СИСТЕМА ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО СЕРДЕЧНИКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ УСТРОЙСТВЕ, СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО СЕРДЕЧНИКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ УСТРОЙСТВЕ, УСТРОЙСТВО НАСТРОЙКИ ОПЕРАЦИИ МОДУЛЯЦИИ ДЛЯ ИНВЕРТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ
SYSTEM FOR EXCITING IRON CORE IN ELECTRICAL DEVICE, METHOD FOR EXCITING IRON CORE IN ELECTRICAL DEVICE, DEVICE FOR ADJUSTING MODULATION OPERATION FOR INVERTER POWER SUPPLY

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к системе для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве, способу возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве, программе и устройству настройки операции модуляции для инверторного источника питания.
Настоящая заявка испрашивает приоритет на основе японской патентной заявки № 2018-177724, поданной 21 сентября 2018, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Предшествующий уровень техники
[0002] Инверторный источник питания используется, например, как устройство источника питания, которое приводит в действие двигатель поезда, гибридного автомобиля, бытового электронного прибора или тому подобного. Кроме того, реактор используется в качестве схемы фильтра инверторного источника питания. Инверторный источник питания сконфигурирован с использованием переключающей схемы, имеющей множество переключающих элементов. Временная волновая форма тока возбуждения, выводимого из инверторного источника питания, например, посредством операции переключения переключающего элемента, представляет собой волновую форму, в которой гармоники наложены на основную волну. Поэтому, имеется проблема, состоящая в том, что температура электрического устройства (железного сердечника) будет возрастать или эффективность электрического устройства будет снижаться.
[0003] Поэтому, патентный документ 1 раскрывает железный сердечник реактора, в котором отношение потерь в железе, когда железный сердечник возбуждается волновой формой, включающей в себя гармоническую составляющую, к потерям в железе, когда железный сердечник возбуждается только синусоидальной волной, меньше, чем 1,15.
Кроме того, патентный документ 2 раскрывает способ, в котором осуществляется наложение тока, который имеет ту же самую амплитуду и противоположную фазу по отношению к гармонической составляющей тока возбуждения, в случае, когда трехфазный двигатель возбуждается PWM-инвертором, на ток возбуждения, чтобы снизить потери в железе до 1,05 потерь в железе в случае, когда трехфазный двигатель возбуждается синусоидальным током.
[Список цитированных документов]
[Патентная документация]
[0004] [Патентный документ 1] Японская выложенная патентная публикация № H09-45534
[Патентный документ 2] Японская патентная публикация № 4995518
[Краткое описание сущности изобретения]
[Техническая проблема]
[0005] Однако, в технологии, описанной в патентном документе 1, допускается, что потери в железе, когда железный сердечник возбуждается волновой формой, включающей в себя гармоническую составляющую, больше, чем потери в железе, когда железный сердечник возбуждается только синусоидальной волной. Кроме того, в способе, описанном в патентном документе 2, потери в железе больше, чем в случае, когда трехфазный двигатель возбуждается синусоидальной волной.
[0006] Изобретение было создано ввиду вышеуказанных проблем, и задачей изобретения является снизить потери в железе железного сердечника, возбуждаемого инверторным источником питания.
[Решение задачи]
[0007] В соответствии с изобретением, предложена система для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве, причем система включает в себя электрическое устройство, имеющее железный сердечник, инверторный источник питания, выполненный с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник, и устройство настройки операции модуляции, выполненное с возможностью настраивать операцию модуляции инверторного источника питания, причем устройство настройки операции модуляции имеет функцию блока настройки, выполненного с возможностью настраивать операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между максимальным значением и минимальным значением напряженности поля в по меньшей мере одной частной петле петли гистерезиса, указывающей отношение между плотностью магнитного потока и напряженностью поля железного сердечника, и отношение между максимальным значением и минимальным значением напряженности поля регулируется так, что потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0008] В соответствии с изобретением, предложена система для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве, причем система включает в себя электрическое устройство, имеющее железный сердечник, инверторный источник питания, выполненный с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник, и устройство настройки операции модуляции, выполненное с возможностью настраивать операцию модуляции инверторного источника питания, причем устройство настройки операции модуляции настраивает операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между площадями замкнутых областей, образованных по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и отношение настраивается так, что потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0009] В соответствии с изобретением, предложена система для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве, причем система включает в себя электрическое устройство, имеющее железный сердечник, инверторный источник питания, выполненный с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник, и устройство настройки операции модуляции, выполненное с возможностью настраивать операцию модуляции инверторного источника питания, причем устройство настройки операции модуляции настраивает операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и отношение регулируется так, что по меньшей мере в части области, в которой плотность магнитного потока возрастает в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, по меньшей мере в одной из множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, больше, чем площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0010] В соответствии с изобретением, предложена система для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве, причем система включает в себя электрическое устройство, имеющее железный сердечник, инверторный источник питания, выполненный с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник, и устройство настройки операции модуляции, выполненное с возможностью настраивать операцию модуляции инверторного источника питания, причем устройство настройки операции модуляции настраивает операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и отношение регулируется так, что по меньшей мере в части области, в которой плотность магнитного потока снижается в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, по меньшей мере в одной из множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, больше, чем площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0011] В соответствии с изобретением, предложен способ возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве для инверторного источника питания, выполненного с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем способ включает в себя этап настройки для настройки операции модуляции инверторного источника питания на основе отношения между максимальным значением и минимальным значением напряженности поля по меньшей мере в одной частной петле петли гистерезиса, указывающей отношение между плотностью магнитного потока и напряженностью поля железного сердечника, причем отношение между максимальным значением и минимальным значением напряженности поля регулируется так, что потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0012] В соответствии с изобретением, предложен способ возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве для инверторного источника питания, выполненного с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем способ включает в себя настройку операции модуляции инверторного источника питания на основе отношения между площадями замкнутых областей, образованных по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, причем отношение регулируется так, что потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0013] В соответствии с изобретением, предложен способ возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве для инверторного источника питания, выполненного с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем способ включает в себя этап настройки для настройки операции модуляции инверторного источника питания на основе отношения между по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, причем отношение регулируется так, что, по меньшей мере в части области, в которой плотность магнитного потока возрастает в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, по меньшей мере в одной из множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, больше, чем площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0014] В соответствии с изобретением, предложен способ возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве для инверторного источника питания, выполненного с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем способ включает в себя этап настройки для настройки операции модуляции инверторного источника питания на основе отношения между по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, причем отношение регулируется так, что по меньшей мере в части области, в которой плотность магнитного потока снижается в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, по меньшей мере в одной из множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, больше, чем площадь замкнутой области, образованной частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0015] В соответствии с изобретением, предложена программа, выполненная с возможностью побуждать компьютер функционировать как каждый блок системы для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве.
[0016] В соответствии с изобретением, предложено устройство настройки операции модуляции для инверторного источника питания, выполненного с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем устройство настройки операции модуляции для инверторного источника питания настраивает операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между максимальным значением и минимальным значением напряженности поля по меньшей мере в одной частной петле петли гистерезиса, указывающей отношение между плотностью магнитного потока и напряженностью поля железного сердечника, и отношение между максимальным значением и минимальным значением напряженности поля регулируется так, что потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0017] В соответствии с изобретением, предложено устройство для настройки операции модуляции для инверторного источника питания, выполненного с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем устройство настройки операции модуляции для инверторного источника питания настраивает операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между площадями замкнутых областей, образованных по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и отношение регулируется так, что потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0018] В соответствии с изобретением, предложено устройство для настройки операции модуляции для инверторного источника питания, выполненное с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем устройство настройки операции модуляции для инверторного источника питания настраивает операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и отношение регулируется так, что по меньшей мере в части области, в которой плотность магнитного потока возрастает в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, по меньшей мере в одной из множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, замкнутая область, образованная частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, имеет большую площадь, чем замкнутая область, образованная частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[0019] В соответствии с изобретением, предложено устройство настройки операции модуляции для инверторного источника питания, выполненное с возможностью выводить сигнал возбуждения, включающий гармоники, на электрическое устройство для того, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, причем устройство настройки операции модуляции для инверторного источника питания настраивает операцию модуляции инверторного источника питания на основе отношения между по меньшей мере одной частной петлей петли гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, и петлей гистерезиса напряженности поля и плотности магнитного потока, генерируемой в железном сердечнике в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и отношение регулируется так, что по меньшей мере в части области, в которой плотность магнитного потока снижается в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, по меньшей мере в одной из множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, замкнутая область, образованная частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, имеет большую площадь, чем замкнутая область, образованная частью, которая расположена на стороне, где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники.
