本发明专利技术涉及一种模块化的高频变频器包括多个子模块（51-5n），每个子模块具有输入侧的半电桥以及直流中继电路，半电桥与中继电路电容并联。通过每个子模块的中继电路电容分别下降的中继电路电压（va1-van）经过预定配属的脉冲占空因数（d1-dn）借助于双自由度调节结构调节至各预定的电压额定值（va1s-vans），其包括预控制装置和连接在其下游的顺序故障调节装置。在预控制装置的范畴中借助于变频器（3）的数学模型根据在直流电压中继电路中各负载侧流出的输出电流（ia1-ian）以及根据中继电路电压的额定值确定每个脉冲占空因数的额定值（d1s-dns）以及供电电流（iL）的额定值（iLs）。描绘输入侧的半电桥的开关位置的影响的开关位置参数（q1-qn）由各对应的脉冲占空因数替换。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模块化的高频变频器。本专利技术还涉及一种用于运行这种高频变频器的方法。
技术介绍
前述类型的变频器电路在Lukas Lambertz等人的出版物“ModularerHochfrequenz Umrichter fiir Fahrzeugantriebe (用于车辆驱动装置的模块化高频变频器)”，EMA2010，2010年九月8-9日，阿沙芬堡(Aschaffenburg)中被公开，其用于在车辆驱动装置中为电驱动电机的电机绕组进行电能供应。已知的模块化的高频变频器(简写MHF变频器)设置用于将来自车辆的牵引用蓄电池中的直流电压转换为多个交流电压。单个的交流电压在此由多个子模块产生，这些子模块在牵引用蓄电池的供电电路中串联。在此每个子模块在输入侧经由半电桥与供电电路连接。为了产生交流电压，每个子模块在输出侧具有一个三相的全电桥(H电桥),其经由负载电路与车辆的驱动电动机的相位绕组连接。在子模块内部输入侧的半电桥和全电桥与中继电路电容一起在(直流电压)中继电路中并联。在MHF变频器的正常运行(驱动模式)中，其中经由变频器的子模块将来自供电电路的电功率传输至相应的负载电路，子模块的输入侧半电桥与在供电电路中布置的电感共同作用地作为升压变压器运行。为此通常子模块的中继电路电容以彼此错置的时钟连接至供电电路中。为了该目的，输入侧的半电桥通常利用周期性的载波信号来驱控，该载波信号以相同的相位角错开。除了驱动模式，子模块的输入侧的半电桥在反馈模式中运行，其中电功率从负载电路经由各个配属的子模块反馈至供电电路中。子模块的中继电路电压对于每个子模块而言单独地由脉冲占空因数(也称为调节系数，脉冲占空比或占空因数)的变化来调节，利用该脉冲占空因数驱控相应的子模块的相应的输入侧的半电桥。—种用于驱控模块化的高频变频器的方法在由A.Mayer等人在Internat1nalExhibit1n&Conference for Power Electronics, Intelligent Mot1n and PowerQuality2011 (PCIM Europe2011)第一册，ISBN978-1-61839-061-5 中已知。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，改进MHF变频器以及改进用于运行MHF变频器的方法。根据本专利技术该目的通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求10的特征的MHF变频器来实现。本专利技术的有利的以及部分地视为有专利技术意义的设计方案和改进方案在配属权利要求中以及在后面的描述中阐述。本专利技术从一个MHF变频器出发，其包括多个子模块。在此这些子模块根据需要在输入侧串联地经由电感连接至由直流压电源供电的供电电路中。每个子模块在输入侧具有半电桥(下文中的输入电桥)，利用该半电桥子模块连接至供电电路中。输入电桥在子模块内部连接在(直流电压)中继电路的下游，在输入电桥的中继电路之中，中继电路电容(特别是以一个或多个电容器形式)并联连接。在输出侧优选地每个子模块具有一个输出开关回路，通过该输出开关回路子模块根据需求与负载电路连接。