DE4302282A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Inverters - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines InvertersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die bei einem
über Pulsbreitenmodulation (PWM) gesteuerten Inverter zum Um
wandeln von Gleichstrom in Wechselstrom, einem über PWM gesteu
erten Umformer zum Wandeln von Wechselstrom in Gleichstrom und
ähnlichem angewendet werden kann.
Für allgemeine Hintergrundinformation in bezug auf das Gebiet
der Erfindung wird auf die anhängige Anmeldung Serien-Nummer
07/841,816, eingereicht am 26. Februar 1992 mit dem Titel "Con
trol Device of Neutral Point Clamped Power Inverter Apparatus"
Bezug genommen, deren Offenbarung durch die Bezugnahme in die
vorliegende Anmeldung eingeschlossen ist.
Ein über Pulsbreitenmodulation gesteuerter Inverter verwendet
Schaltelemente vom selbstlöschenden Typ wie z. B. Vollsteuer
gatt(GTO)-Thyristoren.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Inverter-Steuervorrichtung
eine Steuereinheit 300, einen Komparator 301 und einen Pulskor
rektur-Schaltkreis 302 auf. Die Steuereinheit 300 gibt ein Span
nungsreferenzsignal V* aus. Der Komparator 301 vergleicht das
Spannungsreferenzsignal V* und Trägersignale VCP und VCN und gibt
ein Ausgangssignal VCMP aus. Der Pulskorrektur-Schaltkreis 302
korrigiert das Ausgangssignal VCMP von dem Vergleicher 301 und
gibt ein Gatesignal (Torsignal) VG aus. Diese Gatesignale werden
verwendet, um die Schaltelemente, z. B. GTOs, in dem Inverter zu
steuern, was im Stand der Technik wohl bekannt ist, vergleiche
z. B. Fig. 13.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wirkt der Pulsbreitenkorrekturschalt
kreis 302, um das Ausgangssignal VCMP zu korrigieren, wenn die
Breite des Ausgangssignals VCMP gleich oder kleiner ist als eine
minimale EIN-Pulsbreite T0 (d. h., der Absolutwert des Spannungs
referenzsignals V* ist gleich oder kleiner als eine minimale
Spannungsreferenz ± Vmin). Als Ergebnis ist die minimale Breite
des Gatesignals VG nicht geringer als die minimale EIN-Pulsbreite
T0.
Die Steuervorrichtung kann jedoch die Ausgangsspannung nicht im
Bereich niedriger Spannungen steuern, weshalb dieser Bereich
auch als unkontrollierter Bereich bezeichnet werden kann. Mit
dem Bereich niedriger Spannungen ist ein Bereich gemeint, in dem
die Breite des Ausgangssignals VCMP gleich oder geringer ist als
die minimale EIN-Pulsbreite T0. Um einen Puls zu vermeiden, der
kürzer ist als die minimale EIN-Zeit, lehrt der Stand der Tech
nik eine Modifikation des Komparatorsignals VCMP, um so ein Gate
signal VG mit konstanter Pulsbreite in dem unkontrollierten
Bereich zu erzeugen. Das Verwenden eines Gatepulses mit fester
Breite bedeutet jedoch, daß die Breite der Phasenspannung des
Inverters nicht variabel gesteuert werden kann, was wünschens
wert ist, um so den Inverter durch den gesamten Spannungsbe
reich, einschließlich des Bereichs niedriger Spannungen, zu
steuern. Das Steuersystem gemäß dem Stand der Technik ist somit
instabil und wegen des unkontrollierbaren Bereichs nur mit
Schwierigkeiten genau zu steuern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Steuern eines Inverters zu schaffen, der eine sinusförmige
Spannung für alle Ausgangsspannungen um die Leitungsspannung
ausgeben kann und nicht den Nachteil des Standes der Technik
zeigt, nämlich das Auftreten eines unkontrollierten Bereichs.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren
zum Steuern eines Inverters vorgesehen, der eine Anzahl von
Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungsspan
nungen erzeugt, die als die Differenzen zwischen den Phasenspan
nungen definiert sind. Das Verfahren weist folgende Schritte
auf: (a) Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen mit mehrfachen
Phasen; (b) Bestimmen einer Betriebsart aus (1) einer normalen
Betriebsart, (2) einer Rechteck-Betriebsart und (3) einer Null
korrektur-Betriebsart des Inverters als Antwort auf die Werte
und Polaritäten der Spannungsreferenzen; (3) Verwenden der Span
nungsreferenzen während der normalen Betriebsart als einen Refe
renzwert zum Steuern des Inverters; und (4) in wenigstens einer
der festgesetzten Rechteck- und Nullkorrektur-Betriebsarten
Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in gemäß einem vorgewähl
ten Algorithmus umgeformte Spannungsreferenzsignale, so daß jede
auf den umgeformten Spannungsreferenzsignalen basierende Phasen
spannung eine kontrollierte Pulsbreite hat, die größer als eine
oder gleich zu einer vorbestimmten minimalen Breite ist, und so
daß die resultierenden Leitungsspannungen im Vergleich zu den
unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Lei
tungsspannungen sich nicht ändern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum
Steuern eines Inverters bereitgestellt, der eine Anzahl von
Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungsspan
nungen, die als die Differenzen zwischen den Phasenspannungen
definiert sind, erzeugt. Das Verfahren weist folgende Schritte
auf: a) Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen mit einer Anzahl
von Phasen; b) Auswählen der Phase des Spannungsreferenzsig
nals, das den am meisten positiven Wert hat; c) Umwandeln der
ausgewählten Phase in eine Phase eines umgeformten Spannungs
referenzsignals, das entweder (1) einen vorgewählten minimalen
Wert, der negativ ist, oder (2) einen vorgewählten Wert hat, der
Null ist; d) Umwandeln der anderen Phasen der Spannungsreferenz
signale in umgeformte Spannungsreferenzsignale des Inverters, so
daß die resultierenden Leitungsspannungen sich im Vergleich zu
den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten
Leitungsspannungen nicht ändern; e) Auswählen der Phase des
Spannungsreferenzsignals, das den am meisten negativen Wert hat;
f) Umwandeln der ausgewählten Phase in eine Phase eines umge
formten Spannungsreferenzsignals, das entweder (1) einen vor
gewählten minimalen Wert, der positiv ist, oder (2) einen vor
gewählten Wert hat, der Null ist; g) Umwandeln der anderen Pha
sen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsrefe
renzsignale des Inverters, so daß die resultierenden Leitungs
spannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Span
nungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern;
und h) alternatives Umschalten zwischen den Schritten b) bis d)
und den Schritten e) bis g), um den Inverter zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Inverter-
Steuervorrichtung für einen Inverter bereitgestellt, der eine
Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von
Leitungsspannungen erzeugt, die als die Differenzen zwischen den
Phasenspannungen definiert sind. Die Steuervorrichtung weist
auf:
- a) Betriebsart-Entscheidungseinrichtungen zum Bestimmen einer Betriebsart aus (1) einer normalen Betriebsart, (2) einer Rechteck-Betriebsart und (3) einer Nullkorrektur-Betriebsart in Antwort auf Werte und Polaritäten von Spannungsreferenzsignalen mit mehrfachen Phasen und
- b) Spannungsreferenz-Umformeinrichtungen, die
- 1) in der normalen Betriebsart zum Ausgeben der Span nungsreferenzsignale als umgeformte Spannungsreferenzsignale, die identisch zu den Spannungsreferenzsignalen sind, arbeiten und die
- 2) in der Rechteck- und der Nullkorrektur-Betriebsart zum Ausgeben korrigierter Spannungsreferenzsignale in Antwort auf die Spannungsreferenzsignale gemäß einem Algorithmus arbeiten, so daß die resultierenden Leitungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Lei tungsspannungen sich nicht ändern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuervor
richtung zum Steuern eines neutralpunktgeklemmten Dreiphasen-
Inverters bereitgestellt. Der Inverter hat Schaltelemente und
erzeugt eine Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende
Anzahl von Leitungsspannungen. Die Steuervorrichtung weist auf:
Einrichtungen zum Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen mit
mehrfachen Phasen; Spannungsreferenz-Umformeinrichtungen zum:
(1) Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Span
nungsreferenzsignale, wobei die Umformeinrichtungen den Wert
eines der korrigierten Spannungsreferenzsignale auf entweder
einen positiven Minimalwert oder einen negativen Minimalwert
festlegen, wenn die Breite irgendeiner der Anzahl der Phasen
spannungen gleich einem Minimalwert entsprechend einer minimalen
EIN-Pulsbreite der Schaltelemente wird; und (2) Umwandeln des
anderen der Spannungsreferenzsignale, so daß die resultierenden
Leitungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der
Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen sich nicht
ändern.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Inverter-Steu
ervorrichtung zum Steuern eines neutralpunktgeklemmten Dreipha
sen-Inverters bereitgestellt. Der Inverter erzeugt eine Anzahl
von Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungs
spannungen. Die Steuervorrichtung weist auf: Einrichtungen zum
Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen mit mehrfachen Phasen;
erste Spannungsreferenz-Umformeinrichtungen zum Umwandeln aller
Phasen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsrefe
renzsignale, alle mit einer positiven Polarität, so daß die
resultierenden von den umgeformten Spannungsreferenzsignalen
erzeugten Leitungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwen
dung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen
sich nicht ändern; zweite Spannungsreferenz-Umformeinrichtungen
zum Umwandeln aller Phasen der Spannungsreferenzsignale in umge
formte Spannungsreferenzsignale, alle mit einer negativen Pola
rität, so daß die resultierenden von den umgeformten Spannungs
referenzsignalen erzeugten Leitungsspannungen sich im Vergleich
zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten
Leitungsspannungen nicht ändern; und Schalteinrichtungen zum
alternativen Steuern des Inverters unter Verwendung der ersten
und der zweiten Spannungsreferenz-Umformeinrichtungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Inverter-
Steuervorrichtung zum Steuern eines neutralpunktgeklemmten Drei
phasen-Inverters bereitgestellt, wobei der Inverter drei Phasen
spannungen und entsprechend drei Leitungsspannungen erzeugt,
wobei die Steuervorrichtung aufweist: a) einen Generator, der