[Полезные ЭФФЕКТЫ изобретения]
[0020] В соответствии с изобретением, обеспечивается возможность снижения потерь в железе железного сердечника, возбуждаемого посредством инверторного источника питания.
[Краткое описание чертежей]
[0021] Фиг. 1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример работы PWM-инвертора.
Фиг. 2 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую первый пример петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, и петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками.
Фиг. 3 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую перекрытие двух петель гистерезиса, проиллюстрированных на фиг. 2.
Фиг. 4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую временную волновую форму плотности магнитного потока, когда получена петля гистерезиса, проиллюстрированная на фиг. 2.
Фиг. 5 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую второй пример петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, и петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками.
Фиг. 6 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую перекрытие двух петель гистерезиса, проиллюстрированных на фиг. 5.
Фиг. 7 представляет собой увеличенный вид, иллюстрирующий части областей A (и I), B и C на фиг. 6.
Фиг. 8 представляет собой увеличенный вид, иллюстрирующий части областей D, E и F на фиг. 6.
Фиг. 9 представляет собой увеличенный вид, иллюстрирующий части областей G и H на фиг. 6.
Фиг. 10 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую временную волновую форму плотности магнитного потока, когда получена петля гистерезиса, проиллюстрированная на фиг. 5.
Фиг. 11 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую изменение в интегральном значении очень малой площади HdB по времени в петле гистерезиса, проиллюстрированной на фиг. 2 и 5-9.
Фиг. 12 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример отношения между относительной магнитной проницаемостью и напряженностью поля пластины магнитомягкого материала (листа электротехнической стали), образующего железный сердечник.
Фиг. 13 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример отношения между несущей частотой, коэффициентом модуляции и коэффициентом потерь в железе.
Фиг. 14 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации системы для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве.
Фиг. 15 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую пример работы системы для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве.
[Описание вариантов осуществления]
[0022] Далее, вариант осуществления будет описан со ссылками на чертежи.
<Общее описание PWM-инвертора>
В этом варианте осуществления, случай, в котором инверторный источник питания, который возбуждает железный сердечник электрического устройства, управляется способом широтно-импульсной модуляции (PWM, pulse width modulation), будет описан в качестве примера. Этот инвертор упоминается здесь как PWM-инвертор. Поэтому, сначала будет приведено общее краткое описание PWM-инвертора.
0
c
0
c
Фиг. 1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример работы PWM-инвертора. Фиг. 1 иллюстрирует временные волновые формы основной волны, несущей волны (несущей) и выходного напряжения. На фиг. 1, верхняя часть иллюстрирует волновые формы основной волны и несущей волны, и нижняя часть иллюстрирует волновую форму выходного напряжения. Кроме того, на фиг. 1, предполагается, что амплитуда основных волн 101a и 101b равна E, и амплитуда несущей волны 102 (и выходного напряжения 103) равна E. Амплитуда E основных волн 101a и 101b соответствует пиковому значению напряжения, приложенного к электрическому устройству, и амплитуда E несущей волны 102 соответствует пиковому значению выходного напряжения инвертора.
c
0
c
[0023] Как проиллюстрировано на фиг. 1, выходное напряжение 103 PWM-инвертора представляет собой импульсный сигнал, значение которого равно E или 0 (нуль) в соответствии с отношением амплитуд между несущей волной 102 и основными волнами 101a и 101b. Здесь, коэффициент модуляции m PWM-инвертора представлен посредством E÷E. Однако способ работы PWM-инвертора не ограничен способом, проиллюстрированным на фиг. 1, и могут быть использованы другие известные способы, включая многоуровневый способ.
[0024] <Результаты исследований>
Далее будут описаны результаты исследований, полученные изобретателями.
Потери в железе W [Вт/кг] железного сердечника вычисляются из площади, окруженной петлей гистерезиса напряженности поля H [A/м] и плотности магнитного потока B [T], генерируемой в железном сердечнике. В частности, потери в железе W железного сердечника вычисляются следующим выражением (1).
[0025] [Выражение 1]
3
3
[0026] Здесь, ρ обозначает плотность [кг/м], f - частота возбуждения [Гц], и V - объем [м] железного сердечника.
Изобретатели выдвинули идею, что потери в железе могли бы быть уменьшены путем уменьшения площади петли гистерезиса. Напряженность поля H может быть снижена без изменения величины плотности В магнитного потока, чтобы уменьшить петлю гистерезиса.
Сначала, изобретатели исследовали петли гистерезиса в случаях, когда тот же самый железный сердечник возбуждался сигналом возбуждения, временная волновая форма которого представляла собой синусоидальную волну без включения гармоник, и сигналом возбуждения, временная волновая форма которого представляла собой волновую форму, в которой гармоники были наложены на синусоидальную волну. Результаты иллюстрируются на фиг. 2 и 3. В последующем описании, синусоидальная волна, временная волновая форма которой не включает гармоники, при необходимости, упоминается как синусоидальная волна, а волновая форма, в которой гармоники наложены на синусоидальную волну, при необходимости, упоминается как гармоники.
[0027] Фиг. 2 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной (фиг. 2(a)), и пример петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками (фиг. 2(b)). Фиг. 3 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую перекрытие петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, проиллюстрированной на фиг. 2(a), и петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, проиллюстрированными на фиг. 2(b). Фиг. 3(a) иллюстрирует всю петлю гистерезиса, и фиг. 3(b) является увеличенным изображением, иллюстрирующим часть фиг. 3(a). Петля гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, имеет частные петли, которые осциллируют в коротком цикле, как проиллюстрировано на фиг. 3(b). Здесь, для одной частной петли в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, диапазон частной петли составляет от точки пересечения с петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, когда частная петля изменяется во времени в направлении, в котором напряженность поля H возрастает, до следующей точки пересечения с петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, когда частная петля изменяется во времени в направлении, в котором напряженность поля H возрастает подобным образом. Поэтому, в масштабах, иллюстрируемых на фиг. 2(b) и 3(a), линии осцилляции (множество частных петель) настолько близки друг к другу, что они не различимы и поэтому кажутся заполненными. Фиг. 2 (и фиг. 3) иллюстрирует результаты в случае, когда коэффициент модуляции m PWM-инвертора равен 0,2 и несущая частота (частота несущей волны) равна 100 [кГц].
[0028] Таким образом, в примере, проиллюстрированном на фиг. 3(b), часть петли гистерезиса HL (hysteresis loop) в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, представлена “Синусоидальной волной”, и часть петли гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, представлена посредством “Гармоники (опорный пример)”.
Множество частных петель включены в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники. Одна частная петля M среди множества частных петель, включенных на фиг. 3(b), имеет точку M1 в качестве начальной точки и точку M5 в качестве конечной точки.
Точка M1 представляет точку пересечения с петлей гистерезиса HL в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, когда частная петля изменяется по времени в направлении (направлении вправо на фиг. 3(b)), в котором напряженность поля H возрастает.
Максимальное значение напряженности поля H в частной петле M соответствует напряженности поля H в точке M2 на частной петле M.
Точка M3 на частной петле M представляет собой точку пересечения с петлей гистерезиса HL в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, когда частная петля изменяется по времени в направлении (направлении влево на фиг. 3(b)), в котором напряженность поля H снижается.
Минимальное значение напряженности поля H в частной петле M соответствует напряженности поля H в точке M4 на частной петле M.
Как описано выше, точка M5 на частной петле M соответствует конечной точке частной петли M. Кроме того, точка M5 соответствует начальной точке частной петли (частной петли, расположенной над частной петлей M на фиг. 3(b)) рядом с частной петлей M.
[0029] Частная петля, как проиллюстрировано на фиг. 3(b), возникает в петле гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками. В области, проиллюстрированной на фиг. 3(b), абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частной петле больше, чем абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в частной петле (|Hmax|>|Hmin|).
“Максимальное значение Hmax напряженности поля H в частной петле” представляет собой максимальное значение напряженности поля H в одной частной петле.
“Минимальное значение Hmin напряженности поля H в частной петле” представляет собой минимальное значение напряженности поля H в одной частной петле.
В примерах, проиллюстрированных на фиг. 2 и 3, потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, равны 10,84 [Вт/кг] and 17,88 [Вт/кг], соответственно.
[0030] Фиг. 4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую временную волновую форму плотности В магнитного потока в случае, когда получена петля гистерезиса, проиллюстрированная на фиг. 2 и 3. Время на горизонтальной оси на фиг. 4 представляет собой время в случае, когда опорное время равно 0 (то есть, значение на горизонтальной оси на фиг. 4 является тем же самым, что и время, прошедшее от времени 0). Это справедливо для фиг. 10 и 11, которые будут описаны ниже.
