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DE19716891A1 - Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps und Verfahren zu deren Steuerung - Google Patents

Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps und Verfahren zu deren Steuerung

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Publication number
DE19716891A1
DE19716891A1 DE1997116891 DE19716891A DE19716891A1 DE 19716891 A1 DE19716891 A1 DE 19716891A1 DE 1997116891 DE1997116891 DE 1997116891 DE 19716891 A DE19716891 A DE 19716891A DE 19716891 A1 DE19716891 A1 DE 19716891A1
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DE
Germany
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voltage
command value
frequency
corrected
voltage command
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Withdrawn
Application number
DE1997116891
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English (en)
Inventor
Wataru Ikeshita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter des Spannungstyps zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und auf ein Verfahren zu deren Steuerung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wechselrichter des Spannungstyps, welcher einen Ausgangsspannungs-Einstellbefehl an eine Wechselrichterschaltung gibt, welche ein Schaltelement hat, das einer Pulsbreitenmodulation unterliegt, und auf ein Verfahren zu deren Steuerung.
Die Fig. 12 bis 15 zeigen den Stand der Technik. Fig. 12 zeigt eine bekannte Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche in JP-A-60-26496 offenbart wird. In Fig. 12 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Wechselspannungsquelle; 2 bezeichnet eine Wandlerschaltung zur Gleichrichtung des Wechselstroms aus der Wechselstromquelle; 3 bezeichnet einen Glättungskondensator zur Glättung der Gleichspannung aus der Wandlerschaltung 2; 4 bezeichnet eine Wechselrichterschaltung zum Wechselrichten der Gleichspannung aus dem Glättungskondensator in eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz; und 5 bezeichnet einen Induktionsmotor (IM), welcher die von der Wechselrichterschaltung 4 angetriebene Last darstellt.
Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Signaleingabeanschluß für den Empfang eines Frequenzwerts F(*), welcher ein Spannungssignal ist, das einer Ausgabefrequenz als einem Ausgabefrequenz-Einstellsignal entspricht; 11 bezeichnet eine F/V-Recheneinheit zur Erzeugung eines Spannungsbefehls V(*), welcher eine vorbestimmte Beziehung zum Frequenzbefehlswert hat, wie in Fig. 13 gezeigt; und 12 bezeichnet einen PWM-Signal­ generator (Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator) zum Empfangen des Frequenzbefehlswerts F(*) und des Spannungsbefehlswerts V(*), um ein vorbestimmtes Signal zur Steuerung eines Schaltelements der Wechselrichterschaltung 4 zu erzeugen.
Nun wird der Betrieb der Spannungswechselrichtervorrichtung beschrieben. Während des Laufs mit niedriger Geschwindigkeit, um die Reduktion eines erregten Stroms zu kompensieren, wie in Fig. 13 gezeigt, wird der Spannungsbefehlswert F(*) bei dem Frequenzbefehlswert V(*) von 0 durch ein Offsetwert V0 verbessert, um die folgende Gleichung zu erfüllen.
V (*) = K·F(*) + V0
wobei K eine Proportionalkonstante ist.
In einer Konfiguration, in welcher die Geschwindigkeitssteuerung nicht wie im Stand der Technik durchgeführt wird, neigt die Geschwindigkeit bei der Zunahme des Lastdrehmoments dazu aufgrund des kleinen erzeugten Drehmoments abzunehmen. Um dies zu umgehen wird die Offsetspannung V0 auf einen großen Wert eingestellt, um die Erregung zu verstärken, so daß ein ausreichendes Drehmoment erzeugt werden kann und somit, selbst wenn das Lastdrehmoment groß ist, die Geschwindigkeit nicht reduziert wird. Wenn jedoch die Erregung verstärkt wird, um die F/V-Charakteristik auf diese Weise einzustellen, ergibt sich eine überschüssige Erregung bei fehlender Last, so daß ein Strom bei fehlender Last übermäßig erhöht wird, zur Erzeugung eines übermäßigen Stroms.
Um einen solchen Fehler auszuschließen, wurde konventionell die Steuerung der Schlupffrequenz gewählt. Fig. 14 zeigt eine Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche die in JP-A-63-144795 gezeigte Schlupffrequenzsteuerung verwendet. In Fig. 14 bezeichnet die Bezugsziffer 6 einen Hall-CT (CT = current transformer, d. h. Stromumwandler), welcher auf der Wechselspannungs-Energieleitung der Wechselrichterschaltung 4 angeordnet ist; 7 bezeichnet Hall-CTs zur Erfassung von dreiphasigen Leitungsströmen I(U), I(V), und I(W) an den Induktionsmotor; 8 bezeichnet einen Spannungssensor zur Erfassung der Eingangsgleichspannung V(DC) an den Induktionsmotor; und 9 bezeichnet einen Spannungssensor zur Erfassung der Zwischenleitungsspannung V(UW) des Induktionsmotors 5.
Die Bezugsziffer 13 bezeichnet einen Schlupfabschätzer, welcher die Eingangsgleichspannung V(DC) aus dem Spannungssensor 8, die Zwischenleitungs-Eingabespannung V(UW) aus dem Spannungssensor 9, den Gleichstrom I(DC) aus dem Hall-CT 6, dreiphasige Zwischenleitungsströme I(U), I(V) und I(W) aus den Hall-CTs 7 empfängt, um eine Sekundäreingabe P2 für den Induktionsmotor 5 und einen Schlupffrequenz-Abschätzwert Fs zu erzeugen. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Spannungskorrekturgrößen-Bestimmer, welcher die Sekundäreingabe P2 aus dem Schlupfabschätzer empfängt, um eine Ausgabespannungs-Korrekturgröße ΔV1 zu erzeugen. Die Bezugsziffer 15 bezeichnet einen Addierer, welcher den Umdrehungsgeschwindigkeits-Befehlswert Fr (*) aus dem Signaleingabeanschluß 10 und den Schlupffrequenzabschätzwert Fs aus dem Schlupfabschätzer 9 addiert, um einen Frequenzbefehlswert F(*) zu erzeugen. Bezugsziffer 16 bezeichnet einen Addierer, welcher den Ausgabespannungs-Kor­ rekturwert ΔV1 aus dem Spannungskorrekturgrößen-Bestimmer 14 und den Spannungsbefehlswert V(*) aus der F/V-Recheneinheit 11 addiert, um einen korrigierten Spannungsbefehl V1(*) zu erzeugen.
Nun wird der Betrieb der Wechselrichtervorrichtung der Fig. 14 beschrieben. Durch den Addierer 15 wird der Umdrehungsgeschwindigkeits-Befehlswert Fr (*), welcher aus dem Signaleingabeanschluß 10 eingegeben wird, zu dem Schlupffrequenz-Abschätzwert hinzu addiert, um den Frequenzbefehlswert F(*) zu erzeugen. Der Frequenzbefehlswert F(*) wird der F/V-Recheneinheit 11 zugeführt, um den Spannungsbefehlswert V(*) zu erzeugen. Durch den Addierer 16 wird der Spannungsbefehlswert V(*) zu dem Ausgabespannungs-Kor­ rekturwert ΔV1 aus dem Spannungskorrekturgrößen-Bestimmer 14 hinzu addiert, um den korrigierten Spannungsbefehlswert V1(*) zu erzeugen. Der PWM-Signalgenerator 12 erzeugt das PWM-Signal zur Steuerung des Schaltelements der Wechselrichterschaltung 4 auf der Grundlage des Frequenzbefehlswerts F(*) und des korrigierten Spannungsbefehlswerts V1(*), um den Induktionsmotor 5 mit einer vorbestimmten F/V-Charakteristik anzutreiben.
Fig. 15 zeigt die ausführliche Konfiguration des Schlupfabschätzers 13. In Fig. 15 bezeichnet die Bezugsziffer 20 eine IM-Primäreingabe-Recheneinheit zur Berechnung einer primären Eingabeleistung P1 auf der Grundlage eines Gleichstroms I(DC) aus dem Hall-CT 6 und der Eingabe­ strom-Gleichspannung V(DC) aus dem Spannungssensor 8. Die Bezugsziffer 21 bezeichnet eine Stromeffektivwert-Recheneinheit zur Berechnung eines Eingabestrom-Effektivwerts I1 auf der Grundlage der dreiphasigen Leitungsströme I(U), I(V) und I(W) aus dem Hall-CT 7. Die Bezugsziffer 22 bezeichnet eine Spannungseffektivwert-Recheneinheit zur Berechnung des Eingabespannungs-Effektivwerts V1 auf der Grundlage der Zwischenleitungs-Eingabespannung V(UW) aus dem Spannungssensor 9. Obwohl die Stromeffektivwert-Recheneinheit 21 die Berechnung auf der Grundlage der dreiphasigen Leitungsströme durchführt, kann sie die Berechnung auf der Grundlage der zweiphasigen Leitungsströme durchführen.
Die Bezugsziffer 23 bezeichnet eine IM-Primärkupferverlust-Re­ cheneinheit zur Berechnung eines Primärkupferverlustes W1 des Induktionsmotors 5 aus dem Eingabestrom-Effektivwert I1. Die Bezugsziffer 24 bezeichnet eine IM-Eisenverlust-Recheneinheit zur Berechnung eines Eisenverlusts W0 des Induktionsmotors auf der Grundlage des Eingabestrom-Effektivwerts I1 und des Eingabespannungs-Effektivwerts V1. Die Bezugsziffer 26 bezeichnet eine Recheneinheit, welche den von dem Addierer 25 zusammenaddierten primären Kupferverlust V1 und Eisenverlust V0 von der Primäreingabeleistung P1 abzieht, um eine Sekundäreingabe P2 zu erzeugen. Die Bezugsziffer 27 bezeichnet eine Schlupffrequenz-Recheneinheit zur Berechnung des Schlupffrequenz-Abschätzwerts Fs auf der Grundlage der Sekundäreingabe P2.
Der Stand der Technik zur Steuerung der Ausgabespannung aus dem Wechselrichter des Spannungstyps durch das PWM-System ist in JP-A-59-153467 und JP-A-1-99478 offenbart, in welchen die Ausgabe aus der Wechselrichtervorrichtung mit einer Sinusreferenzspannung verglichen wird und auf der Grundlage der dazwischen vorkommenden Differenz gesteuert wird.
