HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[Gebiet der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit
eines Leistungskonverters zum Umwandeln eines Gleichstroms in
eine Phasenwechseispannung mit wenigstens drei elektrischen
Potentialen und insbesondere Verbesserungen der
Schaltsteuerung von Elementen, die den Leistungskonverter bilden.
[Stand der Technik]
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Ein dipolares Modulationsverfahren zur abwechselnden
Ausgabe positiver und negativer Impulsspannungen über eine
Nullspannung, um die Wellenforn eines Dreipegelinverters zu
verbessern wurde in "A Novel approach to the Generation and
Optimization of Three-level PWM Wave Forms", S. 1255 bis
1262, vorgeschlagen. In der Druckschrift ist beschrieben, daß
die Ausgangswellenform durch Ändern der vorgegebenen
Beziehung zwischen der Verschiebung und der Amplitude einer
modulierten Welle verbessert werden kann.
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Es wurde herausgefunden, daß die auf der
Gleichstromseite gelegenen Elemente (zwei an die Gleichspannungsguelle
angeschlossene Schaltelemente) und die auf der
Wechselstromseite gelegenen Elemente (zwei an den
Wechselspannungs-Ausgangsanschluß angeschlossene Schaltelemente) hinsichtlich des
in den Schaltelementen auftretenden Verlusts nicht
gleichmäßig sind, wenn eine dipolare Modulation auf der Grundlage der
im vorhergehend erwähnten Stand der Technik beschriebenen
Beziehung vorgenommen wird. Die Wärmeerzeugungsverteilung der
auf der Gleichstromseite gelegenen Elemente und der auf der
Wechselstromseite gelegenen Elemente ist infolge dieses
Mangels an Gleichmäßigkeit ungleichmäßig, weshalb es
erforderlich
ist, daß das Elementkühlsystem entsprechend den
Elementen mit einen hohen Wärmewert ausgelegt wird, was das
Invertersysten groß macht.
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Aus IEEE Transactions on Industry Applications, Band
IA- 19, Nr. 6, Nov., Dez. 1983, PRADEEP M. BHAGWAT: "Generalized
Structure of a Multilevel PWM Inverter", ist ein Dreipegel-
Leistungskonverter mit den Merkmalen des ersten Teils des
Anspruchs 1 bekannt, bei dem die Wechselstromausgabe zwischen
einem hohen Potential, einem niedrigen Potential und einem
dazwischenliegenden Nullpotential wechselt. Die Dauer der
verschiedenen Potentialintervalle wird so gesteuert, daß die
oberwellenverteilung der Ausgangswellenform durch Einstellen
der Dauer des Nullpotentials verringert wird, so daß die
Gesamtdauer des Nullpotentialintervalls kleiner gemacht wird
als die Summe der Zeitdauer der Intervalle des hohen und des
niedrigen Potentials.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine Steuereinrichtung zu schaffen, um die in den
Schaltelementen, die die Hauptschaltung eines Dreipegelinverters mit
einer dipolaren Modulationseinrichtung bilden, erzeugte
Wärmeerzeugungsverteilung auszugleichen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Konverter gemäß Anspruch
1 gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Anspruch 2
offenbart.
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Um die vorhergehend erwähnten Aufgaben zu lösen, ist in
einer Steuereinrichtung für einen Leistungskonverter, die
einen Leistungskonverter enthält zur Umwandlung eines
Gleichstroms in eine Phasenwechseispannung mit einem hohen
Potential, einem Zwischenpotential und einem niedrigen Potential
durch selektives Schalten mittels einer Schalteinrichtung
sowie einer Modulationseinrichtung, um den Halbzyklus der
Ausgangsphasenwechselspannung dieses Leistungskonverters durch
abwechselndes Ausgeben des hohen und des niedrigen Potentials
über den Weg des Zwischenpotential darzustellen, die
Differenz
zwischen dem Mittelwert der durch eine Schalteinrichtung
zur Ausgabe des vorhergehend erwähnten Zwischenpotentials
fließenden Ströme und dem Mittelwert der durch eine mit dem
hohen oder dem niedrigen Potential des vorhergehend erwähnten
Gleichstroms verbundenen Schalteinrichtung fließenden Ströme
niedriger als der Mittelwert, der durch die mit dem hohen
oder den niedrigen Potential des vorhergehend erwähnten
Gleichstroms verbundenen Schalteinrichtung fließenden Ströme.
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Um die vorhergehend erwähnten Aufgaben zu lösen, enthält
eine Steuereinrichtung für einen Leistungskonverter mit einer
Modulationseinrichtung zum Umwandeln eines Gleichstroms in
eine Phasenwechselspannung mit wenigstens drei Potentialen,
wie einem hohen Potential, einem Zwischenpotential und einem
niedrigen Potential, sowie zur Darstellung des Halbzyklus der
ausgangsphasenwechselspannung durch abwechselnde Ausgabe des
hohen und des niedrigen Potentials über den Weg des
Zwischenpotentials eine Einrichtung, um den Gesamtwert der
Impulsbreiten des hohen Potentials und des niedrigen Potential
größer zu machen als den Gesamtwert der im Halbzyklus der
Ausgangsphasenwechselspannung enthaltenen Ausgangsperioden des
Zwischenpotentials.
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Um die vorhergehend erwähnten Aufgaben zu lösen, enthält
eine Steuereinrichtung für ein Elektrofahrzeug, das eine
Modulationseinrichtung zur Darstellung des Halbzyklus der
Ausgangsphasenwechselspannung durch abwechselnde Ausgabe des
hohen und des niedrigen Potentials über das Zwischenpotential,
einen Leistungskonverter zur Umwandlung eines Gleichstrons in
eine Phasenwechselspannung mit wenigstens drei Potentialen,
wie einem hohen Potential, einen Zwischenpotential und einem
niedrigen Potential, sowie einen Wechselstrommotor zum
Antreiben eines Elektrofahrzeugs, dem durch den
Leistungskonverter eine Spannung zugeführt wird, aufweist, eine
Einrichtung, um es zu ermöglichen, daß die Grundwelle bei der
Ausgangsfrequenz des vorhergehend erwähnten Inverters auch bei
höchstens einigen Hz arbeitet.
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Die Wärmewerte der auf der Gleichstromseite gelegenen
Elemente und der auf der Wechselstromseite gelegenen Elemente
sind nicht gleichmäßig, da der Einschaltzeitabschnitt der auf
der Wechselstromseite gelegenen Elemente länger ist als
derjenige der auf der Gleichstromseite gelegenen Elemente, so
daß der Versorgungsstrom der auf der Wechselstromseite
gelegenen Elemente höher ist als derjenige der auf der
Gleichstromseite gelegenen Elemente und beispielsweise etwa das
zwei- bis dreifache beträgt.
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Die Differenz zwischen dem mittleren Strom der inneren
Schalteinrichtung und dem mittleren Strom der äußeren
Schalteinrichtung wird daher kleiner gemacht als der mittlere Strom
der äußeren Schalteinrichtung, so daß die Differenz zwischen
dem inneren und dem äußeren Strom verringert wird und die
Wärmewerte gleichmäßig gemacht werden.