Форм-фактор временной волновой формы 401 плотности В магнитного потока в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, и форм-фактор временной волновой формы 402 плотности В магнитного потока в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, равны 1,1108 и 1,1155, соответственно. Два форм-фактора по существу являются теми же самыми, что и форм-фактор синусоидальной волны (= π/2√2 ≈ 1,1107). Поэтому, считается, что потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, больше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, ввиду возрастания напряженности поля H.
[0031] Из вышеописанного, изобретатели сделали вывод, что отношение между максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля H в частной петле было отрегулировано для уменьшения площади петли гистерезиса и уменьшения потерь в железе железного сердечника.
Поэтому, в области, проиллюстрированной на фиг. 3(b), коэффициент модуляции m и несущая частота PWM-инвертора были отрегулированы так, что абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H по меньшей мере в некоторых из частных петель было больше, чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частных петлях (|Hmax|<|Hmin|). Результаты иллюстрируются на фиг. 5-9. Фиг. 5-9 иллюстрируют случай, в котором коэффициент модуляции m PWM-инвертора равен 0,4 и частота несущей волны равна 100 [кГц].
[0032] Фиг. 5 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной (фиг. 5(a)), и пример петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками (фиг. 5(b)). Фиг. 6 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую перекрытие петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, проиллюстрированной на фиг. 5(a), и петли гистерезиса железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, проиллюстрированными на фиг. 5(b). Фиг. 6 иллюстрирует всю петлю гистерезиса. Фиг. 7-9 представляют собой увеличенные виды, иллюстрирующие часть фиг. 6. В частности, фиг. 7(a), 7(b), 7(c), 8(a), 8(b), 8(c), 9(a) и 9(b) представляют собой увеличенные виды, иллюстрирующие области A (и I), B, C, D, E, F, G и H, проиллюстрированные на фиг. 6, соответственно.
[0033] Область, проиллюстрированная на фиг. 3(b), соответствует области (области C), проиллюстрированной на фиг. 7(c). В третьей частной петле MA (M1~M2~M3~M4~M5) сверху и во второй частной петле MB (M5~M6~M7~M8~M9) сверху среди трех частных петель, включенных в область C, проиллюстрированную на фиг. 7(c), абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H больше, чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H.
Здесь, частная петля, настроенная, чтобы удовлетворять отношение |Hmin|>|Hmax|, упоминается как “первая частная петля” в пункте 2 формулы изобретения. На фиг. 7(c), третья частная петля MA (M1~M2~M3~M4~M5) сверху и вторая частная петля MB (M5~M6~M7~M8~M9) сверху соответствует “первой частной петле” в пункте 2 формулы изобретения.
В области C, проиллюстрированной на фиг. 7(c) (то есть, области, в которой плотность магнитного потока возрастает в петле гистерезиса HL в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники), в случае, когда начальная точка M1 (точка пересечения с петлей гистерезиса HL) третьей частной петли MA (M1~M2~M3~M4~M5) сверху на фиг. 7(c) среди трех частных петель, включенных в петлю гистерезиса (петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)” на фиг. 7(c)) в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, представляет собой опорную точку, удовлетворяется следующее отношение: абсолютное значение [Hmin] разности между минимальным значением напряженности поля H в частной петле MA (то есть, значение напряженности поля H в точке M4 на частной петле MA) и значением напряженности поля H в опорной точке M1 больше, чем абсолютное значение [Hmax] разности между максимальным значением напряженности поля H в частной петле MA (то есть, значением напряженности поля H в точке M2 на частной петле MA) и значением напряженности поля H в опорной точке M1.
Здесь, частная петля, настроенная, чтобы удовлетворять отношение [Hmin]>[Hmax], упоминается как “третья частная петля” в пункте 5 формулы изобретения. Опорная точка (начальная точка третьей частной петли) упоминается как “первая опорная точка” в пункте 5 формулы изобретения. На фиг. 7(c), частная петля MA (M1~M2~M3~M4~M5) соответствует “третьей частной петле” в пункте 5 формулы изобретения, и точка M1 соответствует “первой опорной точке” в пункте 5 формулы изобретения, которая соответствует частной петле MA.
[0034] В случае, когда начальная точка M5 (точка пересечения с петлей гистерезиса HL) второй частной петли MB (M5~M6~M7~M8~M9) сверху на фиг. 7(c) представляет собой опорную точку, удовлетворяется следующее отношение: абсолютное значение [Hmin] разности между минимальным значением напряженности поля H в частной петле MB (то есть, значением напряженности поля H в точке M8 на частной петле MB) и значением напряженности поля H в опорной точке M5 больше, чем абсолютное значение [Hmax] разности между максимальным значением напряженности поля H в частной петле MB (то есть, значением напряженности поля H в точке M6 на частной петле MB) и значением напряженности поля H в опорной точке M5. Частная петля MB (M5~M6~M7~M8~M9) соответствует “третьей частной петле” в пункте 5 формулы изобретения, и точка M5 соответствует “первой опорной точке” в пункте 5 формулы изобретения, которая соответствует частной петле MB.
Только одна частная петля или множество частных петель, соответствующих “третьей частной петле”, могут присутствовать по меньшей мере в части области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса. Кроме того, только одна “первая опорная точка”, соответствующая одной “третьей частной петле”, определена. В случае, когда имеется множество “третьих частных петель”, присутствуют “первые опорные точки”, соответствующие каждой из “третьих частных петель”. Поэтому, количество опорных точек, соответствующих “первой опорной точке”, соответствует количеству “третьих частных петель”. Только одна опорная точка или множество опорных точек могут присутствовать по меньшей мере в части области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса. Например, на фиг. 7(c), точка M1 определяется как “первая опорная точка”, соответствующая частной петле MA (третьей частной петле), и точка M5 определяется как “первая опорная точка”, соответствующая частной петле MB (третьей частной петле).
Кроме того, в некоторых случаях, отношение |Hmin|>|Hmax| и отношение [Hmin]>[Hmax] удовлетворяются в одной частной петле в то же самое время. В этом случае, “первая частная петля” и “третья частная петля” могут быть той же самой частной петлей. Например, в частной петле MA и частной петле MB, проиллюстрированных на фиг. 7(c), как отношение |Hmin|>|Hmax|, так и отношение [Hmin]>[Hmax] удовлетворяются.
[0035] Кроме того, в примере, проиллюстрированном на фиг. 7(c), также удовлетворяются следующие отношения.
В области C, проиллюстрированной на фиг. 7(c), в третьей частной петле MA сверху на фиг. 7(c) среди трех частных петель, включенных в петлю гистерезиса (петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)” на фиг. 7(c)), в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, площадь S1 замкнутой области M3~M4~M5~M3, образованной частью, которая расположена на стороне (левой стороне на фиг. 7(c)), где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 7(c)), в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальным сигналом возбуждения без включения гармоник, и петлей гистерезиса HL, больше, чем площадь S2 замкнутой области M1~M2~M3~M1, образованной частью, которая расположена на стороне (правой стороне на фиг. 7(c)), где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса, представленной “Синусоидальной волной” на фиг. 7(c)), и петлей гистерезиса HL.
Кроме того, во второй частной петле MB сверху на фиг. 7(c) среди трех частных петель, включенных в область C, проиллюстрированную на фиг. 7(c), площадь S3 замкнутой области M7~M8~M9~M7, образованной частью, которая расположена на стороне (левой стороне на фиг. 7(c)), где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 7(c)), в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальным сигналом возбуждения без включения гармоник, и петлей гистерезиса HL, больше, чем площадь S4 замкнутой области M5~M6~M7~M5, образованной частью, которая расположена на стороне (правой стороне фиг. 7(c)), где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 7(c)), и петлей гистерезиса HL.
[0036] Кроме того, в области D, проиллюстрированной на фиг. 8(a) (то есть, области, в которой плотность магнитного потока возрастает в петле гистерезиса HL в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники), в случае, когда начальная точка M1 (точка пересечения с петлей гистерезиса HL) второй частной петли MA (M1~M2~M3~M4~M5) снизу на фиг. 8(a) среди множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса (петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)” на фиг. 8(a)) в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, является опорной точкой, удовлетворяется следующее отношение: абсолютное значение [Hmin] разности между минимальным значением напряженности поля H в частной петле MA (то есть, значением напряженности поля H в точке M4 на частной петле MA) и значением напряженности поля H в опорной точке M1 больше, чем абсолютное значение [Hmax] разности между максимальным значением напряженности поля H в частной петле MA (то есть, значением напряженности поля H в точке M2 на частной петле MA) и значением напряженности поля H в опорной точке M1. Здесь, частная петля MA (M1~M2~M3~M4~M5) соответствует “третьей частной петле” в пункте 5 формулы изобретения, и точка M1 соответствует “первой опорной точке” в пункте 5 формулы изобретения, соответственно частной петле MA.
