可调脉宽调制方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主题内容涉及电力转换，并且更具体地涉及用于操作电力转换器的可调脉宽调制设备和技术，以及增加低速起动转矩和逆变器电压测量准确度的可调脉宽调制方法。
【发明内容】
[0002]现在概述本公开内容的各个方面以有助于对本公开内容的理解，其中本概要不是对本公开内容的广泛综述，并且不意在识别本公开内容的某些元件，也不是描绘其范围。而是，本概要的主要目的是在下文呈现的更详细的描述之前以简化形式呈现本公开内容的各构思。本公开内容提供了下述方法以及控制设备和计算机可读介质:其用于响应于当前PWM半周期的最大脉宽值大于阈值而通过选择性使用零向量控制开关逆变器，以及用于累积各输出相的当前输出控制值以用于在后续PWM半周期中使用。
【附图说明】
[0003]以下描述和附图详细阐述了本公开内容的某些说明性实现方式，其指示可以实现本公开内容的各原理的一个或更多个示例性方式。所示出的示例对于本公开内容的许多可能的实施例不是穷尽性的。在结合附图考虑时在以下详细描述中将阐述本公开内容的各个目的、优点和新颖特征，在附图中:
[0004]图1是示意性系统图；
[0005]图2-8是波形图；以及
[0006]图9是流程图。
【具体实施方式】
[0007]现在参照附图，在下文中结合附图描述一个或更多个实施例或实现方式，其中各个特征不一定是按比例绘制的。
[0008]图1示出了电力转换系统100，在该情况下为电动机驱动器电力转换器110，其具有提供多相变频AC输出以驱动电动机负载106的输出开关逆变器118。虽然在电动机驱动器式电力转换系统110的背景下示出并描述了本公开内容的各个构思，但是本公开内容不限于电动机驱动器并且可以以各种形式的电力转换系统来实现，这样的电力转换系统具有单相或多相开关逆变器，包括但不限于电动机驱动器、并网(grid-tie)转换器、风能系统等。驱动器110从外部源102接收多相AC输入电力并经由整流器114转换接收的电力以在中间电路116中提供DC总线电压，但是单相输入电力被提供至系统110的其他实施例也是可以的。此外，示出的系统110接收三相输入，但是其他多相实施例也是可以的。而且，不同的实施例可以例如接收DC输入电力，而不需要内部整流器114。系统110还包括输入滤波器电路112，在一个实施例中为三相LCL滤波器，该三相LCL滤波器在每个线路中具有电网侧电感器以及串联连接的转换器侧电感器，其中滤波电容器(未示出)连接在相应电网和转换器侧电感器与公共连接节点或中性点之间，其可以但不一定连接至系统接地线。可以使用其他替选输入滤波器电路配置，包括但不限于LC滤波器。所公开的技术还可适用于具有非再生整流器拓扑的电动机侧逆变器和其他应用。
[0009]图1中的电动机驱动器110还包括整流器114、DC总线或DC链路电路116以及多相开关逆变器118，多相开关逆变器118提供AC输出以驱动负载106。在一个实施例中整流器114和逆变器118分别包括开关S1-S6和S7-S12，这些开关可以是IGBT、FET或由控制器120使用来自控制器120的适当的开关控制信号122a和124a操作的其他适当形式的电气开关。控制器120包括整流器控制器122，用于选择性提供整流器开关控制信号122a以操作开关S1-S6，从而对三相输入电力进行整流以提供DC链路电路116中的DC链路电容器⑶C上的DC总线电压。本示例中的系统110是电压源转换器(VSC)。其他实施例也是可以的，其中链路电路116包括一个或更多个链路扼流圈或电感器，其中整流器转换器114为电流源转换器(CSC)驱动系统110提供受控DC链路电流。虽然示出的系统110包括主动式整流器或主动式前端(AFE) 114，但是在其他实施例中替选地可以使用被动式整流器电路，或驱动器110可以直接接收DC输入以用于由逆变器118使用。而且，在一些实现方式中可以省略示出的输入滤波器112，并且在一些实施例中可以提供输出变压器和陷波滤波器电路(未示出)，在多个实施例中其可以在驱动器系统110外部或可以被集成到驱动器系统110以对驱动器系统118提供的输出电压进行增压来驱动高电压电动机负载106，其中陷波滤波器是多相LCL或LC配置以减小输出变压器电压纹波并保护电动机负载106。
