Инверторная система и способ управления инверторной системой
INVERTER SYSTEM AND INVERTER SYSTEM CONTROL METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к системе, которая подает на выход напряжение, используя инвертор и выполняя при этом управление для предотвращения опасного напряжения на выходе.
Предпосылки создания изобретения
[0002] Далее рассматривается система, сконфигурированная для преобразования входного трехфазного напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока с помощью выпрямителя (преобразователя переменного тока в постоянный ток) и подачи на выход, с помощью инвертора, этого напряжения постоянного тока в виде напряжения переменного тока, имеющего требуемую частоту и требуемую амплитуду.
[0003] Такая система подчиняется стандарту, касающемуся выходного напряжения. Например, система привода электродвигателя, к которой в качестве нагрузки подключен электродвигатель, подчиняется стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC, International Electroteclinical Commission) IEC 61800. Стандарт IEC 61800-4 определяет допустимую скорость изменения фазного напряжения (напряжения между фазой и землей) и межфазного напряжения. Если система не соответствует этому стандарту, в системе может возникнуть опасность пробоя диэлектрика.
[0004] Для предотвращения такой опасности в системе требуется подавить скорость изменения выходного напряжения системы. Поэтому важно предотвращать резкие изменения уровня фазных напряжений и межфазных напряжений.
[0005] Патентный документ 1 раскрывает, в качестве примера контрмер, управление для предотвращения того, чтобы инвертор с последовательным мультиплексированием (каскадный инвертор) вызывал изменение уровня напряжения на две ступени (скачок на два уровня). Патентный документ 1 раскрывает предотвращение двухступенчатого изменения межфазного напряжения посредством задержки времени переключения, по мере необходимости, относительно времени переключения, полученного на основе сравнения при широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
[0006] Например, для высоковольтного инвертора с последовательным мультиплексированием импульсная модуляция реализуется с помощью ШИМ с размещением фазы (PD, Phase Disposition) или ШИМ со сдвигом фазы (PS, Phase Shift), которые имеют следующие особенности, касающиеся перескока уровня.
Система с PD: Не происходит перескока уровня межфазного напряжения, но однофазные инверторы имеют неравномерное число операций переключения.
Система с PS: Однофазные инверторы могут быть установлены на равномерное число операций переключения, но происходят перескоки уровня межфазного напряжения.
[0007] Система выбора фазы несущей (CPS, Carrier Phase Selection) - это система PS, которая была улучшена так, чтобы не вызывать перескока уровня. Как в системе PD, так и в системе CPS для предотвращения перескока уровня требуется, чтобы частота несущей поддерживалась выше, чем частота командного напряжения. Однако в некоторых случаях несущая не может иметь высокую частоту из-за аппаратных факторов, таких как увеличение потерь при переключении, и программных факторов, таких как задержка обновления напряжения центрального процессора (CPU, Central Processing Unit). При снижении частоты несущей нельзя полностью избежать перескока уровня межфазного напряжения. Существует также способ предоставления выходного фильтра для подавления перенапряжения, но он приводит к увеличению размера устройства.
[0008] Кроме того, перескок уровня также является проблемой в системах, отличных от систем ШИМ, основанных на сравнении с треугольными колебаниями. Например, в системе, основанной на фиксированной последовательности импульсов, напряжение выводится в соответствии с таблицей со ссылкой на команду фазы напряжения в системе управления. Можно заранее создать таблицу, которая не приведет к перескоку уровня для этой таблицы, но это всего лишь статическое исследование, и обнаружена проблема возможного динамического перескока уровня в переходном состоянии (во время фактической работы). Следовательно, требуется механизм предотвращения перескока уровня в дополнение к учету перескока уровня при создании таблицы.
[0009] Как описано выше, бывают случаи, когда система модуляции не может самостоятельно предотвратить перескок уровня, и в таких случаях становится важным механизм предотвращения перескока уровня после модуляции.
[0010] В патентном документе 1 не рассматривается двухступенчатый сдвиг фазного напряжения. Это не является проблемой только в отношении стандарта, касающегося фазного напряжения (напряжения относительно земли). Когда одна фаза нагрузки, подключенной "звездой", сдвигается на две ступени, а другая фаза не переключается, межфазное напряжение также сдвигается на две ступени.
[0011] Следовательно, даже если каждому фазному напряжению разрешено сдвигаться на две ступени, необходимо контролировать двухступенчатый сдвиг каждого фазного напряжения, чтобы надежно предотвратить сдвиг межфазного напряжения на две ступени. Кроме того, патентный документ 1 применим только к инверторам с последовательным мультиплексированием, сконфигурированным для определения переключения каждого элемента с помощью ШИМ.
[0012] Ввиду вышеизложенного, проблема заключается в подавлении перескока уровня межфазных напряжений в инверторной системе, имеющей произвольное число фаз и произвольное число уровней.
Документ предшествующего уровня техники Патентный документ
[0013] Патентный документ 1: публикация японской патентной заявки №2015-23777.
