Контроллер вращающейся электрической машины

Контроллер вращающейся электрической машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к контроллеру вращающейся электрической машины, причем к контроллеру, способному к выполнению управления вращением, получая информацию о положении ротора без использования датчика положения ротора во вращающейся электрической машине, такой как асинхронная машина, синхронная машина и тому подобное.

Предшествующий уровень техники

Для того чтобы точно управлять операцией вращения вращающейся электрической машины, требуется информация о положении ротора вращающейся электрической машины и информация о токе, протекающем во вращающейся электрической машине. Традиционно, информация о положении ротора получается посредством отдельной установки датчика положения ротора во вращающуюся электрическую машину. Однако существенно невыгодно отдельно устанавливать датчик положения ротора с точки зрения снижения затрат, экономии пространства и увеличения надежности, и, таким образом, существует потребность в бессенсорном способе, который не требует датчика положения ротора.

В качестве бессенсорного способа управления, не требующего датчика положения ротора во вращающейся электрической машине, главным образом, используют следующие способы: способ, в котором положение ротора вращающейся электрической машины оценивается на основании наведенного напряжения вращающейся электрической машины; и способ, в котором положение ротора вращающейся электрической машины оценивается с использованием явнополюсности. Поскольку величина наведенного напряжения, используемого в первом способе, типично пропорциональна частоте вращения вращающейся электрической машины, наведенное напряжение уменьшается на близкой к нулю частоте вращения или в диапазоне низких частот вращения, а отношение S/N (сигнал/шум) ухудшается. Поэтому трудно оценивать положение ротора вращающейся электрической машины. С другой стороны, в последнем способе, который использует явнополюсность, сигнал оценки положения ротора для оценки положения ротора вращающейся электрической машины необходимо вводить во вращающуюся электрическую машину, однако полезно, чтобы положение ротора вращающейся электрической машины могло оцениваться независимо от частоты вращения вращающейся электрической машины. Поэтому бессенсорный способ управления, использующий явнополюсность, применяется для детектирования положения в диапазоне, близком к нулю или низких частот вращения.

Традиционно в бессенсорном способе управления, использующем явнополюсность, для того чтобы формировать высокочастотные сигналы (для детектирования положения ротора с магнитными полюсами), которые отличны от частоты возбуждения для вращающейся электрической машины, в качестве сигналов для оценки положения ротора сигналы несущей трех фаз, каждый из которых имеет произвольную частоту и формируется генератором сигнала несущей, подвергаются сдвигу по фазе фазосдвигающим устройством, а фазы у фазы V и фазы W сдвигаются на угол Δθ и угол 2Δθ соответственно по отношению к фазе U. Сдвинутые по фазе сигналы сравниваются со значениями команд напряжения посредством использования компаратора для формирования сигналов переключения, которые затем вводятся в инверторную схему. В инверторной схеме высокочастотные токи трех фаз, которые формируются вследствие приведения в действие вращающейся электрической машины сигналами переключения, выделяются через полосовой фильтр (ПФ, BPF). Затем высокочастотные токи трех фаз преобразуются преобразователем координат по оси α, оси β, оси α' и оси β' и извлекаются пиковые значения составляющих тока, а затем подвергаются процессу усреднения посредством использования блока вычисления абсолютного значения и фильтра нижних частот, а затем θ блоком вычисления положения магнитного полюса оценивается угол θ (например, см. патентный документ 1).

Дополнительно в качестве еще одного традиционного способа, который использует явнополюсность, известен способ, в котором в качестве координат управления используется прямоугольная система координат в осях d-q, которая вращается синхронно с ротором или вектором магнитного потока, и высокочастотный сигнал накладывается на значение команды тока намагничивания оси d, с тем чтобы детектировать токи, протекающие во вращающуюся электрическую машину. Двухфазные токи получаются трехфазным/двухфазным преобразованием вышеприведенных токов. Вычисляется квадрат амплитуды вектора каждого детектированного тока, который является суммой квадратов токов двух фаз, и вычисляется сумма квадрата значения команды тока намагничивания оси d и квадрата значения команды тока вращающего момента оси q, то есть квадрат амплитуды вектора тока команды, и квадрат амплитуды вектора тока команды вычитается из квадрата амплитуды вектора тока детектирования. На основании значения, полученного вычитанием, вычисляется отклонение от координат управления, посредством чего оценивается положение ротора во вращающейся электрической машине (например, см. патентный документ 2).

