本发明专利技术涉及一种用于给电机(3)供电的逆变器(2)的控制装置(8)，其中控制装置(8)设计成以载波频率提供脉宽调制开关信号(15)以控制逆变器(2)的开关元件(12)，其中控制装置(8)设计成根据描述由电机(3)的转速和扭矩限定的操作点的操作点信息来确定至少一个操作范围(22、23)内的载波频率，使得载波频率在至少一个操作范围(22、23)内相对于在该操作范围中指定最大载波频率的最大载波频率操作点降低。定最大载波频率的最大载波频率操作点降低。定最大载波频率的最大载波频率操作点降低。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制装置、逆变器、具有逆变器和电机的组件、操作逆变器的方法以及计算机程序
[0001]本专利技术涉及一种用于给电机供电的逆变器的控制装置，其中该控制装置配置为以载波频率提供脉宽调制开关信号，以驱动逆变器的开关元件。
[0002]本专利技术还涉及逆变器、具有逆变器和电机的组件、操作逆变器的方法以及计算机程序。
技术介绍
[0003]电动汽车的重要性日益增加，这已经将用于这种应用领域的逆变器及其相关控制装置纳入工业发展努力的重点。以恒定载波频率提供脉宽调制开关信号以驱动逆变器的开关元件的控制装置是已知的。
[0004]在这种开关操作过程中，开关损耗不可避免地出现。所述开关损耗对逆变器或具有逆变器和电机的组件的整体效率有很大影响，因为它们占总损耗的很大一部分。同时，逆变器必须以不超过其DC链路电容器处的DC链路电压的最大峰谷值的方式操作，因为逆变器的DC链路电容器根据其容量以及其安装空间、重量和成本设计为最大允许峰谷值。
技术实现思路
[0005]因此，本专利技术基于这样的目的，即使得逆变器的更有效操作成为可能，而在该过程中不增加其DC链路电容器的电容。
[0006]根据本专利技术，该目的通过开头提到的类型的控制装置来实现，该控制装置配置为根据描述由电机的转速和扭矩限定的操作点的一条操作点信息来确定至少一个操作范围内的载波频率，使得载波频率在至少一个操作范围内与在该操作范围中指定最大载波频率的最大载波频率操作点相比降低。
[0007]本专利技术基于以下知识：逆变器的DC链路电容器处的DC链路电压的峰谷值通常具有显著的最大值，并且载波频率的降低一方面导致峰谷值的增加，另一方面导致开关元件的开关操作期间开关损耗的降低。由于最大载波频率操作点可被分配给峰谷值的这样的最大值，在最大值之外的较低峰谷值引入了通过以取决于操作点的方式降低载波频率来降低开关损耗的范围。以这种方式有利地使得逆变器的更有效的操作成为可能，而DC链路电容器的电容不会因此而增加。
[0008]在根据本专利技术的控制装置中，优选的是，操作范围具有满负载操作点，在该满负载操作点处，存在可以用其转速绝对值来指定的最大扭矩，该满负载操作点作为最大载波频率操作点，并且操作范围延伸到部分负载操作，其中控制装置配置为随着距最大载波频率操作点的距离增加而降低载波频率。该操作范围也可以称为第一操作范围。已经认识到，最大载波频率操作点可以在一条或相应的全负载线路上找到，可以为每个转速值提供的最大正扭矩或负扭矩位于该线路上。以这种方式，可以在部分负载操作中实现提高的效率，也就是说，在扭矩值对于相应转速就绝对值而言低于全负载线路上的情况下的操作中。
[0009]满负载操作点的转速有利地与拐角操作点的转速偏离最大40％，特别是最大30％，拐角操作点描述了从基本转速操作到功率限制操作或到场减弱操作的过渡。
[0010]如果控制装置配置为用扭矩的任何符号来指定操作点的载波频率，则可以规定，为正扭矩定义第一操作范围，为负扭矩定义另一第一操作范围。
[0011]在根据本专利技术的控制装置中，优选的是，操作范围位于由扭矩上限和扭矩下限限制的扭矩区间内，并且控制装置配置为随着转速降低、特别是独立于扭矩而降低操作范围中的载波频率。该操作范围也可被称为第二操作范围。由于载波频率与转速的比率较低，这可以防止发生不期望的高谐波失真，特别是高THD(总谐波失真)值，这可能导致电机中的机械振动。
[0012]如果控制装置配置为仅指定具有相同扭矩符号的操作点的载波频率，扭矩极限优选为零。如果控制装置还配置为用扭矩的任何符号来指定操作点的载波频率，则扭矩上限可以为正，扭矩下限可以为负。特别地，一个或相应扭矩极限的绝对值至少为可由控制装置指定的最大扭矩的百分之五。
[0013]根据特别容易实施的实施例，第二操作范围受到扭矩极限的限制。
[0014]第一和第二操作范围通常不重叠地定义。可指定的载波频率优选地在第一和第二操作范围彼此邻接的边界处连续运行。
[0015]可选地，根据本专利技术的控制装置可以配置为在相对于至少一个操作范围不重叠地定义的并且包括高于转速阈值的操作点的另一操作范围内指定具有固定值的载波频率。在高于该转速阈值的转速下，开关损耗的降低仅非常弱，结果是不需要以依赖于操作点的方式选择载波频率。转速阈值通常处于功率限制操作或场减弱操作中。载波频率则有利地是所提供的最大载波频率。
[0016]在根据本专利技术的控制装置的有利发展中，还可以规定，其配置为不确定载波频率低于指定的或可指定的最小值。这防止了载波频率对于低的转速和扭矩值变得如此低，以至于它们与电机的相应相电流的频率之比下降到指定的最小比率以下，其结果是可能出现电机的不希望的振动，这种振动可以从声学上感知。在此范围内，规定最小值的操作点也可视为另一操作范围。