Spannungsreferenzsignale mit einer Anzahl von Phasen erzeugt; b)
Einrichtungen zum Auswählen der Phase des Spannungsreferenzsi
gnals, das den am meisten positiven Wert hat; c) Einrichtungen
zum Umformen der ausgewählten Phase in eine Phase eines umge
formten Spannungsreferenzsignals, das einen vorgegebenen positi
ven Maximalwert hat; d) Einrichtungen zum Umwandeln der anderen
Phasen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsrefe
renzsignale des Inverters, so daß die resultierenden Leitungs
spannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungs
referenzsignale erzeugten Leitungsspannungen sich nicht ändern;
e) Einrichtungen zum Auswählen der Phase des Spannungsreferenz
signals, das den am meisten negativen Wert hat; f) Einrichtungen
zum Umformen der ausgewählten Phase in eine Phase eines umge
formten Spannungsreferenzsignals, das einen vorgewählten negati
ven Maximalwert hat; g) Einrichtungen zum Umwandeln der anderen
Phasen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsrefe
renzsignale des Inverters, so daß die resultierenden Leitungs
spannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Span
nungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern;
und h) Einrichtungen zum alternativen Schalten zwischen den
Schritten b) bis d) und den Schritten e) bis g) zum Steuern des
Inverters.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Verwendung von Zeichnungen näher beschrieben:
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Struktur
einer Inverter-Steuervorrichtung gemäß dem Stand der
Technik zeigt;
Fig. 2 veranschaulicht Kurvenformen aus dem Stand der Technik
und zeigt die Beziehung zwischen einem Spannungsrefe
renzsignal V*, Trägersignalen VCP und VCN, einer minima
len EIN-Pulsbreite T0, einer minimalen Spannungsrefe
renz ± Vmin, einem Ausgangssignal VCMP und einem Gatesi
gnal VG;
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm und zeigt die
Struktur eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das veranschaulicht, wie eine
normale Betriebsart, eine Rechteck-Betriebsart oder
eine Nullkorrektur-Betriebsart in einem Betriebsartent
scheidungs-Schaltkreis eines ersten Ausführungsbei
spiels der Erfindung bestimmt werden;
Fig. 5(a) bis Fig. 5(c) sind Flußdiagramme, die die Arbeits
weise der normalen Betriebsart, der Rechteck-Betriebs
art oder der Nullkorrektur-Betriebsart des ersten
Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulichen;
Fig. 6 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das die Arbeits
weise während einer Rechteck-Betriebsart des ersten
Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
Fig. 7 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das die Arbeits
weise während einer Nullkorrektur-Betriebsart des er
sten Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
Fig. 8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Arbeitsweise des
ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das veranschaulicht, wie das
Schalttiming eines Schalttimingauswahl-Schaltkreises
des ersten Ausführungsbeispiels ausgewählt wird;
Fig. 10 ist ein Schaltbild, das einen Schalttiming-Schaltkreis
des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 11(a) bis Fig. 11(e) sind Diagramme, die ein Schalttiming
eines neuen Spannungsreferenzsignals V** (V** entspricht
VU**, VV** und VW**) des ersten Ausführungsbeispiels der
Erfindung veranschaulichen;
Fig. 12 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das die Arbeits
weise zeigt, bei der ein Spannungsreferenzsignal einer
Phase nahe dem positiven oder negativen Maximalwert
korrigiert wird, um einen Nullwert in einer Rechteck-
Betriebsart des ersten Ausführungsbeispiels der Erfin
dung anzunehmen;
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptschalt
kreis eines neutralpunktgeklemmten Dreiphasen-Inverters
zeigt;
Fig. 14 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein viertes
Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 15 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein fünftes
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 16 ist ein Flußdiagramm, das ein sechstes Ausführungsbei
spiel der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 17 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm in einer Recht
eck-Betriebsart, das das sechste Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 18 ist ein Flußdiagramm, das ein siebtes Ausführungsbei
spiel der Erfindung zeigt;
Fig. 19 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm in einer Recht
eck-Betriebsart, das das siebte Ausführungsbeispiel der
Erfindung veranschaulicht;
Fig. 20 ist eine schematische Ansicht, die das achte und das
neunte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 21 ist ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise eines Be
triebsartentscheidungs-Schaltkreises des achten und des
neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt;
Fig. 22 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das Spannungs
referenzsignale, Leitungsspannungen und Phasenspannun
gen des achten Ausführungsbeispiels darstellt; und
Fig. 23 ist ein Kurvenform-Zeitablaufdiagramm, das Spannungs
referenzsignale, Leitungsspannungen und Phasenspannun
gen des neunten Ausführungsbeispiels darstellt.
Fig. 3 zeigt die Hardwarestruktur in einer Inverter-Steuervor
richtung, die PWM-Steuerung verwendet, gemäß einem ersten Aus
führungsbeispiel der Erfindung.
Eine Steuereinheit 1 gibt Spannungsreferenzsignale V* (die VU*,
VV* und VW* repräsentieren) für drei Phasen (U-Phase, V-Phase und
W-Phase) aus und steuert einen Inverter (der z. B. bei einer
Geschwindigkeitssteuerung für einen Motor verwendet wird). Ein
Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 entscheidet, welche Be
triebsart, ausgewählt aus einer normalen Betriebsart, einer
Rechteck-Betriebsart oder einer Nullkorrektur-Betriebsart, gemäß
dem in Fig. 4 gezeigten Algorithmus wirksam ist, wenn die Span
nungsreferenzsignale ausgegeben werden. Wenn alle Spannungsrefe
renzsignale größer sind als ein minimales Spannungsreferenzsi
gnal Vmin, wird die normale Betriebsart ausgewählt. Wenn wenig
stens zwei Spannungsreferenzsignale (VU* und VV*, VV* und VW*, VU*
und VW*) gleich groß wie oder kleiner als das minimale Spannungs
referenzsignal Vmin sind, wird die Rechteck-Betriebsart ausge
wählt. Auch wenn drei Spannungsreferenz-Signale doppelt so groß
sind wie das minimale Spannungsreferenzsignal Vmin oder weniger
groß sind, oder wenn zwei Spannungsreferenzsignale doppelt so
groß sind wie das minimale Spannungsreferenzsignal Vmin oder
weniger groß sind und die beiden Spannungsreferenzsignale ent
gegengesetztes Vorzeichen haben, wird die Rechteck-Betriebsart
ausgewählt. Wenn ein Spannungsreferenzsignal gleich groß wie
oder kleiner als das minimale Spannungsreferenzsignal Vmin ist
und die anderen doppelt so groß wie das minimale Spannungsrefe
renzsignal Vmin oder weniger groß sind und das zu dem minimalen
Spannungsreferenzsignal Vmin entgegengesetzte Vorzeichen haben,
wird die Nullkorrektur-Betriebsart ausgewählt.
Ferner wählt der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 unter
den in den Fig. 5(a) bis 5(c) gezeigten detaillierten Be
triebsarten (Betriebsart = 0 ∼ ± 6) aus, nachdem eine der drei
Betriebsarten (normale Betriebsart, Rechteck-Betriebsart und
Nullkorrektur-Betriebsart) ausgewählt worden ist. Im Falle der
normalen Betriebsart wird die mit "Betriebsart = 0" bezeichnete
Betriebsart automatisch ausgewählt, wie in Fig. 5(a) gezeigt.
Im Fall der Rechteck-Betriebsart werden alle Spannungsreferenz
signale miteinander multipliziert, und es wird ein Signal PNFLG
erhalten, siehe Fig. 5(b). Das Signal PNFLG hat ein Vorzeichen
(d. h. ein positives Vorzeichen oder ein negatives Vorzeichen),
das sich etwa alle 60° in Phase mit den Spannungsreferenzsigna
len ändert. Wenn das Signal PNFLG positiv ist, d. h., wenn ein
Spannungsreferenzsignal positiv ist und die anderen negativ
sind, wird das Spannungsreferenzsignal ausgewählt, das den posi
tiven Maximalwert der drei hat. Wenn das ausgewählte Spannungs
referenzsignal VU* ist, wird die Betriebsart "Betriebsart = -1"
gesetzt. Wenn ferner das ausgewählte Spannungsreferenzsignal VV*
oder VW* ist, wird die Betriebsart auf "Betriebsart = -2" bzw.
"Betriebsart = -3" gesetzt. Wenn das Signal PNFLG negativ ist,
wird das Spannungsreferenzsignal ausgewählt, das den größten
negativen Wert der drei hat. Wenn dann das ausgewählte Span
nungsreferenzsignal VU*, VV* oder VW* ist, wird die Betriebsart auf
"Betriebsart = 1", "Betriebsart = 2" bzw. "Betriebsart = 3"
gesetzt.
Im Falle der Nullkorrektur-Betriebsart wird, weil nur ein Span
nungsreferenzsignal gleich groß oder kleiner als das minimale
Spannungsreferenzsignal Vmin ist, die Betriebsart "Betriebsart =
± 4" bis "Betriebsart = ± 6" ausgewählt, je nach dem entspre
chenden Spannungsreferenzsignal und seiner Polarität, wie in
Fig. 5(c) gezeigt.
Ein Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 korrigiert die Span
nungsreferenzsignale VU*, VV* und VW* gemäß der Betriebsart (d. h.
normale Betriebsart, Rechteck-Betriebsart oder Nullkorrektur-
Betriebsart) und gibt neue Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und
VW** aus.
Die Korrektur wird im folgenden beschrieben.
Der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 wählt "Betriebsart =
0" und gibt die vorherigen Spannungsreferenzsignale VU*, VV* und
VW* als die neuen Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** aus:
VU* = VU** (1)
VV* = VV** (2)
VW* = VW** (3)
Der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 wählt "Betriebsart =
± 1" bis "Betriebsart ± 3" und legt das Spannungsreferenzsignal
V*, das den größten Wert der drei Signale (d. h. VU*, VV* und VW*)
hat, auf das minimale Spannungsreferenzsignal Vmin fest, das die
entgegengesetzte Polarität in bezug auf die des ausgewählten
Spannungsreferenzsignals mit dem größten Wert hat (oder auf die
Spannung Null in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 12). Zusätz
lich verschiebt der Schaltkreis 2 die anderen Spannungsreferenz
signale ohne Änderung der Leitungsspannung der anderen Phasen
und gibt das festgelegte und die verschobenen Spannungsreferenz
signale VU**, VV** und VW** aus.
