DE102017117210A1

DE102017117210A1 - Steuerung der schaltfrequenz in einer elektromotor-anordnung

Info

Publication number: DE102017117210A1
Application number: DE102017117210.6A
Authority: DE
Inventors: Xin Jing; Brian A. Welchko; Constantin C. Stancu
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-07-29
Publication date: 2018-02-08
Also published as: CN107681951A; US9774288B1; CN107681951B

Abstract

Eine Elektromotor-Anordnung enthält einen Elektromotor und einen Inverter, um Pulsweitenmodulation gekennzeichnet durch eine Schaltfrequenz bereitzustellen sowie eine Steuerung. Die Steuerung ist mit einem Prozessor und einem physischen nichtflüchtigen Speicher ausgestattet, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens für die Steuerung der Schaltfrequenz gespeichert sind, um das Schwebungsfrequenz-Phänomen zu minimieren. Die Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor bringt die Steuerung zum Erhalten einer ersten Funktion (G1) und einer zweiten Funktion (G2), mindestens teilweise basierend auf einem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR0). Das ursprüngliche Impulsverhältnis (PR0) ist ein Verhältnis der Schaltfrequenz zu einer vordefinierten Grundfrequenz. Wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, wird ein neues Impulsverhältnis (PRN) bestimmt, mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR0), der ersten Funktion (G1) und der zweiten Funktion (G2).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft allgemein die Steuerung der Schaltfrequenz in einer Elektromotor-Anordnung.
HINTERGRUND
Ein Elektromotor, wie ein Motor mit eingebettetem Dauermagnet, enthält im Allgemeinen einen Rotor, der innerhalb eines Stators drehbar ist. Bei einer Elektromotor-Anordnung mit einem Inverter zur Pulsweitenmodulation erfolgt eine rhythmische oder periodische Verzerrung des Elektromotor-Stroms, hierin als das Schwebungsfrequenz-Phänomen bezeichnet. Das Schwebungsfrequenz-Phänomen induziert einen relativ großen Oberwellenanteil der Phasenströme.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Elektromotor-Anordnung enthält eine Steuerung, einen Elektromotor und einen Inverter, um Pulsweitenmodulation gekennzeichnet durch eine Schaltfrequenz bereitzustellen. Die Steuerung ist mit einem Prozessor und einem physischen nichtflüchtigen Speicher ausgestattet, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens für die Steuerung der Schaltfrequenz gespeichert sind, um das Schwebungsfrequenz-Phänomen zu minimieren. In einer ersten Ausführungsform ist die Steuerung zum Erhalten einer ersten Funktion (G₁) und einer zweiten Funktion (G₂) programmiert, mindestens teilweise basierend auf einem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀). Das ursprüngliche Impulsverhältnis (PR₀) ist ein Verhältnis der Schaltfrequenz zu einer vordefinierten Grundfrequenz. Die Steuerung ist programmiert zu bestimmen, ob alle von einer Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind. Wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, wird ein neues Impulsverhältnis (PR_N) bestimmt, mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), der ersten Funktion (G₁) und der zweiten Funktion (G₂). Die Steuerung arbeitet, um mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors zumindest teilweise auf der Grundlage des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) zu steuern.
Wenn alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind und wenn die zweite Funktion (G₂) kleiner als ein Schwellenwert (T) ist, ist die Steuerung zur Auswahl der ersten Funktion (G₁) als neues Impulsverhältnis (PR_N = G₁) programmiert. Wenn alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind und wenn die zweite Funktion (G₂) größer als ein Schwellenwert (T) ist, ist die Steuerung zur Auswahl des ursprünglichen Impulsverhältnisses als neues Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) programmiert. Wenn mindestens eine der Vielzahl von Bedingungen nicht erfüllt ist, ist die Steuerung zur Auswahl des ursprünglichen Impulsverhältnisses als neues Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) programmiert.
Die Steuerung ist programmiert, um eine neue Schaltfrequenz als Produkt des neuen Impulsverhältnisses und der Grundfrequenz zu bestimmen. Die erste Funktion (G₁) und die zweite Funktion (G₂) können definiert werden als: G₁ = 6·RUNDEN [PR₀/6]; und G₂ = ABSOLUTWERT [PR₀ – G₁].
