一种具有六个正向电流导电电力开关和六个反向电流导电电力开关的ＤＣ矩阵变换器，其每个电力开关在一个脉宽调制周期内的接通持续时间是由调制指数的ｄ和ｑ分量之间的关系控制的，所述调制指数的ｄ和ｑ分量是由电压命令与固定ｄｑ座标中表示的ＡＣ电源的瞬时电压之比确定的，做出其选择是基于在固定ｄｑ座标中表示的ＤＣ电力线电压分量之间的不等关系。还响应固定ｄｑ座标中表示的ＡＣ电力线电压分量的关系来进行开关选择。选择零向量以使共模电压最小化。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及控制一种直接的交流(AC)到直流(DC)矩阵变换器、以便利用精确控制地脉宽调制向负载提供DC电压。
技术介绍
在与此同时提交的序列号为OT-2672的共有的、共同未决的美国专利申请中，直接的3相AC到DC矩阵变换器采用逐一控制的开关、直接在直流电动机的输入端合成所需的平均DC电压波形，同时把DC输出电流以与AC电压同相的正弦波形的形式在各AC输入线之间分配。所述共同未决的申请的直接的DC矩阵变换器与先有的DC-PWM(直流-脉宽调制)变换器之间的差异在于，先有的变换器产生固定电压的DC电力，与电池大致一样，然后按照需要、利用电压的某一部分、通过脉宽调制合成平均起来合适的DC电压，而在所述申请中，通过直接从AC电源进行脉宽调制合成在所需电流下的所需电压，同时保持正弦波平衡和AC输入电流的单位功率因数。在所述申请的系统中，在每个调制周期中接通和断开每个开关。如众所周知的，仅在不导电与导电状态之间转换的过程中产生电力开关的开关损耗；因此，减小换向次数会明显降低开关中的功耗。专利技术的公开本专利技术的目的包括以最小的换向损失、以最少的计算(处理器步骤)、用保证DC电压和电流中脉动最小的高达10KHz或者更高的调制频率、直接从三相AC电源提供脉宽调制合成的DC电压，在AC电源处具有最小的失真和单位功率因数。此项专利技术基于本人的以下发现当以适当的次序来操作时、DC矩阵变换器中所有开关可以接通并且在同一或相邻脉宽调制周期的三个部分中的二个部分期间保持接通，这三部分包括每个脉宽调制周期的两个电压产生部分和一个非电压产生部分。按照本专利技术，DC矩阵电力开关的接通时间由瞬时电压命令信号V*(反映出由所述DC矩阵变换器提供的电压)与固定dq坐标中三相AC电源的瞬时大小V之比、连同在固定dq坐标中所述AC电源电压的当前瞬时相位与跨过所述AC电源的一个周期的六个相位分区的超前和滞后界限之间的相位关系来决定。而且按照本专利技术，利用三角的角-和关系、以dq量来表示所述相位关系，并且通过在正交dq坐标中表示的AC电源的电压与零之间的不相等性来识别上述相位关系。进一步按照本专利技术，通过正交DQ坐标中AC电源电压的各分量间的关系来选择在脉宽调制周期的每个部分中使用的开关对。可以以提供单向电流、双向电流并且有或没有正反馈的DC矩阵变换器来实现本专利技术。根据对附图中所说明的本专利技术的示例性实施例的以下详细描述，本专利技术的其他目的、特征和优点会变得更加清楚。附图简介附图说明图1是采用按照本专利技术控制的DC矩阵变换器的电梯系统的简要框图。图2是可按照本专利技术控制的共射极、DC矩阵变换器的示意图。图3是包括有关本专利技术的电流向量的表示的AC电源电压的曲线图。图4是说明本专利技术的原理的空间向量图。图5和6是说明在一个周期的各个分区中、本专利技术的各种参数的示意图。图7是说明用于按照本专利技术控制DC矩阵的不等式的空间向量图。图8是按照本专利技术、用于确定接通持续时间的示例性程序的简化逻辑流程图。