用于操控逆變器的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于借助于空間矢量脈寬調(diào)制來操控逆變器（10）、尤其是用于操控電機（14）的方法，其中逆變器（10）具有多個可控開關(guān)（S）并且被構(gòu)造為提供電壓空間矢量（V*）形式的多相電壓（U，V，W），其中可控開關(guān)（S）被操控為使得開關(guān)（S）的不同接通時長被設(shè)定并且開關(guān)（S）的多個彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài)（V0－V7）被設(shè)立為提供電壓空間矢量（V*），其中如果所述開關(guān)（S）之一在脈寬調(diào)制周期（T）期間的接通時長低于預(yù)定義的閾值（44），則延長開關(guān)（S）在脈寬調(diào)制周期（T）期間的接通時長。
【專利說明】用于操控逆變器的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于借助于空間矢量脈寬調(diào)制來操控逆變器、尤其是操控電機的 方法，其中該逆變器具有多個可控開關(guān)并且被構(gòu)造為提供電壓空間矢量形式的多支線電 壓，其中所述可控開關(guān)被操控為使得所述開關(guān)的不同接通時長被設(shè)定并且所述開關(guān)的多個 彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài)被設(shè)立為提供該電壓空間矢量。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種用于借助于空間矢量脈寬調(diào)制來操控逆變器、尤其是操控電機 的裝置，其中該逆變器具有多個可控開關(guān)，所述可控開關(guān)被構(gòu)造為提供電壓空間矢量形式 的多支線電壓；具有控制設(shè)備，該控制設(shè)備被構(gòu)造為將所述可控開關(guān)操控為使得所述開關(guān) 的不同接通時長被設(shè)定并且該逆變器采取所述開關(guān)的多個彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài)，以便 提供該電壓空間矢量。
[0003] 最后，本發(fā)明涉及一種機動車輛驅(qū)動系統(tǒng)，該機動車輛驅(qū)動系統(tǒng)具有至少一個用 于提供驅(qū)動功率的電機、用于操控電機的逆變器以及用于操控上述類型的逆變器的裝置。

【背景技術(shù)】
[0004] -般而言在旋轉(zhuǎn)電流耗電器的領(lǐng)域中以及尤其是在旋轉(zhuǎn)電流電機的領(lǐng)域中已知 有不同的操控方法。在此，當(dāng)前通常優(yōu)選空間矢量調(diào)制方法來操控旋轉(zhuǎn)電流耗電器。在該 操控方法中，通過彼此相繼地設(shè)定八個基本電壓空間矢量來形成控制矢量。為了提供支線 電壓，該基本電壓空間矢量以脈寬調(diào)制的方式被開關(guān)，使得生成相應(yīng)的操控電壓。
[0005] 通過逆變器的可控開關(guān)的經(jīng)限制的開關(guān)時間來限制逆變器的可設(shè)定工作范圍或 最大操控度，也就是說將開關(guān)的各個開關(guān)脈沖的時長限制到最小時長。為了提高逆變器的 可設(shè)定工作范圍或盡管可控開關(guān)的開關(guān)時間被限制也仍然能夠設(shè)定各個工作范圍，在DE 10 2008 040 144 Al中提出，將可控開關(guān)在脈寬調(diào)制周期內(nèi)的接通時間分別縮短最短接通 開關(guān)的接通時長。由此，可控開關(guān)之一在整個脈寬調(diào)制周期中不被接通，并且其余開關(guān)分別 被縮短最短接通開關(guān)的接通時長。由此，結(jié)果兩個無電壓地開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)中的一個被另 一無電壓地開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)代替。
[0006] 該方法的缺點是，在確定的開關(guān)順序的情況下或在可控開關(guān)的其中兩個最短接通 的可控開關(guān)的接通時長具有相似時長的開關(guān)序列的情況下，開關(guān)的最小容許的脈沖時長可 被低于。
