Устройство преобразования энергии
POWER CONVERSION DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к устройству преобразования энергии, которое обеспечивает генерирование отпирающего сигнала путем обращения к таблице, хранящей данные о последовательности импульсов, и приведение в действие преобразователя энергии посредством указанного отпирающего сигнала.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Рассмотрим устройство преобразования энергии, в котором входное трехфазное переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя (преобразователя переменного тока в постоянный), и постоянное напряжение выводится в виде переменного напряжения с требуемой частотой и требуемой амплитудой с помощью инвертора.
[0003] В таком устройстве преобразования энергии для вывода преобразователя энергии часто используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) сравнения треугольной волны, которая выражает целевое напряжение в среднем за один цикл несущей. Однако возможен случай, когда для оптимизации выходного напряжения используется способ модуляции, отличный от ШИМ сравнения треугольных волн, и примером такого способа модуляции является способ с фиксированной последовательностью импульсов. В данном способе с фиксированной последовательностью импульсов заранее выводят и преобразуют в таблицу (или табулируют) оптимальную последовательность импульсов для оценочных показателей и выполняют переключение согласно указанной таблице.
[0004] В способе с фиксированной последовательностью импульсов одна форма последовательности импульсов может выражать только одно отношение модуляции. Вследствие этого, если операция выполняется с использованием набора отношений модуляции, требуется переключение последовательности импульсов во время работы. В момент перехода последовательности импульсов выходное напряжение может принять непредусмотренную форму волны, и в этом случае существует риск возникновения импульса тока. Соответственно, требуется разработка способа его перехода. В нижеприведенном описании данный переход последовательности импульса во время работы также называется просто переходом.
[0005] Способ перехода последовательности импульсов в способе с фиксированной последовательностью импульсов раскрыт в указанных ниже Патентных документах 1 и 2.
[0006] В Патентном документе 1 заранее ищут фазу напряжения, в которой переключение не выполняется в момент перехода для двухуровневого инвертора, и последовательность импульсов переключают в указанной фазе, в которой переключения не происходит.
[0007] В Патентном документе 2, в случае перехода, в котором количество импульсов в одном цикле основной волны переключается для трехуровневого преобразователя энергии, минимальный импульс устанавливают так, чтобы не возникала ошибка напряжения основной волны, и путем постепенного увеличения минимального импульса в каждом одном цикле основной волны, выполняют увеличение количества импульсов без импульса тока. Для перехода, в котором количество импульсов уменьшают, наоборот, путем постепенного уменьшения и, наконец, устранения импульса, импульс тока устраняют.
[0008] Патентные документы 1 и 2 не могут решить проблемы, возникающие, когда способ с фиксированной последовательностью импульсов применяется в преобразователе энергии, имеющем четыре или более уровней.
[0009] Ниже описаны проблемы Патентного документа 1. В многоуровневом преобразователе энергии, имеющем четыре или более уровней, существует вероятность того, что во время перехода последовательности импульсов, при котором количество используемых уровней изменяется, фаза напряжения, использующая один и тот же уровень до и после перехода, может отсутствовать. В данном случае возникает проблема невозможности выполнения перехода последовательности импульсов.
[0010] Кроме того, в случае, когда существует разница в гармонической составляющей третьего порядка в каждой последовательности импульсов, может возникнуть импульс тока, вызванный внезапным переключением гармонической составляющей третьего порядка. Однако в Патентном документе 1 управление представляет собой управление, которое обеспечивает изменение последовательности импульсов независимо от фазы напряжения, если переключение не происходит до и после перехода, и, таким образом, в Патентном документе 1 данный импульс тока не учитывается.
[0009] Ниже описаны проблемы Патентного документа 2. В многоуровневом преобразователе энергии, имеющем четыре или более уровней, обычно не определено, на каком уровне происходит увеличение или уменьшение количества импульсов. Так же, как правило, не определено, в каком диапазоне фаз напряжения существует уровень увеличения или уменьшения импульса. По этим причинам невозможно определить соответствующее положение генерации минимального импульса.
[0012] Кроме того, в фиксированной последовательности импульсов, в основном из-за разницы в гармонической составляющей третьего порядка, фаза переключения может значительно изменяться, даже если количество импульсов одинаково. При таком переходе только одна или две фазы могут быть сдвинуты немедленно (может быть выполнен только переход одной или двух фаз), а другая фаза может принимать форму волны после перехода с задержкой. Однако в Патентном документе 2 не рассмотрен соответствующий способ перехода для случая, отличного от случая, когда меняется количество импульсов.
[0013] Исходя из вышесказанного, целью является создание устройства преобразования энергии, которое способно обеспечить переход последовательности импульсов без импульса тока (удара или скачка тока) и которое также может использоваться с многоуровневым преобразователем энергии, имеющим четыре или более уровней.
ЦИТИРУЕМЫЕ ДОКУМЕНТЫ ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0014] Патентный документ 1: Публикация не рассмотренной заявки на патент Японии №2017-204918
Патентный документ 2: Патент Японии №6270696
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Данное изобретение было разработано в связи с вышеуказанными известными проблемами. Согласно одному аспекту данного изобретения устройство преобразования энергии содержит блок модуляции с фиксированной последовательностью импульсов, который выполнен с возможностью обращения к таблицам, хранящим последовательности импульсов, которые определяют соответствующие командные уровни напряжения, соответствующие фазовым данным для каждого отношения модуляции, и с возможностью генерации отпирающего сигнала на основании командного отношения модуляции и управляющей фазы, причем устройство выполнено с обеспечением приведения в действие преобразователя энергии на основании отпирающего сигнала, при этом блок модуляции с фиксированной последовательностью импульсов выполнен с возможностью поиска надлежащего послепереходного табличного опорного положения при выполнении перехода последовательности импульсов и обеспечения следования командного уровня напряжения командному уровню напряжения послепереходной последовательности импульсов.
