包括用于连接到电压源的定子逆变器和辅助电气装置的电气系统的制作方法

本发明涉及一种电气系统，其包括旨在连接到电压源的定子逆变器和辅助电气装置。

背景技术：

从现有技术中已知使用一种电气系统，其包括：

–定子逆变器，一方面要连接到电压源的正端子，以便接收定子逆变器电流，另一方面要连接到包括定子相的电机，以便从电压源向电机供电，

–辅助电气装置，其旨在连接到电压源的正端子，以便接收辅助电流，该辅助电气装置设计为选择性地采用辅助电流为正的第一配置和辅助电流为负或零的第二配置。

通常在逆变器的端子处提供电容器。该电容器由通常大尺寸的一个或多个电容器实现。电压源通常向由逆变器和辅助电气装置构成的组件供应基本恒定的电流，而电容器则供应可变电流。现在，流过电容器的电流的有效值越大，所述电容器趋于加热越多，从而需要使用电阻更大且因此更昂贵的部件来形成电容器。

本发明的目的是提出一种用于减少由定子逆变器和辅助电气装置接收的有效电流的电气系统。

技术实现要素：

为此，提出了一种电气系统，包括：

–定子逆变器，其旨在一方面连接到电压源的正端子，以便接收定子逆变器电流，另一方面连接到包括定子相的电机，以便从dc电压源向电机供电，

–辅助电气装置，其旨在连接到dc电压源的正端子，以便接收辅助电流，该辅助电气装置设计为选择性地采用辅助电流为正的第一配置和辅助电流为负或零的第二配置，

其特征在于，它还包括：

–检测装置，其设计为检测定子逆变器电流是否为正或者是否为零，

–控制装置，其设计为在第一控制模式下控制辅助电气装置，其中，控制装置设计为：

·当检测到定子逆变器电流为零时，将辅助电气装置置于其第一配置，以及

·当检测到定子逆变器电流为正时，将辅助电气装置置于其第二配置。

借助于本发明，当检测到逆变器电流为正时，控制装置控制辅助电气装置，使得其电流为负或零。因此，这防止了这些电流组合，或者当辅助电流为负时，逆变器电流甚至至少部分地被辅助电流补偿。因此减小了由定子逆变器和辅助电气装置构成的组件所接收的电流的有效值，从而电容器电流的有效值本身也减小了。

可选地，定子逆变器包括分别与定子相相关的臂，每个臂包括高侧开关和低侧开关，它们在也连接到相关定子相的中心抽头处彼此连接；并且检测装置设计成检测同一侧的所有开关是全部断开还是全部闭合，以检测定子逆变器电流为零。

同样可选地，控制装置还设计为在不同于第一控制模式的第二控制模式下控制辅助电气装置，控制装置设计为在第一时间间隔内以第一控制模式和在第二时间间隔内以第二控制模式交替地控制辅助电气装置。

同样可选地，控制装置还设计为：一方面接收辅助电气装置的电变量的测量，另一方面接收该电变量的设定点；并且修改第一时间间隔和/或第二时间间隔的持续时间，以使电变量的测量保持接近设定点。

同样可选地，电机包括转子绕组；并且辅助电气装置是转子逆变器，其设计为从电压源向电机的转子绕组供应转子电压。

同样可选地，电变量是流过电机的转子绕组的转子电流。

同样可选地，辅助电流在辅助电气装置的第二配置下为负。

同样可选地，辅助电气装置还设计为选择性地采用辅助电流为零的第三配置；并且在第二控制模式下，控制装置设计为：当检测到定子逆变器电流为零时，将辅助电气装置置于其第一配置，以及当检测到定子逆变器电流为正时，将辅助电气装置置于其第三配置。

同样可选地，辅助电气装置是电压转换器，其设计为从电压源供应输出电压。

同样可选地，电变量是电压转换器的输出电压。

同样可选地，辅助电流在辅助电气装置的第二配置下为零。

同样可选地，在第二控制模式下，控制装置设计为将辅助电气装置置于其第一配置或第二配置，而与定子逆变器电流无关。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的电气系统的电路图。

图2至4是示出图1的电气系统的转子逆变器的各种配置的电路图。

图5是一系列时序图，示出了图1的电气系统的各种电变量随时间的演变。

图6是示出根据本发明第二实施例的电气系统的电路图。

具体实施方式

参考图1，现在将描述根据本发明第一实施例的电气系统100。电气系统100例如旨在实施在机动车辆中。

电气系统100首先包括dc电压源102，其包括正端子和负端子，后者通常连接至电接地gnd，比如机动车辆的底盘。dc电压源102设计为在这些端子之间提供dc输入电压e。

