用于操控逆变器的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于借助于空间矢量调制来操控逆变器(10)、尤其是用于操控电机(14)的方法，其中逆变器(10)具有多个可控开关(S)并且被构造为提供多相电流(IU,IV,IW)，尤其是以便给电机(14)多相地供应电流（IU,IV,IW），其中预先给定具有额定相角(alpha1)和额定幅度（I1）的额定电流空间矢量（I1*），其中逆变器(10)被操控为使得开关(S)的多个彼此相继的不同开关状态(V0-V7)被设立为以电流空间矢量(I2*)的形式提供所述电流(IU,IV,IW)，其中逆变器（10）被操控为使得具有与额定相角（alpha1）不同的相角（alpha2）的电流空间矢量（I2*）被提供，以便根据开关（S）的载荷额定值（m）来给开关（S）加载荷。
【专利说明】用于操控逆变器的方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于借助于空间矢量调制来操控逆变器、尤其是操控电机的方 法，其中逆变器具有多个可控开关并且被构造为提供多相电流，尤其是以便给电机多相地 供应电流，其中预先给定具有额定相角和额定幅度的额定电流空间矢量，其中该逆变器被 操控为使得开关的多个彼此相继的不同开关状态被设立为以电流空间矢量形式提供该电 流。
[0002] 本发明还涉及一种用于操控逆变器、尤其是操控电机的装置，其中逆变器具有多 个可控开关，所述开关被连接为根据具有额定相角和额定幅度的额定电流空间矢量提供多 相电流、尤其是以便给电机多相地通电，该装置具有控制设备，该控制设备被构造为将逆变 器操控为使得逆变器采取开关的多个彼此相继的不同开关状态，以便以电流空间矢量形式 提供该电流。
[0003] 最后，本发明涉及一种机动车辆驱动系统，该机动车辆驱动系统具有至少一个用 于提供驱动功率的电机、用于操控电机的逆变器以及用于操控上述类型的逆变器的装置。
【背景技术】
[0004] -般而言在旋转电流耗电器的领域中以及尤其是在旋转电流电机的领域中公知 有不同操控方法。在此，当前通常优选用于操控旋转电流耗电器的空间矢量调制方法。在 该操控方法中，通过彼此相继地设定八个基本电压矢量来形成空间矢量。为了提供支线电 压，该基本电压矢量以脉宽调制的方式被开关，使得生成相应的操控电压。
[0005] 在公知操控方法中，耗电器借助于具有功率半导体开关的逆变器来操控。用于生 成电压空间矢量的八个彼此相继的基本电压矢量的设定通过交替地接通和关断逆变器的 确定功率半导体开关来实现。在空间矢量的小旋转速度的情况下或如果旋转电流耗电器 是电机，在所操控的电机的小转速的情况下，功率半导体开关中的个别功率半导体开关被 非常频繁或非常长时间地开关，并且因此通过非常长或非常频繁地流动的电流而被加热载 荷。因此，功率半导体开关必须针对非常长的接通时间以及针对非常大的电流来设计，由此 逆变器一般而言在技术上是耗费的。
[0006] 为了应对功率半导体开关的尤其是热过载，例如在WO2010/000548A2中提出，让 两个无电压地开关的开关状态之一在确定的脉宽调制周期中取消，以便减小功率半导体开 关的开关损耗。
[0007] 由于逆变器的各个功率半导体开关的尤其是热载荷依赖于所提供的电流空间矢 量的相角或逆变器的功率半导体开关中的个别功率半导体开关针对所提供的电流空间矢 量的确定相角被不同地加载荷，因此例如在DE 10393516 Tl中提出，在所提供的电流空间 矢量的确定角范围中使用确定的零矢量，以便减小功率半导体开关的开关损耗。
[0008] 在此不利的是，在确定的操控情况下、尤其是在电流空间矢量的非常小的旋转速 度的情况下，功率半导体开关中的个别功率半导体开关被持续地加载荷，并且因此在确定 情况下，功率半导体开关中的个别功率半导体开关的过载不能被避免。
【发明内容】
[0009] 因此根据本发明，提供开头所述类型的用于借助于空间矢量调制来操控逆变器的 方法，其中逆变器被操控为使得具有与额定相角不同的相角的电流空间矢量被提供，以便 根据载荷额定值来给开关加载荷。
