer R-Phase, einer S-Phase und einer T-Phase
Vin:
Spitzenwert einer Eingangsspannung
&thgr;in:
Phase der Eingangsspannung

Im Folgenden wird eine Operation des Kommutierungskompensators 11 zum Korrigieren eines Fehlers durch die Kommutierungsoperation im Detail beschrieben.

Die Spannungsbefehle der U, V und W-Phasen (Vu_ref1, Vv_ref1, Vw_ref1) die Stromrichtungen von (IuDIR, IvDIR, IwDIR) der Phasen und die Eingangsspannungsphase &thgr; werden in den Kommutierungskompensator 11 eingegeben, um die Ausgangsspannungsbefehle mittels der Formeln (1), (2) und (3) zu berechnen und dieselbe als neue Ausgangsspannungsbefehle zu verwenden. Vu_ref2 = Vu_ref1 + &Dgr;v(1) Vv_ref2 = Vv_ref1 + &Dgr;v(2) Vw_ref2 = Vw_ref1 + &Dgr;v(3)

Wenn in einer ersten Bedingung der Berechnung die Phasen der Dreiphasen-Wechselstromquelle jeweils als Vr = Vr = Vin·sin &thgr;in, Vs = Vin·sin (&thgr;in – 120) und Vt = Vin·sin (&thgr;in – 240) definiert sind, wenn die die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 0° ≤ &thgr;in ≤ 60°, 120° ≤ &thgr;in ≤ 180° und 240° ≤ &thgr;in ≤ 300° positiv ist und wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 60° ≤ &thgr;in ≤ 120°, 180° ≤ &thgr;in ≤ 240° und 300° ≤ &thgr;in 360° negativ ist, dann gibt &Dgr;V einen negativen fixen Wert wieder. Wenn weiterhin in einer zweiten Bedingung die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 0° ≤ &thgr;in ≤ 60°, 120° ≤ &thgr;in ≤ 180° und 240° ≤ &thgr;in ≤ 300° negativ ist und wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 60° ≤ &thgr;in ≤ 120°, 180° ≤ &thgr;in ≤ 240° und 300° ≤ &thgr;in 360° positiv ist, dann gibt &Dgr;V einen positiven fixen Wert wieder. In diesem Fall sind die Symbole wie folgt definiert.

Vu_ref2, Vv_ref2 und V2_ref2:
Ausgangsspannungsbefehlswerte einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase, die jeweils durch den Kommutierungskompensator kommutiert sind
Vr, Vs und Vt:
Eingangsspannungswerte einer R-Phase, einer S-Phase und einer T-Phase
Vin:
Spitzenwert einer Eingangsspannung
&thgr;in:
eine Phase der Eingangsspannung.

In einem Verfahren gemäß Anspruch 3 kann ein in der Spannung korrigierter Wert &Dgr;V in Übereinstimmung mit einem durch den Stromdetektor erfassten Stromwert variiert werden. In dem Verfahren gemäß Anspruch 2 ändert sich der in der Spannung korrigierte Wert &Dgr;V stark an einem Punkt, wo der Stromwert von dem positiven Wert zu dem negativen Wert wechselt. Es kann ein sanfter Übergang von dem negativen Wert zu dem positiven Wert vorgesehen werden.

Wenn weiterhin in einem Verfahren gemäß Anspruch 4 der Zweiwegeschalter nicht wenigstens ein Mal während einer Trägerperiode ein- oder ausgeschaltet wird, werden die Ausgangsspannungsbefehle mittels der folgenden Formeln (4), (5) und 6) berechnet, weil kein Spannungsfehler auftritt. Und wenn der Zweiwegeschalter wenigstens ein Mal während der Trägerperiode ein- und ausgeschaltet wird, werden anstelle der Formeln (4) bis (6) die oben beschriebenen Formeln (1), (2) und (3) verwendet, um eine Berechnung durchzuführen. Vu_ref2 = Vu_ref1(4) Vv_ref2 = Vv_ref1(5) Vw_ref2 = Vw_ref1(6)

Weil wie oben beschrieben ein Fehler zwischen einer Befehlsspannung und einer tatsächlich ausgegebenen Spannung in der Kommutierungsoperation kompensiert wird, kann eine Ausgabe in Übereinstimmung mit dem Ausgangsspannungsbefehl Vref realisiert werden, der ursprünglich ausgegeben werden sollte. Weil der Spannungsfehler ein Pendeln eines Motors oder eine Pulsierung des Drehmoments verursacht, wird dieses Verfahren angewendet, um die Ansteuereigenschaften des Motors zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform erläutert, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Die vorliegende Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform erläutert, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Die Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-163375 vom 1. Juni 2004, deren Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.

Zusammenfassung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen PWM-Direktumrichter anzugeben, der einen Fehler zwischen einem Spannungsbefehl und einer durch eine Kommutierungsoperation erzeugten tatsächlichen Spannung kompensieren kann.