С другой стороны, информация о токе, протекающем во вращающуюся электрическую машину, традиционно детектируется посредством компоновки множества датчиков тока между средством приложения напряжения, таким как инвертор или тому подобное, и вращающейся электрической машиной, и детектированием посредством использования датчиков тока, причем тока вращающейся электрической машины, протекающего между средством приложения напряжения и вращающейся электрической машиной. Например, в случае трехфазной вращающейся электрической машины переменного тока токи вращающейся электрической машины, по меньшей мере, двух фаз из числа трех фаз детектируются с использованием двух датчиков тока. Однако компоновка множества датчиков тока требует дополнительных затрат. Таким образом, ради снижения затрат на датчики тока существует способ, в котором только один датчик тока используется для детектирования значения постоянного тока шины, протекающего между источником напряжения постоянного тока, который является источником входного сигнала в средство приложения напряжения, такое как инвертор или тому подобное, и инвертором, с тем чтобы вычислять и идентифицировать фазу вращающейся электрической машины, в которой ток протекает во время детектирования в соответствии с разницей шаблонов переключения ключей соответственных фаз средства приложения напряжения, такого как инвертор или тому подобное.

Вышеприведенный способ увеличивает снижение затрат на датчики тока. Однако когда значения команд напряжения перекрываются или близки друг к другу, например, когда коэффициент модуляции основных гармоник для приведения в действие вращающейся электрической машины мал или когда значения команд двух фаз, среди значений команд напряжения трех фаз, перекрываются друг с другом, то переключающие элементы соответственных фаз средства приложения напряжения, такого как инвертор или тому подобное, выполняют переключение по существу одновременно, что приводит, по существу, к отсутствию разницы в шаблоне переключения. Поэтому способ имеет проблему в том, что трудно идентифицировать фазу вращающейся электрической машины, в которой протекает ток.

Для решения вышеприведенной проблемы традиционно предлагается способ, который комбинируется с бессенсорным управлением, и в этом способе несущие трех фаз подготавливаются для оценки положения ротора посредством использования высокочастотных токов, формируемых модуляцией несущих трех фаз, а несущие трех фаз, используемые для оценки положения ротора, используются для формирования разницы в шаблонах переключения переключающих элементов соответственных фаз средства приложения напряжения, такого как инвертор или тому подобное, тем самым детектируя постоянный ток шины, даже когда коэффициент модуляции основных гармоник для приведения в действие вращающейся электрической машины мал. Соответственно можно идентифицировать фазу вращающейся электрической машины, в которой протекает ток, и вычислять ток, протекающий во вращающуюся электрическую машину (например, см. непатентный документ 1).

Патентный документ 1: выложенная публикация № 2003-52193 патента Японии

Патентный документ 2: патент № 3707528 Японии

Непатентный документ 1: Initial Rotor Position Estimation Characteristics of Mechanical-Current Segsorless IPM Motor Using PWM Harmonics Detected in DC-Bus Current (I.E.E. Japan Industry Application Society Conference (характеристики оценки начального положения ротора электродвигателя с электромеханическим бессенсорным ИСМ с использованием гармоник ШИМ, детектированных в постоянном токе шины (конференция японского общества промышленных применений Института инженеров по электротехнике), 1-100 (2005)).