В случае, когда начальная точка M5 (точка пересечения с петлей гистерезиса HL) третьей частной петли MB (M5~M6~M7~M8~M9) снизу на фиг. 8(A) является опорной точкой, удовлетворяется следующее отношение: абсолютное значение [Hmin] разности между минимальным значением напряженности поля H в частной петле MB (то есть, значением напряженности поля H в точке M8 на частной петле MB) и значением напряженности поля H в опорной точке M5 больше, чем абсолютное значение [Hmax] разности между максимальным значением напряженности поля H в частной петле MB (то есть, значением напряженности поля H в точке M6 на частной петле MB) и значением напряженности поля H в опорной точке M5. Частная петля MB (M5~M6~M7~M8~M9) соответствует “третьей частной петле” в пункте 5 формулы изобретения, и точка M5 соответствует “первой опорной точке” в пункте 5 формулы изобретения, что соответствует частной петле MB.
[0037] В примерах, проиллюстрированных на фиг. 7(c) и 8(a), множество частных петель, соответствующих “первой частной петле”, присутствуют в области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса. Однако, даже в случае, когда только одна частная петля, соответствующая “первой частной петле”, присутствует в области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, возможно снизить потери в железе железного сердечника.
В примерах, проиллюстрированных на фиг. 7(c) и 8(a), множество частных петель, соответствующих “третьей частной петле”, присутствуют в области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, и множество точек, соответствующих “первой опорной точке”, присутствуют в области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса. Однако, даже в случае, когда только одна частная петля, соответствующая “третьей частной петле”, присутствует в области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, возможно снизить потери в железе железного сердечника. В этом случае, только одна точка, соответствующая “первой опорной точке”, присутствует в области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса.
[0038] Кроме того, в примере, проиллюстрированном на фиг. 8(a), также удовлетворены следующие отношения.
В области D, проиллюстрированной на фиг. 8(a), например, во второй частной петле MA снизу на фиг. 8(a) среди множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса (петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)” на фиг. 8(a)) в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, площадь S1 замкнутой области M3~M4~M5~M3, образованной частью, которая расположена на стороне (левой стороне на фиг. 8(a)), где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 8(a)), в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальным сигналом возбуждения без включения гармоник, и петлей гистерезиса HL, больше, чем площадь S2 замкнутой области M1~M2~M3~M1, образованной частью, которая расположена на стороне (правой стороне на фиг. 8(a)), где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 8(a)), и петлей гистерезиса HL.
Кроме того, в третьей частной петле MB снизу на фиг. 8(a) среди множества частных петель, включенных в область D, проиллюстрированную на фиг. 8(a), площадь S3 замкнутой области M7~M8~M9~M7, образованной частью, которая расположена на стороне (левой стороне на фиг. 8(a)), где напряженность поля является низкой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 8(a)), в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальным сигналом возбуждения без включения гармоник, и петлей гистерезиса HL, больше, чем площадь S4 замкнутой области M5~M6~M7~M5, образованной частью, которая расположена на стороне (правой стороне на фиг. 8(a)), где напряженность поля является высокой, по отношению к петле гистерезиса HL (петле гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 8(a)), и петлей гистерезиса HL.
[0039] В примерах, проиллюстрированных на фиг. 5-9, в которых была выполнена вышеуказанная настройка, потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждался синусоидальной волной, и потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждался гармониками, были равны 10,84 [Вт/кг] and 5,47 [Вт/кг], соответственно. Как можно видеть из описанного выше, потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, могут быть меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, путем регулировки отношения между максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля H в частной петле, путем регулировки отношения между абсолютным значением [Hmin] разности между минимальным значением напряженности поля H в частной петле, включенной в петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)” на фиг. 7(c) и тому подобным, и значением напряженности поля в опорной точке M1 и абсолютным значение [Hmax] разности между максимальным значением напряженности поля H в частной петле и значением напряженности поля в опорной точке M1, или путем регулировки отношения между площадями S1 и S3 частей, которые расположены вне петли гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 7(c) и тому подобным, и площадями S2 и S4 частей, которые расположены внутри петли гистерезиса в частных петлях, включенных в петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)” на фиг. 7(c) и тому подобным.
[0040] Фиг. 10 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую временную волновую форму плотности В магнитного потока в случае, когда получена петля гистерезиса, проиллюстрированная на фиг. 5-9. Времена от A до I, проиллюстрированные на фиг. 10, соответствуют областям от A до I, проиллюстрированным на фиг. 6, соответственно (например, изменения в плотности В магнитного потока и напряженности поля H вблизи времени A, показанного на фиг. 10, являются теми же самыми, что и в области A, показанной на фиг. 6 (как на фиг. 7(a))).
Форм-фактор временной волновой формы 1001 плотности В магнитного потока в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, и форм-фактор временной волновой формы 1002 плотности В магнитного потока в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, равны 1,1108 и 1,1154, соответственно, которые по существу равны друг другу. Поэтому, как можно видеть из вышеизложенного, возможно снизить напряженность поля H, без существенного изменения эффективного значения (то есть, магнитной энергии) плотности магнитного потока в железном сердечнике, путем регулировки отношения между максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля H в частной петле. В результате, потери в железе железного сердечника могут быть меньше, чем потери в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной.
[0041] Фиг. 11 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую изменение в интегральном значении очень малой площади HdB в петле гистерезиса, проиллюстрированной на фиг. 2 и фиг. 5-9 по времени. Очень малая площадь HdB является произведением значения напряженности поля H и величины изменения dB в плотности В магнитного потока на единицу времени. Однако, на фиг. 11, интегральное значение HdB является относительным значением в случае, когда значение во время I (=0,005 [с]) равно 1, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной.
В частности, в областях, в которых плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса (областях A, B, C, D и E на фиг. 6) (см. линию со стрелкой 501 на фиг. 5), очень малая площадь HdB представляет собой площадь области в форме полосы, окруженной петлей гистерезиса области и вертикальной осью (осью плотности В магнитного потока) в случае, когда петля гистерезиса проходит параллельно горизонтальной оси (оси напряженности поля H). В этот момент, величина изменения dB в плотности В магнитного потока на единицу времени является положительным значением. Кроме того, в областях, в которых плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса (областях E, F, G, H и I на фиг. 6) (см. линию со стрелкой 502 на фиг. 5), очень малая площадь HdB представляет собой площадь области в форме полосы, окруженной петлей гистерезиса области и вертикальной осью (осью плотности В магнитного потока) в случае, когда петля гистерезиса проходит параллельно горизонтальной оси (оси напряженности поля H). В этот момент, величина изменения dB в плотности В магнитного потока на единицу времени является отрицательным значением.
[0042] Аналогично фиг. 10, времена от A до I, проиллюстрированные на фиг. 11, соответствуют областям от A до I, показанным на фиг. 6, соответственно. Когда HdB интегрируется от времени A до времени I, получают интегральное значение очень малой области HdB, соответствующей одному циклу петли гистерезиса. Поэтому, возможно вычислить значение потерь в железе из интегрального значения очень малой области HdB во время I на основе выражения (1), с использованием плотности, частоты и объема железного сердечника.
[0043] На фиг. 11, график 1101 (синусоидальная волна) указывает интегральное значение очень малой области HdB в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной. График 1102 (гармоники (опорное значение)) указывает интегральное значение очень малой области HdB в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, что вызывает изменение плотности В магнитного потока и напряженности поля H как в петле гистерезиса, проиллюстрированной на фиг. 2 и 3. График 1103 (гармоники (пример)) указывает интегральное значение очень малой области HdB в случае, когда железный сердечник возбуждается гармониками, что вызывает изменение плотности В магнитного потока и напряженности поля H, как в петле гистерезиса, проиллюстрированной на фиг. 5-9.
[0044] Как показано на графиках 1101 и 1102, в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, и в случае, когда абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в некоторых частных петлях в области C меньше, чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частных петлях (|Hmax|>|Hmin|) (случай, проиллюстрированный на фиг. 3(b)), интегральное значение очень малой области HdB возрастает в областях иных, чем область, в которой изменение в плотности В магнитного потока мало относительно изменения в напряженности поля H. Напротив, как можно видеть из графика 1103, когда абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в некоторых частных петлях в области C больше, чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частных петлях (|Hmax|<|Hmin|) (то есть, как показано на фиг. 7(c)), интегральное значение очень малой области HdB снижается в течение периода времени с центром вблизи времени C.
[0045] Из вышеизложенного можно понять следующее.
