DE102012210662A1 - Method for controlling inverter for controlling electrical three phase machine that provides drive power for motor car drive train, involves adjusting load reference value within predefined angle ranges of phase angle based on ratio - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters mittels Raumzeigermodulation, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern und eine entsprechende Mehrzahl von Freilaufdioden aufweist, und der dazu ausgebildet ist, einen mehrphasigen elektrischen Strom in Form eines Stromraumzeigers bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, wobei der Wechselrichter derart angesteuert wird, dass eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Schaltzuständen der Schalter eingerichtet wird, um den Stromraumzeiger mit einem definierten Phasenwinkel einzustellen.The present invention relates to a method for controlling an inverter by means of space vector modulation, in particular for driving an electrical machine, wherein the inverter has a plurality of controllable switches and a corresponding plurality of free-wheeling diodes, and which is adapted to a polyphase electric current in the form of a current space pointer to provide in particular in order to supply the electric machine polyphase with electric current, wherein the inverter is driven such that a plurality of successive different switching states of the switches is set to adjust the current space pointer with a defined phase angle.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von steuerbaren Schalter und eine entsprechende Mehrzahl von Freilaufdioden aufweist, die dazu ausgebildet sind, einen mehrphasigen elektrischen Strom in Form eines Stromraumzeigers bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter derart anzusteuern, dass der Wechselrichter eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Schaltzuständen der Schalter annimmt, um den Stromraumzeiger mit einem definierten Phasenwinkel bereitzustellen.The present invention further relates to an apparatus for controlling an inverter, in particular for actuating an electrical machine, wherein the inverter has a plurality of controllable switches and a corresponding plurality of freewheeling diodes which are designed to provide a polyphase electric current in the form of a current space indicator, in particular, in order to supply the electric machine polyphase with electric current, with a control device which is designed to control the inverter such that the inverter assumes a plurality of successive different switching states of the switches to provide the current space pointer with a defined phase angle.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit wenigsten einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Wechselrichter zum Ansteuern der elektrischen Maschine und mit einer Vorrichtung zum Ansteuern des Wechselrichter der oben beschriebenen Art.Finally, the present invention relates to a motor vehicle drive train with at least one electric machine for providing drive power, an inverter for driving the electric machine and with a device for driving the inverter of the type described above.
Stand der TechnikState of the art
Auf dem technischen Gebiet der Drehstromverbraucher im Allgemeinen und der elektrischen Drehstrommaschinen im Speziellen sind unterschiedliche Ansteuerungsverfahren bekannt. Dabei wird aktuell üblicherweise das Verfahren der Raumzeigermodulation zur Ansteuerung des Drehstromverbrauchers bevorzugt. Bei diesem Ansteuerungsverfahren wird ein Raumzeiger durch aufeinander folgende Einstellung von acht Grundspannungszeigern gebildet. Um die Strangspannung bereitzustellen, werden die Grundspannungszeiger pulsweitenmoduliert geschaltet, sodass eine entsprechende Ansteuerspannung generiert wird. In the technical field of three-phase current consumers in general and three-phase electrical machines in particular, different driving methods are known. Currently, the method of space vector modulation for controlling the three-phase current consumer is currently preferred. In this driving method, a space pointer is formed by sequentially setting eight ground voltage hands. In order to provide the string voltage, the ground voltage phasors are switched pulse width modulated, so that a corresponding drive voltage is generated.