[0010] 因此根据本发明，还提供开头所述类型的用于操控逆变器的装置，其中控制设备 被构造为将逆变器操控为使得提供具有与额定相角不同的相角的电流空间矢量，以便根据 载荷额定值来给开关加载荷。
[0011] 最后，根据本发明提供一种机动车辆驱动系统，该机动车辆驱动系统具有至少一 个用于提供驱动功率的电机、用于操控电机的逆变器并且具有用于操控上述类型的逆变器 的装置。
[0012] 本发明的优点 通过提供具有与额定相角不同的相角的电流空间矢量，可控开关之一可以在该可控开 关尤其是被热过载或者存在过载危险的确定情况下被去载荷，其方式是，设定具有如下相 角的电流空间矢量：该相角对过载的可控开关去载荷并且对另一可控开关更强地加载荷。 因此，可控开关的载荷可以改变并且因此逆变器可以更均匀地被加载荷。结果，因此也可以 针对所要求的电流空间矢量的临界相角根据载荷额定值来给开关加载荷。因此，可控开关 一般而言可以针对较小载荷值来设计，由此逆变器一般而言可以技术上更低成本地和更廉 价地制造。另外，通过开关的更均匀的载荷，逆变器的寿命总体上可以延长。
[0013] 优选地提供具有与额定幅度不同的幅度的电流空间矢量。
[0014] 由此可以通过改变的相角来补偿逆变器的偏离的功率输出。
[0015] 另外优选的是，将相角和幅度设定为使得功率输出与同额定相角和额定幅度相对 应的功率输出相同。
[0016] 由此，也可以在电流空间矢量的改变的相角的情况下将功率输出保持为恒定，由 此可以通过逆变器提供连续的功率并且不出现对受操控负载的妨害。
[0017] 此外优选的是，相角与额定相角的偏差根据电流空间矢量的额定相角来设定。
[0018] 由此可以针对对可控开关中的个别开关特别地加载荷的特殊额定相角更强地或 不那么强地与额定相角偏离，由此可以实现更强或不那么强的去载荷。
[0019] 在此优选的是，将针对不同额定相角的偏差存储在特征曲线族中。
[0020] 由此可以利用少的调节技术成本以最优方式设定相角。
[0021] 此外优选的是，根据可控开关至少之一的损耗来设定相角。
[0022] 由此可以简单和有效地均衡逆变器的不均匀的载荷。
[0023] 此外优选的是，根据额定相角阶梯式地改变相角。
[0024] 由此可以进一步减小调节技术成本。
[0025] 特别优选的是，确定相角和载荷额定值，将这样确定的值存放在特征曲线族中，并 且根据所存放的值来操控逆变器。
[0026] 由此可以减小调节技术成本，并且均匀地给逆变器的上侧和下侧以及同时地逆变 器的各个相加载荷。
[0027] 可替代地优选的是，根据特征曲线族数据来确定电流空间矢量的相角，并且相应 地操控逆变器，并且其中根据可控开关中的至少两个的所产生的损耗来确定载荷额定值。
[0028] 通过载荷额定值的该重新计算，可以对单独的情况作出反应。
[0029] 此外优选的是，根据特征曲线族数据来确定电流空间矢量的相角，并且相应地操 控逆变器，并且其中根据可控开关中的至少两个的温度来确定载荷额定值。
[0030] 通过载荷额定值的该重新计算，可以以简单的手段对单独的情况作出反应。
[0031] 此外优选的是，根据被分配给高供给电压电势的开关中的至少一个开关的针对要 设定的电压空间矢量为最大和最小的可能损耗、并且根据被分配给低供给电压电势的开关 中的至少一个开关的针对要设定的电压空间矢量为最大和最小的可能损耗来确定载荷额 定值。
[0032] 由此可以确定可控开关的实际载荷，并且将逆变器的两侧的损耗均衡或彼此平 衡。
[0033] 此外优选的是，提供具有相角的电流空间矢量，以便根据载荷额定值来给逆变器 的空转二极管加载荷。
[0034] 由此，同样可以均匀地分布逆变器的空转二极管的载荷，由此可以将空转二极管 的大小确定为更小的，并且提1?空转-极管的相应寿命。
[0035] 此外优选的是，借助于逆变器来操控电机并且额定电流空间矢量根据电机的转子 角来确定。
[0036] 由此也可以在小转速的情况下操控电机，而不使开关中的个别开关过载。
[0037] 在此特别优选的是，将电流空间矢量的相角和幅度确定为使得由电机输出的转矩 与借助于额定电流空间矢量输出的转矩相同。
