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DE102007012350A1 - Verfahren und Vorrichtung zur PWM-Steuerung eines Spannungszwischenkreisumrichters - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur PWM-Steuerung eines Spannungszwischenkreisumrichters Download PDF

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DE102007012350A1
DE102007012350A1 DE102007012350A DE102007012350A DE102007012350A1 DE 102007012350 A1 DE102007012350 A1 DE 102007012350A1 DE 102007012350 A DE102007012350 A DE 102007012350A DE 102007012350 A DE102007012350 A DE 102007012350A DE 102007012350 A1 DE102007012350 A1 DE 102007012350A1
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Steven E. Torrance Schulz
Silva Redondo Beach Hiti
Steve T. New Palestine West
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Abstract

Es werden PWM-Verfahren und eine Vorrichtung für eine verlustminimierte Steuerung von AC-Motoren bereitgestellt, die nichtlineare Beschränkungen eines Umrichters berücksichtigen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Spannung an den AC-Motor auf der Grundlage eines Schaltzyklus, ein Addieren eines Tastverhältnisses eines Nullvektors zu jedem Phasenschenkel des Schaltzyklus, wenn ein Tastverhältnis eines ersten Phasenschenkels des Schaltzyklus kleiner als ein minimales Tastverhältnis ist, und ein Subtrahieren des Tastverhältnisses des Nullvektors von jedem Phasenschenkel des Schaltzyklus, wenn ein zweites Tastverhältnis eines zweiten Phasenschenkels größer als ein maximales Tastverhältnis ist. Das minimale Tastverhältnis und das maximale Tastverhältnis zeigen Verzerrungsbereiche an.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Steuern von Wechselstrommotoren (AC-Motoren), und sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung des Drehmomentabtriebs von sinusförmig gewickelten AC-Motoren.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • AC-Motoren werden bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, welche Fahrzeuganwendungen, wie z.B. eine Traktionssteuerung umfassen. Die bei Fahrzeuganwendungen verwendeten AC-Motoren werden typischerweise über einen Spannungszwischenkreisumrichter gesteuert. Üblicherweise werden in Umrichtercontrollern unstetige Pulsweitenmodulationsverfahren (DPWM-Verfahren, DPWM von discontinuous pulse width modulation) verwendet, um die Grundausgangsspannungskomponente von Dreiphasen-Spannungszwischenkreisumrichtern zu steuern. Diese Dreiphasen-Spannungszwischenkreisumrichter können wiederum verwendet werden, um die Phasenströme von Dreiphasen-AC-Motoren zu steuern. Im Vergleich mit stetigen Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM-Verfahren), beispielsweise einer sinusförmigen oder einer Raumvektormodulation, verringern DPWM-Verfahren Umrichterverluste.
  • DPWM-Verfahren unterscheiden sich allgemein von stetigen PWM-Verfahren dadurch, dass DPWM-Verfahren bei einem vorgegebenen Schaltzyklus des Dreiphasen-Spannungszwischenkreisumrichters einen einzigen Nullvektor verwenden. Zusätzlich wird bei DPWM-Verfahren jeder Schalter in dem Dreiphasen-Spannungszwischenkreisumrichter typischerweise nicht bei sechzig Grad (60°) Segmenten eines elektrischen Zyklus geschaltet oder festgestellt. Die Anordnung des sechzig Grad (60°) Feststellsegments mit Bezug auf die Ausgangsspannung des Dreiphasen-Spannungszwischenkreisumrichters und den Lastleistungsfaktor bestimmt allgemein den Typ des DPWM-Verfahrens und resultierende PWM-Eigenschaften. Wenn das Feststellsegment beispielsweise so angeordnet ist, dass Verluste für eine dreißig Grad (30°) vorauseilende Leistungsfaktorlast optimiert sind, wird das DPWM-Verfahren als DPWM0 bezeichnet. DPWM1 bezieht sich auf, wenn das Feststellsegment angeordnet ist, um Schaltverluste für eine Leistungsfaktorlast von Eins zu optimieren, und DPWM2 bezieht sich auf, wenn das Feststellsegment angeordnet ist, um Schaltverluste für eine dreißig Grad (30°) nacheilende Leistungsfaktorlast zu optimieren.
