DE69502445T2

DE69502445T2 - Wechselrichtersteuergerät

Info

Publication number: DE69502445T2
Application number: DE69502445T
Authority: DE
Inventors: Tsuneyuki Egami; Tatsuru Morioka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2015-06-29
Also published as: JP3395920B2; JPH0823698A; EP0691730A3; US5614803A; DE69502445D1; EP0691730B1; EP0691730A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Umrichtersteuervorrichtung zur Ansteuerung eines Dreiphasen-Induktionsmotos und genauer eine Umrichtersteuervorrichtung, die zwischen einer Zwei- Phasen-Modulation, bei der Spitzenwerte von Drei-Phasenspannungen eines Umrichters fest eingestellt sind, und einer Drei-Phasen-Modulation wechselt.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Das US-Patent 4 641 075 schlägt eine (nachstehend als Umrichtersteuervorrichtung bezeichnete) PWM- (Pulsbreitenmodulations-) Steuervorrichtung für einen Drei-Phasen- Umrichter vor, bei der eine zwei-Phasen-Modulation zur Verringerung der Störung aufgrund elektromagnetischer Wellen und des Schaltenergieverlusts und zur Verbesserung des Energieunwandlungswirkungsgrads angewandt wird. Die Zwei- Phasen-Modulation stellt eine Phasenspannung der drei Phasenspannungen eines Umrichters aufeinanderfolgend auf einen bestimmten Pegel fest ein und moduliert die anderen zwei Phasenspannungen.
Das US-Patent 4 847 743 schlägt einen Wechsel zwischen der vorstehend beschriebenen Zwei-Phasen-Modulation auf die Drei-Phasen-Modulation und umgekehrt vor. Es wird von der Zwei-Phasen-Modulation auf die Drei-Phasen-Modulation gewechselt, wenn ein Spannungsvektor-Anweisungssignal (das einer Amplitude der Umrichterausgangsspannung entspricht) niedriger als ein vorbestimmter Wert wird. Bei der Drei- Phasen-Modulation der Umrichtersteuervorrichtung wird die PWM-Steuerung entsprechend einer Differenz zwischen einem Sollstromsignal und einen erfaßten oder Ist-Motorstrom (beispielsweise eine PI- (proportionale und integrierte) Abweichungsverarbeitung) zur Erzeugung von an einen Drei- Phasen-Induktionsmotor angelegten Drei-Phasen-Wechselspannungen ausgeführt. Die Zwei-Phasen-Modulation stellt jede Phasenspannung des Umrichters auf einen bestimmten Wert bei einem bestimmten Phasenwert des Sollstromsignals (Sinussignalverlaufs) fest ein.
Die vorstehend beschriebene Zwei-Phasen-Modulation ist zur Verringerung der magnetischen Störung und des Schaltenergieverlusts und ebenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Energieumwandlung wirksam. Jedoch weist sie die nachstehend beschriebenen Probleme auf.
Das heißt, daß die herkömmliche Zwei-Phasen-Modulation jede Phasenspannung während eines bestimmten Phasenwinkelbereichs des Sollstromsignals, bei dem es sich um ein Sinussignalverlaufssignal handelt, auf eine feste Spannung fest einstellt und andere nicht fest eingestellte Phasenspannungen auf Spannungen entsprechend den Sollstromsignal steuert. Genauer gesagt ist der einen Winkelbereich von 360º aufweisende Stromsignalverlauf des Sollstromsignals jeder Phase in einen Zyklus in 60º-Phasenintervalle unterteilt, so daß ein Intervall mit Phasenwinkeln von 30º rechts und links von der Mitte des Spitzenwertes des Stromsignalverlaufs eingeschlossen ist, wobei der Spitzenwert des Sollstromsignal in jeden Phasenintervall in der positiven oder negativen Richtung als ein Spitzenwert in der positiven oder negativen Richtung fest eingestellt ist und der Rest des Sollstromsignals nicht fest eingestellt ist, sondern durch einen kleineren Kreis einer Motorrückkopplungsschaltung gesteuert wird.
Jedoch steigt in diesem Fall der Strom des Sollstromsignals der fest einzustellenden Phasenspannung an und werden die Ströme der anderen nicht fest eingestellten Phasen ungeachtet des Stromanstiegs durch einen kleineren Stronrückkopplungskreis entsprechend einem Sinus-Sollstronsignal gesteuert. Dementsprechend wird die fest eingestellte Phase erzeugt, als wenn eine Störung darin eingegeben wird, wodurch das Sollstromsignal abrupter als bei der Drei-Phasen- Modulation geändert wird, so daß der Motorstromsignalverlauf verzerrt wird.
Die von derselben Anmeiderin wie diese Anmeldung eingereichte und am 19.8.1994 veröffentlichte japanische Offenlegungsschrift Hei 6-233 549 löst demgegenüber dieses Problem. Gemäß der Veröffentlichung wird eine Abweichung zwischen dem Sollstromsignal jeder Phase und einem Iststromsignal der entsprechenden Phase durch eine PI-Steuerschaltung verarbeitet, die mit einem Dreieckssignal einer bestimmten Frequenz durch einen Vergleicher zur Erzeugung eines PWM- Signals verglichen wird, das einen Umrichter zur Steuerung der an einen Motor angelegten Phasenspannungen steuert. Zur Beseitigung der Verzerrung des Motorstroms wird ein zur Festeinstellung einer Phasenspannung erforderlicher Versatzwert entsprechend zu der fest einzustellenden Phase zu dem Dreieckssignal addiert oder von diesem subtrahiert, wobei ebenfalls ein bestimmter Versatzwert entsprechend den anderen nicht fest eingestellten Phasen addiert oder subtrahiert wird.
Jedoch tritt, da der Motorstrom entsprechend einem Sollstromsignal geregelt wird und eine an den Motor anzulegende Phasenspannung entsprechend einer Abweichung zwischen dem Sollstromsignal und dem Istmotorstrom bestimmt wird, eine Phasendifferenz zwischen dem Sollstromsignal und der an dieselbe Phase anzulegenden Phasenspannung auf. Folglich wird, falls die vorstehend beschriebene Festeinstellung bei einem Phasenwinkel ausgeführt wird, bei dem der Absolutwert des Sollstromsignals ein Spitzenwert wird, der Phasenwinkel dort fest eingestellt, wo der Absolutwert der Phasenspannung nicht deren Spitzenwert ist, und da der Versatzwert, der zu den nicht fest eingestellten Phasen addiert oder davon subtrahiert wird, zu den nicht fest eingestellten Phasen derart addiert oder von diesen subtrahiert wird, daß deren Modulationsgrad 100% überschreitet, werden die an den Motor anzulegende Spannung und der Motorstrom verzerrt.
Die Ursache und Wirkung der Verzerrung des Phasenspannungssignalverlaufs im Motorbetrieb ist nachstehend beschrieben.
Der Drei-Phasen-Induktionsmotor arbeitet als ein normaler elektrischer Motor, was als Motorbetrieb bezeichnet wird, und ebenfalls als Generator, was als Generatorbetrieb bezeichnet wird. Fig. 14 zeigt ein Vektordiagramm, bei dem die Phasenspannungsvektoren und die Phasenstromvektoren in d-q-Koordinaten aufgetragen sind, wobei Fig. 15 ein Vektordiagramm zeigt, das das Verhältnis zwischen den vorstehend beschriebenen Vektoren im Generatorbetrieb darstellt.