[0007] 另外，上述方法可導(dǎo)致功率半導(dǎo)體開關(guān)的非對稱的、尤其是熱學(xué)的負(fù)荷，以及導(dǎo)致 平均星點電壓的移動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，根據(jù)本發(fā)明提供了開頭所述類型的用于借助于空間矢量脈寬調(diào)制來操控逆 變器的方法，其中如果所述開關(guān)之一在脈寬調(diào)制周期期間的接通時長低于預(yù)定義的閾值， 則延長所述開關(guān)在該脈寬調(diào)制周期期間的接通時長。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明提供了開頭所述類型的用于操控逆變器的裝置，其中控制設(shè)備 被構(gòu)造為在所述開關(guān)之一在脈寬調(diào)制周期期間的接通時長低于預(yù)定義的閾值的情況下延 長所述開關(guān)在該脈寬調(diào)制周期期間的接通時長。
[0010] 最后，根據(jù)本發(fā)明提供一種機動車輛驅(qū)動系統(tǒng)，該機動車輛驅(qū)動系統(tǒng)具有至少一 個用于提供驅(qū)動功率的電機和用于操控電機的逆變器并且具有用于操控上述類型的逆變 器的裝置。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點 通過在一般而言設(shè)定開關(guān)的較短接通時長的情況下延長開關(guān)的接通時長，可以避免開 關(guān)的不容許地短的脈沖時長，使得可以展寬可設(shè)定工作范圍。另外，由此可以避免逆變器的 不對稱、尤其是熱學(xué)負(fù)荷。
[0012] 優(yōu)選地使用具有開關(guān)的平均接通時長的開關(guān)接通時長。
[0013] 換言之，如下開關(guān)的接通時長被使用：所述開關(guān)具有次最長的或次最短的接通時 長或既不具有開關(guān)的最長接通時長、也不具有開關(guān)的最短接通時長。
[0014] 由此可以以簡單手段識別開關(guān)的特別關(guān)鍵的開關(guān)序列，在所述開關(guān)的情況下，可 能導(dǎo)致不容許地短的接通或關(guān)斷時間。
[0015] 優(yōu)選地將所述開關(guān)的接通時長延長分別相同的時長。
[0016] 由此不改變所提供的電壓空間矢量，由此同時不影響對受操控的負(fù)載的操控。
[0017] 此外優(yōu)選的是，將在脈寬調(diào)制周期內(nèi)具有最長接通時間的開關(guān)接通時長延長為使 得所述開關(guān)在整個脈寬調(diào)制周期內(nèi)被接通。
[0018] 由此可以放棄整個脈寬調(diào)制周期期間的零矢量，由此可以實現(xiàn)逆變器中的有針對 性的負(fù)載分布，而不影響對負(fù)載的操控。
[0019] 此外優(yōu)選的是，開關(guān)的接通時長被延長的時長對應(yīng)于脈寬調(diào)制周期時長與具有最 長接通時長的開關(guān)接通時長之差。
[0020] 由此可以改變接通時長，而不改變要設(shè)定的電壓空間矢量并且因此妨害對所操控 負(fù)載的操控。
[0021] 此外優(yōu)選的是，開關(guān)的接通時長是開關(guān)的占空比，并且預(yù)定義的閾值是50%的占 空比。
[0022] 由此可以以在調(diào)節(jié)技術(shù)上簡單的手段來確定開關(guān)的接通時長接近最小操控度的 關(guān)鍵操控序列，并且相應(yīng)地匹配對開關(guān)的操控。
[0023] 此外優(yōu)選的是，如果開關(guān)的接通時長超過預(yù)定義的第二閾值，則縮短所述開關(guān)的 接通時長。
[0024] 由此可以檢測如下情況：其中開關(guān)的接通時長接近最大操控度，并且相應(yīng)地匹配 對開關(guān)的操控。
[0025] 在此還優(yōu)選的是，開關(guān)的接通時長被分別縮短相同的時長，使得具有最短接通時 長的開關(guān)在整個脈寬調(diào)制周期內(nèi)被斷開。
[0026] 由此僅僅取消了零矢量之一，由此不影響所提供的電壓空間矢量和對所操控負(fù)載 的操控。
[0027] 此外優(yōu)選的是，如果開關(guān)的接通時長對應(yīng)于第一和第二閾值之間的預(yù)定義的值范 圍，則開關(guān)的相應(yīng)接通脈沖在脈寬調(diào)制周期內(nèi)被移動。
[0028] 由此可以在從一種操控情況到另一操控情況的過渡區(qū)域中保證兩個開關(guān)過程之 間的最小間隔，并且因此開關(guān)的接通時長或關(guān)斷時長不超過操控度的極限。
[0029] 此外優(yōu)選的是，第一和第二閾值為相同的。
[0030] 由此可以利用簡單的手段形成接通時長的縮短與接通時長的延長之間的過渡。
[0031] 在此特別優(yōu)選的是，如果接通時長從大于第一閾值的值改變?yōu)樾∮诘谝婚撝档?值，則將開關(guān)的接通脈沖移動到脈寬調(diào)制周期的結(jié)尾處。
[0032] 由此可以以簡單手段形成到持續(xù)接通開關(guān)之一的過渡。