Wenn z. B. das Spannungsreferenzsignal VU* das größte der drei und
positiv ist, wird jedes Spannungsreferenzsignal wie folgt kor
rigiert:
VU** = -Vmin (4)
VV** = -Vmin - (VU* - VV* (5)
VW** = -Vmin - (VU* - VW*) (6)
Wenn das Spannungsreferenzsignal VU* das größte der drei und
negativ ist, wird jedes der Spannungsreferenzsignale wie folgt
korrigiert:
VU** = Vmin (7)
VV** = Vmin - (VU* - VV* (8)
VW** = Vmin - (VU* - VW*) (9)
Die Kurvenformen beim Ablauf der Rechteck-Betriebsart sind in
Fig. 6 gezeigt.
In Fig. 6 zeigen VU, VV und VW Phasenspannungen (siehe z. B.
Fig. 13) an, und VUV, VVW und VWU zeigen jeweils Leitungsspan
nungen an, wobei:
VUV = VU - VV
VVW = VV - VW und
VWU = VW - VU.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird die Betriebsart nach jeweils etwa
60° in Phase gewechselt, und das Spannungsreferenzsignal, das
den größten Wert der drei Signale (d. h. VU*, VV* und VW*) hat, wird
in jeder Betriebsart auf das minimale Spannungsreferenzsignal
Vmin festgelegt, das die entgegengesetzte Polarität wie das Span
nungsreferenzsignal mit dem größten Wert hat. Die Verwendung der
Formeln (1) bis (9) führt zu dem Ergebnis, daß alle drei der
Spannungsreferenzsignale so verschoben werden, daß sich der Wert
der Leitungsspannungen nicht gegenüber dem vorhergehenden Wert
ändert, z. B. dem Wert, der sich unter Verwendung von V* anstelle
von V** als Referenzspannung ergeben hätte. Wie bekannt ist, ist
eine nicht vorkommende Änderung in der Leitungsspannung äquiva
lent zu der Bedingung, daß die Summe der Breiten der Leitungs
spannungspulse während jedes Zyklus (z. B. Betriebsart) dieselbe
ist, wenn entweder V* oder V** als Referenz verwendet wird. Durch
Steuern der Leitungsspannung des Inverters kann man die Aus
gangsspannung des Inverters wie gewünscht steuern.
In der Rechteck-Betriebsart ändern sich alle drei Phasen einmal
etwa alle 60° nach positiv oder negativ. Folglich wird diese
Betriebsart "60°-Konversionsverfahren" genannt.
Der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 wählt "Betriebsart =
± 4" bis "Betriebsart = ± 6" und ändert das Spannungsreferenzsi
gnal von V* nach V**, wobei V** auf das minimale Spannungsrefe
renzsignal Vmin gesetzt wird, wenn die Spannungsreferenzphase V*
andernfalls den Nullspannungspunkt überschritten haben würde.
Ferner verschiebt der Schaltkreis 2 die anderen Spannungsrefe
renzsignale so, daß die Leitungsspannung entsprechend den ande
ren Spannungsreferenzsignalen nicht gegenüber dem vorhergehenden
Wert geändert wird.
Wenn z. B. das Spannungsreferenzsignal VU* den Nullpunkt von der
positiven Seite zur negativen Seite überschreitet, wird jedes
Spannungsreferenzsignal wie folgt korrigiert:
VU** = Vmin (10)
VV** = Vmin - (VU* - VV*) (11)
VW** = Vmin - (VU* - VW*) (12)
Wenn das Spannungsreferenzsignal VU* den Nullpunkt von der nega
tiven Seite auf die positive Seite zu überschreitet, wird jedes
Spannungsreferenzsignal wie folgt korrigiert:
VU** = -Vmin (13)
VV** = -Vmin - (VU* - VV*) (14)
VW** = -Vmin - (VU* - VW*) (15)
Die Kurvenformen während des Ablaufs der Nullkorrektur-Be
triebsart sind in Fig. 7 gezeigt.
Eine erste Datenverriegelungsschaltung 7 speichert die Ausgaben
VU**, VV** und VW** von dem Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3
über den normalerweise geschlossenen Schalter SW1. Ein Schaltti
mingauswahl-Schaltkreis 4 wählt eine der vier in Fig. 8 gezeig
ten Umformzeitfolgen 0X, 1X, 2X und 3X gemäß den Ausgaben VU**,
VV** und VW** von dem Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 und den
vorherigen Ausgaben VU**, VV** und VW** aus, die in der ersten
Datenverriegelungsschaltung 7 gespeichert sind und von der
Schaltung 7 ausgegeben werden. Der normalerweise offene Schalter
SW2 verbindet den Ausgang der ersten Datenverriegelungsschaltung
7 mit ihrem Eingang und ebenso mit einer zweiten Datenverriege
lungsschaltung 8.
Ein Timing- und Trägervergleichs-Schaltkreis 5 entscheidet, ob
der Inhalt der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 auf den
neuesten Stand gebracht werden soll oder nicht.
Ein Schalttiming-Schaltkreis 6 klinkt die Ausgabe der zweiten
Datenverriegelungsschaltung 8 (die z. B. ein Flip-Flop sein kann)
gemäß dem Zeitablaufschema ein, das von dem Schalttiming-Aus
wahlschaltkreis 4 ausgewählt ist. Ein Komparator 9 vergleicht
die Ausgabe von der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 und
den Träger und gibt ein Gatesignal aus.
Die Steuereinheit 1, der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2,
der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3, der Schalttimingaus
wahl-Schaltkreis 4, der Timing- und Trägervergleichs-Schaltkreis
5 und die Datenverriegelungsschaltung 7 können in einem Daten
prozessor implementiert sein, wie z. B. in einem durch Software
programmierten Mikroprozessor. Diese Elemente können daher als
CPU 10 ausgewiesen werden.
Das Laden der Daten in die CPU 10, d. h. die Dateneingabe in die
Steuereinheit 1, wird an der Unterseite (0X) und an der Obersei
te (2X) des positiven Seitenträgers durchgeführt. Die Spannungs
referenzsignale VU*, VV* und VW* werden von der Steuereinheit 1
ausgegeben. Die Dateneingabe liefert Timing- und Phaseninforma
tion für die Erzeugung der sinusförmigen Referenzspannungssigna
le V* per Software.
Das Schalttimingsignal TChgX wird als 2-Bit-Datensatz (d. h.
0X=00, 1X=01, 2X=10 und 3X=11) von dem Schalttimingauswahl-
Schaltkreis 4 ausgegeben. Das Spannungsreferenzsignal V**(k)
zeigt ein Signal an, das zu dieser Zeit ausgegeben wird, und das
vorhergehende Spannungsreferenzsignal V**(k-1) zeigt ein Signal
an, das zu der unmittelbar vorhergehenden Zeit ausgegeben wird.
Der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 wählt ein Schalttiming
signal TChgX (d. h. 0X bis 3X) entsprechend dem Spannungsrefe
renzsignal V**(k) und dem vorhergehenden Spannungsreferenzsignal
V**(k-1) gemäß dem in Fig. 9 gezeigten Flußdiagramm aus. Das
Flußdiagramm aus Fig. 9 trifft für Referenzspannungssignalüber
gänge von positiv nach negativ oder umgekehrt zu, was angesichts
von Fig. 11(a) und der nachfolgenden Beschreibung deutlich
werden wird. In Fig. 9 wird im Schritt S1 der gegenwärtige oder
vorliegende Wert von V** mit Null verglichen, und wenn er größer
ist als Null oder gleich Null ist, schreitet das Programm zum
Schritt S2 vor, wobei der vorhergehende Wert von V** mit Null
verglichen wird. Wenn dieser vorhergehende Wert auch größer ist
als Null oder gleich Null ist, setzt der Schalttimingauswahl-
Schaltkreis 4 den Wert von TChgX auf 0X=00, was dem Punkt 0a in
Fig. 8 entspricht. Wenn im Schritt S2 der vorhergehende Wert
von V** negativ ist, geht das Programm zum Schritt S4 weiter, wo
der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 den Wert von TChgX auf
1X=01 setzt, was dem Punkt 1a in Fig. 8 entspricht. Wenn im
Schritt S1 der gegenwärtige Wert von V** negativ ist, geht das
Programm zum Schritt S5 weiter, wo der vorhergehende Wert von V**
mit Null verglichen wird. Wenn dieser vorhergehende Wert größer
als Null oder gleich Null ist, geht das Programm zum Schritt S6
weiter, wo der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 den Wert von
TChgX auf 3X=11 setzt, was dem Punkt 3a in Fig. 8 entspricht.
Wenn im Schritt S5 der vorhergehende Wert von V** negativ ist,
geht das Programm zum Schritt S7 weiter, wo der Schalttimingaus
wahl-Schaltkreis 4 den Wert von TChgX auf 2X=10 setzt, was dem
Punkt 2a in Fig. 8 entspricht. In der normalen Anwendung des
Algorithmus aus Fig. 9 geht das Programm für einen Übergang von
negativ auf positiv (siehe Fig. 11(a)) gemäß den Schritten S1,
S2, S4 oder für einen Übergang von positiv nach negativ (siehe
Fig. 11(b)) gemäß den Schritten S1, S5, S6 vor.