Da in einer Steuervorrichtung für die oben beschriebene Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps des Standes der Technik die Ausgabespannung aus der Wechselrichtervorrichtung im Vergleich zur Sinusreferenzspannung gesteuert wird, wird eine Differenz zwischen der Referenzsinuswelle und einer tatsächlichen Ausgabespannung nicht vollständig zu 0, so daß eine Amplituden- und Phasendifferenz auftritt und eine normale Differenz verbleibt. Wenn ein Sinuswellen-Oszillator zur Schaffung einer Steuerdifferenz nicht in das Steuersystem eingefügt wird, kann ein Ungleichgewicht in der Ausgabespannung oder eine Phasenverschiebung aufgrund eines Lastungleichgewichts oder eines Spannungsungleichgewichts oder einer Variation in der Schaltungskonstante nicht kompensiert werden.
In einem System, in welchem der Schlupf ohne direkte Erfassung der Geschwindigkeit eines Induktionsmotors und unter Verwendung einer Konstante auf der Primärseite des Induktionsmotors erfaßt wird, wie bei einer sensorlosen Spektrumsteuerung (sensor-less spectrum control), treten insbesondere bei der Steuerung im Bereich niedriger Geschwindigkeiten Fehler in der Ausgabespannung auf, aufgrund der Erfassungsgenauigkeit einer Spannung und eines Stroms, der Kurzschluß-Verhinderungszeit eines Schaltelements der Wechselrichterschaltung und der "EIN"-Span­ nung des Schaltelements. Dies beeinträchtigt die Steuercharakteristik.
Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um das obige Problem zu lösen, und daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps zu schaffen, welche eine Ausgabespannung in Übereinstimmung mit einem Spannungsbefehl bereitstellen kann, und ein Verfahren zur deren Steuerung.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps geschaffen, welche mit einer Wechselrichterschaltung ausgestattet ist, die an einer Gleichspannungs-Energieversorgung zur Erzeugung einer Gleichspannung angeschlossen ist, um die Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, welche eine vorbestimmte Spannung und Frequenz hat, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: eine 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung zur Erfassung einer Spannung zwischen einem Ende der Gleichspannungs-Energieversorgung und einem Ausgang der Wechselrichterschaltung; eine Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung zum Befehlen einer Ausgabespannung aus der Wechselrichterschaltung; eine erste Rechenvorrichtung zum Empfangen des Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung und der erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, zur Erzeugung einer Fehlerspannung; und eine zweite Rechenvorrichtung zum Empfangen der Fehlerspannung aus der ersten Rechenvorrichtung und eines Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung, zur Erzeugung eines korrigierten Spannungsbefehlswerts.
Die erste Rechenvorrichtung empfängt einen Spannungsbefehlswert in der Form eines Pulssignals aus der Spannungsbefehlswert Einstellvorrichtung, und die erfaßte Spannung in der Form eines Signals aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, um eine Fehlerspannung in der Form eines Pulssignals zu erzeugen.
Eine Pulssignalform der Fehlerspannung aus der ersten Rechenvorrichtung wird auf solch eine Weise erzeugt, daß die Pulssignalform des Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung und jene der erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung instantan miteinander verglichen werden, um die durch beide Pulssignalformen erzeugte Differenz zu entfernen.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner: einen PWM-Signalgenerator (Pulsbreitenmodulations-Signalgenerator) zum Empfangen des korrigierten Spannungsbefehlswerts aus der zweiten Rechenvorrichtung und eines Frequenzbefehlswerts, welcher einen Frequenzbefehlswert aus der Wechselrichterschaltung befiehlt, zur Schaffung eines PWM-Signals zum Betreiben der Wechselrichterschaltung.
Diese Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbefehlswert, welcher dem PWM-Signalgenerator zugeführt wird, eine feste Frequenz ist.
Der Frequenzbefehlswert, welcher dem PWM-Signalgenerator zugeführt wird, ist ein Frequenzbefehl, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zum Spannungsbefehlswert aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung variiert.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner einen Schlupfabschätzer zum Empfangen eines Wechselstroms, welcher einem Induktionsmotor zugeführt wird, der mit der Wechselrichterschaltung verbunden ist, und der erfaßten Spannung aus der 1/2-V, zur Erzeugung eines Schlupffrequenz-Ab­ schätzwerts für den Induktionsmotor; eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung, zur Schaffung eines Frequenzbefehls, welcher eine vorbestimmte Beziehung zum Spannungsbefehlswert variiert; und eine vierte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Frequenzbefehls aus der dritten Rechenvorrichtung und des Schlupffrequenz-Abschätzwerts aus dem Schlupfabschätzer, zur Erzeugung einer korrigierten Befehlsfrequenz, wobei die korrigierte Befehlsfrequenz ein Frequenzbefehlswert für den PWM-Signalgenerator ist.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung, zur Schaffung eines Frequenzbefehls, welcher eine vorbestimmte Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert; eine vierte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Frequenzbefehlswerts, welcher von einer externen Vorrichtung eingestellt wird, zur Erzeugung des Spannungsbefehlswerts, welcher in einem vorbestimmten Verhältnis zum Frequenzbefehlswert variiert; einen PWM-Signal­ generator zum Empfangen eines Spannungsbefehlswerts und eines Frequenzbefehlswerts zur Erzeugung eines PWM-Signals zum Betreiben der Wechselrichterschaltung; und eine Schaltvorrichtung zur Umschaltung des Spannungsbefehlswerts und des Frequenzbefehlswerts aus dem PWM-Signalgenerator zwischen dem Fall, in welchem sie der korrigierte Spannungsbefehlswert aus der zweiten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehl aus der dritten Rechenvorrichtung sind, und dem Fall, in welchem sie der Spannungsbefehlswert aus der vierten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehlswert aus der externen Vorrichtung sind.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner: eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung, zur Schaffung eines Frequenzbefehls, welcher eine vorbestimmte Beziehung zum Spannungsbefehlswert variiert; einen Schlupfabschätzer zum Empfangen eines Wechselstroms, welcher einem Induktionsmotor zugeführt wird, der mit der Wechselrichterschaltung verbunden ist, und der erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, zur Erzeugung des Schlupffrequenz-Abschätzwerts für den Induktionsmotor und einer Sekundäreingabe an den Induktionsmotor; eine vierte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Schlupffrequenz-Ab­ schätzwerts aus dem Schlupfabschätzer und dem Frequenzbefehl aus der dritten Rechenvorrichtung, zur Erzeugung einer korrigierten Befehlsfrequenz; eine fünfte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Befehlswerts der von der externen Vorrichtung eingestellt wird, und des Schlupffrequenz-Abschätzwerts von dem Schlupfabschätzer; eine sechste Rechenvorrichtung zum Empfangen des Frequenzbefehls aus der fünften Rechenvorrichtung, zur Erzeugung eines Spannungsbefehls, welcher in einem vorbestimmten Verhältnis den Frequenzbefehl variiert; einen Spannungskorrekturgrößen-Bestimmer zum Empfangen einer Sekundäreingabe aus dem Schlupfabschätzer, zur Erzeugung einer korrigierten Spannungsgröße; eine siebte Rechenvorrichtung zum Empfangen der korrigierten Spannungsgröße aus dem Spannungskorrektur-Bestimmer und des Spannungsbefehls aus der sechsten Rechenvorrichtung, zur Erzeugung eines korrigierten Spannungswerts; einen PWM-Signalgenerator zum Empfangen des Spannungsbefehlswerts und der Frequenz und zur Erzeugung eines PWM-Signals zum Betrieben des Wechselrichters; und eine Umschaltvorrichtung zur Umschaltung des Spannungsbefehlswerts und des Frequenzbefehlswerts für den PWM-Signalgenerator für den Fall, in welchem sie der korrigierte Spannungsbefehlswert aus der zweiten Rechenvorrichtung und der Frequenzwert aus der vierten Rechenvorrichtung sind, und dem Fall, in welchem sie der Spannungsbefehlswert aus der siebten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehlswert aus der fünften Rechenvorrichtung sind.
Ein Oberzweig-Schaltelement und ein Unterzweig-Schaltelement enthalten jeweils individuell die 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltung, die erste Berechnungsvorrichtung, die zweite Berechnungsvorrichtung und den PWM-Signalgenerator zur Erzeugung eines PWM-Signals auf der Grundlage des Befehls aus der zweiten Berechnungsvorrichtung.
Für jede Ausgabephase der Wechselrichterschaltung besteht ein Einzelmodul aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, der ersten Berechnungsvorrichtung, der zweiten Berechnungsvorrichtung, dem PWM-Signalgenerator, dem Oberzweig-Schaltelement und dem Unterzweig-Schaltelement.
Ferner, in einem Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche mit einer Wechselrichterschaltung ausgestattet ist, die über einer Gleichspannungsenergiequelle zur Erzeugung einer Gleichspannung geschaltet ist, und der Umwandlung des Gleichstroms in eine Wechselspannung mit vorbestimmter Spannung und Frequenz dient, wird die Spannung zwischen einem Ende der Gleichspannungsenergie und der Ausgabe aus der Wechselrichterschaltung erfaßt, eine Fehlerspannung wird auf der Grundlage der erfaßten Spannung und eines Spannungsbefehls zum Befehlen der Ausgabespannung aus der Wechselrichterschaltung geschaffen, und ein korrigierter Spannungsbefehlswert wird auf der Grundlage der Fehlerspannung und des Spannungsbefehlswerts erzeugt.
Da die erfaßte Spannung, der Spannungsbefehlswert und die Fehlerspannung jeweils Pulssignale sind, werden der Spannungsbefehlswert und der erfaßte Wert digital miteinander verglichen.
Die Pulssignalform der Fehlerspannung wird auf solch eine Weise erzeugt, daß die Pulssignalform des Spannungsbefehlswerts und die Pulssignalform der erfaßten Spannung instantan miteinander verglichen werden können, und der durch beide Pulssignalformen erzeugte Fehler wird entfernt.
Ein PWM-Signal wird auf der Grundlage des korrigierten Spannungsbefehlswerts und des Frequenzbefehlswerts zum Befehlen der Ausgabefrequenz aus der Wechselrichterschaltung erzeugt.