По меньшей мере в части (части или всей) области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, когда PWM-инвертор работает так, что абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в частной петле больше, чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частной петле (|Hmax|<|Hmin|) (то есть, как в примере, проиллюстрированном на фиг. 7(c)), потери в железе железного сердечника могут быть меньше, чем в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной (в последующем описании, вышеуказанная операция PWM-инвертора, при необходимости, упоминается как первая операция). Первая операция может выполняться для одной или более частных петель в по меньшей мере части области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, и может снизить потери в железе железного сердечника.
[0046] В области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, и области, в которой плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса, увеличение и уменьшение в плотности В магнитного потока и напряженности поля H реверсируются. Например, в областях F, G и H, проиллюстрированных на фиг. 6 (областях, в которых плотность магнитного потока снижается в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники), начальная точка частной петли в петле гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, представляет собой точку пересечения с петлей гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, исключающим гармоники, когда частная петля изменяется во времени в направлении (например, направлении влево на фиг. 9), в котором напряженность поля H снижается. Поэтому конфигурация, описанная со ссылкой на фиг. 5-11, также применяется к области, в которой плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса. То есть, по меньшей мере в части (части или всей) области, в которой плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса, когда PWM-инвертор работает так, что абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частной петле (соответствующей “второй частной петля” в пункте 3 формулы изобретения) больше, чем абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в частной петле (|Hmin|<|Hmax|), потери в железе железного сердечника могут быть меньше, чем в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной (в последующем описании, вышеуказанная операция PWM-инвертора, при необходимости, упоминается, как вторая операция). Только одна частная петля или множество частных петель, соответствующих “второй частной петле”, могут присутствовать в области, в которой плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса.
То есть, в примерах, проиллюстрированных на фиг. 6 (области F, G и H) и фиг. 8(c)-9(b), вышеуказанная вторая операция PWM-инвертора не достигается. Однако, потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, могут быть меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения (синусоидальным сигналом возбуждения), исключающим гармоники, путем реализации второй операции PWM-инвертора.
[0047] В примерах, проиллюстрированных на фиг. 6 (области F, G и H) и фиг. 8(c)-9(b), следующее отношение не удовлетворяется: абсолютное значение [Hmax] разности между максимальным значением напряженности поля H и значением напряженности поля H в опорной точке (начальной точке частной петли) в каждой из множества частных петель, включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, больше, чем абсолютное значение [Hmin] разности минимального значения напряженности поля H и значения напряженности поля H в опорной точке (начальной точке частной петли) в частной петле M.
Потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, могут также быть меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения (синусоидальным сигналом возбуждения), исключающим гармоники, путем удовлетворения следующего отношения: абсолютное значение [Hmax] разности между максимальным значением напряженности поля H и значением напряженности поля H в опорной точке (начальной точке частной петли) (соответствующей “второй опорной точке” в пункте 6 формулы изобретения) в каждой из множества частных петель (соответствующих “четвертой частной петле” в пункте 6 формулы изобретения), включенных в петлю гистерезиса в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, больше, чем абсолютное значение [Hmin] разности между минимальным значением напряженности поля H и значением напряженности поля H в опорной точке (начальной точке частной петли) в частной петле M ([Hmin|]<[Hmax]).
Только одна частная петля или множество частных петель, соответствующих “четвертой частной петле”, могут присутствовать по меньшей мере в части области, в которой плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса. Кроме того, определяется только одна “вторая опорная точка”, соответствующая одной “четвертой частной петле”. В случае, когда присутствует множество “четвертых частных петель”, соответственно присутствуют “вторые опорные точки”, соответствующие “четвертым частным петлям”. Поэтому, только одна опорная точка или множество опорных точек, соответствующих “второй опорной точке”, могут присутствовать по меньшей мере части в области, в которой плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса, в соответствии с количеством “четвертых частных петель”. Кроме того, отношение |Hmin|<|Hmax| и отношение [Hmin]<[Hmax] могут удовлетворяться в одной частной петле в то же самое время. В этом случае, “вторая частная петля” и “четвертая частная петля” могут быть той же самой частной петлей.
[0048] Кроме того, в примерах, проиллюстрированных на фиг. 6 (области F, G и H) и фиг. 8(c)-9(b) (примеры, в которых плотность магнитного потока петли гистерезиса снижается), в частных петлях, включенных в петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)”, площадь части (замкнутой области), которая расположена внутри (с правой стороны на фиг. 8(c)-9(b)) петли гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 8(c)-9(b), не больше, чем площадь части (замкнутой области), которая расположена вне (с левой стороны на фиг. 8(c)-9(b)) петли гистерезиса.
В примерах, в которых плотность магнитного потока снижается в петле гистерезиса, потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения, включающим гармоники, посредством инверторного источника питания, также могут быть меньше, чем потери в железе железного сердечника, в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения (синусоидальным сигналом возбуждения), исключающим гармоники, посредством конфигурации, в которой площадь части (замкнутой области), которая расположена внутри (с правой стороны на фиг. 8(c)-9(b)) петли гистерезиса, представленной посредством “Синусоидальная волна” на фиг. 8(c)-9(b), больше, чем площадь части (замкнутой области), которая расположена вне (с левой стороны на фиг. 8(c)-9(b)) петли гистерезиса в частных петлях, включенных в петлю гистерезиса, представленную посредством “Гармоники (пример)”.
[0049] Здесь, в петле гистерезиса, в областях, в которых изменение в плотности В магнитного потока мало по отношению к изменению в напряженности поля H (например, области A, B, D, E, F, H и I, проиллюстрированные на фиг. 6), для PWM-инвертора затруднительно выполнить первую операцию и вторую операцию (трудно удовлетворить |Hmax|<|Hmin| или |Hmin|<|Hmax|). Поэтому, предпочтительно выполнить вышеуказанное управление PWM-инвертором в областях, в которых абсолютное значение напряженности поля H мало и изменение в плотности В магнитного потока велико по отношению к изменению в напряженности поля H (например, области C и G, проиллюстрированные на фиг. 6), то есть, в области, в которой магнитная проницаемость высока.
В частности, предпочтительно выполнить первую операцию или вторую операцию PWM-инвертора в областях (в примере, проиллюстрированном на фиг. 6, области C (области, проиллюстрированной на фиг. 7(c)) и области G (области, проиллюстрированной на фиг. 9(a))), в которых абсолютное значение напряженности поля H железного сердечника равно или меньше, чем 100 [A/м], в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения (то есть, синусоидальным сигналом возбуждения), исключающим гармоники, среди множества областей (например, областей A-I, проиллюстрированных на фиг. 6), включенных в петлю гистерезиса.
Предпочтительно реализовать либо первую операцию, либо вторую операцию во всех из областей (в примере, проиллюстрированном на фиг. 6, области C (области, проиллюстрированной на фиг. 7(c)), и области G (области, проиллюстрированной на фиг. 9(a))), в которых абсолютное значение напряженности поля H равно или меньше, чем 100 [A/м]. Однако, либо первая операция, либо вторая операция может быть реализована только в некоторых из областей. Например, когда имеется область, в которой абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в одной или нескольких частных петлях больше, чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частной петле среди некоторых из областей, в которых плотность магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в частной петле не может быть больше, чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частной петле в некоторых из других областей.
r
r
[0050] Фиг. 12 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример отношения между относительной магнитной проницаемостью μ и напряженностью поля H пластины из магнитомягкого материала (листа электротехнической стали), образующей железный сердечник. Здесь, относительная магнитная проницаемость μ по вертикальной оси является относительным значением в случае, когда максимальное значение равно 1. Кроме того, фиг. 12 иллюстрирует график для пластины из магнитомягкого материала (листа электротехнической стали), образующей железный сердечник, использованный для получения результатов, проиллюстрированных на фиг. 2-11.
r
[0051] Здесь, использование железного сердечника, имеющего высокую относительную магнитную проницаемость μ в области, в которой напряженность поля H равна или меньше, чем 100 [A/м], облегчает вышеупомянутую первую и вторую операции. Это будет описано ниже.
r
Высокая относительная магнитная проницаемость соответствует малой глубине скин-слоя. Малая глубина скин-слоя означает высокую плотность вихревых токов. Поскольку вихревые токи генерируются в направлении, которое препятствует изменению в магнитном потоке, напряженность поля H, вероятно, будет изменяться так, чтобы препятствовать протеканию тока возбуждения (напряженность поля H, вероятно, будет снижаться в области, в которой плотность В магнитного потока возрастает в петле гистерезиса, и, вероятно, будет возрастать в области, в которой плотность В магнитного потока снижается в петле гистерезиса). Поэтому, железный сердечник, имеющий высокую относительную магнитную проницаемость μ, облегчает первую операцию и вторую операцию.