Сущность изобретения
[0014] Настоящее изобретение было создано ввиду известных проблем, описанных выше. Согласно одному аспекту настоящего изобретения, инверторная система содержит: блок управления предотвращением перескока уровня, сконфигурированный для вывода управляющего сигнала на основе команды уровня напряжения и управления инвертором с помощью управляющего сигнала; при этом блок управления предотвращением перескока уровня сконфигурирован: в ответ на сдвиг вверх уровня выходного напряжения первой фазы, для установки счетчика для запрета сдвига вверх уровня выходного напряжения первой фазы в течение заранее заданного времени и для установки счетчика для запрета сдвига вниз уровня выходного напряжения второй из фаз, отличной от первой фазы, в течение заранее заданного времени; и, в ответ на сдвиг вниз уровня выходного напряжения первой фазы, для установки счетчика для запрета сдвига вниз уровня выходного напряжения первой фазы в течение заранее заданного времени и для установки счетчика для запрета сдвига вверх уровня выходного напряжения второй фазы в течение заранее заданного времени.
[0015] Согласно одному аспекту настоящего изобретения, сконфигурирована инверторная система, в которой блок управления предотвращением перескока уровня содержит: блок проверки и предотвращения перескока уровня, сконфигурированный для вывода каждого из уровней выходного напряжения и значения каждого из счетчиков на основе команды уровня напряжения, предыдущего уровня выходного напряжения и предыдущего значения счетчика; первый блок задержки, сконфигурированный для задержки значения каждого из счетчиков на период управления и вывода задержанного значения счетчика в качестве предыдущего значения счетчика; второй блок задержки, сконфигурированный для задержки каждого из уровней выходного напряжения на период управления и вывода задержанного уровня выходного напряжения в качестве предыдущего уровня выходного напряжения; и блок генерации управляющего сигнала, сконфигурированный для вывода управляющего сигнала на основе уровней выходного напряжения.
[0016] Согласно одному аспекту настоящего изобретения, сконфигурирована инверторная система, в которой блок проверки и предотвращения перескока уровня сконфигурирован так, чтобы для каждой из фаз: использовать разные счетчики, включающие счетчик запрета сдвига вверх и счетчик запрета сдвига вниз, соответственно, в качестве счетчика для запрета сдвига вверх и счетчика для запрета сдвига вниз; уменьшать значение счетчика запрета сдвига вверх и значение счетчика запрета сдвига вниз через интервалы времени, равные периоду управления; сравнивать команду уровня напряжения с предыдущим уровнем выходного напряжения; если команда уровня напряжения ниже, чем предыдущий уровень выходного напряжения, проверять, равно ли нулю значение счетчика запрета сдвига вниз, если значение счетчика запрета сдвига вниз равно нулю, устанавливать уровень выходного напряжения этой фазы на одну ступень вниз от предыдущего уровня выходного напряжения; устанавливать счетчик запрета сдвига вниз этой фазы, и устанавливать счетчик запрета сдвига вверх других фаз, и если значение счетчика запрета сдвига вниз не равно нулю, устанавливать упомянутый уровень выходного напряжения равным предыдущему уровню выходного напряжения; если команда уровня напряжения равна предыдущему уровню выходного напряжения, устанавливать упомянутый уровень выходного напряжения равным команде уровня напряжения; и если команда уровня напряжения выше, чем предыдущий уровень выходного напряжения, проверять, равно ли нулю значение счетчика запрета сдвига вверх, если значение счетчика запрета сдвига вверх равно нулю, устанавливать уровень выходного напряжения этой фазы на одну ступень вверх от предыдущего уровня выходного напряжения, устанавливать счетчик запрета сдвига вверх этой фазы и устанавливать счетчик запрета сдвига вниз других фаз, и если значение упомянутого счетчика запрета сдвига вверх не равно нулю, устанавливать упомянутый уровень выходного напряжения равным предыдущему уровню выходного напряжения.
[0017] Согласно другому аспекту настоящего изобретения, сконфигурирована инверторная система, в которой блок проверки и предотвращения перескока уровня сконфигурирован так, чтобы для каждой из фаз: использовать общий счетчик в качестве счетчика для запрета сдвига вверх и счетчика для запрета сдвига вниз; уменьшать значение общего счетчика через интервалы времени, равные периоду управления, если значение счетчика больше нуля; увеличивать значение счетчика через интервалы времени, равные периоду управления, если значение общего счетчика меньше нуля; сравнивать команду уровня напряжения с предыдущим уровнем выходного напряжения; если команда уровня напряжения ниже, чем предыдущий уровень выходного напряжения, проверять, больше или равно ли нулю значение счетчика, если значение счетчика больше или равно нулю, устанавливать уровень выходного напряжения этой фазы на одну ступень вниз от предыдущего уровня выходного напряжения, устанавливать счетчик этой фазы на отрицательное значение и устанавливать счетчики других фаз на положительное значение, и если значение счетчика меньше нуля, устанавливать уровень выходного напряжения этой фазы равным предыдущему уровню выходного напряжения; если команда уровня напряжения равна предыдущему уровню выходного напряжения, устанавливать упомянутый уровень выходного напряжения равным команде уровня напряжения; и если команда уровня напряжения выше, чем предыдущий уровень выходного напряжения, проверять, меньше или равно ли нулю значение счетчика, если значение счетчика меньше или равно нулю, устанавливать уровень выходного напряжения этой фазы на одну ступень вверх от предыдущего уровня выходного напряжения, устанавливать счетчик этой фазы на положительное значение и устанавливать счетчики других фаз на отрицательное значение, и если значение упомянутого счетчика больше нуля, устанавливать упомянутый уровень выходного напряжения равным предыдущему уровню выходного напряжения.
[0018] Согласно настоящему изобретению можно подавлять перескок уровня межфазных напряжений в инверторной системе, имеющей произвольное число фаз и произвольное число уровней.
