-
[Technisches Gebiet]
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umrichtervorrichtung.
-
Es wird die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-115547 , eingereicht am 18. Juni 2018, beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
-
[Technischer Hintergrund]
-
Die nachstehende Patentschrift 1 offenbart einen mehrphasigen Umrichter, in dem zwei Zerhackerschaltungen, aufgebaut durch ein Kombinieren eines Schaltelements und einer Drossel, zueinander parallel geschaltet sind. Die Zerhackerschaltung enthält eine erste Zerhackerschaltung und eine zweite Zerhackerschaltung.
-
Der mehrphasige Umrichter erfasst ein Stromungleichgewicht (im Folgenden als „Abweichstrom“ bezeichnet) zwischen der ersten Zerhackerschaltung und der zweiten Zerhackerschaltung unter Verwendung eines einzelnen Stromaufnehmers. Der mehrphasige Umrichter steuert das Schalten jedes Schaltelements, um einen Abweichstrom zu verringern, der durch den einzelnen Stromaufnehmer erfasst wird.
-
Der einzelne Stromaufnehmer erfasst einen ersten Strom, der von einer Drossel der ersten Zerhackerschaltung zu einem Schaltelement oder einer Diode fließt, und einen zweiten Strom, der von einer Drossel der zweiten Zerhackerschaltung zu einem Schaltelement oder einer Diode fließt, so, dass sie in entgegengesetzte Richtungen fließen. Als Ergebnis kann der einzelne Stromaufnehmer einen Abweichstrom erfassen, der eine Differenz zwischen einem ersten Strom und einem zweiten Strom ist.
-
[Liste der Entgegenhaltungen]
-
[Patentliteratur]
-
[Patentschrift 1]
-
Japanisches Patent Nr.
5734441 -
[Zusammenfassung der Erfindung]
-
[Technische Aufgabe]
-
Der durch den einzelnen Stromaufnehmer erfasste Strom ist die Summe eines ersten Stroms und eines zweiten Stroms, der in eine entgegengesetzte Richtung zu einer Richtung fließt, in die der erste Strom fließt. Aus diesem Grund sind der erste Strom und der zweite Strom gegeneinander versetzt. Daher kann ein durch den einzelnen Stromaufnehmer erfasster Stromwert klein sein, und die Erfassungsgenauigkeit eines Abweichstroms kann sich verringern.
-
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Gegebenheiten gemacht, und ein Ziel davon ist es, die Erfassungsgenauigkeit eines Abweichstroms in einem mehrphasigen Umrichter zu verbessern.
-
[Lösung der Aufgabe]
-
(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Umrichtervorrichtung mit einem mehrphasigen Umrichter vorgesehen, in dem eine Vielzahl von Zerhackerschaltungen, die jeweils ein Schaltelement und eine mit dem Schaltelement verbundene Drossel enthalten, parallel geschaltet ist. Die Umrichtervorrichtung enthält einen einzelnen Stromaufnehmer, der auf einer Primärseite der Zerhackerschaltung vorgesehen ist und einen Phasenstrom erfasst, der durch jede der Drosseln fließt, wenn sich die Schaltelemente sowohl in einem Ein-Zustand als auch in einem Aus-Zustand befinden, und eine Abweichstrom-Erfassungseinheit, ausgelegt, einen Abweichstrom eines Phasenstroms in dem mehrphasigen Umrichter auf Grundlage des durch den Stromaufnehmer erfassten Phasenstroms zu erfassen, wobei der Stromaufnehmer einen Phasenstrom so erfasst, dass Richtungen von Phasenströmen, die durch jede der Drosseln fließen, gleich sind.
-
(2) In der Umrichtervorrichtung nach dem oben beschriebenen Punkt (1) kann die Abweichstrom-Erfassungseinheit den Abweichstrom auf Grundlage eines Wechselpunkt-Phasenstroms erfassen, der ein Phasenstrom ist, wenn sich der durch den Stromaufnehmer erfasste Phasenstrom von einem Anstieg zu einem Abstieg ändert.
-
(3) Wenn in der Umrichtervorrichtung nach dem oben beschriebenen Punkt (2) jedes der Schaltelemente aus einem Ein-Zustand in einen Aus-Zustand geschaltet wird, kann die Abweichstrom-Erfassungseinheit den durch den Stromaufnehmer erfassten Phasenstrom als den Wechselpunkt-Phasenstrom erlangen.
-
(4) In der Umrichtervorrichtung gemäß den oben beschriebenen Punkten (2) oder (3) ist eine Verzögerungseinheit vorgesehen, ausgelegt, den vom Stromaufnehmer in die Abweichstrom-Erfassungseinheit eingegebenen Phasenstrom um eine vorgegebene Zeit zu verzögern, wobei die Abweichstrom-Erfassungseinheit den Phasenstrom vom Stromaufnehmer zu einem ersten Zeitpunkt erlangen kann und die vorgegebene Zeit eine Zeitdifferenz zwischen einem zweiten Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement aus einem Ein-Zustand in einen Aus-Zustand geschaltet wird, und dem ersten Zeitpunkt sein kann.
