以降低的逆变器开关损耗在部分负载运行中操控三相电感式负载制造技术

一种用于运行逆变器(1)的方法(100)，所述逆变器通过对布置在三个半桥(5a

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以降低的逆变器开关损耗在部分负载运行中操控三相电感式负载


[0001]本专利技术涉及在逆变器上运行三相电感式负载，其中，有效电流由脉冲宽度调制预给定。

技术介绍

[0002]在将电能转换为机械能的电驱动系统中，优选使用三相或多相交流电发动机，其具有高效率并且与直流发动机相比不需要易磨损的电刷。这种驱动系统例如在电梯中、在泵中以及在电驱动的车辆的驱动动力总成系统中使用。然而，能够在车辆中携带的电能量源(例如电池或燃料电池)通常提供直流电压。对于工业应用，大多利用三相交流电流，其利用整流器进行整流。
[0003]为了将直流电压转换为三相或多相交流电压，使用逆变器。
[0004]在此，在牵引运行(Fahrbetrieb)中，对扭矩和对转速的要求不断变化。如此，为了加速需要更高的转速，并且为了在斜坡上保持速度需要更高的扭矩。逆变器可以在宽的范围内不仅改变交流电流的频率而且改变该交流电流的有效电流强度。然而，通过逆变器中的功率半导体的快速节拍来转换成交流电流花费能量。DE 10 2004 027 629 A1公开了一种用于进行脉宽调制的方法，利用该方法，在通过逆变器产生正弦形的三相交流电压时，可以节省一部分开关损耗。

