DE10243602A1

DE10243602A1 - Leistungsumrichter, der zum Minimieren von Schaltungsverlusten entworfen ist

Info

Publication number: DE10243602A1
Application number: DE10243602A
Authority: DE
Inventors: Tomonori Kimura; Masahito Mizukoshi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2003092888A; US6690593B2; JP3666432B2; DE10243602B4; US20030053323A1

Abstract

Es wird ein Leistungsumrichter für eine Vielphasenlast wie beispielsweise einen Wechselstrommotor geschaffen, der so konstruiert ist, um einen Ein-Aus-Schaltverlust von Transistoren, die in dem Umrichter installiert sind, zu minimieren. Der Umrichter arbeitet in solcher Weise, um die Schaltoperationen der Transistoren für jede Phase in einem ersten Zyklus außer Bereitschaft zu setzen, während welchem ein entsprechender Ausgangsstrom in seinem Wert hoch ist, und um teilweise die Schaltoperationen in einem zweiten Zyklus, der auf den ersten Zyklus folgt, außer Bereitschaft zu setzen, wobei während des zweiten Zyklus der entsprechende Ausgangsstrom einen mittleren Wert hat.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Leistungsumrichter, der in solcher Weise arbeitet, um eine Vielphasenlast anzutreiben, und betrifft spezieller einen Leistungsumrichter, der zum Minimieren eines Schaltungsverlustes entworfen ist.