Bei den bekannten Ansteuerungsverfahren werden die elektrischen Verbraucher mittels eines Wechselrichters mit Leistungshalbleiterschaltern angesteuert. Die Einstellung der acht aufeinander folgenden Grundspannungszeiger zur Erzeugung des Spannungsraumzeigers wird durch abwechselndes Ein- und Ausschalten bestimmter Leistungshalbleiterschalter der Wechselrichter realisiert. Bei sehr geringen Rotationsgeschwindigkeiten des Raumzeigers beziehungsweise, sofern der Drehstromverbraucher eine elektrische Maschine ist, bei geringen Drehzahlen der angesteuerten elektrischen Maschinen werden einzelne der Leistungshalbleiterschalter sehr häufig bzw. sehr lange geschaltet und somit durch einen sehr lange bzw. sehr häufig fließenden elektrischen Strom thermisch belastet. Daher müssen die Leistungshalbleiterschalter für sehr lange Einschaltzeiten und für sehr große Ströme ausgelegt werden, wodurch der Wechselrichter im Allgemeinen technisch aufwändig wird. In the known driving method, the electrical loads are controlled by means of an inverter with power semiconductor switches. The adjustment of the eight successive ground voltage pointers for generating the voltage space vector is realized by alternately turning on and off certain power semiconductor switches of the inverters. At very low rotational speeds of the space hand or, if the three-phase load is an electrical machine, at low speeds of the driven electrical machines individual power semiconductors are switched very often or very long and thus thermally stressed by a very long or very frequently flowing electric current. Therefore, the power semiconductor switches must be designed for very long turn-on times and for very large currents, whereby the inverter is generally technically complex.
Um einer, insbesondere thermischen, Überbelastung der Leistungshalbleiterschalter zu begegnen wird beispielsweise in der
Da die, insbesondere thermische, Belastung einzelner Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters abhängig von einem Phasenwinkel des bereitgestellten Stromraumzeigers ist bzw. einzelne der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters für bestimmte Phasenwinkel des bereitgestellten Stromraumzeigers unterschiedlich belastet werden, wird beispielsweise in der
Nachteilig dabei ist es, dass in bestimmten Ansteuerungssituationen, insbesondere bei sehr geringen Rotationsgeschwindigkeiten des Stromraumzeigers einzelne der Leistungshalbleiterschalter und einzelne der Freilaufdioden des Wechselrichters dauerhaft belastet werden und somit in bestimmten Situationen eine Überlastung einzelner der Leistungshalbleiterbauelemente nicht vermieden werden kann. The disadvantage here is that in certain driving situations, especially at very low rotational speeds of the current space pointer individual power semiconductors and individual freewheeling diodes of the inverter are permanently loaded and thus in certain situations, an overload of individual power semiconductor devices can not be avoided.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters mittels Raumzeigermodulation der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei die Schalter und die Freilaufdioden gemäß einem, insbesondere thermischen, Belastungssollwert belastet werden und der Belastungssollwert innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs des Phasenwinkels in Abhängigkeit eines Verhältnisses eines Widerstandswertes der steuerbaren Schalter zu einem Widerstandswert der Freilaufdioden eingestellt wird. Insbesondere werden die Schalter und die Freilaufdioden gemäß einem, insbesondere thermischen, Belastungssollwert belastet, wobei der Belastungssollwert für unterschiedliche vordefinierte Winkelbereiche des Phasenwinkels variiert und innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs in Abhängigkeit eines Verhältnisses eines Widerstandswertes der steuerbaren Schalter zu einem Widerstandswert der Freilaufdioden eingestellt wird.According to the invention, therefore, a method for driving an inverter by means of space vector modulation of the aforementioned type is provided, wherein the switches and the freewheeling diodes are loaded according to a, in particular thermal, load setpoint and the load setpoint is set within a predefined angular range of the phase angle in response to a ratio of a resistance value of the controllable switch to a resistance value of the free-wheeling diodes. In particular, the switches and freewheeling diodes are loaded in accordance with a, in particular thermal, load setpoint, the load setpoint varying for different predefined angular ranges of the phase angle and adjusted within a predefined angular range depending on a ratio of a resistance value of the controllable switches to a resistance value of the freewheeling diodes.