  • Die meisten DPWM-Verfahren, die bei Spannungszwischenkreisumrichtern verwendet werden, sind anfällig für eine Spannungsverzerrung aufgrund von praktischen Beschränkungen des Spannungszwischenkreisumrichters, wie z.B. einer Umrichterspenzeit oder Totzeit und Einschränkungen einer minimalen Pulsweite. Diese praktischen Beschränkungen sind typischerweise nichtlineare Effekte, die sich als endliche und steuerbare minimale und maximale Pulsweiten manifestieren. Jeder Umrichterschalter für einen Phasenschenkel des Spannungszwischenkreisumrichters kann unbegrenzt auf "EIN" gehalten werden, um diskrete Pulsweitenwerte mit Tastverhältnissen von Null bzw. Eins zu erzeugen. Während einiger Betriebszustände weisen die befohlenen Tastverhältnisse für einen speziellen Phasenschenkel eine Pulsweite zwischen den minimal und maximal erreichbaren Pulsweiten und den entsprechenden diskreten Werten von Null und Eins auf. Die nichtlinearen Effekte erzeugen unerreichbare Bereiche (z.B. zwischen den minimal und maximal erreichbaren Pulsweiten und den entsprechenden diskreten Werten von Null und Eins), die bei jeder Phase des Spannungszwischenkreisumrichters auftreten.
  • Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Verfahren zur Minimierung von Umrichterschaltverlusten beim Betreiben eines Dreiphasen-AC-Motors bereitzustellen. Zusätzlich ist es wünschenswert, einen Spannungszwischenkreisumrichter mit minimierten Schaltverlusten zur Steuerung eines AC-Motors bereitzustellen. Darüber hinaus werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und dem Hintergrund offenbar werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es sind Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, um einen AC-Motor zu steuern, während Verluste aus nichtlinearen Beschränkungen des Umrichters minimiert werden. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Spannung an den AC-Motor auf der Grundlage eines Schaltzyklus und eines Ausgangsspannungsvektors und ein Modifizieren eines Tastverhältnisses eines jeden von mehreren Phasenschenkeln des Schaltzyklus durch ein Tastverhältnis eines Nullvektors des Schaltzyklus, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einem Verzerrungsbereich befindet.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Spannungszwischenkreisumrichter zur Steuerung eines AC-Motors vorgesehen. Der Spannungszwischenkreisumrichter umfasst einen Controller mit einem Eingang und einem Ausgang, ein Schaltnetzwerk, das einen mit dem Ausgang des Controllers gekoppelten Eingang aufweist und einen Ausgang aufweist, der zur Kopplung an den AC-Motor eingerichtet ist, und einen Modulator, der einen mit dem Ausgang des Umrichterschaltkreises gekoppelten Eingang aufweist und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingang des Controllers gekoppelt ist. Der Controller ist eingerichtet, um ein erstes Signal zu erzeugen. Das Schaltnetzwerk ist eingerichtet, um auf der Grundlage des ersten Signals einen Ausgangsspannungsvektor und einen Nullvektor zu erzeugen und eine Spannung für den AC-Motor bereitzustellen, die dem Ausgangsspannungsvektor entspricht. Der Modulator ist eingerichtet, um den Nullvektor zu modifizieren, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor auf der Grundlage des Schaltnetzwerks in einem Verzerrungsbereich befindet.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zur Steuerung eines Spannungszwischenkreisumrichters vorgesehen, das ein Überwachen eines Ausgangsspannungsvektors des Spannungszwischenkreisumrichters, ein Erzeugen eines modifizierten Schaltzyklus, indem ein Tastverhältnis eines jeden von mehreren Phasenschenkeln eines Schaltzyklus durch ein Tastverhältnis eines Nullvektors des Schaltzyklus modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einem Verzerrungsbereich befindet, und ein Bereitstellen eines DPWM-Signals an den Spannungszwischenkreisumrichter umfasst. Das DPWM-Signal weist den modifizierten Schaltzyklus auf.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird anschließend in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und
  • 1 ein Blockdiagramm eines Spannungszwischenkreisumrichtersystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine schematische Zeichnung des in 1 gezeigten Umrichterschaltkreises ist;