[0016] Согласно одному аспекту данного изобретения блок модуляции с фиксированной последовательностью импульсов содержит: блок поиска индекса перехода, выполненный с возможностью вывода табличного индекса перехода на основании командного отношения модуляции; переключатель перехода, выполненный с возможностью ввода табличного индекса перехода и предыдущего значения табличного индекса и вывода, в качестве табличного индекса, табличного индекса перехода в случае наличия перехода и предыдущего значения табличного индекса в случае отсутствия перехода; блок сравнения таблиц, выполненный с возможностью сравнения таблиц на основании табличного индекса и управляющей фазы и вывода отпирающего сигнала; и буфер, выполненный с возможностью задержки табличного индекса на один период управления и вывода задержанного табличного индекса в качестве предыдущего значения табличного индекса.
[0017] Кроме того, согласно одному аспекту данного изобретения блок сравнения таблиц содержит в качестве таблиц фазовые данные, в которых имеет место изменение уровня для каждого отношения модуляции, и данные о командном уровне напряжения после изменения уровня, при этом блок сравнения таблиц выполнен с возможностью считывания табличного значения на основании табличного индекса, сравнения управляющей фазы и фазовых данных таблицы, а также с обеспечением обновления командного уровня напряжения и увеличения опорного положения фазовых данных таблицы на единицу, если управляющая фаза больше фазовых данных из таблицы, и с обеспечением сохранения командного уровня напряжения и опорного положения фазовых данных таблицы в качестве предыдущих значений, если управляющая фаза равна фазовым данным таблицы или меньше них, с возможностью генерации отпирающего сигнала так, чтобы уровень выходного напряжения был таким же, как командный уровень напряжения, и вывода отпирающего сигнала и табличного индекса.
[0018] Кроме того, согласно одному аспекту данного изобретения блок поиска индекса перехода выполнен с возможностью поиска последовательности импульсов отношения модуляции, наиболее близкого к командному отношению модуляции, и установки данного отношения модуляции в качестве индекса отношения модуляции, а также с возможностью, для каждой фазы, установки в качестве фазового индекса фазовых данных, которые на единицу меньше наименьшего из фазовых данных таблицы, превышающих фазу переходного момента, и вывода табличного индекса перехода, в котором просуммированы индекс отношения модуляции и фазовый индекс каждой фазы.
[0019] Согласно другому аспекту данного изобретения переходный момент последовательности импульсов находится в каждой окрестности 0 рад, π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3 рад управляющей фазы.
[0020] Согласно одному аспекту данного изобретения, блок модуляции с фиксированной последовательностью импульсов содержит: блок поиска индекса перехода, выполненный с возможностью вывода табличного индекса перехода на основании командного отношения модуляции; блок оценки перехода, выполненный с возможностью вывода результата оценки перехода на основании управляющей фазы и предыдущего значения управляющей фазы; переключатель перехода, выполненный с возможностью ввода табличного индекса перехода и предыдущего значения табличного индекса и вывода, в качестве табличного индекса, табличного индекса перехода в случае наличия перехода по результату оценки перехода и предыдущего значения табличного индекса в случае отсутствия перехода по результату оценки перехода; блок сравнения таблиц, выполненный с возможностью сравнения таблиц на основании табличного индекса и управляющей фазы и вывода отпирающего сигнала; и буфер, выполненный с возможностью задержки табличного индекса на один период управления и вывода задержанного табличного индекса в качестве предыдущего значения табличного индекса.
[0021] Согласно одному аспекту данного изобретения блок сравнения таблиц содержит в качестве таблиц фазовые данные, в которых имеет место изменение уровня для каждого отношения модуляции, и данные о командном уровне напряжения после изменения уровня, при этом блок сравнения таблиц выполнен с возможностью считывания табличного значения на основании табличного индекса, сравнения управляющей фазы и фазовых данных таблицы, а также с обеспечением обновления командного уровня напряжения и увеличения опорного положения фазовых данных таблицы на единицу, если управляющая фаза больше фазовых данных из таблицы, и с обеспечением сохранения командного уровня напряжения и опорного положения фазовых данных таблицы в качестве предыдущих значений, если управляющая фаза равна фазовым данным таблицы или меньше них, с возможностью генерации отпирающего сигнала так, чтобы уровень выходного напряжения был таким же, как командный уровень напряжения, и вывода отпирающего сигнала и табличного индекса.
[0022] Кроме того, согласно одному аспекту данного изобретения блок поиска индекса перехода выполнен с возможностью поиска последовательности импульсов отношения модуляции, наиболее близкого к командному отношению модуляции, и установки данного отношения модуляции в качестве индекса отношения модуляции, а также с возможностью, для каждой фазы, установки в качестве фазового индекса фазовых данных, которые на единицу меньше наименьшего из фазовых данных таблицы, превышающих фазу переходного момента, и вывода табличного индекса перехода, в котором просуммированы индекс отношения модуляции и фазовый индекс каждой фазы.
[0023] Блок оценки перехода выполнен с возможностью оценки того, является ли абсолютное значение разности между управляющей фазой и предыдущим значением управляющей фазы больше π рад, установки результата оценки перехода в виде наличия перехода, если абсолютное значение разности больше π рад, и выбора переходного варианта для фазы переходного момента определенной фазы из π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3, если абсолютное значение разности составляет π рад или менее, а также с возможностью оценки того, является ли выражение (управляющая фаза - переходный вариант)*(предыдущее значение управляющей фазы - переходный вариант) меньше нуля, и установки результата оценки перехода в виде наличия перехода, если выражение (управляющая фаза - переходный вариант)*(предыдущее значение управляющей фазы - переходный вариант) меньше 0 в любом из переходных вариантов, и установки результата оценки перехода в виде отсутствия перехода, если выражение (управляющая фаза - переходный вариант)*(предыдущее значение управляющей фазы - переходный вариант) составляет 0 или более во всех переходных вариантах.
[0024] Кроме того, согласно одному аспекту данного изобретения преобразователь энергии представляет собой многоуровневый преобразователь энергии, имеющий четыре или более уровней.