Ferner wird daher erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, die Schalter und die Freilaufdioden gemäß einem Belastungssollwert zu belasten und den Belastungssollwert innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs des Phasenwinkels in Abhängigkeit eines Verhältnisses eines Widerstandswertes der steuerbaren Schalter zu einem Widerstandswert der Freilaufdioden einzustellen. Insbesondere werden die Schalter und die Freilaufdioden gemäß einem Belastungssollwert belastet, wobei der Belastungssollwert für unterschiedliche vordefinierte Winkelbereiche des Phasenwinkels variiert und innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs in Abhängigkeit eines Verhältnisses eines Widerstandswertes der steuerbaren Schalter zu einem Widerstandswert der Freilaufdioden eingestellt wird.Furthermore, according to the invention, there is provided a device for driving an inverter of the aforementioned type, wherein the control device is designed to load the switches and the freewheeling diodes according to a load setpoint and the load setpoint within a predefined angular range of the phase angle in dependence on a ratio of a controllable resistance value Set switch to a resistance value of the freewheeling diodes. In particular, the switches and freewheeling diodes are loaded according to a load setpoint, wherein the load setpoint varies for different predefined angular ranges of the phase angle and adjusted within a predefined angular range depending on a ratio of a resistance of the controllable switches to a resistance of the freewheeling diodes.
Schließlich wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeugantriebsstrang bereitgestellt mit wenigstens einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Wechselrichter zum Ansteuern der elektrischen Maschine und mit einer Vorrichtung zum Ansteuern des Wechselrichters der oben beschriebenen Art.Finally, according to the invention, a motor vehicle drive train is provided with at least one electric machine for providing drive power, an inverter for driving the electric machine and with a device for driving the inverter of the type described above.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Dadurch, dass der Belastungssollwert der Schalter in Abhängigkeit des Widerstandsverhältnisses der steuerbaren Schalter und der Freilaufdioden eingestellt wird, können in bestimmten Ansteuersituationen, in denen bestimmte Bauelemente des Wechselrichters besonders stark belastet werden, die Leitungsverluste der Bauelemente reduziert werden, ohne dass Temperaturspitzen auftreten. Dies ist dadurch möglich, da der elektrische Strom in besonderen Situationen auf die Bauelemente verlagert wird, die einen geringeren Widerstandswert aufweisen und somit eine geringere Verlustleistung aufweisen und sich weniger stark erwärmen. Dadurch können die Leitungsverluste der Halbleiterbauelemente des Wechselrichters gezielt reduziert werden, so dass keine Spitzenbelastungen einzelner Bauelemente auftreten und somit im Allgemeinen die Gesamtverluste des Wechselrichters reduziert werden können. Dadurch können die steuerbaren Schalter und die Freilaufdioden im Allgemeinen für geringere Belastungswerte ausgelegt werden, wodurch der Wechselrichter im Allgemeinen technisch weniger aufwendig und kostengünstiger gefertigt werden kann. Ferner wird durch die geringere Belastung der Halbleiterbauelemente die Lebensdauer des Wechselrichters im Allgemeinen verlängert.Characterized in that the load setpoint of the switch is set in dependence on the resistance ratio of the controllable switch and the free-wheeling diodes, in certain driving situations in which certain components of the inverter are particularly heavily loaded, the line losses of the components can be reduced without temperature peaks occur. This is possible because the electrical current is shifted in special situations to the components, which have a lower resistance value and thus have a lower power loss and heat less. As a result, the line losses of the semiconductor components of the inverter can be selectively reduced, so that no peak loads of individual components occur and thus generally the total losses of the inverter can be reduced. As a result, the controllable switches and freewheeling diodes can generally be designed for lower load values, as a result of which the inverter can generally be manufactured in a technically less complicated and cost-effective manner. Furthermore, the lower load on the semiconductor devices generally extends the life of the inverter.