В доступном для коммерческого приобретения микрокомпьютере общего назначения для управления вращающейся электрической машиной один сигнал несущей используется для выполнения (PWM) ШИМ-модуляции по командам напряжения трех фаз. С другой стороны, в патентном документе 1, для того чтобы формировать сигнал оценки положения, подготавливаются сигналы несущих трех фаз, а в непатентном документе 1, для того чтобы вычислить ток, протекающий во вращающуюся электрическую машину, на основании постоянного тока шины, необходимо подготавливать сигналы несущих трех фаз. При этом образе действий в традиционных технологиях, поскольку необходимо подготавливать сигналы несущих трех фаз, трудно использовать доступный для коммерческого приобретения микрокомпьютер общего применения, что приводит к невозможности использования недорогой конфигурации.

Дополнительно поскольку используются сигналы несущих трех фаз, когда выборка тока выполняется поблизости от пика и впадины каждого из сигналов несущих, возможен случай, где момент времени, когда выполняется дискретизация тока в одной фазе, совпадает с временными характеристиками переключения другой фазы, и, следовательно, дискретизация тока подвергается воздействию включения/выключения инвертора, которые могут вызывать нарушение в дискретизацию.

Дополнительно в способе оценки положения, раскрытом в патентном документе 2, оценка положения выполняется с использованием двух частей информации, то есть команды тока и тока детектирования, что приводит к проблеме увеличения арифметической обработки для вычисления положения оценки посредством обработки двух частей информации.

Краткое изложение существа изобретения

Настоящее изобретение предназначено для решения вышеприведенных проблем.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить контроллер вращающейся электрической машины, причем контроллер, способный к точной оценке положения ротора и управлению вращающейся электрической машиной посредством детектирования информации о токе, протекающем во вращающуюся электрическую машину, с использованием всего лишь одиночного сигнала несущей и, в частности, без использования датчика положения ротора.

Дополнительно настоящее изобретение направлено на случай, где фаза вращающейся электрической машины, в которой протекает ток, определяется на основании постоянного тока шины. То есть еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить возможность вычисления тока, протекающего во вращающуюся электрическую машину, на основании постоянного тока шины, используя сигнал оценки положения, сформированный с использованием одиночного сигнала несущей, и простую конфигурацию, даже когда значения команд напряжения перекрываются или близки друг к другу, что не может быть достигнуто традиционными технологиями.

Контроллер вращающейся электрической машины согласно настоящему изобретению выполняет управление вращением вращающейся электрической машины и включает в себя: средство детектирования тока для детектирования токов вращающейся электрической машины, протекающих во вращающуюся электрическую машину; средство оценки положения для оценки положения ротора в соответствии с токами вращающейся электрической машины, детектированными средством детектирования тока; средство управления для выдачи команд напряжения в соответствии с положением ротора, оцененным средством оценки положения; средство широтно-импульсной модуляции для выдачи логических сигналов, которые подвергнуты широтно-импульсной модуляции, на основании команд напряжения от средства управления и цикла переключения, используемого для управления широтно-импульсной модуляцией; и средство приложения напряжения для приложения напряжений к вращающейся электрической машине в соответствии с логическими сигналами, выданными средством широтно-импульсной модуляции. Команды напряжения, выдаваемые средством управления, получаются наложением на напряжения основных гармоник для приведения в действие вращающейся электрической машины, напряжений детектирования положения, каждое из которых имеет цикл, равный m-кратному значению (m - целое число от трех или более) цикла переключения, и которые отличны по фазе между соответственных фаз.

В этом случае может быть применима конфигурация, в которой средство детектирования тока замещено средством детектирования тока шины для детектирования тока шины, протекающего между средством приложения напряжения и источником напряжения постоянного тока, подающим питание постоянного тока на средство приложения напряжения, и средством вычисления тока вращающейся электрической машины для вычисления токов вращающейся электрической машины, протекающих во вращающуюся электрическую машину, в соответствии с током шины, детектированным средством детектирования тока шины, и обоими или любыми из логических сигналов и команд напряжения.