Ein Schlupffrequenz-Abschätzwert wird aus dem Wechselstrom, der einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, erzeugt, wobei ein Frequenzbefehl in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert, eine korrigierte Befehlsfrequenz wird aus dem Frequenzbefehl und dem Schlupffrequenz-Ab­ schätzwert erzeugt, und ein PWM-Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung wird auf der Grundlage der korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt.
Eine erste Frequenz, welche in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert, ein zweiter Spannungsbefehlswert, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu dem durch eine externe Vorrichtung eingestellten Frequenzbefehlswert variiert, und ein PWM-Signal zum Betrieben der Wechselrichterschaltung wird zwischen dem Fall geschaltet, in welchem es aus dem korrigierten Spannungsbefehlswert und dem ersten Frequenzwert erzeugt wird, und dem Fall, in welchem es durch die externe Vorrichtung eingestellt und den zweiten Spannungsbefehlswert geschaffen wird. Ein Frequenzbefehl, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu der Spannungsbefehlsspannung variiert, ein Schlupffrequenz- Abschätzwert des Induktionsmotors und eine Sekundäreingabe an den Induktionsmotor werden aus dem Wechselstrom, welcher an einen Induktionsmotor geliefert wird, der mit der Wechselrichterschaltung verbunden ist, und der erfaßten Spannung erzeugt, eine erste korrigierte Frequenz wird aus dem Schlupffrequenz-Abschätzwert und dem Frequenzbefehl, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert, erzeugt, eine zweite korrigierte Befehlsfrequenz wird aus dem durch die externe Vorrichtung eingestellten Frequenzbefehlswert und dem Schlupffrequenz-Abschätzwert erzeugt, ein Spannungsbefehl, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz variiert, wird erzeugt, ein korrigierter Spannungswert wird aus der Sekundäreingabe an den Induktionsmotor erzeugt, ein zweiter korrigierter Spannungsbefehlswert wird aus dem korrigierten Spannungswert und dem Spannungsbefehl aus der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt, und das PWM-Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung wird zwischen dem Fall geschaltet, in welchem es auf der Grundlage des korrigierten Spannungsbefehlswerts und der ersten korrigierten Befehlsfrequenz geschaffen wird, und dem Fall, in welchem es auf der Grundlage des zweiten korrigierten Spannungsbefehlswerts und der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt wird.
Für jedes Oberzweig-Schaltelement und Unterzweig-Schaltelement der Wechselrichterschaltung wird die Spannung zwischen dem einen Ende der Gleichspannungs-Energiequelle und dem Ausgang aus dem Wechselrichter erfaßt, eine Fehlerspannung wird aus jeder erfaßten Spannung und dem Spannungsbefehlswert, der durch das Oberzweig-Schaltelement und das Unterzweig-Schaltelement befohlen wird, erzeugt, und der korrigierte Spannungsbefehlswert, welcher jedem der Schaltelemente entspricht, wird aus jeder Fehlerspannung und dem Spannungsbefehlswert erzeugt.
Die obigen und weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für eine Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Schaubild, welches einen Spannungsbefehlswerts eine erfaßte Ausgabespannung und einen spannungskorrigierten Befehlswert gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine Ansicht, welche die Konfiguration einer 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Schaubild, welches den Betrieb der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Wechselrichtervorrichtung mit variabler Spannung und variabler Frequenz, gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches ein Modul von Ober- und Unterzweig-Schaltelementen und ihre Steuerschaltungen gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7A und 7B sind Zeitdiagramme eines PWM-Befehlswerts, eines Spannungsbefehlswerts und einer U-Phasen-An­ schlußspannung in der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer Wechselrichtervorrichtung mit variabler Spannung und variabler Frequenz, welche mit einer Schlupfkorrektur ausgestattet ist, gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Wechselrichtervorrichtung mit variabler Spannung und variabler Frequenz, welche gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Schlupfkorrektur ausgestattet ist;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche das Befehlseingabesystem zwischen einem Spannungsbefehlswert und einem Frequenzbefehl-Eingabesystem umschaltet, gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche mit einer Schlupfkorrektur ausgestattet ist, welche das Befehlseingabesystem zwischen einem Spannungsbefehl-Eingabesystem und einem Frequenzbefehl-Eingabesystem umschaltet;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, welches eine konventionelle Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps zeigt;
Fig. 13 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einem Frequenzbefehlswert und einem Spannungsbefehlswert in der konventionellen Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps zeigt;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, welches eine konventionelle Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps zeigt, die mit einer Steuerung der Schlupffrequenz ausgestattet ist; und
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration eines konventionellen Schlupfabschätzers zeigt.
Nun werden die bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
(Ausführung 1)
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 1 ist ein erstes Blockdiagramm einer Steuerschaltung zur Steuerung einer Spannung und einer Frequenz, ansprechend auf einen Spannungseinstellbefehl. In diesen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Elemente wie im Stand der Technik. Die Bezugsziffer 30 bezeichnet einen Signaleingabeanschluß zum Empfangen eines Spannungsbefehlswerts V(*), welcher ein Befehlswert aus der Ausgabespannung für eine Wechselrichterschaltung 4 ist. Man beachte, daß die Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung aus einer Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung gespeist wird, welche extern vorgesehen ist.
Die Bezugsziffer 31 bezeichnet eine von mehreren 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltungen, wobei jede dazu dient, eine Spannung zwischen jeder Ausgabeleitung der Wechselrichterschaltung 4 und dem negativen Abschluß N eines Kondensators 3 zu erfassen. Die Bezugsziffer 32 bezeichnet einen Subtrahierer zum Vergleichen des Spannungsbefehlswerts V(*) und der Spannung V, welche von der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31 erfaßt wird, um eine Fehlerspannung ΔV zu erzeugen. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet einen Addierer für den Spannungsbefehlswert V(*) und die Fehlerspannung Δ(*) zur Erzeugung eines korrigierten Spannungsbefehls V1(*).
Die Beziehung zwischen dem Spannungsbefehlswert V(*), der erfaßten Ausgabespannung der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31 und des spannungskorrigierten Befehlswerts V1(*) ist in Fig. 2 gezeigt. Der Spannungsbefehlswert V(*) ist ein Referenz-PWM-Signal und die erfaßte Ausgabespannung V aus der 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltung 31 ist ebenfalls ein PWM-Signal. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die erfaßte Ausgabespannung V bezüglich des Spannungsbefehlswerts V(*) um Δt verzögert, so daß der korrigierte Spannungsbefehlswert V1(*) entsprechend dieser Verzögerung auftritt. Um die Fehlerspannung zu korrigieren, wird der korrigierte Spannungsbefehlswert V1(*), welcher gegenüber dem Spannungsbefehlswert V(*) um Δt vorläuft, erzeugt. Dies dient dem instantanen Vergleich des Spannungsbefehlswerts V(*) mit der erfaßten Ausgabespannung V aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31, um die dazwischen herrschende Differenz auf 0 zu bringen.
Wenn somit in Fig. 1 die Ausgabespannung aus dem Wechselrichter 4 aufgrund einer Veränderung in der Last des Induktionsmotors 5 vermindert wird, wird die Fehlerspannung, die durch die erfaßte Ausgabespannung aus den 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltungen 31 und dem Spannungsbefehlswert V(*) erzeugt wird, erhöht. Dies erhöht den korrigierten Befehlswert V1(*) (V1(*) = V + ΔV). Somit wird die erfaßte Ausgabespannung V so gesteuert bzw. geregelt, daß sie konstant wird. Was den Frequenzbefehlswert F(*) angeht, welcher eine weitere Eingabe an den PWM-Signalgenerator 12 ist, wie in Fig. 12 gezeigt, besteht eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Frequenzbefehlswert F(*) und dem Spannungsbefehlswert, um eine Wechselrichtervorrichtung mit variabler Spannung und variabler Frequenz zu schaffen. Die Bezugsziffer 17 bezeichnet eine V/F-Re­ cheneinheit zur Erzeugung des Frequenzbefehlswerts F(*) ansprechend auf den Spannungsbefehlswert V(*). Ferner kann das Einstellen des Frequenzbefehlswerts F(*) für einen Konstantwert eine Wechselrichtervorrichtung mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz schaffen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 wird die Konfiguration und der Betrieb der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31 beschrieben. Es wird nun eine Beschreibung der 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltung 31 für eine einzelne U-Phase gegeben. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 34 einen Erfassungsanschluß, welcher mit einer U-Phasen-Ausgabeleitung der Wechselrichterschaltung 4 verbunden ist; 35 bezeichnet einen Erfassungsanschluß, welcher mit dem negativen Anschluß N des Kondensators 3 verbunden ist; und 40 bezeichnet einen Fotokoppler, welcher mit beiden Anschlüssen 34 und 35 verbunden ist, um die U-Phasen-Ausgabespannung zu erfassen.
Die Bezugsziffern 41 und 42 bezeichnen Widerstände, welche mit der Primärseite des Fotokopplers 40 verbunden sind, und dazu dienen den in den Fotokoppler 40 fließenden Strom zu begrenzen. Die Bezugsziffer 43 bezeichnet einen Kondensator zur Verhinderung eines fehlerhaften Betriebs aufgrund von Rauschen. Die Bezugsziffer 44 bezeichnet eine Diode zur Verhinderung, daß der Fotokoppler rückgepolt wird. Die Widerstände 41 und 42 sind in zwei Teile aufgeteilt, um die Wärmeerzeugung durch die Widerstände zu verhindern, und um zu Verhindern, daß eine Stoßspannung konzentriert wird. Die Bezugsziffer 55 bezeichnet einen Schaltkondensator, welcher mit der Sekundärseite des Fotokopplers 40 verbunden ist, um ein Ausgabespannungs-Rück­ koppelsignal U(FB) an einem Signalausgabeanschluß 36 zu schaffen. Die Bezugsziffer 46 bezeichnet einen Widerstand zur Begrenzung des Stroms, welcher in den Schalttransistor 45 fließt. Die Bezugsziffer 47 bezeichnet einen Spannungswiderstand für den Schalttransistor 45.
Die Erfassungsschaltung erzeugt +V(DC)/2 oder -V(DC)/2 an der U-Phasen-Spannung des Erfassungsanschlusses 34 an einer Basis des Potentials am Punkt N des Erfassungsanschlusses 35. Wenn nun die Spannung an dem Erfassungsanschluß 34 gleich +V(DC)/2 wird, fließt ein Strom in die Primärseite des Fotokopplers 40, um einzuschalten, so daß der Strom zur Sekundärseite fließt.