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Durch Einbauen einer Einrichtung, um den Gesamtwert der
Impulsbreiten des hohen Potentials und des niedrigen
Potentials größer zu machen als den Gesamtwert der
Ausgangszeitabschnitte des im Haibzyklus der Ausgangsphasenwechselspannung
im dipolaren Modulationsbereich enthaltenen
Zwischenpotentials, werden die Ein- und Ausschaltzeit eines jeden
Schaltelements fast gleich, und der Versorgungsstrom für ein jedes
Element wird gleichmäßig gemacht.
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Wenn ein Dreipegelinverter mit einer
dipolarenmodulationseinrichtung als Steuereinrichtung für ein Elektrofahrzeug
verwendet wird, kann das Elektrofahrzeug bei 0 V gestartet
werden. Hierdurch wird eine Einrichtung ermöglicht, die den
Grundwellenbetrieb bei der Ausgangsfrequenz eines Inverters
bei höchstens einigen Hz fortgesetzt, was zu
zufriedenstellender Arbeitsweise führt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Signaldiagramm zur Darstellung von
Beziehungen zwischen dem Schaltzustand eines Dreipegelinverters
und einer Ausgangsphasenspannung.
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Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 2
gezeigten Ausgangsphasenspannung
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Fig. 4 ist eine Darstellung des dipolaren
Modulationsbereichs.
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Fig. 5 ist eine Darstellung eines Beispiels des
Einstellens des Verschiebungswerts.
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Fig. 6 ist eine Darstellung einer Einrichtung zur
Begrenzung des eingestellten Verschiebungswerts.
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Fig. 7 ist eine Darstellung eines weiteren Beispiels des
Einstellens des Verschiebungswerts.
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Fig. 8 ist eine Darstellung der Inverterfrequenz und des
Bereichs einer jeden Modulationseinrichtung.
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Fig. 9 ist eine Darstellung von Beziehungen zwischen dem
Verschiebungswert und dem Elementstrom.
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Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer anderen
Ausführungsform.
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Fig. 11 ist eine Darstellung von Beziehungen zwischen
dem Schaltzustand eines Dreipegelinverters und der
Ausgangsphasenspannung einer anderen Ausführungsform.
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Fig. 12 ist eine Darstellung einer anderen
Ausführungsform des Arbeitsbereichs der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform des
Arbeitsbereichs der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 14 sind Anforderungen an den mittleren
Elementstrom gegenüber der Inverterfrequenz aufgetragen, wenn die
vorliegende Erfindung eingesetzt wird und wenn sie nicht ein
gesetzt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORM
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Nachfolgend werden die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung erklärt, und es wird dann Bezug nehmend auf die
Figuren 1 bis 9 eine Ausführungsform beschrieben.
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Kürzlich wurde eine Technik zum Einstellen eines
zusätzlichen Zwischenpotentialpunkts zwischen einem hohen
Potentialpunkt und einem niedrigen Potentialpunkt einer
Gleichspannungsquelle zum Betreiben eines Induktionsmotors, insbe
sondere eines Induktionsmotors zum Antreiben eines
Elektrofahrzeugs durch einen als Dreipegelinverter bezeichneten
Inverter (auch als Reihen-Mehrfachinverter oder Neutralpunkt-
Klemminverter bezeichnet) zum durch selektives Ein- und
Ausschalten von Schaltelenenten erfolgenden Herbeiführen von
drei Potentialpegeln am hohen Potentialpunkt, am niedrigen
Potentialpunkt und am dazwischenliegenden Potentialpunkt an
einem Wechselspannungsanschluß (als eine Phasenspannung),
eingeführt.
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Wesentliche Eigenschaften dieses Dreipegelinverters
bestehen darin, daß die Ausgangswechselspannung mit einem
geringen Oberwellenanteil erhalten werden kann, da die PWM-
Schaltfrequenz offensichtlich erhöht werden kann, und daß die
Schaltelemente so eingerichtet werden können, daß sie eine
geringe Dielektrizit-t aufweisen, da die Schaltelemente durch
Aufteilen der Gleichspannungsversorgung verkleinert werden
können.
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Der Grundaufbau der Hauptschaltung (drei Phasen) ist in
Fig. 1 dargestellt.
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In Fig. 1 bezeichnet eine Bezugszahl 60 eine Leitung
eines elektrischen Fahrzeugs, die eine Gleichspannungsguelle
ist, 61 und 62 Kondensatoren, die so geteilt sind, daß ein
Zwischenpunkt N (nachfolgend als Neutralpunkt bezeichnet) der
Spannung der Gleichspannungsquelle 60, 70 bis 73, 80 bis 83
erzeugt wird, und 90 bis 93 selbständig Lichtbogen löschende
Schaltelemente mit Rückstrom-Gleichrichterzellen (wenngleich
in diesem Beispiel IGBT verwendet wird, können GTOs oder
Transistoren verwendet werden) und 74, 75, 84, 85, 94 und 95
Hilfsgleichrichterzellen (Klemmdioden) zum Ableiten des
Potentials am Neutralpunkt eines jeden Kondensators. Ein
Induktionsmotor 10 wird als Last verwendet.
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Die Grundarbeitsweise von Schaltarmen 7 bis 9, die für
jede Phase unabhängig voneinander betätigt werden können,
wird unter Verwendung des Schaltarms 7 als Beispiel erklärt.
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Es wird angenommen, daß die Spannungen edl und ed2 der
Kondensatoren 61 und 62 vollkommen glatte
Gleichspannungsquellen sind und ed1 = ed2 Ed/2 ist (Ed: gesamte
Gleichspannung).
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In diesem Fall können an einem
Wechselspannungs-Ausgangsanschluß U durch Steuern des Ein- und Ausschaltens der
Schaltelemente 70 bis 73 drei Ausgangsspannungspegel Ed/2, 0
sowie -Ed/2 erhalten werden, wie in Tabelle 1 dargestellt
ist.
Tabelle 1
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Die Symbole S&sub1; bis S&sub4; und S bezeichnen Schaltfunktionen
zur Darstellung der Schaltzustände der Schaltelemente 70 bis
73 durch 1, 0 und -1, und sie weisen die folgenden
Beziehungen auf:
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S&sub2; = S&sub4;, S&sub3; = S&sub1;, S = Si - S&sub4;
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Durch die vorhergehenden Beziehungen kann die
Ausgangsspannung e durch Gleichung 1 ausgedrückt werden.
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e = s&sub1; ed1 - S&sub4; ed2 = SED/2 (ed1 = ed2 = ed/2) ... (1)
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"e" weist eine Wellenforn auf, bei der die
Impulsspannungen von Ed/2, 0 und -Ed/2 kombiniert sind. S wird jedoch
gewöhnlich einer Jmpulsbreitenmodulations-Steuerung (PWM-
Steuerung) unterzogen, um "e" in die Nähe einer Sinuskurve zu
bringen. Eine PWM-Steuervorrichtung kann den Leitzustand der
Schaltelemente durch Vorsehen von S&sub1; und S&sub2; bestimmen.