Wie in Fig. 10 gezeigt, vergleicht der Schalttiming-Schaltkreis
6 das Schalttimingsignal TChgX 91, das aus zwei Bits besteht,
und das Trägerphasensignal 92, das aus zwei Bits besteht. Das
Trägerphasensignal 92 kann durch Teilen des Trägersignals in
vier gleiche Teile und Kennzeichnen (Unterscheiden) der Phasen
bereiche von "0X" bis "3X" erhalten werden, wie in Fig. 8 ge
zeigt. Der Vergleich wird unter Verwendung von XOR-Schaltungen
93 und 95, NOR-Schaltungen 94 und 96 und einer OR-Schaltung 98
durchgeführt. Ein Diskriminierungssignal 90 wird verwendet, um
abhängig davon, ob es gewünscht ist, zwischen dem 0X- und dem
2X-Timingzustand zu unterscheiden oder nicht, die NOR-Schaltung
94 zu konditionieren. Wenn kein Bedarf besteht, zwischen 0X und
2X zu unterscheiden, wird das Diskriminierungssignal 90 auf 0
gesetzt, und wenn es gewünscht ist zu unterscheiden, dann wird
das Signal 90 auf 1 gesetzt.
In Fig. 10 bezeichnet L eine niedrigere Stelle und H eine höhe
re Stelle. Die XOR-Schaltung 93 vergleicht die niedrigen Bits
des Trägersignals und des TChgX-Signals und gibt ein logisches
Signal 0 aus, wenn diese gleich sind. Die Ausgabe der XOR-Schal
tung 93 wird der NOR-Schaltung 94 zugeführt, die ebenso durch
das Diskriminierungssignal 90 und das niedrige Trägerbit kon
ditioniert wird. Wenn es nicht gewünscht ist, zwischen dem OX- und
dem 2X-Timinig zu unterscheiden (Diskriminierungssignal =
0), gibt die NOR-Schaltung 94 eine logische 0 aus, wenn die
niedrigen Bits des TChgX-Signals und des Trägers beide logisch
0 sind, z. B. wenn das Timing entweder 0X oder 2X ist. Wenn das
Diskriminierungssignal auf 1 gesetzt ist, ist die Ausgabe der
NOR-Schaltung 94 niemals logisch 1, und das Timing wird von den
Schaltungen 93, 95 und 96 gesteuert. Die Eingaben an die
NOR-Schaltung 96 sind nur beide logisch 0, wenn sowohl die oberen
als auch die unteren Bits von TChgX und des Trägers einander
gleich sind, und die NOR-Schaltung 96 gibt nur dann eine logi
sche 1 aus, wenn das Timing von TChgX und des Trägers exakt
gleich sind. Wenn diese beiden Signale einander gleich sind,
wird von dem Schalttiming-Schaltkreis 6 ein Taktsignal erzeugt,
das das Einklinken der Ausgabedaten der zweiten Datenverriege
lungsschaltung 8 ermöglicht.
Die bevorzugte Arbeitsweise ist in den Fig. 11(a) und 11(b)
veranschaulicht. Wie an diesen Figuren zu sehen ist, ändert sich
das Schalttiming zu einem Timing 0X oder 2X, wenn sich die Pola
rität des Spannungsreferenzsignals nicht ändert. Wenn die Pola
rität des Spannungsreferenzsignals wechselt, ändert sich das
Schalttiming bei einem Timing 1X oder 3X. In diesem Fall wird
als das Diskriminierungssignal 90 in Fig. 10 eine Null gesetzt,
und somit werden das Timing 0X und das Timing 2X nicht unter
schieden. Auch schaltet das Schalttiming nicht um, wenn die
Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** die Träger VCP und VCN
kreuzen.
Um keine Änderung in dem Spannungsreferenzsignal zu bewirken,
ist der normalerweise geschlossene Schalter SW1 geöffnet und der
normalerweise offene Schalter SW2 geschlossen. Auf diese Weise
wird der vorhergehende Wert des Spannungsreferenzsignals, der in
der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 gespeichert ist, an den
Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 ausgegeben und über den Schal
ter SW2 auf den Eingang der zweiten Datenverriegelungsschaltung
8 gegeben. Das neu berechnete Spannungsreferenzsignal wird nur
zu dem Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 geschickt, aber wird
nicht der ersten Datenverriegelungsschaltung 7 zugeführt, weil
der Schalter SW1 offen ist. Somit wird der vorhergehende Wert
des Spannungsreferenzsignals wiederum bei dem Timing 1X und dem
Timing 3X verwendet, solange sich die Polarität des Spannungs
referenzsignals nicht ändert. Beim Timing 0X und beim Timing 2X
wird jedoch der neue Wert des Spannungsreferenzsignals benutzt,
weil nun der Schalter SW1 geschlossen und der Schalter SW2 ge
öffnet ist. In diesem Fall wird der neue Wert des Spannungsrefe
renzsignals der ersten Datenverriegelungsschaltung 7, dem
Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4 und der zweiten Datenverriege
lungsschaltung 8 zugeführt. Die Ausgabe der ersten Datenverrie
gelungsschaltung 7 wird nun nur dem Schalttimingauswahl-Schalt
kreis 4 zugeführt, und seinem Eingang wird der neue Wert des
Spannungsreferenzsignals zugeführt. Somit ändert sich in diesem
Fall der Wert des Spannungsreferenzsignals, wie in den Fig.
11(a) und 11(b) gezeigt.
Wenn das Schalttiming immer auf das Timing 0X und das Timing 2X,
oder das Timing 1X und das Timing 3X, festgelegt wäre, würden
die Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** die Träger VCP und
VCN kreuzen und Pulse mit Breiten, die geringer sind als eine
minimale EIN-Pulsbreite, würden zu der Zeit erzeugt, wenn die
Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** erzeugt werden, wie in
den Fig. 11(c) und 11(d) gezeigt. Das Timing gibt ein Gebiet
an, das nahe einer Spannung von Null oder einem Bereich hoher
Spannung ist. Dieses Schalttiming wird daher nicht durchgeführt,
weil es zu demselben Problem führen würde, das im Stand der
Technik beim Erzeugen von Gatepulsen mit einer Pulsbreite, die
geringer ist als die minimale EIN-Pulsbreite, vorliegt.
Der Timing- und Trägervergleichs-Schaltkreis 5 ist ähnlich dem
Schalttiming-Schaltkreis 6. Er vergleicht das Schalttimingsignal
TChgX, das aus zwei Bit besteht, und das Trägerphasensignal, das
aus zwei Bit besteht. Wenn die beiden Signale gleich sind, steu
ert der Schaltkreis 5 die Arbeitsweise der Schalter SW1 und SW2,
um den Inhalt der ersten Verriegelungsschaltung 7 auf den neue
sten Stand zu bringen und somit beim Auswählen des korrekten
Schalttimings zu helfen.
Normalerweise wird die Berechnung der neuen Werte der Spannungs
referenzsignale im wesentlichen augenblicklich durchgeführt, und
die oben beschriebene Vorgehensweise ergibt das gewünschte Re
sultat, wie in den Fig. 11(a) und 11(b) gezeigt.
Manchmal können jedoch die Berechnungen beträchtlich länger
dauern. Zum Beispiel wird das Laden der Daten zur Zeit 0a durch
geführt, wie in Fig. 8 gezeigt, und man kann annehmen, daß die
neuen Datenwerte für das Spannungsreferenzsignal bis zur Zeit 2a
nicht bereit sind. In diesem Fall wird, wenn das Schalten zur
Zeit 1a durchgeführt wird, das Schalttimingsignal TChgX vor der
Beendigung der Berechnung von V** zur Zeit 2a ausgegeben. Da die
resultierenden Daten somit nicht korrekt sind, wird die Ausgabe
der zweiten Datenverriegelungsschaltung 8 zwischen den Zeiten 2a
und 0b nicht eingeklinkt. In dieser Situation wird, wenn das
nächste Schalttiming ausgewählt wird, der Inhalt der ersten
Datenverriegelungsschaltung 7 nicht neu geschrieben, weil das
korrekte Resultat nicht erhalten werden kann.
Im Fall der Pulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerung unter Verwen
dung von Vollsteuergatt(GTO)-Thyristoren konzentriert sich, wenn
ein unvollkommener AUS-Gatepuls dem GTO-Thyristor zugeführt
wird, Strom in einem Teil innerhalb des GTO-Thyristors, und der
GTO-Thyristor versagt. Demgemäß wird die Breite des EIN-Gatepul
ses kontrolliert, so daß sie nicht geringer ist als die minimale
EIN-Pulsbreite.
Weil die Pulsbreite in Bereichen TMP und TMN, wo die Spannungs
referenz V** (wobei V** die Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und
VW** anzeigt) oberhalb von maximalen Spannungsreferenzen Vmax und
-Vmax liegt, geringer wird als die minimale AUS-Pulsbreite, wer
den die GTO-Thyristoren in diesen Gebieten auf EIN gehalten,
siehe Fig. 11(e). Die maximalen Spannungsreferenzen Vmax und -Vmax
sind nahe dem Maximalwert der Trägersignale A und B. Das Träger
signal A ist eine Dreieckskurve, die eine konstante Frequenz hat
und sich im Pegel zwischen 0 und Vmax ändert. Das Trägersignal B
ist eine Dreieckskurve, die eine konstante Frequenz hat, die
sich im Pegel zwischen 0 und -Vmax ändert, und die in Phase mit
dem Trägersignal A ist. Das heißt, wenn A = Vmax B = 0, und wenn
A = 0, B = -Vmax.
Im obigen Fall werden der Anfangspunkt und der Endpunkt in dem
Bereich TMP zum Timing 0X geändert, und der Anfangspunkt und der
Endpunkt in dem Gebiet TMN werden zum Timing 2X geändert. In
diesem Fall wird als das Diskriminierungssignal 90 aus Fig. 10
der Wert 1 gesetzt, und das Timing 0X und das Timing 2X können
somit unterschieden werden. Demgemäß kann ein Gebiet mit positi
ver maximaler Spannungsausgabe von einem Gebiet mit negativer
maximaler Spannungsausgabe unterschieden werden.
In der Rechteck-Betriebsart (60°-Konversionsverfahren) wird
eine Korrektur durch Umformen von V* in V** erreicht, wobei V** in
bezug auf V* das Vorzeichen wechselt und den Wert der positiven
oder negativen minimalen Spannungsreferenz Vmin annimmt. Demgemäß
ist eine zu der Ausführungsform, bei der das Spannungsreferenz
signal auf solche minimalen Werte festgelegt wird, alternative
Ausführungsform, das Spannungsreferenzsignal auf 0 (Null) fest
zulegen. Das Spannungsreferenzsignal, das auf Null gesetzt wird,
ist der positive oder negative Maximalwert der drei Phasen.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer Kurvenform der Spannungsrefe
renzsignale VU* bis VW* entsprechend der obigen Korrektur, und ein
Beispiel der Kurvenform der PWM-gesteuerten Ausgangsspannung
(Phasenspannung und Leitungsspannung).