电气系统100还包括具有定子相u、v、w的电机106，在所描述的示例中，定子相的第一端分别连接到中性点n。在所描述的示例中，电机106是三相电机并且还包括转子绕组r，该转子绕组旨在向其施加转子电压vr并由转子电流ir流过。电机106例如是绕线转子同步电机。电机106例如联接至起动机-交流发电机皮带，以便在电动机模式下驱动皮带而在发电机模式下由皮带驱动。

电气系统100还包括定子逆变器108，其一方面连接到dc电压源102的端子，另一方面连接到电机106，以便从dc电压源102向电机106的定子相u、v、w供电。

更准确地，定子逆变器108首先包括分别连接到dc电压源102的正端子和负端子的高侧端子bhos和低侧端子bbos。定子逆变器108旨在从高侧端子bhos接收定子逆变器电流ios。

定子逆变器108还包括分别与定子相u、v、w相关的臂。每个臂包括连接到高侧端子bhos的高侧开关和连接到低侧端子bbos的低侧开关。此外，高侧开关和低侧开关在连接到相关定子相u、v、w的中心抽头处彼此连接。每个臂旨在被控制以便在两种配置之间切换。在称为高侧配置的第一配置，高侧开关闭合而低侧开关断开，从而将输入电压e施加到相关定子相u、v、w的第二端。在称为低侧配置的第二配置，高侧开关断开而低侧开关闭合，从而将零电压施加到相关定子相u、v、w的第二端。逆变器108被控制以在这两种配置之间切换每个臂，从而调节流过定子相u、v、w的电流。

电气系统100还包括电容器104，其连接在逆变器108的端子bhos、bbos之间。特别是，电容器的一个端子连接到高侧端子bhos，以便向该高侧端子bhos供应电容器电流ic。电容器104包括例如一个或多个单独电容器，例如化学电容器。

将理解的是，dc电压源102和形成电容器104的单独电容器或多个电容器具有杂散电感和电阻，特别是在输入电压e恒定的情况下允许电容器电流ic不为零。

电气系统100还包括连接到定子逆变器108的端子bhos、bbos的辅助电气装置110。

在所描述的示例中，辅助电气装置110是转子逆变器，其设计为将转子电压vr从dc电压源102供应到电机106的转子绕组r。

更精确地，转子逆变器110首先包括输入端子beaux，其连接到定子逆变器108的高侧端子bhos，以便接收辅助电流iaux。

转子逆变器110还包括分别与转子绕组r的两端相关的两个臂。第一臂包括连接到输入端子beaux的高侧开关q1和其阳极连接到dc电压源102的负端子的二极管d1。此外，开关q1和二极管d1的阴极在连接至转子绕组r的第一端的中心抽头处彼此连接。第二臂包括连接到dc电压源102的负端子的低侧开关q2和其阴极连接到输入端子beaux的二极管d2。此外，开关q2和二极管d2的阳极在连接到转子绕组r的第二端的中心抽头处彼此连接。开关q1、q2旨在具有施加至其的相应命令c_q1、c_q2，以便选择性地断开和闭合它们中的每个。

因此，根据开关q1、q2的状态，转子逆变器110设计为选择性地采用三种配置。

参考图2，当开关q1、q2闭合时获得第一配置。在该第一配置，转子逆变器110将电压+e施加至转子绕组r(vr＝+e)。因此，辅助电流iaux等于转子电流ir且因此为正。

参考图3，当开关q1、q2断开时获得第二配置。在该第二配置，由于转子绕组r的高电感，转子电流ir保持基本恒定(略微减小)，因此施加流过二极管d1、d2的负辅助电流iaux。

参考图4，当开关q1断开并且开关q2闭合时，获得第三配置。在该第三配置，辅助电流iaux不能流过开关q1或流过二极管d2，从而该辅助电流iaux为零。

返回图1，为了减小电容器电流ic的有效值，提供了补偿机构，使得至少在某些时候，辅助电流iaux为负或零，而定子逆变器电流ios为正。因此，两个电流iaux、ios至少部分地相互补偿，这导致电容器电流ic的有效值下降。

更精确地，电气系统100一方面包括设计为供应转子电流ir的测量m_ir的传感器112，另一方面包括设计为分别供应定子相电压vu、vv、vw，的测量m_vu、m_vv、m_vw的三个传感器114u、114v、114w。

电气系统100还包括检测装置116，其设计为检测定子逆变器电流ios是否为正或是否为零。

在所描述的示例中，检测装置116设计为检测同一侧的所有开关全部断开还是全部闭合(这意味着在所描述的示例中，另一侧的开关全部断开，因为高侧开关和低侧开关被相反地控制)，以检测定子逆变器电流ios为零。因此，检测装置116例如设计为在检测到定子逆变器电流ios为零时向检测信号d供应值1，否则向其供应值零(定子逆变器电流ios则为正)。例如，检测装置116设计为接收定子相电压vu、vv、vw的测量m_vu、m_vv、m_vw，并且当所有测量m_vu、m_vv、m_vw在0v或+ev相同时检测定子逆变器电流ios为零。