Die Vielzahl von Bedingungen kann enthalten: dass ein Betrieb mit Sechsschritt-Pulsweitenmodulation nicht aktiv ist; und einen Modulationsindex bei oder über einem Schwellwert für den Modulationsindex. Die Vielzahl von Bedingungen kann enthalten: dass das ursprüngliche Impulsverhältnis kleiner als ein kalibrierter Wert ist; und das ursprüngliche Impulsverhältnis nicht gleich der ersten Funktion (G₁) ist.
In einer zweiten Ausführungsform ist die Steuerung zum Erhalten einer ersten Funktion (H₁), einer zweiten Funktion (H₂) und einer dritten Funktion (H₃) programmiert, mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), das ein Verhältnis der Schaltfrequenz und einer vordefinierten Grundfrequenz ist. Die Steuerung ist programmiert zu bestimmen, ob alle aus der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind, und bestimmt mindestens teilweise basierend auf der ersten Funktion (H₁) einen Skalierungsfaktor (S). Wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, wird ein neues Impulsverhältnis (PR_N) bestimmt, mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), dem Skalierungsfaktor (S), der zweiten Funktion (H₂) und der dritten Funktion (H₃).
Wenn alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind und wenn die zweite Funktion (H₂) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist, ist die Steuerung zur Auswahl des neuen Impulsverhältnisses derart programmiert, dass PR_N = (H₁ – 1 – S) ist. Wenn alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind und wenn die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist, ist der Steuerung programmiert zu bestimmen, ob die dritte Funktion (H₃) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist. Wenn alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind, die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist und die dritte Funktion (H₃) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist, ist die Steuerung programmiert, das neue Impulsverhältnis derart auszuwählen, dass PR_N = (H₁ + 1 – S) ist.
Wenn alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind, die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist und die dritte Funktion H₃) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist, ist die Steuerung programmiert, das neue Impulsverhältnis gleich dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) auszuwählen. Die erste Funktion (H₁) die zweite Funktion (H₂) und die dritte Funktion (H₃) können definiert werden als: H₁= 6·RUNDEN [PR₀/6]; H₂ = ABSOLUTWERT [PR₀ – (H₁ – 1)]; und H₃ = ABSOLUTWERT [PR₀ – (H₁ + 1)].
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm einer Elektromotor-Anordnung mit einem Elektromotor und einer Steuerung;
2A ist ein exemplarisches Diagramm des Stroms über der Zeit für den Elektromotor von 1, wo das Vorhandensein eines Schwebungsfrequenz-Phänomens dargestellt ist;
2B ist ein exemplarisches Diagramm des Strom über der Zeit für den Elektromotor von 1 nach Anwendung des ersten Verfahrens zum Minimieren des Schwebungsfrequenz-Phänomens;
3 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren, das gemäß einer ersten Ausführungsform durch die Steuerung von 1 ausgeführt wird;
4 ist ein Flussdiagramm für ein anderes Verfahren, das gemäß einer zweiten Ausführungsform durch die Steuerung von 1 ausgeführt wird;
5 ist eine exemplarische schematische Darstellung der sich ändernden Impulsverhältnis-(oder Schaltfrequenz-)Zonen, die durch das Verfahren von 3 gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden; und
6 ist eine exemplarische schematische Darstellung der sich ändernden Impulsverhältnis-(oder Schaltfrequenz-)Zonen, die durch das Verfahren von 4 gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin sich die gleichen Referenznummern auf die gleichen Komponenten beziehen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Elektromotor-Anordnung 10. Die Anordnung 10 enthält einen Elektromotor 12 („E“). Die Elektromotor 12 kann einen Stator (nicht dargestellt) und einen Rotor (nicht dargestellt) enthalten. Die Elektromotor 12 kann eine Art von einem Fachleuten bekannten Wechselstrommotor sein, einschließlich unter anderem Induktions- oder Synchronmotoren. Anordnung 10 kann ein Bauteil einer Vorrichtung 14 sein. Die Vorrichtung 14 kann eine mobile Plattform sein und umfasst beispielsweise unter anderem Standard-Pkw, Sportfahrzeug, Leichtlastfahrzeug, Schwerlastfahrzeug, ATV, Minivan, Bus, Transitfahrzeug, Fahrrad, Roboter, landwirtschaftliche Fahrzeuge, Sport-bezogene Ausrüstung, Boot, Flugzeug, Zug oder jede andere Transportvorrichtung. Die Vorrichtung 14 kann eine nichtmobile Plattform sein. Die Vorrichtung 14 kann verschiedene Formen annehmen und mehrere und/oder alternative Komponenten und Einrichtungen beinhalten.