Bei Fig. 14 und 15 bezeichnet das Bezugszeichen φ0 eine Erregungsmagnetfluß-Vektorkomponente des Drehfeldmagnetflußvektors, der in derselben Richtung wie die d-Achse verläuft. Das Bezugszeichen E0 bezeichnet einen inder Motor spule durch den Erregungsmagnetflußvektor φ0 induzierten Spannungsvektor, der dem Erregungsnagnetflußvektor um einen Phasenwinkel 90º vorauseilt. Das Bezugszeichen I bezeichnet einen Stronvektor der Motorspule, Id eine Erregungsstromvektorkomponente des Stromvektors I, Iq eine Drehmoment stromkomponente des Stromvektors, R einen Motorstromwiderstandswert, L eine Motorspuleninduktivität und RI einen Spannungsabfall über einen Widerstand mit einem Widerstandswert R, wenn dadurch der Strom I in derselben Phase wie der Stronvektor I fließt. RID bezeichnet eine d- Achsenkomponente des Spannungsabfallvektors RI, RIq eine q- Achsenkomponente des Spannungsabfallvektors RI, ω eine Winkelgeschwindigkeit des Stromvektors I und ωLI ein Spannungsabfallvektor über die Motorspule mit der Induktivität L, wobei ωLq eine q-Achsenkornponente des Spannungsabfallvektors ωLI bezeichnet und erzeugt wird, wenn die q- Achsenkomponente des Stromvektors I durch die Motorspule mit deren Induktivität L bei einem Phasenwinkel von 90º vor der Drehmomentenkomponente Iq fließt. ωLId ist eine d- Achsenkomponente der Spannungsabfallkornponente (»LI und wird erzeugt, wenn die d-Achsenkomponente und der Erregungsstrom Id des Stromvektors I durch die Motorspule mit deren Induktivität L bei einem Phasenwinkel von 90º vor dem Erregungsstron Id fließt. Das Bezugszeichen V bezeichnet einen an die Motorspule angelegten Spannungsvektor, der eine Resultierende des Spannungsvektors E0, des Spannungsabfall vektors RI und des Spannungsabfallvektors ωLI ist.
In dem Motorbetrieb gemäß Fig. 14 schreitet der Spannungsvektor dem Stromvektor I um einen Phasenwinkel θ voran. Jedoch wird, da das in dem Motor erzeugte Drehmoment negativ wird und die Drehmomentstromkomponente Iq in die negative Richtung der q-Achse zeigt, der voreilende Phasenwinkel des Spannungsvektors vor dem Stronvektor I bedeutsam. Der Stronvektor I zu diesem Zeitpunkt wird durch eine Stromregelung derart geregelt, daß er gleich dem Sollstromsignal ist, damit der voreilende Phasenwinkel des Spannungsvektors V in bezug auf das Solistromsignal gleich dem Winkel θ wird. Folglich wird bei der vorstehend beschriebenen Festeinstellbetriebsart die Phasendifferenz im Generatorbetrieb größer als der in dem Motorbetrieb, woraus folgt, daß die Verzerrung der Phasenspannung in dem Generatorbetrieb viel größer als in dem Motorbetrieb wird.
Wie vorstehend beschrieben ist die Drei-Phasen- Modulationsbetriebsart während des Generatorbetriebs des Drei-Phasen-Induktionsmotors vorzuziehen und die Zwei- Phasen-Modulation während dessen Motorbetrieb vorzuziehen.
Jedoch verlangsamt sich, da bei der herkömmlichen Vorrichtung der Wechsel zwischen der Drei-Phasen-Modulation und der Zwei-Phasen-Modulation entsprechend dem Sollstromsignal bei Wechsel des Generatorbetriebs auf den Motorbetriebs ausgeführt wird, das Iststronsignal oder der erfaßte Strom in bezug auf die Phasenspannung entsprechend dem Solistromsignal, wobei eine gewisse Zeitdauer nach dem wirklichen Wechsel der erfaßte Strom ein Wert für den Wechsel von dem Generatorbetrieb zu dem Motorbetrieb wird. Folglich wurde, falls der Wechsel von dem Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb anhand der Änderung des Sollstrornsignals zum Wechsel der Drei-Phasen-Modulationsbetriebsart zu der Zwei-Phasen- Modulationsart erfaßt wird, die Zwei-Phasen-Modulation immer noch in dem Generatorbetrieb ausgeführt, was zu einer deutlichen Verzerrung der Phasenspannung führt, wodurch der Motorstrom verzerrt wird und eine Vibration des Motors verursacht wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wurde im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem umgesetzt und hat die Aufgabe, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, die von der Drei- Phasen-Modulation zu der Zwei-Phasen-Modulation wechselt und die Signalverlaufsverzerrung des Motorstrons, die Vibration und Störungen ohne Verringerung von deren Wirkungsgrad verringert.
Die Erfindung ist in Patentanspruch 1 offenbart, wobei vor teilhafte Weiterbildungen in den Patentansprüchen 2 bis 10 offenbart sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, die einen Signalgenerator, der ein Sollstromsteuersignal entsprechend einem Motorsteuersignal erzeugt, einen Sensor zur Erfassung eines Iststromsignals, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Abweichung zwischen einem Sollstromsignal und dem Istrnotorstrom, eine Einrichtung zum Wechseln der Modulationsbetriebsart entsprechend einem Motorzustand oder einem verzögerten Signal des Motorsteuersignals oder dem Sollstromsignal zwischen einer Zwei-Phasen-Modulation (die aufeinan derfolgend jede Unrichterphasenspannung auf einen fest eingestellten Modulationsgrad fest einstellt) und eine Drei- Phasen-Modulation (die den Modulationsgrad nicht fest einstellt), sowie einen Signalverlaufsgenerator zur Erzeugung von Zwei-Phasen-Modulationssignalverläufen und Drei-Phasen- Modulationssignalverläufen jeder der an den Motor angelegten Phasenspannungen aufweist.
Eine weiter Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, bei der zusätzlichen zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau die Einrichtung zum Wechseln der Modulationsbetriebsart den Signalverlaufsgenerator zum Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei- Phasen-Modulation nach einer fest eingestellten Zeitdauer anweist, nachdem ein Sollschlupfverhältnis von einem negativen auf einen positiven Wert gewechselt hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, wobei anstelle der vorstehend beschriebenen Einrichtung die Einrichtung zum Wechseln der Modulationsbetriebsart den Signalverlaufsgenerator zum Wechseln von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen-Modulation nach einer fest eingestellten Zeitdauer oder einer fest eingestellten Zeit anweist, nachdem ein Solldrehmoment von einem negativen Wert auf einen positiven Wert gewechselt hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, wobei anstelle der vorstehend beschriebenen Aufbauten die Einrichtung zum Wechseln der Modulationsbetriebsart den Signalverlaufsgenerator zum Wechseln von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei- Phasen-Modulation nach einer fest eingestellten Zeit anweist, nachdem das Solistromsignal von einem Wert entsprechend dem Generatorbetrieb zu einem Wert entsprechend dem Motorbetrieb gewechselt hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Umrichtersteuervorrichtung, wobei anstelle der vorstehenden beschriebenen Aufbauten die Einrichtung zum Wechseln der Modulationsbetriebsart den Signalverlaufsgenerator zum Wechsel der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen- Modulation nach einer fest eingestellten Zeit anweist, nachdem das Istdrehmoment von einem negativen auf einen positiven Wert gewechselt hat.