-
(5) In der Umrichtervorrichtung nach einem beliebigen der oben beschriebenen Punkte (2) bis (4) kann die Abweichstrom-Erfassungseinheit eine Stromdifferenz zwischen einer Vielzahl der Wechselpunkt-Phasenströme, die durch den Stromaufnehmer erfasst sind, als den Abweichstrom erfassen.
-
(6) In der Umrichtervorrichtung nach einem beliebigen der oben beschriebenen Punkte (1) bis (5) können die Drosseln magnetisch miteinander gekoppelt sein.
-
(7) In der Umrichtervorrichtung nach einem beliebigen der oben beschriebenen Punkte (1) bis (6) kann der mehrphasige Umrichter auch ein zweiphasiger Umrichter sein, bei dem zwei der Zerhackerschaltungen parallel zueinander geschaltet sind.
-
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
-
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Erfassungsgenauigkeit eines Abweichstroms zu verbessern.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer schematischen Anordnung einer Umrichtervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
- 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Wellenform eines durch einen Stromaufnehmer 26 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfassten Gesamtphasenstroms IPN zeigt.
- 3 ist ein Blockschaltbild einer Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
- 4 ist ein Blockschaltbild einer Steuereinheit 51 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
-
[Beschreibung von Ausführungsformen]
-
Nachstehend ist eine Umrichtervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung der Zeichnung beschrieben.
-
1 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer schematischen Anordnung einer Umrichtervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Umrichtervorrichtung 1 ist in einem Fahrzeug montiert, das unter Verwendung eines Elektromotors M als Kraftquelle fährt. Zum Beispiel ist die Umrichtervorrichtung 1 in einem Fahrzeug, wie etwa einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug, montiert. Zum Beispiel ist die Umrichtervorrichtung 1 eine Leistungssteuerungseinheit (PCU).
-
Wie in 1 gezeigt, enthält die Umrichtervorrichtung 1 einen mehrphasigen Umrichter 2, einen Wechselrichter 3, eine Verzögerungseinheit 4 und eine Steuerungsvorrichtung 5.
-
Der mehrphasige Umrichter 2 ist beispielsweise ein bordeigener mehrphasiger Gleichspannungsumrichter. Der mehrphasige Umrichter 2 hebt eine von der Gleichstromversorgung E eingegebene Gleichspannung VB auf eine vorgegebene Spannung Vc (im Folgenden als Erhöhungsspannung bezeichnet) an und gibt sie zum Wechselrichter 3 aus. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben ist, in dem der mehrphasige Umrichter 2 ein zweiphasiger Gleichspannungsumrichter ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Anzahl von Phasen ist nicht besonders eingeschränkt, solange sie zwei oder mehr beträgt. In der folgenden Beschreibung ist eine bestimmte Anordnung des mehrphasigen Umrichters 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
-
Der mehrphasige Umrichter 2 enthält einen primärseitigen Kondensator 21, Zerhackerschaltungen 22 und 23, einen sekundärseitigen Kondensator 24, eine Spannungserfassungseinheit 25 und einen Stromaufnehmer 26.
-
Bei dem primärseitigen Kondensator 21 ist ein erstes Ende mit einer positiven Klemme der Gleichstromversorgung E verbunden, und ein zweites Ende ist mit einer negativen Klemme der Gleichstromversorgung E verbunden. Der primärseitige Kondensator 21 ist ein Glättungskondensator, der die von der Gleichstromversorgung E ausgegebene Gleichspannung VB glättet.
-
Die Zerhackerschaltungen 22 und 23 sind zwischen der Gleichstromversorgung E und dem Wechselrichter 3 parallel zueinander geschaltet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall beschrieben, in dem die Zerhackerschaltungen 22 und 23 Aufwärts-Zerhackerschaltungen sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und sie können beispielsweise Abwärts-Zerhackerschaltungen sein und können auch Aufwärts- oder Abwärts-Zerhackerschaltungen sein.
-
Die Zerhackerschaltung 22 enthält eine Drossel L1 und ein Leistungsmodul P1.
-
Bei der Drossel L1 ist ein erstes Ende mit dem ersten Ende des primärseitigen Kondensators 21 verbunden, und ein zweites Ende ist mit dem Leistungsmodul P1 verbunden.
-
Das Leistungsmodul P1 enthält ein Schaltelement Q1 und ein Schaltelement Q2, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall beschrieben, bei dem das Schaltelement Q1 und das Schaltelement Q2 Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Schaltelemente können auch beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) und dergleichen sein.
-
Bei dem Schaltelement Q1 ist ein Kollektoranschluss mit einem ersten Ende des sekundärseitigen Kondensators 24 verbunden, und ein Emitteranschluss ist mit einem Kollektoranschluss des Schaltelements Q2 verbunden.
-
Ein Emitteranschluss des Schaltelements Q2 ist mit der negativen Klemme der Gleichstromversorgung E verbunden.