В контроллере вращающейся электрической машины согласно настоящему изобретению команды напряжения, выдаваемые средством управления в средство широтно-импульсной модуляции, получают наложением на напряжения основных гармоник для приведения в действие вращающейся электрической машины, напряжений детектирования положения, каждое из которых имеет цикл, равный m-кратному значению (m - целое число от трех или более) цикла переключения, используемого для управления широтно-импульсной модуляцией, и которые отличны по фазе между соответственных фаз. Таким образом, когда напряжения переменного тока прикладываются для приведения в действие вращающейся электрической машины, токи вращающейся электрической машины, протекающие во вращающуюся электрическую машину, включают в себя переменные токи детектирования положения, имеющие частоту, соответствующую напряжениям детектирования положения. Поэтому токи вращающейся электрической машины детектируются средством детектирования тока, а переменные токи детектирования положения, включенные в токи вращающейся электрической машины, выделяются средством оценки положения, в силу чего может оцениваться положение ротора.

Соответственно посредством использования только лишь одиночного сигнала несущей и без особого использования датчика положения ротора можно точно оценивать положение ротора и управлять вращающейся электрической машиной, детектируя токи вращающейся электрической машины, протекающие во вращающуюся электрическую машину.

Дополнительно ток шины детектируется средством детектирования тока шины, и токи вращающейся электрической машины, протекающие во вращающуюся электрическую машину, вычисляются средством вычисления тока вращающейся электрической машины в соответствии с током шины и обоими или любыми из логических сигналов и команд напряжения, в силу чего можно уменьшать количество деталей средства детектирования тока, а также можно увеличить снижение затрат. Более того, одновременно напряжения трехфазного переменного тока, каждое из которых имеет цикл, равный m-кратному значению цикла переключения, и которые отличны по фазе, между соответственных фаз, используются в качестве напряжений детектирования положения, используемых для оценки положения, в силу чего можно вычислить токи, протекающие во вращающуюся электрическую машину, используя простую конфигурацию, и на основании постоянного тока шины, даже когда значения напряжений основных гармоник трех фаз для приведения в действие вращающейся электрической машины по существу идентичны друг другу (когда коэффициент модуляции мал или когда две фазы из трех фаз перекрываются друг с другом).

Цикл вычисления средством управления обычно устанавливается равным или кратным циклу переключения. Таким образом, когда цикл напряжений детектирования положения токов трехфазного переменного тока, используемых для оценки положения, не кратен циклу переключения, напряжения детектирования положения будут прерывистыми, а его среднее значение по времени не является нулевым, что вызывает формирование зыби. Однако в настоящем изобретении цикл напряжений детектирования положения у трехфазных переменных токов, используемых для оценки положения, устанавливается равным m-кратному значению (m - целое число от трех или более) цикла переключения, и, таким образом, напряжения детектирования положения изменяются непрерывно, и можно предотвращать формирование зыби.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 - изображает структурную схему, показывающую контроллер вращающейся электрической машины согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - структурную схему, подробно показывающую средство оценки положения, предусмотренное в контроллере, показанном на фиг.1;

Фиг.3 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу в первом варианте осуществления;

Фиг.4 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу в первом варианте осуществления;

Фиг.5 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу в первом варианте осуществления;

Фиг.6 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу в первом варианте осуществления;

Фиг.7 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу в первом варианте осуществления;

Фиг.8 - структурную схему, подробно показывающую средство оценки положения, предусмотренное в контроллере, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.9 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу средства оценки положения, показанного на фиг.8;

Фиг.10 - структурную схему, показывающую контроллер вращающейся электрической машины согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.11 - структурную схему, показывающую контроллер вращающейся электрической машины согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.12 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу контроллера согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.13 - структурную схему, показывающую контроллер вращающейся электрической машины согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.14 - структурную схему, показывающую контроллер традиционной вращающейся электрической машины, причем контроллер вычисляет токи вращающейся электрической машины по постоянному току шины;