Bezugnehmend auf 1 kann ein Batterie-Pack 16 („DC“) operativ mit dem Elektromotor 12 als Stromquelle für die Zwischenkreisspannung verbunden werden. Alternativ kann die DC-Zwischenkreisspannung aus jeder Art von Gleichstromquelle erhalten werden. Ein Wechselrichter 18 („I“) kann operativ mit dem Elektromotor 12 verbunden und dafür konfiguriert sein, die Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln. Der Wechselrichter 18 ist dafür konfiguriert, um Pulsweitenmodulation zur Steuerung der Versorgung des Elektromotors 12 bereitzustellen. Wie Fachleuten bekannt ist, ist Pulsweitenmodulation eine Modulationstechnik zur Codierung einer Nachricht in ein pulsierendes Signal und kann zur Steuerung der Stromlieferung zu einer Last, wie dem Elektromotor 12 verwendet werden. Die Amplitude und Phase der Spannung und des gelieferten Stroms zum Elektromotor 12 werden durch schnelles Ein- und Ausschalten eines Schalter zwischen der Energiequelle und der Last gesteuert, bekannt als die Schaltfrequenz.
Das Vorhandensein der Pulsweitenmodulation führt zu einer rhythmischen oder periodischen Verzerrung des Phasenstroms im Elektromotor 12, hierin als Schwebungsfrequenz-Phänomen bezeichnet. 2A ist eine Beispielkurve 30 des Stroms (I_d) über der Zeit für den Elektromotor 12 von 1 (vor Anwendung des nachstehend beschriebenen Verfahrens 100). Die Kurve 30 zeigt das Vorhandensein des Schwebungsfrequenz-Phänomens. Das Schwebungsfrequenz-Phänomen induziert einen relativ großen Oberwellenanteil der Phasenströme. Das Schwebungsfrequenz-Phänomen ist bei niedrigen Impulsverhältnissen im Bereich der Übermodulation besonders ausgeprägt. Diesbezüglich ist 2B eine Beispielkurve 40 des Stroms (I_d) über der Zeit für den Elektromotor 12 von 1 nach Anwendung des nachstehend beschriebenen Verfahrens 100 zum Minimieren des Schwebungsfrequenz-Phänomens.
Bezugnehmend auf 1 enthält die Anordnung 10 eine Steuerung 20 („C“), die operativ mit dem Elektromotor 12 und dem Wechselrichter 18 verbunden ist oder in elektronischer Kommunikation damit steht. Die Steuerung 20 enthält mindestens einen Prozessor P und mindestens einen Speicher M (oder jedes beliebige nichtflüchtige, konkrete, computerlesbare Speichermedium), auf dem die Befehle zum Ausführen eines Verfahrens 100 und/oder Verfahrens 200, das in 3–4 dargestellt ist, jeweils zum Steuern der Schaltfrequenz zum Minimieren des Schwebungsfrequenz-Phänomens, gespeichert sind. Der Speicher M kann von der Steuerung ausführbare Anweisungen speichern und der Prozessor P kann die im Speicher M hinterlegten ausführbaren Anweisungen ausführen. Die Verfahren 100, 200 müssen nicht in der bestimmten hier genannten Reihenfolge angewendet werden. Ferner versteht sich, dass einige Schritte minimiert werden können.
Die Schaltfrequenz (F_s) wird über ein Impulsverhältnis (PR) gesteuert, das als Verhältnis der Schaltfrequenz zu einer Grundfrequenz (FF) definiert werden kann, d. h., PR = (F_s/FF). Die Steuerung 20 aus 1 ist speziell zum Ausführen der Schritte aus Verfahren 100 und 200 (wie nachfolgend ausführlich erörtert) programmiert und kann Eingaben verschiedener Sensoren empfangen. Zusätzlich kann die Steuerung 20 so programmiert sein, um die entsprechenden physikalischen Faktoren durch das Modellieren oder jede andere Schätzungsmethode zu bestimmen, die Fachleuten bekannt sind.