Wie in Fig. 12 gezeigt, ist das korrigierte Spannungsreferenz
signal VU** während der Zeiten TUP und TUN, bei denen das Span
nungsreferenzsignal VU** dem positiven oder negativen Maximalwert
entspricht, gleich 0 (Null).
Ein Hauptschaltkreis eines neutralpunktgeklemmten Dreiphasenin
verters ist in Fig. 13 gezeigt. Weitere Einzelheiten in bezug
auf die Betriebsweise des Inverters können z. B. der oben erwähn
ten anhängigen Anmeldung entnommen werden.
Ein Neutralpunkt wird durch zwei Kondensatoren 103 bereitge
stellt. Diese Kondensatoren 103 sind zwischen der positiven
Seite P und der negativen Seite N einer Gleichspannungsquelle
104 vorgesehen. Eine Spannung von Null kann ausgegeben werden,
weil die Spannungsausgänge VU, VV und VW auf den Neutralpunkt
geklemmt sind. Folglich werden ein elektrisches Potential zwi
schen der positiven Seite P und der negativen Seite N der
Gleichspannungsquelle 104 und eine Dreipunkt-Spannungsausgabe
erhalten. In bezug auf Fig. 3 ist zu bemerken, daß der Ausgang
des Komparators 9 sechs separate Gatepulse bereitstellt, um die
GTOs über sechs separate Gateleitungen ein- und auszuschalten.
Die GTOs werden paarweise betrieben, wobei der eine eingeschal
tet ist, wenn der andere abgeschaltet ist. Die sechs Paare sind:
SU1, SU3; SU2, SU4; SV1, SV3; SV2, SV4; SW1, SW3 und SW2, SW4.
Wenn die Spannungsreferenz auf die Spannung Null festgelegt ist,
wie oben beschrieben, nimmt die Anzahl von Malen, daß die
GTO-Thyristoren geschaltet werden müssen, stark ab. Da der Schalt
verlust abnimmt, kann sich die Betriebseffizienz verbessern. Da
ferner der durch die GTO-Thyristoren fließende Strom in gleichem
Maße abwechselnd in positiver Richtung und in negativer Richtung
fließt, wird die von den GTO-Thyristoren erzeugte Wärme ausge
glichen und die Verwendungsrate der GTO-Thyristoren verbessert.
Weiterhin ist es wegen der Nullkorrektur-Betriebsart möglich,
die Ausgangsspannung zu steuern, ohne daß ein Puls ausgegeben
wird, dessen Breite gleich ist wie oder geringer ist als die
minimale EIN-Pulsbreite nahe dem Nullpunkt der Spannungsrefe
renz. Zusätzlich ist es möglich, hohe Ausgangsspannungen zu
steuern, ohne einen Puls auszugeben, dessen Breite gleich ist
wie oder kleiner ist als die minimale AUS-Pulsbreite nahe dem
Maximalwert der Spannungsreferenz. Weil es möglich ist, die
Leitungsspannung linear über den gesamten Bereich der Ausgangs
spannung vom Gebiet niedriger Ausgangsspannungen bis zum Gebiet
hoher Ausgangsspannungen zu steuern, läßt sich daher ein genau
steuerbarer Inverter erhalten.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Nullkorrektur-Betriebsart
ausgewählt, wenn irgendein oder mehrere Spannungsreferenzsignale
VU*, VV* und VW* gleich sind wie oder kleiner sind als das minimale
Spannungsreferenzsignal Vmin. Wenn dies nicht zutrifft, wird die
formale Betriebsart ausgewählt. Diese Arbeitsweise wird durch
den Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 erreicht. In diesem
zweiten Ausführungsbeispiel wird keine Rechteck-Betriebsart verwendet.
Im Falle der Nullkorrektur-Betriebsart wird eine Phase (U-Phase,
V-Phase oder W-Phase), die gleich ist wie oder kleiner ist als
das minimale Spannungsreferenzsignal Vmin unterschieden und dann
der Typ der Betriebsart, der "Betriebsart = ± 4" bis "Betriebs
art = ± 6" aufweist, ausgewählt, wie in Fig. 5(c) gezeigt.
Der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 wandelt die Spannungs
referenzsignale VU*, VV* und VW* gemäß den gekennzeichneten Be
triebsarten in neue Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** um.
Ein Beispiel für "Betriebsart = ± 4" soll dies veranschaulichen.
(1) Betriebsart = 4:
Nur VU* ist gleich 0 oder größer und ist gleich Vmin oder kleiner.
Nur VU* ist gleich 0 oder größer und ist gleich Vmin oder kleiner.
VU** = Vmin (16)
VV** = Vmin - (VU* - VV*) (17)
VW** = Vmin - (VU* - VW*) (18)
(2) Betriebsart = -4:
Nur VU* ist gleich -Vmin oder größer und ist kleiner als 0.
Nur VU* ist gleich -Vmin oder größer und ist kleiner als 0.
VU** = -Vmin (19)
VV** = -Vmin - (VU* - VV*) (20)
VW** = -Vmin - (VU* - VW*) (21)
Wie oben beschrieben, ist das Spannungsreferenzsignal in der
Phasenspannung unstetig, aber das Spannungsreferenzsignal kann
eine stetige Sinuskurve in der Leitungsspannung formen, die die
Differenz zwischen den Phasenspannungen ist.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine nied
rige Ausgangsspannung zu steuern, ohne einen Puls auszugeben,
dessen Breite gleich ist wie oder geringer ist als die minimale
EIN-Pulsbreite nahe dem Nullpunkt der Spannungsreferenz. Weiter
ist es möglich, eine hohe Ausgabespannung zu steuern, ohne einen
Puls auszugeben, dessen Breite gleich ist wie oder kleiner ist
als die minimale AUS-Pulsbreite nahe dem maximalen Wert der
Spannungsreferenz.
Wenn diese Arbeitsweise in einem neutralpunktgeklemmten Inverter
verwendet wird, ist es folglich möglich, die ausgegebene Lei
tungsspannung linear über den gesamten Bereich der Ausgangsspan
nung vom Bereich niedriger Ausgangsspannung bis zum Bereich
hoher Ausgangsspannung zu steuern, ohne die Anzahl der Schalt
vorgänge für die Schaltelemente, z. B. die GTO-Thyristoren, zu
erhöhen.
Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet nur die Recht
eckkorrektur-Betriebsart.
In diesem Ausführungsbeispiel werden eine erste Methode zum
Auswählen des positiven Maximalwertes der Spannungsreferenzsi
gnale VU*, VV* und VW* und eine zweite Methode zum Auswählen des
negativen Maximalwerts der Spannungsreferenzsignale VU*, VV* und
VW* verwendet, und zwar etwa alle 60° bei der Phase des U-Phasen-
Spannungsreferenzsignals VU*, in dem Betriebsart-Entscheidungs
schaltkreis 2, siehe Fig. 3. Zum Beispiel wird in der ersten
Methode, wenn der positive Maximalwert das U-Phasen-Spannungs
referenzsignal VU* ist, "Betriebsart = -1" ausgewählt. Wenn der
negative Maximalwert das U-Phasen-Spannungsreferenzsignal VU*
ist, wird "Betriebsart = 1" ausgewählt.
Ferner wandelt der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 3 die
Spannungsreferenzsignale VU*, VV* und VW* gemäß der in dem Be
triebsartentscheidungs-Schaltkreis 2 ausgewählten Betriebsart in
neue Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** um.
Beispielsweise werden im Fall von "Betriebsart = 1" neue Span
nungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** nach den Ausdrücken (16)
bis (18) erhalten. Ferner ergeben sich im Fall "Betriebsart = -1"
neue Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** gemäß den Aus
drücken (19) bis (21).
Folglich sind die neuen Spannungsreferenzsignale in der Phasen
spannung unstetig, aber die neuen Spannungsreferenzsignale können
eine stetige Sinuskurve in der Leitungsspannung bilden, die die
Differenz zwischen den Phasenspannungen ist.
Als nächstes wird unter bezug auf Fig. 14 ein viertes Ausfüh
rungsbeispiel beschrieben.
Wie in Fig. 14 gezeigt, sind in dem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung der Schalttimingauswahl-Schaltkreis 4, der Timing-
und Trägervergleichs-Schaltkreis 5 und die ersten Datenverriege
lungsschaltung 7 weggelassen. Anstelle des Schalttiming-Schalt
kreises 6 ist ein Timingschaltkreis 6A vorgesehen.
Der Timing-Schaltkreis 6A ändert das Spannungsreferenzsignal zu
den festen Timings 0X und 2X und kann mit einer einfachen
NOR-Schaltung implementiert sein.
In diesem Fall werden die Pulsbreiten des minimalen Spannungs
referenzsignals Vmin und des maximalen Spannungsreferenzsignals
Vmax so gesetzt, daß sie zweimal so groß sind wie die minimale
EIN-Pulsbreite und die minimale AUS-Pulsbreite, weil bei den
Timings 0X und 2X, wenn die Spannungsreferenz geändert wird, ein
Puls erzeugt wird, der eine halb so große Breite wie die minima
le EIN-Pulsbreite oder die minimale AUS-Pulsbreite hat, siehe
Fig. 11(c) und 11(d).
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Lei
tungsspannung linear über den gesamten Bereich der Ausgangsspan
nung zu steuern.
Als nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter bezug auf Fig. 15 beschrieben.
In diesem fünften Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den
Elementen des vierten Ausführungsbeispiels ein Pegelerfassungs-
Schaltkreis 11 und ein Pulskorrektur-Schaltkreis 12 vorgesehen.
Der Pegelerfassungs-Schaltkreis 11 unterscheidet, ob die neuen
Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** nahe dem Nullpunkt oder
nahe dem maximalen Spannungswert sind.