-
Ein Verbindungspunkt zwischen dem Emitteranschluss des Schaltelements Q1 und dem Kollektoranschluss des Schaltelements Q2 ist mit dem zweiten Ende der Drossel L1 verbunden. Gateanschlüsse des Schaltelements Q1 und des Schaltelements Q2 sind jeweils mit der Steuerungsvorrichtung 5 verbunden.
-
Die Zerhackerschaltung 23 enthält eine Drossel L2 und ein Leistungsmodul P2.
-
Bei der Drossel L2 ist ein erstes Ende mit dem ersten Ende des primärseitigen Kondensators 21 verbunden, und ein zweites Ende ist mit dem Leistungsmodul P2 verbunden. Die Drossel L1 und die Drossel L2 sind magnetisch miteinander gekoppelt.
-
Das Leistungsmodul P2 enthält ein Schaltelement Q3 und ein Schaltelement Q4, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall beschrieben, bei dem das Schaltelement Q3 und das Schaltelement Q4 IGBTs sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Schaltelemente können auch beispielsweise FETs oder dergleichen sein.
-
Bei dem Schaltelement Q3 ist ein Kollektoranschluss mit einem ersten Ende des sekundärseitigen Kondensators 24 verbunden, und ein Emitteranschluss ist mit einem Kollektoranschluss des Schaltelements Q4 verbunden.
-
Ein Emitteranschluss des Schaltelements Q4 ist mit der negativen Klemme der Gleichstromversorgung E verbunden.
-
Ein Verbindungspunkt zwischen dem Emitteranschluss des Schaltelements 3 und dem Kollektoranschluss des Schaltelements Q4 ist mit dem zweiten Ende der Drossel L2 verbunden. Gateanschlüsse des Schaltelements Q3 und des Schaltelements Q4 sind jeweils mit der Steuerungsvorrichtung 5 verbunden.
-
Bei dem sekundärseitigen Kondensator 24 ist das erste Ende mit den Kollektoranschlüssen der Schaltelemente Q1 und Q2 verbunden, und ein zweites Ende ist mit der negativen Klemme der Gleichstromversorgung E verbunden. Der sekundärseitige Kondensator 24 ist ein Glättungskondensator.
-
Die Spannungserfassungseinheit 25 erfasst eine Potentialdifferenz zwischen beiden Enden des sekundärseitigen Kondensators 24. Eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des sekundärseitigen Kondensators 24 ist eine Erhöhungsspannung Vc, die durch die Zerhackerschaltungen 22 und 23 angehoben ist. Die Spannungserfassungseinheit 25 gibt die erfasste Erhöhungsspannung Vc zur Steuerungsvorrichtung 5 aus.
-
Der Stromaufnehmer 26 ist auf Primärseiten der Zerhackerschaltungen 22 und 23 vorgesehen und erfasst Phasenströme sowohl eines ersten Phasenstroms IL1 als auch eines zweiten Phasenstroms IL2, die in derselben Richtung fließen. Der Stromaufnehmer 26 ist ein einzelner Stromaufnehmer. Der Stromaufnehmer 26 erfasst einen Phasenstrom (im Folgenden als „Gesamtphasenstrom“ bezeichnet) IPN einer Gesamtheit aus dem ersten Phasenstrom IL1 und dem zweiten Phasenstrom IL2 und gibt ihn zur Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 aus. Die Primärseiten der Zerhackerschaltungen 22 und 23 liegen zwischen der positiven Klemme einer Gleichstromversorgung E und dem Verbindungspunkt des Emitteranschlusses des Schaltelements Q1 und des Kollektoranschlusses des Schaltelements Q2, und zwischen der positiven Klemme der Gleichstromversorgung E und dem Verbindungspunkt des Emitteranschlusses des Schaltelements Q3 und des Kollektoranschlusses des Schaltelements Q4.
-
Der Wechselrichter 3 wandelt unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 5 die von dem mehrphasigen Umrichter 2 ausgegebene Erhöhungsspannung Vc in eine Wechselspannung um. Der Wechselrichter 3 liefert die umgewandelte Wechselspannung an den Elektromotor M.
-
Die Verzögerungseinheit 4 verzögert einen Ausgang vom Stromaufnehmer 26 um eine vorgegebene Zeit und überträgt ihn zur Steuerungsvorrichtung 5. Zum Beispiel ist die Verzögerungseinheit 4 ein Tiefpassfilter.
-
Die Steuerungsvorrichtung 5 enthält eine Steuereinheit 51 und eine Abweichstrom-Erfassungseinheit 52.
-
Die Steuereinheit 51 steuert das Ansteuern der Zerhackerschaltungen 22 und 23. Genauer steuert die Steuereinheit 51 ein Schalten eines Paars von Schaltelementen Q1 und Q2 und eines Paars von Schaltelementen Q3 und Q4 zu verschiedenen Zeitpunkten. Als Ergebnis fließen Ströme mit verschiedenen Phasen (beispielsweise mit einer Phasendifferenz von 180°) durch die Zerhackerschaltungen 22 und 23.