Einzelheiten der Hauptschaltung des Dreipegelinverters
sind in JP-B-51-47848 und JP-A-56-74088 beschrieben.
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Nachfolgend werden die Beziehungen zwischen einem
Inverter-Ausgangs spannungsbe fehl, einer Inverterausgangsspannung
und einem Schaltelementstrom, Bezug nehmend auf die Figuren 2
und 8, erklärt.
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Ein Inverter-Ausgangsspannungsbefehl E* wird gemäß einer
Inverterfrequenz Fi* festgelegt, wie in Fig. 8 dargestellt
ist. Bis die Inverterfrequenz Fi* Fcv erreicht, wenn die
Ausgangsspannung E* maximiert wird, wächst E* fast in gleichen
Verhältnis zu Fi*, und die Ausgangsspannung kann nicht größer
werden als die Netzspannung des Elektroautos, so daß die
Ausgangsspannung auf einer maximalen Ausgangsspannung von Emax
gehalten wird, wenn die Inverterfrequenz Fcv übersteigt.
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Eine dipolare Modulation bedeutet ein
Modulationsverfahren, das ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine
partielle dipolare Modulation bedeutet ein
Modulationsverfahren, bei dem der dipolare und der unipolare Zeitabschnitt im
Halbzyklus der Grundwelle der Inverter-Ausgangsphasenspannung
enthalten sind, eine unipolare Modulation bedeutet ein
Modulationsverfahren, bei dem der Halbzyklus der Grundwelle der
Inverter-Ausgangsphasenspannung aus einen positiven oder
negativen Impuls und einem Null-Zeitabschnitt besteht, und eine
Übermodulation bedeutet ein Modulationsverfahren zur
Darstellung einer Grundwelle, bei der ein oder mehrere Impulse an
beiden Enden eines breiten Impulses auftreten, und ein Impuls
bedeutet ein Modulationsverfahren zur Darstellung des
Halbzyklus der Grundwelle durch einen Impuls.
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Aus diesem Inverter-Ausgangsspannungsbefehl E* und der
Gleichspannung Ed wird ein Grundwellen-Amplitudenbefehl A
festgelegt, wie in Gleichung 2 angegeben ist
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A = 2 2E* / (ed1 + ed2) = 2 2E* / Ed ... (2)
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Daher läßt sich ein Grundwellenbefehl a&sub1;*, wie
nachfolgend dargestellt, durch den Grundwellen-Amplitudenbefehl A
und die Phase θ ausdrücken.
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a&sub1;* = Asinθ
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wobei θ = 2 Fi*t t: Zeit ... (3)
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Nachfolgend wird die dipolare Modulation, Bezug nehmend
auf Fig. 2, erklärt.
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Bei der dipolaren Modulation wird, wie in Fig. 2(f)
dargestellt ist, abwechselnd ein positiver und ein negativer
Impuls über das Zwischenpotential (0 in der Zeichnung)
ausgegeben, so daß die Grundwellenspannung als
Inverter-Ausgangsphasenspannung dargestellt wird und eine niedrige Spannung
einschließlich 0 V ausgegeben werden kann. Dies ist daher ein
zweckmäßiges Modulationsverfahren fur einen in einem
Elektrofahrzeug verwendeten Induktionsnotor, der von 0 V (im Fall
eines Gradientenstarts wird auch eine negative Spannung
verwendet) bis zur maximalen Spannung fortlaufend gesteuert
wird.
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Eine bei einer solchen dipolaren Modulation verwendete
Impulsfolge wird, wie nachfolgend dargestellt, erzeugt.
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Der durch die Gleichung 3 gegebene Grundwellenbefehl a&sub1;*
wird, wie in Fig. 2(a) dargestellt, halbiert. Die Oberseite
einer in Fig. 2(a) dargestellten Begrenzung 0 ist ein
Bereich, in dem eine positive Impulsfolge erzeugt wird, und die
Unterseite ist ein Bereich, in dem eine negative Impulsfolge
erzeugt wird.
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Der halbierte Grundwellenbefehl a&sub1;* wird wie zwei
Amplitudenbefehle behandelt&sub1; die, wie nachfolgend beschrieben, zu
einem Verschiebungswert addiert werden, um einen positiven
Amplitudenbefehl ap* und einen negativen Amplitudenbefehl an*
zu erzeugen. Die Erzeugungsgleichung ist Gleichung 4.
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ap* = a&sub1;* / 2 + B
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an* = a&sub1;* / 2 - B
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... (4)
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wobei B einen Verschiebungswert bezeichnet.
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Der Verschiebungswert B verschiebt jeden
Amplitudenbefehl durch Überlagern des Gleichspannungsanteils mit dem
Amplitudenbefehl in eine vorgegebene Richtung und weist auf die
Tiefe der dipolaren Modulation hin. In dieser Ausführungsforn
ist der Verschiebungswert durch ein Verhältnis zur
Trägeramplitude dargestellt.
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Der Einstellbereich des Verschiebungswerts B ist ein
Bereich, der in Fig. 4 durch diagonale Linien und Gitter
dargestellt ist, er ist also auf einen Bereich von A/2 ≥ B > 0,5
beschränkt.
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Der Grund besteht darin, daß ein Teil des
Amplitudenbefehls die Nullinie kreuzt und eine partielle dipolare
Modulation statt einer dipolaren Modulation stattfindet, wenn B >
A/2 ist, oder daß eine bipolare Modulation
(Zweipegelmodulation) ohne ein Zwischenpotential statt einer
dipolaren Modulation auftritt, wenn B = 0,5 ist.
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Die maximale Ausgangsspannung der dipolaren Modulation
ist ein Schnittpunkt der Linie des Verschiebungswerts B und
der Linie B = A/2.
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Aus den relativen Größen der in der Formel 4
dargestellten positiven und negativen Amplitudenbefehle ap* und an* und
den beiden in Fig. 2(a), 4 dargestellten Trägersignalen ycp
und ycn und zwei in Fig. 2(a) dargestellten Trägersignalen ycp
und ycn werden die in den Figuren 2(b) bis 2(e) dargestellten
Schaltfunktionen S&sub1; bis S&sub4;, wie nachfolgend dargestellt,
erhalten.
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Wenn ap* > ycp : S&sub1; = 0 und S&sub3; = 1
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Wenn ap* / ycp : S&sub1; = 1 und S&sub3; = 0
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Wenn an* ) ycn : S&sub4; = 1 und S&sub2; = 0
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Wenn an* ) ycn : S&sub4; = 0 und S&sub2; = 1
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Hierdurch wird die in Fig. 2(f) dargestellte Spannung am
Wechselstrom-Ausgangsanschluß des Inverters erhalten.