  • 3-5 Diagramme einer Umrichterausgangsspannung mit Verzerrungsbereichen sind, die zum Verständnis des in 1 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich sind;
  • 6 ein Diagramm mehrfacher Verzerrungsspannen ist, das zum Verständnis des in 1 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich ist;
  • 7-10 Phasentastverhältnisse sind, die zum Verständnis des in 1 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich sind; und
  • 11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines AC-Motors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die nachfolgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus besteht keine Ab sicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der nachfolgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
  • Auf 1 Bezug nehmend ist ein Spannungszwischenkreisumrichtersystem 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Spannungszwischenkreisumrichtersystem 10 umfasst einen Controller 32, einen Umrichterschaltkreis 30, der mit einem Ausgang des Controllers 32 gekoppelt ist, einen Wechselstrommotor (AC-Motor) 12, der mit einem ersten Ausgang des Umrichterschaltkreises 30 gekoppelt ist, und einen Modulator 31, der einen mit einem zweiten Ausgang des Umrichterschaltkreises 30 gekoppelten Eingang aufweist und einen Ausgang aufweist, der mit einem Eingang des Controllers 32 gekoppelt ist. Der Controller 32 erzeugt allgemein ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zur Steuerung der Schaltaktionen des Umrichterschaltkreises 30. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Controller 32 vorzugsweise ein unstetiges PWM-Signal (DPWM-Signal), das einen einzigen Nullvektor aufweist, der mit jedem Schaltzyklus des Umrichterschaltkreises 30 verbunden ist. Der Umrichterschaltkreis 30 wandelt dann das PWM-Signal in eine modulierte Spannungskurvenform zum Betreiben des AC-Motors 12 um. Der AC-Motor 12 ist ein sinusförmig gewickelter AC-Motor (z.B. Permanentmagnet oder Induktion), wie er üblicherweise bei Kraftfahrzeugen verwendet wird (z.B. Traktionsantriebssteuerungssysteme und dergleichen).
  • Um den Betrieb des AC-Motors 12 zu optimieren, überwacht der Modulator 31 die durch den Umrichterschaltkreis 30 erzeugte modulierte Spannungskurvenform und ermittelt, wann das Schalten des Umrichterschaltkreises 30 in einem Verzerrungsbereich arbeitet, der auf nichtlinearen Beschränkungen basiert (z.B. minimale Pulsweite und Totzeit), welche mit dem Umrichterschaltkreis 30 verbunden sind. Wenn der Umrichterschaltkreis 30 in dem Verzerrungsbereich arbeitet, weist der Modulator 31 den Controller 32 an, ein modifiziertes DPWM-Signal zu übertragen, das den Verzerrungsbereich kompensiert (z.B. durch ein Variieren eines Tastverhältnisses für jeden Phasenschenkel des Schaltzyklus).
  • 2 zeigt den Umrichterschaltkreis 30 von 1 genauer. Der Umrichterschaltkreis 30 ist ein Dreiphasenschaltkreis, der an den AC-Motor 12 gekoppelt ist. Insbesondere umfasst der Umrichterschaltkreis 30 Spannungsquellen (14, 16) und ein Schaltnetzwerk mit einem ersten Eingang, der mit den Spannungsquellen (14, 16) gekoppelt ist, und einem Ausgang, der zur Kopplung an den AC-Motor 12 eingerichtet ist. Obwohl die Spannungsquellen (14, 16) als eine verteilte DC-Verbindung mit zwei in Reihe geschalteten Quellen gezeigt ist, kann eine einzige Spannungsquelle verwendet werden.
  • Das Schaltnetzwerk umfasst drei serielle Schalterpaare mit antiparallelen Dioden (d.h. antiparallel zu jedem Schalter), die jeder der Phasen entsprechen. Jedes der seriellen Schalterpaare umfasst einen ersten Schalter (18, 22, 26), der einen ersten Anschluss aufweist, der mit einer positiven Elektrode der Spannungsquelle (14, 16) gekoppelt ist, und einen zweiten Schalter (20, 24, 28), der einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einer negativen Elektrode der Spannungsquelle (14, 16) gekoppelt ist, und einen ersten Anschluss aufweist, der mit einem jeweiligen zweiten Anschluss des ersten Schalters (18, 22, 26) gekoppelt ist. Um den Schaltzyklus und den Ausgangsspannungsvektor des Umrichterschaltkreises 30 zu überwachen, ist der Modulator 31 mit dem Ausgang des Umrichterschaltkreises 30 gekoppelt.