分别根据在负载电路中布置的负载的类型，输出开关回路可以是不同的性质的。特别地输出开关回路(与已知的MHF变频器类似地)可以是用于产生负载电路的三相的交流电压的三相的全电桥。这里可替换地，输出开关回路可以设计为用于产生相应地多相位的交流电压的、多相位的、特别是三相的全电桥(脉冲逆变器)。还可替换地，输出开关回路设计为用于产生在负载电路中的直流电压的直流电压转换器(DC-DCR换器)。在前面所述的实施方案中，输出开关回路特别用作将中继电路电压降压转换成为电控制仪器、照明装置和低电压驱动装置供电的低电压和/或用于为低电压蓄电池充电。只要子模块设置用于在负载侧输出直流电压，那么可选地也可以完全取消输出开关回路，以使得在这种情况下直流电压中继电路直接过渡到负载电路中。MHF变频器根据本专利技术特别是包括具有不同的输出开关回路的子模块。在一个示例性的实施方案中，MHF变频器包括四个子模块以及具有降压转换器作为输出开关回路的第五子模块，该四个子模块各自包括一个三相的全电桥(脉冲逆变器)作为输出开关回路。MHF变频器特别地设置用于电动车辆的车辆驱动装置中。在这个应用情况下车辆的牵引用蓄电池(高电压蓄电池)设置作为供电电路的直流电流源。在输出侧与子模块连接的负载在此特别地是电动机或这种电动机的相位绕组。优选地在此单独的子模块对应于电动机的每个相位绕组。然而可替换地在本专利技术的范畴中多相位的电动机的多个相位绕组与共同的子模块连接。在本专利技术的特殊的应用情况下，多个电动机-其例如用作选择性地驱动车辆的不同的车轮-由MHF变频器的不同的子模块来驱控。在该方法过程中，每个子模块的中继电路电容分别通过配属的输入侧的所述半电桥利用预定的脉冲占空因数按时序地连接至供电电路中。在此通过每个子模块的中继电路电容分别下降的中继电路电压经过预定配属的脉冲占空因数调节至各个预定的电压额定值。根据本专利技术为了调节中继电路电压引入双自由度调节结构，其包括预控制装置和连接在其下游的顺序故障调节装置(Folgefehlerregelung)。预控制装置的核心在此是一个模型，其近似数学地根据基尔霍夫定律描绘在供电电路和子模块中的电流和电压的相互作用。优选地该模型以方程组的形式实施。在预控制装置的范畴中，引入用于中继电路电压的额定值以及子模块的输出电流作为该模型的输入参量。在这里在子模块的直流电压中继电路中负载侧流出的电流称为“输出电流”，流入到配属的负载电路的相应的直流电压中继电路中的电流被相应地评估为负的输出电流。此外该模型包括另外的开关位置参数，其反映MHF变频器的输入电桥的开关位置对电压和电流的影响(布置在半电桥中的开关元件的位置的确切的影响)。开关位置参数例如是二进制的参数，如果配属的中继电路电容连接至供电电路中，参数假设数值“0”，如果中继电路电容在开关方面上从供电电路上退耦，那么该参数假设为数值“I”。借助于模型-特别是由于形成该模型的方程组的解-在预控制装置的范畴中确定每个脉冲占空因数的额定值以及供电电流的额定值。由预控制装置确定的额定值在此表示粒度上的(grobkoernige)-以及时间上缓慢变化的-预定值，该预定值通过后序调节精细地匹配。根据本专利技术应用在预控制装置中的模型-与在MHF变频器中根据基尔霍夫定律的电流和电压的确切的视图对比-相反地简化，即为了确定前面所述的额定值开关位置参数分别通过对应的脉冲占空因数代替，利用这样的脉冲占空因数来驱控对应的输入电桥。优选地在该模型中忽略中继电路电压的以及供电电流的附加的时间上的变化(即设置数值为零)。根据本专利技术的调节方法能实现在不同的工作点上对MHF进行特别灵活的、然而也精确的和稳定的调节。由此该方法特别是也实现了在较低的直至消失的输出频率中借助于三相的输出电桥为负载回路供电。此外该方法在系统自身的限制范畴中能实现为不同类型的负载同时供电，特别是为交流电耗电设备以及直流电耗电设备同时供电。因此该方法特别适用于在以显著不同的功率消耗在为多个负载供电时运行MHF变频器的。