Das Schwebungsfrequenz-Phänomen induziert einen relativ großen Oberwellenanteil der Phasenströme, insbesondere wenn das Impulsverhältnis keine durch zwei oder drei teilbare Zahl (d.h. kein Vielfaches von 2 oder 3) ist, wie etwa 11, 13, 17. Die modifizierte Schaltfrequenz kann das Impulsverhältnis zur 6-er Reihenfolge machen, was die Qualität der Stromwellenform gegenüber Impulsverhältnissen der nicht sechsten Reihenfolge verbessert. Die Verfahren 100 und 200 sind konfiguriert zum Minimieren des Schwebungsfrequenz-Phänomens, zum Verringern von Oberwellenanteilen niederer Ordnung in DQ-Strömen und zur Verbesserung der Qualität der Stromwellenform bei niedrigen Impulsverhältnissen im Bereich der Übermodulation, sodass der Betrieb der Anordnung 10 verbessert wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform und nun bezugnehmend auf 3 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens 100 gezeigt, das auf der Steuerung 20 aus 1 gespeichert ist und von dieser ausgeführt werden kann. Unter Bezugnahme auf 3 kann Verfahren 100 mit Schritt 102 beginnen, worin die Steuerung 20 so programmiert oder konfiguriert ist, um eine ersten Funktion (G₁) und eine zweite Funktion (G₂) mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀) zu erhalten. In einer Ausführungsform sind die erste Funktion (G₁) und die zweite Funktion (G₂) definiert als: G₁ = 6·RUNDEN [PR₀/6]; und G₂ = ABSOLUTWERT [PR₀ – G₁].
Wie Fachleuten bekannt ist, rundet die Funktion „Runden“ den Wert in Klammern zur nächsten ganzen Zahl. Im Schritt 104 der 3 ist die Steuerung 20 programmiert zu bestimmen, ob alle von einer Vielzahl von Bedingungen („PC?“) erfüllt sind. Die Vielzahl von Bedingungen kann einige oder alle der nachfolgend aufgezählten Bedingungen enthalten. Die Vielzahl von Bedingungen kann enthalten: dass das ursprüngliche Impulsverhältnis kleiner als ein kalibrierter Wert ist. Die Vielzahl von Bedingungen kann enthalten: dass das ursprüngliche Impulsverhältnis nicht gleich der ersten Funktion (G₁) ist.
Die Vielzahl von Bedingungen kann enthalten: dass kein Betrieb mit sechsstufiger Pulsweitenmodulation aktiv ist. Wie Fachleuten bekannt ist, ist ein sechsstufiger Pulsbreitenmodulator(PWM)-Betrieb ein Betriebsmodus, bei dem der Spannungsvektor in sechs Intervallen (für einen 3-Phasen-Wechselrichter) während eines Grundzyklus (d. h. elektrische Geschwindigkeit) angelegt wird. Der sechsstufige Pulsbreitenmodulator(PWM)-Betrieb ist ein gewünschter Betriebsmodus zum Erhöhen des Wirkungsgrades der Anordnung 10 (Elektromotor 12 plus Wechselrichter 18) bei niedriger bis leichter Last oder Drehmomentbedingungen und zum Erhöhen der Spannungsausnutzung, um das Spitzendrehmoment des Elektromotors 12 zu erhöhen. Der sechsstufige Pulsweitenmodulations(PWM)-Betrieb wird in einem hohen Geschwindigkeitsbereich von der Nulldrehmoment- bis zur Spitzendrehmomentfähigkeit des Elektromotors 12 angewendet.