-
Die Steuereinheit 51 lässt einen Strom durch die Drossel L1, das Schaltelement Q2 und die negative Klemme der Gleichstromversorgung E fließen, indem sie das Schaltelement Q2 in einen Ein-Zustand steuert, wodurch Energie in der Drossel L1 gespeichert wird. Dann führt die Steuereinheit 51 die in der Drossel L1 gespeicherte Energie dem sekundärseitigen Kondensator 24 durch das Schaltelement Q1 zu durch ein Steuern des Schaltelements Q2 in den Aus-Zustand, wodurch die Gleichstromversorgung VB angehoben wird. Der durch die Drossel L1 fließende Strom (im Folgenden als „Phasenstrom“ bezeichnet), wenn sich das Schaltelement Q2 sowohl im Ein-Zustand als auch im Aus-Zustand befindet, ist als erster Phasenstrom IL1 bezeichnet.
-
Die Steuereinheit 51 lässt einen Strom durch die Drossel L2, das Schaltelement Q4 und die negative Klemme der Gleichstromversorgung E fließen, indem sie das Schaltelement Q4 in den Ein-Zustand steuert, wodurch Energie in der Drossel L2 gespeichert wird. Dann führt die Steuereinheit 51 die in der Drossel L2 gespeicherte Energie dem sekundärseitigen Kondensator 24 über das Schaltelement Q3 zu durch ein Steuern des Schaltelements Q4 in den Aus-Zustand, wodurch die Gleichstromversorgung VB angehoben wird. Ein durch die Drossel L2 fließender Strom (im Folgenden als „Phasenstrom“ bezeichnet), wenn sich das Schaltelement Q4 sowohl im Ein-Zustand als auch im Aus-Zustand befindet, ist als zweiter Phasenstrom IL2 bezeichnet.
-
Der mehrphasige Umrichter 2 arbeitet als zweiphasiger Gleichspannungsumrichter. Aus diesem Grund sind die Fließrichtungen des ersten Phasenstroms IL1 und des zweiten Phasenstroms IL2 gleich. Das heißt, wenn der erste Phasenstrom IL1 über die Drossel L1 von der Gleichstromversorgung E zum Leistungsmodul P1 fließt, fließt der zweite Phasenstrom IL2 über die Drossel L2 von der Gleichstromversorgung E zum Leistungsmodul P2.
-
Die Steuereinheit 51 steuert das Schalten jedes der Schaltelemente Q1 und Q2 und der Schaltelemente Q3 und Q4 unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulation (PWM), um eine Stromdifferenz zwischen dem ersten Phasenstrom IL1 und dem zweiten Phasenstrom IL2 (im Folgenden als „Abweichstrom“ bezeichnet) zu verringern. Genauer gibt die Steuereinheit 51 ein erstes PWM-Signal an die Schaltelemente Q1 und Q2 aus und gibt ein zweites PWM-Signal, dessen Phase sich von derjenigen des ersten PWM-Signals um 180° unterscheidet, an die Schaltelemente Q3 und Q4 aus. Als Ergebnis kann der mehrphasige Umrichter 2 eine stabile Erhöhungsspannung Vc mit weniger Welligkeit erzeugen.
-
Die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erfasst einen Abweichstrom zwischen Phasen des ersten Phasenstroms IL1 und des zweiten Phasenstroms IL2 auf Grundlage des durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Gesamtphasenstroms IPN. In der folgenden Beschreibung ist ein Verfahren zum Erfassen eines Abweichstroms gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform des durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Gesamtphasenstroms IPN zeigt.
-
Wie in 2 gezeigt, weist eine Wellenform des durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Gesamtphasenstroms IPN grob zwei Wechselpunkte A und B auf. Die Wechselpunkte A und B sind Punkte, an denen der Gesamtphasenstrom IPN von einem Anstieg zu einem Abstieg wechselt.
-
Zum Beispiel gibt der Wechselpunkt A einen Zeitpunkt (die Zeit t1) an, bei dem das Schaltelement Q2 aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet wird. Daher gibt der Gesamtphasenstrom IPN am Wechselpunkt A einen Maximalwert des ersten Phasenstroms IL1 an. Der Wechselpunkt B gibt einen Zeitpunkt (die Zeit t2) an, bei dem das Schaltelement Q4 aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet wird. Daher gibt der Gesamtphasenstrom IPN am Wechselpunkt B einen Maximalwert des zweiten Phasenstroms IL2 an.