Eine weiter Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, wobei anstelle des vorstehend beschriebenen Aufbaus die Einrichtung zum Wechseln der Modulationsbetriebsart den Signalverlaufsgenerator zum Wechsel der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen Modulation nach einer fest eingestellten Zeit anweist, nachdem ein Batterieladestrom auf einen Entladestrom gewechselt hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, wobei zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Signalverlaufsgenerator einen fest eingestellten Versatzwert zu der Abweichung einer fest einzustellenden Phase addiert oder von dieser subtrahiert, wenn die Zwei-Phasen-Modulation ausgewählt ist, und einen fest eingestellten Versatzbetrag von der Abweichung einer nicht fest einzustellenden Phase addiert oder von dieser subtrahiert.
Eine weiter Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Umrichtersteuervorrichtung zu schaffen, wobei zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Signalverlaufsgenerator einen PWM-Trägersignalverlaufsgenerator (PWM-Trägerwellengenerator) und einen Vergleicher aufweist, der den PWM-Trägersignalverlauf und die Abweichung vergleicht.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Aufbauten wird der Zeitpunkt des Wechsels von dem Generatobetrieb zu dem Motorbetrieb erfaßt, wenn ein Motorzustandswert wie ein erfaßter Wert in bezug auf den Motor, insbesondere der Wechsel von dem Generatorbetrieb zu dem Motorbetrieb verwendet wird. Folglich kann die Verzerrung des Motorstroms während des Generatorbetriebs unterdrückt werden, wobei die Vorteile der Zwei-Phasen-Modulation erhalten bleiben, wobei verschiedene durch die erhöhte Verzerrung des Stromsignalverlaufs verursachte Probleme wie die Vibration, die Verringe rung des Wirkungsgrades oder der Störungsanstieg unterdrückt werden können.
Da der Wechsel entsprechend einem verzögerten Motorsteuersignal oder Sollstromsignal ausgeführt wird, wechselt die Modulationsbetriebsart nach einer gewissen Verzögerungszeitdauer nach Anweisung des Wechsels vom Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb, weshalb effektiv der wirkliche Wechsel vom Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb mit derselben Verzögerung nach Ausgabe der Anweisung wie vorstehend ausgeführt wird.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorgängen wird der Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei- Phasen-Modulation nach einer fest eingestellten Zeitdauer nach Wechsel eines Sollschlupfverhältnisses 'so' von einem negativen auf einen positiven Wert ausgeführt. Das heißt, daß der Zeitpunkt, zu dem das Istmotorschlupfverhältnis 's' 0 wird, der Zeitpunkt des wirklichen Wechsels von dem Generatorbetrieb zu dem Motorbetrieb ist. Da nach einer gewissen Zeit nachdem das Sollschlupfverhältnis 'so' 0 wird, das Istschlupfverhältnis 's' 0 wird, kann, falls ein Motorsteuersignal in der gewissen Zeitdauer, nachdem das Sollschlupfverhältnis 0 wird, erzeugt wird, der Wechsel der Modulationsbetriebsart genau dann ausgeführt werden, wenn der Betrieb des Motors von dem Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb gewechselt wird.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Vorgänge wird der Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen- Modulation nach einer fest eingestellten Zeitdauer nach Wechsel eines Solldrehmornents von einem negativen Wert auf einen positiven Wert ausgeführt. In diesem Fall ist dieselbe Wirkung wie vorstehend beschrieben zu erwarten.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Vorgänge wird der Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen- Modulation nach einer fest eingestellten Zeitdauer nach Wechsel des Sollstromsignals von dem Motorbetrieb auf den Generatorbetrieb ausgeführt.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Vorgängen wird der Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen- Modulation ausgeführt, wenn ein erfaßtes Drehmoment von einem negativen Wert (Generatorbetrieb) auf einen positiven Wert wechselt. Daher kann ein genauer Wechsel vom Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb erwartet werden.
Anstelle des vorstehend beschriebenen Vorgangs des ersten Aufbaus wird der Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation zu der Zwei-Phasen-Modulation ausgeführt, wenn ein Batteriestrom von einem Ladestrom zu einem Entladestrom wechselt. Folglich kann die Modulationsbetriebsart genau gewechselt werden, wenn von dem Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb gewechselt wird.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorgängen wird während der Zwei-Phasen-Modulation ein fest eingestellter Versatzwert zu der Abweichung bei der fest einzustellenden Phase addiert oder von dieser subtrahiert. Da derselbe Versatzwert bei den Abweichungen aller Phasen angewendet wird, kann die Abweichung zwischen den Phasen wirksam verringert werden, obwohl der Versatzwert Verzerrungen der Phasenspannungen verursacht.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorgängen wird, da der Signalverlaufsgenerator einen PWM-Trägersignalverlaufsgenerator und einen Vergleicher aufweist, ein einfacher Aufbau für die Zwei-Phasen-Modulation geschaffen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Umrichtersteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 2 ein Beispiel für ein Schaltbild des in Fig. 1 gezeigten Umrichters,
Fig. 3 Stromsignalverläufe, die Festeinstellung von Phasenspannungen entsprechend Sollstromsignalen iu, iv und iw eingestellte Phasenspannungsperioden 1 bis 6 darstellen,
Fig. 4 eine Logikzustandstabelle, die die Amplitude der Sollstrornsignale iu, iv und iw durch Drei-Bit-Binärzahlen SU, SV und SW anzeigen,
Fig. 5 ein Schaltbild einer Phasenerfassungseinrichtung 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die die in Fig. 4 gezeigten Drei-Bit-Binärzahlen SU, SV und SW erzeugt,
Fig. 6 Zeitverläufe, die Stromsignalverläufe bei einer PWM- Modulation von Signalspannungen Su, Sv und Sw durch eine Dreiecksspannung T darstellen, wenn die Versatzspannung OFT von in Fig. 1 gezeigten Vergleichern der Null-Pegel (Vm- Pegel) ist,
Fig. 7 Zeitverläufe, die einen Signalverlauf der Dreiecksspannung T darstellen, an der ein Versatz angelegt ist, wenn die Versatzspannung OFT wie gemäß Fig. 6 der Vergleicher der Null-Pegel (Vm-Pegel) ist,
Fig. 8 ein Schaltbild eines Musters von in Fig. 1 gezeigten Addierern,
Fig. 9 eine Ausgabebetriebsarttabelle, die den Betrieb eines in Fig. 1 gezeigten Multiplexers darstellt,
Fig. 10 ein Schaltbild eines Musters für einen in Fig. 1 gezeigten Modulationsschalters,
Fig. 11 ein Flußdiagramm, das Steuerungsschritte einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinrichtung darstellt,
Fig. 12 ein Flußdiagramm, das Steuerungsschritte eines Wechsels zwischen der Drei-Phasen-Modulation und der Zwei- Phasen-Modulation durch die in Fig. 1 gezeigten Steuereinrichtung darstellt,