[0025] Согласно данному изобретению возможно выполнение устройства преобразования энергии, которое способно осуществить переход последовательности импульсов без импульса тока (удара или скачка тока) и которое также может использоваться с многоуровневым преобразователем энергии, имеющим четыре или более уровней.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0026] Фиг. 1 изображает схематический вид, показывающий устройство преобразования энергии согласно вариантам выполнения 1 и 2.
Фиг. 2 изображает схематический вид, показывающий блок модуляции с фиксированной последовательностью импульсов согласно варианту выполнения 1.
Фиг. 3 изображает блок-схему, иллюстрирующую обработку блока сравнения таблиц согласно варианту выполнения 1.
Фиг. 4 изображает временную диаграмму, показывающую пример последовательности импульсов.
Фиг. 5 изображает пояснительный вид, иллюстрирующий работу блока сравнения таблиц согласно варианту выполнения 1.
Фиг. 6 изображает вид, показывающий пример перехода последовательности импульсов, который вызывает проблему (А).
Фиг. 7 изображает вид, показывающий пример перехода последовательности импульсов, который вызывает проблему (В).
Фиг. 8 изображает блок-схему, показывающую блок поиска индекса перехода согласно варианту выполнения 1.
Фиг. 9 изображает вид, показывающий пример решения проблемы (А) согласно варианту выполнения 1.
Фиг. 10 изображает вид, показывающий пример решения проблемы (В) согласно варианту выполнения 1.
Фиг. 11 изображает схематический вид, показывающий блок модуляции с фиксированной последовательностью импульсов согласно варианту выполнения 2.
Фиг. 12 изображает блок-схему, иллюстрирующую обработку блока оценки перехода согласно варианту выполнения 2.
Фиг. 13 изображает пояснительный вид, иллюстрирующий изменение гармоники третьего порядка в случае, когда переход осуществлен при π/2.
Фиг. 14 изображает пояснительный вид, иллюстрирующий изменение гармоники третьего порядка в случае, когда переход осуществлен при 2π/3.
ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] В нижеследующем описании со ссылкой на фиг. 1-14 подробно рассмотрены варианты выполнения 1 и 2 устройства преобразования энергии согласно данному изобретению.
[0028] [Вариант выполнения 1]
На фиг. 1 показана блок-схема устройства согласно варианту выполнения 1. Старший управляющий блок 1 указывает на управление, имеющее место перед блоком 2 модуляции с фиксированной последовательностью импульсов. Например, входными параметрами для устройства преобразования энергии являются команда управления скоростью, основанная на количестве операций панели управления, и трехфазный ток обнаружения, и путем управления скоростью и управления током генерируются командное отношение модуляции и команда управления управляющей фазой.
[0029] После вывода командного отношения модуляции и управляющей фазы из старшего управляющего блока 1, на основании этой информации блок 2 модуляции с фиксированной последовательностью импульсов выполняет импульсную модуляцию. Блок 2 модуляции генерирует импульсы, обращаясь к таблице(ам) и сравнивая управляющую фазу с табличным(и) значением(ями).
[0030] Информация о последовательности импульсов, полученная заранее, хранится в используемой таблице, и для каждого отношения модуляции определяется командный уровень напряжения, соответствующий фазовым данным. Выходным параметром блока 2 модуляции является отпирающий сигнал, с помощью которого приводится в действие инвертор (преобразователь энергии) 3. Инвертор 3 подключен к нагрузке 4, такой как двигатель, и на нагрузку 4 подается напряжение, соответствующее отпирающему сигналу.
[0031] На фиг. 1 показан пример типичной конфигурации устройства преобразования энергии при помощи способа с фиксированной последовательностью импульсов, однако задача по применению данного варианта выполнения 1 не ограничена такой конфигурацией. Например, это может быть устройство, в котором при управлении преобразователем, осуществляющем регенерацию в источнике питания, переключение выполняется на основании таблицы последовательности импульсов, полученной заранее, или устройство, в котором для управления определяется и используется фаза двигателя, или однофазное устройство. Важным является приведение в действие преобразователя энергии с использованием таблицы последовательности импульсов, составленной заранее.
[0032] На фиг. 2 показан схематический вид блока 2 модуляции с фиксированной последовательностью импульсов согласно варианту выполнения 1. Блок 5 поиска индекса перехода обеспечивает ввод командного отношения d модуляции и вывод табличного индекса idx' перехода.
[0033] Переключатель SW1 перехода обеспечивает ввод табличного индекса idx' перехода и предыдущего значения idx_z табличного индекса, которое является предыдущим выходным параметром блока 6 сравнения таблиц, а также вывод табличного индекса idx' перехода, если по результату оценки перехода имеет место переход (наличие перехода), и предыдущего значения idx_z табличного индекса, если по результату оценки перехода нет (отсутствие перехода), в качестве табличного индекса idx в блок 6 сравнения таблиц.
[0034] Блок 6 сравнения таблиц обеспечивает ввод не только табличного индекса idx, но и управляющей фазы θ, а также осуществляет сравнение таблиц и последующий вывод отпирающего сигнала g. Блок 6 сравнения таблиц выводит предыдущее значение idx_z табличного индекса, задержанное на один период управления при помощи буфера 7, на переключатель SW1 перехода. Данное предыдущее значение idx_z табличного индекса может быть увеличено в результате обработки блоком 6 и не обязательно совпадает с табличным индексом idx.
[0035] В данном случае табличный индекс idx определяется на основании конфигурации используемой таблицы. В варианте выполнения 1 он рассматривается как массив, содержащий информацию об индексе di отношения модуляции для обозначения последовательности импульсов (табличного значения) отношения модуляции, которое близко к командному отношению d модуляции, и для обозначения фазового индекса θi для определения того, к какой пронумерованной фазе идет обращение.
[0036] Важными моментами на фиг. 2 являются поиск табличного индекса idx' перехода на основании командного отношения d модуляции и наличие механизма или конфигурации, которые не всегда используют (принимают) табличный индекс idx' перехода, но обеспечивают переключение табличного индекса idx' и предыдущего значения idx_z табличного индекса, при этом конфигурация не ограничена конфигурацией, показанной на фиг. 2.