原则上在预控制装置范畴中引入输出电流的时间离散的测量值(即在定义的时间点时假设相应的输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于运行模块化的高频变频器（3）的方法，所述高频变频器包括多个子模块（51‑5n），所述子模块在输入侧串联地经由电感（7）连接至由直流电压源（4）供电的供电电路（8），其中每个所述子模块（51‑5n）具有输入侧的半电桥（20）以及连接在所述半电桥的下游的直流电压中继电路（25），在所述直流电压中继电路中所述半电桥（20）与中继电路电容（22）并联，其中根据本方法‑每个所述子模块（51‑5n）的所述中继电路电容（22）分别通过配属的输入侧的所述半电桥（20）利用预定的脉冲占空因数（dj）时控地连接至所述供电电路（8）中，‑通过每个所述子模块（51‑5n）的所述中继电路电容（22）分别下降的中继电路电压（va1‑van）通过预定配属的脉冲占空因数（d1‑dn）借助于调节结构（40）调节至各自预定的电压额定值（va1s‑vans），所述调节结构包括预控制装置（41）和连接在所述预控制装置下游的顺序故障调节装置（42），‑在所述预控制装置（41）的范畴中，借助于近似数学地描绘在所述供电电路（8）和所述子模块（51‑5n）中的电流（iL，ia1‑ian）和电压（uq，va1‑van）的相互作用的模型，根据在所述子模块（51‑5n）的所述直流电压中继电路（25）中各个负载侧流出的输出电流（ia1‑ian）以及根据所述中继电路电压（va1‑van）的额定值（va1s‑vajs）确定每个脉冲占空因数（d1‑dn）的额定值（d1s‑dns）以及供电电流（iL）的额定值（iLs），其中‑在所述模型中描绘输入侧的所述半电桥（20）的影响的开关位置参数（q1‑qn）通过各个对应的所述脉冲占空因数（d1‑dn）来代替。...
【技术特征摘要】
2013.03.05 DE 102013203706.61.一种用于运行模块化的高频变频器(3)的方法，所述高频变频器包括多个子模块(51-5n)，所述子模块在输入侧串联地经由电感(7)连接至由直流电压源(4)供电的供电电路(8)，其中每个所述子模块(51-5n)具有输入侧的半电桥(20)以及连接在所述半电桥的下游的直流电压中继电路(25)，在所述直流电压中继电路中所述半电桥(20)与中继电路电容(22)并联，其中根据本方法 -每个所述子模块(51-5n)的所述中继电路电容(22)分别通过配属的输入侧的所述半电桥(20)利用预定的脉冲占空因数(dp时控地连接至所述供电电路(8)中， -通过每个所述子模块(51-5n)的所述中继电路电容(22)分别下降的中继电路电压(Val-Van)通过预定配属的脉冲占空因数(Cl1-Cln)借助于调节结构(40)调节至各自预定的电压额定值(vals-vans)，所述调节结构包括预控制装置(41)和连接在所述预控制装置下游的顺序故障调节装置(42)， -在所述预控制装置(41)的 范畴中，借助于近似数学地描绘在所述供电电路(8)和所述子模块(51-5n)中的电流(ip Ial-1an)和电压U,，Val-Van)的相互作用的模型，根据在所述子模块(51-5n)的所述直流电压中继电路(25)中各个负载侧流出的输出电流(ial_im)以及根据所述中继电路电压(Val-Van)的额定值(vals-v_)确定每个脉冲占空因数(d「dn)的额定值(dls-dns)以及供电电流(iJ的额定值(U)，其中 -在所述模型中描绘输入侧的所述半电桥(20)的影响的开关位置参数(qi_qn)通过各个对应的所述脉冲占空因数(Cl1-Cln)来代替。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述模型中忽略所述中继电路电压(Val-Van)的以及所述供电电流的...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·科普夫，马塞尔·卢策，米丽娅姆·曼特尔，马库斯·赖因哈德，斯特凡·弗尔克尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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