技术实现思路

[0005]在本专利技术的范畴内，开发了一种用于运行逆变器的方法，所述逆变器通过对布置在三个半桥中的开关元件的操控将电感式负载(例如同步机)的三个交流相分别可选地与在所述逆变器的输入端处提供的(vorgelegten)直流电压的正极或负极连接。开关元件尤其可以例如构造为功率半导体。在此，通过旋转的空间矢量调制来改变所述开关元件的开关状态。在空间矢量表示中，在所述三个相上的电流分布一方面通过空间矢量的量值、实部或虚部来表征，并且另一方面通过空间矢量相对于坐标轴的角度来表征。在这种情况下，“循环”尤其意味着，通过调制总是再次产生新的、合成的空间矢量，并且其角度在一致的旋转方向上持续地发生变化。
[0006]由于每个半桥仅能将配属于其的交流相要么与直流电压的正极要么与该直流电压的负极连接，因此利用开关元件的静态开关状态仅能表示最多23＝8个不同的空间矢量。这些空间矢量独自不足以例如驱动电动机以进行旋转。为此还需要多个另外的空间矢量，其位于几个可调设的空间矢量之间。在空间矢量调制的范畴内，通过交替地施加可调设的空间矢量(所述空间矢量在角度的正的或负的方向上或者在零状态中是相邻的)以脉冲宽度调制产生分别位于这些可调设的空间矢量之间的另外的空间矢量。在关于至少一个半桥具有相应开关元件的相同开关状态的空间矢量之间进行调制时，现在这样的半桥保持完全关断。
[0007]在常规的空间矢量调制中，仅允许如下开关状态：在所述开关状态中，每个半桥将配属于其的相要么与直流电压的正极要么与该直流电压的负极连接。因此，在每个半桥中总是恰好一个开关元件接通并且另一个开关元件关断。半桥的两个开关元件均关断的开关状态不会出现。恰好这样的开关状态的引入改变了分别所属的空间矢量并且因此导致如下：流过交流相的电流的在空间矢量调制中最终形成的时间变化过程偏离了正弦形状。相对应地(Im Gegenzug)，省去了在完全关断的半桥上的所有开关过程。已经认识到，尤其是在操控电感式负载时，偏离正弦形状在许多情况下不损害由负载分别施加的功能。因此，能够以所描述的方式“有损压缩”开关过程的时间程序。这种情况在一定程度上与图像、音频数据和视频数据的压缩是可类比的，其中，从无损压缩方法到有损压缩方法的转变将压缩的效率提高到新的数量级。
[0008]在一个特别有利的构型中，在空间矢量图中的如下连续的扇区内，这样的半桥保持完全关断：在所述连续的扇区中，配属于至少一个半桥的开关元件的开关状态保持相同。在此，“连续的”应以空间矢量的角度的正的或负的方向理解。
[0009]已经认识到，在空间矢量图中，在角度的正的或负的方向上存在第一、第二和第三空间矢量的顺序，如此，使得通过改变第一半桥的开关状态可以从第一空间矢量更换为第二空间矢量，并且通过随后改变第二半桥的开关状态可以从第二空间矢量更换为第三空间矢量。因此，在由第一空间矢量和第三空间矢量所包围的扇区中，进展(Fortschritt)在总体上仅由两个半桥的开关状态的改变来表征。第三半桥的开关状态因此不添加任何其他信息，并且当第三半桥保持完全关断时不丢失任何重要信息(Wesentliches)。
[0010]在另一有利的构型中，空间矢量调制仅在所谓的有源空间矢量之间进行。有源空间矢量代表如下状态：在所述状态中，在所述交流相中的至少两个之间施加不同于零的电压。此外，还存在所谓的零电压空间矢量，其代表如下状态：在所述状态中，所有三个交流相彼此短接。如果要通过空间矢量调制产生正弦形的旋转场，则也需要这些零电压空间矢量。然而，由于在该方法的范畴内通过完全关断半桥对所产生的交流电流的精确的正弦形状的背离总归已经是“完成的事情”，因此同样可以省去施加零电压空间矢量所需的开关过程。
[0011]在一个特别有利的构型中，将空间矢量调制控制和/或调节到如下目标上：具有预给定有效值的三相的交流电流流过电感式负载，该交流电流在旋转场的意义上换向。尤其是在这样的应用中，只要有效值对应于预给定，电流在交流电流的周期内的精确的时间变化过程就并不重要。因此，该时间变化过程的“修饰”以形成正弦形状对于电感式负载的技术功能来说不是必需的，而是仅花费开关过程。
[0012]尤其有利地，电感式负载可以是电动机。为了激励和维持电动机的旋转，仅需在任何时刻在定子和转子之间产生合成的磁力，该磁力继续驱动所述旋转。这不一定以发动机的磁线圈的激励随时间具有精确的正弦曲线为先决条件。
[0013]在另一特别有利的构型中，以星形连接方式运行发动机。这意味着，由三个交流相供电的发动机的三个绕组具有一个共同的星点。这个星点没有接地。
[0014]在这种配置中，例如从直流电压的正极出发从逆变器的一个半桥流过发动机的绕组的电流仅能通过其他两个绕组到达逆变器的其他半桥并从那里最终返回直流电压的负极，以便闭合电路。半桥的完全关断在此具有如下效果：仅还有一个半桥而不是两个半桥可供用于回引直流电压的负极。然而，这意味着，在从星点到负极的路径上电流不再需要克服
其他两个绕组的并联连接，而是所述绕组中的一个特定绕组。由于每个绕组都具有不可避免的阻抗，因此电流必须克服在整体上更高的阻抗。
[0015]这导致，在每个绕组上电压下降较少，并且因此在总体上在发动机中转换较少的电功率。同时，在逆变器的开关元件上电压也分别下降得较少。如果这些开关元件是功率半导体(例如晶体管)，则降低了这些半导体的导通损耗(所述导通损耗还添加至开关损耗)。导通损耗不仅取决于开关元件上的电压降而且取决于分别允许通过的电流。
[0016]相反，降低的功耗意味着，发动机可以提供更少的机械功率。在全负载运行中，发动机的功能将因此减少。然而，该方法是专门针对发动机和其他电感式负载的部分负载运行和空载运行而考虑的。
[0017]已经认识到，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】1.一种用于运行逆变器(1)的方法(100)，所述逆变器通过对布置在三个半桥(5a
‑
5c)中的开关元件(3a
‑
3f)的操控将电感式负载(4)的三个交流相(U，V，W)分别可选地与在所述逆变器(1)的输入端(1a)处提供的直流电压(2)的正极或负极连接，其中，通过旋转的空间矢量调制来改变所述开关元件(3a
‑
3f)的开关状态(110)，其中，附加地，在关于至少一个半桥(5a
‑
5c)具有相应开关元件(3a，3d；3b，3e；3c，3f)的相同开关状态的空间矢量(6a
‑
6f)之间进行调制时，这样的半桥(5a
‑
5c)保持完全关断(120)。2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，在空间矢量图中的如下连续的扇区(7a
‑
7c)内，这样的半桥(5a
‑
5c)保持完全关断(121)：在所述连续的扇区中，配属于所述至少一个半桥(5a
‑
5c)的开关元件(3a，3d；3b，3e；3c，3f)的开关状态保持相同。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法(100)，其中，所述空间矢量调制(110)仅在有源空间矢量(6a
‑
6f...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：