Краткое описание чертежей
[0019] На фиг.1 показана блок-схема инверторной системы согласно первой и второй формам осуществления изобретения.
На фиг.2 показана блок-схема блока управления предотвращением перескока уровня согласно первой и второй формам осуществления изобретения.
На фиг.3 показана блок-схема последовательности операций блока проверки и предотвращения перескока уровня согласно первой форме осуществления изобретения.
Фиг. 4 представляет собой схему, показывающую пример работы первой формы осуществления изобретения на основе трехфазной конфигурации.
Фиг. 5 представляет собой схему, поясняющую работу схемы, показанной на фиг. 4.
Фиг. 6 представляет собой схему, показывающую примеры работы первой формы осуществления изобретения, когда операции переключения являются плотными.
Фиг. 7 представляет собой схему, показывающую примеры работы первой формы осуществления изобретения, когда операции переключения являются плотными.
Фиг. 8 представляет собой схему, показывающую примеры работы первой формы осуществления изобретения, когда операции переключения являются плотными.
Фиг. 9 представляет собой блок-схему последовательности операций блока проверки и предотвращения перескока уровня согласно второй форме осуществления изобретения.
Фиг. 10 представляет собой схему, показывающую примеры работы второй формы осуществления изобретения.
Варианты осуществления изобретения
[0020] Ниже подробно рассмотрены инверторные системы согласно первой и второй формам осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг.1-10.
[0021] Первая форма осуществления изобретения
В дальнейшем n-ступенчатый сдвиг уровня напряжения упоминается как n-уровневый перескок или просто как перескок уровня.
[0022] На фиг.1 показана структурная схема инверторной системы согласно первой форме осуществления изобретения. Блок 1 управления высокого уровня выполняет управление, осуществляемое перед блоком 2 импульсной модуляции. Например, блок 1 управления высокого уровня получает на входе команду скорости на основе операции регулировки панели управления, а также измеряемые токи трех фаз, и на основании управления скоростью и управления электрическим током осуществляет управление для генерации команды напряжения Vref.
[0023] Команда напряжения Vref, выводимая из блока 1 управления высокого уровня, преобразуется блоком 2 импульсной модуляции в импульсную форму (форму прямоугольных колебаний) напряжения. Обычно это система ШИМ, сконфигурированная для генерации импульсного напряжения путем сравнения команды трехфазного напряжения с треугольным колебанием. Существует альтернативная система, основанная на фиксированной последовательности импульсов, которая сконфигурирована для подготовки таблицы импульсов, синхронизированных с командой напряжения Vref (фазой выходного напряжения), и вывода импульсного напряжения со ссылкой на команду напряжения Vref (фазу выходного напряжения) блока 1 управления высокого уровня. Блок 2 импульсной модуляции формирует на выходе команду уровня напряжения V*.
[0024] Блок 3 управления предотвращением перескока уровня получает на входе команду уровня напряжения V* и выполняет управление для предотвращения перескока уровня и подает на выход управляющий сигнал. Инвертор 4 приводится в действие управляющим сигналом и подает напряжение на нагрузку 5.
[0025] Команда напряжения Vref и команда уровня напряжения V* имеют информацию о требуемом числе фаз (три фазы на фиг.1).
[0026] Блок 1 управления высокого уровня, согласно первой форме осуществления изобретения, служит для определения команды напряжения Vref, указывающей напряжение, которое должно подаваться на выход инвертором 4. Соответственно, блок 1 управления высокого уровня может быть сконфигурирован для выполнения позиционного управления положением, или может быть сконфигурирован для использования измеряемого значения фазы электродвигателя, или может быть сконфигурирован без использования измеряемого тока.
[0027] Когда импульсная модуляция выполняется системой ШИМ, управляющий сигнал может быть непосредственно получен в результате сравнения между командой напряжения Vref и треугольным колебанием. Однако определение включения/выключения (ON/OFF) каждого элемента эквивалентно получению команды уровня напряжения V*. Посредством конфигурации, в которой команда уровня напряжения V* получается вместо управляющего сигнала, или посредством конфигурации, в которой полученный управляющий сигнал не выводится, а преобразуется в команду уровня напряжения V*, блок 2 импульсной модуляции на основе системы ШИМ может подавать на выход команду уровня напряжения V*.
[0028] Блок 1 управления высокого уровня и блок 2 импульсной модуляции на фиг.1 показаны как типичная конфигурация, используемая во многих инверторных системах, но не ограничиваются особым образом, если команда уровня напряжения V*, указывающая напряжение, которое должно выдаваться инвертором 4, вводится в блок 3 управления предотвращением перескока уровня. Первая форма осуществления изобретения может также применяться к системам, основанным на прямом управлении крутящим моментом, в которых уровень напряжения для получения желаемого крутящего момента определяется непосредственно из команды крутящего момента без импульсной модуляции, такой как ШИМ на основе сравнения с треугольными колебаниями.
[0029] На фиг.1 инвертор 4 и нагрузка 5 соединены по трехфазной схеме. Однако количество фаз не ограничивается тремя. Кроме того, количество уровней напряжения, которые может выдавать инвертор 4, особым образом не ограничивается.
[0030] Далее описывается блок 3 управления предотвращением перескока уровня. Поскольку блок 3 управления предотвращением перескока уровня управляет уровнем выходного напряжения V, ему требуется информации о текущем выходном сигнале. Кроме того, блоку 3 управления предотвращением перескока уровня требуется значение счетчика С, так как оно требуется для указания периода времени для удержания, чтобы предотвратить перескок уровня. Важным аспектом управления, согласно первой форме осуществления изобретения, является то, что текущий уровень выходного напряжения соответствующим образом изменяется с использованием значения счетчика С.