[0010]逆变器开关S7-S12根据来自驱动器控制器120的逆变器开关部件124的开关控制信号124a来操作，从而根据诸如输出速度或频率、转矩等的一个或更多个期望输出操作参数来提供多相输出以驱动负载106。在一个实施例中逆变器控制器124计算在生成脉宽调制(PWM)开关控制信号124a时使用的角度和命令调制指数，或控制器124可以实施正弦三角脉宽调制以在一系列逆变器PWM开关周期中的每个周期中实现期望的电动机速度、转矩等。驱动器控制器120及其部件可以被实现为任何合适的硬件、处理器执行的软件、处理器执行的固件、逻辑和/或它们的组，其中示出的控制器120可以使用提供各种控制功能的处理器执行的软件或固件来实现，通过所述控制功能控制器120接收反馈和/或输入信号和/或值(例如设定点)，并提供整流器和逆变器开关控制信号122a和124a来操作逆变器118的整流器开关装置S1-S6和开关S7-S12，以转换输入电力用于提供AC输出电力以驱动负载106。此外，控制器120及其部件可以以基于单个处理器的装置(诸如微处理器、微控制器、FPGA等)被实现，或这些中的一个或更多个可以由两个或更多个处理器以统一或分布的方式单独实现。
[0011]整流器和逆变器开关S1-S12根据相应开关控制信号122a和124a可操作，以在被致动时选择性地导通电流。在这一方面，驱动器控制器120的整流器和逆变器开关控制部件122和124可以包括模拟驱动器电路以生成适合于操作开关装置S1-S12的信号。此外，虽然在图1的实施例中在各IGBT S1-S12两端连接二极管，但并非是所有可能的实施例的要求。根据经脉宽调制的整流器开关控制信号122a来控制整流器开关S1-S6的操作，从而提供对来自源102的AC输入电力的主动式整流，以在电容CDC两端提供DC电压(或提供通过电流源转换器(CSC)实现方式的链路扼流圈的DC电流)。在其他可能的实施例中可以使用被动式整流器。
[0012]逆变器开关S7-S12被耦合以从DC总线116接收电力并向电动机或其他负载106提供AC输出电力，其中开关S7-S12根据来自逆变器控制器124的PffM开关控制信号124a来操作。在一些实施例中逆变器控制器124还可以向整流器控制器122提供DC命令信号或值，以使得整流器控制器122操作整流器开关S1-S6来相应地提供经调节的DC输出。而且，如图1看出的，逆变器控制器124实现接收各种输入信号或值的控制环路124c，各种输入信号或值包括用于期望的输出操作(诸如电动机速度、位置、转矩等)的设定点信号或值、以及表示电动机驱动器系统110的各部分的操作值的反馈信号或值(未示出)。
[0013]还参照图2-4，图2中的曲线图200分别示出了表示逆变器开关控制器124的控制环路124c广生的占空比的、具有彼此120°的相位关系的一组二个基本正弦调制波形202a、202b和202c，连同逆变器输出相a、b和c的相应三角形(例如斜坡变化(ramped))载波波形204a、204b和204c，用于旋转图1的电动机负载106。在一个可能的实现方式中，控制环路124c基于电动机速度(例如，电动机频率)设定点(未示出)来实现电压-频率(V-F)控制方案。虽然以从-1至+1变化的每单位(PU)范围示出波形202和204中的每个波形，但是对于调制和载波波形可以使用任何合适的数值范围。在示出的示例中，控制环路124c针对每个输出相生成调制波形202作为相应逆变器输出相a、b和c的占空比DA、DB和DC，占空比DA、DB和DC表示相应的相线a、b或c连接至中间DC电路116的正端子或负端子的PWM开关周期或时段206的接通时间或百分比。将载波波形202与相应调制波形204进行比较，以生成开关控制信号124a来操作逆变器开关S7-S12。而且，如图2看出的，以表示具有比PWM开关周期206长得多的倒数(reciprocal)时段208的逆变器波形提供的期望AC输出频率的频率提供占空比波形202。
[0014]还参照图3和图4，图3提供了示出在低得多的输出操作频率下的另一示例情形的曲线图300，其中逆变器输出时段208比图2中示出的时段长得多。
[0015]图4提供了曲线图400，曲线图400示出了分别针对控制环路124c确定相占空比DAl、DA2、DA3、DA4 和 DA5 的若干 PffM 半周期 205-1、205-2、205-3、205-4 和 205-5 的调制波形202a和载波波形204a的部分302的另外的细节。曲线图410示出了相应相电压波形412，在占空比信号或值DAl大于载波信号或值204a时波形412为高(在上相开关S7被接通且SlO被断开时，输出相具有值Vdc)，以及在载波402a超过占空比DAl时波形412为低(在下开关SlO被接通并且