Die Vielzahl von Bedingungen kann enthalten: einen Modulationsindex bei oder über einem Schwellwert für den Modulationsindex. Die Modulationsindex kann definiert werden als Prozentsatz der maximal möglichen Motorphasenspannung zur Neutral-Ausgabespannung, welche die Anordnung 10 erzeugen kann. In einer Ausführungsform wird der Modulationsindex definiert als:
In der gezeigten Ausführungsform ist die DC-Zwischenkreisspannung die Eingangsgleichspannung vor dem Wechselrichter 18, die über einen ersten Sensor 22 gemessen werden kann. Die Ausgabespannung des Wechselrichters 18 kann über einen zweiten Sensor 24 gemessen werden. Alternativ kann die Ausgabespannung und die DC-Zwischenkreisspannung geschätzt oder mit einer Fachleuten bekannten Schätzungstechnik modelliert werden. Der Modulationsindex kann unterschiedlich definiert werden je nach Anwendung.
Wenn jede der Vielzahl von Bedingungen pro Schritt 104 erfüllt ist, geht das Verfahren 100 weiter zu Schritt 106. Im Schritt 106 ist die Steuerung 20 so programmiert, um zu bestimmen, ob die zweite Funktion (G₂) geringer als ein Schwellenwert (T) ist. Wenn die zweite Funktion (G₂) kleiner als der Schwellenwert (T) pro Schritt 106 ist, geht das Verfahren 100 weiter zu Schritt 108, wo die Steuerung 20 zur Auswahl der ersten Funktion (G₁) als neues Impulsverhältnis (PR_N = G₁) programmiert ist.
Wenn die zweite Funktion (G₂) größer oder gleich dem Schwellenwert (T) pro Schritt 106 ist (und alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind), geht das Verfahren 100, wie durch Linie 107 angezeigt, weiter zu Schritt 110. Im Schritt 110 ist die Steuerung 20 zur Auswahl des ursprünglichen Impulsverhältnisses als neues Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) programmiert. Wenn daher jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, wird ein neues Impulsverhältnis (PR_N) basierend mindestens teilweise auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), der ersten Funktion (G₁) und der zweiten Funktion (G₂) bestimmt. Wenn mindestens eine der Vielzahl von Bedingungen nicht erfüllt ist, geht das Verfahren 100, wie durch Linie 105 angezeigt, weiter zu Schritt 110, wo die Steuerung 20 zur Auswahl des ursprünglichen Impulsverhältnisses als neues Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) programmiert ist.
Von den Schritten 108 und 110 geht das Verfahren 100 weiter zu Schritt 112, worin die Steuerung 20 programmiert ist, eine neue Schaltfrequenz (F_s) als Produkt des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) und einer vorbestimmten Grundfrequenz (FF) zu bestimmen, d. h., F_s = (PR_N·FF). Die Steuerung 20 arbeitet, um mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors 12 zumindest teilweise auf der Grundlage des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) und der neuen Schaltfrequenz (F_s) zu steuern.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform und nun bezugnehmend auf 4 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens 200 gezeigt, das auf der Steuerung 20 aus 1 gespeichert ist und von dieser ausgeführt werden kann. Unter Bezugnahme auf 4 kann Verfahren 200 mit Schritt 202 beginnen, worin die Steuerung 20 so programmiert oder konfiguriert ist, um eine Funktion (H₁), eine zweite Funktion (H₂) und eine dritte Funktion (H₃) mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀) zu erhalten. In einer Ausführungsform sind die erste Funktion (H₁) die zweite Funktion (H₂) und die dritte Funktion (H₃) wie folgt definiert: H₁ = 6·RUNDEN [PR₀/6]; H₂ = ABSOLUTWERT [PR₀ – (H₁ – 1)]; und H₃ = ABSOLUTWERT [PR₀ – (H₁ + 1)].
Im Schritt 202 kann die Steuerung 20 programmiert sein, um einen Skalierungsfaktor (S) mindestens teilweise basierend auf der ersten Funktion (H₁) zu bestimmen. Der Skalierungsfaktor (S) kann aus einer Nachschlagetabelle auf der Grundlage der ersten Funktion (H₁) erhalten werden. Der Begriff „Nachschlagetabelle“ soll jede Art von Tabelle, Datenhaltung oder Datenspeicherung darstellen, die Fachleuten bekannt sind. Die Nachschlagetabelle kann in getesteten Dynamo- oder Laborbedingungen erhalten werden. In einem Beispiel hat der Skalierungsfaktor (S) einen Wert von 1.