[0033] 此外優(yōu)選的是，如果開關(guān)的接通時長從小于第二閾值的值改變?yōu)榇笥诘诙撝档?值，則將開關(guān)接通脈沖移動到脈寬調(diào)制周期的開頭處。
[0034] 由此可以設(shè)定從持久接通開關(guān)之一的脈寬調(diào)制周期到持久關(guān)斷開關(guān)之一的脈寬 調(diào)制周期的過渡，由此接通時長和關(guān)斷時長不超過不容許的值。
[0035] 特別優(yōu)選的是，在恰好一個脈寬調(diào)制周期中移動開關(guān)的接通時長，以便將接通脈 沖與相應(yīng)的在先脈寬調(diào)制周期以及接下來的脈寬調(diào)制周期相匹配。
[0036] 此外優(yōu)選的是，劃分相應(yīng)開關(guān)的接通脈沖，并且將經(jīng)劃分的接通脈沖分別移動到 脈寬調(diào)制周期的開頭處和結(jié)尾處。
[0037] 由此，脈寬調(diào)制周期可以分別以零電壓矢量開始和結(jié)束。
[0038] 結(jié)果，可以通過本發(fā)明擴大可設(shè)定工作范圍，因為具有不容許的接通或關(guān)斷時長 的開關(guān)狀態(tài)被設(shè)定相同的電壓空間矢量的開關(guān)序列代替。另外，可以通過改變接通時長以 及尤其是通過改變無電壓地開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)或零矢量來一般而言更加對稱地給逆變器加 載荷。
[0039] 能夠理解，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征、特點和優(yōu)點也可以相應(yīng)地適用于或應(yīng)用于 根據(jù)本發(fā)明的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1以示例性形式示出了用于操控電機的逆變器； 圖2示出了闡述用于操控逆變器的空間矢量調(diào)制方法的復(fù)矢量圖； 圖3以示意性形式示出了用于設(shè)定不同電壓空間矢量的三個支線電壓的變化曲線； 圖4以示意性形式示出了脈寬調(diào)制周期的三個支線電壓的變化曲線，其中可控開關(guān)之 一被持久地關(guān)斷； 圖5以示意性形式示出了三個支線電壓的變化曲線，其中達到最小操控度； 圖6以示意性形式示出了脈寬調(diào)制周期內(nèi)的三個支線電壓的變化曲線，其中可控開關(guān) 之一被持久地接通； 圖7以示意性形式示出了闡述空間矢量調(diào)制的不同操控范圍的復(fù)矢量圖； 圖8a、b以示意性形式示出了具有大于50%的平均占空比的脈寬調(diào)制周期內(nèi)的三個支 線電壓； 圖9a、b以示意性形式示出了具有小于50%的平均占空比的脈寬調(diào)制周期內(nèi)的三個支 線電壓； 圖10a、b以示意性形式示出了脈寬調(diào)制周期內(nèi)的三個支線電壓，其中電壓脈沖被轉(zhuǎn)移 到脈寬調(diào)制周期的開頭和結(jié)尾； 圖11a、b以示意性形式示出了逆變器的操控的過渡區(qū)域中的脈寬調(diào)制周期內(nèi)的三個 支線電壓；以及 圖12a、b以示意性形式示出了逆變器的兩種操控方式之間的過渡區(qū)域中的脈寬調(diào)制 周期內(nèi)的三個支線電壓。

【具體實施方式】
[0041] 圖1中根據(jù)開關(guān)S所提供的相U、V、W以及根據(jù)到直流電壓源12的高電勢或直流 電壓源12的低電勢的分配用SHA、SLA、SHB、SLB、SHC、SLC來表示開關(guān)S。相應(yīng)地用DHA、 DLA、DHB、DLB、DHC、DLC來表示空轉(zhuǎn)二極管。
[0042] 通過交替地斷開和閉合開關(guān)S，在相導(dǎo)線U、V、W之間分別施加操控電壓，使得相應(yīng) 地分別產(chǎn)生驅(qū)動電機14的相電流IU、IV、IW。逆變器10優(yōu)選地借助于半導(dǎo)體開關(guān)來構(gòu)造。 逆變器的開關(guān)借助于示意性示出的控制單元18被交替地斷開和閉合，以便提供具有確定 變化曲線的相電壓并且提供電壓空間矢量以及相應(yīng)地給電機14接通相電流IU、IV、IW。在 此，電壓矢量由逆變器10來提供，然后根據(jù)所操控的負(fù)載相應(yīng)地產(chǎn)生電流空間矢量。
[0043] 圖2中示出了闡述用于操控旋轉(zhuǎn)電流耗電器14或電機14的空間矢量調(diào)制的復(fù)矢 量圖，并將該復(fù)矢量圖總體上用20來表示。