Fig. 13 ein Blockschaltbild, das eine Batteriestromerfassungsschaltung zur Verwendung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 14 ein Vektordiagramm, das das Verhältnis des Phasenwinkels zwischen einer Phasenspannung eines Drei-Phasen- Induktionsmotors im Motorbetrieb und einem erfaßten Phasenstrom in d-q-Koordinaten darstellt, und
Fig. 15 ein Vektordiagramm, das das Verhältnis des Phasenwinkels zwischen einer Phasenspannung eines Drei-Phasen- Induktionsmotors im Motorbetrieb und einem erfaßten Phasenstrom in d-q-Koordinaten darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend sind unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Unter Bezug auf Fig. 1 ist eine Umrichtersteuervorrichtung für einen ein Elektroauto antreibenden Drei-Phasen- Induktionsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Ein Umrichter 62 besteht wie in Fig. 2 gezeigt aus sechs Transistoren (IGBT) als Schaltelemente 620 bis 625, drei Invertern 626 bis 628 und einem Glättungskondensator 629, und wird durch entsprechende von einer Umrichtersteuervorrichtung 64 erzeugte Phasensteuerungssignale U, V und W gesteuert. Die Signalverläufe der jeweiligen Phasensteuerungssignale U, V und W werden durch Steuerung des Tastverhältnisses (Impulsbreite/Impulszyklus) eines Impulssignals mit einer vorgeschriebenen Trägerfrequenz geformt.
Ein Beispiel für die Umrichtersteuervorrichtung 64 ist unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine U-Phasenabweichungs Berechnungseinrichtung, die eine Abweichung zwischen einem durch eine Steuereinrichtung 10 berechneten U-Phasen- Sollstromsignal iu und einem durch einen Stromsensor 8 berechneten Iststromsignal (erfaßten Stromsignal) iu' berechnet, wobei das Bezugszeichen 13 in ähnlicher Weise eine W Phasenabweichungs-Berechnungseinrichtung bezeichnet, die eine Abweichung zwischen einem W-Phasen-Sollstromsignal iw und einem durch einen Stromsensor 8 erfaßten Iststromsignal iw' berechnet.
Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine U-Phasen-PI-Verarbeitungseinheit, die die durch die U-Phasenabweichungs- Berechnungseinrichtung 11 berechnete Abweichung verarbeitet und eine U-Phasen-Signalspannung Su erzeugt. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet in ähnlicher Weise eine W-Phasen-PI Verarbeitungseinheit, die die durch die W-Phasenabweichungs-Berechnungseinrichtung 13 berechnete Abweichung verarbeitet und eine W-Phasen-Signalspannung Sw erzeugt. Eine an die V-Phase angelegte V-Phasen-Signalspannung Sv ist durch einen invertierenden Addierer 29 gegeben, der die U Phasen-Signalspannung Su und die W-Phasen-Signalspannung Sw addiert und deren Summe invertiert.
Somit werden die Abweichungen zwischen den U-Phasen- und den W-Phasen-Sollstromsignalen iu und iw und den Istmotorströmen iu' und iw' jeweils berechnet und aufeinanderfolgend PI-verstärkt, um U-Phasen- und W-Phasen-Signalspannungen auszubilden, die zur Ausbildung der V-Phasen- Signalspannungen Sv invertiert und addiert werden. Diese drei Phasensignalspannungen Su, Sv und Sw werden jeweils an Eingangsanschlüsse von Vergleichern 31, 32 und 33 angelegt. Demgegenüber wird seitens eines Addierers 6 eine Spannung an den Plus-Pol-Eingangsanschlüssen der Vergleicher 31, 32 und 33 zur PWM-Modulation der drei Phasensignale wie nachstehend beschrieben angelegt. PWM-Signalspannungen mit vorgeschriebenen Tastverhältnissen werden durch die Verglei cher 31, 32 und 33 erzeugt und an den Drei-Phasen-Umrichter 62 über eine Ansteuerschaltung 34 angelegt. Dann steuert der Umrichter 62 die Eingangsspannungen des Motors 66 durch Pulsbreitenmodulation (PWM).
Die Steuereinrichtung 10 erzeugt die Sollstromsignale iu und iw, bei denen es sich um Sinusspannungen mit entsprechend den Fahrzeuglaufbedingungen, der Beschleunigungspedalposition und der Drehzahl des Motors 66 veränderbaren Frequenzen und Amplituden handelt. Die Sollstromsignale iu und iw weisen Phasenwinkel von 120º zueinander auf.
Eine Dreiecksspannungs-Generatorschaltung 5 erzeugt eine Dreiecksspannung (oder Sägezahnspannung) T mit einer fest eingestellten Frequenz. Der Addierer 6 addiert die Dreiecksspannung (das Dreieckssignal) T und einen (nachstehend beschriebenen) Versatzwert OFV sowie legt die Summe an die Plus-Eingangsanschlüsse der Vergleicher 31 bis 33 an.
Ein Verstärker 9 verstärkt Stromsignale, die den durch den Stromsensor 8 erfaßten Istströmen der U-Phase und W-Phase entsprechen, auf eine zum Vergleich mit den sollstromsignalen iu und iw ausreichenden Amplitude.
Ein Addierer 50 addiert die Sollstrornsignale iu und iw, invertiert deren Summe und erzeugt ein Solistromsignal iv. Diese Sollstrornsignale iu, iv und iw werden in eine Phasenerfassungseinrichtung 2 eingegeben, die die gegenwärtige Phasenperiode erfaßt und Drei-Bit-Phasenidentifikationssignale SU, SV und SW über einen Modulationsschalter 20 an einen Multiplexer 3 anlegt. Der Multiplexer 3 stellt aufeinanderfolgend jede Periode ein, während der eine Spannung jeder Phase fest eingestellt ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird jede Sollstromsignalspannung mit der Null-Pegelspannung verglichen und ihr eine binäre Zahl Null gegeben, wenn diese positiv ist und eine binäre Zahl 1, wenn dies negativ ist. Folglich werden die Zustände der Sollstromsignale iu, uv und iw während eines Zyklus wie in Fig. 3 und 4 gezeigt in sechs Betriebsarten unterteilt, wobei die Zustände durch Drei-Bit-Binärzahlen angezeigt werden. Die die Drei-Bit-Binärzahlen erzeugende Phasenerfassungseinrichtung 2 besteht wie in Fig. 5 gezeigt aus einfachen Vergleichern C1, C2 und C3.
Eine andere Betriebsart, die durch die den durch die Phasenerfassungseinrichtung 2 erfaßten Drei-Bitsignalen SU, SV und SW entsprechenden Binärzahlen 0, 0 und 0 angezeigt ist, wird zu den sechs Betriebsarten hinzugefügt, so daß insgesamt sieben Betriebsarten vorhanden sind. Ein Vorgang zur Auswahl einer der Drei-Phasenspannungen U, V und W aus einer der Betriebsarten 1 bis 6 und zum Festeinstellen jedes Spitzenwertes ist nachstehend beschrieben.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Versatzspannung OFV der mit den Drei-Phasensignalspannungen Su, Sv und Sw zu vergleichenden Dreiecksspannung T zur Festeinstellung der Spannung oder zur Ausführung der Zwei-Phasen-Modulation verändert, was nachstehend beschrieben ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt werden jedes Sollstromsignal und das (in Fig. 6 durch eine gepunktete Linie angezeigte) Dreieckssignal verglichen, wodurch ein PWM-Signalverlauf wie bei der bekannten Drei-Phasen-Modulation erzeugt wird. Fig. 7 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 6. Es wird grob angenommen, daß die Ausgangsspannung Su der U- Phasen-PI-Verarbeitungseinheit 21 eine mit einem Punkt un terbrochene Linie (a) wird. Zur Festeinstellung des Tastverhältnisses des PWM-Signals auf 100% zur Ausführung der Zwei-Phasen-Nodulation muß der positive Spitzenwert des Dreieckssignals (des Ausgangssignals des Addierers 6 gemäß Fig. 1) Va werden. Falls ein Verschiebungswert ΔVa ist, ist dieser durch die nachstehende Gleichung gegeben, wobei Vp der positive Spoitzenwert des Dreieckssignals T und Vpdessen negativer Spitzenwert ist.
