利用靜止時(shí)間補(bǔ)償控制變流器的方法和變流器裝置制造方法
【專利摘要】利用靜止時(shí)間補(bǔ)償控制變流器的方法和變流器裝置。本發(fā)明涉及用于控制變流器（10）、尤其是運(yùn)行電機(jī)（40）的中間電路逆變器（100）的方法，該變流器具有可控制的開關(guān)元件（UH/UL,VH/VL,WH/WL）以及輸入側(cè)的直流電壓連接端和輸出側(cè)的相連接端（U,V,W），在該方法中在使用空間向量調(diào)制方法的條件下基于預(yù)定電壓來確定用于可控制的開關(guān)元件（UH/UL,VH/VL,WH/WL）的控制模式，其中在確定控制模式時(shí)考慮開關(guān)元件（UH/UL,VH/VL,WH/WL）的靜止時(shí)間以及用于補(bǔ)償所述靜止時(shí)間的補(bǔ)償電壓。規(guī)定在執(zhí)行空間向量調(diào)制方法之前利用所述預(yù)定電壓結(jié)算所述補(bǔ)償電壓，并且對(duì)于預(yù)定電壓還考慮最大可使用的電壓形式的、針對(duì)可控制的開關(guān)元件（UH/UL,VH/VL,WH/WL）的設(shè)定極限。對(duì)應(yīng)的變流器裝置（100）和所屬的控制裝置同樣是本發(fā)明的主題。
【專利說明】利用靜止時(shí)間補(bǔ)償控制變流器的方法和變流器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制變流器的方法、被設(shè)計(jì)為執(zhí)行這種方法的變流器裝置、尤其是中間電路逆變器、以及用于執(zhí)行該方法的計(jì)算單元。
【背景技術(shù)】
[0002]例如具有永磁體的同步發(fā)動(dòng)機(jī)(英語！Permanent Magnet Synchronous Motors,PMSM)或無刷直流發(fā)動(dòng)機(jī)(英語:Brushless DC Motors, BLDC)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以借助磁場(chǎng)定向控制或調(diào)節(jié)(英語:Field Oriented Control, FOC)來運(yùn)行。在此情況下,尤其是采用所謂的空間向量調(diào)制(英語:Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM,空間向量脈寬調(diào)制)。該空間向量調(diào)制例如在US 6 819 078 B2中或Infineon Technologies公司的申請(qǐng)注釋 Nr.AP 08090"XE 166 Sensorless Fieldoriented Control",版本 0.9, 2009 中描述。
[0003]基于通過空間向量調(diào)制獲得的控制方案，通過控制單元借助脈寬調(diào)制(PWM)來控制變流器的可控制的開關(guān)元件(例如具有隔離柵電極的雙極晶體管，IGBT，或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，MOSFET )。這在預(yù)定持續(xù)時(shí)間的控制周期(PffM周期或PWM時(shí)鐘)中進(jìn)行，在所述控制周期內(nèi)輸出通過空間向量調(diào)制計(jì)算的空間向量(下面也稱為控制模式)，所述空間向量具有其分別確定的持續(xù)時(shí)間。在此，控制模式一般根據(jù)不同的控制周期而改變。
[0004]變流器在輸入側(cè)被供應(yīng)直流電壓信號(hào)(例如來自中間電路逆變器的中間電路)并且基于所述控制在輸出側(cè)提供對(duì)應(yīng)的相信號(hào)。
[0005]在經(jīng)調(diào)節(jié)的控制的情況下，這在使用流過用所輸出的相信號(hào)通電的線圈的電流作為調(diào)節(jié)參量的條件下進(jìn)行。基于該電流以及例如電機(jī)的預(yù)定轉(zhuǎn)速，為一般正弦形的相信號(hào)預(yù)定對(duì)應(yīng)的預(yù)定電壓。為此所述電流可以通過合適數(shù)量的電流測(cè)量裝置(分流器)直接被測(cè)量或者由在直流電壓側(cè)測(cè)量的電流重建。由在直流電壓側(cè)測(cè)量的電流重建例如在所提到的申請(qǐng)注釋Nr.AP08090中描述。由在直流電壓側(cè)測(cè)量的電流來重建相電流在構(gòu)造上更為簡(jiǎn)單并且由此是值得期望被用于降低對(duì)應(yīng)裝置的制造成本的。
[0006]為了輸出理想的相信號(hào)，所參與的整流器支路的可控制的開關(guān)元件分別被開關(guān)，使得在任何時(shí)刻建立一個(gè)輸入側(cè)的直流電壓連接端或者另一個(gè)輸入側(cè)的直流電壓連接端與對(duì)應(yīng)相輸出端的連接。但是這在實(shí)際中尤其是因?yàn)橄率鲈蚨豢赡軐?shí)現(xiàn):所使用的開關(guān)元件具有一定的開關(guān)延遲。因此為了避免輸入側(cè)的直流電壓連接端之間的短路，設(shè)置所謂的靜止時(shí)間。所述靜止時(shí)間表示在對(duì)應(yīng)的控制情況下在半橋的一個(gè)開關(guān)元件的斷開與接下來同一個(gè)半橋的另一個(gè)開關(guān)元件的接通之間預(yù)定的時(shí)間。
