考虑用于控制多相电机的最小开关状态时间的空间矢量调制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制多相电机(3)的方法和变流器(1)。电机(3)的每个相电压都通过两个连接形成半桥(5、6、7)的电子开关(9、10)来产生。通过空间矢量调制控制半桥(5、6、7)的开关状态，其中，预设了最短停留时间，并且半桥(5、6、7)的每个由有源的基本电压空间矢量(15、16、17)表示的开关状态均至少保留最小停留时间。17)表示的开关状态均至少保留最小停留时间。17)表示的开关状态均至少保留最小停留时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】考虑用于控制多相电机的最小开关状态时间的空间矢量调制方法


[0001]本专利技术涉及一种用于控制多相电机的方法和变流器，其中，电机的每个相电压由两个连接成半桥的电子开关产生，并且通过空间矢量调制来控制半桥的开关状态。

技术介绍

[0002]在空间矢量调制的情况下，半桥的每个开关状态都由基本电压空间矢量表示，并且为空间矢量调制的连续的脉冲周期相应预设额定空间矢量。根据脉冲宽度调制的原理，通过基本电压空间矢量在相应脉冲周期内的改变，将额定空间矢量实现为脉冲周期上的时间平均值。
[0003]当半桥中的两个同时或几乎同时在相反地相互切换时，以空间矢量调制方式控制的这种电机的连接端子之间会出现升高的电压。因此，空间矢量调制通常实现为，使得避免了两个半桥的同时相互相反的切换。但是，如果同时或几乎同时切换两个半桥，则在电机中也会出现升高的导体接地电压。
[0004]US 9 608 545 B1公开了一种用于驱动负载的方法，其中，提供了用于控制开关装置的开关操作的开关信号。如果开关信号落入预定的死区中，则通过将与开关信号相对应的空间矢量移动至死区的边界来修改开关信号。
[0005]US 5 955 862 A公开了一种用于具有电压变流器的异步电动机的变频器，该变频器具有根据脉冲宽度调制控制的开关。如果输出电压向量的两个分量中的至少一个小于预定的最小值，则计算两个替代向量，其向量平均值等于输出电压向量，其中，第一替代向量的分量相应地大于最小值。例如在脉冲宽度调制的两个半脉冲周期中或者在两个依次连续的脉冲周期中使用替代向量。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是，提出一种用于利用空间矢量调制改进控制多相电机的方法和装置。
[0007]根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求11的特征的变流器来实现。
[0008]本专利技术的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
[0009]在根据本专利技术的用于控制多相电机的方法中，电机的每个相电压都通过两个连接形成的半桥的电子开关来产生，并且利用空间矢量调制来控制半桥的开关状态。在此，预设最小停留时间，并且半桥的每个由有源基本电压空间矢量表示的开关状态至少保持最短停留时间。
[0010]通过最小停留时间避免了由有源基本电压空间矢量表示的开关状态的持续时间变得如此短，以使得在该开关状态之前和之后设置的开关状态几乎立即彼此跟随，由此能够产生两个半桥几乎同时相同类型的切换。通过避免半桥的这种切换，减小了电机的导体
接地电压负载。由此，通过将更少的绝缘材料被引入到槽中，电机的绝缘强度能够被设计得较低，并且电机能够被更好地利用，电机的线圈绕组通过该槽延伸，并且该空间被用于线圈绕组。
[0011]本专利技术还提出，对于空间矢量调制的每个脉冲周期，为在该脉冲周期内半桥的开关状态的平均的开关状态平均值预设额定空间矢量，并且如果不能实现由额定空间矢量表示的开关状态平均值，则设置开关状态平均值，该开关状态平均值由与额定空间矢量略微偏离的替代空间矢量表示。例如，替代空间矢量的空间矢量绝对值与额定空间矢量的空间矢量绝对值一致，并且替代空间矢量的空间矢量角与额定空间矢量的空间矢量角偏差得尽可能小。替代地，为了形成替代空间矢量，缩短持续时间，在该持续时间中，半桥的开关状态在脉冲周期内由有源基本电压空间矢量之一表示。在此，优选地缩短以下有源的基本电压空间矢量的持续时间，该有源的基本电压空间矢量在脉冲周期内被最长时间地使用，以实现额定空间矢量。
[0012]本专利技术的上述设计方案考虑到，由于为有源的基本电压空间矢量预设的最小停留时间不能实现由额定空间矢量表示的每个开关状态平均值。因此，在无法实现额定空间矢量的情况下，本专利技术提出，代替额定空间矢量实现替代空间矢量，该替代空间矢量仅与额定空间矢量略微偏离。
[0013]本专利技术还提出，在脉冲周期的额定空间矢量与替代空间矢量之间形成差分空间矢量，并且在该脉冲周期之后的脉冲周期的额定空间矢量根据差分空间矢量相对于最初为之后的脉冲周期预设的额定空间向量来修改。例如，通过将差分空间矢量加到最初为脉冲周期预设的额定空间矢量，一个脉冲周期的额定空间矢量通过前一个脉冲周期的差分空间矢量来修改。替代地，通过将差分空间向量在最初为脉冲周期预设的额定空间矢量的空间矢量角与前一个脉冲周期的额定空间矢量的空间矢量角之间旋转差分角，并且将旋转的差分空间矢量加到最初为脉冲周期预设的额定空间矢量，脉冲周期的额定空间矢量通过前一个脉冲周期的差分空间矢量来修改。