2. Stand der Technik

Fig. 13 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Konstruktion eines typischen Umrichters, der in solcher Weise arbeitet, um einen Vielphasen-Wechselstrommotor anzutreiben, der zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs verwendet wird. Die Umrichter- Hauptschaltung 7 ist aus sechs IGBTs 1 bis 6 aufgebaut, die in Form einer Dreiphasen- Brückenverbindung verbunden sind. Die Umrichter-Hauptschaltung 7 besitzt Gleichstrombusse 7a und 7b, die mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss der Antriebsbatterie 8 jeweils verbunden sind, und besitzt Ausgangsanschlüsse 7u, 7v und 7w, die mit den jeweiligen Phasenwicklungen (nicht gezeigt) eines Dreiphasen-Wechselstrommotors, wie beispielsweise eines Synchronmotors, eines Induktionsmotors oder eines bürstenlosen Motors verbunden sind. Die frei laufenden Dioden D1 bis D6 sind zwischen einen Kollektor und einen Emitter der IGBTs 1 bis 6 elektrisch entgegengesetzt oder umgekehrt parallel geschaltet.
Der Befehlsgenerator 10 enthält einen ROM, der darin Daten hinsichtlich Spannungsbefehlen U*, V* und W* speichert und der dafür ausgelegt ist, um beispielsweise einen Nulldurchgangspunkt einer Ausgangsgröße eines Stromsensors (nicht gezeigt) zu messen, der zwischen jedem der Ausgangsanschlüsse 7u bis 7w der Umrichter-Hauptschaltung und eine der Wicklungen des Vielphasen-Wechselstrommotors 9 angeordnet ist, eine Phase 9 eines Rotors des Wechselstrommotors 9 unter Verwendung einer Ausgangsgröße eines Drehkodierers oder eines Resolvers misst, die Spannungsbefehle U*, V* und W* für drei Phasen (die weiter unten auch als U-, V- und W-Phasen bezeichnet werden) aus dem ROM ausliest, und zwar basierend auf der Phase θ, um diese an den PWM-Wellenformgenerator 11 auszugeben. Es sei darauf hingewiesen, daß jeder der Spannungsbefehle U*, V* und W* eine Funktion einer Amplitude einer Sinuswelle, um ein Beispiel zu nennen, ist.
Fig. 14 zeigt eine innere Konstruktion des PWM-Wellenformgenerators 11. Die Spannungsbefehle U*, V* und W* werden von dem Befehlsgenerator 10 den nicht invertierenden Eingängen der Komparatoren 12a, 12c und 12e und den invertierenden Eingängen der Komparatoren 12b, 12d und 12f eingegeben. Ein Trägerwellengenerator 13 erzeugt eine Trägerwelle in Form einer dreieckförmigen Welle zum Zwecke einer Impulsbreitenmodulation (PWM) und gibt diese an die invertierenden Eingänge der Komparatoren 12a, 12c und 12e bzw. die nicht invertierenden Eingänge der Komparatoren 12b, 12d und 12f aus.
In einem Fall, bei dem die Spannungsbefehle U*, V* und W* und die Trägerwelle in einer digitalen Form vorliegen, ist jeder der Komparatoren 12a bis 12f durch einen Größenkomparator implementiert. Alternativ in einem Fall, bei dem diese alle in einer analogen Form vorliegen, ist jeder der Komparatoren 12a bis 12f als ein analoger Komparator implementiert.
Wenn die Spannungsbefehle U*, V* und W* im Pegel höher sind als die Trägerwelle, geben die Komparatoren 12a, 12c und 12e Ausgangssignale C1, C3 und C5 mit einem hohen Pegel an den Todpunktzeitgenerator 14 aus. Gleichzeitig geben die Komparatoren 12b, 12d und 12f Signale C2, C4 und C6, die im Pegel zu den Signalen C1, C3 und C5 umgekehrt sind, jeweils an den Todpunktzeitgenerator 14 aus. Der Todpunktzeitgenerator arbeitet in solcher Weise, um die Ein-Aus-Zeitlagen der Signale C1, C2, C3, C4, C5 und C6 so zu korrigieren, um eine Todzeit zu erzeugen, während welcher einige der IGBTs 1 bis 6, die auf einer negativen und einer positiven Seite an einem Arm liegen, sich beide in einem Aus-Zustand befinden, um zu verhindern, daß sich beide gleichzeitig in einem Ein-Zustand befinden.
Der Todzeitgenerator 14 erzeugt Gatesignale G1' bis G6', die den Gateanschlüssen der IGBTs 1 bis 6 als Gatesignale G1 bis G6 jeweils über den Treiber 15 eingegeben werden, der beispielsweise durch einen Fotokoppler gebildet ist.
Es sei ein Beispiel in Form der U-Phase betrachtet, wenn der Spannungsbefehl U* im Pegel höher liegt als die Trägerwelle, so daß der IGBT 1 eingeschaltet wird, während jedoch der IGBT 2 ausgeschaltet wird, so daß ein Potential an einer positiven Seite einer Gleichstromversorgungsquelle (das heißt der Batterie 8) von der Umrichter-Hauptschaltung 7 ausgegeben wird. Wenn umgekehrt der Spannungsbefehl U* im Pegel niedriger liegt als die Trägerwelle, wird der IGBT 1 ausgeschaltet, während jedoch der IGBT 2 eingeschaltet wird, so daß ein Potential an einer negativen Seite der Gleichstromversorgungsquelle von der Umrichter-Hauptschaltung 7 ausgegeben wird. Auf der Grundlage dieser Betriebsweise wird die Spannung an der positiven Seite der Batterie 8 während einer Zeitperiode ausgegeben, die proportional zu dem Spannungsbefehl U* in einem Zyklus der Trägerwelle ist.
Wenn jeder der Spannungsbefehle U*, V* und W* so, wie dies in den Fig. 15(a) und 15(b) gezeigt ist, in der Form einer Sinuswelle vorliegt, wird die Spannung von der Umrichter-Hauptschaltung 7 in der Form einer Sinuswelle ausgegeben, in die die Weite oder Breite der Impulse hinein moduliert ist, wodurch der Strom im wesentlichen in Form einer Sinuswelle ausgegeben wird. Wenn die Frequenz der Trägerwelle erhöht wird, wird es möglich, den Ausgangsstrom an eine ideale Sinuswelle anzunähern. Eine Erhöhung der Frequenz der Trägerwelle auf 15 kHz oder höher führt zu einer starken Abnahme der magnetischen Störsignale des Motors 9. Zu diesem Zweck verwendet die Umrichter-Hauptschaltung 7 die IGBTs 1 bis 6, die dazu befähigt sind, mit hoher Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet zu werden.
Die Umrichter-Hauptschaltung 7 ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß dann, wenn die Umrichter-Hauptschaltung 7 mit einer großen Leistung betrieben wird, dies eine große Menge an Wärme verursacht, die auf Grund eines Verlustes bei der Leistungs- bzw. Energieumsetzung erzeugt wird, so daß eine Kühlung unter Verwendung von Wasser als Beispiel erforderlich wird, was aber ein Hindernis hinsichtlich einer Miniaturisierung und Reduzierung der Herstellungskosten des Systems darstellt. Die Hälfte des Verlustes bei der Energieumsetzung wird durch den Ein-Ausschaltverlust der IGBTs 1 bis 6 verursacht. Der Schaltverlust vergrößert sich gewöhnlich mit einer Zunahme in der Schaltfrequenz, wodurch eine Schwierigkeit bei der Verwendung der IGBTs 1 bis 6 bei hohen Schaltfrequenzen entsteht.
Um solch ein Problem zu vermeiden, lehrt die japanische Patentanmeldung Nr. 11-369662 (U. S. P. Nr. 6,324,085 B2, die zu der gleichen Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung gehört) ein System, welches so konstruiert ist, um die Schaltoperationen von Transistoren der Umrichter-Hauptschaltung zeitweilig für eine gegebene Zeitperiode außer Bereitschaft zu setzen, um dadurch die Verzerrung der Wellenform eines Ausgangsstromes zu minimieren, um die Schaltungsverluste abzusenken.
Speziell während einer Zeitperiode X, wie dies in Fig. 16(b) gezeigt ist, bei der irgendwelche zwei der Spannungsbefehle U*, V* und W* nahezu untereinander gleich sind, wie in den Fig. 16(a) bis 17(f) gezeigt ist, arbeitet das oben erläuterte System in solcher Weise, um zwei der Spannungsbefehle U*, V* und W* auf einen maximalen Wert oder einen minimalen Wert zu fixieren, um die Schaltoperation zu stoppen. Die Zeitperiode X enthält einen ersten Zyklus (b, d, f), in welchem die zwei der Spannungsbefehle U*, V* und W* auf den maximalen oder minimalen Wert fixiert sind, und einen zweiten Zyklus (a, c, e, g), in welchem lediglich einer der Spannungsbefehle U*, V* und W* auf den maximalen oder minimalen Wert fixiert ist, die alternativ vorgesehen werden, was zu einer weiteren Verminderung der Verzerrung der Wellenform des Ausgangsstroms als auch zu einer Reduzierung des Schaltverlustes führt.
Das oben erläuterte System bestimmt jedoch die Schaltaussetzzeitperiode ungeachtet von dem Pegel des Ausgangsstromes, so daß der Schaltvorgang, wie in den Fig. 18(a) und 18(b) gezeigt ist, während einer Zeitperiode durchgeführt werden kann, in welcher die Größe des Stromes, der zu einer Last fließt, relativ groß ist, was dann zu einer Schwierigkeit hinsichtlich einer ausreichenden Reduzierung der Schaltverluste führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu beseitigen.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Leistungsumrichter für eine Vielphasenlast zu schaffen, der dafür ausgelegt ist, um einen Ein-Aus-Schaltverlust der Schaltelemente, die in dem Umrichter installiert sind, zu minimieren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Leistungsumrichter geschaffen, der dafür ausgelegt ist, Energie an eine Vielphasenlast auszugeben. Der Leistungsumrichter umfaßt folgendes: (a) eine Umrichter-Hauptschaltung, die in solcher Weise arbeitet, um Phasenspannungen an die Vielphasenlast über die Schaltelemente anzulegen; (b) eine Spannungsbefehlsausgabeschaltung, die erste Spannungsbefehle für die jeweiligen Phasen ausgibt, wobei jeder der ersten Spannungsbefehle zwischen einem maximalen und einem minimalen Pegel variiert; (c) einen Spannungsbefehlsumsetzer, der die ersten Spannungsbefehle, die von der Spannungsbefehlsausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und einem zweiten Umsetzzyklus umsetzt, die abwechselnd vorgesehen werden; und (d) eine Schaltsteuersignalausgabeschaltung, die in solcher Weise arbeitet, um eine Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen Spannungsbefehle Impulsbreite zu modulieren, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltoperationen der Schaltelemente der Umrichter-Hauptschaltung zu steuern.
Der Spannungsbefehlsumsetzer arbeitet in solcher Weise, um zwei der ersten Spannungsbefehle in die zweiten Spannungsbefehle umzusetzen, die gleich sind mit einem der maximalen und minimalen Pegel in dem ersten Umsetzzyklus, und um auch eine der zwei der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umzusetzen, der gleich ist einem der maximalen und minimalen Pegel in dem zweiten Umsetzzyklus. Wenn einer der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, der gleich ist mit einem der maximalen und minimalen Pegel von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Umsetzzyklus, und dieser als A-Phasenspannungsbefehl definiert wird, wird der A-Phasenspannungsbefehl als einer von zwei der ersten Spannungsbefehle ausgewählt, die den maximalen und minimalen Pegel zeigen, und zwar innerhalb des ersten und des zweiten Umsetzzyklus, der dem absoluten Wert eines entsprechenden Stromes, welcher an die Vielphasenlast ausgegeben ist, größer ist. Wenn der andere der zwei ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, der gleich ist mit einem der maximalen und minimalen Pegel, so wird lediglich derjenige in dem ersten Umsetzzyklus als ein B-Phasenspannungsbefehl definiert, es wird der B-Phasenspannungsbefehl als einer der ersten Spannungsbefehle ausgewählt, der hinsichtlich des Absolutwertes eines entsprechenden Stromes, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird, größer ist, und zwar als nächster zu dem A-Phasenspannungsbefehl.
Spezifischer gesagt, besitzt der A-Phasenspannungsbefehl entweder einen maximalen und minimalen Pegel über dem ersten und zweiten Umsetzzyklus, so daß der entsprechende eine oder die einen der Schaltelemente vollständig über den ersten und zweiten Umsetzzyklus hinweg außer Bereitschaft gesetzt werden. Der B-Phasenspannungsbefehl besitzt entweder den maximalen oder den minimalen Pegel lediglich in dem ersten Umsetzzyklus, was dann zu einer Abnahme der Zahl der Schaltoperationen der Schaltelemente führt, und zwar verglichen mit dem A-Phasenspannungsbefehl. Die A-Phase wird, wie oben beschrieben ist, als eine von zwei der ersten Spannungsbefehle ausgewählt, die den maximalen und minimalen Pegel innerhalb des ersten und des zweiten Umsetzzyklus zeigt, der im absoluten Wert eines entsprechenden Stromes, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird, größer ist. Der B-Phasenspannungsbefehl wird, wie oben beschrieben ist, als einer der ersten Spannungsbefehle ausgewählt, der hinsichtlich des absoluten Wertes eines entsprechenden Stromes, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird, nächstliegend zu dem A-Phasenspannungsbefehl größer ist. Wenn der andere erste Spannungsbefehl, der es den Schaltelementen gestattet, ein- und ausgeschaltet zu werden, und zwar über den ersten und den zweiten Umsetzzyklus hinweg, als ein C-Phasenspannungsbefehl definiert wird, so wird der C-Phasenspannungsbefehl für eine Zeitperiode vorgesehen, während welcher ein Absolutwert eines entsprechenden Stromes, der von der Umrichter-Hauptschaltung ausgegeben wird, der niedrigste ist. Mit anderen Worten werden die Schaltoperationen für jede Phase so viele Male wie möglich für eine Zeitperiode durchgeführt, während welcher ein Absolutwert eines entsprechenden Stromes, der von der Umrichter-Hauptschaltung ausgegeben wird, der niedrigste ist, was dann zu einer Absenkung des Schaltverlustes der Schaltelemente führt.
In dem bevorzugten Modus der Erfindung bestimmt der Spannungsbefehlsumsetzer einen der ersten Spannungsbefehle, die als jeder der A-Phasenspannungsbefehle und B-Phasenspannungsbefehle als eine Funktion einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Spannungsbefehl und dem Strom ausgewählt werden, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird.
Wenn einer der zweiten Spannungsbefehle, in den der B-Phasenspannungsbefehl bei dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, außerhalb eines Bereiches des maximalen Pegels und des minimalen Pegels liegt, wird einer der zweiten Spannungsbefehle, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert, der in der Polarität umgekehrt ist, während der zweite Spannungsbefehl, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Übermaß des zweiten Spannungsbefehles über dem Bereich des maximalen bis zum minimalen Pegel. Dies minimiert die Verzerrung der Wellenform des Stromes, der von der Umrichter-Hauptschaltung ausgegeben wird.
Die Zahl der Phasen der Vielphasenlast kann drei sein.
Die Vielphasenlast kann aus einem Wechselstrommotor bestehen.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Leistungsumrichter geschaffen, der Energie an eine Vielphasenlast ausgibt, welcher aufweist: (a) eine Umrichter- Hauptschaltung, die in solcher Weise arbeitet, um Phasenspannungen an die Vielphasenlast über Schaltelemente anzulegen; (b) eine Spannungsbefehlsausgabeschaltung, die erste Spannungsbefehle für die jeweiligen Phasen ausgibt, wobei jeder der ersten Spannungsbefehle zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert schwankt oder variiert; (c) einen Spannungsbefehlsumsetzer, der die ersten Spannungsbefehle, welche von der Spannungsbefehlsausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und einem zweiten Umsetzzyklus umsetzt, die abwechselnd vorgesehen werden; und (d) eine Schaltsteuersignalausgabeschaltung, die in solcher Weise arbeitet, um eine Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen zweiten Spannungsbefehle Impulsbreite zu modulieren, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltvorgänge der Schaltelement der Umrichter-Hauptschaltung zu steuern.
Der Spannungsbefehlsumsetzer setzt zwei der ersten Spannungsbefehle in die zweiten Spannungsbefehle um, die identisch sind mit einem der Werte gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert, und zwar in dem ersten Umsetzzyklus, und setzt auch einen der zwei der ersten Spannungsbefehle in einen zweiten Spannungsbefehl um, der identisch ist mit einem der Werte gemäß dem maximalen und minimalen Wert bzw. Pegel in dem zweiten Umsetzzyklus. Unter der Annahme, daß einer der zwei der ersten Spannungsbefehle, der in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, welcher gleich ist einem der Werte gemäß dem maximalen und minimalen Wert, lediglich in dem ersten Umsetzzyklus als ein dritter Spannungsbefehl definiert wird, wenn der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, außerhalb eines Bereiches des maximalen Wertes bis zum minimalen Wert liegt, der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in den ersten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, wird dann auf einen Wert mit umgekehrter Polarität korrigiert, während der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Überschuß des zweiten Spannungsbefehls über den Bereich, der vom maximalen bis zum minimalen Wert reicht. Dies minimiert die Verzerrung der Wellenform des Ausgangsstromes aus der Umrichter-Hauptschaltung.
Wenn in dem bevorzugten Modus der Erfindung der andere der zwei der ersten Spannungsbefehle, die in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert bzw. Pegel, und zwar sowohl in dem ersten Umsetzzyklus als auch dem zweiten Umsetzzyklus, und dieser als vierter Spannungsbefehl definiert wird, ändert der Spannungsbefehlsumsetzer einen der ersten Spannungsbefehle, der als jeder gemäß dem dritten Spannungsbefehl und dem vierten Spannungsbefehl ausgewählt wird, als Funktion eines gegebenen Parameters.
Die Zahl der Phasen der Vielphasenlast kann drei betragen.