[0007]但是，對(duì)應(yīng)靜止時(shí)間的提供導(dǎo)致初級(jí)電壓損耗并且導(dǎo)致所輸出的相信號(hào)的低頻振蕩，所述低頻振蕩例如可能負(fù)面影響所連接的電機(jī)的運(yùn)行。靜止時(shí)間尤其是表現(xiàn)為在變流器的輸出側(cè)輸出的相信號(hào)的電壓誤差?？赡艿氖?，這種電壓誤差通過補(bǔ)償電壓的接入而得到平衡。
[0008]但是在使用靜止時(shí)間補(bǔ)償?shù)臈l件下用在直流電壓側(cè)測(cè)量的電流作為調(diào)節(jié)參量的控制迄今為止是不可能的，因?yàn)樵摯胧┰诔Ｒ?guī)的方法中互相排斥，如下面詳細(xì)闡述的。因此提出實(shí)現(xiàn)這樣做的任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明建議具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的用于控制變流器的方法、被設(shè)計(jì)為執(zhí)行這種方法的變流器裝置、尤其是中間電路逆變器，以及對(duì)應(yīng)的控制單元。優(yōu)選的構(gòu)型是從屬權(quán)利要求以及以下描述的主題。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
按照常規(guī)的方式，開頭所闡述的靜止時(shí)間補(bǔ)償通過在實(shí)際控制所使用的變流器之前，也就是基于此外已經(jīng)結(jié)束的特定的控制模式，純數(shù)值地匹配(延長(zhǎng)或縮短)所使用的控制脈沖的脈寬來進(jìn)行。因此，最后在此情況下僅事后匹配通過空間向量調(diào)制計(jì)算的持續(xù)時(shí)間，在該持續(xù)時(shí)間期間應(yīng)當(dāng)輸出相應(yīng)的空間向量。這相當(dāng)于接入(添加或減去)所提到的補(bǔ)償電壓。脈寬改變的時(shí)間范圍與靜止時(shí)間對(duì)應(yīng)。
[0011]如所提到的，靜止時(shí)間尤其是表現(xiàn)為在變流器的輸出側(cè)輸出的相信號(hào)中的電壓誤差。這在所附的圖3中示出。靜止時(shí)間補(bǔ)償在此可以通過在負(fù)的相電流的情況下減去該補(bǔ)償電壓(也就是縮短特定脈沖的脈寬)并且在正的相電流的情況下添加所述補(bǔ)償電壓(也就是延長(zhǎng)特定脈沖的脈寬)來進(jìn)行，如下面詳細(xì)闡述的。由此靜止時(shí)間補(bǔ)償?shù)那疤崾蔷_認(rèn)識(shí)相電流的要對(duì)應(yīng)求得的符號(hào)。
[0012]靜止時(shí)間補(bǔ)償在此不必在使用固定值的條件下進(jìn)行，而是還可以與脈寬調(diào)制的相應(yīng)基頻(或PWM周期或PWM時(shí)鐘的持續(xù)時(shí)間)和/或相應(yīng)要求的相電壓匹配。該靜止時(shí)間補(bǔ)償可以在使用平滑或?yàn)V波函數(shù)的條件下進(jìn)行，以避免硬跳躍。
[0013]但是，直接在控制所使用的變流器之前對(duì)脈寬進(jìn)行匹配(正如按照常規(guī)方式所進(jìn)行的)不能導(dǎo)致由在直流電壓側(cè)測(cè)量的電流重建相電流。因?yàn)榘凑粘Ｒ?guī)方式用于重建相電流的方法包括在電壓計(jì)算與實(shí)際生成控制模式之間例如90°的相移，從而不再可能事后接入補(bǔ)償電壓。
[0014]但是另一方面，為了由在直流電壓側(cè)測(cè)量的電流重建相電流，還需要必須在所使用的調(diào)制方法中考慮的特定的測(cè)量條件。尤其是在控制時(shí)強(qiáng)制遵守最小時(shí)間段，在所述最小時(shí)間段內(nèi)保持可控制的開關(guān)元件的特定開關(guān)狀態(tài)。這是實(shí)現(xiàn)分別穩(wěn)定的測(cè)量條件所需要的。已知的測(cè)量方法在此包括，匹配測(cè)量方法的持續(xù)時(shí)間，使得存在這些最小開關(guān)時(shí)間。這例如可以通過控制脈沖的移位來進(jìn)行，如下面參照?qǐng)D2所闡述的。但是如果接著附加地匹配脈沖，也就是為了接入補(bǔ)償電壓，則這可能導(dǎo)致又小于最小開關(guān)時(shí)間。
[0015]因此本發(fā)明的一個(gè)重要方面在于，在控制所使用的變流器時(shí)已經(jīng)提早地、優(yōu)選在開始、無論如何在執(zhí)行空間向量調(diào)制方法之前計(jì)入所需要的補(bǔ)償電壓，也就是用對(duì)應(yīng)的預(yù)定電壓結(jié)算。因此控制模式的產(chǎn)生(也是在考慮所需要的最小測(cè)量時(shí)間的條件下)已經(jīng)在考慮補(bǔ)償電壓的條件下進(jìn)行。由此測(cè)量條件不再受到負(fù)面影響。