  • 3-5 sind Diagramme von Umrichterausgangsspannungen, die grau gezeigte Verzerrungsbereiche aufweisen, welche zum Verständnis des in 1 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich sind. Die Umrichterausgangsspannungen sind durch Vektoren (z.B. V1, V2, V3, V4, V5 und V6) entsprechend dem Schalten für jede Phase (z.B. jede von drei Phasen) des Schaltzyklus dargestellt. Jede der Phasen weist zwei (2) Zustände auf (z.B. entsprechend diskret Eins und Null). Mit Bezug auf 2-5 ist V1 beispielsweise der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Zustand des ersten Schalterpaars 18, 20 und einem diskreten Null-Zustand jedes der zweiten und dritten Schalterpaare 22, 24 und 26, 28 entspricht, V2 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Zustand eines jeden der ersten und zweiten Schalterpaare 18, 20 und 22, 24 und einem diskreten Null-Zustand des dritten Schalterpaars 26, 28 entspricht, V3 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Zustand jedes der ersten und dritten Schalterpaare 18, 20 und 26, 28 und einem diskreten Eins-Zustand des zweiten Schalterpaars 22, 24 entspricht, V4 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Zustand des ersten Schalterpaars 18, 20 und einem diskreten Eins-Zustand eines jeden der zweiten und dritten Schalterpaare 22, 24 und 26, 28 entspricht, V5 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Zustand eines jeden der ersten und zweiten Schalterpaare 22, 24 und 26, 28 und einem diskreten Eins-Zustand des dritten Schalterpaars entspricht und V6 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Zustand eines jeden der ersten und dritten Schalterpaare 18, 20 und 26, 28 und einem diskreten Null-Zustand des zweiten Schalterpaars 22, 24 entspricht. Ein Nullvektor (z.B. im Mittelpunkt der Zeichnungen) entspricht entweder einem diskreten Eins-Zustand für jedes der Schalterpaare 18, 20, 22, 24 und 26, 28 oder einem diskreten Null-Zustand für jedes der Schalterpaare 18, 20, 22, 24 und 26, 28.
  • Ein mit der dreißig Grad (30°) voreilenden Leistungsfaktorlast von DPWM0 verbundener Verzerrungsbereich 40 ist in 3 gezeigt, ein mit der Leistungsfaktorlast von Eins von DPWM1 verbundener Verzerrungsbereich 42 ist in 4 gezeigt und ein Verzerrungsbereich, der mit der dreißig Grad (30°) nacheilenden Leistungsfaktorlast verbunden ist, die DPWM2 zugeordnet ist, ist in 5 gezeigt. Bei allen Betriebszuständen ist das Schaltnetzwerk Grenzen minimaler Pulsweite und Totzeitbeschränkungen unterworfen, welche nichtlineare Beschränkungen sind, die durch die Verzerrungsbereiche dargestellt sind. Weil die Umrichterbeschränkungen einer minimalen Pulsweite und einer Totzeit feste Zeitwerte sind, variiert die Winkelweite (θ) oder Spanne des Verzerrungsbereichs, wie in 3 und 5 am besten gezeigt, mit der Modulationstiefe der Ausgangsspannung und der Schaltfrequenz des Schaltnetzwerks.