[0031] Информация относительно предыдущего уровня выходного напряжения Vz требуется для реализации "удержания выходного напряжения", которое считается требуемым выходным сигналом в большинстве случаев, когда запрещен перескок уровня. Когда происходит одна операция переключения, не все типы последующих переключений вызывают перескок уровня, и некоторые типы последующих переключений допустимы. Процесс надлежащего разрешения приемлемых операций переключения описывается ниже со ссылкой на блок-схему последовательности операций на фиг.3.
[0032] На фиг.2 показана структурная схема блока 3 управления предотвращением перескока уровня согласно первой форме осуществления изобретения. Команда уровня напряжения V* вводится в блок 3 управления предотвращением перескока уровня. Затем команда уровня напряжения V*, предыдущий уровень выходного напряжения Vz и предыдущее значение счетчика Cz вводятся в блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня.
[0033] Блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня выполняет управление на основе блок-схемы последовательности операций, описанной ниже, и подает на выход уровень выходного напряжения V и значение счетчика С. Уровень выходного напряжения V и значение счетчика С задерживаются на один период управления первым и вторым блоками 7 и 8 задержки, и вводятся в блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня как предыдущий уровень выходного напряжения Vz и предыдущее значение счетчика Cz.
[0034] Уровень выходного напряжения V вводится в блок 9 генерации управляющего сигнала, который генерирует управляющий сигнал для вывода уровня выходного напряжения V. Управляющий сигнал является выходным сигналом блока 3 управления предотвращением перескока уровня и подается на инвертор 4.
[0035] Фиг. 3 представляет собой блок-схему, показывающую обработку, выполняемую блоком 6 проверки и предотвращения перескока уровня. В блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня вводятся команда уровня напряжения V*, предыдущий уровень выходного напряжения Vz и предыдущее значение счетчика Cz, и выводятся уровень выходного напряжения V и значение счетчика С.
[0036] Блок-схема последовательности операций на фиг.3 относится к трехфазным напряжениям U-, V- и W-фаз в соответствии с фиг.1. Однако, как обсуждалось выше, применимое количество фаз не ограничивается тремя.
[0037] Далее уровень выходного напряжения Х-фазы выражается в виде V_X, а значение счетчика Х-фазы выражается в виде С_Х. Команда уровня напряжения V* также выражается как V*_X, последняя буква обозначает соответствующую фазу. Межфазное напряжение между фазой X и фазой Y представлено как V_XY. Кроме того, в первой форме осуществления изобретения используются два независимых регистра для счетчиков двух типов: один для запрета сдвига вверх, а другой - для запрета сдвига вниз. Это обозначается как u, d (сдвиг вверх, сдвиг вниз, соответственно) после указания фазы, например С_Xu, С_Xd.
[0038] Далее рассматривается работа согласно блок-схеме на фиг.3 в качестве примера управления инвертором 4, имеющим U-фазу, V-фазу и W-фазу. Блок-схема основана на следующих концепциях.
1. Если нет сдвига уровня, он выводится в соответствии с командой (если значения равны друг другу, может выводиться предыдущий выходной сигнал).
2. При сдвигах уровня проверяется перескок уровня.
2.1. Если происходит перескок уровня, предыдущий выходной сигнал сохраняется.
2.2. Если перескок уровня не происходит, уровень сдвигается на одну ступень и устанавливаются счетчики.
2.2.1. При установке счетчиков изменение собственной фазы в том же направлении и изменение других фаз в противоположном направлении запрещаются.
[0039] На основе вышеупомянутой концепции подавляется перескок уровня каждого фазного напряжения и межфазного напряжения. Далее описывается процесс блока 6 проверки и предотвращения перескока уровня со ссылкой на блок-схему последовательности операций на фиг.3.
[0040] На шаге S1 в блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня вводится сигнал команды уровня напряжения V*, предыдущий уровень выходного напряжения Vz и предыдущее значение счетчика Cz. На шаге S2 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает текущее значение счетчика С как текущее значение счетчика С = предыдущему состоянию счетчика Cz. На шаге S3 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня уменьшает каждое значение счетчика С большее нуля. На шаге S4 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня выбирает одну из U-фазы, V-фазы и W-фазы, при этом выбранная фаза обозначается как Х-фаза (X=U или X=V, или X=W).
[0041] На шаге S5 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня сравнивает команду V*_X уровня напряжения Х-фазы с предыдущим уровнем Vz_X выходного напряжения Х-фазы. Если происходит сдвиг уровня вниз (а именно, V*_X<Vz_X), процесс переходит к шагу S6. Если сдвиг уровня не происходит (а именно, V*_X=Vz_X), процесс переходит к шагу S9. Если происходит сдвиг уровня вверх (а именно, V*_X>Vz_X), процесс переходит к шагу S10.