[0052] Как описано выше, первая операция и вторая операция реализуются, например, делая коэффициент модуляции m и несущую частоту PWM-инвертора переменными.
Фиг. 13 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример отношения между несущей частотой, коэффициентом модуляции m и коэффициентом потерь в железе. Коэффициент потерь в железе является значением, получаемым при делении потерь в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается волновой формой (PWM-инвертора) синусоидальной волны, на которую наложены гармоники, на потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной без включения гармоник. В примере, проиллюстрированном на фиг. 13, в случае, когда коэффициент модуляции m находится в диапазоне, который равен или больше 0,4 и равен или меньше 1,0 и несущая частота находится в диапазоне, который равен или больше 50 [кГц] (равен или меньше 100 [кГц]), реализуется первая операция, и потери в железе железного сердечника могут быть меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной без включения гармоник. Кроме того, в случае, когда коэффициент модуляции m равен 2,0 и несущая частота находится в диапазоне, который равен или больше 5 [кГц] и равен или меньше 15 [кГц], реализуется первая операция, и потери в железе железного сердечника могут быть меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной без включения гармоник. Кроме того, в случае, когда коэффициент модуляции m равен 2,0 и несущая частота находится в диапазоне, который равен или больше 20 [кГц] (равен или меньше 100 [кГц]), потери в железе железного сердечника равны потерям в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной без включения гармоник. Напротив, в случае, когда коэффициент модуляции m и несущая частота имеют другие значения, первая операция не реализуется, и трудно установить потери в железе железного сердечника меньшими, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной без включения гармоник.
[0053] Поэтому, первую операцию и вторую операцию можно реализовать, например, следующим образом.
Сначала, подготавливаются электрическое устройство и PWM-инвертор, которые являются такими же или эквивалентными тем, которые действительно используются. Затем, выполняется измерение петли гистерезиса и потерь в железе железного сердечника, когда сигнал возбуждения выводится из PWM-инвертора на электрическое устройство, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства, при изменении коэффициента модуляции m и несущей частоты. Далее, измеряются потери в железе железного сердечника, когда, сигнал, получаемый путем удаления гармоник из сигнала возбуждения, выводимого из PWM-инвертора, выводится на электрическое устройство, чтобы возбуждать железный сердечник электрического устройства. Вместо измерения, может выполняться анализ электромагнитного поля (численный анализ).
[0054] Затем, осуществляется поиск коэффициента модуляции m и несущей частоты, при которых выполняется первая операция. В этом случае, например, петля гистерезиса (включающая в себя частные петли) измеряется или анализируется, чтобы получить коэффициент модуляции m и несущую частоту и подтвердить, что первая операция реализуется из петли гистерезиса. Аналогично, для второй операции, осуществляется поиск коэффициента модуляции m и несущей частоты, при которых выполняется вторая операция.
Затем, коэффициент модуляции m и несущая частота, при которых потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения из PWM-инвертора, меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом, полученным путем удаления гармоник из сигнала возбуждения, выбираются из найденных коэффициентов модуляции m и выбранных несущих частот.
Затем, информация, в которой область петли гистерезиса для выполнения первой операции ассоциирована с коэффициентом модуляции m и несущей частотой, выбранных для первой операции, сохраняется как информация модуляции. Аналогично, информация, в которой область петли гистерезиса для выполнения второй операции ассоциирована с коэффициентом модуляции m и несущей частотой, выбранных для второй операции, сохраняется как информация модуляции. Область петли гистерезиса для выполнения первой операция (второй операции) в информации модуляции представляет собой область (область, определенную плотностью В магнитного потока и напряженностью поля H), которая предполагается как область, в которой плотность В магнитного потока возрастает (снижается) в петле гистерезиса.
[0055] В это время, в случае, когда электрическое устройство представляет собой электрическое устройство, которое не выполняет стабильную работу (то есть, условия возбуждения изменяются), предпочтительно сохранить максимально возможное количество наборов коэффициентов модуляции m и несущих частот, выбранных для первой операции. В этом случае, можно выбрать максимально возможное количество наборов коэффициентов модуляции m и несущих частот, удовлетворяющих рабочей команде электрического устройства. Это справедливо для коэффициента модуляции m и несущей частоты, выбранных для второй операции.
Например, когда электрическое устройство представляет собой двигатель, рабочая команда электрического устройства включает в себя целевые значения (целевые диапазоны) для рабочего состояния двигателя. Целевые значения (целевые диапазоны) для рабочего состояния двигателя включают в себя целевое значение (целевой диапазон) для скорости вращения двигателя и целевое значение (целевой диапазон) для крутящего момента.
[0056] Затем, когда железный сердечник электрического устройства возбуждается PWM-инвертором, в случае, когда плотность В магнитного потока и напряженность поля H железного сердечника электрического устройства находятся в области петли гистерезиса для выполнения первой операции, PWM-инвертору выдается команда работать с коэффициентом модуляции m и несущей частотой, которые сохранены в ассоциации с областью петли гистерезиса для выполнения первой операции. Аналогично, в случае, когда плотность В магнитного потока и напряженность поля H железного сердечника электрического устройства находятся в области петли гистерезиса для выполнения второй операции, PWM-инвертору выдается команда работать с коэффициентом модуляции m и несущей частотой, которые сохранены в ассоциации с областью петли гистерезиса для выполнения второй операции.
[0057] <Система для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве>
Фиг. 14 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример конфигурации системы для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве. В последующем описании, система для возбуждения железного сердечника в электрическом устройстве, при необходимости, будет сокращенно упоминаться как система возбуждения.
На фиг. 14, система возбуждения включает в себя электрическое устройство 1410, PWM-инвертор 1420 и устройство 1430 настройки операции модуляции.
[0058] Электрическое устройство 1410 специально не ограничивается, если оно представляет собой электрическое устройство, имеющее железный сердечник. Например, двигатель, реактор или трансформатор (трансформатор напряжения, трансформатор тока или трансформатор) может использоваться как электрическое устройство 1410. Электрическое устройство может быть однофазным устройством или трехфазным устройством. В трехфазном двигателе, в случае распределенной обмотки, катушки множества фаз наматываются вокруг одного зубца статорного сердечника. Поэтому, поскольку магнитный поток в статорном сердечнике является усложненным, имеется опасение в том, что диапазон коэффициента модуляции m и несущей частоты, способных снижать потери в железе железного сердечника, не будет специфицироваться. По этой причине, для трехфазного двигателя, предпочтительно использовать трехфазный двигатель с обмотками концентрированного типа в качестве электрического устройства 1410.
c
[0059] PWM-инвертор 1420 представляет собой источник питания, который возбуждает железный сердечник электрического устройства 1410. В этом варианте осуществления, предполагается, что PWM-инвертор 1420 может непрерывно изменять амплитуду E несущей волны (коэффициент модуляции m PWM-инвертора) и несущую частоту.
[0060] Пример функционирования устройства настройки операции модуляции 1430 будет описан ниже. Аппаратные средства устройства 1430 настройки операции модуляции реализованы с использованием, например, устройства обработки информации, включающего в себя CPU, ROM, RAM, HDD и различные интерфейсы или программируемый логический контроллер (PLC). Устройство 1430 настройки операции модуляции функционирует как блок настройки, который настраивает операцию модуляции инверторного источника питания.
[0061] Блок 1431 хранения информации модуляции хранит информацию модуляции. Информация модуляции представляет собой информацию, в которой область петли гистерезиса для выполнения первой операции или второй операции ассоциирована с параметрами для определения операции модуляции. В этом варианте осуществления, инверторный источник питания управляется способом PWM. Поэтому, параметры для определения операции модуляции включают в себя коэффициент модуляции m и несущую частоту, как описано в <Результатах исследований>. Способ получения информации модуляции таков, как описано в <Результатах исследований>. Здесь, предполагается, что первая операция и вторая операция выполняются в области, в которой абсолютное значение напряженности поля H равно или меньше 100 [A/м] (в частности, области, в которой абсолютное значение напряженности поля H железного сердечника равно или меньше 100 [A/м] в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом возбуждения (то есть, синусоидальным сигналом возбуждения), исключающим гармоники) в петле гистерезиса.
[0062] Блок 1432 определения области гистерезиса определяет, сохранена ли или нет информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, в блоке 1431 хранения информации модуляции.
Здесь, например, обеспечивается катушка поиска для определения магнитного потока железного сердечника электрического устройства 1410, и плотность В магнитного потока железного сердечника электрического устройства 1410 может быть получена из электродвижущей силы, индуцированной в катушке поиска, на основе закона электромагнитной индукции Фарадея. Кроме того, напряженность поля H железного сердечника электрического устройства 1410 может быть получена из тока возбуждения, протекающего через электрическое устройство 1410, на основе закона Ампера. Кроме того, может быть обеспечена H-катушка в электрическом устройстве 1410, чтобы измерять напряженность поля H.