Die Vielphasenlast kann aus einem Wechselstrommotor bestehen.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausgeben von Energie an eine Vielphasenlast von einer Umrichter-Hauptschaltung geschaffen, welches die folgenden Schritte umfaßt: (a) Ausgeben von ersten Spannungsbefehlen für die jeweiligen Phasen, von denen jede zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert variiert; (b) Umsetzen der ersten Spannungsbefehle, die durch die Spannungsbefehlsausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und einem zweiten Umsetzzyklus, die abwechselnd vorgesehen werden, und zwar in den ersten Umsetzzyklus, wobei zwei der ersten Spannungsbefehle in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, die gleich sind mit einem der maximalen und minimalen Werte, und zwar in den zweiten Umsetzzyklus, einer der zwei der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, der gleich ist mit einem der Werte gemäß dem maximalen und minimalen Wert, wenn der eine der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, der gleich ist mit einem der Werte gemäß dem maximalen und minimalen Wert, und beide in dem ersten und zweiten Umsetzzyklus umgesetzt werden und als A-Phasenspannungsbefehl definiert wird, so wird der A-Phasenspannungsbefehl als einer der zwei der ersten Spannungsbefehle ausgewählt, der den maximalen und minimalen Wert innerhalb des ersten und des zweiten Umsetzzyklus zeigt, der größer im absoluten Wert eines entsprechenden Stromes ist, der zu der Vielphasenlast ausgegeben wird, wenn der andere der zwei der ersten Spannungsbefehle, die in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, gleich ist mit einem der Werte gemäß dem maximalen und minimalen Wert, und zwar lediglich in dem ersten Umsetzzyklus, und als B-Phasenspannungsbefehl definiert wird, wobei der B-Phasenspannungsbefehl als einer der ersten Spannungsbefehle ausgewählt wird, der hinsichtlich des Absolutwertes eines entsprechenden Stromes, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird, größer ist, und zwar als nächster zu dem A-Phasenspannungsbefehl; und (c) Impulsbreitemodulieren einer Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen zweiten Spannungsbefehle, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltoperationen der Schaltelemente der Umrichter-Hauptschaltung zum Antreiben der Vielphasenlast zu steuern.
In dem bevorzugten Modus der Erfindung wird einer der ersten Spannungsbefehle, der als jede der A-Phasenspannungsbefehle und B-Phasenspannungsbefehle ausgewählt wird, als eine Funktion einer Phasendifferenz bestimmt, und zwar zwischen dem ersten Spannungsbefehl und dem Strom, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird.
Wenn einer der zweiten Spannungsbefehle, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, außerhalb eines Bereiches entsprechend dem maximalen Wert bis zum minimalen Wert liegt, wird einer der zweiten Spannungsbefehle, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert mit umgekehrter Polarität korrigiert, während der zweite Spannungsbefehl, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Überschuß oder Übermaß des zweiten Spannungsbefehls über den Bereich vom maximalen Pegel zum minimalen Pegel hin gleich ist.
Die Zahl der Phasen der Vielphasenlast kann drei sein.
Die Vielphasenlast kann aus einem Wechselstrommotor bestehen.
Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausgeben von Energie an eine Vielphasenlast von einer Umrichter-Hauptschaltung geschaffen, welches die folgenden Schritte umfaßt: (a) Ausgeben von ersten Spannungsbefehlen für jeweilige Phasen, von denen jede zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert oder Pegel variiert; (b) Umsetzen der ersten Spannungsbefehle, die von der Spannungsbefehlsausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und einem zweiten Umsetzzyklus, die abwechselnd vorgesehen werden, in dem ersten Umsetzzyklus, wobei zwei der ersten Spannungsbefehle in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, die identisch mit einem der Werte gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert sind, und zwar in dem zweiten Umsetzzyklus, einer der zwei der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, der identisch ist mit einem der maximalen und minimalen Werte, mit der Annahme, daß einer der zwei der ersten Spannungsbefehle, welcher in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wurde, welcher gleich ist mit einem der maximalen und minimalen Werte oder Pegel, und zwar lediglich in dem ersten Umsetzzyklus, als dritter Spannungsbefehl definiert wird, wenn der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wird, außerhalb eines Bereiches gemäß dem maximalen Wert bis zum minimalen Wert liegt, der zweite Spannungsbefehl, in dem der dritte Spannungsbefehl in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt wird, auf einen Wert mit umgekehrter Polarität korrigiert wird, der zweite Spannungsbefehl, in den der dritte Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wird, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Überschuß oder Übermaß des zweiten Spannungsbefehls über den Bereich hinaus, entsprechend dem maximalen Wert bis zum minimalen Wert; und (c) Impulsbreitemodulieren einer Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen zweiten Spannungsbefehle, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltoperationen der Schaltelemente der Umrichter-Hauptschaltung zum Antreiben der Vielphasenlast zu steuern.
Wenn in dem bevorzugten Modus der Erfindung der andere der zwei der ersten Spannungsbefehle, die in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert, und zwar sowohl in dem ersten Umsetzzyklus als auch dem zweiten Umsetzzyklus, und dieser als vierter Spannungsbefehl definiert wird, wird einer der ersten Spannungsbefehle, der als jeder des dritten Spannungsbefehls und des vierten Spannungsbefehls ausgewählt wird, als Funktion eines gegebenen Parameters geändert.
Die Zahl der Phasen der Vielphasenlast kann drei sein.
Die Vielphasenlast kann aus einem Wechselstrommotor bestehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung kann vollständiger anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen entsprechend bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung verstanden werden, die jedoch nicht so zu interpretieren sind, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen einzuschränken, sondern lediglich dem Zweck der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches einen Umrichter gemäß der Erfindung darstellt, der in solcher Weise arbeitet, um Energie einem Vielphasen-Wechselstrommotor zuzuführen;
Fig. 2(a) eine Trägerwelle, die in einem PWM-Wellenformgenerator des Umrichters von Fig. 1 erzeugt wird;
Fig. 2(b) und 2(c) Taktsignale ck1 und ck2, die durch einen PWM-Wellenformgenerator des Umrichters von Fig. 1 erzeugt werden;
Fig. 3, 4, 5 und 6 Flußdiagramme eines Programms, welches in einem Befehlsgabeumsetzer des Umrichters von Fig. 1 ausgeführt wird, der Spannungsbefehle umsetzt, um einen Schaltverlust des Umrichters von Fig. 1 zu minimieren;
Fig. 7(a) eine Darstellung, welche Wellenformen der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenspannungsbefehle veranschaulicht, die beim Einschalten und Ausschalten von Transistoren in dem Umrichter von Fig. 1 verwendet werden;
Fig. 7(b) eine Darstellung, die einen U-Phasenspannungsbefehl zeigt, in welchen der U-Phasenspannungsbefehl von Fig. 7(a) umgesetzt wird;
Fig. 7(c) eine Darstellung, die einen V-Phasenspannungsbefehl zeigt, in welchen der V-Phasenspannungsbefehl von Fig. 7(a) umgesetzt wird;
Fig. 7(d) eine Darstellung, die einen W-Phasenspannungsbefehl zeigt, in den der W-Phasenspannungsbefehl von Fig. 7(a) umgesetzt wird;
Fig. 8(a) eine Darstellung, welche U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenspannungsbefehle zeigt, die beim Einschalten und Ausschalten von Transistoren in dem Umrichter von Fig. 1 verwendet werden;
Fig. 8(b) einen U-Phasenspannungsbefehl, in den der U-Phasenspannungsbefehl von Fig. 8(a) umgesetzt wird;
Fig. 8(c) eine Darstellung, welche die Wellenform eines U- Phasenausgangsstromes darstellt;
Fig. 9, 10 und 11 ein Flußdiagramm eines Programms, welches bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 12(a) eine Darstellung, welche die Wellenformen der U- Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenspannungsbefehle zeigt, die bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden;
Fig. 12(b) einen U-Phasenspannungsbefehl, in den der U-Phasenspannungsbefehl von Fig. 12(a) umgesetzt wird;
Fig. 12(c) einen U-Phasenspannungsbefehl, wie er in Fig. 12(b) veranschaulicht ist, und zwar nachdem dieser durch logische Schritte in Fig. 11 korrigiert wurde;
Fig. 13 ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel eines herkömmlichen Umrichters zeigt, der einen Dreiphasen- Wechselstrommotor antreibt;
Fig. 14 ein Blockschaltbild, welches eine innere Konstruktion eines PWM-Wellenformgenerators veranschaulicht, der in dem Umrichter von Fig. 13 installiert ist;
Fig. 15(a) eine Ansicht, die Wellenformen von Spannungsbefehlen zeigt, die dem PWM-Wellenformgenerator von Fig. 14 eingespeist werden;
Fig. 15(b) eine vergrößerte Ansicht von Fig. 15(a);
Fig. 16(a) eine Ansicht, die Wellenformen von Spannungsbefehlen darstellt, die bei einem herkömmlichen Umrichter verwendet werden, wie dies in der U. S. P. Nr. 6,324,085 B2 gelehrt wird, die zur gleichen Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung gehört bzw. dieser zugeordnet ist;
Fig. 16(b) eine vergrößerte Ansicht von Fig. 16(a);
Fig. 16(c) eine Darstellung, welche Spannungsbefehle darstellt, in die Spannungsbefehle, welche in Fig. 16(a) gezeigt sind, in Synchronisation mit einem Takt ck2 umgesetzt werden;
Fig. 17(a), 17(b) und 17(c) Spannungsbefehle, wie sie jeweils in Fig. 16(a) veranschaulicht sind;
Fig. 17(d), 17(e) und 17(f) Spannungsbefehle, in die die Spannungsbefehle, welche in den Fig. 17(a), 17(b) und 17(c) dargestellt sind, jeweils umgesetzt werden;
Fig. 18(a) eine vergrößerte Ansicht, die den U-Phasenspannungsbefehl zeigt, der in Fig. 17(d) veranschaulicht ist;
Fig. 18(b) eine Darstellung, die einen U-Phasenausgangsstrom darstellt;
Fig. 19(a) eine Darstellung, die Wellenformen von Spannungsbefehlen zeigt, die bei einem Vergleichsbeispiel eines Umrichters verwendet werden;
Fig. 19(b) einen U-Phasenspannungsbefehl, in den der U-Phasenspannungsbefehl von Fig. 19(a) umgesetzt wird; und
Fig. 19(c) eine Darstellung, welche die Wellenform eines U- Phasenausgangsstromes darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in mehreren Ansichten bezeichnen, ist insbesondere in Fig. 1 ein Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, der dafür ausgelegt ist, um einen Dreiphasen-Wechselstrommotor 9 anzutreiben, der beim Antrieb eines Elektrofahrzeugs verwendet werden kann.
Der Umrichter enthält eine Umrichter-Hauptschaltung 7, eine Batterie 8, einen Antrieb 15, einen PWM-Wellenformgenerator 11, den Befehlsumsetzer 21 und einen Befehlsgenerator 10. Die gleichen Bezugszeichen sind in den Fig. 13 und 14 verwendet und bezeichnen die gleichen Teile und eine detaillierte Erläuterung der Konstruktion und Betriebsweise wird hier weggelassen.
Der Befehlsumsetzer 21 ist zwischen dem Befehlsgenerator 10 und dem PWM- Wellenformgenerator 11 angeordnet. Der Befehlsumsetzer 21 ist beispielsweise durch einen digitalen Signalprozessor zusammen mit dem Befehlsgenerator 10 und dem PWM-Wellenformgenerator 11 implementiert und arbeitet in solcher Weise, um eine Sequenz von logischen Schritten oder ein Programm durchzuführen, wie dies in den Fig. 3 bis 6 gezeigt ist, um Spannungsbefehle U*, V* und W* zu korrigieren oder in Spannungsbefehle U**, V** und W** umzusetzen, die ihrerseits an den PWM-Wellenformgenerator 11 ausgegeben werden. Der PWM-Wellenformgenerator 11 besitzt die gleiche Konstruktion wie der eine von Fig. 14 und arbeitet in solcher Weise, um die Trägerwelle Impulsbreite zu modulieren, die durch den Trägergenerator 13 erzeugt wird, und zwar unter Verwendung der Spannungsbefehle U**, V** und W**, um Gatesignale G1 bis G6 für die IGBTs 1 bis 6 zu liefern. Der PWM-Wellenformgenerator 11 arbeitet auch in solcher Weise, um Taktsignale ck1 und ck2 für den Befehlsumsetzer 21 zu erzeugen.
Das Taktsignal ck1 besitzt, wie in Fig. 2(b) gezeigt ist, einen Zyklus, der das Zweifache eines Zyklus der Trägerwelle beträgt, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, und wird in dem PWM-Wellenformgenerator 11 erzeugt und steigt synchron in dem Moment an, in welchem der Pegel der Trägerwelle -1 erreicht. Das Taktsignal ck2 steigt und fällt in einer 90°-Phase nach dem Taktsignal ck1. Der Befehlsumsetzer 21 arbeitet in solcher Weise, um die Pegel der Taktsignale ck1 und ck2 zu überwachen, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu welchem die Spannungsbefehle U*, V* und W* umgesetzt werden sollten. Spezifischer ausgedrückt, wenn einer der Spannungsbefehle U*, V* und W*, der die größte Amplitude einer Sinuswelle hat, auf der positiven Seite liegt, wird der Pegel (das heißt 1 oder 0) des Taktsignals ck1 dazu verwendet, um zu bestimmen, welcher der Zyklen gemäß einem ersten und einem zweiten Umsetzzyklus betreten werden sollte, was noch mehr in Einzelheiten an späterer Stelle beschrieben wird. Wenn in ähnlicher Weise einer der Spannungsbefehle U*, V* und W*, der die größte Amplitude der Sinuswelle besitzt, sich auf der negativen Seite befindet, wird der Pegel des Taktsignals ck2 dazu verwendet, um zu bestimmen, welcher der Zyklen gemäß dem ersten und dem zweiten Umsetzzyklus betreten werden sollte.
In jede der Einrichtungen gemäß dem Befehlsgenerator 10 und dem Befehlsumsetzer 21 wird eine Bezugsphase θ* eingegeben. Die Bezugsphase θ* wird zum bestimmen der Phasen der Spannungsbefehle U*, V* und W* vorgesehen und wird in einem Bezugsphasengenerator (nicht gezeigt) als eine Funktion einer Phase θ eines Rotors des Wechselstrommotors 9 erzeugt. Die Bezugsphase θ* enthält eine Komponente, die als eine Funktion einer Betriebsbedingung des Wechselstrommotors 9 voreilt oder nacheilt. Die Phase θ kann alternativ als Bezugsphase θ* verwendet werden, so wie sie ist.
Die Umrichter-Hauptschaltung 7 besteht aus sechs IGBTs 1 bis 6, die in Form einer Dreiphasen-Brückenverbindung verbunden sind. Die Umrichter-Hauptschaltung 7 besitzt Gleichstrombusse 7a und 7b, die mit einem positiven Anschluß und einem negativen Anschluß der Batterie 9 jeweils verbunden sind, und U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenausgangsanschlüsse 7u, 7v und 7w, die mit den jeweiligen Phasenwicklungen (nicht gezeigt) des Wechselstrommotors verbunden sind. Die frei laufenden Dioden D1 bis D6 sind zwischen einem Kollektor und einem Emitter der IGBTs 1 bis 6 elektrisch in umgekehrter Parallelschaltung geschaltet. Zwischen dem U-Phasenausgangsanschluß der Umrichter-Hauptschaltung 7 und dem Motor 9 ist der Stromdetektor 22 angeordnet, der durch einen Stromtransformator gebildet sein kann. Der Stromdetektor 22 mißt den Strom, der durch die U-Phasenwicklung des Wechselstrommotors 9 fließt, und gibt ein Stromsignal Iu aus, welches diesen anzeigt, und zwar an den Befehlsumsetzer 21.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen, wie oben beschrieben ist, das Programm, welches durch den Befehlsumsetzer 21 auszuführen ist.
Nach der Eingabe des Programms verläuft die Routine zu dem Schritt D1, bei dem die Spannungsbefehle U*, V* und W* und die Bezugsphase θ* in den Befehlsumsetzer 21 eingelesen werden. Bei den Schritten D2 bis D13 wird bestimmt, ob die Bezugsphase θ* gegebene Bedingungen erfüllt oder nicht, und zwar in zwölf Abschnitten (die weiter unten auch als Zyklusabschnitte bezeichnet werden), die durch Aufteilen von einem Zyklus der Spannungsbefehle U*, V* und W* von 0 bis 2π jeweils entsprechend π/6 in der Phase definiert sind. Eine gegebene Phasenverschiebung α wird zu jedem Zyklusabschnitt hinzuaddiert. Die Phasenverschiebung α dient dazu, eine Phasendifferenz zwischen den Spannungsbefehlen U*, V* und W* und den Ausgangsströmen zu beseitigen (wird auch als Spannung-zu-Strom-Phasendifferenz θ V1 bezeichnet), die dadurch berechnet werden kann, indem eine Stromphase θI aus dem Stromsignal Iu herausgefunden wird, welches durch den Stromdetektor 23 erzeugt wird, und indem eine Differenz zwischen der Stromphase θI und der Bezugsphase θ* bestimmt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Leistungsfaktor = 1 ist, α auf Null (0) gesetzt werden kann.
Bei dem Schritt D2 wird bestimmt, ob die Bezugsphase θ* innerhalb eines Bereiches von 0 + α bis π/6 + α liegt oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt D16, wie in Fig. 4 gezeigt ist, bei dem bestimmt wird, ob der Pegel des Taktsignals ck2 eins (1) ist oder nicht. Wenn eine Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der Pegel des Taktsignal ck2 eins (1) lautet, was anzeigt, daß der erste Umsetzzyklus betreten werden sollte, verläuft die Routine zu dem Schritt D17, bei dem die Spannungsbefehle U*, V* und W* korrigiert werden oder in die Spannungsbefehle U**, V** und W** umgesetzt werden, die wie folgt definiert sind:

U** = U* - V* - 1
V** = -1
W** = -1
Wenn alternativ die Antwort NEIN bei dem Schritt D16 erhalten wird, was bedeutet, daß der Pegel des Taktsignals ck2 null (0) lautet, was anzeigt, daß der zweite Umsetzzyklus betreten werden sollte, verläuft die Routine dann zu dem Schritt D18, bei dem die Spannungsbefehle U**, V** und W** in der folgenden Weise definiert sind:

U** = U* - V* - 1
V** = -1
W** = 2(W* - V*) -1
Spezifischer gesagt, wird der Spannungsbefehl V* für die V-Phase in einen Minimalwert von -1 umgesetzt (das heißt der unteren Grenze eines Amplitudenbereiches des Spannungsbefehls V*), und zwar sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Umsetzzyklus, der weiter unten als ein A-Phasenspannungsbefehl bezeichnet wird. Der Spannungsbefehl W* für die W-Phase wird in dem Minimalwert in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt, jedoch nicht in dem zweiten Umsetzzyklus, der dann als B-Phasenspannungsbefehl weiter unten bezeichnet wird. Der Spannungsbefehl U* für die U- Phase wird dafür vorgesehen, um die IGBTs 1 und 2 zyklisch sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Umsetzzyklus ein- und auszuschalten, was dann weiter unten als ein C-Phasenspannungsbefehl bezeichnet wird.
Nach dem Schritt D17 oder D18 verläuft die Routine zu dem Schritt D15, bei dem die Spannungsbefehle U**, V** und W** in den PWM-Wellenformgenerator 11 ausgegeben werden.
Wenn eine Antwort NEIN bei dem Schritt D2 erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt D3, bei welchem bestimmt wird, ob die Bezugsphase θ* innerhalb eines Bereiches von π/6 + α bis π/3 + α liegt oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt D19, so wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, bei dem bestimmt wird, ob der Pegel des Taktsignals ck1 eins (1) ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der erste Umsetzzyklus betreten werden sollte, dann verläuft die Routine zu dem Schritt D20, bei dem die Spannungsbefehle U**, V** und W** wie folgt definiert werden:

U** = -1
V** = -1
W** = W* - V* -1
Wenn alternativ die Antwort NEIN bei dem Schritt D19 erhalten wird, was bedeutet, daß der zweite Umsetzzyklus vorgesehen werden sollte, dann verläuft die Routine zu dem Schritt D21, bei welchem die Spannungsbefehle U**, V** und W** wie folgt definiert werden:

U** = 2(U* - V*) - 1
V** = -1
W** = W* - V* -1
Spezifischer gesagt, wird der Spannungsbefehl V* als A-Phasenspannungsbefehl vorgesehen. Der Spannungsbefehl U* wird als B-Phasenspannungsbefehl vorgesehen. Der Spannungsbefehl W* wird als C-Phasenspannungsbefehl vorgesehen. Mit anderen Worten sind der B-Phasenspannungsbefehl und der C-Phasenspannungsbefehl zu den Schritt D17 und D18 umgekehrt. Nach dem Schritt D20 oder D21 verläuft die Routine zu dem Schritt D15.
Wenn bei dem Schritt D3 eine Antwort NEIN erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt D4, bei dem bestimmt wird, ob die Bezugsphase θ* innerhalb eines Bereiches von π3 + α bis π/2 + α liegt oder nicht. Wenn eine Antwort JA erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt D22, wie in Fig. 4 gezeigt ist, bei dem bestimmt wird, ob der Pegel des Taktsignals ck1 eins (1) beträgt oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der erste Umsetzzyklus betreten werden sollte, gelangt die Routine zu dem Schritt D23, bei dem Spannungsbefehle U**, V** und W** wie folgt definiert werden:

U** = 1
V** = 1
W** = W* - U* +1
Wenn alternativ bei dem Schritt D22 die Antwort NEIN erhalten wird, was bedeutet, daß der zweite Umsetzzyklus betreten werden sollte, verläuft die Routine zu dem Schritt D24, bei dem Spannungsbefehle U**, V** und W** wie folgt definiert werden:

U** = 1
V** = 2(V* - U*) +1
W** = W* - U* +1
Spezifischer ausgedrückt, wird der Spannungsbefehl U* als ein A-Phasenspannungsbefehl geliefert. Der Spannungsbefehl V* wird als B-Phasenspannungsbefehl geliefert. Der Spannungsbefehl W* wird als C-Phasenspannungsbefehl geliefert. Nach dem Schritt D23 oder D24 verläuft die Routine zu dem Schritt D15.
Wenn bei dem Schritt D4 die Antwort NEIN erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt D5, bei dem bestimmt wird, ob die Bezugsphase θ* innerhalb eines Bereiches von π/2 + α bis 2π/3 + α liegt oder nicht. Wenn als Antwort JA erhalten wird, dann verläuft die Routine zu dem Schritt D25, wie in Fig. 4 gezeigt ist, bei dem bestimmt wird, ob der Pegel des Taktsignals ck1 gleich ist eins (1) oder nicht. Wenn als Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der erste Umsetzzyklus betreten werden sollte, dann verläuft die Routine zu dem Schritt D26, bei dem die Spannungsbefehle U**, V** und W** wie folgt definiert werden:

U** = 1
V** = V* - U* +1
W** = 1
Wenn bei dem Schritt D25 alternativ die Antwort NEIN erhalten wird, was bedeutet, daß in den zweiten Umsetzzyklus eingetreten werden sollte, dann verläuft die Routine zu dem Schritt D27, bei dem Spannungsbefehle U**, V** und W** wie folgt definiert werden:

U** = 1
V** = V* - U* +1
W** = 2(W* - U*) +1
Spezifischer ausgedrückt, wird der Spannungsbefehl U* als A-Phasenspannungsbefehl erzeugt. Der Spannungsbefehl V* wird als C-Phasenspannungsbefehl geliefert. Der Spannungsbefehl W* wird als B-Phasenspannungsbefehl erzeugt. Nach dem Schritt D26 oder D27 verläuft die Routine zu dem Schritt D15.
Bei den Schritten D6 bis D13 wird bestimmt, ob die Bezugsphase θ* innerhalb eines Bereiches liegt von 2π/3 + α bis 5π/6 + α, 5π/6 + α bis π + α, π + α bis 7π/6 + α, 7π/6 + α bis 4π/3 + α, 4π/3 α bis 3π/2 + α, 3π/2 + α bis 5π/3 + α, 5π/3 + α bis 11π/6 + α und 11π/6 + α bis 2π+ α oder nicht. Wenn bei den Schritten D6 bis D9 die Antworten JA erhalten werden, verläuft die Routine zu den Schritten D28 bis D37, wie jeweils in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn bei den Schritten D10 bis D13 die Antworten JA erhalten werden, verläuft die Routine jeweils zu den Schritten D40 bis D49, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Einzelheiten der Operationen bei den Schritt D29 bis D51 ergeben sich aus den Zeichnungen und eine Erläuterung derselben wird hier weggelassen.
Zusammenfassend werden die A-, B- und C-Phasenspannungsbefehle, auf die die U-, V- und W-Phasenspannungsbefehle U**, V** und W** eingestellt sind, in einer Sequenz jeden zweiten Zyklusabschnitt verschoben (das heißt in den Schritten D2, D4, D6, . . .), und zwar in dieser Reihenfolge. Bei jedem der nachfolgenden Zyklusabschnitte (Schritte D3, D5, D7, . . .) bleibt einer der Spannungsbefehle U**, V** und W**, der auf den A-Phasenspannungsbefehl gesetzt ist, unverändert, während zwei von denselben, die auf die B- und C-Phasenspannungsbefehle gesetzt sind, auf einen vorhergehenden einen der Zyklusabschnitte umgekehrt werden.
Fig. 7(a) veranschaulicht die Spannungsbefehle U*, V* und W*, die in dem Befehlsgenerator 10 erzeugt werden. Die Fig. 7(b), 7(c) und 7(d) veranschaulichen die Spannungsbefehle U**, V** und W**, in welche die Spannungsbefehle U*, V* und W* durch den Befehlsumsetzer 21 umgesetzt werden und die dem PWM-Wellenformgenerator 11 eingespeist werden. Fig. 8(a) veranschaulicht die Wellenformen der Spannungsbefehle U*, V* und W*. Fig. 8(b) veranschaulicht als Beispiel die Wellenform der Spannungsbefehle U** für die U-Phase. Fig. 8(c) veranschaulicht den U-Phasenausgangsstrom Iu der Umrichter-Hauptschaltung 7, der als eine Funktion des Spannungsbefehls U** erzeugt wird. In dem veranschaulichten Fall liegt der Leistungsfaktor bei eins (1). Wenn die Hälfte eines Zyklus des U-Phasenausgangsstromes Iu so, wie klar in Fig. 8(c) gezeigt ist, in die folgenden Amplitudenbereiche aufgebrochen wird,
0 ~ π/6: niedriger Pegelbereich
π/6 ~ π/3: mittlerer Pegelbereich
π/3 ~ 2π/3: hoher Pegelbereich
2π/3 ~ π/6: mittlerer Pegelbereich
5π/6 ~ π: niedriger Pegelbereich,
wird bewirkt, daß der umgesetzte Spannungsbefehl U**, wie aus Fig. 8(b) ersehen werden kann, auf den C-Phasenspannungsbefehl in dem niedrigen Pegelbereich gesetzt wird, der B-Phasenspannungsbefehl in den mittleren Pegelbereich und der A-Phasenspannungsbefehl in den hohen Pegelbereich gesetzt bzw. eingestellt wird. Spezifischer ausgedrückt, werden innerhalb des niedrigen Pegelbereiches, welcher den Nulldurchgangspunkt der Wellenform des Stromes Iu enthält, die Schaltoperationen der IGBTs 1 bis 6 in der Umrichter-Hauptschaltung 7 durchgeführt. Innerhalb des Hochpegelbereiches, der entweder einen maximalen oder einen minimalen Wert der Amplitude des Stromes Iu enthält, werden die Schaltoperationen vollständig außer Bereitschaft gesetzt bzw. gesperrt, so daß die entsprechenden einen der IGBTs 1 bis 6 ein- oder ausgeschaltet gehalten werden. Innerhalb des mittleren Pegelbereiches, wo der Pegel der Amplitude des Stromes Iu zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegelbereich liegt, liegt die Zahl der Schaltoperationen dazwischen, und zwar zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegelbereich, das heißt die Schaltoperationen werden teilweise außer Bereitschaft gesetzt bzw. gesperrt.
Die Fig. 19(a) und 19(b) zeigen die Spannungsbefehle U*, V* und W* und die Wellenform der Spannungsbefehle U**, in die der Spannungsbefehl U* durch einen vergleichenden Spannungsbefehlsumsetzer umgesetzt wird, der dafür konstruiert ist, um die Schaltoperationen der Transistoren IGBTs für eine der drei Phasen in der Umrichter- Hauptschaltung 7 für eine gegebene Zeitperiode zu stoppen, in welcher ein Strom, der für die eine der drei Phasen ausgegeben wird, wie in Fig. 19(c) gezeigt ist, hoch ist, um die Schaltverluste der Umrichter-Hauptschaltung 7 zu reduzieren. Ein Vergleich zwischen dem Fall, der in den Fig. 19(a) bis 19(c) veranschaulicht ist und der Ausführungsform, wie sie in den Fig. 8(a) bis (c) veranschaulicht ist, zeigt, daß der C-Phasenspannungsbefehl, der innerhalb des mittleren Pegelbereiches von π/6 ~ π/3 in dem vergleichenden Spannungsbefehlsumsetzer erzeugt wird, in den B-Phasenspannungsbefehl bei dieser Ausführungsform geändert wird, und der B-Phasenspannungsbefehl, der innerhalb des niedrigen Pegelbereiches von 5π/6 ~ π in dem vergleichenden Spannungsbefehlsumsetzer erzeugt wird, in den C-Phasenspannungsbefehl bei dieser Ausführungsform geändert wird. Spezifischer ausgedrückt, führt der Befehlsumsetzer 21 diese Ausführungsform die Schaltoperationen einer Anzahl durch, die äquivalent zu derjenigen ist, welche durch den vergleichenden Spannungsbefehlsumsetzer in einem Bereich außer Bereitschaft gesetzt wird, wo der Ausgangsstrom der Umrichter-Hauptschaltung 7 im Wert niedriger ist.
Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, ist der Befehlsumsetzer 21 dieser Ausführungsform so konstruiert, um einen von zwei der Spannungsbefehle U*, V* und W*, welche den maximalen und minimalen Wert innerhalb des ersten und des zweiten Umsetzzyklus zeigt, welcher als Absolutwert eines entsprechenden Stromes größer ist und von der Umrichter-Hauptschaltung 7 ausgegeben wird, in den A-Phasenspannungsbefehl umgesetzt wird (das heißt -1 oder +1 sowohl beim ersten als auch beim zweiten Umsetzzyklus) und auch dafür ausgelegt ist, um einen der Spannungsbefehle U*, V* und W*, der im Absolutwert eines entsprechenden Stromes größer ist, und als nächstes zu dem ersteren einen der Spannungsbefehle U*, V* und W* ausgegeben wird, in den B-Phasenspannungsbefehl umgesetzt wird (das heißt -1 oder +1 lediglich in dem ersten Umsetzzyklus), wodurch die IGBTs 1 bis 6 der Umrichter-Hauptschaltung 7 veranlaßt werden, eingeschaltet oder ausgeschaltet zu werden, und zwar innerhalb des Hochpegelbereiches, wo die Stromausgangsgrößen der jeweiligen Phasen in einem hohen Wert oder Pegel vorliegen, und dadurch die IGBTs 1 bis 4 die Möglichkeit erhalten, so oft ein- und ausgeschaltet zu werden wie möglich, und zwar innerhalb des niedrigen Pegelbereiches, wo die Stromausgangsgrößen einen niedrigen Wert oder Pegel haben. Dies führt zu einer starken Reduzierung der Schaltverluste in den IGBTs 1 bis 6.
Der Befehlsumsetzer 21 ist so konstruiert, um einige der Spannungsbefehle U*, V* und W* zu ändern, um sie als A-Phasenspannungsbefehl und B-Phasenspannungsbefehl als eine Funktion der Phasenverschiebung α auszuwählen, das heißt als Funktion der Spannung-zu-Strom-Phasendifferenz θVI. Der Befehlsumsetzer 21 kann daher den Zeitpunkt solch einer Auswahl bestimmen, indem er einfach die Pegel der Spannungsbefehle U*, V* und W* überwacht, die von dem Befehlsgenerator 10 ausgegeben werden.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen Flußdiagramme von Subprogrammen, die durch den Befehlsumsetzer 21 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden, um eine unerwünschte Verzerrung der Ausgangsströme aus der Umrichter-Hauptschaltung 7 zu vermeiden, die in der Umsetzung der Spannungsbefehle U*, V* und W* in dem Befehlsumsetzer 21 ihren Ursprung hat. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie bei der ersten Ausführungsform verwendet sind, bezeichnen hier gleiche Teile und eine Erläuterung derselben in Einzelheiten wird daher weggelassen.
Die Schritte in Fig. 9 werden anstelle der Schritte D16 bis D18 in Fig. 4 durchgeführt. Wenn bei dem Schritt D2 der Fig. 3 die Antwort JA erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt E1, bei dem die Spannungsbefehle U**, V** und W**, die mit denjenigen des Schrittes D17 von Fig. 4 identisch sind, jeweils direkt als U1, V1 und W1 definiert werden und wobei die Spannungsbefehle U**, V** und W**, die identisch mit denjenigen bei dem Schritt D18 sind, jeweils direkt als U2, V2 und W2 definiert werden.
Die Routine gelangt dann zu dem Schritt E2, bei dem der Spannungsbefehl W2 größer ist als eins (1) oder nicht. Wenn die Antwort NEIN erhalten wird (W2 ≤ 1), verläuft die Routine zu den Schritten E3 bis E5, die hinsichtlich der Operation identisch mit den Schritten D16 bis D18 von Fig. 4 sind, und eine Erläuterung derselben wird daher hier weggelassen.
Wenn bei dem Schritt E2 alternativ die Antwort JA erhalten wird (W2 > 1), bedeutet dies, daß der Spannungsbefehl W* in einen extrem hohen Wert (das heißt W2) auf Grund der Phasenverschiebung α umgesetzt wurde, was zu einer unerwünschten Verzerrung der Wellenform des Stromes führt, der von der Umrichter-Hauptschaltung 7 ausgegeben wird. Der Spannungsbefehl W2 wird so erzeugt, daß er einen Pegel hat, der erforderlich ist, um das Zweifache der Spannung zwischen den W- und V-Wicklungen des Wechselstrommotors 9 anzulegen, wie dies durch die Spannungsbefehle W* und V* bestimmt wird, um eine Kompensation hinsichtlich eines Verlustes der Spannung zu erreichen, die durch ein Anhalten der Schaltoperation in der Umrichter-Hauptschaltung 7 verursacht wird, und somit ein Ansprechen auf die oben erläuterte unerwünschte Umsetzung auftritt. Um dieses Problem zu lösen, verläuft die Routine zu dem Schritt E6, bei welchem die Spannungsbefehle W1 und W2 in der folgenden Weise korrigiert werden:

W1 = 2(W* - V*) -3
W2 = 1
Es sei darauf hingewiesen, daß U1, U2, V1 und V2 unverändert bleiben.
Die Routine verläuft dann zu dem Schritt E7, bei welchem bestimmt wird, ob das Taktsignal ck1 eins (1) ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird (ck1 = 1), verläuft die Routine zu dem Schritt E8, bei dem die Spannungsbefehle U1, V1 und W1 als Spannungsbefehle U**, V** und W** definiert werden. Wenn alternativ die Antwort NEIN erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt E9, bei dem Spannungsbefehle U2, V2 und W2 als Spannungsbefehle U**, V** und W** definiert werden. Nach den Schritten E8 oder E9 verläuft die Routine zu dem Schritt D15 von Fig. 3.
Spezifischer ausgedrückt, wurde bereits eins (1) von dem Spannungsbefehl W2 bei dem Schritt E1 subtrahiert, jedoch wurde der Spannungsbefehl W2 in einen unerwünscht hohen Wert umgesetzt, der die obere Grenze überschreitet (das heißt +1) des Amplitudenbereiches des Spannungsbefehls W* (das heißt 2 = ±1). Somit wird der Spannungsbefehl W2 auf +1 eingestellt, welcher Wert in der Polarität oder dem Vorzeichen umgekehrt zu dem Spannungsbefehl W1 ist, der auf einen Minimalwert von -1 bei dem Schritt E1 gesetzt wird, während jedoch das Übermaß der Amplitude des Spannungsbefehls W2, welches durch weitere Subtraktion des Amplitudenbereiches abgeleitet wird, das heißt zwei (2) von dem Spannungsbefehl W2 (das heißt 2 (W* - V*) -3) dem Spannungsbefehl W1 gegeben wird. Bei dem Schritt E7 wird somit der Pegel des Taktsignals ck1 geprüft.
Die Schritte in Fig. 10 werden anstelle der Schritte D22 bis D24 von Fig. 4 durchgeführt, um die Verzerrung der Wellenform des V-Phasenstroms, der von der Umrichter-Hauptschaltung 7 ausgegeben wird, zu beseitigen, welche durch das Übermaß des Spannungsbefehls V** über einen Amplitudenbereich des Spannungsbefehls V* hinaus verursacht wird. Wenn bei dem Schritt D4 von Fig. 3 die Antwort JA erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt E10, bei dem Spannungsbefehle U**, V** und W**, die identisch mit denjenigen bei dem Schritt D23 von Fig. 4 sind, jeweils direkt als U1, V1 und W1 definiert werden, und die Spannungsbefehle U**, V** und W**, die identisch mit denjenigen bei dem Schritt D24 sind, jeweils direkt als U2, V2 und W2 definiert werden.
Die Routine verläuft dann zu dem Schritt E11, bei dem Spannungsbefehl V2 untersucht wird, ob er kleiner ist als minus eins (-1) oder nicht. Wenn die Antwort NEIN erhalten wird (V2 ≥ -1), verläuft die Routine zu den Schritten E12, E13 und E14, die identisch mit den Schritten D22 bis D24 von Fig. 4 sind.
Wenn alternativ bei dem Schritt E11 die Antwort JA erhalten wird (V2 > -1), was bedeutet, daß der Spannungsbefehl W* in einen exzessiv niedrigen Wert (das heißt V2) umgesetzt wurde, und zwar auf Grund der Phasenverschiebung α, verläuft die Routine zu dem Schritt E15, bei dem die Spannungsbefehle V1 und V2 wie folgt korrigiert werden:

V1 = 2 (V* - U*) +3
V2 = -1
Die Routine verläuft dann zu dem Schritt E16, bei dem bestimmt wird, ob das Taktsignal ck2 gleich ist eins (1) oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird (ck2 = 1), verläuft die Routine zu dem Schritt E17, bei dem die Spannungsbefehle U1, V1 und W1 als Spannungsbefehle U**, V** und W** definiert werden. Wenn altemativ die Antwort NEIN erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt E18, bei dem die Spannungsbefehle U2, V2 und W2 als Spannungsbefehle U**, V** und W** definiert werden. Nach dem Schritt E17 oder E18 verläuft die Routine zu dem Schritt D15 von Fig. 3.
Spezifischer ausgedrückt, wurde bereits eins (1) zu dem Spannungsbefehl V2 bei dem Schritt E10 hinzuaddiert, der Spannungsbefehl V2 wurde jedoch in einen unerwünscht niedrigen Wert umgesetzt, der kleiner ist als die untere Grenze (das heißt -1) des Amplitudenbereiches des Spannungsbefehls V* (das heißt 2 = ±1). Es wird somit der Spannungsbefehl V2 auf -1 gesetzt, welcher Wert in der Polarität oder dem Vorzeichen umgekehrt zu dem Spannungsbefehl V1 ist, der auf einen Maximalwert von +1 bei dem Schritt E10 gestellt wird, während jedoch ein Übermaß der Amplitude des Spannungsbefehls V2, der durch weitere Addition des Amplitudenbereiches abgeleitet wird, das heißt zwei (2) zu dem Spannungsbefehl V2 hinzuaddiert wird (das heißt 2 (V* - U*) +3) dem Spannungsbefehl V1 erteilt wird. Bei dem Schritt E16 wird somit der Pegel des Taktsignals ck2 überprüft.
Die Schritte in Fig. 11 werden anstelle der Schritte D28 bis D30 von Fig. 5 durchgeführt, um die Verzerrung der Wellenform des U-Phasenstroms zu beseitigen, der von der Umrichter-Hauptschaltung 7 ausgegeben wird, welche durch das Übermaß des Spannungsbefehls U** über einen Amplitudenbereich des Spannungsbefehls U* hinaus verursacht wird. Wenn bei dem Schritt D6 von Fig. 3 die Antwort JA erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt E18, bei dem die Spannungsbefehle U**, V** und W**, die identisch mit denjenigen bei dem Schritt D29 von Fig. 5 sind, direkt jeweils als U1, V1 und W1 definiert werden, und die Spannungsbefehle U**, V** und W**, die identisch mit denjenigen bei dem Schritt D30 sind, direkt als U2 bzw. V2 bzw. W2 definiert werden.
Die Routine verläuft dann zu dem Schritt E19, bei welchem geprüft wird, ob der Spannungsbefehl U2 größer ist als eins (+1) oder nicht. Wenn die Antwort NEIN erhalten wird (U2 ≤ 1), verläuft die Routine zu den Schritten E20, E21 und E22, die identisch mit den Schritten D28 bis D30 von Fig. 5 sind.
Wenn alternativ bei dem Schritt E19 die Antwort JA erhalten wird (U2 > 1), was bedeutet, daß der Spannungsbefehl U* in einen exzessiv hohen Wert umgesetzt wurde (das heißt U2), und zwar auf Grund der Phasenverschiebung α, verläuft die Routine zu dem Schritt E23, bei welchem die Spannungsbefehle U1 und U2 wie folgt korrigiert werden:

U1 = 2(U* - W*) -3
U2 = 1
Die Routine verläuft dann zu dem Schritt E24, bei dem bestimmt wird, ob das Taktsignal ck1 gleich ist eins (I) oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird (ck1 = 1), dann verläuft die Routine zu dem Schritt E25, bei dem die Spannungsbefehle U1, V1 und W1 als Spannungsbefehle U**, V** und W** definiert werden. Wenn alternativ die Antwort NEIN erhalten wird, verläuft die Routine zu dem Schritt E26, bei dem die Spannungsbefehle U2, V2 und W2 als Spannungsbefehle U**, V** und W** definiert werden. Nach dem Schritt E25 oder E26 verläuft die Routine zu dem Schritt D15 von Fig. 3.
Spezifischer ausgedrückt, wenn der Spannungsbefehl U2, wie dieser bei dem Schritt E18 bestimmt wurde, so wie in Fig. 12(b) gezeigt ist, eins (1) überschreitet, das heißt die obere Grenze des Amplitudenbereiches des Spannungsbefehls U* und bei dem Schritt E19 die Antwort JA erhalten wird, wird die Amplitude des Spannungsbefehls U*, so wie in Fig. 12(c) gezeigt ist, zyklisch auf den Spannungsbefehl U1 in dem Schritt E25 geändert und der Spannungsbefehl U2 bei dem Schritt E26. Der Spannungsbefehl U1 wird in dem zweiten Umsetzzyklus erzeugt bzw. vorgesehen, während der Spannungsbefehl U2 in dem ersten Umsetzzyklus vorgesehen wird. Es wird somit der Spannungsbefehl U** innerhalb des Amplitudenbereiches des Spannungsbefehls U* von dem Befehlsumsetzer 21 ausgegeben.
Die Subprogramme wurden, wie in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigt ist, als ein Beispiel erläutert, die bei den nachfolgenden Schritten D2, D4 und D6 von Fig. 3 jeweils ausgeführt werden, jedoch wird die Operation bei der zweiten Ausführungsform in Praxis nachfolgend jedem der Schritte D2 bis D13 durchgeführt, um eine Überwachung durchzuführen, ob einer der Spannungsbefehle U*, V* und W* in eine Spannung konvertiert wird, die das Zweifache einer Spannungsdifferenz zwischen den anderen zwei der Spannungsbefehle U*, V* und W* beträgt und den Amplitudenbereich der Spannungsbefehle U*, V* und W* überschreitet oder nicht, und, wenn dies der Fall ist, werden diese in der oben beschriebenen Weise korrigiert.
Wenn, wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, die Spannungsbefehle U2, V2 und W2, in die Spannungsbefehle U*, V* und W* in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt werden, die in 1 oder -1 bei dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt werden, jedoch nicht in dem zweiten Umsetzzyklus (das heißt die B-Phasenspannungsbefehle), den Amplitudenbereich des maximalen bis minimalen Wertes überschreiten, werden die Spannungsbefehle U2, V2 und W2 in dem ersten Umsetzzyklus in der Polarität oder dem Vorzeichen umgekehrt und es wird jeder der Spannungsbefehle U1, V1 und W1 in dem zweiten Umsetzzyklus auf ein Übermaß eines entsprechenden einen der Spannungsbefehle U2, V2 und W2 über den Amplitudenbereich hinaus korrigiert, wodurch die Verzerrung der Wellenform des Stromes beseitigt wird, der von der Umrichter- Hauptschaltung 7 ausgegeben wird, als auch die Schaltverluste der IGBTs 1 bis 6 reduziert werden.
Die zweite Ausführungsform kann in dem System verwendet werden, welches durch die japanische Patentanmeldung Nr. 11-369662 (U. S. P. Nr. 6,324,085 B2, die zu der gleichen Anmelderin gehört wie die vorliegende Anmeldung) gelehrt wird, deren Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme voll mit einbezogen wird.
Die Entscheidung in jedem der Schritte D2 bis D13 von Fig. 3 wird als eine Funktion der Bezugsphase θ* durchgeführt, kann jedoch alternativ dadurch realisiert werden, indem ein Vergleich zwischen den Pegeln der Spannungsbefehle U*, V* und W* vorgenommen wird.
Die Zyklusabschnitte in den Schritten D2 bis D13 von Fig. 3 werden als eine Funktion der Phasenverschiebung α geändert (das heißt die Spannung-zu-Strom-Phasendifferenz θVI), kann jedoch auch alternativ dadurch geändert werden, indem die Werte die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenstromes überwacht werden, der von der Umrichter-Hauptschaltung 7 ausgegeben wird.
Der Umrichter der vorliegenden Erfindung verwendet die PWM, die durch einen Vergleich zwischen der dreieckförmigen Trägerwelle und den Spannungsbefehlen U**, V** und W** realisiert wird, es kann jedoch auch ein anderes System verwendet werden, welches dafür ausgelegt ist, um die Energie durch Ändern der Breite der Impulse umzusetzen, und zwar mit Hilfe von Schaltoperationen.
Anstelle der IGBTs 1 bis 6 können auch Leistungstransistoren oder MOSFETs verwendet werden.
Die Phase θ des Rotors des Wechselstrommotors 9 kann durch einen Drehkodierer, einen Resolver oder ein sogenanntes sensorloses System gemessen werden, welches dafür ausgelegt ist, die Spannung zu messen, die durch den Motor 9 induziert wird, und zwar unter Verwendung eines Spannungsteilers oder eines Komparators, um die Winkelposition des Rotors des Motors 9 zu bestimmen.
Der Befehlsumsetzer 21 kann durch eine CPU zusammen mit dem Befehlsgenerator 10 und dem PWM-Wellenformgenerator 11 implementiert werden.
Der Umrichter der Erfindung kann dazu eingesetzt werden, um einen Vielphasen- Wechselstrommotor mit mehr als drei Phasenwicklungen anzutreiben.
Der Umrichter der Erfindung kann in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder einer UPS (Uninterruptible Power Supply = nicht unterbrechbare Stromversorgung) installiert werden, wobei er so arbeitet, um Vielfachphasen-Wicklungsspannungen auszugeben.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen offenbart wurde, um das Verständnis derselben zu vereinfachen, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf vielfältige Weise angewendet werden kann, ohne dabei das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist daher so zu verstehen, daß alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen bei den gezeigten Ausführungsformen mit umfaßt sind, die ohne ein Abweichen vom Prinzip der Erfindung, wie es in den anhängenden Ansprüchen festgehalten ist, realisiert werden können.

Claims

1. Leistungsumrichter zum Ausgeben von Energie an eine Vielphasenlast, mit:
einer Umrichter-Hauptschaltung, die in solcher Weise arbeitet, um Phasenspannungen an die Vielphasenlast über Schaltelemente anzulegen;
einer Spannungsbefehl-Ausgabeschaltung, die erste Spannungsbefehle für die jeweiligen Phasen ausgibt, wobei jeder der ersten Spannungsbefehle zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert variiert;
einem Spannungsbefehl-Umsetzer, der die ersten Spannungsbefehle, welche von der Spannungsbefehl-Ausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und in einem zweiten Umsetzzyklus umsetzt, die abwechselnd vorgesehen werden, wobei der Spannungsbefehlumsetzer zwei der ersten Spannungsbefehle in die zweiten Spannungsbefehle umsetzt, die gleich sind mit einem Wert gemäß einem maximalen Wert und einem minimalen Wert bei dem ersten Umsetzzyklus, und der auch einen der zwei der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umsetzt, der gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und minimalen Wert bei dem zweiten Umsetzzyklus, wenn der eine der ersten Spannungsbefehle, der in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und minimalen Wert und sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Umsetzzyklus als ein A-Phasenspannungsbefehl definiert wird, wobei der A-Phasenspannungsbefehl als einer von zwei der ersten Spannungsbefehle ausgewählt wird, der den maximalen und minimalen Wert innerhalb des ersten und des zweiten Umsetzzyklusses zeigt, der im Absolutwert eines entsprechenden Stromes größer ist, welcher an die Vielphasenlast ausgegeben wird, wenn der andere der zwei der ersten Spannungsbefehle, die in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und minimalen Wert lediglich in dem ersten Umsetzzyklus und als ein B-Phasenspannungsbefehl definiert wird, der B-Phasenspannungsbefehl als einer der ersten Spannungsbefehle ausgewählt wird, der im Absolutwert eines entsprechenden Stromes größer ist, welcher an die Vielphasenlast ausgegeben wird und zwar nächstliegend zu dem A-Phasenspannungsbefehl; und
einer Schaltsteuersignal-Ausgabeschaltung, die so arbeitet, daß sie eine Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen zweiten Spannungsbefehle in der Impulsbreite moduliert, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltoperationen der Schaltelemente der Umrichterhauptschaltung zu steuern.