Vorzugsweise ist eine erste Gruppe der steuerbaren Schalter und der Freilaufdioden einem ersten Spannungspotential einer Spannungsversorgung des Wechselrichters zugeordnet und eine zweite Gruppe der steuerbaren Schalter und der Freilaufdioden einem zweiten Spannungspotential der Spannungsversorgung zugeordnet, wobei der Belastungssollwert innerhalb des vordefinierten Winkelbereichs auf einen Extremwert eingestellt wird, so dass die erste oder die zweite Gruppe von Bauelementen stärker belastet wird.Preferably, a first group of controllable switches and freewheeling diodes is associated with a first voltage potential of a voltage supply of the inverter and a second group of the controllable switches and freewheeling diodes assigned to a second voltage potential of the power supply, wherein the load setpoint is set within the predefined angle range to an extreme value, so that the first or the second group of components is more heavily loaded.
Dadurch können mit einfachen Mitteln und geringem regelungstechnischem Aufwand die Gesamtverluste des Wechselrichters reduziert werden, ohne dass Temperaturspitzen auftreten.As a result, the total losses of the inverter can be reduced with simple means and low control engineering effort without temperature peaks occur.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Belastungssollwert innerhalb des vordefinierten Winkelbereichs derart eingestellt wird, dass ein Betrag einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Bauelementen kontinuierlich steigt.It is further preferable if the load target value is set within the predefined angle range such that an amount of a temperature difference between the first and the second group of components increases continuously.
Dadurch können die Leitungsverluste der steuerbaren Schalter bzw. der Freilaufdioden in besonders kritischen Winkelbereichen des Stromraumzeigers auf Kosten einer Erhöhung des Betrages der Temperaturdifferenz der steuerbaren Schalter bzw. der Freilaufdioden der ersten und der zweiten Gruppe im Allgemeinen reduziert werden.As a result, the line losses of the controllable switches or freewheeling diodes in particularly critical angular ranges of the current space vector can be reduced at the expense of an increase in the amount of temperature difference of the controllable switches or freewheeling diodes of the first and second groups in general.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der vordefinierte Winkelbereich um einen Grundspannungsraumzeiger des Stromraumzeigers gebildet ist.It is furthermore preferred if the predefined angular range is formed around a basic voltage space vector of the current space vector.
Dadurch können die Bauelemente des Wechselrichters in den Winkelbereichen, in denen einzelne Bauelemente besonders stark belastet werden, entlastet werden und somit Spitzenbelastungen einzelner Bauelemente vermieden werden.As a result, the components of the inverter can be relieved in the angular ranges in which individual components are particularly heavily loaded, and thus peak loads of individual components can be avoided.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Wechselrichter mittels zwei Schaltzuständen in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand geschaltet wird und wobei innerhalb des vordefinierten Winkelbereichs lediglich einer der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände verwendet wird.It is further preferred if the inverter is switched by means of two switching states in a voltage-free switching switching state and wherein within the predefined angle range only one of the voltage-free switching switching states is used.
Dadurch können mit einfachen Mitteln die Schaltverluste reduziert werden. As a result, the switching losses can be reduced by simple means.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn eine Mehrzahl von vordefinierten Winkelbereichen für unterschiedliche Wertebereiche des Phasenwinkels gebildet sind und der Belastungssollwert für die unterschiedlichen Winkelbereiche auf unterschiedliche Werte eingestellt wird. It is further preferred if a plurality of predefined angular ranges are formed for different value ranges of the phase angle and the load setpoint value for the different angular ranges is set to different values.
Dadurch kann ein Temperaturgradient der Bauelemente des Wechselrichters in bestimmten Ansteuersituation reduziert werden bzw. eingestellt werden.As a result, a temperature gradient of the components of the inverter can be reduced or adjusted in a certain control situation.
Es ist weiterhin besonders bevorzugt, wenn der Belastungssollwert derart eingestellt wird, dass die steuerbaren Schalter einer der beiden Gruppen stärker belastet wird, sofern der Widerstandswert der steuerbaren Schalter kleiner ist als der Widerstandswert der Freilaufdioden.It is furthermore particularly preferred if the load setpoint value is set in such a way that the controllable switch of one of the two groups is loaded to a greater extent, provided that the resistance value of the controllable switch is smaller than the resistance value of the free-wheeling diodes.