[0063] Сначала, блок 1432 определения области гистерезиса определяет, присутствуют ли или нет текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410 в области петли гистерезиса для выполнения первой операции или области петли гистерезиса для выполнения второй операции.
[0064] В случае, когда результат определения показывает, что текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410 не присутствуют в области петли гистерезиса для выполнения первой операции или области петли гистерезиса для выполнения второй операции, блок 1432 определения области гистерезиса определяет, что информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, не была сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции, и выводит информацию, указывающую результат определения, на блок 1433 генерации сигнала PWM.
[0065] С другой стороны, в случае, когда текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410 присутствуют в области петли гистерезиса для выполнения первой операции или области петли гистерезиса для выполнения второй операции, блок 1432 определения области гистерезиса определяет, в каком из диапазона области петли гистерезиса для выполнения первой операции и диапазона области петли гистерезиса для выполнения второй операции присутствуют текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410.
[0066] В случае, когда текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410 присутствуют в области петли гистерезиса для выполнения первой операции, блок 1432 определения области гистерезиса определяет, включает ли или нет информация модуляции, включающая область петли гистерезиса для выполнения первой операции, информацию модуляции, включающую коэффициент модуляции m и несущую частоту, удовлетворяющие рабочей команде электрического устройства 1410.
[0067] Когда результат определения показывает, что информация модуляции, включающая область петли гистерезиса для выполнения первой операции, не включают информацию модуляции, включающую коэффициент модуляции m и несущую частоту, удовлетворяющие рабочей команде электрического устройства 1410, блок 1432 определения области гистерезиса определяет, что информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, не была сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции, и выводит информацию, указывающую результат определения, на блок 1433 генерации сигнала PWM.
[0068] С другой стороны, когда информация модуляции, включающая область петли гистерезиса для выполнения первой операции, включает информацию модуляции, включающую коэффициент модуляции m и несущую частоту, удовлетворяющие рабочей команде электрического устройства 1410, блок 1432 определения области гистерезиса определяет, что информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, была сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции. Затем, блок 1432 определения области гистерезиса выбирает один из вариантов информации модуляции, включающей коэффициент модуляции m и несущую частоту, удовлетворяющие рабочей команде электрического устройства 1410, и выводит информацию, специфицирующую выбранную информацию модуляции, на блок 1433 генерации сигнала PWM.
[0069] Информация модуляции может быть выбрана, например, в соответствии с предопределенным правилом выбора информации модуляции, имеющей наименьший коэффициент модуляции m.
В случае, когда электрическое устройство 1410 представляет собой электрическое устройство, которое выполняет стабильную работу (то есть, условия возбуждения не изменяются), блок 1432 определения области гистерезиса может не определять, включает ли или нет информация модуляции, включающая область петли гистерезиса для выполнения первой операции, информацию модуляции, включающую коэффициент модуляции m и несущую частоту, удовлетворяющие рабочей команде электрического устройства 1410. В этом случае, блок 1432 определения области гистерезиса выбирает один из вариантов информации модуляции, включающей область петли гистерезиса для выполнения первой операции, и выводит информацию, специфицирующую выбранную информацию модуляции, на блок 1433 генерации сигнала PWM.
[0070] Кроме того, в случае, когда текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410 присутствуют в области петли гистерезиса для выполнения второй операции, блок 1432 определения области гистерезиса выводит информацию, специфицирующую информацию модуляции или информацию, указывающую, что информация модуляции не была сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции, на блок 1433 генерации сигнала PWM, как в случае, когда текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410 присутствуют в области петли гистерезиса для выполнения первой операции.
c
[0071] Когда блок 1432 определения области гистерезиса выводит информацию, специфицирующую информацию модуляции, соответствующую текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, блок 1433 генерации сигнала PWM считывает параметры (коэффициент модуляции m и несущую частоту) для определения операции модуляции, включенные в информацию модуляции, из блока 1431 хранения информации модуляции. Затем, блок 1433 генерации сигнала PWM генерирует сигнал PWM, включающий информацию, требуемую для генерации основной волны и несущей волны, и выводит сигнал PWM на PWM-инвертор 1420. Информация может включать параметры такие, как амплитуда E несущей волны, несущая частота и частота основной волны, которые могут изменяться, когда PWM-инвертор 1420 генерирует основную волну и несущую волну.
[0072] С другой стороны, когда блок 1432 определения области гистерезиса выводит информацию, указывающую, что информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, не была сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции, блок 1433 генерации сигнала PWM принимает значения, которые не способствуют снижению потерь в железе (путем регулировки отношения между максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля H в частной петле для снижения потерь в железе) в качестве параметров (коэффициента модуляции m и несущей частоты) для определения операции модуляции. Затем, блок 1433 генерации сигнала PWM генерирует сигнал PWM, включающий информацию, требуемую для генерации основной волны и несущей волны, на основе принятых значений и выводит сигнал PWM на PWM-инвертор 1420.
[0073] В качестве значений параметров для определения операции модуляции в это время могут использоваться, например, параметры (коэффициент модуляции m и несущая частота) для определения операции модуляции, когда выполняется первая операция или вторая операция. Даже когда параметры настроены, затруднительно выполнить первую операцию или вторую операцию в области, в которой изменение в плотности В магнитного потока мало по отношению к изменению в напряженности поля H. То есть, даже когда параметры настроены, они не способствуют снижению потерь в железе (путем регулировки отношения между максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля H в частной петле для снижения потерь в железе).
[0074] Однако, потери в железе железного сердечника могут также быть меньше, чем в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной, на которую не наложены гармоники (см. графики 1101 и 1103 на фиг. 11), путем непрерывного выполнения операции PWM-инвертора с использованием параметров для определения операции модуляции, когда первая операция или вторая операция выполняется для одного цикла петли гистерезиса, как описано в <Результатах исследований>. Поэтому, это позволяет более надежно снижать потери железного сердечника. Однако это можно не обязательно выполнять, и параметры (коэффициент модуляции m и несущая частота) для определения операции модуляции могут устанавливаться так, чтобы возвращаться к операции существующего PWM-инвертора.
[0075] PWM-инвертор 1420 выполняет операцию модуляции, основанную на способе PWM, на основе сигнала PWM, выводимого из блока 1433 генерации сигнала PWM, чтобы возбуждать железный сердечник в электрическом устройстве 1410.
[0076] <Блок схема последовательности операций>
Далее, пример работы приводной системы в соответствии с этим вариантом осуществления будет описан со ссылкой на блок-схему последовательности операций, проиллюстрированную на фиг. 15.
Сначала, на этапе S1501, когда выдается команда начала работы электрического устройства 1410, блок 1433 генерации сигнала PWM выводит сигнал PWM, включающий в себя информацию, требуемую для генерации основной волны и несущей волны, на PWM-инвертор 1420, чтобы выдать команду начала работы электрического устройства 1410. Параметры (коэффициент модуляции m и несущая частота) для определения операции модуляции, которые выводятся в это время, не являются конкретно ограниченными. Например, параметры (коэффициент модуляции m и несущая частота) для определения операции модуляции, которые выводятся в это время, могут представлять собой значения, которые предварительно определены как значения, когда начинается работа.
[0077] Затем, на этапе S1502, блок 1432 определения области гистерезиса получает (выводит) текущие значения плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410.
Далее, на этапе S1503, блок 1432 определения области гистерезиса определяет, была ли или нет информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, полученным на этапе S1502, сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции. В случае, когда результат определения показывает, что информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, была сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции, процесс переходит к этапу S1504.
[0078] Когда процесс переходит к этапу S1504, блок 1432 определения области гистерезиса выводит информацию, специфицирующую информацию модуляции, соответствующую текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, на блок 1433 генерации сигнала PWM. В случае, когда электрическое устройство 1410 представляет собой электрическое устройство, которое не выполняет стабильную работу (то есть, условия возбуждения изменяются), информация модуляции, которая включает коэффициент модуляции m и несущую частоту, удовлетворяющие рабочей команде операции электрического устройства 1410, специфицируется и затем выводится на блок 1433 генерации сигнала PWM.
[0079] Далее, на этапе S1504, блок 1433 генерации сигнала PWM считывает, из блока 1431 хранения информации модуляции, параметры (коэффициент модуляции m и несущую частоту) для определения операции модуляции, включенные в информацию модуляции, специфицированную информацией, выведенной на этапе S1504. Затем, блок 1433 генерации сигнала PWM генерирует сигнал PWM, включающий в себя информацию, требуемую для генерации основной волны и несущей волны, на основе считанных параметров (коэффициента модуляции m и несущей частоты) для определения операции модуляции, и информацию основной волны, введенной извне.