[0016]在此情況下，還要考慮可控制開關(guān)元件的、最大可設(shè)定電壓形式的設(shè)定極限。因此這進(jìn)行，以便表現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的控制時(shí)間段中的最大額定電壓預(yù)定總是僅恰好大到使得在最大情況下出現(xiàn)的補(bǔ)償電壓以及分別在所闡述的最小開關(guān)時(shí)間期間出現(xiàn)的電壓的任何添加或減去不會(huì)導(dǎo)致控制方法以及由此可控制開關(guān)元件的所容許的設(shè)定極限被破壞。因此還規(guī)定，事先限制被引入系統(tǒng)中的最大容許電壓。這使得可以在所有可能情況下按照可靠和安全的方式設(shè)定所需要的最小測(cè)量時(shí)間。
[0017]因此根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，首先提供適用于三相正弦電壓、也就是預(yù)定電壓的極限值，所述三相正弦電壓應(yīng)當(dāng)以相信號(hào)的形式輸出，其中所需要的最小測(cè)量時(shí)間以及最大預(yù)計(jì)的補(bǔ)償電壓都要被考慮。接著分別確定的、通過電壓和角度來定義的電壓向量被限制為該值。由此獲得的、匹配的電壓向量經(jīng)過轉(zhuǎn)換，由此實(shí)現(xiàn)一種完全的、三相的電壓參考系O
[0018]接著，依據(jù)所選擇的補(bǔ)償策略來計(jì)算所需要的補(bǔ)償電壓。所計(jì)算的補(bǔ)償電壓直接進(jìn)入所提到的電壓參考系中。這樣該電壓參考系才全部、也就是對(duì)應(yīng)相互結(jié)算的電壓才進(jìn)入所使用的空間向量調(diào)制方法中。所使用的空間向量調(diào)制方法本身在所要求的相信號(hào)與最終的控制模式之間沒有相移的情況下進(jìn)行。
[0019]接著，基于由此獲得的控制參量在計(jì)入對(duì)應(yīng)的因子的條件下考慮最小需要的測(cè)量時(shí)間。例如，以合適的方式對(duì)基于空間向量調(diào)制方法獲得的控制脈沖移位。最后，考慮其他邊界條件以避免數(shù)值溢出。
[0020]本發(fā)明的計(jì)算單元一一例如在對(duì)應(yīng)變流器裝置中的變流器的控制裝置——尤其是程序技術(shù)地被設(shè)計(jì)為執(zhí)行本發(fā)明的方法。
[0021]以軟件的形式來實(shí)施本發(fā)明也是有利的，因?yàn)檫@實(shí)現(xiàn)了特別低的成本，尤其是當(dāng)執(zhí)行的計(jì)算單元還被用于其他任務(wù)并且因此無論如何都會(huì)存在時(shí)。合適的用于提供計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)載體尤其是軟盤、硬盤、閃存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。經(jīng)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)等)下載程序也是可能的。
[0022]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和構(gòu)型由說明書和附圖得出。
[0023]應(yīng)當(dāng)理解，上面提到的和下面還要闡述的特征不僅能以分別說明的組合，而且還能以另外的組合或單獨(dú)使用，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范疇。本發(fā)明借助實(shí)施例在附圖中被示意性顯示并且在下面參照附圖詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1以示意圖示出可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式被控制的中間電流逆變器。
[0025]圖2以示意圖示出用于變流器的、考慮了和未考慮最小開關(guān)時(shí)間的控制模式。
[0026]圖3以示意圖示出可以使用和不使用靜止時(shí)間來產(chǎn)生的電壓信號(hào)。
[0027]圖4以示意圖示出在考慮補(bǔ)償電壓的條件下控制脈沖的調(diào)制。
[0028]圖5以示意性流程圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1示出具有可根據(jù)本發(fā)明被控制的變流器的中間電路逆變器。該中間電路逆變器總地用100表示。變流器10被設(shè)計(jì)為向輸出側(cè)的相連接端U, V和W提供三相的多相電流，所述相連接端可以與電機(jī)40連接。為此變流器10經(jīng)由具有中間電路電容器C的中間電路30連接到整流器20。整流器20可以經(jīng)由對(duì)應(yīng)的輸入端U，V，W例如同樣被饋以三相的多相電流或者兩相的交流電流。整流器20可以按照任何已知的方式構(gòu)建。