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Unter der Annahme, daß sich der Ausgangsstrom wie eine
Sinuskurve ändert, wie in Fig. 2(g) dargestellt ist, fließt
ein Strom, abhängig von der Schaltfunktion 5 und der
Polarität des Ausgangsstroms, in Vorwärtsrichtung oder in
Rückwärtsrichtung durch die Schaltelemente 70 bis 73, wie in
Tabelle 2 dargestellt ist. Hierbei bezeichnet ein Symbol i
einen Ausgangsstrom, und jedes leere Feld bezeichnet Null. In
den Figuren 2(h) und 2(i) sind Wellenformen der
Schaltelemente 70 und 71 dargestellt. Ein Strom mit einer positiven
Polarität ist ein in Vorwärtsrichtung fließender Strom (IGBT-
Strom), und ein Strom mit einer negativen Polarität ist ein
in Rückwärtsrichtung fließender Strom (Diodenstrom), und "-i"
bezeichnet einen Strom, der von der Last wegfließt.
Tabelle 2
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Wenn die Inverter-Ausgangsphasenspannung während der
dipolaren Modulation in der Reihenfolge 0 --1 Ed/2 --1 0/ --/
-Ed/2 (der in Fig. 3 dargestellte Zeitabschnitt t&sub1; --/ t&sub2; --/
t&sub3; --/t&sub4;) geändert wird( wird der Zeitabschnitt als ein
Zyklus angesehen.
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Ein Strom von -i fließt während des Zeitabschnitts tl
durch das Schaltelement 72, ein Strom von i fließt während
des Zeitabschnitts t&sub2; durch die Schaltelemente 70 und 71, ein
Strom von i fließt während des Zeitabschnitts t&sub3; durch das
Schaltelement 71, und ein Strom von -i fließt während des
Zeitabschnitts t&sub4; durch die Schaltelemente 72 und 73. Die
Summe der in diesen Zyklus durch die Schaltelemente
fließenden Ströme ist für die auf der Gleichstromseite gelegenen
Elemente i bzw. für die auf der Wechselstromseite gelegenen
Elemente 2 i.
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Es wurde daher herausgefunden, daß der durch die auf der
Wechselstromseite gelegenen Elemente fließende Strom höher
ist.
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In diesem Fall wird zwischen den auf der
Wechselstromseite gelegenen Elementen und den auf der Gleichstromseite
gelegenen Elementen eine Differenz des Wärmewerts erzeugt.
Wenn daher die Kapazität einer Kühleinrichtung, entsprechend
den auf der Wechselstromseite gelegenen Elementen ausgelegt
wird, wird die Einrichtung vergrößert.
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In einem Fall, in dem eine dipolare Modulation für eine
Steuereinrichtung eines Induktionsmotors für ein
Elektrofahrzeug verwendet wird, wird sie in Anbetracht dessen7 daß sie
verwendet wird, um eine Spannung von Null oder eine niedrige
Spannung darzustellen, hauptsächlich in einem
Niederfrequenzbereich verwendet, und es besteht fortlaufend ein
Zeitabschnitt, in dem ein Strom in der Nähe des Spitzenwerts
fortlaufend durch die Elemente fließt.
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Daher wird die Differenz der Wärmeerzeugung in
zunehmendem Maße verbreitert, so daß es erforderlich ist, die
Wärmeverteilung bei der dipolaren Modulation in diesem Bereich
gleichförmig zu machen.
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Nachfolgend wird das Ergebnis einer Simulation beschne
ben, und es wird dann eine Ausführungsform von Gegenmaßnahmen
erklärt.
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Durch Computersimulation erhaltene Beispiele von
Ergebnissen von Beziehungen zwischen dem Verschiebungswert B und
dem mittleren in Vorwärtsrichtung durch die Schaltelemente 70
und 71 fließenden Strom sind in Fig. 9 dargestellt. Sowohl
für den Motorbetrieb als auch für die Regeneration können die
Elementströme gleichmäßig gemacht werden, wenn B 0,5
erreicht.
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Wenn angenommen wird, daß der Null-Volt-Zeitabschnitt T&sub0;
ist, kann T&sub0; als Funktion des Verschiebungswerts B, wie
nachfolgend dargestellt, ausgedrückt werden.
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T&sub0; = (1 - 2B) 1 2Fc ... (5)
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wobei Fc die Trägerfrequenz ist.
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Indem der Null-Volt-Zeitabschnitt so kurz wie möglich
gesetzt wird, können die Ströme gleichmäßig gemacht werden.
Mit anderen Worten kann das in Fig. 3 dargestellte t&sub1; + t&sub3;
(= 2T&sub0;) kürzer gemacht werden.
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Nachfolgend wird eine Anordnung zur Verwirklichung der
obigen Funktion erklärt.
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In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Steuervorrichtung zum
Steuern des Ein- und Ausschaltens von vier
Reihenschaltelementen und zum Ausgeben einer Wechselspannung dargestellt,
die sich zwischen drei Potentialpegeln ändert. In der
Zeichnung ist nur der Teil einer Phase dargestellt.
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In Fig. 1 gibt eine
Grundwellen-Spannungsbefehl-Erzeugungseinrichtung 1 einen
Inverter-Ausgangsspannungs-Frequenzbefehl Fi*, einen Ausgangsspannungs-Effektivwertbefehl E* und
Gleichspannungen ed1 und ed2 ein, erhält einen
Inverter-Ausgangsspannungsbefehl Asinθ (θ : Phase, θ = 2 F&sub1;*t, t: Zeit)
und gibt ihn an eine Amplitudenbefehl-Verteilungseinrichtung
2 aus.
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Eine Verschiebungseinstellungseinrichtung 4 gibt einen
Verschiebungswert B aus, der entsprechend der
Inverterfrequenz F&sub1;* und des Grundwellen-Amplitudenbefehlwerts A
festgelegt
(betrieben) wird (Einzelheiten werden später
beschrieben).
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Die Amplitudenbefehl-Verteilungseinrichtung 2, die den
Inverter-Ausgangsspannungsbefehl Asino eingibt und den
Verschiebungswert B bestimmt, erzeugt gemäß Gleichung 4 einen
positiven Amplitudenbefehl ap* und einen negativen
Amplitudenbefehl an*, die in Fig. 2(a) dargestellt sind.
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Weiterhin erzeugt eine Impulserzeugungs- und
-verteilungseinrichtung 3 PWM-Impulsfolgen S&sub1; bis S&sub4;, die auf der
Grundlage des positiven Amplitudenbefehls ap* und des
negativen Amplitudenbefehls an* an die Schaltelemente übergeben
werden.
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Diese PWM-Impulsfolgen S&sub1; bis S&sub4; werden mit einer U-
Phase über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Gate
Verstärker an die Schaltelemente 70 bis 73 übergeben, so daß
das Ein- und Ausschalten eines jeden Elements gesteuert wird.
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Nachfolgend wird der Aufbau der PWM-Impulsfolgen
detailliert beschrieben.