ΔVa = Va - Vp = Va + (-Vp)
Das heißt, daß der Verschiebungswert ΔVa durch Addition des negativen Spitzenwertes -Vp des Dreieckssignals T und des Ausgangssignals Su der U-Phasen-PI-Verarbeitungseinheit 21 gegeben ist.
Wenn das Ausgangssignal der U-Phasen-PI-Verarbeitungseinheit 21 durch eine gerade Linie (b) angezeigt ist und deren Spannung durch Vb angezeigt ist, ist der Verschiebungswert in diesem Fall ΔVb durch die nachstehende Gleichung gegeben.
ΔVb Vb - (-Vp) = Vb + Vp
Das heißt, daß der Verschiebungswert ΔVb durch Addition des positiven Spietznwertes Vp des Dreieckssignals T und des Ausgangssignals Su der U-Phasen-PI-Verarbeitungseinheit 21 gegeben ist (Subtraktion eines negativen Wertes).
Andere Werte können in derselben Weise wie vorstehend beschrieben erhalten werden. Die Verschiebungswerte sind durch Addition des Ausgangssignals Sv des Addieres 29 und des Ausgangssignals Sw der W-Phasen-PI-Verarbeitungseinheit 23 sowie des negativen oder positiven Spitzenwertes (Vp oder -Vp) gegeben.
Der Addierer 7 für die vorstehend beschriebenen Additionen kann wie in Fig. 8 gezeigt aus einfachen Elementen wie Widerstände bestehen. Wie vorstehend beschrieben, werden Verschiebungswerte für alle sechs Betriebsarten berechnet, wobei geeignete Werte durch den Multiplexer 3 ausgewählt werden.
Die Verschiebungswerte für die entsprechenden Betriebsarten sind in Fig. 9 gezeigt. Eingabecodes sind die in Fig. 4 gezeigten Drei-Bit-Codes (die durch die Phasenerfassungseinrichtung 2 erzeugt werden). Jeder Code zeigt jeweils eine der Betriebsarten 1 bis 6 an. Der Multiplexer 3 wählt eine geeignete Betriebsart aus. Beispielsweise wählt, wenn die Betriebsart [011] ist, der Multiplexer 3 dessen Eingangsanschluß 2 aus und wird der Verschiebungswert Su - Vp.
Der durch den Multiplexer 3 erzeugte Verschiebungswert (die Versatzspannung) OFV wird an den Addierer 6 angelegt, der diesen zu dem Dreieckssignal T addiert, um ein Dreieckssignal T' mit einem Versatz zu erzeugen (vergl. Fig. 1).
Das Dreieckssignal T', zu der die Versatzspannung OFV addiert wird, wird (wie in Fig. 1 gezeigt) an die Vergleicher 31 bis 33 angelegt und mit den Drei-Phasen-Signalspannungen Su, Sv und Sw verglichen, wodurch das Tastverhältnissignal (oder PWM-Signale) erzeugt werden.
Somit sind das Tastverhältnis des Vergleichers 32 in der Betriebsart 1 auf 0 % oder einen niedrigen Pegel fest eingestellt, das Tastverhältnis des Vergleicher 31 in der Betriebsart 2 auf 100% oder einen hohen Pegel fest eingestellt, das Tastverhältnis des Vergleichers 33 in der Betriebsart in der Betriebsart 3 auf 0% oder den niedrigen Pegel fest eingestellt, das Tastverhältnis des Vergleichers 32 in der Betriebsart 4 auf 100% oder den hohen Pegel fest eingestellt, das Tastverhältnis des Vergleichers 31 in der Betriebsart 5 auf 0% oder den niedrigen Pegel und das Tastverhältnis des Vergleichers 33 in der Betriebsart 6 auf 100% oder den hohen Pe4el fest eingestellt, wodurch eine Zwei-Phasen-Modulation von sechs unterschiedlichen Mustern mit fest eingestellten Spannungen erzeugt wird.
Der Betrieb dieser Vorrichtung bei der Drei-Phasen- Modulation ist nachstehend beschrieben.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der PWM-Signalverlauf für die Zwei-Phasen-Modulation durch Verschiebung des Dreieckssignals vorgesehen. Falls der Verschiebungswert (die Versatzspannung OFV) 0 ist, gibt es keine Differenz von der Motorsteuerung durch den PWM-Signalverlauf bei einer normalen Drei-Phasen-Modulation.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist wie in Fig. 1 und 10 gezeigt der Modulationsschalter 20 drei UND-Schaltungen 44, 45 und 46 auf und ist an einer Ausgangsseite der Phasenerfassungseinrichtung 2 angeordnet. Das Ausgangssignal der Phasenerfassungseinrichtung 2 wird an einen von zwei Eingangsanschlüssen jeder der UND-schaltungen 44, 45 und 46 angelegt, wobei ein Modulationsauswahlsignal Cs an jedem anderen Eingangsanschluß der UND-Schaltungen 44, 45 und 46 angelegt wird. Falls sich das Modulationsauswahlsignal auf dem hohen Pegel befindet, wird der Drei-Bit-Code der Phasenerfassungseinrichtung 2 zu dem Multiplexer 3 gesendet, und falls das Modulationsauswahlsignal sich auf dem niedrigen Pegel befindet, wird das Drei-Bit-Niedrigpegel- Codesignal [000] an den Multiplexer 3 angelegt.
Der (in Fig. 8 gezeigte) Multiplexer 3 wählt eine Gleichstromsignalspannung Vm aus, die an den Eingangsanschluß Nr. 0 angelegt wird, wenn von der Phasenerfassungseinrichtung 2 das Signal mit dem Code [000] daran angelegt wird. Die Signalspannung Vm wird derart eingestellt, daß sie (wie in Fig. 7 gezeigt) auf dem Null-Pegel des Dreieckssignals bzw. der Dreiecksspannung T liegt. Daher sendet der Addierer 6 das Dreieckssignal T zu den Vergleichern 31 bis 33 ohne Pegelverschiebung, wodurch die Drei-Phasen-Modulation ausgeführt wird.
Der Steuervorgang der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist nachstehend unter Bezug auf in Fig. 11 und 12 gezeigte Flußdiagramme beschrieben.
Diese Flußdiagramme zeigen den Motorsteuervorgang der Steuereinrichtung 10.
Sobald ein elektrischer Schalter eingeschaltet wird, wird eine Initialisierung ausgeführt (Bezugszeichen 100, wobei nachstehend nur noch die Bezugszeichen bzw. -zahlen angegeben sind). Ob das Fahrzeug läuft oder nicht, wird durch einen Motordrehzahlsensor 67 erfaßt (102). Falls es läuft, wird ein Schritt 104 ausgeführt, und falls es nicht läuft, wird entsprechend verschiedenen Fahrzeugzuständen bestimmt, ob das Fahrzeug zum Start (Starten des Motors 66) vorbereitet ist oder nicht (103). Falls es nicht zum Start vorbereitet ist, wird ein Schritt 105 zur Einstellung des Solidrehmoments auf 0 und zum Ausschalten aller Schalter (IGBT) des Umrichters 62 ausgeführt, woraufhin der nächste Schritt folgt.
Demgegenüber wird, falls bestimmt ist, daß das Fahrzeug zum Starten vorbereitet ist, der Schritt 104 ausgeführt, bei dem die Laufbedingung und der Fahrbetrieb erfaßt werden. Das heißt, daß der Fahrbetrieb wie der Betätigungsgrad des Beschleunigungspedals und des Bremspedals sowie Laufbedingungen wie die Motordrehzahl und die Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt werden.