[0030]為了向連接端U，V和W提供三相的多相電流，也就是相信號(hào)，變流器10具有三個(gè)半橋1，2，3，每個(gè)半橋分別在上支路H中具有可控制的開關(guān)元件以及在下支路L中具有可控制的開關(guān)元件。上支路H也可以被稱為高側(cè)支路，下支路也可以被稱為低側(cè)支路L。根據(jù)這些開關(guān)元件在上下支路H和L中的布置以及它們與連接端U，V和W的接線，用UH，UL, VH,VL，WH和WL來表示這些開關(guān)元件。這些開關(guān)元件例如可以構(gòu)造為IGBT并且具有并聯(lián)連接的二極管。對(duì)開關(guān)元件UH，UL, VH, VL, WH和WL的控制依據(jù)控制裝置50借助基本上已知的空間向量調(diào)制來進(jìn)行。
[0031]在中間電路30中可以布置用于電流測(cè)量的測(cè)量裝置M，例如測(cè)量分流器。測(cè)量裝置M可以替代或附加地還布置在中間電路30的另外的引導(dǎo)電壓的線路中。對(duì)變流器的直流電壓側(cè)連接端中的電流的測(cè)量以及由這些電流重建相電流是基本上已知的。
[0032]圖2示出總的用200表示的用于借助變流器10產(chǎn)生在連接端U，V和W處的相信號(hào)的典型控制模式，以及根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施方式的匹配。對(duì)于為此使用的空間向量調(diào)制的細(xì)節(jié)以及前面提到的相電流的重建例如參考所提到的申請(qǐng)注釋Nr.AP08090。在圖2中示出為了例如借助圖1中的測(cè)量裝置M在直流電壓側(cè)的連接端處進(jìn)行測(cè)量，可以在對(duì)應(yīng)的控制模式中設(shè)定最小所需的控制時(shí)間Tmin，基于該最小所需的控制時(shí)間可以進(jìn)行相電流的重建。
[0033]在圖表210中示出未經(jīng)修改的控制模式，其沒有考慮這種最小控制時(shí)間Tmin。在此，分別用Vu，Vv和Vw在縱軸上繪制出單位為伏特的、在一個(gè)PWM時(shí)鐘內(nèi)在連接端U，V和W處輸出的電壓，而在橫軸上繪制出時(shí)間。這些電壓基本上與開關(guān)元件UH/UL，VH/VL和WH/WL的開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)。如果在控制時(shí)不考慮靜止時(shí)間，則在此分別在低信號(hào)電平時(shí)下支路的開關(guān)元件接通，而上支路的開關(guān)元件斷開。在高信號(hào)電平的情況下，上支路的開關(guān)元件接通，而下支路的開關(guān)元件斷開。在使用靜止時(shí)間的情況下，該開關(guān)時(shí)延地進(jìn)行。
[0034]在圖表210中，在持續(xù)時(shí)間為Tpwm的一個(gè)PWM時(shí)鐘期間的所示開關(guān)周期內(nèi)，在時(shí)間
段a至g中總共設(shè)定7個(gè)開關(guān)向量。圖表210示出在一個(gè)控制周期內(nèi)的瞬時(shí)記錄，在下個(gè)
控制周期內(nèi)，這些時(shí)間段根據(jù)空間向量調(diào)制方法延長(zhǎng)或縮短，從而在所參與的線圈的低通
作用的影響下在連接端U，V和W處獲得期望的、大多正弦形的相信號(hào)(參見圖1)。開關(guān)元
件UH/UL，VH/VL和WH/WL的開關(guān)狀態(tài)在此又在忽略靜止時(shí)間的條件下如下進(jìn)行:
時(shí)間段 |uh~[ul~Ivh~[vl~[wh~Iwl~
b_斷開接通接通斷開斷開接通
C_斷開接通接通斷開接通斷開
d_接通斷開接通斷開接通斷開
e_斷開接通接通斷開接通斷開
f_斷開接通接通斷開斷開接通
g I斷開I接通I斷開I接通I斷開I接通
[0035]在時(shí)間段a和g中設(shè)定的開關(guān)向量與用于設(shè)定電壓值的所謂的零電壓空間向量對(duì)應(yīng)。為了在此情況下能夠通過與連接端U，V和W連接的繞組進(jìn)行相電流的重建，必須在時(shí)間段b和c期間(或者還在時(shí)間段e和f期間，在此詳細(xì)闡述的例子也可以轉(zhuǎn)用于時(shí)間段e和f)可以測(cè)量在所測(cè)量的直流電壓側(cè)連接端中的電流。為此需要最小持續(xù)時(shí)間Tmin。時(shí)間段b在圖表210中至少與該最小持續(xù)時(shí)間Tmin對(duì)應(yīng)，從而可以進(jìn)行測(cè)量。但是時(shí)間段c在圖表210的例子中對(duì)相應(yīng)的測(cè)量來說太短。