[0037] Например, это может быть конфигурация, в которой сравнение таблиц на основании табличного индекса idx' перехода и сравнение таблиц на основании предыдущего значения idx_z табличного индекса выполняют параллельно, и в переключатель SW1 перехода вводятся два типа отпирающего сигнала, после чего выполняется переключение на использование (принятие) любого из этих двух отпирающих сигналов путем оценки перехода.
θ
L
[0038] На фиг. 3 показана блок-схема блока 6 сравнения таблиц согласно варианту выполнения 1. Целью данного варианта выполнения 1 является способ перехода последовательности импульсов, т.е. способ перехода для таблицы, а не способ сравнения таблиц. В связи с этим на фиг. 3 кратко описан способ сравнения таблиц. Здесь di - индекс отношения модуляции, θi - фазовый индекс, Т - таблица, содержащая фазовые данные, a T - таблица, содержащая данные о командном уровне напряжения.
[0039] Фиг. 3 иллюстрирует только пример способа сравнения таблицы. Возможна и другая конфигурация при условии, что она обеспечивает сравнение управляющей фазы с табличным значением с использованием входного индекса, и определение отпирающего сигнала так, что он содержит выходное напряжение согласно последовательности импульсов таблицы. То есть концепция табличной конфигурации, условие ветвления сравнения с табличным значением и способ обновления командного уровня напряжения или отпирающего сигнала не ограничены проиллюстрированными на фиг. 3.
[0040] Управление, предусмотренное в варианте выполнения 1, может использоваться в способах сравнения таблиц и конфигураций таблиц в различных способах с фиксированной последовательностью импульсов. Тем не менее, поскольку существует разница в детальном функционировании, для объяснения работы и эксплуатации предположено использование следующей таблицы. Здесь, что касается выражения «изменение уровня», поскольку уровень напряжения изменяется из-за переключения преобразователя энергии, «изменение уровня» может быть интерпретировано как «переключение», но в варианте выполнения 1 в основном используется обозначение «изменение уровня».
θ
L
θ
L
[0041] В качестве таблицы составлены таблица Т, содержащая фазовые данные, в которых изменяется уровень, и таблица T, содержащая данные о командном уровне напряжения после изменения уровня. Каждая строка двух таблиц Т и T содержит данные об одной последовательности импульсов. Разница в строке указывает на разницу в отношении модуляции последовательности импульсов. Каждый столбец обеих таблиц содержит данные о каждом изменении уровня.
L
θ
[0042] Например, последовательность импульсов, показанная на фиг. 4, представлена таблицами, показанными в Таблице 1. Индекс di отношения модуляции, показанный на фиг. 4, равен 1. Относительно di=1 из таблицы, показанной в Таблице 1, данные о командном уровне напряжения таблицы T в той же позиции, что и фазовые данные каждого изменения уровня таблицы Т, являются значением после изменения уровня в ее изменении уровня.
[0043]
θ
[0044] Также, что касается способа сравнения таблиц, с помощью которого определяют отпирающий сигнал путем сравнения фазовых данных из Т и управляющей фазы θ, для объяснения работы и функционирования предполагается, что указанный способ основан на блок-схеме, показанной на фиг. 3. Ниже описана работа согласно блок-схеме, показанной на фиг. 3.
[0045] На этапе 1-1 вводят табличный индекс idx и управляющую фазу θ. На этапе 1-2 считывают табличное значение (индекс di отношения модуляции = idx[1], фазовый индекс θi=idx[2]).
θ
θ
θ
[0046] На этапе 1-3 управляющую фазу θ сравнивают с фазовым данными таблицы T[di, θi]. Если управляющая фаза θ превышает фазовые данные из таблицы T[di, θi], процедура переходит к этапу 1-4. Если управляющая фаза θ равна фазовым данным из таблицы T[di, θi], процедура переходит к этапу 1-6.
L
L
θ
L
θ
θ
[0047] На этапе 1-4 командный уровень L напряжения обновляют до данных о командном уровне напряжения из таблицы T (L=T[di, θi]). Затем, на этапе 1-5, опорные положения таблиц Т и T сдвигают на единицу (idx[2]=++θi). Таким образом, если управляющая фаза θ больше, чем фазовое значение из таблицы T[di, θi], командный уровень L напряжения обновляют, а если управляющая фаза θ равна фазовым данным из таблицы T[di, θi], то предыдущее значение остается неизменным.
[0048] На этапе 1-6 определяют отпирающий сигнал g так, чтобы уровень выходного напряжения был таким же, как командный уровень L напряжения. На этапе 1-7 отпирающий сигнал g и табличный индекс idx являются выходными параметрами, и обработку в данном управляющем периоде завершают.
[0049] С помощью данной обработки возможен вывод последовательности импульсов на основании табличного значения. Следует отметить, что данную операцию выполняют для каждой фазы, имеющейся в устройстве.
θ
L
[0050] На фиг. 5 проиллюстрирована операция сравнения таблиц. Здесь показаны таблица Т и таблица T с одинаковым индексом di отношения модуляции, причем данные таблицы расположены в два ряда.
θ
[0051] Слева вверху на фиг. 5 показаны начальные значения. Управляющая фаза θ и командный уровень L напряжения начинаются с 0, а фазовый индекс θi начинается с 1. Справа вверху на фиг. 5 показано первое обновление. Значение первого столбца таблицы Т равно 0,2 рад, и когда контрольная фаза θ превышает 0,2 рад, командный уровень L напряжения обновляется, после чего выполняется изменение уровня. Фазовый индекс θi также увеличивается для обеспечения сдвига опорного положения.
[0052] Слева внизу на фиг. 5 показано состояние между указанным первым обновлением и следующим обновлением. Командный уровень L напряжения сохраняется. Справа внизу на фиг. 3 проиллюстрировано повторение вышеописанной операции. При достижении командного уровня L напряжения выводится последовательность импульсов, разработанная с помощью таблицы. Выше рассмотрены конфигурация таблицы и способ сравнения таблиц согласно варианту выполнения 1.