电气系统100还包括控制装置118，其设计为以彼此不同的两种控制模式交替地控制辅助电气装置110。在第一时间间隔i1上施加第一控制模式，而在第二时间间隔i2上施加第二控制模式，时间间隔i1、i2随时间交替。

在第一控制模式下，控制装置118设计成当检测到定子逆变器电流ios为零时，将辅助电气装置110置于其第一配置(iaux为正)，并且当检测到定子逆变器电流ios为正时，将辅助电气装置110置于其第二配置(iaux为负)。

在第二控制模式下，控制装置118设计成当检测到定子逆变器电流ios为零时，将辅助电气装置110置于其第一配置(iaux为正)，并且当检测到定子逆变器电流ios为正时，将辅助电气装置110置于其第三配置(iaux为零)。

在所描述的示例中，控制装置118还设计成一方面接收辅助电气装置110的电变量的测量，另一方面接收该电变量的设定点。在所描述的示例中，电变量是流过电机106的转子绕组r的转子电流ir。

此外，控制装置118设计成修改第一时间间隔i1和/或第二时间间隔i2的持续时间，使得转子电流ir的测量m_ir保持接近设定点ir*。

更精确地，控制装置118包括第一比较器120，其设计为将测量m_ir与设定点ir*进行比较，以便提供误差信号ε。

控制装置118还包括第二比较器122，其设计为将误差信号ε与斜坡信号s(t)进行比较，以便提供指示转子逆变器110应被控制的控制模式的控制模式信号sm。在所描述的示例中，当斜坡信号s(t)小于误差信号ε时，控制模式信号sm的值为1，而当斜坡信号s(t)大于误差信号ε时，控制模式信号sm的值为0。此外，斜坡信号s(t)优选地具有预定频率，例如等于1khz，而定子逆变器108的臂例如以10khz切换。

因此，控制装置118设计为在斜坡信号s(t)小于误差信号ε时(即当控制模式信号sm的值为1时)以第一控制模式控制转子逆变器110，并且当斜坡信号s(t)大于误差信号ε时(即当控制模式信号sm的值为0时)以第二控制模式控制转子逆变器110。因此，第一时间间隔i1对应于斜坡信号s(t)小于误差信号ε的时间，而第二时间间隔i2对应于斜坡信号s(t)大于误差信号ε的时间。将理解的是，在所描述的示例中，时间间隔i1、i2之和是预定义的，并且总是等于斜坡信号s(t)的频率的倒数。

更精确地，控制装置118首先设计为将检测信号d用作命令c_q1。

控制装置118还包括逻辑或门124，其接收检测信号d和控制模式信号并在输出处供应命令c_q2。

因此，当斜坡信号s(t)小于误差信号ε时，命令c_q2命令开关q2进入闭合状态，而命令c_q1命令开关q1交替地进入断开状态和闭合状态，这取决于检测信号d。控制装置118因此以第二控制模式(正和零iaux交替)控制转子逆变器110。

当斜坡信号s(t)大于误差信号ε时，逻辑或门124的输出跟随检测信号d，使得命令c_q2和命令c_q1同时命令开关q1、q2交替地进入断开状态和闭合状态，这取决于检测信号d。控制装置118因此以第一控制模式(正和负iaux交替)控制转子逆变器110。

在第一控制模式期间，辅助电流iaux交替为正和负。然而，定子逆变器电流ios为零的时间不如定子逆变器电流ios为正的时间频繁。因此，辅助电流iaux更频繁为负，从而使转子电流ir趋于减小。然而，在第二控制模式期间，辅助电流iaux交替地为正和零，并且因此平均为正，从而使转子电流ir充电并且趋于增加。

根据以上所述，取决于误差信号ε，第一时间间隔i1将更大或更小，而第二时间间隔i2将反之更大或更小，从而产生允许转子电流ir保持接近设定点ir*的反馈。

图5示出了当转子逆变器110独立于定子逆变器108而被控制时误差信号ε、斜坡信号s(t)、命令c_q1、命令c_q2、转子电流ir、电容器电流ic以及现有技术中的电容器电流随时间的演变。来自现有技术的电容器电流表示为ic'，并且当其不同于电容器电流ic时以虚线示出。