[0036]圖表220示出在這樣的情況下如何能夠延長(zhǎng)時(shí)間段C。為此時(shí)間段c對(duì)應(yīng)地被延長(zhǎng)，而時(shí)間段e對(duì)應(yīng)地被縮短。因此開關(guān)元件UH/UL的控制被推移。時(shí)間段e不需要被用于測(cè)量，該時(shí)間段的縮短——必要時(shí)被縮短為O——對(duì)輸出的相信號(hào)的信號(hào)品質(zhì)只有很小的影響，因?yàn)榉謩e使用的時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間總的來說保持相同并且最后只有控制頻率稍微改變。相反，如果在上述情況下在時(shí)間段e和f中測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式這同樣是可以設(shè)置的，則開關(guān)元件UH/UL的控制也可以被提前。在這種情況下，時(shí)間段e被延長(zhǎng)，時(shí)間段c被縮短。
[0037]雖然在圖2中示出借助所謂的中心對(duì)齊方法的控制(控制脈沖在此情況下在圖表210中所示的基本狀態(tài)中關(guān)于Tpwm/2處的線對(duì)稱布置)，本發(fā)明的方法也可以在另外的控制方案中采用。
[0038]在圖3中以圖表300的形式示出電壓信號(hào)Uu，Uv和Uw，當(dāng)對(duì)應(yīng)地控制變流器10時(shí)，這些電壓信號(hào)可以施加在該變流器10的連接端U，V和W處。這些電壓信號(hào)由多個(gè)例如在圖2中所示的控制模式得出，這些控制模式根據(jù)不同的控制周期而改變。在此情況下，在縱軸上示出電壓值，而在橫軸上示出時(shí)間或相角。關(guān)于電壓信號(hào)Uu示出所設(shè)定的靜止時(shí)間的效果。為一目了然起見示出沒有對(duì)應(yīng)效果的其他電壓信號(hào)Uv和Uw。
[0039]在區(qū)域310中，基于所設(shè)定的靜止時(shí)間而得出正電壓誤差。在此，靜止時(shí)間補(bǔ)償可以通過從這一時(shí)刻起減去補(bǔ)償電壓來進(jìn)行。目標(biāo)是產(chǎn)生正弦形的(接線柱)電壓變化曲線，該電壓變化曲線用虛線示出并且用Uu’表示。
[0040]相反在區(qū)域320中，基于靜止時(shí)間得出負(fù)電壓誤差。在此，靜止時(shí)間補(bǔ)償可以通過從這一時(shí)刻起添加補(bǔ)償電壓來進(jìn)行。在此目標(biāo)也是產(chǎn)生正弦形的(接線柱)電壓變化曲線，該電壓變化曲線用虛線示出并且用Uu’表示。
[0041]所需要的補(bǔ)償電壓(或該補(bǔ)償電壓的添加或減去)取決于相電流。由于在感應(yīng)電機(jī)的情況下電流具有相移，因此也對(duì)應(yīng)于相移地出現(xiàn)靜止時(shí)間。這取決于是延遲開關(guān)的晶體管還是對(duì)應(yīng)的二極管引導(dǎo)電流。在圖3中示出的方案考慮了這一點(diǎn)，因?yàn)樵诖遂o止時(shí)間的改變不是在相電壓的過零點(diǎn)處進(jìn)行。補(bǔ)償電壓的大小取決于電壓誤差或與電壓誤差正比例。
[0042]這以對(duì)應(yīng)的方式也適用于在此沒有對(duì)應(yīng)效果地示出的電壓信號(hào)Uv和Uw0
[0043]圖4在圖表400中示出控制脈沖的理想特性和實(shí)際特性。在此示出用于控制半橋的控制脈沖。沒有靜止時(shí)間補(bǔ)償?shù)睦硐肟刂泼}沖用410表示。圖表400的軸在此基本上與圖2對(duì)應(yīng)。理想的控制脈沖410在時(shí)間h開始并在時(shí)間t3結(jié)束?？刂泼}沖420和430與理想控制脈沖410相對(duì)地示出真實(shí)特性。
[0044]控制脈沖420是在對(duì)應(yīng)半橋的相連接端U，V，W處的相電流大于O (1>0)時(shí)出現(xiàn)的?？刂泼}沖420與控制脈沖410相比首先被推移了時(shí)間te。純推移會(huì)使控制脈沖420在時(shí)刻t4結(jié)束。但是在所示出的真實(shí)情況下，控制脈沖420被縮短了。這可以通過添加對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓(或添加對(duì)應(yīng)的控制時(shí)間)來得到校正。
[0045]控制脈沖430是在對(duì)應(yīng)半橋的相連接端U，V，W處的相電流小于O (KO)時(shí)出現(xiàn)的。控制脈沖430與控制脈沖410相比同樣被推移了，并且該控制脈沖430 —直到時(shí)間t4時(shí)結(jié)束。但是控制脈沖420在此與純推移相比被附加地延長(zhǎng)了并且在h與t2之間開始。這可以與上述狀況相反地通過減去對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓(或減去對(duì)應(yīng)的控制時(shí)間)來得到校正。
[0046]時(shí)間te與對(duì)應(yīng)開關(guān)元件的接通時(shí)間對(duì)應(yīng)，時(shí)間ta與該對(duì)應(yīng)開關(guān)元件的斷開時(shí)間對(duì)應(yīng)。在實(shí)際中觀察得到的與ta之間的差異未被考慮。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，補(bǔ)償電壓Ud可以針對(duì)每個(gè)電壓信號(hào)Uu，Uv和Uw根據(jù)