Фиг.15 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу контроллера вращающейся электрической машины, имеющей конфигурацию, показанную на фиг.14;

Фиг.16 - структурную схему, показывающую средство приложения напряжения контроллера вращающейся электрической машины, показанной на фиг.14;

Фиг.17 - структурную схему, показывающую контроллер еще одной традиционной вращающейся электрической машины, причем контроллер вычисляет токи вращающейся электрической машины по постоянному току шины;

Фиг.18 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу контроллера вращающейся электрической машины, имеющей конфигурацию, показанную на фиг.17;

Фиг.19 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу контроллера вращающейся электрической машины, имеющей конфигурацию, показанную на фиг.14 или фиг.17, в случае, где возникает проблема при вычислении токов вращающейся электрической машины на основании постоянного тока шины;

Фиг.20 - структурную схему, показывающую контроллер вращающейся электрической машины согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.21 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу контроллера вращающейся электрической машины, показанного на фиг.20;

Фиг.22 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу контроллера согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.23 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу в восьмом варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг.24 - структурную схему, показывающую контроллер вращающейся электрической машины согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.25 - поясняющую диаграмму, иллюстрирующую работу контроллера вращающейся электрической машины, имеющей конфигурацию, показанную на фиг.24.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Первый вариант осуществления

На фиг.1-7 показан первый вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг.1 изображает структурную схему, показывающую общую конфигурацию контроллера вращающейся электрической машины, фиг.2 изображает структурную схему, подробно показывающую средство оценки положения, показанное на фиг.1, и фиг.3 по фиг.7 каждая является поясняющей схемой для разъяснения работы.

В первом варианте осуществления вращающаяся электрическая машина 1, например, является машиной синхронного типа с внутренними постоянными магнитами, и к вращающейся электрической машине 1 подключен инвертор 6 в качестве средства приложения напряжения, который прикладывает к ней предопределенное напряжение управления. В дополнение скомпоновано средство 2 детектирования тока, которое детектирует токи iu и iv вращающейся электрической машины двух фаз, протекающие между инвертором 6 и вращающейся электрической машиной 1, средство 3 оценки положения, которое вычисляет положение ротора вращающейся электрической машины 1, средство 4 управления (будет подробно описано позже), которое выдает команды Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения, которые являются командами напряжения приведения в действие, которые должны прикладываться к вращающейся электрической машине 1, средство 5 управления широтно-импульсной модуляцией (будет подробно описано позже), которое выдает логические сигналы Vu1, Vv1 и Vw1, которые подвергнуты широтно-импульсной модуляции в соответствии с командами Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения, выдаваемыми из средства 4 управления.

Средство 4 управления включает в себя вычитатель 42, регулятор 7 тока оси d, регулятор 8 тока оси q, преобразователь 9 координат, двухфазный/трехфазный конвертер 10 в качестве средства команд напряжения, трехфазный/двухфазный конвертер 11 и преобразователь 12 координат. Средство 4 управления также включает в себя генератор 14 напряжения детектирования положения и сумматор 41. Дополнительно, средство 5 широтно-импульсной модуляции включает в себя генератор 13 цикла переключения в качестве секции формирования цикла переключения и контроллер 15 широтно-импульсной модуляции.

Средство 2 детектирования тока согласно первому варианту осуществления, например, является трансформатором или тому подобным и детектирует токи двух фаз, то есть ток iu фазы U и ток iv фазы V, с линии питания, осуществляющей соединение между вращающейся электрической машиной 1 и инвертором 6. Однако в качестве альтернативы могут детектироваться любые токи двух фаз среди тока фазы U, тока фазы V и тока фазы W. В качестве еще одной альтернативы средство 2 детектирования тока может детектировать токи трех фаз, то есть ток фазы U, ток фазы V и ток фазы W. Кроме того, еще, альтернативно, в качестве средства 2 детектирования тока, способ, использующий постоянный ток шины, выдаваемый в инвертор 6, который будет описан позже, может использоваться для вычисления и детектирования токов.