-
Die Drossel L1 und die Drossel L2 weisen eine Kennlinie auf, bei der sich die Selbstinduktivität verringert, wenn sich ein durch ihre Phasen fließender Strom erhöht. Aus diesem Grund erhöht sich ein Welligkeitsstrom des Phasenstroms, wenn sich der Phasenstrom erhöht. Daher gibt es in einer Wellenform des Gesamtphasenstroms eine Abweichung in einem Maximalwert des Gesamtphasenstroms am Wechselpunkt A und am Wechselpunkt B gemäß einem Abweichstrom. In der vorliegenden Ausführungsform treten, da eine Phasendifferenz beim Schalten zwischen den Schaltelementen Q1 und Q2 und den Schaltelementen Q3 und Q4 180° beträgt, der Wechselpunkt A und der Wechselpunkt B alternierend alle 180° auf.
-
Die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erfasst einen Abweichstrom auf Grundlage des Gesamtphasenstroms (im Folgenden als „Wechselpunkt-Phasenstrom“ bezeichnet), wenn der durch den Stromaufnehmer 26 erfasste Gesamtphasenstrom IPN von einem Anstieg zu einem Abstieg wechselt. Das heißt, die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erfasst eine Differenz zwischen einem Wechselpunkt-Phasenstrom IA, der der Gesamtphasenstrom IPN am Wechselpunkt A ist, und einem Wechselpunkt-Phasenstrom IB, der der Gesamtphasenstrom IPN am Wechselpunkt B ist, als einen Abweichstrom in dem durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Gesamtphasenstrom IPN.
-
Ein Verfahren zum Erlangen des Wechselpunkt-Phasenstroms IA und des Wechselpunkt-Phasenstroms IB in der Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 ist nicht besonders eingeschränkt, und sie können beispielsweise nach einem der beiden folgenden Verfahren (a) und (b) erlangt werden.
- (a) Die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erlangt den Wechselpunkt-Phasenstrom A und den Wechselpunkt-Phasenstrom B durch ein Erlangen des Gesamtphasenstroms IPN, wenn er innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums unter den durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Gesamtphasenströmen IPN von einem Anstieg zu einem Abstieg wechselt.
- (b) Die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erlangt jeden der Gesamtphasenströme IPN, die von dem Stromaufnehmer 26 ausgegeben werden, wenn jedes der Schaltelemente Q2 und Q4 aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet wird, als den Wechselpunkt-Phasenstrom A bzw. den Wechselpunkt-Phasenstrom B.
-
Bei dem oben beschriebenen Verfahren (b) erlangt die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 den Wechselpunkt-Phasenstrom A und den Wechselpunkt-Phasenstrom B durch ein Synchronisieren eines Zeitpunkts (im Folgenden als ein „Erlangungszeitpunkt“ bezeichnet), zu dem der Gesamtphasenstrom IPN von dem Stromaufnehmer 26 erlangt ist, mit jedem Zeitpunkt, zu dem die Schaltelemente Q2 und Q4 ausgeschaltet werden.
-
Wenn jedoch der Erlangungszeitpunkt durch die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 und jeder Zeitpunkt, zu dem die Schaltelemente Q2 und Q4 ausgeschaltet werden, nicht synchronisiert werden können, kann die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 den Wechselpunkt-Phasenstrom IA und den Wechselpunkt-Phasenstrom IB bei dem oben beschriebenen Verfahren (b) durch ein Vorsehen der Verzögerungseinheit 4 in der Umrichtervorrichtung 1 und ein Auslegen der Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 wie in 3 gezeigt erlangen.
-
Wenn beispielsweise der Erlangungszeitpunkt durch die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 und jeder Zeitpunkt, zu dem die Schaltelemente Q2 und Q4 ausgeschaltet werden, nicht synchronisiert werden können, können Erlangungszeitpunkte der Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 Zeitpunkte der Spitze und des Tals einer Trägerwelle (einer Dreieckswelle) anstelle jedes Zeitpunkts sein, zu dem die Schaltelemente Q2 und Q4 ausgeschaltet werden. Es ist anzumerken, dass, wenn es möglich ist, den Erlangungszeitpunkt durch die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 mit jedem Zeitpunkt zu synchronisieren, zu dem die Schaltelemente Q2 und Q4 ausgeschaltet werden, sogar wenn die Verzögerungseinheit 4 bei dem oben beschriebenen Verfahren (b) nicht vorgesehen ist, die Verzögerungseinheit 4 kein wesentlicher Bestandteil der Umrichtervorrichtung 1 ist. Bei der folgenden Beschreibung ist eine Anordnung der in 3 gezeigten Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 beschrieben.
-
Wie in 3 gezeigt, enthält die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 eine erste Erlangungseinheit 521, eine zweite Erlangungseinheit 522 und eine Abweichstrom-Berechnungseinheit 523.