Dadurch können die Leitungsverluste reduziert werden, da der elektrische Strom über einen geringeren elektrischen Widerstand geführt wird.As a result, the line losses can be reduced because the electric current is passed through a lower electrical resistance.
Vorzugsweise wird eine derartige Belastung der steuerbaren Schalter einer der beiden Gruppen erreicht, indem lediglich einer der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände verwendet wird.Preferably, such a load of the controllable switches of one of the two groups is achieved by using only one of the voltage-free-switching switching states.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Belastungssollwert derart eingestellt wird, dass die Freilaufdioden stärker belastet werden, sofern der Widerstandswert der steuerbaren Schalter größer ist als der Widerstandswert der Freilaufdioden.It is furthermore preferred if the load setpoint value is set in such a way that the freewheeling diodes are loaded to a greater extent, provided that the resistance value of the controllable switches is greater than the resistance value of the freewheeling diodes.
In diesem Falle ist die Belastung der Freilaufdioden im Allgemeinen größer als die der Schalter, da die bzw. eine der Freilaufdioden einen maximalen Strom tragen bzw. trägt, so dass in diesem Falle die steuerbaren Schalter auf Kosten einer stärkeren Belastung der Freilaufdioden entlastet werden.In this case, the load of the freewheeling diodes is generally greater than that of the switches, since the or one of the freewheeling diodes carry a maximum current or carries, so that in this case the controllable switches are relieved at the expense of a higher load on the freewheeling diodes.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn innerhalb von Zwischenwinkelbereichen des Phasenwinkels, die zwischen den vordefinierten Winkelbereichen gebildet sind, der Belastungssollwert derart eingestellt wird, dass der Betrag der Temperaturdifferenz zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Bauelementen im Wesentlichen konstant bleibt oder reduziert wird.It is further preferable if, within intermediate angle ranges of the phase angle formed between the predefined angular ranges, the load target value is set such that the amount of the temperature difference between the first group and the second group of components remains substantially constant or reduced.
Dadurch kann im Allgemeinen die Belastung der Bauelemente zwischen den beiden Gruppen hin und her verlagert werden und in weniger kritischen Winkelbereichen, in denen keine Spitzenbelastung einzelner Bauelemente zu erwarten ist, kann die Belastung der Bauelemente konstant gehalten werden bzw. einer ungleichmäßigen Belastung entgegengewirkt werden. Dadurch können im Allgemeinen für den gesamten Winkelbereich des Stromraumzeigers Spitzenbelastungen von einzelnen Bauelementen mit regelungstechnisch geringem Aufwand vermieden werden.As a result, in general, the load on the components between the two groups can be shifted back and forth, and in less critical angular ranges, in which no peak load of individual components is to be expected, the load on the components can be kept constant or an uneven load can be counteracted. As a result, peak loads of individual components can generally be avoided with little control effort for the entire angular range of the current space vector.
Es ist im Allgemeinen bevorzugt, wenn eine Mehrzahl von vordefinierten Winkelbereichen für unterschiedliche Wertebereiche des Phasenwinkels gebildet sind und innerhalb von einer Mehrzahl von benachbarten vordefinierten Winkelbereichen der Belastungssollwert der Schalter auf einen Wert eingestellt wird und zwischen den vordefinierten Winkelbereichen jeweils ein Zwischenwinkelbereich des Phasenwinkels gebildet ist, innerhalb derer der Belastungssollwert derart eingestellt wird, dass der Betrag der Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Bauelementen im Wesentlichen konstant bleibt.It is generally preferred if a plurality of predefined angular ranges are formed for different value ranges of the phase angle and the load setpoint of the switches is set to a value within a plurality of adjacent predefined angular ranges and an intermediate angle range of the phase angle is formed in each case between the predefined angular ranges. within which the load setpoint is adjusted such that the amount of temperature difference between the first and second sets of components remains substantially constant.