[0042] На шаге S6 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня определяет, равно ли нулю значение счетчика С_Xd запрета сдвига вниз Х-фазы. Если значение счетчика запрета сдвига вниз Х-фазы C_Xd равно нулю, процесс переходит к шагу S7. Если значение счетчика запрета сдвига вниз Х-фазы С_Xd не равно нулю, процесс переходит к шагу S8. На шаге S7 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает уровень V_X выходного напряжения Х-фазы равным значению, которое на одну ступень ниже, чем предыдущий уровень выходного напряжения Vz X Х-фазы (V_X=Vz_X-1). Кроме того, значение счетчика С для Х-фазы устанавливается для запрета нисходящего сдвига, а значение счетчика С, для каждой фазы, отличной от Х-фазы, устанавливается для запрета восходящего сдвига. На шаге S8, так как устанавливается значение счетчика C_Xd для запрета сдвига вниз Х-фазы, блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает уровень выходного напряжения V_XX-фазы равным предыдущему уровню выходного напряжения Х-фазы Vz_X (V_X=Vz_X).
[0043] На шаге S9, так как команда V*_X уровня напряжения Х-фазы равна предыдущему уровню выходного напряжения Vz_X Х-фазы, блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает уровень V X выходного напряжения Х-фазы равным команде уровня напряжения V*_X Х-фазы (V_X=V*_X).
[0044] На шаге S10 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня определяет, равно ли нулю значение счетчика запрета сдвига вверх Х-фазы С_Xu. Когда значение счетчика запрета сдвига вверх Х-фазы С_Xu не равно нулю, процесс переходит к шагу S11. Когда значение счетчика запрета сдвига вверх Х-фазы С_Xu равно нулю, процесс переходит к шагу S12. На шаге S11, так как значение счетчика запрета сдвига вверх Х-фазы С_Xu установлено, блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает уровень V X выходного напряжения Х-фазы равным предыдущему уровню Vz_X выходного напряжения Х-фазы (V_X=Vz_X). На шаге S12 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает уровень выходного напряжения V_XX-фазы на значение, которое на одну ступень выше, чем предыдущий уровень Vz_X выходного напряжения Х-фазы (Vz_X+1). Кроме того, значение счетчика С Х-фазы устанавливается для запрета сдвига вверх, а значение счетчика С, отличного от Х-фазы, устанавливается для запрета сдвига вниз.
[0045] На шаге S13 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня определяет, были ли выполнены определение и обработка для всех фаз. Когда определение и обработка были выполнены для всех фаз, процесс переходит к шагу S14. Когда определение и обработка еще не выполнены для всех фаз, процесс возвращается к шагу S4. На шаге S14 блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня выводит уровень выходного напряжения V (как набор выходных сигналов фаз V_U, V_V, V_W) и значение счетчика С, и завершает обработку в текущем периоде управления.
[0046] Таким образом, блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня сконфигурирован так, чтобы: для сдвига вверх уровня выходного напряжения первой из фаз устанавливать значение счетчика для запрета сдвига вверх уровня выходного напряжения первой фазы в течение заранее заданного времени и устанавливать значение счетчика для запрета сдвига вниз уровня выходного напряжения второй одной из фаз, отличных от первой фазы, в течение заранее заданного времени; и для сдвига вниз уровня выходного напряжения первой фазы, устанавливать значение счетчика для запрета сдвига вниз уровня выходного напряжения первой фазы в течение заранее заданного времени и устанавливать значение счетчика для запрета сдвига вверх уровня выходного напряжения второй фазы в течение заранее заданного времени.
[0047] Период ожидания ("waitcycle") представляет собой величину, назначаемую при установке значения счетчика. Значение периода ожидания устанавливается равным целому числу, чтобы удовлетворять следующему математическому выражению (1) с использованием периода управления Тс управления предотвращением перескока уровня и минимального запаса времени tb (самого короткого буферного периода времени, не рассматриваемого как перескок уровня), требуемого после сдвига на одну ступень.
[0048]
[0049] Минимальный запас времени tb разработан таким образом, чтобы скорость изменения напряжения подавлялась ниже стандарта для каждой цели применения. В качестве приблизительного ориентира, минимальный запас времени tb устанавливается на значение на несколько мкс больше, чем значение установки буфера переключения (мертвого времени), чтобы предотвратить короткое замыкание.
[0050] В зависимости от того, равно ли значение счетчика С нулю, определяется, разрешено ли соответствующее переключение. Если значение счетчика С равно нулю, соответствующее переключение разрешается. Если значение счетчика С не равно нулю, соответствующее переключение запрещается. Для каждой фазы требуются счетчики двух типов: один для запрета сдвига вверх, а другой - для запрета сдвига вниз. Соответственно, в случае трех фаз используется всего шесть счетчиков.
[0051] При операциях одновременного переключения в нескольких фазах, которые вызывают перескок уровня, перескок уровня можно предотвратить путем обновления значения счетчика С в цикле, при этом оно удерживается на предыдущем уровне выходного напряжения, который является фазой, обрабатываемой позже в части цикла на фиг.3.
[0052] Это может быть модифицировано таким образом, чтобы записывалась командная информация каждой фазы, а порядок работы цикла мог быть изменен на шаге S4, так что более ранняя операция переключения имеет приоритет. В качестве альтернативы приоритетности более ранних операций переключения, можно изменить порядок проверки цикла на основе информации о выходной фазе, чтобы легко поддерживать равновесие трех фаз. Например, на основе фазы θи U-фазы вычисление цикла выполняется в следующем порядке: U->V->W в случае 0°<θu<120°, V->W->U в случае 120°<θu<240°, W->U->V в случае 240°<θu<360°.