图9-12是说明可以在其中操作各种开关的周期的各分区的示意图。图13是非零向量开关选择程序的逻辑流程图(简化的示例)。图14是说明用于选择零向量的不等式的空间向量图。图15是示例性的零向量开关选择程序的简化逻辑流程图。图16是说明本专利技术原理的、在共相位基础上的一系列波形。实现本专利技术的最佳方式参照图1，DC矩阵变换器18向DC电动机19提供电流，在此实施例中DC电动机19以机械方式连接到滑轮20，滑轮通过绳索21连接电梯车厢22和平衡块23。DC矩阵变换器18选择性地把各对三相AC电力线a、b、c直接连接到变换器的输出端j、k。电压可能在j端为正而在k端为负并且常规正向电流从j端流到k端、例如当电梯携带重负载被向上驱动时，或者k端可能为正而j端为负并且常规正向电流从k流向j、例如当电梯携带轻负载被向下驱动时；这称为“电动机驱动”。无论何时电梯带轻负载向上移动、带重负载向下移动、或者减速，实际上滑动20驱动电动机19，使得电动机19起到发电机的作用。在这种情况下，流过电动机19的正向电流的极性与j、k端的电压极性相反；这称为“再生”。DC矩阵变换器18会根据提供给图1的DC矩阵变换器控制器的速度命令的大小和方向、以及电动机19工作在电动机驱动方式下还是再生方式下来适当地连接各开关。在此处的实例中，最终会导致DC矩阵变换器以所需方式驱动电动机19的这些命令是由常规电梯运转控制器(未示出)提供的，后者通过线路30向加法器31提供速度命令，加法器31减去由常规位置与速度转换电路33响应来自与滑轮20(或电动机19、随情况而定)耦合的适当常规编码器(未示出)的线路34上的信号而经线路32提供的实际速度。电路33经线路37的位置输出被反馈给运转控制器以便确定使电梯以想要的方式移动所必需的命令的连续性，这些是本领域中众所周知的并且不构成本专利技术的部分。经信号线40把加法器31的输出提供给常规速度误差比例与积分增益电路41，后者经线路42的输出包括馈送到加法器43的电流命令I*。加法器43减去从常规电流检测器45得到的线路44上的实际电动机电流、以便经线路46提供电流误差信号。在电路51中以常规比例与积分增益来处理电流误差信号，电路51的经线路52的输出包含电压命令V*。按照本专利技术，电压命令的幅值与输入的AC供电电压向量在固定dg坐标中的幅值之比决定调制指数m*，后者用于确定在AC输入电力线上电压的脉宽调制期间接通的持续时间，以便得到用于加在负载如电动机19上的所需DC电压。AC电力线a、b、c上的电压馈送到常规固定三相至固定dq坐标转换电路56以提供输出Vd、Vq，后者如已知的、在正交坐标中定义AC电源的三相输入电压。AC电源在线路57上的幅值V只不过是在常规单元58中实现的Vd、Vq的平方和的平方根。正交幅值Vd、Vq还馈送到常规锁相环63，后者经线路65和66的输出分别是反映sinθ和cosθ的信号。这些信号加在电路68上，后者把同步dq坐标中的调制指数m*转换成所需的固定dq坐标中的调制指数分量mq、md。mq和md信号经线路71、72馈送到持续时间与选择功能块73，后者确定所选择的开关对或组应被接通的持续时间，并且选择在任何给定时刻要接通的开关对或组，以执行必要的脉宽调制，以便在DC矩阵变换器18的输出端j、k合成所需的DC电压。下面更全面地描述功能块73。指示接通的持续时间和所选的要接通的开关对的各信号经干线77提供给定时电路78，后者实际上对脉冲进行实时计数、以便通过经12线的干线79向DC矩阵变换器18提供接通门电路来实现所需的持续时间。