[0038] 由此电机可以提供连续的转矩，并且同时使可控开关中的个别开关去载荷，而不 出现电机的功率损耗或拖行。
[0039] 结果通过本发明，也可以在电流空间矢量的小旋转频率的情况下给逆变器均匀地 加载荷，其方式是设定其相角与额定相角不同的电流空间矢量，其中尤其是在操控电机时 即使相角改变也仍提供恒定的转矩。
[0040] 能够理解，根据本发明的方法的特征、特点和优点也可以相应地适用于或应用于 根据本发明的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 图1以示意性形式示出了用于操控旋转电流耗电器的逆变器； 图2示出了阐述用于操控旋转电流耗电器的逆变器的空间矢量调制方法的复矢量图； 图3以示意性形式示出了用于设定不同电压空间矢量的三个支线电压的变化曲线； 图4以示意性形式示出了用于确定逆变器的开关或空转二极管的载荷额定值的流程； 图5以示意性形式示出了用于基于温度测量或估计来确定载荷额定值的详细流程； 图6以示意性形式示出了用于设定电流空间矢量的复矢量图； 图7示出了用于设定替代电流空间矢量的复矢量图；以及 图8示出了用于设定具有0度相角的电流空间矢量的负矢量图。
【具体实施方式】
[0042] 在图1中示意性地示出了用于操控耗电器、尤其是电机的逆变器，并将其总体上 用10来表不。
[0043] 逆变器10与直流电压源12连接，并且用于三相地给耗电器14通电，该耗电器14 在这种情况下被构造成电机14。逆变器具有3个半桥，这些半桥与直流电压源12并联并且 分别具有两个可控开关S。在开关S之间分别形成半桥分接头16,所述半桥分接头16分别 与电机14的相U、V、W的相导线连接。
[0044] 与开关S分别并联有空转二极管D，所述空转二极管D实现相反方向的电流流动。
[0045] 图1中根据开关S所提供的相U、V、W以及根据到直流电压源12的高电势或直流 电压源12的低电势的分配用SHA、SLA、SHB、SLB、SHC、SLC来表示开关S。相应地用DHA、 DLA、DHB、DLB、DHC、DLC来表示空转二极管。
[0046] 通过交替地断开和闭合开关S，在相导线U、V、W之间分别施加操控电压，使得相应 地分别产生驱动电机14的相电流IU、IV、IW。逆变器10优选地借助于半导体开关来构造。 逆变器的开关借助于示意性示出的控制单元18被交替地断开和闭合，以便提供具有确定 变化曲线的相电压并且提供旋转电压空间矢量并且相应地给电机14通相电流IU、IV、IW。 在此，电压矢量由逆变器10来提供，然后根据受操控的负载相应地设定电流空间矢量。
[0047] 图2中示出了阐述用于操控耗电器14或电机14的空间矢量调制的复矢量图，并 将该复矢量图总体上用20来表示。
[0048] 在矢量图20中示出了电机14的具有操控角Alpha的电压矢量V'在矢量图20 中还示出了 6个基本电压矢量￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、￥6，所述基本电压矢量￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、 V6在逆变器10的开关S中的个别或两个被闭合并且电机被相应地操控时得出。为了将电 压矢量f设定为具有最大长度，该电压矢量在本示例中具有基本电压矢量Vl和V2之间的 操控角Alpha，该电压矢量通过根据基本电压矢量Vl和基本电压矢量V2交替地操控逆变器 10而实现。两个基本电压矢量V1、V2交替地用预定义的开关频率来设定，使得在基本电压 矢量VI、V2的接通时长相等的情况下得出具有30°相角的电压矢量V'如果必须将电压 矢量f设定为具有较大操控角Alpha，则相应地延长基本电压矢量V2的接通时长并且缩短 基本电压矢量Vl的接通时长。因此，可以通过时钟控制地操控逆变器10的开关S来实现 具有任意操控角Alpha的电压空间矢量V'