Im Schritt 204 der 4 ist die Steuerung 20 programmiert zu bestimmen, ob alle von einer Vielzahl von Bedingungen (PC?) erfüllt sind. Die Vielzahl von Bedingungen kann die gleiche sein, wie oben mit Bezug auf Verfahren 100 beschrieben. Die Vielzahl von Bedingungen kann basierend auf der jeweiligen Anwendung unterschiedlich definiert werden.
Wenn jede der Vielzahl von Bedingungen in Schritt 204 erfüllt ist, geht das Verfahren 200 weiter zum Schritt 206. Im Schritt 206 ist die Steuerung 20 so programmiert, um zu bestimmen, ob die zweite Funktion (H₂) geringer als der Skalierungsfaktor (S) ist. Wenn die zweite Funktion (H₂) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist, geht das Verfahren 200 weiter zum Schritt 208, wo die Steuerung 20 zur Auswahl des neuen Impulsverhältnisses derart programmiert ist, dass PR_N = (H₁ – 1 – S) ist.
Wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist und die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist, geht das Verfahren 200 weiter zu Schritt 210, wie durch Linie 207 angezeigt. Im Schritt 210 ist die Steuerung 20 so programmiert, um zu bestimmen, ob die dritte Funktion (H₃) geringer als der Skalierungsfaktor (S) ist. Wenn alle der Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind, die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist und die dritte Funktion (H₃) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist, geht das Verfahren 200 weiter zum Schritt 212 programmiert, wo die Steuerung 200 das neue Impulsverhältnis derart auswählt, dass PR_N = (H₁ + 1 – S) ist.
Wenn mindestens eine der Vielzahl von Bedingungen nicht erfüllt ist, geht das Verfahren 200, wie durch Linie 205 angezeigt, weiter zu Schritt 214, wo die Steuerung 20 zur Auswahl des ursprünglichen Impulsverhältnisses als neues Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) programmiert ist. Wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist und die dritte Funktion (H₃) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist, geht das Verfahren 200 weiter zu Schritt 214, wie durch Linie 211 angezeigt. Im Schritt 214 ist die Steuerung 20 zur Auswahl des neuen Impulsverhältnisses als ursprüngliches Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) programmiert.
Von den Schritten 208, 210 und 212 geht das Verfahren 200 weiter zu Schritt 216, worin die Steuerung 20 programmiert ist, eine neue Schaltfrequenz (F_s) als Produkt des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) und einer vorbestimmten Grundfrequenz (FF) zu bestimmen, d. h., F_s = (PR_N·FF). Die Steuerung 20 arbeitet, um mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors 12 zumindest teilweise auf der Grundlage des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) und der neuen Schaltfrequenz (F_s) zu steuern.
5 ist eine exemplarische schematische Darstellung der sich ändernden Impulsverhältnis-(oder Schaltfrequenz-)Zonen, die durch das Verfahren 100 von 3 gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden. 6 ist eine exemplarische schematische Darstellung der sich ändernden Impulsverhältnis-(oder Schaltfrequenz-)Zonen, die durch das Verfahren 200 von 4 gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten werden. In den 5–6 ist das Impulsverhältnis auf der horizontalen Achse gezeigt, wobei die Impulsverhältnisse der 6^er Reihenfolge (d. h. Vielfache von sechs, wie PR = 12, 18, 24, 32 usw.) fettgedruckt sind. In den 5–6 stellen die jeweiligen schraffierten Bereiche Impulsverhältnisse dar, die in den Verfahren 100, 200 jeweils geändert werden, während die entsprechenden nicht schraffierten Abschnitte die Impulsverhältnisse darstellen, die in den Verfahren 100, 200 jeweils unverändert sind. In den 5–6 sind die Oberwellen gekennzeichnet als 1^., 2^. und 3^..
Unter Bezugnahme auf 5 zeigen bei dem Verfahren 100 alle Richtungen 302A, 302B, 304A, 304B, 306A, 306B, 308A und 308B (jeweils entsprechend zu Bereichen unterhalb und oberhalb PR = 12, 18, 24, 30) zum jeweiligen Impulsverhältnis der 6^er Reihenfolge, sodass das dem Verfahren 100 eingegebene Impulsverhältnis zum Impulsverhältnis der 6^er Reihenfolge verschoben wird (PR = 12, 18, 24, 30 entsprechend).