Bei dem nächsten Schritt 108 werden das bei dem Schritt 106 bestimmte Solldrehmornent und eine Istwinkelgeschwindigkeit CD in eine Gleichung oder ein bei der Vorrichtung vorgesehenes Diagramm zur Vektorverarbeitung eingesetzt, um die Sollstromsignale (Momentanwerte) iu und iw zu erhalten. Das heißt, daß die Mornentanwerte der Sollstromsignale iu und iw erhalten werden, bei denen es sich um Sinussignalfunktionen zur Erzeugung erforderlicher Solldrehmomente bei einer Motorwinkelgeschwindigkeit ω handelt.
Zusätzlich werden eine Amplitude A des Sollstromsignale iu und iw sowie eine Sollfrequenz fo (oder Sollwinkelgeschwindigkeit ωo = 2πfo) durch Einsetzen der bei dem Schritt 106 bestimmten Drehmomente und der Istwinkelgeschwindigkeit ω in die Gleichung oder das Diagramm bestimmt, wodurch die Sollstromsignale iu und iw, bei denen es sich um Sinusfunktionen handelt, und der gegenwärtige Phasenwinkel, der durch Hinzufügung eines voreilenden Winkels des gegenwärtigen Phasenwinkeis relativ zu den beim letzten Mal zu diesem gegebenen Phasenwinkel gegeben ist, bestimmt werden, wobei der gegenwärtige Phasenwinkel in die Sinusfunktion eingesetzt wird, bei der es sich um die Sollstrornsignale iu und iw handelt, um die Momentanwerte der jeweils bei dem Intervall eines Winkels von 120º erzeugten Sollstromsignale iu und iw (bei denen es sich um Sinusfunktionen handelt) zu erhalten. Darauffolgend werden diese bei dem nächsten Schritt 110 in einen Sollstromsignal-Ausgabeanschluß einer (nicht gezeigten) ECU-Ausgangsschnittstelle geschrieben.
Selbstverständlich ist die Drei-Phasen-Modulation gut bekannt und hat verschiedene Arten, wobei jede davon bei diesem Ausführungsbeispiel verfügbar ist. Beispielsweise werden bei der Vektorverarbeitung bei dem Schritt 108 die Sollstromsignale iu und iw (bei denen es sich um Sinusfunktionen mit einer fest eingestellten Amplitude A und einer Sollwinkelgeschwindigkeit handelt) bestimmt. Die Momentanwerte der Sollstrornsignale iu und iw (bei denen es sich um Sinusfunktionen handelt) werden während jeder unterteilten Periode, die durch Unterteilung der Periode To (bei der es sich um den Reziprokwert der Sollwinkelgeschwindigkeit ωo handelt) durch eine ganze Zahl N (nicht kleiner als 10) erhalten wird, das heißt, jedesmal nachdem ein (durch Unterteilung des Eine-Zyklusperiode-Phasenwinkels 2π erhaltenen) Phasenwinkel verstrichen ist, berechnet und ausgegeben. Bei dieser Berechnung wird der Zeitpunkt, zu dem der Momentanwert des letzten Sollstromsignals 0 wird, als eine Position bestimmt, bei der der Phasenwinkel 0 ist, von der die jeweiligen Phasenwinkel während jeder der vorstehend beschriebenen unterteilten Periode bestimmt werden.
Zusätzlich wird die Sollwinkelgeschwindigkeit ωo wie nachstehend beschrieben bestimmt. Da das Sollschlupfverhältnis so (= (ωo - ω)/ωo = Δω/ωo) des Induktionsmotors eine Funktion des Solldrehmoments ist, wird das Sollschlupfverhältnis auf der Grundlage des Solldrehmoments bestimmt. Die Sollwinkelgeschwindigkeit ωo und die entsprechende Solifre quenz fo werden auf der Grundlage des Sollschlupfverhältnisses so und der Istwinkelgeschwindigkeit ω des Motors bestimmt.
Bei dem nächsten Schritt 110 werden die bei dem Schritt 108 berechneten Sollstromsignale iu und iw ausgegeben. Der (nicht gezeigte) Sollstromsignal-Ausgabeanschluß hält die Momentanwerte der Sollstrornsignale iu und iw, wandelt diese digital-analog und sendet sie zu den Schaltungen 11, 13 und 50.
Ein Unterbrechungsroutine, bei der es sich um ein besonderes Merkmal dieses Ausführungsbeispiels für die Zwei- Phasen-Modulation handelt, ist nachstehend unter Bezug auf Fig. 12 beschrieben.
Die Unterbrechungsroutine wird nach Auslaufen des Betriebs eines in der Steuereinrichtung 10 angeordneten Zeitgebers ausgeführt. Sie wird ebenfalls nach einer vorgeschriebenen Zeitdauer nach Einschalten des Energieversorgungsschalters ausgeführt.
Bei dem nächsten Schritt 202 wird eine nachstehend beschriebene Unterbrechungszeitverlaufs-Einstellunterroutine ausgeführt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Unterbrechung jedesmal ausgeführt, wenn eine durch Unterteilung eines Schlupfzyklus Ts (die ein Reziprokwert der Schlupffrequenz Δf = fs = fo - f ist) durch eine ganze Zahl N (N > 8) gegebene Periode vergangen ist. Dabei ist f die Frequenz der Motordrehung.
Bei dem Schritt 202 wird das bei dem Schritt 108 unmittelbar bevor gegebene Sollschlupfverhältnis so mit der Frequenz fo des Sollstromsignals iu, iv und iw zum Erhalt einer Sollfrequenz fs = fo - f = so × fo und zum Erhalt des Schlupfzyklus Ts (Sollwert) multipliziert, bei dem es sich um den Reziprokwert von deren Absolutwert handelt. Der nächste Unterbrechungszeitverlauf wird zu dem Zeitpunkt bestimmt, nachdem eine Zeitdauer Ts/N von dem Beginn der letzten Unterbrechung vergangen ist, und wird bei dem bei der Steuereinrichtung 10 angeordneten (nicht gezeigten) Zeitgeber eingestellt. Der Zeitgeber wird zum selben Zeitpunkt gestartet.
Bei dem nächsten Schritt 203 wird bestimmt, ob die Zwei- Phasen-Modulation ausgeführt wird oder nicht, wobei, falls diese ausgeführt wird, der Vorgang Schritte 204, 206, 210 und 212 umgeht bzw. zu einem Schritt 216 springt, bei dem bestimmt wird, ob der Wechsel von der Drei-Phasen- Modulation zu der Zwei-Phasen-Modulation ausgeführt wird. Falls dieser nicht ausgeführt wird, geht der Vorgang zu dem Schritt 204 über. Bei dem Schritt 204 wird erfaßt, ob das Sollschlupfverhältnis positiv ist oder nicht. Falls nicht, wird der Motorzustand als der für die Drei-Phasen- Modulation geeigenete Generatorbetrieb (die Energieerzeugung) bestimmt und ein nachstehend beschriebener (nicht gezeigter) Ausgabezähler (bei einem Schritt 208) gelöscht sowie der Schritt 216 gestartet.
Demgegenüber wird, falls das Sollschlupfverhältnis bei dem Schritt 204 positiv ist, der Motorzustand als der für die Zwei-Phasen-Modulation geeignete Motorbetrieb (Motorantrieb) bestimmt, wobei ein (nicht gezeigter) Ausgangszy kluszähler (bei einem Schritt 206) um 1 aufwärts zählt. Danach wird (bei einem Schritt 210) die gespeicherter gezählte Zahl dahingehend überprüft, ob sie kleiner als eine ganze Zahl n ist oder nicht. Falls diese kleiner als n ist, folgt eine Schritt 216, falls nicht, wird bestimmt, daß eine Zeitdauer n × Tx vergangen ist, nachdem das Sollschlupfverhältnis so von negativ auf positiv gewechselt hat, wobei der Wechsel zu der Zwei-Phasen-Modulation durch den Modulationsschalter 20 zur Ausführung der Zwei-Phasen-Modulation angewiesen wird. Der Unterbrechungszyklus Tx ist gleich dem vorstehend beschriebenen Ts/N.