-
Die Verzögerungseinheit 4 verzögert den Ausgang vom Stromaufnehmer 26 um eine vorgegebene Zeit und synchronisiert den ersten Zeitpunkt, zu dem die erste Erlangungseinheit 521 den Gesamtphasenstrom IPN erlangt, mit einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die Schaltelemente Q2 und Q4 ausgeschaltet werden. Zum Beispiel verzögert die Verzögerungseinheit 4 mit einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt einer Spitze der Trägerwelle (einer Dreieckswelle) und einem Zeitpunkt einer steigenden Flanke des ersten PWM-Signals als festgelegter Verzögerungszeit Δt den von der ersten Erlangungseinheit 521 ausgegebenen Gesamtphasenstrom IPN um die Verzögerungszeit Δt und gibt ihn in die Abweichstrom-Berechnungseinheit 523 ein. Die Verzögerungseinheit 4 verzögert mit einer Differenz zwischen einen Zeitpunkt eines Tals der Trägerwelle (der Dreieckswelle) und einem Zeitpunkt einer steigenden Flanke des zweiten PWM-Signals als festgelegter Verzögerungszeit Δt den von der ersten Erlangungseinheit 521 ausgegebenen Gesamtphasenstrom IPN um die Verzögerungszeit Δt und gibt ihn in die Abweichstrom-Berechnungseinheit 523 ein.
-
Der erste Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt der Spitze und des Tals der Trägerwelle (einer Dreieckswelle) zum Erzeugen des ersten PWM-Signals und des zweiten PWM-Signals.
-
Die erste Erlangungseinheit 521 erlangt den Gesamtphasenstrom IPN zu einem ersten Zeitpunkt von der Verzögerungseinheit 4. Die erste Erlangungseinheit 521 gibt den zum ersten Zeitpunkt erlangten Gesamtphasenstrom IPN über die Verzögerungseinheit 4 zur Abweichstrom-Berechnungseinheit 523 aus.
-
Die zweite Erlangungseinheit 522 erlangt den Gesamtphasenstrom IPN vom Stromaufnehmer 26 zum ersten Zeitpunkt, ohne durch die Verzögerungseinheit 4 zu gehen, und gibt ihn zur Steuerungsvorrichtung 5 aus.
-
Die Abweichstrom-Berechnungseinheit 523 erlangt den Gesamtphasenstrom IPN als Wechselpunkt-Phasenströme A und B durch ein Erlangen des um eine Verzögerungszeit Δt durch die Verzögerungseinheit 4 verzögerten Gesamtphasenstroms IPN. Auf diese Weise verzögert die Verzögerungseinheit 4 den Gesamtphasenstrom IPN um die Verzögerungszeit Δt, und dadurch kann die Abweichstrom-Berechnungseinheit 523 die Wechselpunkt-Phasenströme A und B zum ersten Zeitpunkt erlangen.
-
Dann berechnet die Abweichstrom-Berechnungseinheit 523 einen Abweichstrom auf Grundlage der erlangten Wechselpunkt-Phasenströme A und B und gibt ihn in die Steuerungsvorrichtung 5 aus.
-
In der folgenden Beschreibung ist eine Anordnung der Steuereinheit 51 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezugnahme auf 4 beschrieben.
-
Die Steuereinheit 51 enthält eine Spannungssteuereinheit 41, eine Stromsteuereinheit 42, eine Korrektureinheit 43, eine Trägerwellenerzeugungseinheit 44, eine Phasenverschiebungseinheit 45 und Vergleichseinheiten 46 und 47.
-
Die Spannungssteuereinheit 41 führt eine PI-Berechnung an einer Abweichung zwischen der durch die Spannungserfassungseinheit 25 erfassten Erhöhungsspannung Vc und einer vorab festgelegten Sollspannung durch, um einen Stromsteuerwert zum Bringen dieser Abweichung näher an Null zu berechnen.
-
Die Stromsteuereinheit 42 führt eine PI-Berechnung an einer Abweichung zwischen dem durch die Spannungssteuereinheit 41 berechneten Stromsteuerwert und dem von der zweiten Erlangungseinheit 522 erlangten Gesamtphasenstrom IPN durch, um einen Schaltsteuerwert D zu berechnen, der ein Signal zum Bringen dieser Abweichung näher an Null ist.
-
Die Korrektureinheit 43 korrigiert den durch die Stromsteuereinheit 42 berechneten Schaltsteuerwert D zu einem Schaltsteuerwert D' zum Unterdrücken des durch die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erfassten Abweichstroms, um den Abweichstrom zu unterdrücken. Zum Beispiel erzeugt die Korrektureinheit 43 einen Schaltsteuerwert D' (D1') durch ein Addieren eines Wertes, der erhalten ist durch ein Multiplizieren des durch die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erfassten Abweichstroms mit einem vorgegebenen Koeffizienten, zu dem Schaltsteuerwert D und gibt ihn zur Vergleichseinheit 46 aus. Ferner erzeugt die Korrektureinheit 43 einen Schaltsteuerwert D' (D2') durch ein Subtrahieren des Wertes, der erhalten ist durch das Multiplizieren des durch die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erfassten Abweichstroms mit einem vorgegebenen Koeffizienten, von dem Schaltsteuerwert D und gibt ihn zur Vergleichseinheit 47 aus.
-
Die Trägerwellenerzeugungseinheit 44 erzeugt die oben beschriebene Trägerwelle und gibt sie zur Phasenverschiebungseinheit 45 und zur Vergleichseinheit 47 aus.