[0044] 在矢量圖20中示出了電機14的具有操控角Alpha的電壓矢量V'在矢量圖20 中還示出了 6個基本電壓矢量￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、￥6，這些基本電壓矢量￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、 V6在逆變器10的開關(guān)S中的各個或兩個被閉合并且電機被相應(yīng)地操控時得出。為了將電 壓矢量f設(shè)定為具有最大長度，該電壓矢量在本示例中具有基本電壓矢量Vl和V2之間的 操控角Alpha，該電壓矢量通過根據(jù)基本電壓矢量Vl和基本電壓矢量V2交替地操控逆變器 10而實現(xiàn)。兩個基本電壓矢量V1、V2交替地用預(yù)定義的開關(guān)頻率來設(shè)定，使得在基本電壓 矢量VI、V2的接通時長相同的情況下得出具有30°相角的電壓矢量V'如果必須將電壓 矢量f設(shè)定為具有較大操控角Alpha，則相應(yīng)地延長基本電壓矢量V2的接通時長并且縮短 基本電壓矢量Vl的接通時長。因此，可以通過時鐘控制地操控逆變器10的開關(guān)S來實現(xiàn) 具有任意操控角Alpha的電壓空間矢量V'
[0045] 如果電壓矢量V#如在圖2中所示情況下那樣應(yīng)當(dāng)被設(shè)定為具有比基本電壓空間 矢量VI、V2更小的數(shù)值(較小長度)，則相應(yīng)地設(shè)定零電壓矢量VO、V7,在零電壓矢量情況下 逆變器10的上側(cè)的開關(guān)SHA、SHB、SHC或下側(cè)的開關(guān)SLA、SLB、SLC被斷開。開關(guān)S中的分 別其他開關(guān)被相應(yīng)地閉合。電壓矢量f可以相應(yīng)地通過基本電壓空間矢量Vl和V2以及 零電壓矢量VO、V7之一的組合來實現(xiàn)。
[0046] 為了給耗電器14或電機14通電，通過如下方式來提供電壓空間矢量V* :快速連 續(xù)地相繼設(shè)定不同的基本電壓空間矢量Vl - V6和零電壓矢量V0、V7。由此，逆變器10的 不同的開關(guān)S和不同的空轉(zhuǎn)二極管D在相應(yīng)快地旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量V*的情況下被均勻 地加載荷、尤其是按相均勻地加載荷。如果電壓空間矢量f的旋轉(zhuǎn)頻率非常小或為零(例 如在電機10的轉(zhuǎn)速小的情況下)，則相U、V、W的逆變器10的相應(yīng)開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D在 長時期內(nèi)都被加載荷，使得可能出現(xiàn)相應(yīng)開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D的過載，并且逆變器10的 開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D -般而言被非均勻地、尤其是按相非均勻地被加載荷。為了防止開 關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D中的個別過載，必須采取措施以便將載荷分布到開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管 D中的不同開關(guān)和空轉(zhuǎn)二極管上。
[0047] 在圖3中示出了脈寬調(diào)制周期T內(nèi)的三個相U、V、W的相電壓的變化曲線，以便相 繼設(shè)定基本電壓空間矢量V0、VI、V2、V7。在脈寬調(diào)制周期T內(nèi)，可以改變各個基本電壓空 間矢量V0、VI、V2、V7的接通時長t0、tl、t2、t7,以便能夠精確地設(shè)定電壓空間矢量V'
[0048] 由于可控開關(guān)的慣性，必須遵循開關(guān)的兩個開關(guān)時刻之間的最小時間間隔。該最 小間隔既是在接通時間之間、也是在關(guān)斷時間之間所需的。由于器件的該慣性，可設(shè)定工作 范圍以及通過下列公式計算的最大操控度減小：

【權(quán)利要求】
1. 用于借助于空間矢量脈寬調(diào)制來操控逆變器（10)、尤其是用于操控電機（14)的方 法，其中逆變器（10)具有多個可控開關(guān)（S)并且被構(gòu)造為提供電壓空間矢量（V，形式的多 相電壓（U，V，W)，其中可控開關(guān)（S)被操控為使得開關(guān)（S)的不同接通時長被設(shè)定并且開關(guān) (S) 的多個彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài)（V0 - V7)被設(shè)立為提供電壓空間矢量（V#)，其特征在 于，如果所述開關(guān)（S)之一在脈寬調(diào)制周期（T)期間的接通時長低于預(yù)定義的閾值（44)，則 延長開關(guān)（S)在該脈寬調(diào)制周期（T)期間的接通時長。