[0053] На основании вышеописанной конфигурации таблицы и способа сравнения таблиц рассмотрен способ перехода по последовательности импульсов. Целью при выполнении перехода по последовательности импульсов является предотвращение импульса тока (удара или скачка тока).
[0054] Существуют две причины, вызывающие импульс тока.
(A) В фазе в момент перехода фазовый индекс θi, к которому обращаются для последовательности импульсов до перехода, и фазовый индекс θi, к которому обращаются для послепереходной последовательности импульсов, различны.
(B) В фазе в момент перехода командный уровень L напряжения последовательности импульсов до перехода и командный уровень L напряжения послепереходной последовательности импульсов различны.
[0055] Проблема (А) является проблемой табличного опорного положения. Таблица последовательности импульсов упорядочена в порядке изменения уровня, и в случае последовательности импульсов с различными командными отношениями d модуляции может возникнуть ситуация, когда, несмотря на то что их управляющие фазы θ одинаковы, происходит обращение к разным позициям таблицы. Если в качестве табличного опорного положения в момент перехода сохраняется и используется табличное опорное положение перед переходом, существует риск того, что изменение уровня в последовательности импульсов после перехода будет пропущено. То есть генерируется непредусмотренная последовательность импульсов, и затем возникает импульс тока.
[0056] На фиг. 6 изображен пример, в котором возникает проблема (А). На фиг. 6 показан пример, в котором переход таблицы выполнен при фазе 0,3 рад. В таблице до перехода, когда фаза превысила 0,2 рад, опорное положение становится четвертым столбцом. Затем, как можно видеть, если опорное положение остается в четвертом столбце при переключении таблицы на 0,3 рад, то изменения уровня на 0,4 рад и 0,5 рад, которые должны быть выполнены после 0,3 рад, пропущены.
[0057] Проблема (В) является проблемой формы последовательности импульсов. Помимо сдвига опорного положения по фазе в момент перехода, как в проблеме (А), существует вероятность того, что выводимый уровень будет отличаться, даже если опорное положение не изменялось до и после перехода, когда изменяется количество уровней, используемых для последовательности импульсов. В данном случае также, когда опорное положение и командный уровень напряжения сохраняются в момент перехода, генерируется непредусмотренная последовательность импульсов, и затем возникает импульс тока.
[0056] На фиг. 7 изображен пример, в котором возникает проблема (В). На фиг. 7 показан пример, в котором переход таблицы выполнен при фазе 0,3 рад. На фиг. 7 опорное положение при переходе таблицы на 0,3 рад является подходящим. Тем не менее, несмотря на то что в качестве командного уровня L напряжения после перехода таблицы должен быть задан уровень +3, задан уровень +1.
[0059] Для решения проблем (А) и (В) необходимы следующие два средства.
(a) Механизм или конфигурация для поиска надлежащего табличного опорного положения перехода после таблицы.
(b) Механизм или конфигурация для следования командному уровню L напряжения последовательности импульсов перехода после таблицы.
[0060] Механизм перехода или конфигурация согласно (а) и (b) представляет собой блок 5 поиска индекса перехода, показанный на фиг. 2, и его работа проиллюстрирована в блок-схеме на фиг. 8.
[0061] Теперь, перед описанием фиг. 8, будет описана работа переключателя SW1 перехода, показанного на фиг. 2. Переключатель SW1 перехода изменяет индекс, используемый или принимаемый согласно оценке перехода. Например, переключатель SW1 перехода обеспечивает переключение так, что если индекс di отношения модуляции табличного индекса idx' перехода и индекс di отношения модуляции предыдущего значения idx_z табличного индекса различны, то принимается табличный индекс idx' перехода, а в других случаях принимается предыдущее значение idx_z табличного индекса.
[0062] Далее, когда фаза определенной фазы равна 0 рад, переключение может быть выполнено в определенный момент. Фаза напряжения в момент переключения в дальнейшем называется фазой переходного момента (фазой в момент перехода).
[0063] Ниже описана работа согласно блок-схеме, показанной на фиг. 8. Основной процесс работы заключается в следующем.
1. Выполняют поиск последовательности импульсов с отношением модуляции, наиболее близким к командному отношению d модуляции (этап 2-2).
n
θ
Х
2. Устанавливают вариант n для фазового индекса θi и обеспечивают сравнение фазовых данных A=T[di, n] таблицы для ее фазового индекса θi с фазой А переходного момента (этапы 2-5, 2-6, 2-8).
n
Х
3. Если фазовая информация A таблицы превышает фазу А переходного момента, фазовый индекс θix «перематывают» или устанавливают на единицу назад (возвращают фазовый индекс θix на единицу) (этап 2-9).
4. После принятия значения устанавливают флаг окончания поиска «found» в положение 1 (found=1) и предотвращают перезапись индекса принятия (этапы 2-7, 2-9).
[0064] Выполняя вышеописанное для всех фаз, существующих в устройстве, можно реализовать вышеуказанные (а) и (b) механизмы или конфигурации.
[0065] Пункт 1 - указание надлежащего индекса di отношения модуляции. Для этого определяют индекс di отношения модуляции для обеспечения возможности назначения последовательности импульсов, наиболее близкой к командному отношению d модуляции согласно диапазону отношения модуляции, в котором подготовлены таблицы, этапы или приращения отношения модуляции между таблицами и так далее.
θ
Х
X
[0066] Пункт 2 - разветвление, определяющее, является ли табличное опорное положение надлежащим положением. Несмотря на то, что вариант n для фазового индекса θi назначают в порядке возрастания из фазовых данных таблицы Т, нет необходимости выбирать все фазовые данные в качестве варианта. Когда фаза А переходного момента может быть предсказана, количество повторяющихся операций может быть сокращено путем поиск только индекса, который является фазой вблизи фазы A переходного момента.