-
Die Phasenverschiebungseinheit 45 verschiebt eine Phase der Trägerwelle von der Trägerwellenerzeugungseinheit 44 beispielsweise um 180°. Als Ergebnis werden das Schaltelement Q2 und das Schaltelement Q4 alternierend in einen Ein-Zustand gesteuert. Die Phasenverschiebungseinheit 45 gibt die phasenverschobene Trägerwelle zur Vergleichseinheit 46 aus.
-
Die Vergleichseinheit 46 erzeugt ein erstes PWM-Signal durch ein Vergleichen eines Schaltsteuerwerts D1' und der von der Phasenverschiebungseinheit 45 ausgegebenen Trägerwelle und gibt das erste PWM-Signal zum Leistungsmodul P1 aus. Als Ergebnis kann die Steuereinheit 51 eine PWM-Steuerung an den Schaltelementen Q1 und Q2 durchführen.
-
Die Vergleichseinheit 47 erzeugt ein zweites PWM-Signal durch ein Vergleichen eines Schaltsteuerwerts D2' und der von der Phasenverschiebungseinheit 44 ausgegebenen Trägerwelle und gibt das zweite PWM-Signal zum Leistungsmodul P2 aus. Als Ergebnis kann die Steuereinheit 51 eine PWM-Steuerung an den Schaltelementen Q3 und Q4 durchführen.
-
Wie oben beschrieben, enthält die Umrichtervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen einzelnen Stromaufnehmer 26 und eine Abweichstrom-Erfassungseinheit 52. Der einzelne Stromaufnehmer 26 ist auf den Primärseiten der Zerhackerschaltungen 22 und 23 vorgesehen und erfasst einen durch jede der Drosseln L1 und L2 fließenden Phasenstrom, wenn sich die Schaltelemente Q2 und Q4 sowohl im Ein-Zustand als auch im Aus-Zustand befinden. Die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 erfasst einen Abweichstrom eines durch die Drossel L1 fließenden Phasenstroms und eines durch die Drossel L2 fließenden Phasenstroms auf Grundlage des durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Phasenstroms. Dann erfasst der Stromaufnehmer 26 einen Phasenstrom so, dass die Richtungen der durch die Drosseln L1 und L2 fließenden Phasenströme gleich sind.
-
Bei einer solchen Anordnung wird ein Wert des durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Phasenstroms nicht klein. Daher kann die Umrichtervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungsgenauigkeit des Abweichstroms verbessern.
-
Ferner kann der Stromaufnehmer 26 auf den Primärseiten der Zerhackerschaltungen 22 und 23 vorgesehen sein. Aus diesem Grund erfasst der Stromaufnehmer 26 den Phasenstrom, bevor er durch die Zerhackerschaltungen 22 und 23 erhöht wird, und berechnet den Abweichstrom auf Grundlage dieses erfassten Phasenstroms. Als Ergebnis kann die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 den Abweichstrom genauer erfassen, ohne durch einen Schaltverlust beeinflusst zu sein, der auftritt, wenn die Schaltelemente Q1 bis Q4 angesteuert werden.
-
Wenn beispielsweise der Stromaufnehmer 26 auf einer Hochspannungsseite der Zerhackerschaltungen 22 und 23 vorgesehen ist, kann ein Schaltelement des Wechselrichters 3 gemäß einer Fahrsituation eines Fahrzeugs angesteuert werden, und eine Wechselkomponente eines Stroms, der fließt, wenn das Schaltelement angesteuert ist, kann den Stromaufnehmer 26 beeinträchtigen. Aus diesem Grund ist der Stromaufnehmer 26, wenn der Stromaufnehmer 26 auf der Hochspannungsseite der Zerhackerschaltungen 22 und 23 vorgesehen ist, möglicherweise nicht in der Lage, einen durch die Drosseln L1 und L2 fließenden Strom genau zu erfassen. Der Stromaufnehmer 26 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch auf einer Primärseite vorgesehen sein, die eine Niederspannungsseite der Zerhackerschaltungen 22 und 23 ist. Aus diesem Grund beeinträchtigt die Wechselkomponente des Stroms den Stromaufnehmer 26 nicht. Daher kann der Stromaufnehmer 26 der vorliegenden Ausführungsform den durch die Drosseln L1 und L2 fließenden Strom genau erfassen.