Dadurch kann die Belastung und die damit verbundene Temperaturdifferenz zwischen den beiden Gruppen in kritischen Winkelbereichen des Phasenwinkels stufenweise angehoben werden, wodurch die Temperaturdifferenz im Allgemeinen langsamer ansteigt.Thereby, the stress and the associated temperature difference between the two groups can be gradually increased in critical angular ranges of the phase angle, whereby the temperature difference generally increases more slowly.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn innerhalb der Zwischenwinkelbereiche des Phasenwinkels, die zwischen den vordefinierten Winkelbereichen gebildet sind, wenigstens einer der steuerbaren Schalter über wenigstens einen Winkelabschnitt des Zwischenwinkelbereichs dauerhaft geschlossen ist.It is further preferred if, within the intermediate angle ranges of the phase angle formed between the predefined angular ranges, at least one of the controllable switches is permanently closed over at least one angle section of the intermediate angle range.
Dadurch können in den Winkelbereichen, in denen sehr hohe Schaltverluste der steuerbaren Schalter auftreten, die Schaltverluste des Wechselrichters und die Temperaturdifferenz zwischen den Bauelementen reduziert werden.As a result, the switching losses of the inverter and the temperature difference between the components can be reduced in the angular ranges in which very high switching losses of the controllable switches occur.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in einem ersten Winkelabschnitt des Zwischenwinkelbereichs wenigstens einer der steuerbaren Schalter dauerhaft geschlossen ist und in einen zweiten Winkelabschnitt des Winkelbereichs ein zweiter der steuerbaren Schalter dauerhaft geschlossen ist.It is furthermore preferred if, in a first angle section of the intermediate angle range, at least one of the controllable switches is permanently closed and a second of the controllable switches is permanently closed in a second angle section of the angular range.
Dadurch können die Schaltverluste einzelner der Schalter weiter reduziert werden und die Leitungsverluste, die durch diese Maßnahme erhöht sind, auf zwei der steuerbaren Schalter verteilt werden.As a result, the switching losses of each of the switches can be further reduced and the line losses, which are increased by this measure, distributed to two of the controllable switches.
Es ist dabei von besonderem Vorzug, wenn der erste der steuerbaren Schalter der ersten Gruppe von Bauelementen zugeordnet ist und der zweite der steuerbaren Schalter der zweiten Gruppe von Bauelementen zugeordnet ist.It is of particular advantage if the first of the controllable switches is assigned to the first group of components and the second of the controllable switches is assigned to the second group of components.
Dadurch kann die Temperaturdifferenz zwischen den Bauelementen der ersten und der zweiten Gruppe weiter reduziert werden. Thereby, the temperature difference between the components of the first and the second group can be further reduced.
Es ist besonders bevorzugt, wenn ein Verlauf für die Temperaturdifferenz vorgegeben wird und die Temperaturdifferenz entsprechend durch Einstellen des Belastungssollwertes eingestellt wird. It is particularly preferred if a course for the temperature difference is specified and the temperature difference is adjusted accordingly by setting the load setpoint.
Dadurch kann die Temperaturdifferenz individuell und lastabhängig eingestellt werden, wodurch die Belastungsverteilung noch präziser eingestellt werden kann. Weiterhin brauchen die Winkelbereiche nicht vordefiniert zu werden.As a result, the temperature difference can be set individually and load-dependent, whereby the load distribution can be set even more precisely. Furthermore, the angle ranges need not be predefined.