Somit schaltet der Schalttransistor 45 ein, so daß das Ausgabespannungs-Rückkoppelsignal U(FB) am Signalausgabeanschluß 36 auf einen "L"-Pegel geht. Umgekehrt, wenn die Spannung an dem Erfassungsanschluß 34 zu -V(DC)/2 wird, fließt kein Strom zur Primärseite des Fotokopplers 40. Dann fließt kein Strom zur Primärseite des Fotokopplers 40, so daß der Fotokoppler 40 nicht einschaltet, und folglich fließt kein Strom zur Sekundärseite. Als Ergebnis schaltet der Schalttransistor 45 nicht ein, so daß das Ausgabespannungs-Rück­ koppelsignal U(FB) am Ausgabespannungsanschluß 36 auf einen "H"-Pegel geht.
Wie oben beschrieben, wenn der U-Phasen-Anschluß 34 +V(DC)/2 erzeugt, geht das Ausgabespannungs-Rückkoppelsignal U(FB) am Signalausgabeanschluß 36 auf den "L"-Pegel, und wenn der U-Phasen-Anschluß 34 -V(DC)/2 erzeugt, geht das Ausgabespannungs-Rück­ koppelsignal U(FB) am Signalanschluß 36 auf den "H"-Pegel. Somit kann die Ausgabespannung an der U-Phase erfaßt werden.
Obwohl in der obigen Beschreibung die 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltung 31 die Spannung zwischen dem negativen Anschluß N des Kondensators 3 und jeder der Ausgänge aus dem Wechselrichter 4 erfaßt, kann sie die Spannung auch zwischen dem positiven Anschluß P und jedem der Ausgänge aus dem Wechselrichter 4 erfassen. In diesem Fall beachte man, daß die Polarität der erfaßten Spannung invertiert ist.
Wie oben beschrieben, wird der Spannungsbefehlswert gemäß dieser Ausführung nicht durch den Berechnungsvorgang für den Frequenzbefehlswert gewonnen, sondern ist direkt gegeben. Somit kann die erfaßte Spannung in Übereinstimmung mit dem Befehlswert genau gesteuert werden. Ferner wird die 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltung dafür verwendet das Ausgabespannungs-Rück­ koppelsignal U(FB), welches ein Ein/Aus-Pulssignal ist, bereitzustellen, und auf der Grundlage der Differenz (Δt) zwischen dem Ausgabespannungs-Rückkoppelsignal U(FB) und dem Spannungsbefehlswert (V(*)), welches ein PWM-Referenzsignal ist, wird die Pulsbreitenmodulation durchgeführt. Somit kann die Ausgabespannung aus der Wechselrichterschaltung 4 dazu gebracht werden, genau der Befehlsspannung zu folgen. Dementsprechend wird der Anwendung einer Konstantspannungssteuerung, welche einen genauen Spannungswert am Ausgang aus der Wechselrichterschaltung 4 erfordert, eine sehr genaue Steuerung gegeben.
(Ausführung 2)
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 eine zweite Ausführung beschrieben. Fig. 6 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Wechselrichtereinheit, die eine Spannungssteuerschaltung enthält, welche Schaltelemente verwendet, die vertikal in Reihe geschaltet sind, und die 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung ist eingefügt. Die Reihenverbindung der Schaltelemente sind ein Satz eines Oberzweig-Schaltelements (upper arm switching element) und eines Unterzweig-Schalt­ elements (lower arm switching element), auf welche die in Zusammenhang mit Ausführung 1 beschriebene Ausgangsspannungssteuerung angewendet wird.
In Fig. 6 beziehen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche oder entsprechende Teile im Stand der Technik oder der ersten Ausführung. Die Bezugsziffer 50 bezeichnet ein Oberzweig-Schalt­ element mit einer anti-parallel verbundenen Diode; 51 bezeichnet ein Unterzweig-Schaltelement mit einer anti-parallel verbundenen Diode; 52 bezeichnet einen Eingabeanschluß des Spannungsbefehlswerts VP(*) in das Oberzweig-Schaltelement; 53 bezeichnet einen Eingabeanschluß des Spannungsbefehlswerts VN(*) in das Unterzweig-Schaltelement; 54 bezeichnet einen positiven Anschluß P; 55 bezeichnet einen negativen Anschluß N; und 56 bezeichnet einen U-Phasen-Ausgabeanschluß.
Die Fig. 7A und 7B sind Zeitdiagramme, welche die Beziehung zwischen einem PWM-Befehlswert oder korrigierten Spannungsbefehlswert (V1P(*)), einem Spannungsbefehlswert (VP(*)), einem Spannungsbefehlswert (VN(*)) und einer U-Phasen-An­ schlußspannung (V(U)) zeigen. Die Fig. 7A zeigt den Fall, in welchem der Induktionsmotor 5, welcher von der Wechselrichterschaltung 4 gesteuert wird, sich in einem Lastzustand befindet, und Fig. 7B zeigt den Fall, in welchem sie in einem Regenerationszustand ist.
In der Schaltung der Fig. 6 können die Schaltelemente 50 und 51 nicht in Übereinstimmung mit der Signalform des PWM-Signals, welches für einen tatsächlichen Wechselrichter im allgemeinen ideal ist, ein- oder ausgeschaltet werden. Daher, um einen Kurzschluß der oberen und unteren Zweige zu verhindern, wird nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit nachdem einer der Spannungsbefehlswerte VP(*) oder VN(*) abgeschaltet ist, ein weiterer Spannungsbefehlswert eingeschaltet. Die vorbestimmte Zeit wird als "Ober/Unterzweig-Kurzschlußverhinderungszeit" bezeichnet, welche durch Td dargestellt wird.
Als Beispiel fließt in dem in Fig. 7A gezeigten Lastzustand ein Strom aus dem U-Phasen-Ausgangsanschluß 56 zum Induktionsmotor 5. Zum Zeitpunkt t1, wenn der Spannungsbefehlswert (VP(*)) zu "aus" wird, um das Ober­ zweig-Schaltelement 50 auszuschalten, schaltet die anti-parallele Diode des Oberzweig-Schaltelements 50 "ein". Nach Td, zum Zeitpunkt t2, schaltet der Spannungsbefehlswert (VN(*)) ein, um das Unterzweig-Schaltelement 51 einzuschalten. Dann ist die U-Phasen-Anschlußspannung V(U) gleich VN, und der PWM-Befehlswert ist ebenfalls "aus", so daß keine Fehlerspannung auftritt.
Zum Zeitpunkt t3 geht der PWM-Befehlswert auf "aus" und der Spannungsbefehlswert (VN(*)) geht auch auf "aus", um das Unterzweig-Schaltelement 51 abzuschalten. Dann schaltete die anti-parallele Diode des Unterzweig-Schaltelements 51 ein. Nach Td, zum Zeitpunkt t4, geht der Spannungsbefehlswert (VP(*)) auf "ein", um das Oberzweig-Schaltelement 50 einzuschalten. Zum Zeitpunkt t4 wird die U-Phasen-Anschlußspannung V(U) zur VP. Somit sind der PWM-Befehlswert und die U-Phasen-An­ schlußspannung V(U) während der Periode zwischen den Zeiten t3 und t4 voneinander verschieden, so daß die Ausgabespannung tatsächlich reduziert wird. Ebenso tritt in dem Regenerationszustand der Fig. 7B eine Fehlerspannung während der Periode zwischen den Zeiten t3 und t4 auf. In diesem Fall, wie klar aus der Figur hervorgeht, wird die Ausgabespannung tatsächlich vergrößert.
Um einen solchen Nachteil auszuschließen, sind, wie im Fig. 6 gezeigt, für jedes der Oberzweig-Schaltelemente 50 und Unterzweig-Schaltelemente 51 eine 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31, ein Subtrahierer 32, ein Addierer 33 und ein PWM-Signalgenerator 12 vorgesehen. Für das Oberzweig-Schaltelement 50 erfaßt die 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31 eine Spannung zwischen dem positiven Anschluß P45 und dem U-Phasen-Aus­ gangsanschluß 56, der Subtrahierer 32 erzeugt eine Fehlerspannung zwischen dem Spannungsbefehlswert (VP(*)) und der erfaßten Spannung, und der Addierer 33 addiert die Fehlerspannung zu dem Spannungsbefehlswert (VP(*)), um den korrigierten Spannungsbefehlswert (V1P(*)) zu erzeugen, welcher als PWM-Befehlswert für den PWM-Signalgenerator 12 verwendet wird.
Andererseits erfaßt die 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31 für das Unterzweig-Schaltelement 51 eine Spannung zwischen dem negativen Anschluß N55 und dem U-Phasen-Ausgangsanschluß 56, der Subtrahierer 32 erzeugt eine Fehlerspannung zwischen dem Spannungsbefehlswert (VN(*)) und der erfaßten Spannung, und der Addierer 33 addiert die Fehlerspannung zu dem Spannungsbefehlswert (VN(*)), um einen korrigierten Spannungsbefehlswert (V1N(*)) zu erzeugen, welcher als PWM-Befehlswert für den PWM-Signalgenerator 12 verwendet wird.
Der korrigierte Spannungsbefehlswert (V1P(*)), der auf diese Weise erzeugt wird, ist um die Zeit Td korrigiert, wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt. Somit kann die dem PWM-Befehlswert entsprechende Ausgabespannung erhalten werden. Der korrigierte Spannungsbefehlswert (V1N(*)) wird wie der korrigierte Spannungsbefehlswert (V1P(*)) korrigiert, so daß die dem PWM-Befehl entsprechende Ausgabespannung erhalten werden kann.
Wie oben beschrieben ist in Übereinstimmung mit dieser Ausführung für jedes Oberzweig-Schaltelement 50 und Unterzweig-Schalt­ element 51 die 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31, der Subtrahierer 31, der Addierer 33 und der PWM-Signalgenerator 12 vorgesehen, um die jeweiligen Schaltelemente individuell zu steuern. Aus diesem Grund wird der Einfluß aus der Ober/Unterzweig-Kurzschlußverhinderungszeit oder der Ein-Zeit der Schaltelemente der Hauptschaltung entfernt, so daß die Ausgabespannung in Übereinstimmung mit dem Befehlswert genau gesteuert werden kann.