[0014]本专利技术的前述设计方案能够实现，通过根据额定空间矢量与替代空间矢量的偏差修改下一个脉冲周期的额定值矢量，在之前的时间周期中补偿电压时间区域的额定值偏差，其中，该额定值偏差在脉冲周期中通过使用替代空间矢量代替额定空间矢量引起。
[0015]本专利技术的另一设计方案提出，至少将在半桥的开关状态的开关状态变化与电机通过开关状态变化产生的相电压的相电压变化之间的持续时间的两倍预设为最小停留时间。该持续时间例如是连接电缆中的信号的信号传输时间，该连接电缆将电机的连接端子与具有半桥的变流器连接。
[0016]替代于本专利技术的前述设计方案，例如，将电机的取决于电机的串联电感和绕组电容的谐振频率的倒数预设为最小停留时间。
[0017]本专利技术的上述两个设计方案有利地使最小停留时间匹配电机的物理特性以及其与半桥的耦合。最小停留时间与电机的共振频率的匹配尤其具有优点，即由此还能够降低电机的星形点处的电压负载。
[0018]本专利技术的另一个设计方案提出，半桥的每两个依次连续的开关状态仅通过恰好一个半桥的开关位置来相互区分。由此，有利地避免了由于两个或多个半桥的同时切换引起的电压负荷。
[0019]本专利技术的另一个设计方案提出，预设开关位置最小时间，并且每个半桥的开关位置至少保持开关位置最小时间。由此，利地避免了由于各个相的相电压的快速变化引起的电压负荷。
[0020]在本专利技术的另一个设计方案中，仅当电机以振幅在预定电压范围内的相电压运行时，才激活根据本专利技术的方法。在此，为了激活该方法，预设一个电压范围，在该电压范围中，电机承受电压负荷，而该电压负荷不是在具有常规空间矢量调制的控制方法中设计的。相反地，在相电压在该电压范围之外的情况下，优选地通过常规的空间矢量调制控制电机。由此，考虑在根据本专利技术修改的空间矢量调制中，与传统的空间矢量调制相比，电机中的纹波电流略有增加，使得根据本专利技术修改的空间矢量调制相对于传统的空间矢量调制仅在电机的电压负载时是有利的，而该电压负荷不是在具有常规空间矢量调制的控制方法中设计的。
[0021]用于执行根据本专利技术的方法的根据本专利技术的变流器对于每个相电压包括两个连接成半桥的电开关，并且包括用于根据本专利技术的方法驱控电开关的控制单元。这种变流器的优点对应于上面已经提到的根据本专利技术的方法的优点。
附图说明
[0022]根据下面结合附图对实施例的描述，更清楚和明白地解释本专利技术的上述特性、特征和优点以及如何实现它们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制多相电机的方法(3)，其中，
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所述电机(3)的每个相电压通过两个连接成半桥(5、6、7)的电子开关(9、10)来产生，以及
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利用空间矢量调制控制所述半桥(5、6、7)的开关状态，
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其中，预设最短停留时间，以及
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所述半桥(5、6、7)的每个由有源的、即与零电压空间矢量不同的基本电压空间矢量(15、16、17)表示的开关状态均至少保持所述最短停留时间，
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对于所述空间矢量调制的每个脉冲周期，为所述半桥(5、6、7)的所述开关状态在所述脉冲周期上平均的开关状态平均值预设额定空间矢量(13、14)，并且，如果不能实现由所述额定空间矢量(13、14)表示的所述开关状态平均值，则设置开关状态平均值，该开关状态平均值由与所述额定空间矢量(13、14)偏离的替代空间矢量表示，
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以及在脉冲周期的额定空间矢量(13)与替代空间矢量(27)之间形成差分空间矢量(29)，并且在该脉冲周期之后的脉冲周期的所述额定空间矢量(14)根据所述差分空间矢量(29)相对于最初为该之后的脉冲周期预设的额定空间向量(14')来修改。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述替代空间矢量(27)的空间矢量绝对值与额定空间矢量(13、14)的空间矢量绝对值一致，并且所述替代空间矢量(27)的空间矢量角与额定空间矢量(13、14)的空间矢量角不同。3.根据权利要求1所述的方法，其中，为了形成所述替代空间矢量(27)缩短持续时间，在该持续时间中，所述半桥(5、6、7)的开关状态在脉冲周期内由有源的基本电压空间矢量(15、16、17)之一表示。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过将所述差分空间矢量(29)加...

【专利技术属性】
技术研发人员：本诺，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：