[0053] Далее работа согласно блок-схеме проверяется в случае основной формы сигнала. На фиг.4 показана концептуальная диаграмма, показывающая пример работы блок-схемы для случая трех фаз. Далее работа описывается со ссылкой также на фиг.5.
[0054] На фиг.4 и 5 показаны значения команды уровня напряжения V*, уровня выходного напряжения V и значение счетчика С. Сначала, переключение не выполняется в течение длительного времени, а значения счетчиков C_Uu, C_Ud, C_Vu, C_Vd, C_Wu и С_Wd равны нулю при запуске (разрешены все виды переключения). Следовательно, когда команда уровня напряжения U-фазы V*_U повышается, разрешается соответствующее переключение.
[0055] Затем значение счетчика C_Uu для запрета сдвига вверх устанавливается для U-фазы, которая является собственной фазой, а значения счетчиков С_Vd и С_Wd для запрета сдвига вниз устанавливаются для других фаз, V-фазы и W-фазы. После этого команда уровня напряжения V-фазы V*_V снижается, но соответствующее переключение не разрешается, потому что счетчик C_Vd запрещает сдвиг вниз V-фазы, и только когда значение счетчика С_Vd становится равным нулю, уровень выходного напряжения V-фазы V_V переключается вниз.
[0056] В это время устанавливаются значения счетчиков C_Vd запрета сдвига вниз V-фазы и устанавливаются запрещающие значения счетчиков C_Uu и C_Wu запрета сдвига вверх U-фазы и W-фазы. Это означает, что перескок уровня межфазного напряжения V_UV из-за сдвига U-фазы вверх и сдвига V-фазы вниз может быть подавлен.
[0057] Вышеизложенное подтверждает, что перескок уровня межфазных напряжений подавляется путем определения уровней напряжения на основе блок-схемы на фиг.3.
[0058] Далее со ссылкой на фиг.6, 7 и 8 обсуждаются ситуации, когда операции переключения располагаются плотно. Далее описывается поведение двух фаз: U-фазы и V-фазы. Описание эквивалентных комбинаций опущено из-за симметрии между сдвигом вверх и сдвигом вниз и симметрии между двумя фазами.
[0059] На фиг.6, 7 и 8 вместо напряжений W-фазы показаны команда уровня межфазного напряжения V*_UV и уровень межфазного напряжения V_UV между U-фазой и V-фазой. Для простоты понимания они рассчитываются на основе уровней выходного напряжения U-фазы и V-фазы. Однако команда уровня межфазного напряжения V*_UV и уровень межфазного напряжения V_UV между U-фазой и V-фазой фактически не вводятся и не выводятся напрямую.
[0060] Следует отметить, что на фиг.6, 7 и 8 порядок рассмотрения фаз, а именно приоритет во время одновременных операций переключения в противоположных направлениях, установлен как U->V (фактически, может быть установлен любой приоритет).
[0061] Как видно из фиг.6, 7 и 8, перескок уровня фазных напряжений и перескок уровня межфазных напряжений могут быть подавлены, когда выполняются от двух до трех операций переключения с высокой плотностью. Чтобы подчеркнуть функцию блок-схемы, некоторые формы сигналов включают неправильную схему работы, которая обозначена пунктирной линией и помечена крестиком. Если блок-схема работает нормально, выходной сигнал отображается в виде сплошной линии без пунктирной линии формы колебания.
[0062] Далее обсуждается ситуация, когда четыре или более операций переключения выполняются плотно. Как видно из фиг.6, 7 и 8, после одной операции переключения (в двухфазной конфигурации U-фазы и V-фазы) только переключение собственной фазы в противоположном направлении или переключение другой фазы в том же направлении разрешено в период запрета.
[0063] Если выполняется вторая операция переключения, все операции переключения запрещаются на период запрета из-за первой операции переключения, и любые последующие операции переключения задерживаются до времени окончания периода запрета или исчезают в течение периода запрета.
[0064] В результате предотвращения перескока уровня может возникнуть новая проблема перескока уровня, когда операция задержанного переключения приближается к более поздней операции. Также в такой ситуации, если предположить, что переключение переместилось в конечную точку периода запрета, это можно объяснить формами сигналов на фиг.6, 7 и 8.
[0065] Таким образом, даже когда четыре или более операций переключения являются плотными, это только продолжение исследования фиг.6, 7 и 8, и гарантированно предотвращается перескок уровня фазных напряжений и перескок уровня межфазных напряжений.
[0066] Далее обсуждается случай, когда инвертор имеет множественные уровни. Тот факт, что инвертор имеет множественные уровни, может повлиять на то, когда происходит многоуровневый перескок во время периода запрета. Однако, поскольку даже в этой ситуации разрешен только одноступенчатый сдвиг в блок-схеме на фиг.3, перескок уровня можно предотвратить даже в таком многоуровневом инверторе.
[0067] Далее обсуждается случай трех или более фаз. Поскольку установка значения счетчика для управления предотвращением перескока уровня основана на том, является ли цель собственной фазой или другой фазой, можно понять, что перескоки межфазного уровня между всеми фазами постоянно управляются, даже если количество фаз равно трем. Для одновременных операций переключения нескольких фаз перескок уровня предотвращается обновлением значения счетчика во время цикла, как показано на блок-схеме на фиг.3.