Der Pulskorrektur-Schaltkreis 12 entfernt einen Puls oder legt
die Pulsbreite auf die minimale EIN-Pulsbreite oder die minimale
AUS-Pulsbreite fest.
Der Puls wird erzeugt, wenn die Spannungsreferenz sich ändert,
und er hat eine halbe Breite (T1/2 in Fig. 11(c)) wie die mini
male EIN-Pulsbreite oder die minimale AUS-Pulsbreite.
Als nächstes wird unter bezug auf die Fig. 16 und 17 eine
Methode zum Bestimmen der Betriebsart während der Rechteck-Be
triebsart als ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein periodischer Taktpuls
gezählt, wenn die Betriebsart in die Rechteck-Betriebsart ge
ändert wird. Immer wenn die gezählte Anzahl eine vorbestimmte
Anzahl von Taktpulsen erreicht, wird die gezählte Anzahl initia
lisiert und das Vorzeichen der Flagge PNFLG geändert. Als Ergeb
nis kann der Typ der Betriebsart an dem Vorzeichen von PNFLG
erkannt werden. Als Betriebsarten kommen hier die sechs Arten
"Betriebsart = ± 1" bis "Betriebsart = ± 3" vor.
Bei dieser Methode wechselt das Vorzeichen von PNFLG periodisch.
Die Änderung steht in keinem Bezug zur Frequenz der Spannungs
frequenzsignale VU*, VV* und VW*. Dieses Verfahren wird "Zeitände
rungsmethode der Rechteck-Betriebsart" genannt.
Ein Beispiel der Kurvenform, die sich ergibt, wenn das Vorzei
hen von PNFLG alle 20 ms unter Verwendung des obigen Verfahrens
geändert wird, ist in Fig. 17 dargestellt.
Weil die an der positiven Seite und der negativen Seite vorgese
henen Schaltelemente (GOT-Thyristoren) ohne Beziehung zu der
Frequenz der Spannungsreferenzsignale VU*, VV* und VW* in den
EIN-Zustand gelangen, kann gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel
der Bereich der Temperaturvariationen der Schaltelemente so
kontrolliert werden, daß er klein ist.
Folglich ist die Effizienz beim Betreiben eines Inverters stark
verbessert.
Als nächstes wird unter bezug auf Fig. 18 ein siebtes Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wenn die Betriebsart in die Rechteck-Betriebsart geändert wird,
unterscheidet das System, ob die Frequenz der Änderungen in den
Spannungsreferenzsignalen VU*, VV* und VW* größer ist als ein
vorgegebener Wert oder nicht, siehe Fig. 18. Wenn die Frequenz
gleich dem vorgegebenen Wert oder größer als der vorgegebene
Wert ist, wird als Ergebnis die Entscheidung für die Betriebsart
so durchgeführt, wie in Fig. 5(b) beschrieben. Wenn die Fre
quenz kleiner ist als der vorgegebene Wert, wird die Entschei
dung für die Betriebsart so durchgeführt, wie in Fig. 16 be
schrieben.
Ein Beispiel für eine Kurvenform ist in Fig. 19 dargestellt. In
diesem Beispiel wird die Kurvenform erzeugt, wenn sich die Fre
quenz der Spannungsreferenz von 5 Hz auf 10 Hz ändert und die
Zeitänderungsmethode zu der 60°-Änderungsmethode nahe 8,3 Hz
geändert wird.
Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist es möglich, im Bereich
niedriger Frequenzen oder während der Ausgabe von Gleichspannung
infolge der Zeitänderungsmethode den Anstieg der Temperatur der
Schaltelemente zu kontrollieren.
Demgemäß wird die Effizienz der Arbeitsweise verbessert.
Im normalen Frequenzbereich nimmt die Anzahl der erforderlichen
Schaltvorgänge für die Schaltelemente, wie z. B. den GTO-Thyri
stor, stark ab.
Folglich ist es möglich, den Inverter auf eine effiziente Weise
zu betreiben.
Als nächstes wird unter bezug auf Fig. 20 ein achtes Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Fig. 20 zeigt einen neutralpunktgeklemmten Inverter, der eine
PWM-Steuerung verwendet. Eine Steuereinheit 201 gibt Spannungs
referenzsignale VU*, VV* und VW* aus und steuert einen Inverter
(nicht gezeigt). Ein Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 202
setzt bei jeder positiven oder negativen Periode T von V** eine
1 oder -1 in ein sich positiv/negativ änderndes Signal PNFLG.
Die Periode wird mittels eines Timers oder Zählers (nicht ge
zeigt), der einen Index i wie in Fig. 21 gezeigt erhöht, in
einer Weise ähnlich wie in Fig. 16 zeitlich festgelegt.
Wenn das Signal PNFLG gleich 1 ist, wird ein Spannungsreferenz
signal, das den positiven Maximalwert der drei Signale VU*, VV*
und VW* hat, ausgewählt. Wenn das ausgewählte Signal VU* ist, wird
"Betriebsart 1" ausgewählt. Wenn das ausgewählte Signal VV* oder
VW* ist, wird "Betriebsart 2" bzw. "Betriebsart 3" gewählt. Wenn
das Signal PNFLG gleich -1 ist, wird zusätzlich das Spannungs
referenzsignal, das den negativen Maximalwert der drei Signale
VU*, VV* und VW* hat, ausgewählt. Wenn das ausgewählte Signal VU*,
VV* oder VW* ist, wird "Betriebsart -1", "Betriebsart -2" bzw.
"Betriebsart -3" gewählt.
Demgemäß gibt der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis 202 einen
der möglichen sechs Typen von Betriebsarten aus, wie oben be
schrieben.
Ein Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 203 korrigiert die Span
nungsreferenzsignale VU*, VV* und VW* und gibt gemäß den obigen
Betriebsarten neue Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** aus.
Ein Beispiel für die U-Phase lautet wie folgt; die Beziehungen
für die anderen Phasen ergeben sich auf ähnliche Weise.
(1) Betriebsart = 1:
Wenn VU* der positive Maximalwert der drei Signale ist.
Wenn VU* der positive Maximalwert der drei Signale ist.
VU** = Vmax (22)
VV** = Vmax - (VU* - VV*) (23)
VW** = Vmax - (VU* - VW*) (24)
(2) Betriebsart = -1:
Wenn VU* der negative Maximalwert der drei Signale ist.
Wenn VU* der negative Maximalwert der drei Signale ist.
VU** = -Vmax (25)
VV** = -Vmax - (VU* - VV*) (26)
VW** = -Vmax - (VU* - VW*) (27)
Vmax bedeutet die maximale Spannungsfrequenz.
Fig. 22 zeigt Kurvenformen der Spannungsreferenzsignale, wobei
die Phasenspannungen und die Leitungsspannungen gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel der Erfindung verlaufen.
Die Steuereinheit 201, der Betriebsartentscheidungs-Schaltkreis
202 und der Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 203 können über
einen programmierten Datenprozessor wie einen Mikroprozessor
über Software implementiert sein. Diese Elemente können daher
als CPU 205 ausgewiesen sein.
Wie oben beschrieben, ist in diesem Ausführungsbeispiel die
Spannungsreferenz unstetig in der Phasenspannung; die neuen
Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** können jedoch eine
stetige Sinuskurve in der Leitungsspannung bilden, die die Dif
ferenz zwischen den Phasenspannungen ist.
Ein Komparator 204 vergleicht die neuen Spannungsreferenzsignale
VU**, VV** und VW** aus dem Spannungsreferenzumform-Schaltkreis 203
mit den Trägersignalen und erzeugt ein Gatesignal, wenn die
Referenzsignale die Trägersignale kreuzen.
Demgemäß werden die Spannungsreferenzsignale VU*, VV* und und VW*
nicht als ein Puls, dessen Breite gleich ist wie oder kleiner
ist als die minimale EIN-Pulsbreite, von dem Spannungsreferen
zumform-Schaltkreis 203 ausgegeben. Ferner wird die Leitungs
spannung in neue Spannungsreferenzsignale VU**, VV** bzw. VW**
umgewandelt. Die Leitungsspannungssignale entsprechend VU**, VV**
und VW** bilden eine stetige Sinuskurve.
Wenn die Ausgabefrequenz von dem Inverter im Bereich niedriger
Spannungen liegt, ist folglich der Anstieg in der Temperatur der
Schaltelemente, wie GTO-Thyristoren, begrenzt, und es ist mög
lich, die ausgegebene Leitungsspannung linear zu steuern.
Als nächstes wird ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel wird in dem Betriebsartentschei
dungs-Schaltkreis 202 (in Fig. 20 gezeigt) ein positives/nega
tives Änderungssignal PNFLG auf "+1" oder "-1" gesetzt, und zwar
bei jeder sich positiv/negativ ändernden Periode T von einem
Timer (nicht gezeigt). Dann werden infolge des positiven/negati
ven Änderungssignals PNFLG unter Verwendung der folgenden Aus
drücke die Spannungsreferenzsignale VU*, VV* und VW* zu einer
festen Spannungsreferenz addiert, und es werden neue Spannungs
referenzsignale VU**, VV** und VW** erhalten, wie in Fig. 23 ge
zeigt.
Alle neuen Spannungsreferenzsignale VU**, VV** und VW** werden bei
jeder sich positiv/negativ ändernden Periode T nach positiv oder
negativ geändert.
(1) Wenn PNFLG "1" ist:
VU** = VU* + 1/2 · Vmax (28)
VV** = VV* + 1/2 · Vmax (29)
VW** = VW* + 1/2 · Vmax (30)
(2) Wenn PNFLG "-1" ist:
VU** = VU* - 1/2 · Vmax (31)
VV** = VV* - 1/2 · Vmax (32)
VW** = VW* - 1/2 · Vmax (33)
Vmax bedeutet die maximale Spannungsreferenz, und VU* ist gleich
1/2 Vmax oder weniger. In Absolutbeträgen ausgedrückt, ist V**
somit kleiner gleich Vmax.
Das neunte Ausführungsbeispiel der Erfindung hat den Vorteil
einer besonders einfachen Konstruktion. Wenn die Ausgangsfre
quenz von dem Inverter im Bereich niedriger Werte liegt, ist der
Anstieg der Temperatur der Schaltelemente, wie von GTO-Thyristo
ren, begrenzt, und es ist möglich, die ausgegebene Leitungsspan
nung linear zu steuern.