Как более подробно описано позже, напряжения Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения трех фаз, выдаваемые генератором 14 напряжения детектирования положения, накладываются на напряжения Vup*, Vvp* и Vwp* основных гармоник для приведения в действие вращающейся электрической машины, и, следовательно, токи вращающейся электрической машины двух фаз, то есть ток iu фазы U и ток iv фазы V вращающейся электрической машины 1, детектированные средством 2 детектирования тока, включают в себя составляющие переменного тока детектирования положения, которые имеют частоты, соответствующие напряжениям Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения.

Соответственно средство 3 оценки положения выделяет высокочастотные переменные токи детектирования положения, которые формируются во вращающейся электрической машине 1 и заключены в токах вращающейся электрической машины, и получает и выдает, на основании токов детектирования положения, информацию θp о положении ротора. Как показано на фиг.2, средство 3 оценки положения сконфигурировано так, чтобы трехфазный/двухфазный конвертер 19, преобразователи 20 Фурье, два умножителя 21, вычитатель 22 и блок 23 вычисления положения были соединены последовательно. Отмечено, что трехфазный/двухфазный конвертер 19 скомпонован, так как преобразование в двухфазные токи уменьшает количество информации, требуемой для оценки положения, выполняемой на последующих этапах, что приводит к простому вычислению. В дополнение преобразователь 20 Фурье сконструирован, чтобы выделять переменные токи детектирования положения, включенные в токи вращающейся электрической машины.

Контроллер 7 тока оси d использует пропорционально-интегральное регулирование или тому подобное для устранения отклонения Δid между значением id* команды тока оси d и id, выдаваемым из преобразователя 12 координат, причем отклонение Δid получается из вычитателя 42, тем самым выдавая напряжение Vd* основных гармоник оси d. Контроллер 8 тока оси q использует пропорционально-интегральное регулирование или тому подобное для устранения отклонения Δiq между значением iq* команды тока оси q и iq, выдаваемым из преобразователя 12 координат, причем отклонение Δiq получается из вычитателя 42, тем самым выдавая напряжение Vq* основных гармоник оси q. Преобразователь 9 координат использует информацию о положении ротора, выдаваемую средством 3 оценки положения, с тем чтобы преобразовывать напряжение Vd* основных гармоник оси d и напряжение Vq* основных гармоник оси q в напряжения Vα* и Vβ* основных гармоник на двух неподвижных осях (осях α-β). В дополнение двухфазный/трехфазный конвертер 10 преобразует напряжения α* и Vβ* основных гармоник в напряжения Vu*, Vv* и Vw* основных гармоник трех фаз, каждое в форме синусоидального колебания или тому подобного.

С другой стороны, трехфазный/двухфазный конвертер 11 преобразует ток iu фазы U и ток iv фазы V, которые детектируются средством 2 детектирования тока, в токи iα и iβ по двум неподвижным осям (осям α-β). В дополнение преобразователь 12 координат использует информацию θp о положении ротора, выдаваемую средством 3 оценки положения, для преобразования iα и iβ в токи id и iq по двум вращающимся осям (осям d-q).

Генератор 13 цикла переключения выдает значение цикла Tc переключения в контроллер 15 широтно-импульсной модуляции и генератор 14 напряжения детектирования положения. Отмечено, что цикл Tc переключения имеет значительно более короткий цикл, чем циклы напряжений Vu*, Vv* и Vw* основных гармоник трех фаз, и цикл Tc переключения заблаговременно устанавливается в оптимальное значение, принимая во внимание электрические характеристики вращающейся электрической машины 1, частоту электромагнитного шума, формируемого вследствие приведения в действие инвертора, и тому подобное.