Х
θ
n
Х
n
X
[0067] Табличное значение, к которому следует обращаться в момент перехода, является наименьшим значением из фазовых данных таблицы, которое превышает фазу А переходного момента. Так как вариант n назначают в порядке возрастания из фазовых данных таблицы Т, как указано выше, в качестве фазовых данных A таблицы принимают то значение, которое превышает фазу А переходного момента первым. На этапе 2-8 алгоритм разветвлен в соответствии с тем, превышают ли фазовые данные A таблицы фазу A переходного момента. При таком выполнении пункта 2 может быть реализован механизм или конфигурация (а).
[0068] Пункт 3 - обработка для реализации (b). Проблема (В) выбора неправильного командного уровня L напряжения после перехода, даже если опорное положение отрегулировано, описана выше. Если вариант n для фазового индекса θi просто принят как есть, возникает проблема (В). Таким образом, принимают соответствующие меры.
[0069] При принятии фазового индекса θi выполняют обработку для осуществления «перемотки» или установки назад с обеспечением принятия табличного значения, которое на единицу меньше (θix=n-1) (этап 2-9). Для учета данной обработки внимание направлено на сравнение таблиц сразу после принятия табличного индекса idx после перехода.
n
X
[0070] Поскольку фазовый индекс θi принят так, что фазовые данные A таблицы становятся меньше фазы A переходного момента, изменение уровня выполняется незамедлительно. Поскольку командный уровень L напряжения после этого изменения уровня является уровнем, который будет указан в момент перехода в новой последовательности импульсов, может быть реализован механизм или конфигурация (b). После изменения уровня, путем приращения индекс возвращается к индексу, указанному в пункте 2. Таким образом, механизм или конфигурация (а) сохраняется.
n
X
[0071] Пункт 4 - предотвращение некорректной перезаписи. Поскольку вариант η назначают в порядке возрастания из фазовых данных таблицы, после того, как индекс принят один раз, также и в случае варианта n для фазового индекса θi в следующем и последующих циклах фазовые данные A таблицы становятся больше фазы A переходного момента. На этом этапе, если не принять меры, опорное положение перезаписывается ненадлежащим. Чтобы избежать этого, обработку осуществляют таким образом, что флаг конца поиска «found» устанавливают в положение 1 (этап 2-9) в момент первого принятия значения, и когда флаг конца поиска «found» равен 1, индекс не может быть принят (этап 2-7).
θ
n
X
[0072] Следует отметить, что обработка пунктов 2 и 3 также может быть выполнена путем назначения варианта n для фазового индекса θi в порядке убывания из фазовых данных таблицы Т и принятия первого индекса, по которому фазовые данные A таблицы падают ниже фазы A переходного момента без «перемотки» или установки назад (без возврата первого индекса назад).
[0073] Обработка, выполняемая блоком 5 поиска индекса перехода, описана ниже со ссылкой на фиг. 8. На этапе 2-1 вводят командное отношение d модуляции. На этапе 2-2 выполняют поиск индекса di отношения модуляции, по которому возможен вывод отношения модуляции, наиболее близкого к командному отношению d модуляции. На этапе 2-3 в качестве фазы X выбирают любую из фаз U, V и W. На этапе 2-4 флаг окончания поиска «found» устанавливают в положение 0.
n
n
θ
[0074] На этапе 2-5 устанавливают вариант n для фазового индекса θi. На этапе 2-6 считывают фазовые данные таблицы для варианта n, и устанавливают их в качестве значения A (A=T[di, n]. На этапе 2-7 делают вывод о том, установлен ли флаг окончания поиска «found» в положение 0. Если флаг окончания поиска «found» установлен в положение 0, процедура переходит к этапу 2-8. Если флаг окончания поиска «found» установлен в положение 1, процедура переходит к этапу 2-10.
n
X
n
X
n
X
[0075] На этапе 2-8 делают вывод о том, превышают ли фазовые данные A таблицы для варианта n фазу A переходного момента для фазы X. Если фазовые данные A таблицы для варианта n больше, чем фаза A переходного момента для фазы X, процедура переходит к этапу 2-9. Если фазовая информация A таблицы для варианта n равна фазе A переходного момента для фазы X или меньше нее, процедура переходит к этапу 2-10.
[0076] На этапе 2-9 фазовый индекс «перематывают» или устанавливают на единицу назад (фазовый индекс возвращают на единицу назад), и принимают табличное значение, которое на единицу меньше (θix=n-1). Кроме того, флаг окончания поиска «found» устанавливают в положение 0. На этапе 2-10 делают вывод о том, был ли проведен поиск всех вариантов фазового индекса θi. Если был проведен поиск всех вариантов фазового индекса θi, процедура переходит к этапу 2-11. Если поиск был проведен не для всех вариантов фазового индекса θi, процедура возвращается к этапу 2-5. На этапе 2-11 делают вывод о том, все ли фазы (фаза U, фаза V и фаза W) были рассмотрены. Если были рассмотрены все фазы, процедура переходит к этапу 2-12. Если были рассмотрены не все фазы, процедура возвращается к этапу 2-3. На этапе 2-12 выводят табличный индекс idx' перехода, в котором просуммированы фазовый индекс θix и индекс di отношения модуляции для каждой фазы.
[0077] На фиг. 9 и 10 проиллюстрированы операции при использовании данного варианта выполнения 1 согласно соответственно фиг. 6 и 7. На фиг. 9 показан пример, в котором переход таблицы выполнен на 0,3 рад. На фиг. 9 опорное положение перемещается на 0,1 рад, что происходит за одно положение до фазовых данных 0,4 рад таблицы, которые превышают управляющую фазу переходного периода 0,3 рад. При этом изменения уровня на 0,4 рад и 0,5 рад, которые пропущены на фиг. 6, на фиг. 9 осуществлены.
[0078] На фиг. 10 опорное положение перемещается на 0,2 рад, что происходит за одно положение до фазовых данных 0,7 рад таблицы, которые превышают управляющую фазу переходного периода 0,3 рад. При этом, несмотря на то что командный уровень L напряжения после перехода отличен от уровня напряжения в новой последовательности импульсов на фиг. 7, на фиг. 10 командный уровень L напряжения незамедлительно следует за уровнем напряжения в новой последовательности импульсов после перехода.