Das heißt, daß selbst falls bei Ausführung des Wechsels von dem Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb das Solldrehmoment 0 wird (falls das Sollschlupfverhältnis 0 wird), das Istdrehmoment des Motors 66 nach einer deutlichen Zeitdauer in Abhängigkeit von der Ansprechzeit des Motors 66 0 wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann wie unter Bezug auf die vorstehend beschriebenen Flußdiagramme erläutert, da die Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen-Modulation nach einer Zeitdauer von n × Tx nach dem Wechsel des Sollschlupfverhältnisses von negativ zu positiv wechselt, die Betriebsart der Modulation verändert werden, wenn das Istdrehmoment (das wirkliche Drehmoment) 0 wird oder wenn der Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb wechselt. Folglich kann eine Verzerrung des Stromsignalverlaufs aufgrund des vorstehend beschriebenen Wechsels verkleinert werden und die dadurch verursachte Fluktuation des Istdrehmoments deutlich verringert werden, wobei ebenfalls der Systemwirkungsgrad durch die Zwei-Phasen-Modulation verbessert wird.
Nach dem Schritt 212 folgt der Schritt 216.
Bei dem Schritt 216 wird bestimmt, ob von der Zwei-Phasen- Modulation auf die Drei-Phasen-Modulation gewechselt werden kann oder nicht. Das heißt, es wird bei dem Schritt 106 oder dem Schritt 204 überprüft, ob das Solldrehmoment (oder das Sollschlupfverhältnis so) von negativ auf positiv (von dem Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb, oder von der voreilenden Phase des Schlufpfverhältnisses auf die nacheilende Phase) wechselt, wobei die Bestimmung bei dem Schritt 216 entsprechend den vorstehend beschriebenen Ergebnissen ausgeführt wird. Wenn erfaßt wird, daß das Solidrehmoment (der das Sollschlupfverhältnis so) von negativ auf positiv gewechselt hat, folgt ein Schritt 218, bei dem der Modulationsschalter 20 zum Wechsel auf die Drei-Phasen-Modulation angewiesen wird, andernfalls erfolgt bei dem nächsten Schritte ein Rücksprung zur Hauptroutine bzw. zum Hauptprogramm.
Der Schritt 218 kann ohne den Schritt 216 ausgeführt wer- den, falls bei dem Schritt 106 oder 204 bestimmt wird, daß das Solldrehmoment (oder das Sollschlupfverhältnis) von positiv auf negativ wechselt.
Die gemäß diesem Ausführungsbeispiel angewandte Zeitverzögerungseinstellung weist die nachstehend beschriebenen Merkmale auf. Das heißt, daß, wenn das Solldrehmornent sich stufenweise ändert, die Anstiegszeit des erfaßten wirklichen Drehmoments (Istdrehmoments) durch das geänderte Solldrehmoment verändert wird. Wenn das Solldrehmoment beachtlich groß ist, ist der Schlupffrequenzzyklus kurz und die Zeitverzögerung klein. Demgegenüber ist, wenn das Solldrehmornent klein ist, der Schlupffrequenzzyklus groß und die Zeitverzögerung beachtlich. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können, da die Zeitverzögerung auf der Grundlage des Schlupffrequenzzyklus eingestellt wird, Veränderungen der Anstiegszeit des Ausgangsdrehmoment automatisch gesteuert werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel weist eine zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedliche Zeitverzögerungseinstellung auf, die nachstehend unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der nächste Unterbre chungszeitverlauf derart berechnet, daß die Unterbrechung jedesmal nach einer Periode ausgeführt wird, die durch Unterteilung eines Zyklus To (bei der es sich um den Reziprokwert der Frequenz fo bei dem Schritt 108 erhaltenen der Solistromsignale iu und iw handelt) durch eine ganze Zahl N (N > 1) erhalten wird.
Wenn gefunden wird, daß bei einem Schritt 210 die Anzahl der Unterbrechungen innerhalb n (beispielsweise ist n größer als 10) liegt, weist der Ausgangszykluszähler einen Wechsel zu der Zwei-Phasen-Modulation (bei dem Schritt 212) an. Folglich wird die Zeitverzögerung n × To/N. Falls die Frequenz der Sollstrornsignale iu und iw hoch ist (hohe Drehzahl), ist die Zeitverzögerung kurz. Falls die Frequenz fo niedrig ist (niedrige Drehzahl), wird die Zeitverzögerung lang. Somit kann dieselbe Wirkung wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden.
Als Abänderung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kann der nächste Unterbrechungszeitverlauf bei dem Schritt 202 berechnet werden, damit die Unterbrechung jedesmal nach einer Periode ausgeführt wird, die durch Unterteilung des Istzyklus T (bei dem es sich um den Reziprokwert der anhand der Drehung des Motors 66 berechneten Istfrequenz f handelt) durch eine ganze Zahl N (N > 10) erhalten wird.
Als eine weiter Abänderung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die Unterbrechungszeitdauer bei dem Schritt 202 auf eine fest eingestellte Zeitdauer eingestellt werden. In diesem Fall wird der Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation zu der Zwei-Phasen-Modulation nach einer fest eingestellten Zeitdauer nach Wechsel des Solldrehmoments von negativ auf positiv ausgeführt.
Nachstehend ist unter Bezug auf Fig. 12 und 13 ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel entfallen die Schritte 206, 208 und 210 sowie ist die Wechselbedingung bei dem in Fig. 12 gezeigten Schritt 204 geändert.
Wie in Fig. 13 gezeigt, ist an einer elektrischen Strom aus einer Batterie 100 zu einem Drei-Phasen-Umrichter 62 zuführenden Leitung L ein Stromsensor 400 angeordnet, damit der von der Batterie zu dem Drei-Phasen-Umrichter 62 fließende Strom i erfaßt wird und über einen Oberwellenstörungen beseitigenden Tiefpaßfilter 403 und einem den Strom i in ein Gleichstromsignal idc umwandelnden Analog-Digital-Wandler 404 einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 10 zugeführt wird.
Dementsprechend wird bei dem Schritt 204 erfaßt, ob das Gleichstromsignal idc größer oder nahe einem Erregungsstrom (ohne Last) oder nicht. Falls dem so ist, folgt der Schritt 212 und wird der Wechsel von der Drei-Phasen-Modulation auf die Zwei-Phasen-Modulation angewiesen.
In der vorstehenden Beschreibung der Erfindung wurde die Erfindung unter Bezug auf besondere Ausführungsbeispiele davon beschrieben. Es ist jedoch verständlich, daß verschiedene Veränderungen und Abänderungen bei den besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung wie in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt zu verlassen. Dementsprechend ist die Beschreibung der Erfindung in diesem Schriftstück als veranschaulichend anstatt als einschränkend zu betrachten.
Zur Verringerung einer Verzerrung eines Iststromsignalverlaufs und zur Unterdrückung wesentlicher transienter Fluktuation des Stroms und des Drehmoments während des Wechsels von dem Generatorbetrieb zu dem Motorbetrieb bei einem Drei-Phasen-Induktiänsmotor 66 wird der Wechsel v6n der Drei-Phasen-Modulationssteuerung zu der Zwei-Phasen- Modulationssteuerung zum selben Zeitpunkt, wenn von dem Notorbetrieb des Motors 66 auf den Generatorbetrieb gewechselt wird, entsprechend einem Motorzustandswert wie einem erfaßten Schlupfverhältnis, einem erfaßten Drehmoment, einem erfaßten Strom oder dergleichen ausgeführt. Somit wird die Verzerrung des Motorstromsignalverlaufs verringert und eine deutliche Fluktuation des Motorstrorns und des Drehmoments während des Wechsels verkleinert.