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Eine Phase von θ wird durch Integrieren eines
Frequenzbefehls Fi* der Inverter-Ausgangsspannung erhalten, die durch
Addieren und Subtrahieren der Schlupffrequenz erhalten wird,
die auf der Grundlage der Abweichung eines Motorstrombefehls
von einem Ist-Motorstrom sowie der Motordrehfrequenz über die
Zeit erhalten wird, und Sinθ wird auf der Grundlage von
durch einen Sinusgenerator 11 berechnet. Der Wert von Sinθ
und der Grundwellen-Spannungsamplituden-Befehlswert A, der
durch eine Amplitudeneinstelleinrichtung 12 proportional zum
erwähnten Frequenzbefehl F&sub1;* aus dem
Ausgangsspannungs-Effektivwertbefehl E* und aus den Gleichspannungen ed1 und ed2
(wenn die Leistungsquelle eine genaue Spannungsquelle ist,
kann Ed verwendet werden) erhalten wird, werden durch einen
Multiplizierer 13 multipliziert, und es wird ein momentaner
Grundwellen-Spannungsbefehl Asinθ ausgegeben.
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Der Verschiebungswert B, der entsprechend dem Grundwel
len-Amplitudenbefehlswert A durch die
Verschiebungseinstelleinrichtung 4 eingestellt worden ist, wird durch einen
Addierer 22 oder 23 zu dem Signal addiert oder von dem Signal
substrahiert, das durch ein durch einen Halbierer 20
erfolgendes Halbieren des Grundwellen-Spannungsbefehls Asino
(etwas anderes als 1/2 kann verwendet werden( wenngleich der
Aufbau der nachfolgenden Stufe etwas kompliziert wird), der
durch die Grundwellen-Spannungsbefehl-Erzeugungseinrichtung 1
eingegeben wurde, erhalten, und der positive Amplitudenbefehl
ap* und der negative Amplitudenbefehl an* werden erzeugt.
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Ein Impulsgenerator 31 vergleicht den positiven
Amplitudenbefehl ap*, der von der
Amplitudenbefehl-Verteilungseinrichtung 2 ausgegeben wird, mit dem Trägersignal ycp, das von
einem Trägergenerator 30 eingegeben wird, und erzeugt eine
Schaltfunktion Si, die dem positiven Impulsmuster gleicht.
Ein Impulsgenerator 32 vergleicht auch den negativen
Amplitudenbefehl an* mit dem Trägersignal ycn, das von dem
Trägergenerator 30 eingegeben wird, erzeugt eine Schaltfunktion S&sub4;,
die dem negativen Impulsmuster gleicht, und erzeugt
Gate-Signale S&sub1; bis S&sub4;.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der
Verschiebungseinstellungseinrichtung 4, Bezug nehmend auf die Figuren 4 bis
6, beschrieben.
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Es wird hinsichtlich der dipolaren Modulation
beschrieben, daß den Schaltelementen gemeinsame Ströme gleichmäßig
gemacht werden können, indem der Nullspannungs-Zeitabschnitt
so kurz wie möglich eingestellt wird. Um jedoch den
Schaltelementen gemeinsame Spannungen richtig einzustellen oder die
Hälfte der Gleichspannung sicher an jedes Schaltelement
anzulegen, ist es erforderlich, einen vorgegebenen Nullspannungs-
Zeitabschnitt zu reservieren.
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Bei der Annahme, daß das Minimum des
Nullspannungs-Zeitabschnitts T&sub0; T0min ist, ergibt sich aus Gleichung 5, daß das
Maximum Bmax von B, wie nachfolgend dargestellt, ausgedrückt
werden kann:
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Bmax = 0,5 - FcT0min = 0,5 - Δ ... (6)
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wobei A = FcT0min ist.
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In dem Bereich, der in Fig. 4 größer als B = A/2 und B =
0,25 und kleiner als Bmax ist (durch Gitterlinien bezeichnet),
kann die Wärmeverteilung gleichmäßig gemacht werden. Die
Gleichmäßigkeit kann mit anderen Worten dadurch erreicht
werden, daß der Verschiebungswert B, der von der
Verschiebungseinstelleinrichtung 4 ausgegeben wird( in dem Bereich
auf einen festen Wert festgelegt wird.
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Es ist aus praktischen Gründen erforderlich, einen
Begrenzer an der Verschiebungseinstelleinrichtung 4 zu
befestigen, um zu verhindern, daß sich der Verschiebungswert in
einen anderen Bereich verschiebt. Dies wird nachfolgend
erklärt.
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Die Figuren 5 und 6 sind detaillierte Zeichnungen der
Verschiebungseinstelleinrichtung 4.
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Eine Verschiebungswert-Erzeugungseinheit 41 gibt
entsprechend der Inverterfrequenz Fi* einen Verschiebungswert B&sub0;
aus. Ein Begrenzer 42 gibt den
Grundwellen-Spannungsamplituden-Befehlswert A und den Verschiebungswert B&sub0; ein und
verhindert, daß der Verschiebungswert B außerhalb des dipolaren
Bereichs gesetzt wird.
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Der von der Verschiebungs-Erzeugungseinrichtung 41
ausgegebene Verschiebungswert B&sub0; ist ein geeignetster fester
Wert, um Spannungen, die gegenüber der Inverterfrequenz Fi*
nicht geändert werden, gleichmäßig zu machen. Der
Verschiebungswert B&sub0; kann jedoch beispielsweise unter
Berücksichtigung einer Stromwelligkeit entsprechend der Inverterfrequenz
geändert werden.
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Diese Ausführungsform wird, Bezug nehmend auf Fig. 7,
erklärt.
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Durch Festlegen des Verschiebungswerts B auf 0,5 - Δ
innerhalb des Zeitabschnitts, in dem die Inverterfrequenz Fi*
geringer als F&sub1; ist, Verringern von B bei ansteigendem Fi*
(F&sub1; ≥ Fi* ≥ F&sub2;) und Einstellen von B auf etwa 0,25, wenn
Fi* < F&sub2; ist, können die Erzeugungsverluste in einem
Niederfrequenzband gleichmäßig gemacht werden, wo die Anderungen
der Wärmeerzeugung infolge des Erzeugungsverlustes groß sind,
um Oberwellen des Ausgangsstroms in einem verhältnismäßig
hohen Frequenzband zu verringern. Es erübrigt sich, zu
bemerken, daß das gleiche Ergebnis auch erreicht werden kann,
wenn F&sub1; = F&sub2; ist.
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Eine Verschiebungswert-Erzeugungseinrichtung 43 gibt den
Verschiebungswert B&sub0; aus, der auf der Grundlage der
Inverterfrequenz Fi* erhalten wird, und gibt den Verschiebungswert B
über den Begrenzer 42 aus, wie in Fig. 6 dargestellt ist.
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Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die
Ströme der Schaltelemente, die die Hauptschaltung des Inver
ters bilden, gleichmäßig zu machen und die erzeugten
Elementverluste fast gleichmäßig zu machen. Hierdurch wird die
Wärmeerzeugungsverteilung gleichmäßig gemacht, und die
Einrichtung kann klein gemacht werden.