Wie oben erwähnt, lässt sich durch die vorliegende Erfindung die Spitzenbelastung einzelner der Bauelemente gezielt reduzieren, indem in bestimmten kritischen Winkelbereichen, in denen einzelne der steuerbaren Schalter oder der Freilaufdioden besonders stark belastet werden, durch gezielte Verwendung der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände die Bauelemente mit dem geringeren elektrischen Widerstand stärker belastet werden und die Bauelemente mit dem höheren elektrischen Widerstand entlastet werden. Durch diese gezielte Verteilung des elektrischen Stroms auf die Bauelemente mit dem jeweils geringeren Widerstand können die Gesamtverluste des Wechselrichters reduziert werden. As mentioned above, can be selectively reduced by the present invention, the peak load of individual components by particular heavy angular load in certain critical angle ranges in which each of the controllable switch or freewheeling diodes, through targeted use of de-energized switching states, the components with the lower electrical resistance are more heavily loaded and the components are relieved with the higher electrical resistance. This targeted distribution of the electrical current to the components with the respective lower resistance, the total losses of the inverter can be reduced.
Es versteht sich, dass Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.It is understood that features, properties and advantages of the method according to the invention also apply to the device according to the invention or are applicable.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Der Wechselrichter
Parallel zu den Schaltern S ist jeweils eine Freilaufdiode D geschaltet, die einen Stromfluss in entgegengesetzter Richtung ermöglicht. Parallel to the switches S, a freewheeling diode D is in each case connected, which allows a current flow in the opposite direction.
In
Durch wechselndes Öffnen und Schließen der Schalter S wird zwischen den Phasenleitern U, V, W jeweils eine Ansteuerspannung angelegt, sodass sich entsprechend jeweils ein Phasenstrom IU, IV, IW einstellt, der die elektrische Maschine
In
In dem Zeigerdiagramm
Sofern der Spannungszeiger V*, wie in dem in
In Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V* stellt sich ein Stromraumzeiger I* ein. Der Stromraumzeiger I* weist eine Amplitude und einen Phasenwinkel auf, die sich in Abhängigkeit des angesteuerten elektrischen Verbrauchers
Zur Bestromung des elektrischen Verbrauchers
In
Da der Nullspannungszeiger V0 lediglich die Schalter SLA, SLB, SLC, die dem niedrigen Potenzial der Spannungsquelle
Generell kann ein allgemeiner Belastungswert lsm auf der Grundlage der allgemeinen Einschaltzeit t eines der Schalter S bestimmt werden. Dabei wird einer der Schalter S ausgewählt, wie z.B. der, der am stärksten belastet ist. Der Belastungswert lsm wird dabei für einen der Schalter SHA, SHB, SHC der oberen Seite des Wechselrichters
In
Bei dem Verfahren
oberen Seite und der maximalen Temperatur T_L der unteren Seite ermittelt. Bei
In
Da in diesem Fall der Widerstandswert der steuerbaren Schalter S kleiner ist als der Widerstandswert der Freilaufdioden D, ist die Verlustleistung in den Freilaufdioden D größer als die Verlustleistung in den steuerbaren Schaltern S. Aus diesem Grund wird der Belastungssollwert in den Winkelbereichen
Im Gegensatz dazu wird in den Winkelbereichen
In
Um die Grundspannungsraumzeiger V1–V6 sind
Da in dem in
Beispielsweise fließt im Winkelbereich
In den Winkelbereichen
Dadurch können die Gesamtverluste in dem Wechselrichter
In den Zwischenwinkelbereichen
In
In den Winkelbereichen
In den
Aus
Im Allgemeinen kann in den Zwischenwinkelbereichen
Durch die Einstellung des vorgegebenen Belastungssollwerts m, lsm in vordefinierten Winkelbereichen
Alternativ kann in den Winkelbereichen
Der Unterschied zwischen den
In
Um das komplexe Zeigerdiagramm herum ist ein Verlauf einer Temperaturdifferenz ΔTs des Bauelements SH, DH mit der höchsten Temperatur der oberen Seite und des Bauelements SL, DL mit der höchsten Temperatur der unteren Seite dargestellt. Der Verlauf der Temperaturdifferenz ΔTs ist allgemein mit
Wie der Temperaturdifferenzverlauf
Durch die Winkelbereich
In
Die Winkelbereich
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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