[0049] 如果电压矢量V#如在图2中所示情况下那样应当被设定为具有比基本电压空间 矢量VI、V2更小的绝对值(较小长度)，则相应地设定零电压矢量VO、V7,其中逆变器10的 上侧的开关SHA、SHB、SHC或下侧的开关SLA、SLB、SLC被断开。开关S中的分别其它开关 被相应地闭合。电压矢量f可以相应地通过基本电压空间矢量Vl和V2以及零电压矢量 VO、V7之一的组合来实现。
[0050] 根据电压空间矢量V#产生电流空间矢量Γ。电流空间矢量Γ具有根据所操控的 耗电器14产生的幅度和相角。电流空间矢量Γ的相角可以与电压空间矢量V#的相角α 同相，或者具有相移。
[0051] 为了给耗电器14或电机14通电，通过如下方式来提供电压空间矢量V%快速连续 地相继设定不同基本电压空间矢量Vl-V6和零电压矢量V0、V7。由此，逆变器10的不同 的开关S和不同的空转二极管D在相应快地旋转的电压空间矢量Vi的情况下被均匀地加载 荷、尤其是按相均匀地加载荷。如果电压空间矢量f的旋转频率非常小或为零(例如在电机 10的小转速的情况下)，则相U、V、W的逆变器10的相应开关S和空转二极管D在长时期内 都被加载荷，使得可出现相应开关S和空转二极管D的过载，并且逆变器10的开关S和空 转二极管D-般而言被非均匀地、尤其是按相非均匀地加载荷。为了防止开关S和空转二 极管D中的个别过载，必须采取措施以便将载荷分布到开关S和空转二极管D中的不同开 关和空转二极管上。
[0052] 在图3中示出了脉宽调制周期T内的三个相U、V、W的相电压的变化曲线，以便相 继设定基本电压空间矢量V0、VI、V2、V7。在脉宽调制周期T内，可以改变各个基本电压空 间矢量V0、VI、V2、V7的接通时长t0、tl、t2、t7,以便能够精确地设定电压空间矢量V'
[0053] 在图4中在原理上示出了载荷额定值m的确定并将其总体上用30来表示。借助于 载荷额定值m，原则上所追求的目标是，被分配给电压源12的高电压电势的开关SHA、SHB、 SHC以及被分配给电压源12的低电压电势的开关SLA、SLB、SLC被相同地或尽可能相似地 加载荷。在此，接着将被分配给电压源12的高电压电势的开关SHA、SHB、SHC称为上面的开 关SH，并且将被分配给电压源12的低电压电势的开关SLA、SLB、SLC称为下面的开关SL。
[0054] 充当输入参量的是电压空间矢量V#的绝对值V、电压空间矢量V#的相角Alpha_V、 电流空间矢量Γ的绝对值I、以及电流空间矢量Γ的相角Alpha_I。
[0055] 首先，选择上面的开关SH之一或上面的空转二极管DH之一，该开关或空转二极管 针对要设定的电压空间矢量f具有上侧的最大损耗。对于该开关SH或该空转二极管DH， 在理论上针对仅仅将V7用作零电压矢量的情况确定针对要设定的电压空间矢量Vi的最大 可能的损耗P_Hmax。另外，在理论上针对仅仅将VO用作零电压矢量的情况确定针对要设定 的电压空间矢量Vi的该开关SH或该空转二极管DH的最小可能的损耗P_Hmin，这如在32 所示。在34,相应地选择下面的开关SL或下面的空转二极管DL，该开关或该空转二极管针 对要设定的电压空间矢量f具有下面的开关SL或下面的空转二极管DL的最大损耗。对 于该开关SL或该空转二极管DL，然后针对仅仅将VO或V7用作零电压矢量的情况确定针对 要设定的电压空间矢量Vi"的最大可能的损耗P_Lmax和最小可能的损耗P_Lmin。在36,从 所述损耗值中计算、具体而言利用如下公式计算新的载荷值m:
【权利要求】
1. 用于借助于空间矢量调制来操控逆变器（10)、尤其是用于操控电机（14)的方法，其 中逆变器（10)具有多个可控开关（S)并且被构造为提供多相电流（IU，IV，IW)，尤其是以 便给电机（14)多相地供应电流（IU，IV，IW)，其中预先给定具有额定相角（alphal)和额 定幅度（II)的额定电流空间矢量（11#)，其中逆变器（10)被操控为使得开关（S)的多个彼 此相继的不同开关状态（v〇-v7)被设立为以电流空间矢量（r)的形式提供所述电流（IU， IV, Iff), 其特征在于， 逆变器（10)被操控为使得具有与额定相角（alphal)不同的相角（alpha2)的电流空间 矢量（12,被提供，以便根据载荷额定值（m)来给开关（S)加载荷。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中提供具有与额定幅度（II)不同的幅度（12)的电 流空间矢量（12#)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中相角（alpha2)和幅度（12)被设定为使得功 率输出与同额定相角（alphal)和额定幅度（II)相对应的功率输出相同。