-
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 10 dargestellt.
-
Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Arbeitsweise, die zu
derjenigen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform
äquivalent ist, durch ein Trägersignal ausgeführt werden.
-
Zuerst wird die Grundarbeitsweise, Bezug nehmend auf
Fig. 11, erklärt.
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Ein Punkt, für den der Grundwellenbefehl a&sub1;* durch die
nachfolgend dargestellte Gleichung durch den
Inverter-Frequenzbefehl Fi*, den Ausgangsspannungsbefehl E* und die
Gleichspannung Ed ausgedrückt ist, gleicht denjenigen der in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsform..
-
a&sub1;* = Asinθ ... (7)
-
wobei A = 2π 2E*/Ed und θ = 2π Fi*t (t: Zeit) ist. Aus der
Gleichung werden zwei Amplitudenbefehle %* und an*
entsprechend den folgenden Gleichungen erzeugt, wie in Fig. 11(a)
dargestellt ist.
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ap* = a&sub1;* - C
-
an* = a&sub1;* + C ... (8)
-
wobei C ein Versatzwert ist.
-
Dieser Verschiebungswert C wird durch die folgende
Beziehung mit dem Verschiebungswert B der in Fig. 1
dargestellten Ausführungsform ausgedrückt.
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C = 1 - 2B ... (9)
-
Der Einstellbereich des Verschiebungswerts C ist auf
einen Bereich 0 > C ≥ 1 - A beschränkt, und die Wellenform ist
so, wie in Fig. 11(a) dargestellt ist. Wenn C = 0 ist, findet
eine bipolare Modulation (zwei Pegel) statt, die kein
Zwischenpotential aufweist.
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Aus den relativen Größen des positiven Amplitudenbefehls
AP* und des negativen Amplitudenbefehls aN*, die durch
Gleichung 8 ausgedrückt sind, und das durch Fig. 11(a)
dargestellte Trägersignal yC werden die in den Figuren 11(b) bis
11(e) dargestellten Schaltfunktionen S&sub1; bis S&sub4;, wie
nachfolgend dargestellt, erhalten.
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Wenn ap* < yc: S&sub1; = 0 und S&sub3; = 1
-
Wenn ap* > yc: S&sub1; = 1 und S&sub3; = 0
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Wenn an* < yc: S&sub4; = 1 und S&sub2; = 0
-
Wenn an* > yc: S&sub4; = 0 und S&sub2; = 1
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Die Wellenformen aus den Figuren 11(b) bis 11(e) gleichen
genau denen aus den Figuren 2(b) bis 2(e), und die Wellenformen
aus den Figuren 11(f) bis 11(i) stimmen auch mit denen aus
den Figuren 2(f) bis 2(i) überein. Nachfolgend wird die
Anordnung zum Verwirklichen der erwähnten Funktionen erklärt.
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In Fig. 10 gleichen eine
Grundwellen-Spannungsbefehl-Erzeugungseinrichtung 1 und die Hauptschaltung des Inverters
denen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform Die
Bezugszahl 4 bezeichnet eine Verschiebungseinstelleinrichtung,
die einen Verschiebungswert von C entsprechend der Gleichung
9 und den Beziehungen aus den Figuren 4 bis 7 einstellt. Die
Bezugszahl 2 bezeichnet eine
Amplitudenbefehl-Verteilungseinrichtung, die den entsprechend dem
Grundwellen-Amplitudenbefehlswert A durch die Verschiebungseinstellungseinrichtung 4
eingestellten Verschiebungswert C durch einen Addierer 22
oder 23 von dem durch die
Grundwellen-Spannungsbefehl-Erzeugungseinrichtung 1 eingegebenen Grundwellen-Spannungsbefehl
Asino subtrahiert oder zu diesem addiert, und den positiven
Amplitudenbefehl %* und den negativen Amplitudenbefehl an*
erzeugt.
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Ein Impulsgenerator 31 vergleicht den von der
Amplitudenbefehl-Verteilungseinrichtung 2 ausgegebenen positiven
Amplitudenbefehl ap* mit dem von einem Trägergenerator 30
eingegebenen Trägersignal yc und erzeugt eine Schaltfunktion
S&sub1;, die dem positiven Impulsmuster gleicht. Ein
Impulsgenerator 32 vergleicht weiterhin den negativen Amplitudenbefehl
an* mit dem vom Trägergenerator 30 eingegebenen Trägersignal
yc, erzeugt eine Schaltfunktion S&sub4;, die den negativen
Impulsmuster gleicht, und erzeugt Gate-Signale S&sub1; bis S&sub4;.
-
Gemäß dieser Ausführungsform kann ein Ergebnis, das
demjenigen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in etwa
gleichwertig ist, durch ein Trägersignal erhalten werden.
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Es erübrigt sich, zu bemerken, daß die ganze
vorhergehend erwähnte Steuereinrichtung oder ein Teil davon mittels
eines Mikroprozessors so programmiert werden kann, daß sie
durch Software verwirklicht wird.
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Diese Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem eine
einzige Phase verwendet wird. Es erübrigt sich jedoch, zu
bemerken, daß durch mehrere Phasen, wie zwei oder drei Phasen,
das gleiche Ergebnis erzielt werden kann.
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Gemäß der vorhergehend erwähnten ersten und zweiten
Ausführungsform wird der ganze dipolare Modulationsbereich einer
Steuerung der Stromgleichmäßigkeit unterzogen. In den
folgenden Ausführungsformen wird entsprechend der Phase des Grund
wellenbefehls a&sub1;* festgelegt, ob der dipolare
Modulationsbereich einer Steuerung der Stromgleichmäßigkeit unterzogen
wird. Dies wird nachfolgend, Bezug nehmend auf die Figuren 12
und 13, erklärt.
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In Fig. 12 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem der
Steuerungszustand während des Halbzyklus der Grundwelle
geändert wird.
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Ein Symbol T&sub1; bezeichnet den in Fig. 3 dargestellten 0-
Zeitabschnitt (t&sub1; + t&sub3;), und T&sub2; bezeichnet den
Einschaltzeitabschnitt (t&sub2; + t&sub4;).
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Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Bereich mit einer
großen Amplitude (das gleiche kann bei der negativen Seite
gesagt werden) einer Steuerung der Stromgleichmäßigkeit
unterzogen. Hierdurch wird die Stronverteilung an einer Stelle,
an der mehrere Ströme fließen, gleichmäßig gemacht, und eine
Welligkeit wird an einer Stelle verringert, an der eine
kleine Anzahl von Strömen fließt (T&sub1; = T&sub2;). Daher wird eine
Welligkeit der Stromwellenform verringert, und die
Wärmeverteilung wird gleichmäßig gemacht.
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In Fig. 13 ist ein gegenüber der vorhergehenden
Ausführungsform umgekehrtes Beispiel dargestellt.