Unter Bezugnahme auf 6 zeigen bei dem Verfahren 200 alle Richtungen 310B, 312B, 314B und 316B (jeweils entsprechend zu Bereichen oberhalb PR = 12, 18, 24, 30) zum jeweiligen Impulsverhältnis der 6^er Reihenfolge. Mit anderen Worten, die jeweiligen dem Verfahren 200 eingegebenen Impulsverhältnisse von Bereichen oberhalb PR = 12, 18, 24, 30 werden zum jeweiligen Impulsverhältnis der 6^er Reihenfolge verschoben (jeweils PR = 12, 18, 24, 30 usw.). Jedoch die Richtungen 310A, 312A, 314A und 316A (jeweils Bereiche unterhalb PR = 12, 18, 24, 30) zeigen vom jeweiligen Impulsverhältnis der 6^er Reihenfolge weg. Daher werden die jeweiligen dem Verfahren 200 eingegebenen Impulsverhältnisse von Bereichen unterhalb PR = 12, 18, 24, 30 vom jeweiligen Impulsverhältnis der 6^er Reihenfolge weg verschoben (jeweils PR = 12, 18, 24, 30). Die Skalierungsfaktor (S) kann ausgewählt werden, um die Größe der jeweiligen schraffierten Bereiche in 6 zu ändern.
Zusammenfassend basieren die Verfahren 100, 200 zur Schaltfrequenz-Steuerung auf dem Impulsverhältnis zum Minimieren des Einflusses von Schwebungsfrequenzen bei niedrigen Impulsverhältnissen im Bereich der Übermodulation.
Die Steuerung 20 von 1 kann ein integraler Bestandteil von bzw. ein separates Modul sein, das mit anderen Steuerungen der Anordnung 10 betriebsfähig verbunden ist. Die Steuerung 20 (beinhaltet von 1 beinhaltet ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet), einschließlich aller nicht-transitorischen (z. B. konkreten) Medien, die an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt sind, die von einem Computer gelesen werden könnten (z. B. durch den Prozessor eines Computers). Ein derartiges Medium kann in einem beliebigen Format vorliegen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf nicht-flüchtige Medien und flüchtige Medien. Nicht-flüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Disketten und andere persistente Speicher sein. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden, einschließlich der Drähte, die einen mit dem Prozessor gekoppelten Systembus beinhalten. Einige Formen von einem computerlesbaren Medium beinhalten beispielsweise eine Floppy Disk, eine flexible Platte, Festplatte, Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein anderes physisches Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen PROM, einen EPROM, einen FLASH-EEPROM, einen anderen Speicherchip oder eine Speicherkassette oder ein anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere hierin beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zur Speicherung, zum Zugriff und zum Abrufen verschiedener Arten von Daten enthalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher kann in einem Computergerät enthalten sein, das ein Computerbetriebssystem, wie beispielsweise eines der vorstehend aufgeführten, einsetzt und auf das über ein Netzwerk in einer oder mehreren der Vielzahl von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann durch ein Computerbetriebssystem zugänglich sein und Dateien beinhalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann die Structured Query Language (SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Prozeduren, wie beispielsweise die vorstehend aufgeführte PL/SQL-Sprache, einsetzen.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konzepte und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den hinzgefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.

Claims

Elektromotor-Anordnung, umfassend: einen Elektromotor und einen Inverter, um Pulsweitenmodulation gekennzeichnet durch eine Schaltfrequenz bereitzustellen; eine Steuerung, operativ verbunden mit dem Elektromotor und Wechselrichter; worin die Steuerung einen Prozessor und einen konkreten, nicht-flüchtigen Speicher enthält, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur Steuerung der Schaltfrequenz zum Minimieren des Schwebungsfrequenz-Phänomens gespeichert sind, wobei die Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor die Steuerung zu Folgendem veranlasst: Erhalen einer ersten Funktion (G₁) und einer zweiten Funktion (G₂) mindestens teilweise basierend auf einem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), wobei das ursprüngliche Impulsverhältnis (PR₀) ein Verhältnis der Schaltfrequenz zu einer vordefinierten Grundfrequenz ist; Bestimmen, ob alle einer Vielzahl von Bedingungen erfüllt sind; wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, das Bestimmen eines neuen Impulsverhältnisses (PR_N) mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), der ersten Funktion (G₁) und der zweiten Funktion (G₂); und worin die Steuerung arbeitet, um mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors zumindest teilweise auf der Grundlage des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) zu steuern.