4. 根据权利要求1至3之一所述的方法，其中相角（alpha2)与额定相角（alphal)的 偏差（beta)根据额定电流空间矢量（IT)的额定相角（alphal)来设定。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中将针对不同额定相角（alphal)的偏差（beta)存 储在特征曲线族中。
6. 根据权利要求1至5之一所述的方法，其中根据可控开关（S)至少之一的损耗来设 定相角（alpha2)。
7. 根据权利要求1至5之一所述的方法，其中根据额定相角（alphal)阶梯式地改变相 角（alpha2)。
8. 根据权利要求1至7之一所述的方法，其中确定相角（alpha2)和载荷额定值(m)， 将这样确定的值存放在特征曲线族中，并且根据特征曲线族的所存放的值来操控逆变器 (10)。
9. 根据权利要求1至6之一所述的方法，其中根据特征曲线族数据来确定电流空间矢 量（12,的相角（alpha2)，并且相应地操控逆变器（10)，并且其中根据可控开关（S)中的至 少两个的损耗来确定载荷额定值(m)。
10. 根据权利要求1至9之一所述的方法，其中提供具有相角（alpha2)的电流矢量 (12#)，以便根据逆变器（10)的载荷额定值（m)来给空转二极管（D)加载荷。
11. 根据权利要求1至10之一所述的方法，其中根据被分配给高供给电压电势的开关 (SH)中的至少一个的最大和最小可能损耗（P_Hmax, P_Hmin)、并且根据被分配给低供给电 压电势的开关（SL)中的至少一个的最大和最小可能损耗（P_Lmax, P_Lmin)来确定载荷额 定值（m)。
12. 根据权利要求1至11之一所述的方法，其中借助于逆变器（10)来操控电机（14) 并且额定电流空间矢量（If)根据电机（14)的转子角（alpha_R)来确定。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中将电流空间矢量（12,的相角（alpha2)和幅度 确定为使得由电机（14)输出的转矩(M)与借助于额定电流空间矢量（If)输出的转矩(M) 相同。
14. 用于操控逆变器（10)、尤其是用于操控电机（14)的装置（18)，其中逆变器（10)具 有多个可控开关（S)，所述开关（S)被连接为基于具有额定相角（alphal)和额定幅度（I) 的额定电流空间矢量（If)提供多相电流（IU，IV，IW)，尤其是以便给电机（14)多相地通 电，该装置具有控制设备（18)，所述控制设备（18)被构造为将逆变器（10)操控为使得逆变 器（1〇)采取开关⑶的多个彼此相继的不同开关状态（v〇-v7)，以便以电流空间矢量（r) 的形式提供所述电流（IU，IV，IW)， 其特征在于， 控制设备（18)被构造为将逆变器（10)操控为使得具有与额定相角（alphal)不同的相 角（alpha2)的电流空间矢量（12,被提供，以便根据载荷额定值(m)来给开关（S)加载荷。
15.机动车辆驱动系统，具有至少一个用于提供驱动功率的电机（14)、用于操控电机 (14)的逆变器（10)、并且具有根据权利要求14所述的用于操控逆变器的装置（18)。
【文档编号】H02M7/5395GK104365014SQ201380032333
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2012年6月22日
【发明者】A.德弗洛里奥, T.默克尔, U.舒斯特, M.希尔施 申请人:罗伯特·博世有限公司