Генератор 14 напряжения детектирования положения формирует напряжения Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения, каждое из которых имеет цикл m·Tc, который равен m-кратному значению (m - целое число от трех или более, а причина «трех или более» будет описана позже) цикла Tc переключения, выдаваемого из генератора 13 цикла переключения, и которые отличны по фазе друг от друга, с тем чтобы выдаваться в сумматор 41.

Сумматор 41 накладывает напряжения Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения на высоких частотах (цикл m·Tc), которые выдаются из генератора 14 напряжения детектирования положения, на напряжения Vu*, Vv* и Vw* основных гармоник, которые выдаются из двухфазного/трехфазного конвертера 10, и выдает команды Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения, в качестве результирующих величин, в контроллер 15 широтно-импульсной модуляции. Здесь причина, почему m является целым числом от трех или более, состоит в том, что, когда m имеет значение 1 или 2, напряжения Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения трех фаз, каждое из которых имеет цикл, равный циклу m·Tc, то есть m-кратному значению цикла Tc переключения, не являются отличающимися по фазе друг от друга, и, следовательно, невозможно точно получать информацию θp о положении ротора, используя средство 3 оценки положения.

В вышеприведенной конфигурации сумматор 41 средства 4 управления накладывает напряжения Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения на напряжения Vu*, Vv* и Vw* основных гармоник трех фаз, соответственно и по отдельности, и прикладывает результирующие величины к вращающейся электрической машине 1. В этом случае вектор напряжения, который является векторной суммой напряжений Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения, представляет вращающееся напряжение вместо переменного напряжения. Переменное напряжение является напряжением, показывающим векторы напряжения в двух или менее направлениях во время цикла напряжений трехфазного переменного тока, при этом прикладываются векторы напряжения, являющиеся суммой векторов в соответственных фазах напряжений трехфазного тока. С другой стороны, вращающееся напряжение является напряжением, показывающим векторы напряжения в трех или более направлениях во время цикла напряжений трехфазного переменного тока, при этом прикладываются векторы напряжения, являющиеся суммой векторов в соответственных фазах напряжений трехфазного переменного тока.

В качестве примеров напряжений Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения, выдаваемых генератором 14 напряжения детектирования положения, его формы волны напряжения, в случае m=4, показаны на фиг.3(a), где используются цикл Tc переключения и цикл Thv (=4·Tc) напряжения детектирования положения. Дополнительно векторная диаграмма вектора Vsum напряжения, который является векторной суммой напряжений Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения, показана на фиг.3(b). На фиг.3(a) +Vh и -Vh, каждое из которых имеет произвольное значение, попеременно выдаются в каждые два интервала, а разностью фаз между соответственными фазами является один интервал. В этом случае вектор Vsum напряжения, который является векторной суммой напряжений Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения, представляет вращающееся напряжение, которое показывает с Vsum1 по Vsum4 в этом порядке в интервалах с K1 по K4 (фиг.3(a)), соответственно в течение одного цикла напряжения трехфазного переменного тока, как показано на фиг.3(b).

Отмечено, что количество интервалов, в которых каждое из напряжений Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения является +Vh или -Vh, необязательно должно быть двумя интервалами, а может быть одним интервалом. В качестве альтернативы, как показано на фиг.4, количество интервалов может быть тремя интервалами. Однако когда выдаются напряжения трехфазного переменного тока, каждое из которых имеет цикл, который является m-кратным значением цикла переключения и которые отличны по фазе друг от друга, количества интервалов +Vh или -Vh должно быть в диапазоне от 1 до (m-1), и в дополнение сумма количества интервалов +Vh и -Vh должна быть m интервалами. Дополнительно, разность фаз между соответственными фазами не должна обязательно быть одним интервалом, как показано на фиг.3(a), а может быть двумя интервалами, тремя интервалами или тому подобным. Однако когда выдаются напряжения трехфазного переменного тока, каждое из которых имеет цикл, который является m-кратным значением цикла переключения, и которые отличны по фазе друг от друга, разность фаз и фаз между соответственными фазами должна быть в диапазоне от 1 до (m-1). Дополнительно напряжения Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения не обязательно должны быть представлены прямоугольными волнами, которые показаны на фиг.3 и фиг.4, но могут быть представлены синусоидальными волнами.