定时电路按照常规换向方法接通和断开各开关，使得每个输出端总是连接在AC电力线上，没有断路间隙，以便满足已知的电流连续性约束条件。在1992年1月的IEEETrans.Power Elec.，Holmes与Lipo的“用AC-AC矩阵变换器理论实现可控整流器”中给出了一个换向的实例。尽管图1中未示出，但是本专利技术的DC矩阵变换器需要跨AC输入端的线间电容以支持下文所述的开关换向。这些电容连同串联的电感器可包括在输入滤波器82内。类似地，DC矩阵变换器最好具有包括串联电感和并联电容的输出滤波器83，在前述申请中示出了这两种滤波器。图2中说明DC矩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过ＤＣ矩阵变换器控制ＤＣ负载与一组三相ＡＣ电力线之间的电流的方法，所述ＤＣ矩阵变换器包括：每个连接在所述ＡＣ电力线中相应的一根与所述ＤＣ矩阵变换器的第一个ＤＣ输出端之间的多个上部开关；以及每个连接在所述ＡＣ电力线中相应的一根与所述ＤＣ矩阵变换器的第二ＤＣ输出端之间的多个下部开关，所述方法包括：以这样的方式操作所述开关、使得每个开关在被操作而把所述ＡＣ电力线中相应一根连接到所述ＤＣ输出端的相关的特定的一个时、保持工作直至另一个开关已工作而把所述ＡＣ电力线之一连接到所述 特定ＤＣ输出端，并且使得所述上部开关之一与所述下部开关之一被同时操作，所述开关被成对操作，每对包括与一根ＡＣ电力线相关的上部开关和与所述那根ＡＣ电力线不同的ＡＣ电力线相关的下部开关，并且所述开关还被成组操作，每组包括与同一ＡＣ电力线相关的上部开关和下部开关；提供电压命令信号Ｖ↑［＊］，后者表示由所述ＤＣ输出端提供给所述负载的电压；提供调制命令ｍ↑［＊］，后者是所述电压命令信号Ｖ↑［＊］与固定ｄ、ｑ座标中所述ＡＣ电力线的电压的瞬时幅度Ｖ之比；以及提供同相调制命令分量 ｍｑ＝ｍ↑［＊］ｃｏｓθ和正交调制命令分量ｍｄ＝ｍ↑［＊］ｓｉｎθ；提供量ｍ１＝＊ｍｄ／２－ｍｑ／２；提供量ｍ２＝＊ｍｄ／２＋ｍｑ／２；提供与所述ＡＣ电压线中给定的一根的相位一致的瞬时ＡＣ电力线电压在正交座标中的同相分量Ｖｑ和正 交分量Ｖｄ，以及当｜Ｖｄ＊｜＜｜Ｖｑ｜时，如果Ｖｑ＞０则提供第一部分ｄα＝－ｍ１而如果Ｖｑ＜０则提供ｄα＝－ｍ１，并且如果Ｖｑ＞０则提供第二部分ｄβ＝ｍ２而如果Ｖｑ＜０则提供ｄβ＝－ｍ２；当ＶｄＶｑ＊＞Ｖｑ↑［２］时，如果Ｖｑ＞０则 提供所述第一部分ｄα＝－ｍ２而如果Ｖｑ＜０则提供ｄα＝ｍ２，并且如果Ｖｑ＞０则提供所述第二部分ｄβ＝ｍｑ而如果Ｖｑ＜０则提供ｄβ＝－ｍｑ，以及当既非｜Ｖｄ＊｜＜｜Ｖｑ｜、也非Ｖｄ＊＞Ｖｑ时，如果Ｖｑ＞０则提供所述第一部分ｄα＝ｍｑ而如果 Ｖｑ＜０则提供ｄα＝－ｍｑ，并且如果Ｖｑ＞０则提供所述第二部分ｄβ＝－ｍ１而如果Ｖｑ＜０则提供ｄβ＝－ｍ１，以及在与所述ＡＣ电源电压的周期相比要小些的调制周期的连续序列的每个周期中，在所述周期的所述第一部分ｄα期间操作所述开关中的第一对 开关，在所述周期的所述第二部分ｄβ期间操作所述开关中的第二对开关，并且在所述周期的其余部分期间操作一组开关。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：C策尔温斯基，
申请(专利权)人：奥蒂斯电梯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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