[0079] Выше описана работа согласно блок-схеме, показанной на фиг. 8. С помощью блок-схемы, показанной на фиг. 8, может быть решена проблема импульса тока (удара или скачка тока), вызванная проблемами (А) и (В). Таким образом, в варианте выполнения 1 путем выполнения управления согласно фиг. 2 в устройстве, показанном на фиг. 1, переход последовательности импульсов может быть выполнен надлежащим образом.
[0080] Тем не менее, важными моментами в варианте выполнения 1 является обеспечение следующих механизмов или конфигураций (а) и (b), которые описаны повторно, для уменьшения импульса тока в момент перехода, причем указанные механизмы или конфигурации могут быть реализованы, даже если конфигурация таблицы и способ сравнения таблиц отличаются от используемых в варианте выполнения 1.
(a) Механизм или конфигурация для поиска надлежащего послепереходного табличного опорного положения.
(b) Механизм или конфигурация для следования командному уровню напряжения послепереходной последовательности импульсов.
[0081] То есть при условии реализации механизмов или конфигураций (а) и (b) подробная обработка или работа не ограничены показанными на фиг. 3 и 8.
[0082] Как описано выше, согласно варианту выполнения 1, путем назначения надлежащего табличного опорного положения переходного времени и обеспечения следования командному уровню напряжения послепереходной последовательности импульсов согласно фиг. 2 и 8 может быть осуществлено управление, которое обеспечивает достижение перехода последовательности импульсов без импульса тока (удара или толчка тока).
[0083] Кроме того, преимущество варианта выполнения 1 по сравнению с Патентными документами 1 и 2 заключается в том, что он может использоваться с многоуровневым преобразователем энергии, имеющим четыре или более уровней.
[0084] [Вариант выполнения 2]
На фиг. 11 изображен схематический вид блока 2 модуляции с фиксированной последовательностью импульсов согласно варианту выполнения 2. Блок 5 поиска индекса перехода обеспечивает ввод командного отношения d модуляции и вывод табличного индекса idx' перехода.
[0085] Переключатель SW2 перехода обеспечивает ввод табличного индекса idx' перехода и предыдущего значения idx_z табличного индекса, которое является предыдущим выходным параметром блока 6 сравнения таблиц, и выводит, в качестве индекса idx таблицы, один из двух указанных параметров в блок 6 на основании результата Se1 оценки перехода.
[0086] Блок 9 оценки перехода обеспечивает вывод результата Se1 оценки перехода на основании управляющей фазы θ и предыдущего значения θ_z управляющей фазы, задержанного на один период управления с помощью буфера 8. Блок 6 обеспечивает сравнение таблиц на основании управляющей фазы θ и табличного индекса idx и выводит отпирающий сигнал g. Несмотря на то что блок 6 сравнения таблиц выводит на переключатель SW2 перехода предыдущее значение idx_z табличного индекса, которое задержано на один период управления с помощью буфера 7, указанное значение может быть увеличено в результате обработки блоком 6 и не обязательно совпадает с вводимым табличным индексом idx.
[0087] Как и вариант выполнения 1, показанный на фиг. 2, конфигурация, показанная на фиг. 11, не ограничена при условии, что она содержит механизм или конфигурацию, которые не всегда используют (принимают) табличный индекс idx' перехода, а обеспечивают переключение табличного индекса idx' перехода и предыдущего значения idx_z табличного индекса.
[0088] На фиг. 12 изображена блок-схема работы блока 9 оценки перехода согласно варианту выполнения 2. В данном варианте выполнения 2 для оценки перехода рассмотрен способ оценки перехода согласно проектированию последовательности импульсов.
[0089] В варианте выполнения 1 в качестве причин импульса тока возникают причины (А) и (В). В данном варианте выполнения 2 также добавляется следующая причина.
[0090] (С) Последовательность импульсов до перехода и послепереходная последовательность импульсов отличаются гармоническими составляющими напряжения порядка кратного 3.
[0091] Причина (С) является проблемой способа проектирования последовательности импульсов. В трехфазном устройстве гармонические составляющие выходного напряжения порядка кратного 3 не проявляются как гармоника тока. По этой причине последовательность импульсов может быть разработана так, что гармоники напряжения порядка кратного 3 разрешены. На этом этапе, поскольку величина гармонических составляющих напряжения порядка кратного 3 в каждой последовательности импульсов различна, если переход осуществляется без учета этого, возникает тенденция к возникновению импульса тока.
[0092] На фиг. 13 проиллюстрировано изменение гармоники третьего порядка в случае, когда переход осуществляется на π/2. Фаза π/2 является фазой, в которой гармоника третьего порядка имеет пик. Если переход осуществляется в данной фазе, изменение составляющей напряжения велико, и имеется тенденция к возникновению импульса тока.
[0093] С учетом фиг. 13 рассмотрена фаза, в которой гармоника третьего порядка значительно не изменяется в момент перехода. Фаза пересечения нуля гармоники третьего порядка (фаза, в которой гармоника третьего порядка пересекает 0) одинакова вне зависимости от амплитудного значения гармоники третьего порядка. Таким образом, возможно предположение, что если переход осуществляется в фазе пересечения нуля гармоники третьего порядка, внезапное изменение или флуктуация формы волны будет небольшим.
[0094] На фиг. 14 проиллюстрировано изменение гармоники третьего порядка в случае, когда переход осуществляется при 2π/3. При 2π/3 амплитуды гармоники третьего порядка до и после перехода равны 0, и резкого изменения или флуктуации гармоники третьего порядка не происходит.
[0095] Таким образом, если оценка перехода выполнена так, что табличный индекс idx' перехода принят в фазах пересечения нуля гармоники третьего порядка, т.е. в окрестностях 0 рад, π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3 рад, то возможно предотвращение импульса тока, вызванного причиной (С).
[0096] Несмотря на то что (С) подвергнуты все гармоники порядка кратного 3, поскольку фазы пересечения нуля гармоники третьего порядка являются фазами пересечения нуля всех гармоник напряжения порядка кратного 3, проблемы с гармониками порядка кратного 3, который больше 3, не возникает.