Uo = Uoc * fw,? X tQ來計(jì)算，其中Udc說明施加在所使用的變流器上的直流電壓，fPWM說明
控制的基頻，tD說明用于保護(hù)所使用的開關(guān)元件的靜止時(shí)間(te-ta或者例如te-0的另外合適的值，該值考慮保留)。如所提到的，這樣求得的補(bǔ)償電壓Ud是取決于符號(hào)、也就是取決于流動(dòng)的相電流地接入的。如果在此有電流經(jīng)由相連接端X (U，V或W)從變流器流入所連接的電機(jī)(也就是Ix>0)，則補(bǔ)償電壓Ud與相電壓相加，而在反方向的情況下(也就是Ix〈0)相減。
[0048]如所提到的，可以使用合適的濾波函數(shù)和/或平滑函數(shù)，以避免跳躍。在此情況下，補(bǔ)償電壓Ud也可以與相應(yīng)相電流的頻率成比例地或者隨著該頻率逐步地改變。
[0049]相電流的符號(hào)的確定尤其是在該相電流的過零點(diǎn)區(qū)域中是很難的?！板e(cuò)誤決定”在此導(dǎo)致靜止時(shí)間電壓朝著“錯(cuò)誤”的方向改變，如從上述闡述中可推導(dǎo)出的。對(duì)此的已知解決方案例如包括使用額定電流，必要時(shí)包括針對(duì)隨后的采樣步長(zhǎng)的預(yù)測(cè)。
[0050]與此相對(duì)地，本申請(qǐng)建議另一有利的方法，其中在不使用額定電流的情況下將相電流變換為d，q系，從而相電流可以按照更簡(jiǎn)單的方式被濾波(平滑)為然后存在的恒定值。在此情況下，例如可以對(duì)經(jīng)過Park變換的電流濾波,并且通過逆Park和Clark變換或另外的變換方法——例如下面闡述的逆正余弦變換——變換回對(duì)應(yīng)的u-v-w系。對(duì)于電流的逆Park變換，例如可以使用與針對(duì)電壓的逆Park變換相同的角度。通過匹配該角度，可以外推出有一個(gè)采樣步長(zhǎng)的電流，以平衡延長(zhǎng)。
[0051]與此無關(guān)地，補(bǔ)償脈沖的寬度、也就是時(shí)間段被延長(zhǎng)或縮短了一個(gè)控制脈沖，有利地不以步長(zhǎng)改變，而是以躍`遷的形式改變。由此在符號(hào)變化之后，在現(xiàn)在電流幅度又升高的情況下不立即接入完全的靜止時(shí)間電壓，而是與電流幅度成比例地進(jìn)行接入。
[0052]躍遷在此能以s形變化的上升的形式來進(jìn)行。s形的變化曲線與實(shí)際更好地對(duì)應(yīng)，但是與線性變化相比需要更多的計(jì)算功率。在此情況下所使用的電壓窗的大小可以在開發(fā)對(duì)應(yīng)裝置期間加以定義。該大小取決于PWM頻率和所連接的電機(jī)的電感。用于選擇靜止電壓的極限受制于設(shè)計(jì)而位于該電機(jī)的標(biāo)稱電流的1/20至1/10的范圍中。
[0053]本發(fā)明的重要方面如多次提到的是在開始為變流器的可控制的開關(guān)元件確定控制模式時(shí)就已經(jīng)考慮補(bǔ)償電壓。由此避免為了重建相電流而必要時(shí)改變的控制時(shí)間段(為了提供最小時(shí)間段，在最小時(shí)間段中保持可控制的開關(guān)元件的特定開關(guān)狀態(tài)以便實(shí)現(xiàn)測(cè)量)的“干擾”。
[0054]本發(fā)明為此規(guī)定在實(shí)際的空間向量調(diào)制之前添加或減去補(bǔ)償電壓。例如為此可以借助逆Clark變換將首先在二軸坐標(biāo)系中用軸《,P說明的、所要求的相電壓變換為U，V, w系。利用對(duì)應(yīng)的電壓可以非常簡(jiǎn)單地結(jié)算補(bǔ)償電壓。
[0055]在此情況下確保接下來的空間向量調(diào)制不包括相移，而按照常規(guī)方式就包括相移，或者這種相移被對(duì)應(yīng)地考慮。換句話說必須確保所述添加或減去是關(guān)于正確的相進(jìn)行的。用于空間向量調(diào)制的常規(guī)方法沒有保證這一點(diǎn)，因?yàn)樵谶@些方法的情況下，如已經(jīng)簡(jiǎn)短提到的，在“輸入相”一也就是例如為了控制電機(jī)所要求的相信號(hào)一與“輸出相”一也就是基于所述輸入相而實(shí)際產(chǎn)生的相信號(hào)一之間存在90°的相移。對(duì)于控制該電機(jī)來說，該相移是無足輕重的，但是補(bǔ)償電壓的添加或減去在此由于該相移而關(guān)于錯(cuò)誤的相進(jìn)行。
[0056]如所提到的，為了由直流電壓側(cè)測(cè)量的電流重建相電流，在控制時(shí)強(qiáng)制遵守最小時(shí)間段，在最小時(shí)間段中保持可控制的開關(guān)元件的特定開關(guān)狀態(tài)以便實(shí)現(xiàn)測(cè)量。在此情況下按照常規(guī)方式使用的方法基于相應(yīng)電壓向量(下面也稱為v/f向量)的扇形角和幅度的直
接使用，所述扇形角和幅度是在《,P系中定義的，正如例如也可以從Clark變換中獲得的那樣。