Ferner, wie in Fig. 6 gezeigt, kann ein Paar der Ober- und Unterzweig-Schaltelemente für jede Phase, einschließlich der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31, dem Subtrahierer 32, dem Addierer 33 und dem PWM-Signalgenerator 12, in einem Modul entworfen sein, so daß die Konfiguration der Steuerschaltung für die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps vereinfacht ist, und eine genaue Spannungssteuerung durchgeführt werden kann.
(Ausführung 3)
Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 wird die dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der in Fig. 8 gezeigten Ausführung entspricht der Spannungsbefehlswert V(*), welcher vom Signaleingabeanschluß 30 eingegeben wird, nicht dem Frequenzbefehl für den Induktionsmotor 5, sondern dem für diesen bestimmten Geschwindigkeitsbefehl. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile im Stand der Technik oder in den ersten und zweiten Ausführungen. Die Bezugsziffer 37 bezeichnet einen Addierer zur Erzeugung einer korrigierten Befehlsfrequenz F1(*) aus dem Schlupfschätzwert Fs aus dem Schlupfabschätzer 9 und der Befehlsfrequenz F(*), welche dem Spannungsbefehlswert V(*) entspricht und von der V/F-Recheneinheit 17 erzeugt wird.
Der Schlupfabschätzer 9 empfängt die Ausgangsleitungsströme I(U) und I(W) aus der Wechselrichterschaltung 4, welche von den Hall-CTs 7 erfaßt werden, und die Ausgangsspannungen V(UN), V(VN) und V(WN), welche von der 1/2-V(DC) erfaßt werden, um einen Schlupffrequenz-Abschätzwert Fs zu erzeugen. Andererseits wird der von dem Signaleingabeanschluß 30 eingegebene Spannungsbefehlswert V(*) mit der Ausgabespannung V aus jeder der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltungen 31 verglichen, so daß der Subtrahierer 32 eine Fehlerspannung ΔV erzeugt, und auf der Grundlage des Spannungsbefehls V(*) und der Fehlerspannung ΔV erzeugt der Addierer 33 einen korrigierten Spannungsbefehlswert V1(*), welcher seinerseits dem PWM-Signalgenerator 12 zugeführt wird.
Die Befehlsfrequenz F(*) aus der V/F-Recheneinheit 17 wird zum Schlupffrequenz-Abschätzwert Fs, welcher vom Schlupfabschätzer 9 erzeugt wird, hinzuaddiert, um eine korrigierte Befehlsfrequenz F1(*) zu schaffen, welche dem PWM-Signal­ generator 12 zugeführt wird. Unter Verwendung des PWM-Signals aus dem PWM-Signalgenerator 12 wird die Wechselrichterschaltung 4 der Pulsbreitenmodulation (PWM = pulse with modulation) unterworfen, so daß die Wechselrichterschaltung 4 die befohlene Spannung und die befohlene Frequenz erzeugen kann.
Andererseits wird in dem in Fig. 9 gezeigten Steuersystem der Schlupffrequenz-Abschätzwert Fs aus dem Schlupfabschätzer 9 zur Befehlsfrequenz F(*) aus der V/F-Recheneinheit 17 hinzuaddiert, um eine korrigierte Befehlsfrequenz F1(*) zu erzeugen.
Zusätzlich wird ein korrigierter Spannungswert Vs, welcher dem Schlupffrequenz-Abschätzwert Fs entspricht, von der F/V-Re­ cheneinheit 11 erzeugt. Der korrigierte Spannungswert Vs wird zum Spannungsbefehlswert V(*) hinzuaddiert, um einen korrigierten Spannungswert V1(*) zu erzeugen, welcher dem PWM-Signalgenerator 12 zugeführt wird.
In Übereinstimmung mit dieser Ausführung kann die Ausgabe aus der Wechselrichterschaltung 4 dazu gebracht werden dem Spannungsbefehlswert V(*) genau zu folgen. Eine Veränderung des Schlupfs, welche mit einer Erhöhung oder Verminderung der Last des Induktionsmotors einhergeht, kann korrigiert werden, wodurch die Geschwindigkeit des Induktionsmotors 5 genau gesteuert wird.
(Ausführung 4)
Diese Ausführung wird in Fig. 10 beschrieben. Diese Ausführung ist auf eine Steuerschaltung für eine Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gerichtet, welche ein Befehlseingabesystem zwischen einem System der Eingabe eines Spannungsbefehlswerts und einem System eines weiteren Systems der Eingabe eines Frequenzbefehlswerts umschalten kann. In dieser Figur beziehen sich gleiche Bezugsziffer auf gleiche oder entsprechende Teile im Stand der Technik oder in den ersten bis dritten Ausführungen. SW1 bis SW4 bezeichnen Schalter zum Umschalten des Eingabesystems zwischen einem System der Eingabe eines Spannungsbefehlswerts und einem anderen System der Eingabe eines Frequenzbefehlswerts.
Wenn das Frequenzbefehlswert-Eingabesystem ausgewählt ist, werden die Schalter SW1 bis SW4 in den in der Fig. 10 gezeigten Zustand gebracht. Der aus dem Signaleingabeanschluß 10 über einen Weg eingegebene Frequenzbefehlswert F(*) wird dem PWM-Signalgenerator 12 direkt als ein Frequenzbefehl F(*) zugeführt. Über einen anderen Weg wird der Frequenzbefehlswert F(*) erst der F/V-Recheneinheit 11 zugeführt, welche als vierte Recheneinheit dient, welche den Frequenzbefehlswert F(*) in einen diesem entsprechenden Spannungsbefehl V(*) umwandelt, welcher dem PWM-Signalgenerator 12 zugeführt werden soll. Auf der Grundlage dieses Frequenzbefehls F(*) und des Spannungsbefehls V(*) steuert der PWM-Signalgenerator 12 die Wechselrichterschaltung 4.
Andererseits, wenn das Spannungsbefehlswert-Eingabesystem ausgewählt ist, werden die Schalter SW1 bis SW4 in den Zustand gebracht, welcher in die durch die Pfeile angezeigte Richtung bewegt ist. Der aus einem Signaleingabeanschluß 30 zugeführte Spannungsbefehlswert V(*) wird mit der Ausgabespannung V, welche von der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31 erfaßt wird, durch den Subtrahierer 32 verglichen, welcher als erste Rechenvorrichtung dient. Der Spannungsbefehlswert V(*) wird ebenfalls zu einer Fehlerspannung ΔV hinzuaddiert, welche von dem Subtrahierer 32 durch den Addierer 33, welcher als zweite Rechenvorrichtung dient, erzeugt wird, um einen korrigierten Spannungsbefehlswert V1(*) zu schaffen, welcher dem PWM-Signal­ generator 12 zugeführt werden soll. Andererseits wird der Spannungsbefehlswert V(*) auch der V/F-Recheneinheit 17 zugeführt, welche als dritte Rechenvorrichtung dient, um einen Frequenzbefehl F(*) zu erzeugen, der dem Spannungsbefehlswert V(*) entspricht, welcher dem PWM-Signalgenerator 12 zugeführt wird. Auf der Grundlage dieses Frequenzbefehls F(*) und Spannungsbefehls V(*) steuert der PWM-Signalgenerator 12 die Wechselrichterschaltung 4.
Somit kann in Übereinstimmung mit dieser Ausführung das Befehlseingabesystem zwischen dem Spannungsbefehlswert-Ein­ gabesystem und dem Frequenzbefehls-Eingabesystem umgeschaltet werden. Jedes der Befehlseingabesysteme kann bevorzugt ausgewählt werden in Übereinstimmung mit einem System, welches die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps verwendet. Dementsprechend kann eine sehr flexible Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps geschaffen werden.
(Ausführung 5)
Diese Ausführung wird in Fig. 11 beschrieben. Diese Ausführung ist auf ein weiteres Beispiel einer Steuerschaltung für eine Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gerichtet, welche ein Befehlseingabesystem zwischen einem System der Eingabe eines Spannungsbefehlswerts und einem weiteren System der Eingabe eines Frequenzbefehlswerts umschalten kann. Aus dem Signaleingabeanschluß 30 wird ein Spannungsbefehlswert V(*) eingegeben, welcher ein Spannungsbefehl ist, der dem Geschwindigkeitsbefehl für den Induktionsmotor 5 entspricht, wobei ein Umdrehungsgeschwindigkeits-Befehlswert Fr(*) aus dem Signaleingabeanschluß 10 eingegeben wird. In dieser Figur bezeichnen gleiche Bezugsziffer gleiche oder entsprechende Teile im Stand der Technik oder in den ersten bis dritten Ausführungen. SW5 bis SW9 bezeichnen Schalter zum Umschalten des Eingabesystems zwischen einem System der Eingabe eines Spannungsbefehlswerts und einem weiteren System der Eingabe eines Frequenzbefehlswerts (einschließlich einem Befehlswert der Umdrehungsgeschwindigkeit).
Wenn das Frequenzbefehlswert-Eingabesystem ausgewählt ist, werden die Schalter SW5 bis SW9 in den in der Fig. 11 gezeigten Zustand gebracht. Der Umdrehungsgeschwindigkeits-Be­ fehlswert Fr(*), welcher aus dem Signaleingabeanschluß 10 eingegeben wird, wird zu dem Schlupffrequenz-Abschätzwert FS, welcher von dem Schlupfabschätzer 9 erzeugt wird, durch den Addierer 15 hinzuaddiert, welcher als fünfte Rechenvorrichtung dient, um einen Frequenzbefehl F(*) zu schaffen, welcher dem PWM-Signalgenerator 12 zuzuführen ist. Andererseits schafft die F/V-Recheneinheit 11, welche als sechste Rechenvorrichtung dient, auf der Grundlage des von dem Addierer 15 erzeugten Frequenzbefehls F(*) einen Spannungsbefehl V(*), der dem Frequenzbefehl (F(*)) entspricht. Der Addierer 16, welcher als siebte Rechenvorrichtung dient, addiert den Spannungsbefehl V(*) zu dem korrigierten Ausgabespannungswert ΔV1 hinzu, welcher von dem Spannungskorrekturbestimmer 14 auf der Grundlage der Sekundäreingabe P2, welcher eine Ausgabe aus dem Schlupfabschätzer 9 ist, erzeugt wird, womit eine korrigierter Spannungsbefehlswert V1(*) erzeugt wird, welcher dem PWM-Signal­ generator 12 zugeführt wird. Auf der Grundlage dieses Frequenzbefehls F(*) und Spannungsbefehls V(*) steuert der PWM-Signalgenerator 12 die Wechselrichterschaltung 4.