[0017]为了能够以特别小的努力实现根据本专利技术的控制装置，其优选地配置为从特性图中选择载波频率，该特性图将载波频率值分配给成对的转速值和扭矩值。特性图可以例如通过查找表来实现。控制装置通常包括存储特性图的存储单元。
[0018]此外，可以规定特性图描述所述对和载波频率值的至少分段线性分配。可替代地，特性图可以由离散对定义，并且控制装置配置为通过分配给离散对的载波频率值的插值、特别是线性插值来确定载波频率。
[0019]作为使用特性图的替代，根据本专利技术的控制装置可以配置成通过分析计算规范确定载波频率，可以从该分析计算规范，根据操作点来确定载波频率。
[0020]特性图或计算规范可能已被确定，例如通过对逆变器和电机的特定配置的测量或模拟。
[0021]根据本专利技术的控制装置还可以配置成分别以下方所述确定更新的载波频率：在接收更新的一条操作点信息时，和/或在经过指定的或可指定的时间段后，和/或在电机的电周期完成之后，和/或在相应开关信号的周期完成之后。因此，载波频率可以分别在合适的
时间点适应瞬时操作点。
[0022]根据本专利技术的控制装置还可以配置成从在输入接收的一条扭矩信息和/或在输入接收的一条转速信息和/或根据在输入接收的描述供给电机的相电流的一条电流信息来确定操作点信息，和/或在用于确定开关信号的控制过程的情况下估计操作点信息。特别地，扭矩可以从电流信息中确定。
[0023]本专利技术所基于的目的还通过一种逆变器来实现，该逆变器包括DC链路电容器、开关元件和根据本专利技术的控制装置，所述开关元件互连以根据驱动开关元件的开关信号将施加到DC链路电容器的DC链路电压转换成单相或多相AC电压。
[0024]DC链路电容器可以由单个电容器元件或者由并联和/或串联互连的多个电容器元件形成。
[0025]逆变器还可以包括模数转换器，该模数转换器配置成将模拟测量信号转换成电流信息和/或扭矩信息和/或转速信息。
[0026]本专利技术所基于的目的还通过一种组件来实现，该组件具有根据本专利技术的逆变器和能够借助于AC电压操作的电机。
[0027]优选地，载波频率的确定表示关系：
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于给电机(3)供电的逆变器(2)的控制装置(8)，其中控制装置(8)配置为以载波频率提供脉宽调制开关信号(15)以驱动逆变器(2)的开关元件(12)，其特征在于，控制装置(8)配置为根据描述由电机(3)的转速和扭矩限定的操作点的一条操作点信息来确定至少一个操作范围(22、23)内的载波频率，使得载波频率在至少一个操作范围(22、23)内与在该操作范围(22、23)中指定最大载波频率的最大载波频率操作点相比降低。2.如权利要求1所述的控制装置，其中，操作范围(22)具有作为最大载波频率操作点的满负载操作点并且延伸到部分负载操作，在该满负载操作点处，存在能够用其转速绝对值来指定的最大扭矩，其中控制装置配置为随着距最大载波频率操作点的距离增加而降低载波频率。3.如权利要求2所述的控制装置，其中，所述满负载操作点的转速与拐角操作点(19)的转速偏离最大40％，特别是最大30％，该拐角操作点(19)描述了从基本转速操作(20)到功率限制操作(21)或到场减弱操作的过渡。4.如前述权利要求中任一项所述的控制装置，其中，操作范围(23)位于由扭矩上限(24a)和扭矩下限(24b)限制的扭矩区间内，并且所述控制装置配置为随着转速降低、特别是独立于扭矩而降低操作范围(23)中的载波频率。5.如从属于权利要求2时的权利要求4所述的控制装置，其中，所述操作范围(22、23)被定义为没有重叠和/或可指定的载波频率在操作范围(22、23)彼此邻接的边界处连续运行。6.如前述权利要求中任一项所述的控制装置，所述控制装置配置为在相对于至少一个操作范围(22、23)不重叠地定义的并且包括高于转速阈值(26)的操作点的另一操作范围(25)内指定具有固定值的载波频率。7.如前述权利要求中任一项所述的控制装置，所述控制装置配置成不确定载波频率低于指定的或可指定的最小值。8.如前述权利要求中任一项所述的控制装置，所述控制装置配置成：
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从特性图中选择载波频率，该特性图将载波频率值分配给成对的转速值和扭矩值，或者
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通过分析计算规范确定载波频率，可以从该分析计算规范，根据操作点来确定载波频率。9.如前述权利要求中任一项所述的控制装置，所述控制装置配置成分别以下方所述确定更新的载波频率：
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在接收更新的一条操作点信息时，和/或
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在经过指定的或可指定的时间段后，和/或
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在电机(3)的电周期完成之后，和/或
‑
在...
【专利技术属性】
技术研发人员：P曼特扎纳斯，D库布里奇，T杜尔鲍姆，A布彻，A帕维尔克，C哈塞诺尔，H霍夫曼，
申请(专利权)人：法雷奥西门子新能源汽车德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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