Die vorliegende Erfindung ist, um eine anschauliche Beschreibung
zu gewährleisten, über Blockdiagramme von Hardware dargestellt.
Es ist jedoch klar, daß bei der Realisierung der Erfindung auch
arithmetische Operationen verwendet werden können, die mittels
Software unter Benutzung eines Mikrocomputers oder einer ähn
lichen Komponente ausgeführt werden können.
Weiterhin ist in den obigen Ausführungsbeispielen die vorliegen
de Erfindung auf eine Invertervorrichtung zum Umwandeln von
Gleichspannung in Wechselspannung angewendet. Wie für einen
Fachmann klar ist, ist die vorliegende Erfindung jedoch glei
chermaßen auf eine Umformervorrichtung zum Umwandeln von Wech
selspannung in Gleichspannung anwendbar.
Claims (15)
1. Verfahren zum Steuern eines Inverters, der eine Anzahl von
Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungs
spannungen, die als die Differenzen zwischen den Phasenspan
nungen definiert sind, erzeugt, wobei das Verfahren durch
die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen mit mehrfachen Phasen;
Bestimmen einer Betriebsart des Inverters, ausgewählt aus (1) einer normalen Betriebsart, (2) einer Rechteck-Be triebsart und (3) einer Nullkorrektur-Betriebsart, in Ant wort auf die Werte und Polaritäten der Spannungsreferenzen;
Verwenden der Spannungsreferenzen während der normalen Betriebsart als Referenzwert zum Steuern des Inverters; und
in wenigstens einer der bestimmten Rechteck-Betriebsart oder Nullkorrektur-Betriebsart, Umwandeln der Spannungsrefe renzsignale in umgeformte Spannungsreferenzsignale gemäß einem vorgewählten Algorithmus, so daß jede Phasenspannung, die auf den umgeformten Spannungsreferenzsignalen basiert, eine kontrollierte Pulsbreite hat, die größer ist als oder gleich groß ist wie eine vorbestimmte minimale Breite, und so daß sich die resultierenden Leitungsspannungen im Ver gleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern.
Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen mit mehrfachen Phasen;
Bestimmen einer Betriebsart des Inverters, ausgewählt aus (1) einer normalen Betriebsart, (2) einer Rechteck-Be triebsart und (3) einer Nullkorrektur-Betriebsart, in Ant wort auf die Werte und Polaritäten der Spannungsreferenzen;
Verwenden der Spannungsreferenzen während der normalen Betriebsart als Referenzwert zum Steuern des Inverters; und
in wenigstens einer der bestimmten Rechteck-Betriebsart oder Nullkorrektur-Betriebsart, Umwandeln der Spannungsrefe renzsignale in umgeformte Spannungsreferenzsignale gemäß einem vorgewählten Algorithmus, so daß jede Phasenspannung, die auf den umgeformten Spannungsreferenzsignalen basiert, eine kontrollierte Pulsbreite hat, die größer ist als oder gleich groß ist wie eine vorbestimmte minimale Breite, und so daß sich die resultierenden Leitungsspannungen im Ver gleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt zum Erzeugen der Spannungsreferenzsignale ein Erzeu
gen von Spannungsreferenzsignalen mit drei Phasen aufweist,
und daß das Verfahren weiterhin folgende Schritte aufweist:
Bestimmen der normalen Betriebsart, wenn alle drei Phasen der Spannungsreferenzsignale oberhalb eines vorge wählten Wertes liegen;
Bestimmen der Rechteck-Betriebsart, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen vorliegt: (1) wenigstens zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale sind kleiner als oder gleich groß wie der vorgewählte Wert, und (2) wenigstens zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale sind kleiner als oder gleich groß wie zweimal der vorgewählte Wert und die Vorzeichen dieser wenigstens zwei Phasen der Spannungsrefe renzsignale haben in bezug aufeinander verschiedene Polari täten; und
Bestimmen der Nullkorrektur-Betriebsart, wenn die Span nungsreferenz einer Phase der Spannungsreferenzsignale klei ner ist als oder gleich groß ist wie der vorgewählte Wert und wenn die anderen beiden Phasen der Spannungsreferenzsi gnale kleiner sind als oder gleich groß sind wie zweimal der vorgewählte Wert und dieselbe Polarität haben.
Bestimmen der normalen Betriebsart, wenn alle drei Phasen der Spannungsreferenzsignale oberhalb eines vorge wählten Wertes liegen;
Bestimmen der Rechteck-Betriebsart, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen vorliegt: (1) wenigstens zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale sind kleiner als oder gleich groß wie der vorgewählte Wert, und (2) wenigstens zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale sind kleiner als oder gleich groß wie zweimal der vorgewählte Wert und die Vorzeichen dieser wenigstens zwei Phasen der Spannungsrefe renzsignale haben in bezug aufeinander verschiedene Polari täten; und
Bestimmen der Nullkorrektur-Betriebsart, wenn die Span nungsreferenz einer Phase der Spannungsreferenzsignale klei ner ist als oder gleich groß ist wie der vorgewählte Wert und wenn die anderen beiden Phasen der Spannungsreferenzsi gnale kleiner sind als oder gleich groß sind wie zweimal der vorgewählte Wert und dieselbe Polarität haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die umgeformten Spannungsreferenzsignale Phasen entspre
chend den Phasen der Spannungsreferenzsignale haben und daß
der Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in
die umgeformten Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-
Betriebsart die folgenden Schritte aufweist:
Auswählen der Phase der Spannungsreferenzsignale, die den größten Absolutwert hat, und
Festlegen der Phase des umgeformten Spannungsreferenz signals entsprechend der ausgewählten Phase auf einen vor bestimmten Wert, Vmin, wobei Vmin das in bezug auf die ausge wählte Phase entgegengesetzte Vorzeichen hat, und Festlegen der anderen Phasen der umgeformten Spannungsreferenzsignale so, daß die resultierenden Leitungsspannungen sich im Ver gleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern.
Auswählen der Phase der Spannungsreferenzsignale, die den größten Absolutwert hat, und
Festlegen der Phase des umgeformten Spannungsreferenz signals entsprechend der ausgewählten Phase auf einen vor bestimmten Wert, Vmin, wobei Vmin das in bezug auf die ausge wählte Phase entgegengesetzte Vorzeichen hat, und Festlegen der anderen Phasen der umgeformten Spannungsreferenzsignale so, daß die resultierenden Leitungsspannungen sich im Ver gleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die umgeformten Spannungsreferenzsignale Phasen VU**, VV**
und VW** entsprechend den Phasen VU*, VV* bzw. VW* der Span
nungsreferenzsignale haben und daß der Schritt zum Umwandeln
der Spannungsreferenzsignale in die umgeformten Spannungs
referenzsignale in der Rechteck-Betriebsart die folgenden
Schritte aufweist:
- a) wenn das Spannungsreferenzsignal VU* das größte der drei Phasen ist und positiv ist, Setzen der Werte der kor rigierten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Bezie hungen: VU** = -VminVV** = -Vmin - (VU* - VV*)VW** = -Vmin - (VU* - VW*), undwenn das Spannungsreferenzsignal VU* das größte der drei Phasen ist und negativ ist, Setzen der Werte der korrigier ten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Beziehungen:VU** = VminVV** = Vmin - (VU* - VV*)VW** = Vmin - (VU* - VW*),wobei Vmin ein vorbestimmter Wert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die umgeformten Spannungsreferenzsignale Phasen VU**, VV**
und VW** entsprechend den Phasen VU*, VV* bzw. VW* der Span
nungsreferenzsignale haben und daß der Schritt zum Umwandeln
der Spannungsreferenzsignale in die umgeformten Spannungs
referenzsignale in der Rechteck-Betriebsart die folgenden
Schritte aufweist:
- a) wenn das Spannungsreferenzsignal VU* das größte der drei Phasen ist und positiv ist, Setzen der Werte der kor rigierten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Bezie hungen: VU** = 0VV** = -Vmin - (VU* - VV*)VW** = -Vmin - (VU* - VW*), undwenn das Spannungsreferenzsignal VU* das größte der drei Phasen ist und negativ ist, Setzen der Werte der korrigier ten Spannungsreferenzsignale nach den folgenden Beziehungen: VU** = 0VV** = Vmin - (VU* - VV*)VW** = Vmin - (VU* - VW*),wobei Vmin ein vorbestimmter Wert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale
in die umgeformten Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-
Betriebsart stattfindet entweder (1) zu einer festen Zeit,
wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale kleiner ist
als ein vorher festgelegter Wert, oder (2) zu einer Zeit,
die durch eine vorbestimmte Phase der Spannungsreferenzsi
gnale bestimmt wird, wenn die Frequenz der Spannungsrefe
renzsignale größer ist als oder gleich groß ist wie der
vorher festgelegte Wert.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in umge
formte Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-Betriebsart
stattfindet entweder (1) zu einer festen Zeit, wenn die
Frequenz der Spannungsreferenzsignale kleiner ist als ein
vorher festgelegter Wert, oder (2) zu einer Zeit, die durch
eine vorbestimmte Phase der Spannungsreferenzsignale be
stimmt wird, wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale
größer ist als oder gleich groß ist wie der vorher festge
legte Wert.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt zum Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in die
umgeformten Spannungsreferenzsignale in der Rechteck-Be
triebsart stattfindet entweder (1) zu einer festen Zeit,
wenn die Frequenz der Spannungsreferenzsignale kleiner ist
als ein vorher festgelegter Wert, oder (2) zu einer Zeit,
die durch eine vorbestimmte Phase der Spannungsreferenzsi
gnale bestimmt wird, wenn die Frequenz der Spannungsrefe
renzsignale größer ist als oder gleich groß ist wie der
vorher festgelegte Wert.