Andererseits, wenn das Spannungsbefehlswert-Eingabesystem ausgewählt ist, werden die Schalter SW5 bis SW9 in den Zustand gebracht, welcher in die durch Pfeile in Fig. 11 angezeigte Richtung bewegt ist. Der Spannungsbefehlswert V(*), welcher aus einem Signaleingabeanschluß 30 zugeführt wird, wird in einen Frequenzbefehl F(*) umgewandelt, welcher dem Spannungsbefehlswert V(*) entspricht, durch die V/F-Re­ cheneinheit 17, welche als dritte Rechenvorrichtung dient. Der Frequenzbefehl wird zu dem Schlupffrequenz-Abschätzwert Fs aus dem Schlupfabschätzer 9 durch den Addierer 37 hinzuaddiert, welcher als vierte Rechenvorrichtung dient, um eine korrigierte Befehlsfrequenz F1(*) zu erzeugen, welche dem PWM-Signalgenerator 12 zugeführt wird.
Indem der Subtrahierer 32 als erste Rechenvorrichtung dient, wird der Spannungsbefehlswert V(*) mit der Ausgabespannung V, welche von der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung 31 erfaßt wird, verglichen. Der Spannungsbefehlswert V(*) wird ebenfalls zu einer Fehlerspannung ΔV, welche von dem Subtrahierer 32 erzeugt wird, durch den Addierer 33 hinzuaddiert, welcher als zweite Rechenvorrichtung dient, um einen korrigierten Spannungsbefehlswert V1(*) zu schaffen, welcher dem PWM-Signal­ generator 12 zuzuführen ist. Auf der Grundlage dieses Frequenzbefehlswerts F(*) und dieses Spannungsbefehls V(*), steuert der PWM-Signalgenerator 12 die Wechselrichterschaltung 4.
Somit kann gemäß dieser Erfindung auch in dem System zur Korrektur einer Veränderung des Schlupfs, welcher mit der Zunahme oder Abnahme der Last im Induktionsmotor einhergeht, zur genauen Steuerung des Induktionsmotors, das Befehlseingabesystem zwischen dem Spannungsbefehlswert-Ein­ gabesystem und dem Frequenzbefehls-Eingabesystem umgeschaltet werden. Jedes Befehlseingabesystem kann vorzugsweise in Übereinstimmung mit einem System, welches die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps verwendet, gewählt werden. Dementsprechend kann eine sehr flexible Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps geschaffen werden.
Da die vorliegende Erfindung so konfiguriert ist, wie es oben beschrieben wurde, können die folgenden Wirkungen erzielt werden.
In einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche mit einer Wechselrichterschaltung ausgestattet ist, die über einer Gleichspannungs-Energiequelle zur Erzeugung einer Gleichspannung geschaltet ist, um die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit vorbestimmter Spannung und Frequenz umzuwandeln, da sie eine 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung zur Erfassung einer Spannung zwischen einem Ende der Gleichspannungs-Energieversorgung und einem Ausgang der Wechselrichterschaltung, eine Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung zum Befehlen einer Ausgabespannung aus der Wechselrichterschaltung, eine erste Rechenvorrichtung zum Empfangen des Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung und einer Erfassungsspannung aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, um eine Fehlerspannung zu erzeugen, und eine zweite Rechenvorrichtung zum Empfangen der Fehlerspannung aus der ersten Rechenvorrichtung und des Spannungsbefehlswert aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung, um einen korrigierten Spannungsbefehlswert zu erzeugen, umfaßt, kann ein Spannungsbefehlswert direkt gegeben werden, um die Ausgangsspannung aus dem Wechselrichter zu steuern, so daß diese der Befehlsspannung genau folgt.
Da die erste Spannungsvorrichtung einen Spannungsbefehlswert in der Form eines Pulssignals aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung empfängt, und die erfaßte Spannung in Form eines Pulssignals aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsvorrichtung empfängt, um eine Fehlerspannung in der Form eines Pulssignals zu erzeugen, kann der Spannungsbefehlswert digital mit der erfaßten Spannung verglichen werden, um die Fehlerspannung zu erzeugen, und folglich kann die Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung der Befehlsspannung genau folgen.
Eine Pulssignalform der Fehlerspannung aus der ersten Rechenvorrichtung wird auf solch eine Weise erzeugt, daß die Pulssignalform des Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung und jene der erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung instantan miteinander verglichen werden, um die durch beide Pulssignalformen erzeugte Differenz zu entfernen. Aus diesem Grund kann die Differenz mit gutem Ansprechen (response) entfernt werden, und die Ausgangsspannung aus dem Wechselrichter kann genau auf die Befehlsspannung ansprechen.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegende Erfindung umfaßt ferner einen PWM-Signalgenerator zum Empfangen des korrigierten Spannungsbefehlswerts aus der zweiten Rechenvorrichtung und eines Frequenzbefehlswerts, welcher einen Frequenzbefehlswert aus der Wechselrichterschaltung befiehlt. Aus diesem Grund wird das Schaltelement der Wechselrichterschaltung PWM-gesteuert, so daß die Ausgabespannung und Ausgabefrequenz der Wechselrichterschaltung genau auf einen gewünschten Wert gesteuert bzw. geregelt werden können.
Da der Frequenzbefehlswert, welcher dem PWM-Signalgenerator zugeführt wird, ein bestimmter Frequenzbefehl ist, wobei die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters konstant ist, kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters genau auf einen gewünschten Wert gesteuert werden, wodurch eine Spannungsversorgung mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung mit hoher Genauigkeit geschaffen wird.
Da der Frequenzbefehlswert, welcher dem PWM-Signalgenerator zugeführt wird, ein Frequenzbefehl ist, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zum Spannungsbefehlswert aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung variiert, wobei die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters eine vorbestimmte Beziehung zur Ausgabespannung hat, kann die Ausgabespannung genau auf einen gewünschten Wert gesteuert werden, wodurch eine hoch genaue Versorgung mit variabler Frequenz und variabler Spannung geschaffen wird.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner einen Schlupfabschätzer zum Empfangen eines Wechselstroms, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, und der erfaßten Spannung aus der 1/2-V, um einen Schlupffrequenz-Abschätzwert für den Induktionsmotor zu erzeugen; eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswerts Einstellvorrichtung, um einen Frequenzbefehl zu schaffen, welcher eine vorbestimmte Beziehung zum Spannungsbefehlswert variiert; und eine vierte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Frequenzbefehls aus der dritten Rechenvorrichtung und eines Schlupffrequenz-Abschätzwerts aus dem Schlupfabschätzer, um eine korrigierte Befehlsfrequenz zu erzeugen, wobei die korrigierte Befehlsfrequenz ein Frequenzbefehlswert für den PWM-Signalgenerator ist.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung, um einen Frequenzbefehl zu erzeugen, welcher ein vorbestimmtes Verhältnis zum Spannungsbefehlswert variiert; eine vierte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Frequenzbefehlswerts, welcher von einer externen Vorrichtung eingestellt wird, um den Spannungsbefehlswert zu erzeugen, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zum Frequenzbefehlswert variiert; einen PWM-Signalgenerator zum Empfangen eines Spannungsbefehlswerts und eines Frequenzbefehlswerts- um ein PWM-Signal für den Betrieb der Wechselrichterschaltung zu erzeugen; und eine Schaltvorrichtung zur Umschaltung des Spannungsbefehlswerts und Frequenzbefehlswerts für den PWM-Signalgenerator zwischen dem Fall, in welchem sie der korrigierte Spannungsbefehlswert aus der zweiten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehl aus der dritten Rechenvorrichtung sind, und dem Fall, in welchem sie der Spannungsbefehlswert aus der vierten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehlswert aus der externen Vorrichtung sind. Aus diesem Grund wird das Befehlssystem zwischen dem Spannungsbefehlswert-Eingabesystem und dem Frequenzbe­ fehls-System umgeschaltet, wodurch eine flexible Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps geschaffen wird, welche je nach Notwendigkeit ein optimales Befehlssystem auswählen kann.
Die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner: eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung, um einen Frequenzbefehl zu schaffen, welcher eine vorbestimmte Beziehung zum Spannungsbefehlswert variiert; einen Schlupfabschätzer zum Empfangen eines Wechselstroms, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, und einer erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC)-Er­ fassungsschaltung, um den Schlupffrequenz-Abschätzwert für den Induktionsmotor und eine Sekundäreingabe an den Induktionsmotor zu erzeugen; eine vierte Rechenvorrichtung, welche den Schlupffrequenz-Abschätzwert aus dem Schlupfabschätzer und den Frequenzbefehl aus der dritten Rechenvorrichtung empfängt, um eine korrigierte Befehlsfrequenz zu erzeugen; eine fünfte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Befehlswerts, welcher von der externen Vorrichtung eingestellt wird, und des Schlupffrequenz-Abschätzwerts des Schlupfabschätzers; eine sechste Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Frequenzbefehls aus der fünften Rechenvorrichtung, um einen Spannungsbefehl zu schaffen, welcher in einer vorbestimmten Beziehung den Frequenzbefehl variiert; einen Spannungskorrekturgrößen-Bestimmer zum Empfangen einer Sekundäreingabe aus dem Schlupfabschätzer, um eine korrigierte Spannungsgröße zu erzeugen; eine siebte Rechenvorrichtung zum Empfangen des korrigierten Spannungswerts aus dem Spannungskorrekturgrößen-Bestimmer und des Spannungsbefehls aus der sechsten Vorrichtung, um einen korrigierten Spannungswert zu erzeugen; einen PWM-Signal­ generator zum Empfangen des Spannungsbefehlswerts und der Frequenz, um eine PWM-Signal zum Betrieb der Wechselrichterschaltung zu erzeugen; und eine Umschaltvorrichtung zur Umschaltung des Spannungsbefehlswerts und Frequenzbefehlswerts für den PWM-Signalgenerator zwischen dem Fall, in welchem sie der korrigierte Spannungsbefehlswert aus der zweiten Rechenvorrichtung und der Frequenzwert aus der vierten Rechenvorrichtung sind, und dem Fall, in welchem sie der Spannungsbefehlswert aus der siebten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehlswert aus der fünften Rechenvorrichtung sind. Aus diesem Grund wird das Befehlssystem zwischen dem Spannungsbefehlswert-Eingabesystem und dem Frequenzbe­ fehls-System umgeschaltet, wodurch eine flexible Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps geschaffen wird, welche eine Flexibilität hat, die in der Lage ist je nach Notwendigkeit ein optimales Befehlssystem zu wählen, und die Geschwindigkeit des Induktionsmotors genau steuern kann.