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In diesen Fall wird eine Stromwelligkeit in dem Teil
verringert, der Anteil am Mittelwert der Spannung hat.
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Durch Auswählen einer der in den Figuren 12 und 13
dargestellten Ausführungsformen entsprechend der
Inverterfrequenz Fi* kann die am besten geeignete Steuerung angewendet
werden. Wenn beispielsweise 0 ≥ Fi* ≥ F&sub6; (F&sub6; ist der dipolare
Bereich) ist, wird die in Fig. 12 dargestellte
Ausführungsform verwendet. Wenn F&sub6; ≥ Fi ≥ F&sub7; ≥ F&sub7; ist der dipolare
Bereich) ist, wird die in Fig. 13 dargestellte Ausführungsform
verwendet. Hierdurch können der Gleichmäßigkeit der Wärmever
teilung im Niederfrequenzband und der Steuerung der
Verringerung der Stromwelligkeit im nächsten Frequenzband Vorrang
eingeräumt werden.
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Die in den Figuren 12 und 13 dargestellten
Ausführungsformen können leicht durch Eingeben einer Phase vom
Sinusgenerator 11 in die Verschiebungseinstelleinrichtung 4
eingerichtet werden.
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Vorhergehend wurde eine Erklärung der Steuerung der
Gleichmäßigkeit des Wärmeverlustes auf der Grundlage eines
vorgegebenen Musters gegeben. Das gleiche Ergebnis kann
jedoch auch folgendermaßen erzielt werden.
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Erstens wird die Stromwelligkeit des Ausgangsstroms
gemessen. Wenn der Welligkeitswert innerhalb der Toleranz
liegt, wird eine Gleichmäßigkeitssteuerung vorgenommen. Wenn
der Welligkeitswert jenseits der Toleranz liegt, wird der
Verschiebungswert auf 0,25 gesetzt. Die Toleranz muß eine
Hysterese aufweisen.
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Zweitens wird für jedes Element ein Thermometer (ein
Amperemeter) installiert. Wenn die Temperaturdifferenz einen
vorgegebenen Wert übersteigt, wird eine
Gleichmäßigkeitssteuerung vorgenommen. Wenn die Temperaturdifferenz geringer
ist als der vorgegebene Wert, wird der Verschiebungswert auf
0,25 eingestellt, um die Stromwelligkeit zu verringern.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Steuerung auf der
Grundlage des Ist-Werts statt auf der Grundlage eines Musters
vorgenommen werden. Daher kann die Verlustdifferenz kleiner
als der Zielwert gemacht werden.
-
Nachfolgend werden die vorhergehend erwähnten Wirkungen
der vorliegenden Erfindung erklärt.
-
Fig. 14 ist ein Kennliniendiagramm von durch das äußere
Element 70 und das innere Element 71 fließenden Strömen in
Abhängigkeit von der Inverterfrequenz Fi*, wenn die
vorliegende Erfindung angewendet wird oder nicht.
-
Der mittlere Strom des inneren Elements im
Niederfrequenzband (von 0 bis mehreren Hz) in dieser graphischen
Darstellung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
-
Mittlerer Strom = (1 - B)Im ... (10)
-
wobei B der Verschiebungswert ist und
-
Im die Amplitude des Inverter-Ausgangsstroms ist.
Der mittlere Strom in einem Frequenzband, das höher ist als
das vorhergehend erwähnte Frequenzband, wird durch die
folgende Gleichung ausgedrückt.
-
Mittlerer Strom = ((A/8)cosφ + (1 - B)/π)Im ... (11)
-
wobei A der Grundwellen-Spannungsbefehl (Prozentmodulation)
-
und
-
φ) ein Leistungsfaktorwinkel ist.
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In diesem Fall wird die Kapazität einer Kühleinrichtung
auf der Grundlage des Heizwerts am Punkt A ausgelegt. Durch
Absenken des Punkts A zum Punkt AV hin kann die
Kühleinrichtung verkleinert werden.
-
Falls beispielsweise keine Steuerung der
Stromgleichmäßigkeit vorgenommen wird, wenn der Effektivwert des
Ausgangsstroms 400 A und die Schaltfrequenz 300 Hz betragen, wird ein
hoher Verlust von etwa 1725 W durch einen Abfall der
vorwärtsgerichteten Spannung erzeugt. Wenn die Steuerung der
Stromgleichmäßigkeit vorgenommen wird, wird nur ein Verlust
von etwa 1195 W durch einen Abfall der vorwärtsgerichteten
Spannung erzeugt. Hierdurch läßt sich berechnen, daß das
Volumen des Wärmeabstrahlungsabschnitts um etwa 1/5 verringert
werden kann.
-
Unter der Annahme, daß die Element-Strombelastbarkeit
des mittleren Stroms des in Fig. 14 dargestellten auf der
Gleichstromseite gelegenen Elements (des inneren Elements) am
Punkt C (bei der maximalen Ausgangsspannung, wenn infolge der
Oberwellenreduktion B = 0,25 und A = 0,5 ist, so- daß die
dipolare Modulation verlorengeht, wenn A über diesen Wert
hinaus ansteigt) 100 % beträgt, ist es erforderlich, die
Auslegung so vorzunehmen, daß die Strombelastbarkeit am Punkt A
zur Element-Strombelastbarkeit addiert wird.
-
Da es jedoch erforderlich ist, ein Element mit einer ho
hen Strombelastbarkeit für eine niedrige Frequenz, wie 0 Hz
bis höchstens einige Hz, zu verwenden, wird die Einrichtung
groß gemacht.
-
Wenn nun die Steuerung der Stromgleichmäßigkeit
vorgenommen wird, kann der mittlere durch das Element fließende
Strom auf A' verringert werden, so daß es keine Notwendigkeit
gibt, der Elernent-Strombelastbarkeit im Vergleich zur
Element-Strombelastbarkeit des mittleren Stroms des inneren
Elements am Punkt C eine hohe Strombelastbarkeit hinzuzufügen.
-
Um den mittleren durch das Element fließenden Strom zu
verringern, ist eine Reduktion des Inverter-Ausgangsstroms Im
möglich. Wenn eine solche Steuerung vorgenommen wird, kann
ohne Zweifel ein Element mit einer geringen
Strombelastbarkeit verwendet werden. Wenn dieser Inverter jedoch für eine
Einrichtung zum Steuern eines Elektrofahrzeugs verwendet
wird, verringert sich das Drehmoment eines Wechselstrommotors
(Induktionsmotors), und der Motor kann bei einen Start an
einer aufwärtsgerichteten Stelle nicht starten (der Inverter
ist bei anderen als einer solchen besonderen Arbeitsweise
nützlich).
-
Das vorhergehend Erwähnte ist in Tabelle 3 zusammenge
Tabelle 3
-
Diese Tabelle wird mittels der Gleichungen 10 und 11
erzeugt.