Der PWM-Direktumrichter, der die oben beschriebenen Probleme lösen kann, umfasst: einen Eingangsspannungsphasen-Detektor (6) zum Erfassen der Phase der Spannung einer Dreiphasen-Wechselstromquelle (1); einen Stromrichtungsdetektor (7) zum Erfassen der Richtung eines Stroms, der zu einem Zweiwegehalbleiterschalter (3) zugeführt wird; und einen Kommutierungskompensator (11) zum Empfangen der Ausgaben aus dem Eingangsspannungsphasen-Detektor und dem Stromdetektor als Eingaben für eine Kompensierung eines Spannungsbefehls.


Anspruch[de]
PWM-Direktumrichter, der als Stromwandler direkt mit einem Zweiwegehalbleiterschalter verbunden ist, der eine Kombination aus zwei Einweghalbleiterschaltern umfasst, die jeweils unabhängig ein- und ausgeschaltet werden können, wobei ein Strom in nur einer Richtung zwischen jeder Phase einer Dreiphasen-Wechselstromquelle und jeder Phase des Stromwandlers mit Dreiphasen-Ausgängen zugeführt werden kann, wobei die Ein/Aus-Zeit des Zweiwegehalbleiterschalters in Übereinstimmung mit einer Spannung bestimmt wird, die an einer Last angelegt wird, die mit der Ausgangsseite des Zweiwegehalbleiterschalters verbunden ist,

wobei der PWM-Direktumrichter umfasst:

einen Eingangsspannungsphasen-Detektor zum Erfassen der Phase der Spannung der Dreiphasen-Wechselstromquelle,

einen Stromdetektor zum Erfassen der Richtung des zu dem Zweiwegeschalter zugeführten Stroms, und

einen Kommutierungskompensator zum Empfangen der Ausgaben aus dem Eingangsspannungsphasen-Detektor und dem Stromdetektor als Eingaben für eine Kompensierung des Spannungsbefehls.
Steuerverfahren für den PWM-Direktumrichter nach Anspruch 1, wobei

Ausgangsspannungsbefehle durch den Kommutierungskompensator aus den folgenden Gleichungen (1), (2) und (3) erhalten werden: Vu_ref2 = Vu_ref1 + &Dgr;V(1) Vv_ref2 = Vv_ref1 + &Dgr;V(2) Vw_ref2 = Vw_ref1 + &Dgr;V(3) wobei die Phasen der Dreiphasen-Wechselstromquelle jeweils als Vr = Vin·sin &thgr;in, Vs = Vin·sin (&thgr;in – 120) und Vt = Vin·sin (&thgr;in – 240) definiert sind,

wobei wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 0° ≤ &thgr;in ≤ 60°, 120° ≤ &thgr;in ≤ 180° und 240° ≤ &thgr;in ≤ 300° positiv ist und wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 60° ≤ &thgr;in ≤ 120°, 180° ≤ &thgr;in ≤ 240° und 300° ≤ &thgr;in 360° negativ ist, &Dgr;V einen negativen fixen Wert wiedergibt, und

wobei wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 0° ≤ &thgr;in ≤ 60°, 120° ≤ &thgr;in ≤ 180° und 240° ≤ &thgr;in ≤ 300° negativ ist und wenn die Ausgabe des Stromdetektors in den Abschnitten 60° ≤ &thgr;in ≤ 120°, 180° ≤ &thgr;in ≤ 240° und 300° ≤ &thgr;in 360° positiv ist, &Dgr;V einen positiven fixen Wert wiedergibt, und

wobei in diesem Fall eine Berechnung durchgeführt wird, um Ausgangsspannungen zu erhalten, indem

Vu_ref 2, Vv_ref2 und Vw_ref2 als Ausgangsspannungsbefehlswerte einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase definiert werden, die jeweils durch einen Kommutierungskompensator kommutiert sind,

Vu_ref1, Vv_ref1 und Vw_ref1 Vout als Ausgangsspannungsbefehlswerte einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase definiert werden,

Vr, Vs und Vt als Eingangsspannungswerte einer R-Phase, einer S-Phase und einer T-Phase definiert werden,

Vin als ein Spitzenwert einer Eingangsspannung und &thgr;in als Phase der Eingangsspannung definiert werden.
Steuerverfahren für einen PWM-Direktumrichter nach Anspruch 2, wobei &Dgr;V in den Formeln (1), (2) und (3) der Ausgangsspannungsbefehle in Übereinstimmung mit einem durch den Stromdetektor erfassten Stromwert variiert wird. Steuerverfahren für einen PWM-Direktumrichter nach Anspruch 2 oder 3, wobei

wenn der Zweiwegeschalter nicht wenigstens ein Mal während einer Trägerperiode ein- oder ausgeschaltet wird, die Ausgangsspannungswerte aus den folgenden Formeln (4), (5) und (6) berechnet werden: Vu_ref2 = Vu_ref1(4) Vv_ref2 = Vv_ref1(5) Vw_ref2 = Vw_ref1(6) und wenn der Zweiwegeschalter wenigstens ein Mal während der Trägerperiode ein- und ausgeschaltet wird, von den Formeln (4) bis (6) zu den Formeln (1), (2) und (3) gewechselt wird, um die Ausgangsspannungsbefehle zu berechnen, wobei die Ausgangsspannungsbefehle durch den Kommutierungskompensator kompensiert werden.






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