Используя команды Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения, выданные средством 4 управления, и значение цикла Tc переключения, выданное генератором 13 цикла переключения, контроллер 15 широтно-импульсной модуляции формирует логические сигналы Vu1, Vv1 и Vw1, которые подвергнуты широтно-импульсной модуляции и которые подаются на инвертор 6. В качестве способа управления широтно-импульсной модуляцией может использоваться любой из следующих способов, то есть (a) способ управления широтно-импульсной модуляцией, использующий треугольную волну Cs в качестве сигнала несущей, (b) способ управления широтно-импульсной модуляцией, использующий пилообразную волну Wst в качестве сигнала несущей, и (c) способ управления широтно-импульсной модуляцией, использующий пространственный вектор Vs мгновенного напряжения.

Сначала будет описан способ управления широтно-импульсной модуляцией, использующий треугольную волну Cs. На фиг.5 показана форма волны сигнала операции широтно-импульсной модуляции в случае, где применяется способ управления широтно-импульсной модуляцией, использующий треугольную волну Cs. В способе управления широтно-импульсной модуляцией, использующем треугольную волну Cs, цикл Tcs треугольной волны Cs устанавливается в двухкратное значение (то есть Tcs=2Tc) цикла Tc переключения, выдаваемого генератором 13 цикла переключения.

Операция широтно-импульсной модуляции, выполняемая контроллером 15 широтно-импульсной модуляции, ниже описана более подробно. Отмечено, что на фиг.5, хотя команды Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения являются синусоидальными волновыми сигналами, команды напряжения представлены линейно, поскольку частоты команд напряжения являются более низкими по сравнению с сигналом несущей треугольной формы волны Cs или напряжениями Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения. Дополнительно, хотя напряжения Vuh, Vvh и Vwh детектирования положения накладываются на команды Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения, фактически, наложенные напряжения исключены из чертежа, поскольку операция широтно-импульсной модуляции будет пояснена в материалах настоящей заявки.

Как показано на фиг.5, получается отношение амплитуд между треугольной волной Cs и каждой из команд Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения. Когда амплитуда каждой из команд Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения больше, чем амплитуда треугольной волны Cs, тогда выдается высокий (Hi) логический сигнал. С другой стороны, когда амплитуда каждой из команд напряжения меньше, выдается низкий (Low) логический сигнал. Он может устанавливаться из условия, чтобы при сравнении амплитуды между треугольной волной Cs и каждой из команд Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения, когда амплитуда каждой из команд Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения больше, чем амплитуда треугольной волны Cs, тогда выдается низкий логический сигнал, тогда как, когда амплитуда каждой из команд напряжения меньше, тогда выдается высокий логический сигнал.

Затем будет описан способ управления широтно-импульсной модуляцией, использующий пилообразную волну Wst. На фиг.6 показана форма волны сигнала операции широтно-импульсной модуляции в случае, когда в способе управления широтно-импульсной модуляцией используется пилообразная волна Wst. В способе управления широтно-импульсной модуляцией, использующем пилообразную волну Wst, цикл Twst пилообразной волны Wst является таким же, как цикл Tc переключения, выдаваемый генератором 13 цикла переключения.

На фиг.6 операция широтно-импульсной модуляции показана более точно. Как показано на фиг.6, получается отношение амплитуд между пилообразной волной Wst и каждой из команд Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения. Когда амплитуда каждой из команд Vup*, Vvp* и Vwp* напряжения больше, чем амплитуда пилообразной волны Wst, выдается высокий логический сигнал, тогда как, когда амплитуда каждой из команд напряжения меньше, выдается низкий логический сигнал. Он может устанавливаться из условия, чтобы при сравнении амплитуды между пилообразной вол