Ein Oberzweig-Schaltelement und ein Unterzweig-Schaltelement enthalten jeweils individuell die 1/2-V(DC)- Erfassungsschaltung, die erste Berechnungsvorrichtung, die zweite Berechnungsvorrichtung und den PWM-Signalgenerator zur Erzeugung eines PWM-Signals auf der Grundlage der zweiten Berechnungsvorrichtung. Aus diesem Grund wird die Spannung des Oberzweig-Schaltelements und des Unterzweig-Schaltelements individuell gesteuert, so daß der Einfluß der Ober/Unterzweig-Kurz­ schlußzeit und der Ein-Spannung des Schaltelements der Hauptschaltung entfernt wird, um die Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung sehr genau zu steuern.
Für jede Ausgabephase der Wechselrichterschaltung besteht ein Einzelmodul aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, der ersten Berechnungsvorrichtung, der zweiten Berechnungsvorrichtung, dem PWM-Signalgenerator, dem Oberzweig-Schaltelement und dem Unterzweig-Schaltelement. Aus diesem Grund kann die Konfiguration der Steuerschaltung für die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps vereinfacht werden, so daß die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung genau und zuverlässig gesteuert werden kann.
Ferner, in einem Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche mit einer Wechselrichterschaltung ausgestattet ist, die über einer Gleichstrom-Energiequelle zur Erzeugung einer Gleichspannung angeschlossen ist, und dazu dient, den Gleichstrom in eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Spannung und Frequenz umzuwandeln, wird die Spannung zwischen einem Ende der Gleichspannungs-Energiequelle und dem Ausgang der Wechselrichterschaltung erfaßt, eine Fehlerspannung wird auf der Grundlage der erfaßten Spannung und eines Spannungsbefehls zum Befehlen der Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung erzeugt, und ein korrigierter Spannungsbefehlswert wird auf der Grundlage der Fehlerspannung und des Spannungsbefehlswerts erzeugt. Aus diesem Grund kann die Ausgangsspannung genau auf die Befehlsspannung ansprechen.
Da die erfaßte Spannung, der Spannungsbefehlswert und die Fehlerspannung jeweils ein Pulssignal sind, werden der Spannungsbefehlswert und der erfaßte Wert digital miteinander verglichen. Somit kann die Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung genau auf die Befehlsspannung ansprechen.
Die Pulssignalform der Fehlerspannung wird auf solch eine Weise erzeugt, daß die Pulssignalform des Spannungsbefehlswerts und die Pulssignalform der erfaßten Spannung instantan miteinander verglichen werden, und der durch beide Pulssignalformen erzeugte Fehler entfernt wird. Aus diesem Grund kann die Differenz mit gutem Ansprechen entfernt werden, und so kann die Ausgangsspannung aus dem Wechselrichter genau auf die Befehlsspannung ansprechen.
Da ein PWM-Signal auf der Grundlage des korrigierten Spannungsbefehlswerts und des Frequenzbefehlswerts zum Befehlen der Ausgangsfrequenz aus der Wechselrichterschaltung erzeugt wird, kann das Schaltelement des Wechselrichters PWM-gesteuert werden. Somit kann die Ausgangsspannung und die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters genau gesteuert werden.
Ein Schlupffrequenz-Abschätzwert wird aus dem Wechselstrom erzeugt, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, wobei ein Frequenzbefehl in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert, eine korrigierte Befehlsfrequenz wird aus dem Frequenzbefehl und dem Schlupffrequenz-Ab­ schätzwert erzeugt, und ein PWM-Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung wird auf der Grundlage der korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt. Aus diesem Grund wird die Befehlsfrequenz unter Berücksichtigung einer Schlupfveränderung erzeugt, welche mit einer Lastveränderung in dem Induktionsmotor einhergeht, so daß die Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung auf einen gewünschten Wert gesteuert werden kann, und die Geschwindigkeit des Induktionsmotors auch genau gesteuert werden kann.
Eine erste Frequenz welche in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert, ein zweiter Spannungsbefehlswert, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu einem Frequenzbefehlswert, welcher durch eine externe Vorrichtung eingestellt wird, variiert, und ein PWM-Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung wird zwischen dem Fall geschaltet, in welchem es aus dem korrigiertem Spannungsbefehlswert und dem ersten Frequenzbefehl erzeugt wird, und dem Fall, in welchem es durch die externe Vorrichtung eingestellt und den zweiten Spannungsbefehlswert erzeugt wird. Aus diesem Grund wird das Befehlssystem zwischen dem Spannungsbefehls-Eingabesystem und dem Frequenzbefehlssystem geschaltet, wodurch eine flexible Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps geschaffen wird, welche je nach Notwendigkeit ein optimales Befehlssystem wählen kann.
Ein Frequenzbefehl, welcher in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem Spannungsbefehlswert variiert; ein Schlupffrequenz-Ab­ schätzwert des Induktionsmotors und eine Sekundäreingabe an den Induktionsmotor werden aus dem Wechselstrom, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, und der erfaßten Spannung erzeugt; eine erste korrigierte Frequenz wird aus dem Schlupffrequenz-Abschätzwert und dem Frequenzbefehl, welcher in einem vorbestimmten Spannungsbefehl variiert, erzeugt; eine zweite korrigierte Befehlsfrequenz wird aus dem Frequenzbefehlswert, der von der externen Vorrichtung eingestellt wird, und dem Schlupffrequenz-Ab­ schätzwert erzeugt; ein Spannungsbefehl, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz variiert; ein korrigierter Spannungswert wird durch die Sekundäreingabe an dem Induktionsmotor erzeugt, ein zweiter korrigierter Spannungsbefehlswert wird aus dem korrigierten Spannungswert und dem Spannungsbefehl aus der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt, und das PWM- Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung wird zwischen dem Fall umgeschaltet, wo es auf der Grundlage des korrigierten Spannungsbefehlswerts und der ersten korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt wird, und dem Fall, in welchem es auf der Grundlage des zweiten korrigierten Spannungsbefehlswerts und der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt wird. Aus diesem Grund wird das Befehlssystem zwischen dem Spannungsbefehlswert-Eingabesystem und dem Frequenzbe­ fehls-System umgeschaltet, womit eine flexible Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps geschaffen wird, welche eine Flexibilität hat, die in der Lage ist je nach Notwendigkeit ein optimales Befehlssystem zu wählen, und die Geschwindigkeit des Induktionsmotors genau steuern kann.
Für das Oberzweig-Schaltelement und das Unterzweig-Schalt­ element der Wechselrichterschaltung wird die Spannung zwischen dem einen Ende der Gleichspannungs-Energiequelle und dem Ausgang des Wechselrichters erfaßt; eine Fehlerspannung wird aus jeder erfaßten Spannung und dem Spannungsbefehlswert, welcher von dem Oberzweig-Schaltelement und dem Unterzweig-Schalt­ element befohlen wird, erzeugt; und der korrigierte Spannungsbefehlswert, welcher jedem der Schaltelemente entspricht, wird aus jeder Fehlerspannung und dem Spannungsbefehlswert erzeugt. Aus diesem Grund wird die Spannung des Oberzweig-Schaltelements und des Unterzweig-Schalt­ elements jeweils individuell gesteuert, so daß der Einfluß der Ober/Unterzweig-Kurzschlußzeit und der Ein-Spannung des Schaltelements der Hauptschaltung entfernt wird, um die Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung sehr genau zu steuern.
Die vorangegangene Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, daß diese erschöpfend ist, oder die Erfindung auf die präzis offenbarte Form zu beschränken, und Modifikationen und Variationen sind im Lichte der obigen Lehre möglich, oder können durch die Umsetzung der Erfindung erlernt werden. Die Ausführung wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit es einem Fachmann ermöglicht wird die Erfindung in verschiedenen Ausführungen und mit verschiedenen Modifikationen zu Verwenden, wie es für die bestimmte, in Betracht gezogene Anwendung geeignet ist. Es ist beabsichtigt, daß der Umfang der Erfindung durch die angehängten Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt wird.

Claims (19)

1. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche mit einer Wechselrichterschaltung ausgestattet ist, die über einer Gleichspannungs-Energieversorgung zur Erzeugung einer Gleichspannung angeschlossen ist, um die Gleichspannung in einer Wechselspannung mit vorbestimmter Spannung und Frequenz umzuwandeln, wobei die Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps umfaßt:
eine 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung zur Erfassung einer Spannung zwischen einem Ende der Gleichspan­ nungs-Energieversorgung und einem Ausgang der Wechselrichterschaltung;
eine Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung zum Befehlen einer Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung;
eine erste Rechenvorrichtung zum Empfangen des Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung und der erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, um eine Fehlerspannung zu erzeugen; und
eine zweite Rechenvorrichtung zum Empfangen der Fehlerspannung aus der ersten Rechenvorrichtung und des Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung, um einen korrigierten Spannungsbefehlswert zu erzeugen.
2. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rechenvorrichtung den Spannungsbefehlswert in Form eines Pulssignals aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung empfängt, und die erfaßte Spannung in der Form eines Pulssignals aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung empfängt, um eine Fehlerspannung in der Form eines Pulssignals zu erzeugen.
3. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulssignalform der Fehlerspannung aus der ersten Rechenvorrichtung auf solch eine Weise erzeugt wird, daß die Pulssignalform des Spannungsbefehlswerts aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung und jene des erfaßten Werts aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung gleichzeitig miteinander verglichen werden, um die durch beide Pulssignalformen erzeugte Differenz zu entfernen.
4. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Pulsbreitenmodulation-Signal­ generator zum Empfangen des korrigierten Spannungsbefehlswerts aus der zweiten Rechenvorrichtung und eines Frequenzbefehlswerts, welcher einen Frequenzbefehlswert aus der Wechselrichterschaltung befiehlt, um ein Pulsbreitenmodulations-Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung zu erzeugen.
5. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbefehlswert, welcher dem Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator zugeführt wird, ein fester Frequenzbefehl ist.
6. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbefehlswert, welcher dem Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator zugeführt wird, ein Frequenzbefehl ist, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert aus der Spannungsbefehlswert-Einstellvorrichtung variiert.
7. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch:
einen Schlupfabschätzer zum Empfangen eines Wechselstroms, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, und der erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC), um einen Schlupffrequenz-Abschätzwert für den Induktionsmotor zu erzeugen;
eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung, um einen Frequenzbefehl zu erzeugen, welcher eine vorbestimmte Beziehung mit dem Spannungsbefehlswert variiert;
eine vierte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Frequenzbefehls aus der dritten Rechenvorrichtung und des Schlupffrequenz-Abschätzwerts aus dem Schlupfabschätzer, um eine korrigierte Befehlsfrequenz zu erzeugen, wobei die korrigierte Befehlsfrequenz ein Frequenzbefehlswert für den Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator ist.
8. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen des Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung, um einen Frequenzbefehl zu erzeugen, welcher eine vorbestimmte Beziehung zum Spannungsbefehlswert variiert;
eine vierte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Frequenzbefehlswerts, welcher von einer externen Vorrichtung eingestellt wird, um den Spannungsbefehlswert zu erzeugen, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Frequenzbefehlswert variiert;
einen Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator zum Empfangen eines Spannungsbefehlswerts und eines Frequenzbefehlswerts, um ein Pulsbreitenmodulations-Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung zu erzeugen; und
eine Umschaltvorrichtung zur Umschaltung des Spannungsbefehlswerts und des Frequenzbefehlswerts für den Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator zwischen dem Fall, in welchem sie der korrigierte Spannungsbefehlswert aus der zweiten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehl aus der dritten Rechenvorrichtung sind, und dem Fall, in welchem sie der Spannungsbefehlswert aus der vierten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehlswert aus der externen Vorrichtung sind.
9. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
eine dritte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Spannungsbefehls aus der Spannungsbefehlswert-Ein­ stellvorrichtung, zur Erzeugung eines Frequenzbefehls, welcher eine vorbestimmte Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert;
einen Schlupfabschätzer zum Empfangen eines Wechselstroms, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, und der erfaßten Spannung aus der 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, um den Schlupffrequenz-Abschätzwert für den Induktionsmotor und eine Sekundäreingabe an den Induktionsmotor zu erzeugen;
eine vierte Rechenvorrichtung, welche den Schlupffrequenz-Ab­ schätzwert aus dem Schlupfabschätzer und den Frequenzbefehl aus der dritten Rechenvorrichtung empfängt, um eine korrigierte Befehlsfrequenz zu erzeugen;
eine fünfte Rechenvorrichtung zum Empfangen eines Befehlswerts, welcher von der externen Vorrichtung eingestellt wird, und des Schlupffrequenz-Abschätzwerts aus dem Schlupfabschätzer;
eine sechste Rechenvorrichtung zum Empfangen des Frequenzbefehls aus der fünften Rechenvorrichtung, um einen Spannungsbefehlswert zu erzeugen, welcher in einer vorbestimmten Beziehung den Frequenzbefehl variiert;
eine Bestimmungsvorrichtung für eine korrigierte Spannungsgröße, zum Empfangen einer Sekundäreingabe aus dem Schlupfabschätzer, um eine korrigierte Spannungsgröße zu erzeugen;
eine siebte Rechenvorrichtung zum Empfangen des korrigierten Spannungswerts aus der Bestimmungsvorrichtung für die korrigierte Spannungsgröße, und des Spannungsbefehls aus sechsten Rechenvorrichtung, um einen korrigierten Spannungswert zu erzeugen;
einen Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator zum Empfangen des Spannungsbefehlswerts und der Frequenz, um ein Pulsbreitenmodulation-Signal zum Betreiben der Wechselrichterschaltung zu erzeugen; und
eine Umschaltvorrichtung zur Umschaltung des Spannungsbefehlswerts und des Frequenzbefehlswerts für den Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator zwischen dem Fall, in welchem sie der korrigierte Spannungsbefehlswert aus der zweiten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehl aus der vierten Rechenvorrichtung sind, und dem Fall, in welchem sie der Spannungsbefehlswert aus der siebten Rechenvorrichtung und der Frequenzbefehlswert aus der fünften Rechenvorrichtung sind.
10. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberzweig-Schaltelement und ein Unterzweig-Schaltelement jeweils individuell die 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, die erste Berechnungsvorrichtung, die zweite Berechnungsvorrichtung und den Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator zur Erzeugung eines Pulsbreitenmodulation-Signals auf der Grundlage der zweiten Berechnungsvorrichtung enthält.
11. Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Ausgangsphase der Wechselrichterschaltung ein Einzelmodul gebildet wird durch die 1/2-V(DC)-Erfassungsschaltung, die erste Berechnungsvorrichtung, die zweite Berechnungsvorrichtung, den Pulsbreitenmodulation-Signalgenerator, das Oberzweig-Schalt­ element und das Unterzweig-Schaltelement.
12. Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps, welche mit einer Wechselrichterschaltung ausgestattet ist, die über einer Gleichspannungs-Energiequelle zur Erzeugung einer Gleichspannung geschaltet ist, und dazu dient, den Gleichstrom in eine Wechselspannung mit vorbestimmter Spannung und Frequenz umzuwandeln, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erfassen der Spannung zwischen einem Ende der Gleichspannungs-Energiequelle und dem Ausgang der Wechselrichterschaltung;
Erzeugen einer Fehlerspannung auf der Grundlage der erfaßten Spannung und eines Spannungsbefehls zum Befehlen der Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung;
Erzeugen eines korrigierten Spannungsbefehlswerts auf der Grundlage der Fehlerspannung und des Spannungsbefehlswerts.
13. Verfahren zur Steuerung eines Wechselrichters des Spannungstyps nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßte Spannung, der Spannungsbefehlswert und die Fehlerspannung jeweils ein Pulssignal umfassen.
14. Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulssignalform der Fehlerspannung auf solch eine Weise erzeugt wird, daß die Pulssignalform des Spannungsbefehlswerts und die Pulssignalform der erfaßten Spannung instantan verglichen werden, und der durch beide Pulssignalformen erzeugte Fehler entfernt wird.
15. Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulsbreitenmodulation-Signal auf der Grundlage des korrigierten Spannungsbefehlswerts und des Frequenzbefehlswerts zum Befehlen der Ausgangsfrequenz aus der Wechselrichterschaltung erzeugt wird.
16. Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch:
Erzeugen eines Schlupffrequenz-Abschätzwerts aus dem Wechselstrom, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenem Induktionsmotor zugeführt wird;
Variieren eines Frequenzbefehls in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert;
Erzeugen einer korrigierten Befehlsfrequenz aus dem Frequenzbefehl und dem Schlupffrequenz-Abschätzwert; und
Erzeugen eines Pulsbreitenmodulation-Signals zum Betreiben der Wechselrichterschaltung auf der Grundlage der korrigierten Befehlsfrequenz.
17. Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch:
Erzeugen einer ersten Frequenz, welche in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert;
Erzeugen eines zweiten Spannungsbefehlswerts, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu einem von einer externen Vorrichtung eingestellten Frequenzbefehlswert variiert; und
Umschalten eines pulsbreitenmodulation-Signals zum Betreiben der Wechselrichterschaltung zwischen dem Fall, in welchem es aus dem korrigierten Spannungsbefehlswert und dem ersten Frequenzbefehl erzeugt wird, und dem Fall, in welchem es durch die externe Vorrichtung eingestellt und dem zweiten Spannungsbefehlswert erzeugt wird.
18. Verfahren zur Steuerung einer Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch:
Erzeugen des Frequenzbefehls, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert;
Erzeugen eines Schlupffrequenz-Abschätzwerts des Induktionsmotors und einer Sekundäreingabe an den Induktionsmotor, aus dem Wechselstrom, welcher einem mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Induktionsmotor zugeführt wird, und der erfaßten Spannung;
Erzeugen einer ersten korrigierten Frequenz aus dem Schlupffrequenz-Abschätzwert und dem Frequenzbefehl, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Spannungsbefehlswert variiert;
Erzeugen einer zweiten Befehlsfrequenz aus dem Frequenzbefehlswert, welcher von der externen Vorrichtung eingestellt wird, und dem Schlupffrequenz-Abschätzwert-Er­ zeugen eines Spannungsbefehls, welcher in einer vorbestimmten Beziehung zu der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz variiert;
Erzeugen eines korrigierten Spannungswerts aus der Sekundäreingabe an den Induktionsmotor;
Erzeugen eines zweiten korrigierten Spannungsbefehlswerts aus dem korrigierten Spannungswert und dem Spannungsbefehl aus der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz; und
Umschalten des Pulsbreitenmodulation-Signals zum Betreiben der Wechselrichterschaltung zwischen dem Fall, in welchem es auf der Grundlage eines korrigierten Spannungsbefehlswerts und der ersten korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt wird, und dem Fall, in welchem es auf der Grundlage des zweiten korrigierten Spannungsbefehlswerts und der zweiten korrigierten Befehlsfrequenz erzeugt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 12, umfassend jeweils für ein Oberzweig-Schaltelement und ein Unterzweig-Schaltelement der Wechselrichterschaltung- Erfassen der Spannung zwischen einem Ende der Gleichspannungs-Energieversorgung und dem Ausgang des Wechselrichters;
Erzeugen einer Fehlerspannung aus jeder erfaßten Spannung und dem Spannungsbefehlswert, welcher von dem Oberzweig-Schalt­ element und dem Unterzweig-Schaltelement befohlen wird;
Erzeugen des korrigierten Spannungsbefehlswerts, entsprechend jedem der Schaltelemente, aus jeder Fehlerspannung und dem Spannungsbefehlswert.
DE1997116891 1996-06-28 1997-04-22 Wechselrichtervorrichtung des Spannungstyps und Verfahren zu deren Steuerung Withdrawn DE19716891A1 (de)

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