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用具有開關(guān)（S)的平均接通時長的開關(guān)（S)的 接通時長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中將接通的開關(guān)（S)的接通時長延長分別相同 的時長。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中將在脈寬調(diào)制周期（T)內(nèi)具有最長接通 時間的開關(guān)（S)的接通時長延長為使得所述開關(guān)（S)在整個脈寬調(diào)制周期（T)內(nèi)被接通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中開關(guān)（S)的接通時長被延長的時長對應(yīng) 于脈寬調(diào)制周期時長（T)與具有最長接通時長的開關(guān)（S)的接通時長之差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中開關(guān)（S)的接通時長是開關(guān)（S)的占空 t匕，并且預(yù)定義的閾值（44)是50%的占空比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其中如果開關(guān)（S)的接通時長超過預(yù)定義的 第二閾值（44)，則縮短開關(guān)（S)的接通時長。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中開關(guān)（S)的接通時長被分別縮短相同的時長，使得 具有最短接通時長的開關(guān)（S)在整個脈寬調(diào)制周期（T)內(nèi)被斷開。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其中如果開關(guān)（S)的接通時長對應(yīng)于第一和 第二閾值（44)之間的預(yù)定義的值范圍（44)，則開關(guān)（S)的相應(yīng)接通脈沖在脈寬調(diào)制周期 (T) 內(nèi)被移動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中第一和第二閾值（44)為相同的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中如果接通時長從大于第一閾值（44)的值改 變?yōu)樾∮诘诙撝担?4)的值，則將開關(guān)（S)的接通脈沖移動到脈寬調(diào)制周期（T)的結(jié)尾處。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中如果開關(guān)（S)的接通時長從小于第二閾 值（44)的值改變?yōu)榇笥诘诙撝担?4)的值，則將開關(guān)（S)的接通脈沖移動到脈寬調(diào)制周期 (T)的開頭處。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的方法，其中劃分相應(yīng)開關(guān)（S)的接通脈沖，并且將經(jīng)劃 分的接通脈沖分別移動到脈寬調(diào)制周期（T)的開頭處和結(jié)尾處。
14. 用于借助于空間矢量脈寬調(diào)制來操控逆變器（10)、尤其是用于操控電機（14)的裝 置（18)，其中逆變器（10)具有多個可控開關(guān)（S)并且被構(gòu)造為提供電壓空間矢量（V，形式 的多相電壓（U，V，W)，具有控制設(shè)備，所述控制設(shè)備被構(gòu)造為將可控開關(guān)（S)操控為使得開 關(guān)（S)的不同接通時長被設(shè)定并且逆變器（10)采取開關(guān)（S)的多個彼此相繼的不同開關(guān) 狀態(tài)（V0, V7)，以便提供電壓空間矢量（V#)，其特征在于，控制設(shè)備（18)被構(gòu)造為在所述開 關(guān)（S)之一在脈寬調(diào)制周期（T)期間的接通時長低于預(yù)定義的閾值（44)的情況下延長開關(guān) (S)在該脈寬調(diào)制周期（T)期間的接通時長。
15. 機動車輛驅(qū)動系統(tǒng)，其具有至少一個用于提供驅(qū)動功率的電機（14)、用于操控 電機（14)的逆變器（10)、并且具有根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于操控逆變器（10)的裝置 (18)。
【文檔編號】H02M7/5387GK104396135SQ201380032314
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】T.維夏, M.達姆森 申請人:羅伯特·博世有限公司