[0068] Управление предотвращением перескока уровня может применяться к любому числу фаз, четырем или более. Блок-схема на фиг.3 может применяться в тех случаях, когда каждая фаза имеет межфазное напряжение по отношению к другой фазе (подключение по типу соединения звездой). Например, если четыре фазы соединены в форме квадрата, межфазное напряжение между диагональными фазами отсутствует. Соответственно, следует отметить, что счетчики предусмотрены только для фаз, требующих их.
[0069] Далее обсуждается блок 9 генерации управляющего сигнала. Блок 9 генерации управляющего сигнала генерирует управляющий сигнал для вывода уровня выходного напряжения V. Это определяется в соответствии с конфигурацией схемы применяемого инвертора 4.
[0070] Обычно требуется распределить нагрузку между элементами. Эта пункт может быть определен со ссылкой на порядок переключения в ШИМ и т.п. Если это сложно, можно использовать систему, которая подготавливает таблицу. Однако в инверторе с последовательным мультиплексированием, в котором многочисленные однофазные инверторы включены последовательно в каждой из U-, V- W-фаз, может возникнуть очень небольшой импульс из-за мертвого времени, в зависимости от напряжения каждой фазы и распределения для каждого однофазного инвертора. Этот очень слабый импульс не может быть обработан блоком 6 проверки и предотвращения перескока уровня, и он может вызывать перескок уровня, который следует тщательно предотвращать.
[0071] Как описано выше, посредством управления, обеспечивающего период запрета для конкретной операции переключения согласно первой форме осуществления изобретения, перескок уровня фазных напряжений (напряжений относительно земли) и перескок уровня межфазных напряжений могут подавляться в инверторной системе, имеющей произвольное число фаз и произвольное число уровней.
[0072] По сравнению с патентным документом 1, первая форма осуществления изобретения имеет преимущество, заключающееся в том, что учитываются фазные напряжения, и цель применения не ограничивается инверторами с последовательным мультиплексированием.
[0073] Вторая форма осуществления изобретения
В первой форме осуществления изобретения рассматривается управление, которое предотвращает скачок уровня фазных напряжений и скачок уровня межфазных напряжений. Однако фазные напряжения могут быть легко подавлены другим способом, таким как способ ограничения скорости изменения напряжения, когда блок 1 управления высокого уровня генерирует команду напряжения Vref. Кроме того, в некоторых ситуациях стандартное значение скорости изменения напряжения различается между фазным напряжением (напряжением относительно земли) и межфазным напряжением, и допускается двухуровневый перескок фазного напряжения. Поэтому во второй форме осуществления изобретения рассматривается управление, которое предотвращает только скачок уровня межфазных напряжений без учета фазных напряжений.
[0074] Вторая форма осуществления изобретения такая же, как первая форма осуществления изобретения, за исключением блок-схемы последовательности операций. А именно, конфигурация системы такая же, как на фиг.1 и 2.
[0075] На фиг.9 показана блок-схема последовательности операций блока 6 проверки и предотвращения перескока уровня согласно второй форме осуществления изобретения. Описание конфигурации эквивалентно описанию фиг.3, где части, относящиеся к счетчику (S3a, S6a, S7a, S10a, S12a), модифицированы по сравнению с таковыми на фиг.3.
[0076] Ниже описывается концепция блок-схемы последовательности операций второй формы осуществления изобретения. К первой форме осуществления изобретения добавлен пункт 2.2.2.
1. Когда нет сдвига уровня, он выводится в соответствии с командой (если значения равны друг другу, может выводиться предыдущий уровень выходного напряжения).
2. При сдвигах уровня проверяется перескок уровня.
2.1. Если происходит перескок уровня, предыдущий выходной сигнал сохраняется.
2.2. Если перескок уровня не происходит, уровень сдвигается на одну ступень и устанавливаются значения счетчиков.
2.2.1. При установке значений счетчиков изменение собственной фазы в том же направлении и изменение других фаз в противоположном направлении запрещаются.
2.2.2. Значения счетчиков обновляются последовательно каждый раз при выполнении переключения.
[0077] На основе вышеупомянутой концепции предотвращается скачок уровня межфазных напряжений. Далее описывается процесс, выполняемый блоком 6 проверки и предотвращения перескока уровня согласно второй форме осуществления изобретения, со ссылкой на блок-схему на фиг.9, при этом описываются только части, отличные от показанных на фиг.3, а описание одинаковых частей опущено. Во второй форме осуществления изобретения счетчик является общим для запрета сдвига вверх и запрета сдвига вниз.
[0078] На шаге S3a блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня уменьшает каждое значение счетчика С, большее нуля, и увеличивает каждое значение счетчика С, меньшее нуля.
[0079] На шаге S6a блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня определяет, больше или равно ли нулю значение счетчика Х-фазы  Когда значение счетчика Х-фазы С_X больше или равно нулю, процесс переходит к шагу S7a. Когда значение счетчика Х-фазы С_Х меньше нуля, процесс переходит к шагу S8. На шаге S7a блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает уровень V_X выходного напряжения Х-фазы на значение, которое на одну ступень ниже, чем предыдущий уровень Vz_X (Vz_X-1) выходного напряжения Х-фазы. Кроме того, значение счетчика С Х-фазы устанавливается отрицательным, а значение счетчика С каждой фазы, кроме Х-фазы, устанавливается положительным.