-
Die Steuerungsvorrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform erfasst einen Stromwert und einen Abweichstromwert eines einzelnen Stromaufnehmers 26. Die Stromsteuereinheit 42 der Steuerungsvorrichtung 5 erlangt den Schaltsteuerwert D auf Grundlage des Stromsteuerwerts und des Stromwerts. Die Korrektureinheit 43 der Steuerungsvorrichtung 5 korrigiert den Schaltsteuerwert D zu dem Schaltsteuerwert D' zum Steuern eines entsprechenden Abweichstroms. Das heißt, die Steuerungsvorrichtung 5 steuert einen Strom eines Phasenstroms und unterdrückt einen Abweichstrom unter Verwendung eines einzelnen Stromaufnehmers 26. Aus diesem Grund kann die Steuerungsvorrichtung 5 einen Unterschied in der Erfassungsempfindlichkeit (eine Streuung) von Teilen aufgrund der Verwendung einer Vielzahl von Stromaufnehmern beseitigen, verglichen mit dem Fall, in dem sie den Strom eines Phasenstroms steuert und einen Abweichstrom unter Verwendung einer Vielzahl von Stromaufnehmern unterdrückt. Die Steuerungsvorrichtung 5 kann einen Abweichstrom genauer steuern als eine Anordnung, in der eine Vielzahl von Stromaufnehmern verwendet ist. Wenn die Steuerungsvorrichtung beispielsweise den Strom eines Phasenstroms steuert und einen Abweichstrom unter Verwendung der Vielzahl von Stromaufnehmern unterdrückt, kann die Steuerungsvorrichtung den Strom auf Grundlage eines Werts steuern, der durch einen ersten Stromaufnehmer gemessen ist, und kann den Abweichstrom auf Grundlage eines Werts unterdrücken, der durch einen zweiten Stromaufnehmer gemessen ist, der verschieden von dem ersten Stromaufnehmer ist.
-
Da weiter die Drosseln L1 und L2 magnetisch miteinander gekoppelt sind, weisen sie eine Gleichstromüberlagerungskennlinie auf. Daher gibt es einen bedeutenden Unterschied zwischen dem Wechselpunkt-Phasenstrom IA und dem Wechselpunkt-Phasenstrom IB, die Maximalwerte des durch den Stromaufnehmer 26 erfassten Gesamtphasenstroms IPN sind. Aus diesem Grund kann die Umrichtervorrichtung 1 eine Stromabweichung auf Grundlage von Werten des Wechselpunkt-Phasenstroms IA und des Wechselpunkt-Phasenstroms IB berechnen und kann einen Abweichstrom genauer erfassen.
-
Obwohl oben eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung genau beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und Auslegungen innerhalb eines Bereichs, der nicht vom der vorliegenden Erfindung abweicht, sind auch eingeschlossen.
-
Zum Beispiel kann in der vorliegenden Ausführungsform die Stromsteuereinheit 42 bewirken, dass sich ein proportionaler Gewinn der PI-Berechnung auf Grundlage der Selbstinduktivitätskomponenten und der Gegeninduktivitätskomponenten der Drosseln L1 und L2 ändert. Als Ergebnis kann die Stromsteuereinheit 42 die Ansprechempfindlichkeit des Stromaufnehmers 26 verbessern.
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Steuerungsvorrichtung 5 bestimmen, ob ein vom mehrphasigen Umrichter 2 ausgegebener Strom ein Überstrom ist, wenn der durch den Stromaufnehmer 26 erfasste Gesamtphasenstrom IPN einen vorgegebenen Wert überschreitet. Als Ergebnis braucht die Umrichtervorrichtung 1 nicht getrennt einen Stromaufnehmer zu enthalten, der einen Überstrom erfasst.
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Stromaufnehmer 26 angeordnet, um einen durch eine Verdrahtung (beispielsweise eine Stromschiene) zum Verbinden der Drosseln L1 und L2 und der Leistungsmodule P1 und P2 fließenden Phasenstrom zu erfassen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Stromaufnehmer 26 auch zwischen der positiven Klemme der Gleichstromversorgung E und einem Verbindungspunkt eines ersten Endes der Drossel L1 und eines ersten Endes der Drossel L2 angeordnet sein. Das heißt, der Stromaufnehmer 26 kann auch an einer beliebigen Stelle auf der Primärseite des mehrphasigen Umrichters 2 eingebaut sein, solange er einen Strom erlangen kann, der durch die Drosseln L1 und L2 fließt.
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform können die Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 und die Steuereinheit 51 einstückig ausgebildet sein oder können mechanisch getrennt angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Umrichtervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Abweichstrom-Erfassungsvorrichtung enthalten, die getrennt von der Steuerungsvorrichtung 5 angeordnet ist; die Abweichstrom-Erfassungsvorrichtung kann eine Funktion der Abweichstrom-Erfassungseinheit 52 aufweisen, und die Steuerungsvorrichtung 5 kann auch eine Funktion der Steuereinheit 51 aufweisen.
-
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
-
Gemäß der oben beschriebenen Umrichtervorrichtung ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit eines Abweichstroms in einem mehrphasigen Umrichter zu verbessern.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Umrichtervorrichtung
- 2
- Mehrphasiger Umrichter
- 5
- Steuerungsvorrichtung
- 22, 23
- Zerhackerschaltung
- L1, L2
- Drossel
- P1, P2
- Leistungsmodul
- Q1 bis Q4
- Schaltelement
- 26
- Stromaufnehmer
- 52
- Abweichstrom-Erfassungseinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2018115547 [0002]
- JP 5734441 [0006]