  • Die Schalter 18, 20, 22, 24, 26 und 28 können auf der Grundlage eines modifizierten verallgemeinerten DPWM-Verfahrens (GDPWM-Verfahrens) aktiviert (z.B. geschlossen) werden, so dass das Feststellsegment in Abhängigkeit des Leistungsfaktors oder einer anderen Bedingung nachgestellt wird. Das GDPWM-Verfahren ist im Allgemeinen für Hybridfahrzeuganwendungen vorzuziehen, weil Umrichterverluste im Vergleich mit stetigen PWM-Verfahren verringert werden können. Aufgrund der Einfachheit des Modulierens des Nullvektors kann GDPWM für jeden beliebigen Betriebszustand eingerichtet werden. Bei GDPWM sind jedoch die Verzerrungsbereiche um einen Winkelversatz zu den Sektorübergängen gedreht, und daher verändern sich die Verzerrungsbereiche für GDPWM kontinuierlich. Durch eine geeignete Steuerung der Ausgabeimpulse des DPWM-Signals von dem Controller 32 so, wie sie durch den Modulator 31 modifiziert sind, werden die Effekte dieser Nichtlinearitäten (durch die Verzerrungsbereiche dargestellt) kompensiert. Bei GDPWM wählt der Modulator 31 einen geeigneten Nullvektor auf der Grundlage des maximalen Phasenstroms, dessen Winkel mit dem Lastleistungsfaktor variiert.
  • 6 ist ein Diagramm mehrerer Verzerrungsspannen, das zum Verständnis des in 1 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich ist. Die Verzerrungsspannen variieren auf der Grundlage der Schaltfrequenz (z.B. 2 kHz, 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz, 10 kHz und 12 kHz) und eines Modulationsindex. Weil die Verzerrungsspanne mit der Schaltfrequenz variiert, kann sich ein Schalten des Nullvektors allein in Abhängigkeit von der räumlichen Anordnung des befohlenen Spannungsvektors (z.B. in dem in 3-5 gezeigten Raumvektordiagramm) als unpraktisch erweisen, weil sich die Verzerrungsbereiche kontinuierlich ändern, wenn GDPWM verwendet wird. Das modifizierte GDPWM-Verfahren wählt den Nullvektor, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einem Verzerrungsbereich befindet, indem es direkt mit den Phasentastverhältnisbefehlen arbeitet.
  • 7-10 sind Phasentastverhältnisse, die zum Verständnis des in 1 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich sind. 7 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc) für einen Schaltzyklus. Das Phasentastverhältnis da befindet sich in einem Verzerrungsbereich zwischen dem minimalen Tastverhältnis dmin und diskret Null, während sich das Phasentastverhältnis dc bei diskret Null befindet und sich das Phasentastverhältnis db zwischen dmin und dem maximalen Tastverhältnis dmax befindet. 8 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc), nachdem das Tastverhältnis des Nullvektors zu den Tastverhältnissen eines jeden der Phasenschenkel des in 7 gezeigten Schaltzyklus addiert wurde. In 8 befinden sich die Phasentastverhältnisse da und dc nun zwischen dmin und dmax und db befindet sich nun bei diskret Eins. Durch ein Addieren des Tastverhältnisses des Nullvektors zu den Tastverhältnis sen eines jeden Phasenschenkels in dem Schaltzyklus, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in dem Verzerrungsbereich zwischen dmin und diskret Null befindet, wird dieser Verzerrungsbereich durch das Spannungszwischenkreisumrichtersystem 10 kompensiert.
  • 9 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc) für einen anderen Schaltzyklus. Das Phasentastverhältnis da befindet sich in einem Verzerrungsbereich zwischen dem dmax und diskret Eins, während sich das Phasentastverhältnis dc bei diskret Eins befindet und sich das Phasentastverhältnis db zwischen dmin und dem maximalen Tastverhältnis dmax befindet. 10 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc), nachdem das Tastverhältnis des Nullvektors von den Tastverhältnissen eines jeden der Phasenschenkel des in 9 gezeigten Schaltzyklus subtrahiert wurde. In 10 befinden sich die Phasentastverhältnisse da und dc nun zwischen dmin und dmax und db befindet sich nun bei diskret Null. Durch ein Subtrahieren des Tastverhältnisses des Nullvektors von den Tastverhältnissen eines jeden Phasenschenkels in dem Schaltzyklus, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in dem Verzerrungsbereich zwischen dmin und diskret Null befindet, wird dieser Verzerrungsbereich durch das Spannungszwischenkreisumrichtersystem 10 kompensiert.