[0080] На шаге S10a блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня определяет, является ли значение счетчика Х-фазы С_Х меньшим или равным нулю . Если значение счетчика Х-фазы С_Х больше нуля, процесс переходит к шагу S11. Если значение счетчика Х-фазы С_X меньше или равно нулю, процесс переходит к шагу S12a. На шаге S12a блок 6 проверки и предотвращения перескока уровня устанавливает уровень V_X выходного напряжения Х-фазы на значение (Vz_X+1), которое на одну ступень выше, чем предыдущий уровень выходного напряжения Vz_X Х-фазы. Кроме того, значение счетчика Х-фазы С устанавливается положительным, а значение счетчика С каждой фазы, кроме Х-фазы, устанавливается отрицательным.
[0081] Ниже описаны изменения в счетчике. Когда сдвиг вверх запрещен, "период ожидания" назначается счетчику С, и когда сдвиг вниз запрещается, "период ожидания" назначается счетчику С. Операция подсчета выполняется путем уменьшения или увеличения в направлении приближения к нулю.
[0082] Например, когда значение счетчика С_X равно нулю, в Х-фазе разрешаются как сдвиг вверх, так и сдвиг вниз. Если значение счетчика С_X больше нуля, в Х-фазе запрещается сдвиг вверх. Если значение счетчика С_Х меньше нуля, в Х-фазе запрещается сдвиг вниз.
[0083] Кроме того, путем уменьшения числа регистров до половины (по одному для каждой фазы) и обновления значения счетчика каждый раз, когда выполняется переключение, ненужные периоды запрета переключения могут быть сокращены по сравнению с первой формой осуществления изобретения.
[0084] Что касается установки значения счетчика, выше описано, что учитываются только межфазные напряжения. Однако в блок-схеме на фиг.9 счетчик запрета переключения в том же направлении устанавливается в собственной фазе. Это сделано для предотвращения скачка уровня межфазных напряжений из-за перескока уровня фазных напряжений. Однако, как обсуждается ниже, следует отметить, что может происходить перескок уровня фазных напряжений, хотя можно предотвратить перескок уровня межфазных напряжений.
[0085] Ниже описывается пример работы. На фиг.10 показана работа согласно блок-схеме фиг.9. Фиг. 10(u), 10(v), 10(w) соответствуют фиг.4, 7(m), 7(q) в первой форме осуществления изобретения.
[0086] На фиг.10(u) показано подавление перескока базового уровня, при котором сдвиг вниз V-фазы запрещается начальным сдвигом вверх U-фазы, а сдвиг вниз V-фазы выполняется в конце периода запрета. Уровень выходного напряжения V такой же, как и в первой форме осуществления изобретения, но можно видеть, что число счетчиков уменьшено, и значение каждого счетчика увеличивается и уменьшается, чтобы запретить сдвиг вверх и сдвиг вниз.
[0087] На фиг.10(v) показана ситуация во второй форме осуществления изобретения, когда уровень фазного напряжения перескакивает, хотя первая форма осуществления изобретения показывает форму колебания без перескока уровня фазного напряжения. Во второй форме осуществления изобретения, поскольку значение счетчика обновляется последовательно, перескок уровня фазных напряжений не может быть предотвращен, хотя можно предотвратить перескок уровня межфазных напряжений.
[0088] В отличие от случая в первой форме осуществления изобретения, где имеется ненужный период запрета, на фиг.10(w) показан случай во второй форме осуществления изобретения, когда не возникает ненужного периода запрета. Это также связано с последовательным обновлением значения счетчика. Во второй форме осуществления изобретения, когда уровень межфазного напряжения не перескакивает, нет влияния очень малого импульса.
[0089] Как обсуждалось выше, вторая форма осуществления изобретения способна предотвращать перескоки уровня межфазных напряжений и решать проблему ошибки напряжения из-за ненужных периодов запрета, как в первой форме осуществления изобретения.
[0090] Вторая форма осуществления изобретения может быть применена к инверторной системе, имеющей множественные уровни, аналогично первой форме осуществления изобретения, поскольку уровень сдвигается ступень за ступенью.
[0091] Ниже обсуждается случай трех или более фаз. На первый взгляд, есть опасения, что некоторыми межфазными напряжениями нельзя управлять из-за того, что значения счетчиков обновляются последовательно. Следовательно, рассматривается случай, когда первая фаза переключается, а вторая фаза переключается в направлении, в котором вторая фаза разрешена в течение периода времени запрета, вызванного переключением первой фазы.
[0092] В течение периода запрета, вызванного переключением первой фазы, переключение второй фазы в противоположном направлении постоянно разрешено, так что значение счетчика фазы, отличной от двух фаз, которые только что были переключены, поддерживается положительным или отрицательным (направление запрета не меняется). А именно, в течение периода запрета посредством одной операции переключения, направление запрета не изменяется путем перезаписи. Следовательно, не происходит перескока уровня межфазного напряжения, которое было отмечено перед перезаписью, так что вторая форма осуществления изобретения может применяться к множественным фазам.
[0093] Как описано выше, посредством выполнения управления для обеспечения периода запрета для конкретной операции переключения согласно второй форме осуществления изобретения в инверторной системе, имеющей произвольное количество фаз и произвольное количество уровней, можно предотвратить перескок уровня межфазных напряжений и выполнить управление, в котором причин, вызывающих погрешность напряжения, меньше, чем в первой форме осуществления изобретения.
[0094] Хотя настоящее изобретение подробно описано выше со ссылкой только на конкретные формы осуществления изобретения, специалистам в данной области техники ясно, что в рамках технической идеи настоящего изобретения могут быть выполнены различные модификации. Естественно, такие модификации входят в объем формулы изобретения.