Claims

1. Umrichtersteuervorrichtung zur Steuerung eines Dreiphasen-Umrichters (62), der einen Dreiphasen-Induktionsmotor (66) entsprechend einem Motorsteuersignal in einer Motorbetriebsbedingung oder einer Generatorbetriebsbedingung betreibt, wobei die Umrichtersteuervorrichtung

einen Stromsignalgenerator (10) zur Erzeugung eines Sollstromsignals entsprechend dem Motorsteuersignal,

eine Stromerfassungseinrichtung (8) zur Erfassung eines Iststroms und zur Erzeugung eins Iststromsignals,

eine Abweichungerfassungseinrichtung (11, 13) zur Erfassung einer Abweichung zwischen einem Sollstrom und dem Iststrom- auf der Grundlage des Sollstromsignals und des Iststromsignals,

eine erste Einrichtung (3, 10, 21, 23) zum Vorsehen einer Dreiphasen-Modulationssteuerung des Motors, bei der ein Modulationsgrad der Phasenspannung des Umrichters an jede Phasenwicklung des Motors angelegt wird, und zum Vorsehen einer Zweiphasen-Modulationssteuerung des Motors, bei der ein festeingestellter Modulationsgrad einer Phasenspannung des Umrichters an eine Einphasen-Wicklung des Motors während einer festeingestellten Periode angelegt wird,

eine zweite Einrichtung (2) zum Veranlassen, daß die erste Einrichtung die Zweiphasen-Modulationssteuerung vorsieht, falls der Motor unter der Motorbetriebsbedingung betrieben wird, und die Dreiphasen-Modulationssteuerung vorsieht, falls der Motor unter der Generatorbetriebsbedingung betrieben wird, und

einen Signalverlaufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) zur Steuerung des Umrichters entsprechend einem Ausgangssignal der zweiten Einrichtung und der erfaßten Abweichung aufweist, wobei dadurch ein Anlegen eines ersten Spannungssignalverlaufs für die Zweiphasen-Modulationssteuerung an die Phasenwicklungen des Motors veranlaßt wird, falls die Zweiphasen-Modulationsteuerung ausgeführt wird, und ein Anlegen eines zweiter Spannungssignalverlaufs für die Dreiphasen-Modulationssteuerung an die Phasenwicklungen des Motors veranlaßt wird, falls die Dreiphasen- Modulationssteuerung ausgeführt wird.

2. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung Einrichtungen (2, 8) zur Erfassung der Motorbetriebsbedingung und der Generatorbetriebsbedingung aufweist.

3. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung (20) eine Einrichtung (20, 3, 6, 7) zum Veranlassen aufweist, daß der Signalverlaufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Bestimmung durch die zweite Einrichtung, daß die Zweiphasen-Modulation durch die erste Einrichtung vorzusehen ist, von dem zweiten Spannungssignalverlauf für die Dreiphasen-Modulationssteuerung zu dem ersten Spannungssignalverlauf für die Zweiphasen-Modulationssteuerung wechselt.

4. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung (20) eine Einrichtung (8) zur Erfassung eines Solldrehmoments und Einrichtungen (20, 3, 6, 7) zum Veranlassen aufweist, daß der Signalverlaufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Wechseln des Solldrehmoments von einem negativen auf einen positiven Wert von dem zweiten Spannungssignalverlauf für die Dreiphasen-Modulationssteuerung zu dem ersten Spannungssignalverlauf für die Zweiphasen-Modulationssteuerung wechselt.

5. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung (20) eine Einrichtung (2, 8, 10) zur Erfassung eines Sollschlupfverhältnisses und Einrichtungen (20, 3, 6, 7) zum Veranlassen aufweist, daß der Signalverlaufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Wechseln des Sollschlupfverhältnisses von einem negativen auf einen positiven Wert von dem zweiten Spannungssignalverlauf für die Dreiphasen-Modulationssteuerung zu dem ersten Spannungssignalverlauf für die Zweiphasen-Modulationssteuerung wechselt.

6. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung (20) eine Einrichtung (8, 10) zur Erfas sung eines Wechsels der Notorbetriebsbedingung entsprechend dem Sollstromsignal und Einrichtungen (20, 3, 6, 7) zum Veranlassen aufweist, daß der Signalverlaufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Wechseln von der Generatorbetriebsbedingung auf die Motorbetriebsbedingung von dem zweiten Spannungssignalverlauf für die Dreiphasen-Modulationssteuerung zu dem ersten Spannungssignalverlauf für die Zweiphasen-Modulationssteuerung wechselt.

7. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung (20) eine Einrichtung (8) zur Erfassung eines Drehmoments des Motors (66) und Einrichtungen (20, 3, 6, 7) zum Veranlassen aufweist, daß der Signalverlaufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Wechseln des Drehmoments von einem negativen auf einen positiven Wert von dem zweiten Spannungssignalverlauf für die Dreiphasen-Modulationssteuerung zu dem ersten Spannungssignalverlauf für die Zweiphasen- Modulationssteuerung wechselt.

8. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung (20) eine Einrichtung zur Erfassung eines Batterieladestroms einer Batterie und Einrichtungen (20, 3, 6, 7) zum Veranlassen aufweist, daß der Signalver laufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Wechseln des Ladestrons von einem Ladestrom zu einem Entladestrom von dem zweiten Spannungssignalverlauf für die Dreiphasen-Modulationssteuerung zu dem ersten Spannungssignalverlauf für die Zweiphasen- Modulationssteuerung wechselt.

9. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalverlaufsgenerator (5, 6, 21, 23, 29, 31, 32, 33) eine Einrichtung zur Addition oder Subtraktion einer vorbestimmten, entsprechend der erfaßten Abweichung variierenden Verschiebungsspannung zu oder von der Phasenspannung aufweist, deren Modulationsgrad festeingestellt ist.

10. Umrichtersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalverlaufsgenerator (5, 6, 231, 23, 29, 31, 32, 33) eine Einrichtung (5) zur Erzeugung eines PWM-Trägersignalverlaufs, eine Einrichtung (31, 32, 33) zum Vergleich des PWM-Trägersignalverlaufs mit der Abweichung, und eine Einrichtung (6) zur Addition oder Subtraktion einer vorgeschriebenen Verschiebungsspannung zu oder von dem Trägersignalverlauf für eine Einphasen-Spannung, die festeingestellt ist, wenn die Zweiphasen-Modulationssteuerung ausgeführt wird, wodurch ein Modulationsgrad der Einphasen- Spannung auf 100% festeingestellt wird, und ebenfalls zur Addition und Subtraktion einer vorgeschriebenen Verschiebungsspannung zu oder von dem PWM-Trägersignalverlauf für Phasenspannungen aufweist, bei denen es sich nicht um die festeingestellte Einphasen-Spannung handelt.