9. Verfahren zum Steuern eines Inverters, der eine Anzahl von
Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl von Leitungs
spannungen, die als die Differenzen zwischen den Phasenspan
nungen definiert sind, erzeugt, gekennzeichnet durch die
folgenden Schritte:
- a) Erzeugen von Spannungsreferenzsignalen mit einer Anzahl von Phasen;
- b) Auswählen der Phase des Spannungsreferenzsignals, das den am meisten positiven Wert hat;
- c) Umwandeln der ausgewählten Phase in eine Phase eines umgeformten Spannungsreferenzsignals, das entweder (1) einen vorgewählten minimalen Wert hat, der negativ ist, oder (2) einen vorgewählten Wert hat, der Null ist;
- d) Umwandeln der anderen Phasen der Spannungsreferenz signale in umgeformte Spannungsreferenzsignale des Inver ters, so daß die resultierenden Leitungsspannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsi gnale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern;
- e) Auswählen der Phase des Spannungsreferenzsignals, das den am meisten negativen Wert hat;
- f) Umwandeln der ausgewählten Phase zu einer Phase eines umgeformten Spannungsreferenzsignals, das entweder (1) einen vorgewählten minimalen Wert hat, der positiv ist, oder (2) einen vorgewählten Wert hat, der Null ist;
- g) Umwandeln der anderen Phasen der Spannungsreferenz signale in umgeformte Spannungsreferenzsignale des Inver ters, so daß die resultierenden Leitungsspannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsi gnale erzeugten Leitungsspannungen sich nicht ändern; und
- h) alternatives Umschalten zwischen den Schritten b) bis d) und den Schritten e) bis g), um den Inverter zu steu ern.
10. Inverter-Steuervorrichtung für einen Inverter, der eine
Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl
von Leitungsspannungen, die als die Differenzen zwischen den
Phasenspannungen definiert sind, erzeugt, gekennzeichnet
durch:
- a) Betriebsartentscheidungs-Einrichtungen zum Bestimmen einer Betriebsart, ausgewählt aus (1) einer normalen Be triebsart, (2) einer Rechteck-Betriebsart und (3) einer Nullkorrektur-Betriebsart, in Antwort auf Werte und Polari täten von Spannungsreferenzsignalen mit mehrfachen Phasen; und
- b) Spannungsreferenzumform-Einrichtungen,
- 1) die in der normalen Betriebsart zum Ausgeben der Spannungsreferenzsignale als umgeformte Spannungsrefe renzsignale, die identisch zu den Spannungsreferenzsignalen sind, arbeiten; und
- 2) die in der Rechteck- und in der Nullkorrektur- Betriebsart zum Ausgeben von korrigierten Spannungsreferenz signalen in Antwort auf die Spannungsreferenzsignale gemäß einem Algorithmus arbeiten, so daß die resultierenden Lei tungsspannungen sich im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern.
11. Inverter-Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Inverter ein neutralpunktgeklemmter Inver
ter ist, der drei Phasenspannungen ausgibt, und daß in der
Rechteck-Betriebsart die Spannungsreferenzumform-Einrich
tungen eine Phase der korrigierten Spannungsreferenzsignale
auf einen Nullwert festlegen.
12. Inverter-Steuervorrichtung zum Steuern eines neutralpunkt
geklemmten Dreiphaseninverters, der Schaltelemente aufweist
und eine Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende
Anzahl von Leitungsspannungen erzeugt, gekennzeichnet durch:
Einrichtungen zum Erzeugen von Spannungsreferenzsigna len mit mehrfachen Phasen;
Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum
Einrichtungen zum Erzeugen von Spannungsreferenzsigna len mit mehrfachen Phasen;
Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum
- 1) Umwandeln der Spannungsreferenzsignale in umgeform te Spannungsreferenzsignale, wobei die Umformeinrichtungen den Wert eines korrigierten Spannungsreferenzsignals entwe der auf einen positiven Minimalwert oder einen negativen Minimalwert festlegen, wenn die Breite irgendeiner der An zahl von Phasenspannungen gleich einem Minimalwert entspre chend einer minimalen EIN-Pulsbreite der Schaltelemente wird; und
- 2) Umwandeln der anderen Spannungsreferenzsignale, so daß sich die resultierenden Leitungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeug ten Leitungsspannungen nicht ändern.
3. Inverter-Steuervorrichtung zum Steuern eines neutralpunkt
geklemmten Dreiphaseninverters, wobei der Inverter eine
Anzahl von Phasenspannungen und eine entsprechende Anzahl
von Leitungsspannungen erzeugt, gekennzeichnet durch:
Einrichtungen zum Erzeugen von Spannungsreferenzsigna len mit mehrfachen Phasen;
ersten Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum Um wandeln aller Phasen der Spannungsreferenzsignale in umge formte Spannungsreferenzsignale, wobei alle eine positive Polarität haben, so daß sich die aus den umgeformten Span nungsreferenzsignalen erzeugten resultierenden Leitungsspan nungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungs referenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern;
zweite Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum Um wandeln aller Phasen der Spannungsreferenzsignale in umge formte Spannungsreferenzsignale, wobei alle eine negative Polarität haben, so daß sich die aus den umgeformten Span nungsreferenzsignalen erzeugten resultierenden Leitungsspan nungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungs referenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern; und
Schalteinrichtungen zum abwechselnden Steuern des In verters unter Verwendung der ersten und der zweiten Span nungsreferenzumform-Einrichtungen.
Einrichtungen zum Erzeugen von Spannungsreferenzsigna len mit mehrfachen Phasen;
ersten Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum Um wandeln aller Phasen der Spannungsreferenzsignale in umge formte Spannungsreferenzsignale, wobei alle eine positive Polarität haben, so daß sich die aus den umgeformten Span nungsreferenzsignalen erzeugten resultierenden Leitungsspan nungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungs referenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern;
zweite Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum Um wandeln aller Phasen der Spannungsreferenzsignale in umge formte Spannungsreferenzsignale, wobei alle eine negative Polarität haben, so daß sich die aus den umgeformten Span nungsreferenzsignalen erzeugten resultierenden Leitungsspan nungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungs referenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern; und
Schalteinrichtungen zum abwechselnden Steuern des In verters unter Verwendung der ersten und der zweiten Span nungsreferenzumform-Einrichtungen.
14. Inverter-Steuervorrichtung zum Steuern eines neutralpunkt
geklemmten Dreiphaseninverters, wobei der Inverter drei
Phasenspannungen und drei entsprechende Leitungsspannungen
erzeugt, gekennzeichnet durch:
erste Steuerungsreferenzumform-Einrichtungen zum Umwan deln von zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale in umge formte Spannungsreferenzsignale, wobei jede eine positive Polarität hat, und zum Umwandeln der anderen Phase der Span nungsreferenzsignale in ein umgeformtes Spannungsreferenzsi gnal mit einem Wert von Null, wobei die Umwandlung so er folgt, daß die aus den umgeformten Spannungsreferenzsignalen erzeugten resultierenden Leitungsspannungen sich im Ver gleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern;
zweite Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum Um wandeln von zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsreferenzsignale, wobei jede eine negati ve Polarität hat, und zum Umwandeln der anderen Phase der Spannungsreferenzsignale in ein umgeformtes Spannungsrefe renzsignal mit einem Wert von Null, wobei die Umwandlung so erfolgt, daß sich die aus den umgeformten Spannungsreferenz signalen erzeugten resultierenden Leitungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsi gnale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern; und
Schalteinrichtungen zum abwechselnden Steuern des In verters unter Verwendung der ersten und der zweiten Span nungsreferenzumform-Einrichtungen.
erste Steuerungsreferenzumform-Einrichtungen zum Umwan deln von zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale in umge formte Spannungsreferenzsignale, wobei jede eine positive Polarität hat, und zum Umwandeln der anderen Phase der Span nungsreferenzsignale in ein umgeformtes Spannungsreferenzsi gnal mit einem Wert von Null, wobei die Umwandlung so er folgt, daß die aus den umgeformten Spannungsreferenzsignalen erzeugten resultierenden Leitungsspannungen sich im Ver gleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern;
zweite Spannungsreferenzumform-Einrichtungen zum Um wandeln von zwei Phasen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsreferenzsignale, wobei jede eine negati ve Polarität hat, und zum Umwandeln der anderen Phase der Spannungsreferenzsignale in ein umgeformtes Spannungsrefe renzsignal mit einem Wert von Null, wobei die Umwandlung so erfolgt, daß sich die aus den umgeformten Spannungsreferenz signalen erzeugten resultierenden Leitungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsi gnale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern; und
Schalteinrichtungen zum abwechselnden Steuern des In verters unter Verwendung der ersten und der zweiten Span nungsreferenzumform-Einrichtungen.
15. Inverter-Steuervorrichtung zum Steuern eines neutralpunkt
geklemmten Dreiphaseninverters, wobei der Inverter drei
Phasenspannungen und drei entsprechende Leitungsspannungen
erzeugt, gekennzeichnet durch:
- a) einen Generator, der Spannungsreferenzsignale mit einer Anzahl von Phasen erzeugt;
- b) Einrichtungen zum Auswählen der Phase des Spannungs referenzsignals, das den am meisten positiven Wert hat;
- c) Einrichtungen zum Umwandeln der ausgewählten Phase in eine Phase eines umgeformten Spannungsreferenzsignals, das einen vorgewählten positiven Maximalwert hat;
- d) Einrichtungen zum Umwandeln der anderen Phasen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsreferenz Si gnale des Inverters, so daß sich die resultierenden Lei tungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern
- e) Einrichtungen zum Auswählen der Phase des Spannungs referenzsignals, das den am meisten negativen Wert hat;
- f) Einrichtungen zum Umwandeln der ausgewählten Phase in eine Phase eines umgeformten Spannungsreferenzsignals, das einen vorgewählten negativen Maximalwert hat;
- g) Einrichtungen zum Umwandeln der anderen Phasen der Spannungsreferenzsignale in umgeformte Spannungsreferenz Si gnale des Inverters, so daß sich die resultierenden Lei tungsspannungen im Vergleich zu den unter Verwendung der Spannungsreferenzsignale erzeugten Leitungsspannungen nicht ändern; und
- h) Einrichtungen zum abwechselnden Schalten zwischen den Schritten b) bis d) und den Schritten e) bis g), um den Inverter zu steuern.
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