  • Zurück auf 1 Bezug nehmend überträgt der Modulator 31 bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Steuerungssignal oder Modulationssignal an den Controller 32, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in dem Verzerrungsbereich befindet. Dieses Steuerungssignal oder Modulationssignal ändert das DPWM-Signal, indem es ein Tastverhältnis eines jeden der Phasenschenkel in dem Schaltzyklus um ein Tastverhältnis des Nullvektors verändert. Wenn beispielsweise ein Phasenschenkel des Schaltzyklus kleiner als dmin (und nicht diskret Null) ist, addiert der Modulator 31 das Tastverhältnis des Nullvektors zu jedem der Phasenschen kel in dem Schaltzyklus, und wenn ein Phasenschenkel des Schaltzyklus größer als dmax (und nicht diskret Eins) ist, subtrahiert der Modulator 31 das Tastverhältnis des Nullvektors von jedem der Phasenschenkel in dem Schaltzyklus. Der Controller 32 überträgt das modifizierte DPWM-Signal an den Umrichterschaltkreis 30.
  • 11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines AC-Motors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei Schritt 100. Auf der Grundlage eines Schaltzyklus und eines Ausgangsspannungsvektors wird der AC-Motor bei Schritt 105 mit einer Spannung versorgt. Der Schaltzyklus weist mehrere Phasenschenkel und einen Nullvektor auf. Ein Tastverhältnis eines jeden der mehreren Phasenschenkel wird bei Schritt 110 durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einem Verzerrungsbereich befindet. Wenn ein Tastverhältnis eines ersten Phasenschenkels des Schaltzyklus kleiner als ein minimales Tastverhältnis ist, wird ein Tastverhältnis des Nullvektors zu jedem der mehreren Phasenschenkel addiert. Das minimale Tastverhältnis zeigt den Verzerrungsbereich an. Wenn ein Tastverhältnis eines zweiten Phasenschenkels größer als ein maximales Tastverhältnis ist, wird das Tastverhältnis des Nullvektors von jedem der mehreren Phasenschenkel subtrahiert. Das maximale Tastverhältnis zeigt den Verzerrungsbereich an.
  • Während mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist es festzustellen, dass eine riesige Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine komfortable Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsformen oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten dargelegt ist.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Wechselstrommotors (AC-Motors), das umfasst: ein Bereitstellen einer Spannung an den AC-Motor auf der Grundlage eines Schaltzyklus und eines Ausgangsspannungsvektors, wobei der Schaltzyklus mehrere Phasenschenkel und einen Nullvektor aufweist; und ein Modifizieren eines Tastverhältnisses eines jeden der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einem Verzerrungsbereich befindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Modifizierens ein Addieren eines Tastverhältnisses des Nullvektors zu jedem der mehreren Phasenschenkel umfasst, wenn ein Tastverhältnis eines ersten Phasenschenkels des Schaltzyklus kleiner als ein minimales Tastverhältnis ist, wobei das minimale Tastverhältnis den Verzerrungsbereich anzeigt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Modifizierens ein Subtrahieren des Tastverhältnisses des Nullvektors von jedem der mehreren Phasenschenkel umfasst, wenn ein Tastverhältnis eines zweiten Phasenschenkels größer als ein maximales Tastverhältnis ist, wobei das maximale Tastverhältnis den Verzerrungsbereich anzeigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Spannung ein Antreiben des AC-Motors mit einem Umrichter umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Spannung ein Antreiben des Umrichters mit einem unstetigen Pulsweitenmodulationssignal (DPWM-Signal) umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das minimale Tastverhältnis und das maximale Tastverhältnis auf einer minimalen Pulsweite des Umrichters und/oder einer Totzeit des Umrichters basieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Spannung ein Auswählen des Nullvektors auf der Grundlage eines maximalen Phasenstroms umfasst, wobei der maximale Phasenstrom einen Phasenwinkel aufweist, der mit einem Lastleistungsfaktor des Umrichters variiert.
  8. Spannungszwischenkreisumrichter zur Steuerung eines AC-Motors, wobei der Spannungszwischenkreisumrichter umfasst: einen Controller mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Controller eingerichtet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen; ein Schaltnetzwerk, das einen mit dem Ausgang des Controllers gekoppelten Eingang aufweist und einen Ausgang aufweist, der zur Kopplung an den AC-Motor eingerichtet ist, wobei das Schaltnetzwerk eingerichtet ist, um: einen Ausgangsspannungsvektor und einen Nullvektor auf der Grundlage des ersten Signals zu erzeugen; und eine dem Ausgangsspannungsvektor entsprechende Spannung an den AC-Motor bereitzustellen; und einen Modulator, der einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des Umrichterschaltkreises gekoppelt ist, und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingang des Controllers gekoppelt ist, wobei der Modulator eingerichtet ist, um den Nullvektor zu modifizieren, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einem Verzerrungsbereich befindet, wobei der Verzerrungsbereich auf dem Schaltnetzwerk basiert.