[0097] Ниже рассмотрена операция для реализации вышеописанного. Как показано на фиг. 11, контрольная фаза θ и предыдущее значение θ_z контрольной фазы являются входными параметрами блока 9 оценки перехода. В блоке 9 осуществляется обработка на основе блок-схемы, показанной на фиг. 12, и выводится результат Se1 оценки перехода. Результат Se1 является входным параметром переключателя SW2 перехода. Если результат Se1 установлен в положение 0 (Se1=0), то принимается предыдущее значение idx_z табличного индекса. Если результат Se1 установлен в положение 1 (Se1=1), то принимается табличный индекс idx' перехода. То есть, если результат Se1 установлен в положение 1 (Se1=1), выполняется обработка перехода, тогда как если результат Se1 установлен в положение 0 (Se1=0), то переход не происходит.
[0098] Ниже описаны действия согласно фиг. 12. На фиг. 12 операция выполнена так, что результат Se1 установлен в положение 1 (Se1=1) только для периода, превышающего 0 рад, π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3 рад.
[0099] На этапе 3-1 вводят управляющую фазу θ и предыдущее значение θ_z управляющей фазы. В качестве предварительного условия обеспечено изменение управляющей фазы θ в диапазоне 0<θ<2π. На этапе 3-2 делают вывод о том, превышает ли абсолютное значение разности между управляющей фазой θ и предыдущим значением θ_z управляющей фазы π рад. Данная оценка обеспечивает определение изменения управляющей фазы θ от окрестности 0 рад до окрестности 2π рад или в противоположном направлении. Как правило, при интегрировании θ увеличение и уменьшение на π рад или более не происходит за один управляющий период. Таким образом, если разница составляет π рад или более, это считается превышением 0 рад или 2π рад, и выполняется переход. Если на этапе 3-2 получен ответ «да», то процедура переходит к этапу 3-7, и результат Se1 устанавливают в положение 1 (Se1=1).
[0100] Если на этапе 3-2 получен ответ «нет», то процедура переходит к этапу 3-3. На этапе 3-3, предполагая, что управляющая фаза θ является эталоном фазы U, переходный вариант A_U выбирают из π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3 рад, за исключением 0 рад.
[0101] Затем, на этапе 3-4 алгоритм разветвляется в соответствии с тем, изменяется ли отношение величины между переходным вариантом A_U и управляющей фазой θ по сравнению с предыдущим значением θ_z управляющей фазы. На этапе 3-4 оценивают, является ли выражение (θ-A_U)*(θ_z-A_U) меньше 0. Если выражение (θ-A_U)*(θ_z-A_U) меньше 0, то процедура переходит к этапу 3-7. Если выражение (θ-A_U)*(θ_z-A_U) составляет 0 или более, то процедура переходит к этапу 3-5. Таким образом, результат вычисления отрицательный, так как переходный вариант A_U в этот раз находится между управляющей фазой θ и предыдущим значением θ_z управляющей фазы, оценка дает ответ «Да», и процедура переходит к этапу 3-7, и в этом случае результат Se1 устанавливают в положение 1 (Se1=1).
[0102] На этапе 3-5 делают вывод о том, была ли выполнена обработка для всех переходных вариантов. Если на этапе 3-4 получен ответ «Нет» для всех переходных вариантов, переход не выполнен, то процедура переходит к этапу 3-6, и результат Se1 устанавливают в положение 0 (Se1=0). После того как результат Se1 оценки перехода зафиксирован на этапах 3-6 и 3-7, данный результат в качестве выходного параметра вводится в переключатель SW2 перехода, показанный на фиг. 11. Вышеописанное относится к работе согласно блок-схеме, показанной на фиг. 12.
X
[0103] Несмотря на то что блок-схема работы блока 5 поиска индекса перехода, показанная на фиг. 8, не изменена, начиная с фазы оценки перехода фаза A переходного момента неизбежно ограничена любым из значений 0 рад, π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3 рад. Вышеописанное является способом работы данного варианта выполнения 2.
[0104] Несмотря на то что рассмотрена только однофазная работа, в трехфазном устройстве фазы пересечения нуля гармоники третьего порядка также являются фазами пересечения нуля гармоники третьего порядка в других фазах. Даже если учитываются другие фазы, количество фаз, в которых возможно выполнение перехода, не увеличивается и не уменьшается.
[0105] Таким образом, в варианте выполнения 2 путем осуществления управления, проиллюстрированного на фиг. 11, а также путем установки фазы оценки перехода в значение 0 рад, π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3 рад может быть выполнен надлежащий переход последовательности импульса, когда происходит изменение или флуктуация гармоник напряжения порядка кратного 3 в каждой последовательности импульсов.
[0106] Как описано выше, согласно варианту выполнения 2 путем назначения надлежащего табличного опорного положения переходного момента, обеспечения следования командного уровня напряжения послепереходной последовательности импульсов и ограничения переходного момента каждой окрестности 0 рад, π/3 рад, 2π/3 рад, π рад, 4π/3 рад и 5π/3 рад на основании фиг. 8, 11 и 12 может быть осуществлено управление, которое обеспечивает достижение перехода последовательности импульсов без импульса тока (удара или скачка тока) и может соответствовать конфигурации последовательности импульсов, в которой имеет место изменение или флуктуация гармоники напряжения порядка кратного 3 в каждой последовательности импульса.
[0107] Кроме того, преимуществами варианта выполнения 2 по сравнению с Патентными документами 1 и 2 является то, что он может использоваться с многоуровневым преобразователем энергии, имеющим четыре или более уровней, и учитывать изменения или флуктуации гармоник напряжения порядка кратных 3 в каждой последовательности импульсов.
[0108] Несмотря на то что данное изобретение подробно описано только для вышерассмотренных вариантов выполнения, специалистам в данной области очевидно, что возможно выполнение различных изменений и исправлений в рамках объема технической идеи данного изобретения. Разумеется, такие изменения и исправления находятся в рамках в объем формулы изобретения.