Anordnung nach Anspruch 1, worin: wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, und wenn die zweite Funktion (G₂) kleiner als ein Schwellenwert (T) ist, die Steuerung zur Auswahl der ersten Funktion (G₁) als neues Impulsverhältnis (PR_N = G₁) programmiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, worin: wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, und wenn die zweite Funktion (G₂) größer als ein Schwellenwert (T) ist, die Steuerung zur Auswahl des ursprünglichen Impulsverhältnisses als neues Impulsverhältnis programmiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, worin die Steuerung dazu programmiert ist, eine neue Schaltfrequenz als Produkt des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) und einer Grundfrequenz (FF) zu bestimmen.
Anordnung nach Anspruch 1, worin: die erste Funktion (G₁) und die zweite Funktion (G₂) definiert sind als: G₁ = 6·RUNDEN [PR₀/6]; und G₂ = ABSOLUTWERT [PR₀ – G₁].
Elektromotor-Anordnung, umfassend: einen Elektromotor und einen Inverter, um Pulsweitenmodulation gekennzeichnet durch eine Schaltfrequenz bereitzustellen. eine Steuerung, operativ verbunden mit dem Elektromotor und Wechselrichter; worin die Steuerung einen Prozessor und einen konkreten, nicht-flüchtigen Speicher enthält, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur Steuerung der Schaltfrequenz zum Minimieren des Schwebungsfrequenz-Phänomens gespeichert sind, wobei die Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor die Steuerung zu Folgendem veranlasst: Erhalten einer ersten Funktion (H₁), einer zweiten Funktion (H₂) und einer dritten Funktion (H₃) mindestens teilweise basierend auf einem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), wobei das ursprüngliche Impulsverhältnis (PR₀) ein Verhältnis der Schaltfrequenz zu einer vordefinierten Grundfrequenz ist; Bestimmen, ob jede einer Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist; Bestimmen eines Skalierungsfaktor (S), mindestens teilweise basierend auf der ersten Funktion (H₁); wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, Bestimmen eines neuen Impulsverhältnisses (PR_N) mindestens teilweise basierend auf dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR₀), dem Skalierungsfaktor (S), der zweiten Funktion (H₂) und der dritten Funktion (H₃); und worin die Steuerung arbeitet, um mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors zumindest teilweise auf der Grundlage des neuen Impulsverhältnisses (PR_N) zu steuern.
Anordnung nach Anspruch 6, worin: wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, und wenn die zweite Funktion (H₂) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist, die Steuerung zur Auswahl des neuen Impulsverhältnisses derart programmiert ist, dass PR_N = (H₁ – 1 – S) ist.
Anordnung nach Anspruch 6, worin: wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, und wenn die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist, die Steuerung programmiert ist zu bestimmen, ob die dritte Funktion (H₃) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist; und wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist und die dritte Funktion (H₃) kleiner als der Skalierungsfaktor (S) ist, die Steuerung so programmiert ist, das neue Impulsverhältnis derart auszuwählen, dass PR_N = (H₁ + 1 – S) ist.
Anordnung nach Anspruch 6, worin: wenn jede der Vielzahl von Bedingungen erfüllt ist, die zweite Funktion (H₂) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist und die dritte Funktion (H₃) größer oder gleich dem Skalierungsfaktor (S) ist, die Steuerung so programmiert ist, das neue Impulsverhältnis gleich dem ursprünglichen Impulsverhältnis (PR_N = PR₀) auszuwählen.
Anordnung nach Anspruch 6, worin: die erste Funktion (H₁) und die zweite Funktion (H₂) und die dritte Funktion (H₃) definiert sind als: H₁ = 6·RUNDEN [PR₀/6]; H₂ = ABSOLUTWERT [PR₀ – (H₁ – 1)]; und H₃ = ABSOLUTWERT [PR₀ – (H₁ + 1)].