[0057]相反，補(bǔ)償電壓通常是在U，V，w系中定義的。因此，根據(jù)一種實(shí)施方式通過扇形角和幅度說明的相電壓首先被對(duì)應(yīng)地變換。
[0058]v/f向量在此通常不完全在d，q系中定義。但是對(duì)于在此所需要的變換來說這是有利的。由于不需要完全的d，q變換算法，進(jìn)行正弦變換14和余弦變換U?就足以。位于d, q系中的值》4和Ud與幅度或零對(duì)應(yīng):
Ue =-幅度X sin (角度)
U1 =幅度X cos (角度)
使用Ut(和的定子參考系重新通過逆Clark變換轉(zhuǎn)換為u, v, w系中的相電壓(具有電壓U1, U2和U3):

U，= Ua

U2 = -UJ2 * (Up X 飾2

U`3 = —U； — U2` 本發(fā)明的一種實(shí)施方式因此規(guī)定，將v/f向量轉(zhuǎn)換到完全的電壓參考系(以U，V, W的格式)中并且在該電壓參考系中直接使用補(bǔ)償電壓。于是對(duì)應(yīng)地相互結(jié)算的值才進(jìn)入空間向量調(diào)制方法中并接著進(jìn)入其中為了直流電壓側(cè)的測(cè)量而必要時(shí)匹配以下時(shí)間段的方法中，在所述時(shí)間段中保持開關(guān)元件的特定開關(guān)狀態(tài)。
[0059]在此情況下有利地確保不會(huì)出現(xiàn)所謂的過調(diào)制。過調(diào)制當(dāng)半橋在一個(gè)完全的PWM時(shí)鐘期間位于接通或斷開狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)(也參見US6 819 078 B2)。
[0060]最后尤其是還確保關(guān)于進(jìn)入計(jì)算中的v/f向量的最大容許值不會(huì)被超過。如已經(jīng)提到的，在本發(fā)明的范疇中也考慮最大可設(shè)定電壓形式的、針對(duì)可控制的開關(guān)元件的設(shè)定極限。因此還規(guī)定，事先限制被引入系統(tǒng)中的最大容許電壓。
[0061]在此情況下，尤其是考慮分別要產(chǎn)生的相信號(hào)的60°和90°相角時(shí)的電壓值。90°的相角按照已知的方式在空間向量調(diào)制的情況下與扇形角對(duì)應(yīng)。由此在90°相角的情況下，在對(duì)應(yīng)控制模式中的控制持續(xù)時(shí)間是最大的。在此情況下，為了重建相電流而匹配的時(shí)間附加地展示出效果，在該時(shí)間期間存在特定的開關(guān)狀態(tài)。另一方面，當(dāng)不進(jìn)行用于重建相電流的對(duì)應(yīng)匹配時(shí)，在60°相角的情況下在直流電壓側(cè)流動(dòng)的電流是最大的。
[0062]在90°相角的情況下相電壓與進(jìn)入調(diào)制器中的最大電壓的(V3/2)2倍對(duì)應(yīng)。可用于對(duì)應(yīng)相電壓的最大振幅(下面用UpwmMax90表示電壓,用Amplitudemax90表示該電壓的幅度)基于可能設(shè)定的最小測(cè)量時(shí)間Tmin而減小。當(dāng)靜止時(shí)間和最小設(shè)定的測(cè)量時(shí)間Tmin小到使得對(duì)應(yīng)的值大于其在90°情況下的等效值時(shí)，在60°相角情況下的另外的最大值是有意義的?？捎糜趯?duì)應(yīng)的相電壓UpwmMax60的最大振幅Amplitudemax60的值相應(yīng)地用UpwmMax90表示。待考慮的第三因子是矩形電壓塊形式的補(bǔ)償電壓Udeadtime (其具有最大值 UdeadtimemaxX
[0063]所有下面說明的相電壓都涉及U1并且被縮放到所使用的脈寬調(diào)制方法的時(shí)鐘Tpwmperiodo Ulmax 表示 U1 的最大值。
[0064]在考慮三個(gè)所提到的因子的條件下得出:
【權(quán)利要求】
1.用于控制變流器(10)、尤其是運(yùn)行電機(jī)(40)的中間電路逆變器(100)的方法，該變流器具有可控制的開關(guān)元件(UH/UL，VH/VL, WH/WL)以及輸入側(cè)的直流電壓連接端和輸出側(cè)的相連接端(U，V，W)，在該方法中在使用空間向量調(diào)制方法的條件下基于預(yù)定電壓來確定用于可控制的開關(guān)元件(UH/UL，VH/VL, WH/WL)的控制模式，其中在確定所述控制模式時(shí)既考慮可控制的開關(guān)元件(UH/UL，VH/VL, WH/WL)的靜止時(shí)間又考慮用于補(bǔ)償所述靜止時(shí)間的補(bǔ)償電壓，其特征在于，在執(zhí)行所述空間向量調(diào)制方法之前利用所述預(yù)定電壓結(jié)算所述補(bǔ)償電壓，并且對(duì)于所述預(yù)定電壓還考慮最大可使用的電壓形式的、針對(duì)可控制的開關(guān)元件(UH/UL, VH/VL, WH/WL)的設(shè)定極限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在考慮針對(duì)可控制的開關(guān)元件(UH/UL，VH/VL,WH/WL)的設(shè)定極限時(shí)以最大可使用的和/或預(yù)計(jì)的補(bǔ)償電壓值和/或在控制模式范疇中的最小設(shè)定時(shí)間的形式進(jìn)行考慮。