[0080] Затем, на этапе S1506, блок 1433 генерации сигнала PWM выводит сигнал PWM на PWM-инвертор 1420. PWM-инвертор 1420 выполняет операцию модуляции, основанную на способе PWM, на основе сигнала PWM, чтобы возбуждать железный сердечник в электрическом устройстве 1410.
Затем, на этапе S1507, устройство настройки операции модуляции 1430 определяет, следует ли или нет закончить работу электрического устройства 1410. Например, это определение может быть реализовано тем, выполнил ли или нет оператор операцию для завершения работы электрического устройства 1410 на пользовательском интерфейсе устройства настройки операции модуляции 1430.
[0081] В случае, когда результат определения показывает, что работа электрического устройства 1410 не окончена, процесс возвращается к этапу S1502, и возбуждение железного сердечника в электрическом устройстве 1410 продолжается. Затем, на этапе S1507, когда определено, что работа электрического устройства 1410 завершена, процесс на блок-схеме последовательности операций, проиллюстрированной на фиг. 15, заканчивается.
[0082] Когда на этапе S1503 определено, что информация модуляции, соответствующая текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, полученным на этапе S1502, не сохранена в блоке 1431 хранения информации модуляции, процесс переходит к этапу S1508. Когда процесс переходит к этапу S1508, блок 1432 определения области гистерезиса выводит информацию, указывающую, что не имеется информации модуляции, соответствующей текущим значениям плотности В магнитного потока и напряженности поля H железного сердечника электрического устройства 1410, в блок 1433 генерации сигнала PWM .
[0083] Затем, на этапе S1509, блок 1433 генерации сигнала PWM устанавливает параметры (коэффициент модуляции m и несущую частоту) для определения операции модуляции на значения, которые не способствуют снижению потерь в железе (путем регулировки отношения с максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля H в частной петле для снижения потерь в железе). Затем, блок 1433 генерации сигнала PWM генерирует сигнал PWM, включающий информацию, требуемую для генерации основной волны и несущей волны. Затем, процесс переходит к этапу S1506, и блок 1433 генерации сигнала PWM выводит сигнал PWM на PWM-инвертор 1420.
[0084] <Краткое описание>
Как описано выше, в этом варианте осуществления, устройство 1430 настройки операции модуляции регулирует отношение между максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля в частной петле петли гистерезиса, чтобы настраивать операцию модуляции PWM-инвертора 1420 так, чтобы потери в железе железного сердечника были меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник электрического устройства возбуждается сигналом, полученным путем удаления гармоник из сигнала возбуждения, включающего в себя гармоники. В частности, устройство 1430 настройки операции модуляции управляет PWM-инвертором 1420 так, что абсолютное значение |Hmin| минимального значения Hmin напряженности поля H в некоторых частных петлях больше (меньше), чем абсолютное значение |Hmax| максимального значения Hmax напряженности поля H в частных петлях пропорционально области, в которой плотность В магнитного потока возрастает (снижается) в петле гистерезиса. Поэтому, возможно снизить потери в железе железного сердечника, возбуждаемого посредством инверторного источника питания.
[0085] <Примеры модификации>
<<Первый пример модификации>>
В этом варианте осуществления, в качестве примера описан случай, когда выполняются как первая операция, так и вторая операция. Однако может выполняться только первая операция или только вторая операция. В этом случае, когда электрическое устройство представляет собой электрическое устройство, которое выполняет стабильную работу (то есть, условия возбуждения не изменяются), блок 1432 определения области гистерезиса не обязательно требуется. То есть, в случае, когда выполняется только первая операция, коэффициент модуляции m и несущая частота для первой операция могут быть выбраны постоянно. Аналогично в случае, когда выполняется только вторая операция, коэффициент модуляции m и несущая частота, выбираемые для второй операции, могут быть выбраны постоянно. Кроме того, информация модуляции, включающая другие параметры для определения операции модуляции (например, амплитуду несущей волны или амплитуду основной волны), в дополнение к коэффициенту модуляции m и несущей частоте, могут вычисляться, чтобы более надежно сократить потери в железе.
[0086] <<Второй пример модификации>>
Кроме того, первая операция и вторая операция могут не обязательно выполняться, когда отношение между максимальным значением Hmax и минимальным значением Hmin напряженности поля H в частной петле регулируется так, что потери в железе железного сердечника меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник возбуждается сигналом, получаемым путем удаления гармонических составляющих из сигнала возбуждения, выводимого из PWM-инвертора 1420 (то есть, площадь петли гистерезиса снижается без изменения максимального значения плотности В магнитного потока). Причина состоит в следующем. На фиг. 11, даже хотя интегральное значение очень малой области HdB не снижается, можно снизить потери в железе железного сердечника, когда скорость увеличения (величина возрастания на единицу времени) в интегральном значении очень малой области HdB меньше, чем интегральное значение (график 1101) очень малой области HdB в случае, когда железный сердечник возбуждается синусоидальной волной.
[0087] <<Третий пример модификации>>
В этом варианте осуществления, в качестве примера описан случай, когда учитывается только снижение потерь в железе железного сердечника. Например, в некоторых случаях, необходимо сдерживать выделение тепла из железного сердечника больше, чем из других частей. Например, необходимо сдерживать ситуацию, когда работа электрического устройства 1410 не гарантирована из-за возрастания температуры, вызванного выделением тепла из железного сердечника. В этом случае, снижение потерь в железе железного сердечника имеет приоритет перед снижением потерь в других частях.
[0088] Основные потери в электрическом устройстве 1410 включают в себя потери в меди, в дополнение к потерям в железе. Потери в меди могут быть снижены путем увеличения пространства расположения катушки в электрическом устройстве 1410, чтобы снизить плотность тока катушки (увеличивая площадь поперечного сечения катушки), тем самым увеличивая сопротивление по постоянному току катушки. Кроме того, основными потерями инверторного источника питания являются потери переключения. Потери переключения могут быть снижены, например, путем синхронизации множества инверторных источников питания таким образом, чтобы они работали параллельно, чтобы снизить ток, протекающий через каждый переключающий элемент.
[0089] Однако, в некоторых случаях, доля потерь в меди или потерь переключения в общих потерях электрического устройства 1410 может быть выше, чем доля потерь в железе. В этом случае, даже когда операция модуляции определяется, чтобы снижать только потери в железе, эффективность электрического устройства не может быть улучшена. Поэтому, вместо вычисления информации модуляции (параметров для определения операции модуляции) так, чтобы потери в железе железного сердечника были меньше, чем потери в железе железного сердечника в случае, когда железный сердечник электрического устройства возбуждается сигналом, полученным путем удаления гармоник из сигнала возбуждения, включающего гармоники, информация модуляции (параметры для определения операции модуляции) может быть вычислена так, чтобы снижались потери всей системы возбуждения (сумма потерь (в основном, потери в железе и потери в меди) электрического устройства 1410 и потери (в основном потери переключения) PWM-инвертора 1420).
[0090] <<Четвертый пример модификации>>
В этом варианте осуществления, в качестве примера описан случай, когда PWM-инвертор используется как инверторный источник питания. Однако инверторный источник питания не ограничен наличием PWM-инвертора. Параметры (коэффициент модуляции m и несущая частота в этом варианте осуществления) для определения операции модуляции инверторного источника питания определяются на основе способа модуляции инверторного источника питания. Например, в случае, когда используется инвертор с импульсной амплитудной модуляцией (PAM), отношение напряжения постоянного тока, прикладываемого к блоку инвертора, к выходному напряжению для двигателя включено в параметры для определения операции модуляции.
[0091] <<Другие примеры модификации>>
Компьютер может исполнять программу для реализации вышеописанного варианта осуществления. Кроме того, считываемый компьютером носитель записи, имеющий программу, записанную на нем, и компьютерный программный продукт, такой как программа, может применяться как вариант осуществления. Например, гибкий диск, накопитель на жестком диске, оптический диск, магнитооптический диск, CD-ROM, магнитная лента, энергонезависимая карта памяти и ROM могут использоваться в качестве носителя записи.
Кроме того, все из вышеописанных вариантов осуществления изобретения являются только примерами вариантов осуществления для выполнения изобретения, и технический объем изобретения не должен толковаться как ограниченный вариантами осуществления. То есть, изобретение может быть реализовано в различных формах без отклонения от технической идеи или основных признаков изобретения.
[Краткое описание ссылочных позиций]
[0092]
1410: Электрическое устройство
1420: PWM-инвертор
1430: Устройство настройки операции модуляции
1431: Блок хранения информации модуляции
1432: Блок определения области гистерезиса
1433: Блок генерации сигнала PWM