2. Leistungsumrichter nach Anspruch 1, bei dem der Spannungsbefehlumsetzer einen der ersten Spannungsbefehle bestimmt, der als der A-Phasenspannungsbefehl und der B-Phasenspannungsbefehl ausgewählt wird und zwar als eine Funktion einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Spannungsbefehl und dem Strom, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird.

3. Leistungsumrichter nach Anspruch 1, bei dem dann, wenn einer der zweiten Spannungsbefehle, in welchen der B-Phasenspannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, außerhalb eines Bereiches des maximalen Wertes bis zum minimalen Wert liegt, einer der zweiten Spannungsbefehle, in die der B-Phasenspannungsbefehl in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der in der Polarität umgekehrt ist, der zweite Spannungsbefehl, in welchen der B-Phasenspannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Überschuß des zweiten Spannungsbefehls über dem Bereich entsprechend dem maximalen bis minimalen Wert.

4. Leistungsumrichter nach Anspruch 1, bei dem die Zahl der Phasen der Vielphasenlast drei beträgt.

5. Leistungsumrichter nach Anspruch 1, bei dem die Vielphasenlast aus einem Wechselstrommotor besteht.

6. Leistungsumrichter, der an eine Vielphasenlast Energie ausgibt, mit:
einer Umrichterhauptschaltung, die in solcher Weise arbeitet, um Phasenspannungen der Vielphasenlast über Schaltelemente zuzuführen;
einer Spannungsbefehl-Ausgabeschaltung, die erste Spannungsbefehle für die jeweiligen Phasen ausgibt, wobei jeder der ersten Spannungsbefehle zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert variiert;
einem Spannungsbefehl-Umsetzer, der die ersten Spannungsbefehle, die durch die Spannungsbefehl-Ausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und in einem zweiten Umsetzzyklus, die sich abwechseln, umsetzt, wobei der Spannungsbefehlumsetzer zwei der ersten Spannungsbefehle in die zweiten Spannungsbefehle umsetzt, die identisch mit einem Wert gemäß dem maximalen und minimalen Wert in dem ersten Umsetzzyklus sind, und die auch einen der zwei der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umsetzt, der identisch mit einem Wert gemäß dem maximalen Wert und dem minimalen Wert in dem zweiten Umsetzzyklus ist, mit der Annahme, daß einer der zwei der ersten Spannungsbefehle, der in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird und der gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert und zwar lediglich in dem ersten Umsetzzyklus, als ein dritter Spannungsbefehl definiert wird, wenn der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, außerhalb eines Bereiches vom maximalen Wert bis zum minimalen Wert liegt, der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der in der Polarität umgekehrt ist, der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Überschuß oder Ubermaß des zweiten Spannungsbefehls über den Bereich vom maximalen Wert zum minimalen Wert hinaus; und
einer Schaltsteuersignal-Ausgabeschaltung, die in solcher Weise arbeitet, um eine Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen zweiten Spannungsbefehle in der Impulsbreite zu modulieren, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltoperationen der Schaltelemente der Umrichterhauptschaltung zu steuern.

7. Leistungsumrichter nach Anspruch 6, bei dem dann, wenn der andere der zwei der ersten Spannungsbefehle, die in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert und zwar sowohl in dem ersten Umsetzzyklus als auch in dem zweiten Umsetzzyklus, als ein vierter Spannungsbefehl definiert wird, der Spannungsbefehlumsetzer einen der ersten Spannungsbefehle, der als jeder eines dritten Spannungsbefehls und eines vierten Spannungsbefehls ausgewählt wurde, als Funktion eines gegebenen Parameters ändert.

8. Leistungsumrichter nach Anspruch 6, bei dem die Zahl der Phasen der Vielphasenlast drei beträgt.

9. Leistungsumrichter nach Anspruch 6, bei dem die Vielphasenlast aus einem Wechselstrommotor besteht.

10. Verfahren zum Ausgeben von Energie an eine Vielphasenlast von einer Umrichterhauptschaltung aus, mit den folgenden Schritten:
Ausgeben von ersten Spannungsbefehlen für jeweilige Phasen, von denen jeder zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert variiert;
Umsetzen der ersten Spannungsbefehle, die durch die Spannungsbefehl-Ausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und in einem zweiten Umsetzzyklus, die abwechselnd vorgesehen werden, wobei in dem ersten Umsetzzyklus zwei der ersten Spannungsbefehle in zweite Spannungsbefehle umgesetzt werden, die gleich sind einem Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert, in dem zweiten Umsetzzyklus einer der zwei der ersten Spannungsbefehle, der in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, welcher gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen Wert und dem minimalen Wert dann, wenn der eine der ersten Spannungsbefehle, der in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, welcher einen Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert und zwar sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Umsetzzyklus aufweist, als ein A-Phasenspannungsbefehl definiert wird, der A-Phasenspannungsbefehl als einer der zwei der ersten Spannungsbefehle ausgewählt wird, welcher den maximalen und minimalen Wert innerhalb des ersten und des zweiten Umsetzzyklusses zeigt, der im Absolutwert eines entsprechenden Stromes größer ist, welcher an die Vielphasenlast ausgegeben wird, und wenn der andere der zwei der ersten Spannungsbefehle, die in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, welcher gleich ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert und zwar lediglich in dem ersten Umsetzzyklus, als ein B-Phasenspannungsbefehl definiert wird, der B-Phasenspannungsbefehl als einer der ersten Spannungsbefehle ausgewählt wird, der im Absolutwert eines entsprechenden Stromes größer ist, welcher an die Vielphasenlast ausgegeben wird, und zwar als nächster in Bezug auf den A-Phasenspannungsbefehl; und
eine Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen zweiten Spannungsbefehle in der Impulsbreite moduliert wird, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltoperationen der Schaltelemente der Umrichterhauptschaltung zum Antreiben der Vielphasenlast zu steuern.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem einer der ersten Spannungsbefehle, der als A-Phasenspannungsbefehl ausgewählt wurde, und der B-Phasenspannungsbefehl als eine Funktion einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Spannungsbefehl und dem Strom, der an die Vielphasenlast ausgegeben wird, bestimmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem dann, wenn einer der zweiten Spannungsbefehle, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wird, außerhalb eines Bereiches gemäß dem maximalen Wert bis zum minimalen Wert liegt, einer der zweiten Spannungsbefehle, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der in der Polarität umgekehrt ist, der zweite Spannungsbefehl, in den der B-Phasenspannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Übermaß oder Überschuß des zweiten Spannungsbefehls über den Bereich des maximalen bis minimalen Wertes hinaus.

13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Zahl der Phasen der Vielphasenlast drei beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Vielphasenlast durch einen Wechselstrommotor gebildet ist.

15. Verfahren zum Ausgeben von Energie an eine Vielphasenlast von einer Umrichter-Hauptschaltung aus, mit den folgenden Schritten:
Ausgeben von ersten Spannungsbefehlen für die jeweiligen Phasen, von denen jeder zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert variiert;
Umsetzen der ersten Spannungsbefehle, die durch die Spannungsbefehl-Ausgabeschaltung ausgegeben werden, in zweite Spannungsbefehle in einem ersten und in einem zweiten Umsetzzyklus, die abwechselnd vorgesehen werden, wobei in dem ersten Umsetzzyklus zwei der ersten Spannungsbefehle in die zweiten Spannungsbefehle umgesetzt werden, die mit einem Wert gemäß dem maximalen und dem minimalen Wert identisch sind, in dem zweiten Umsetzzyklus einer der zwei der ersten Spannungsbefehle in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, der identisch ist mit einem Wert gemäß dem maximalen und minimalen Wert, wobei angenommen ist, daß einer der zwei der ersten Spannungsbefehle, der in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, gleich ist mit einem der maximalen und minimalen Werte und zwar lediglich in dem ersten Umsetzzyklus, und als ein dritter Spannungsbefehl definiert wird, wenn der zweite Spannungsbefehl, in welchen ein dritter Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wird, außerhalb eines Bereiches gemäß dem maximalen Wert bis zum minimalen Wert hin liegt, der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem ersten Umsetzzyklus umgesetzt wird, auf einen Wert entsprechend einer umgekehrten Polarität korrigiert wird, der zweite Spannungsbefehl, in welchen der dritte Spannungsbefehl in dem zweiten Umsetzzyklus umgesetzt wurde, auf einen Wert korrigiert wird, der gleich ist einem Übermaß oder Überschuß des zweiten Spannungsbefehls über den Bereich gemäß dem maximalen bis minimalen Wert hinaus; und
eine Trägerwelle als Funktionen der jeweiligen zweiten Spannungsbefehle in der Impulsbreite moduliert wird, um Schaltsteuersignale für die jeweiligen Phasen auszugeben, um die Schaltoperationen von Schaltelementen der Umrichterhauptschaltung zum Antreiben der Vielphasenlast zu steuern.

16. Leistungsumrichter nach Anspruch 15, bei dem dann, wenn der andere der zwei der ersten Spannungsbefehle, der in den zweiten Spannungsbefehl umgesetzt wird, welcher gleich ist mit einem der Werte gemäß dem maximalen und minimalen Wert und zwar sowohl in dem ersten Umsetzzyklus als auch in dem zweiten Umsetzzyklus, als ein vierter Spannungsbefehl definiert wird, einer der ersten Spannungsbefehle, der als jeder des dritten Spannungsbefehls und des vierten Spannungsbefehls ausgewählt wurde, als eine Funktion eines gegeben Parameters geändert wird.

17. Leistungsumrichter nach Anspruch 13, bei dem die Zahl der Phasen der Vielphasenlast drei beträgt.

18. Leistungsumrichter nach Anspruch 13, bei dem die Vielphasenlast durch einen Wechselstrommotor gebildet ist.