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定電壓基于流過所述相連接端(U，V，W)的相電流被預(yù)定，其中所述相電流基于在輸入側(cè)的直流電壓連接端的至少之一處的電流測(cè)量被重建。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在執(zhí)行了所述空間向量調(diào)制方法之后的所述控制模式中，通過該空間矢量調(diào)制方法預(yù)定的控制階段經(jīng)過時(shí)間上的匹配，使得在所述控制階段期間實(shí)現(xiàn)在輸入側(cè)的直流電壓連接端的至少之一處的電流測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述時(shí)間上的匹配包括在所述控制模式中對(duì)至少一個(gè)控制脈沖的時(shí)間移位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述時(shí)間上的匹配包括在所述控制模式中設(shè)定最小控制持續(xù)時(shí)間。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在使用空間向量調(diào)制方法的條件下確定的控制模式被用于可控制的開關(guān)元件(UH/UL，VH/VL, WH/WL)的脈寬調(diào)制控制。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一`所述的方法，其中所述補(bǔ)償電壓至少暫時(shí)被添加到對(duì)應(yīng)的預(yù)定電壓和/或從對(duì)應(yīng)的預(yù)定電壓中減去。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述補(bǔ)償電壓依據(jù)符號(hào)地被添加到所述預(yù)定電壓和/或從所述預(yù)定電壓中減去。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述補(bǔ)償電壓基于所述預(yù)定電壓的幅度和/或所述開關(guān)元件(UH/UL，VH/VL, WH/WL)的控制序列被設(shè)定。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述預(yù)定電壓被限制到最大容許的電壓值。
12.具有變流器(10)和控制裝置(50)的變流器裝置(100)，所述變流器具有可控制的開關(guān)元件(UH/UL, VH/VL, WH/WL )以及輸入側(cè)的直流電壓連接端和輸出側(cè)的相連接端(U，V，W)，該變流器裝置尤其是用于運(yùn)行電機(jī)(40 )的中間電路逆變器(100 )，該變流器裝置用于執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變流器裝置(100)，其中所述控制裝置(50)被設(shè)計(jì)為在使用空間向量調(diào)制方法的條件下基于預(yù)定電壓確定用于可控制的開關(guān)元件(UH/UL，VH/VL, WH/WL)的控制模式，并且還被設(shè)計(jì)為在確定所述控制模式時(shí)考慮可控制的開關(guān)元件(UH/UL, VH/VL, WH/WL)的靜止時(shí)間以及用于補(bǔ)償所述靜止時(shí)間的補(bǔ)償電壓，其中該控制裝置(50)還被設(shè)計(jì)為，在執(zhí)行所述空間向量調(diào)制方法之前利用所述預(yù)定電壓結(jié)算補(bǔ)償電壓。
14.具有程序代碼裝置的計(jì)算機(jī)程序，所述程序代碼裝置在計(jì)算機(jī)單元、尤其是根據(jù)權(quán)利要求12所述的控 制裝置(50)上執(zhí)行時(shí)，促使該計(jì)算單元執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法。
15.機(jī)器可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，具有存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)介質(zhì)上的根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK103780183SQ201310489623
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】A.蓬策特, G.弗勒利希 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司