-
Die Tabelle zeigt daher, daß zumindest ein Element mit
einer Strombelastbarkeit, die geringer ist als das 2,49fache
der Element-Strombelastbarkeit, am Punkt C verwendet werden
kann, wenn die Steuerung der Stromgleichmäßigkeit oder eine
andere Steuerung verwendet wird. Hierdurch können die
Elemente kleiner gemacht werden, und es kann auch das ganze
Invertersystem kleiner gemacht werden.
-
An dieser Stelle wird der Grad Eb des ungleichgewichts,
der ein Index zum Anzeigen des Betrags der Stromdifferenz
zwischen dem inneren und dem äußeren Element ist, definiert.
-
Eb = ((Ii - I&sub0;) / Ii) ... (12)
-
wobei Ii der mittlere Strom des inneren Elements ist und
-
I&sub0; der mittlere Strom des äußeren Elements ist.
-
Hierbei kann jeder mittlere Strom im in Fig. 14 dargestellten
fast flachen Bereich mit dem Punkt C, wie nachfolgend
gezeigt, ausgedrückt werden.
-
I&sub0; = ((A/8)cosφ + B/π)Im
-
Ii = ((A/8)cosφ + (1 - B)/π)Im ... (13)
-
Der Grad Eb des Ungleichgewichts kann durch
-
Eb = (1 - 2B) 1 ((A/8)cosφ + (1 - B)) ... (14)
-
ausgedrückt werden, wie zuvor gezeigt wurde.
-
Der Grad Eb des Ungleichgewichts kann unter der Annahme,
daß A = 0 ist, aus Gleichung 14 berechnet werden, wenn die
Inverterfrequenz mehrere Hz beträgt (in dem in Fig. 14
dargestellten, die Punkte A und A' enthaltenden Bereich, in dem
der mittlere Strom plötzlich geändert wird).
-
Der Grad Eb des Ungleichgewichts im in Fig. +4 darge
stellten flachen Bereich mit dem Punkt C (die
Inverterfrequenz beträgt mindestens einige Hz) gleicht nahezu 0,528,
wenn in Gleichung 14 B = 0,25, A = 0,5 (wenn der
Verschiebungswert 0,25 beträgt, übersteigt die maximale
Grundwellenamplitude 0,5 nicht) und ein Leistungsfaktor von 1 verwendet
werden. Wenn diese Steuerung der Stromgleichmäßigkeit
vorgenommen wird, wird der Grad des Ungleichgewichts kleiner als
dieser Wert.
-
Hinsichtlich des Grads Eb des Ungleichgewichts wird eine
Beziehung 0 ≥ Eb ≥ 0,52 eingehalten. Die Differenz zwischen
dem mittleren Strom des inneren Elements und dem mittleren
Strom des äußeren Elements kann mit anderen Worten kleiner
gemacht werden als der mittlere Strom des äußeren Elements.
-
Wenn die dipolare Modulation für eine Einrichtung zum
Steuern eines Elektrofahrzeugs und insbesondere bei einer
speziellen Arbeitsweise eines Elektrofahrzeugs,
beispielsweise bei einer Arbeitsweise bei einer konstanten
Geschwindigkeit bei einer geringen Geschwindigkeit, wie einem Start an
einer aufwärtsgerichteten Stelle oder einer Wagenwäsche, die
unter der Bedingung fortgesetzt wird, daß die Inverterfre
quenz Fi* höchstens einige Hz beträgt, verwendet wird, erhöht
sich plötzlich die Arbeitszeit bei einer Inverterfrequenz von
höchstens einigen Hz oder die Arbeitszeit in dem Bereich, in
dem der Strom des inneren Elements (das auf der
Gleichstromseite gelegene Element) ansteigt. Wenn daher für den Inverter
ein Element verwendet wird, dessen Strombelastbarkeit am
Punkt C liegt, besteht die Möglichkeit, daß das Element durch
die Wärmeerzeugung des Elements (Wärmeerzeugung des inneren
Elements) beschädigt wird. Es ist, um dies zu verhindern,
erforderlich, die Kühleinrichtung größer zu machen als bei der
unipolaren Modulation.
-
Wie jedoch in Tabelle 1 dargestellt ist, kann die
vorhergehend erwähnte spezielle Arbeitsweise durch Verringern
des Ausgangsstroms oder durch nur in diesem Bereich
stattfindendes Steuern der Strorngleichmäßigkeit ausgeführt werden.
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Wenn die Arbeitsweise mit anderen Worten durch die in
Fig. 1 dargestellte Einrichtung 41 zur Einstellung der
Arbeitsweise angegeben worden ist, wird der Befehl in die
Einrichtung 4 zum Einstellen der Verschiebung eingegeben und
ein Verschiebungswert B entsprechend der Betriebsart
eingestellt.
-
Beispielsweise wird die Inverterfrequenz Fi*, bei der
der Verschiebungswert B absinkt, wie in Fig. 7 dargestellt
ist, beim Start bei einer Einheitsunterbrechung, bei einer
Arbeitsweise bei einer konstanten Geschwindigkeit bei einer
geringen Geschwindigkeit oder bei einem Start an einer
aufwärtsgerichteten Stelle auf einen höheren Wert gesetzt. Es
ist hierdurch möglich, die Wärmeverlusterzeugung gleichmäßig
zu machen und zu verhindern, daß am inneren Element eine
lokale Wärmezerstörung auftritt. Daher kann die spezielle
Arbeitsweise ohne größeres Andern der Größe der Kühleinheit
fortgesetzt werden.
-
Bei einer Einrichtung zum Steuern eines Elektrofahrzeugs
mit einem Steuersystem, bei dem eine dipolare Modulation
durch einen Dreipegelinverter vorgenommen wird, kann ein
neues Elektrofahrzeug mit einer Einrichtung zur Fortsetzung
der vorhergehend erwähnten speziellen Arbeitsweise vorgesehen
werden.
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Gemäß allen vorhergehend erwähnten Ausführungsformen
wird zur Erklärung ein Induktionsmotor als Last verwendet. Es
kann jedoch mit dem gleichen Ergebnis ein anderer
Wechselstrommotor oder eine andere Lasteinheit verwendet werden.
Gemäß den vorhergehend erwähnten Ausführungsformen
werden Inverter verwendet. Durch Anschließen des
Ausgangsanschlusses eines Inverters über ein Reaktanzelement an eine
Wechselstromquelle kann der Inverter als selbstumkehrender
Konverter zum Umsetzen eines Wechselstroms in einen
Gleichstrom (eine Arbeitsweise, die der regenerierenden
Arbeitsweise des Inverters gleicht) betrieben werden. Auch in diesem
Fall kann ein Ergebnis erwartet werden, das demjenigen des
Inverters gleicht.
-
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein
Invertersystem zu miniaturisieren, um die
Wärmeerzeugungsverteilung der Schaltelemente, die die Hauptschaltung des
Inverters bilden, gleichmäßig zu machen, und eine Einrichtung zum
Steuern eines Elektrofahrzeugs zu verwirklichen, die eine
gute Arbeitsweise bieten kann.