如图5所示，电容器电流ic的绝对值有时小于现有技术中的值。因此，电容器电流ic的有效值小于现有技术中的值。

参考图6，现在将描述根据本发明第二实施例的电气系统600。电气系统600本身也旨在例如在机动车辆中实施。

电气系统600与图1中的系统相同，除了这次的辅助电气装置是dc-dc电压转换器602。

在所描述的示例中，电压转换器602包括连接至输入端子beaux的高侧开关q'1和连接至dc电压源102的负端子的低侧开关q'2。此外，开关q'1和低侧开关q'2在中心抽头处彼此连接。开关q'1、q'2旨在具有施加至其的相应命令c_q'1、c_q'2，以便选择性地打开和闭合它们中的每一个。开关q'1、q'2旨在被相反地控制，使得命令c_q'1、c_q'2彼此相反。此外，电压转换器602一方面包括电感器l，其一端连接到中心抽头，以及电容器c，其连接在电感器l的另一端和dc电压源102的负端子之间。因此，电压转换器602设计为跨越电容器c的端子从dc电压源102供应输出电压es。该输出电压es旨在被供应给负载q以向其供电。

取决于开关q'1、q'2(其旨在被相反地控制)的状态，电压转换器602设计为选择性地采用两种配置。

当开关q'1闭合(开关q'2断开)时，获得第一配置。在该第一配置，电压转换器602吸收电流，使得辅助电流iaux为正。

当开关q'1断开(开关q'2闭合)时，获得第二配置。在该第二配置，断开开关q'1防止电流流入电压转换器602，使得辅助电流iaux为零。

电气系统600还包括传感器603，其设计为供应输出电压es的测量m_es。

现在带有附图标记605的控制装置设计为以彼此不同的两种控制模式交替地控制辅助电气装置602。在第一时间间隔i1上施加第一控制模式，并且在第二时间间隔i2上施加第二控制模式，时间间隔i1、i2随时间交替。

在第一控制模式下，控制装置605设计成当检测到定子逆变器电流ios为零时，将辅助电气装置602置于其第一配置(iaux为正)，并且当检测到定子逆变器电流ios为正时，将辅助电气装置602置于其第二配置(iaux为零)。因此，当电流ios、iaux之一为正时，另一个为零。因此，这防止电流组合。然而，在这种情况下，电压转换器602的操作从属于定子逆变器108的操作，使得输出电压es可以偏离期望的输出电压。

为了克服此，在第二控制模式下，控制装置605设计为将辅助电气装置602置于第一配置或其第二配置，而与定子逆变器电流ios无关。

如在第一实施例中，控制装置605设计成一方面接收辅助电气装置602的电变量的测量，另一方面接收该电变量的设定点。在所描述的示例中，电变量是电压转换器602的输出电压es。

因此，控制装置605包括比较器604，其设计为将误差信号ε与低阈值sb(负)和高阈值sh(正)进行比较。

此外，控制装置605包括模式选择器606，其设计为根据与阈值sb、sh的比较结果来选择两种控制模式之一。

更精确地，当误差信号ε在低阈值sb和高阈值sh之间时，这意味着测量m_es接近设定点es*，并且可以补偿电流。因此，选择器606设计为通过提供与检测信号d相同的命令c_q'1来在第一控制模式(正和零iaux交替)下控制电压转换器602，从而当检测到定子逆变器电流ios为零时，闭合开关q'1。控制信号c_q'2与控制信号c_q'1相反，以便在开关q'1闭合时断开开关q'2，并且在开关q'1断开时闭合开关q'2。因此，只要误差信号ε在两个阈值sb、sh之间，则在持续的时间间隔i1上保持第一控制模式。

当误差信号ε小于低阈值sb时，这意味着测量m_es与设定点es*相比太小且应该增加输出电压es。因此，选择器606设计为通过控制开关q'1以将其保持在闭合状态(q'2保持在断开状态)来在第二控制模式下控制电压转换器602，以便只要误差信号ε小于低阈值sb就增加输出电压es。因此，只要误差信号ε小于低阈值sb，则在持续的时间间隔i2上保持第二控制模式。一旦误差信号ε回到低阈值sb和高阈值sh之间，则再次使用第一操作模式。

当误差信号ε大于高阈值sh时，这意味着测量m_es与设定点es*相比太大且应该降低输出电压es。因此，选择器606设计为通过控制开关q'1以将其保持在断开状态(q'2保持在闭合状态)来在第二控制模式下控制电压转换器602，以便只要误差信号ε大于高阈值sh就减小输出电压es。因此，只要误差信号ε大于高阈值sh，则在持续的时间间隔i2上保持第二控制模式。一旦误差信号ε回到低阈值sb和高阈值sh之间，则再次使用第一操作模式。

因此，第一时间间隔i1和第二时间间隔i2的持续时间变化，使得测量m_es保持接近设定点es*。

本发明不限于上述实施例。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，可以对其进行修改。

特别地，本发明可以应用于电机包括任意数量的定子相的情况。

此外，所使用的术语不应被理解为限于上述实施例的元件，而是应被理解为覆盖本领域技术人员能够从其一般知识中推断出的所有等同元件。