  9. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 8, wobei das erste Signal ein DPWM-Signal ist.
  10. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 8, wobei der Modulator ferner eingerichtet ist, um ein zweites Signal an den Controller bereitzustellen, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in dem Verzerrungsbereich befindet, wobei das zweite Signal auf dem Ausgangsspannungsvektor und dem Nullvektor basiert.
  11. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 8, wobei das erste Signal einen Schaltzyklus aufweist, wobei der Schaltzyklus mehrere Phasenschenkel aufweist und jeder der mehreren Phasenschenkel ein Tastverhältnis aufweist; und wobei der Controller ferner eingerichtet ist, um das Tastverhältnis eines jeden der mehreren Phasenschenkel zu modifizieren, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in dem Verzerrungsbereich befindet.
  12. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 11, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, um ein Tastverhältnis des Nullvektors zu jedem der mehreren Phasenschenkel zu addieren, wenn ein Tastverhältnis eines der mehreren Phasenschenkel kleiner als ein minimales Tastverhältnis ist, wobei das minimale Tastverhältnis den Verzerrungsbereich anzeigt.
  13. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 12, wobei das minimale Tastverhältnis auf einer minimalen Pulsweite des Schaltnetzwerks und/oder einer Totzeit des Schaltnetzwerks basiert.
  14. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 11, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, um in Ansprechen auf das zweite Signal ein Tastverhältnis des Nullvektors von jedem der mehreren Phasenschenkel zu subtrahieren, wenn ein Tastverhältnis eines der mehreren Phasenschenkel größer als ein maximales Tastverhältnis ist, wobei das maximale Tastverhältnis den Verzerrungsbereich anzeigt.
  15. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 14, wobei das maximale Tastverhältnis auf einer minimalen Pulsweite des Schaltnetzwerks und/oder einer Totzeit des Schaltnetzwerks basiert.
  16. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 8, wobei der Verzerrungsbereich auf einer minimalen Pulsweite des Schaltnetzwerks und/oder einer Totzeit des Schaltnetzwerks basiert.
  17. Verfahren zur Steuerung eines Spannungszwischenkreisumrichters, wobei das Verfahren umfasst: ein Überwachen eines Ausgangsspannungsvektors des Spannungszwischenkreisumrichters, wobei der Ausgangsspannungsvektor auf einem Schaltzyklus basiert und der Schaltzyklus mehrere Phasenschenkel und einen Nullvektor aufweist; ein Erzeugen eines modifizierten Schaltzyklus durch ein Modifizieren eines Tastverhältnisses eines jeden der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einem Verzerrungsbereich befindet; und ein Bereitstellen eines DPWM-Signals an den Spannungszwischenkreisumrichter, wobei das DPWM-Signal den modifizierten Schaltzyklus aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Erzeugens eines modifizierten Schaltzyklus ein Addieren eines Schaltzyklus des Nullvektors zu jedem Phasenschenkel des Schaltzyklus umfasst, wenn ein Tastverhältnis eines ersten Phasenschenkels des Schaltzyklus kleiner als ein minimales Tastverhältnis ist, wobei das minimale Tastverhältnis den Verzerrungsbereich anzeigt.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Modifizierens ein Subtrahieren des Tastverhältnisses des Nullvektors von jedem Phasenschenkel des Schaltzyklus umfasst, wenn ein zweites Tastverhältnis eines zweiten Phasenschenkels größer als ein maximales Tastverhältnis ist, wobei das maximale Tastverhältnis den Verzerrungsbereich anzeigt.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Verzerrungsbereich auf einer minimalen Pulsweite des Spannungszwischenkreisumrichters und/oder einer Totzeit des Spannungszwischenkreisumrichters basiert.
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