BR112019011578B1

BR112019011578B1 - METHOD FOR GENERATING A CONTROL STRATEGY FOR A MULTIPHASE OUTPUT MATRIX CONVERTER, COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM, AND STRATEGY GENERATOR FOR MULTIPHASE OUTPUT MATRIX CONVERTER CONTROL

Info

Publication number: BR112019011578B1
Application number: BR112019011578-1A
Authority: BR
Inventors: Manjusha VIJAYAGOPAL; César Armando Silva Jiménez; Lee Empringham; Liliana Vittoria De Lillo
Original assignee: Itt Manufacturing Enterprises, Llc
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2023-08-01

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para gerar uma estratégia de controle com base em pelo menos três estados de comutação de um conversor de matriz. Os, pelo menos, três estados de comutação são selecionados com base em, pelo menos, uma corrente de saída prevista, associados a cada estado de comutação e a uma corrente de saída desejada. Em particular, as transformações matemáticas de uma corrente de saída desejada, assim como as correntes de saída associadas a cada um dentre uma pluralidade de estados de comutação, são usadas para identificar os estados de comutação apropriados.The present invention relates to a method for generating a control strategy based on at least three switching states of a matrix converter. The at least three switching states are selected based on at least one predicted output current associated with each switching state and a desired output current. In particular, mathematical transformations of a desired output current, as well as the output currents associated with each of a plurality of switching states, are used to identify appropriate switching states.

Description

FIELD OF INVENTION

[1] Esta invenção se refere ao campo de conversores de matriz e mais especificamente ao campo de métodos de controle para conversores de matriz.[1] This invention relates to the field of matrix converters and more specifically to the field of control methods for matrix converters.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[2] Um conversor de matriz é tipicamente um conversor CA-CA de estágio único que usa uma matriz de comutadores para converter um primeiro sinal CA (de qualquer número de fases) para um segundo sinal CA (de qualquer número de fases) com a amplitude e frequência arbitrárias. Uma vantagem de um conversor de matriz é que não precisa de nenhum elemento de armazenamento de energia grande.[2] A matrix converter is typically a single-stage AC-AC converter that uses an array of switches to convert a first AC signal (of any number of phases) to a second AC signal (of any number of phases) with the arbitrary amplitude and frequency. One advantage of a matrix converter is that it does not need any large energy storage elements.

[3] Os conversores de matriz típicos exigem que cada interruptor no conjunto de interruptores seja um interruptor bidirecional capaz de bloquear a tensão e conduzir corrente em ambas as direções. Um interruptor bidirecional de dois diodos é um método conhecido para controlar de forma independente a direção da corrente dentro de um conversor de matriz.[3] Typical matrix converters require that each switch in the switch array be a bidirectional switch capable of blocking voltage and carrying current in both directions. A two-diode bidirectional switch is a well-known method for independently controlling the direction of current within an array converter.

[4] Uma técnica de modulação conhecida para um conversor de matriz usa a Modulação de Vetor Espacial (Space Vector Modulation - SVM) para executar a modulação do primeiro sinal CA. Várias técnicas de SVM são conhecidas pelos versados na técnica, tais como métodos três-zero, dois-zero e um-zero.[4] A known modulation technique for a matrix converter uses Space Vector Modulation (SVM) to perform modulation of the first AC signal. Various SVM techniques are known to those skilled in the art, such as three-zero, two-zero and one-zero methods.

[5] Um exemplo de um conversor de matriz e uma técnica de SVM pode ser entendido com referência a EP 1311057 A1.[5] An example of a matrix converter and an SVM technique can be understood with reference to EP 1311057 A1.

SUMMARY OF THE INVENTION

[6] A invenção é definida pelas reivindicações.[6] The invention is defined by the claims.

[7] De acordo com uma modalidade, é fornecido um método para gerar uma estratégia de controle para um conversor de matriz de saída de multifásico, o conversor de matriz sendo operável em uma pluralidade de estados de comutação, o método compreendendo: obter um resultado de transformação de saída alvo que representa um resultado de transformação matemática de uma corrente de saída multifásica desejada do conversor de matriz; identificar uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz; obter, para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação, um resultado de transformação de saída previsto representando um resultado de transformação matemática de uma corrente de saída prevista para o estado de comutação; identificar a partir da pluralidade de estados de comutação pelo menos três estados de comutação, em que, quando mapeados usando um sistema de coordenada cartesiana, uma posição do resultado de transformação de saída alvo será contida por uma área definida pelas posições dos resultados de transformação de saída previstos associados a pelo menos três estados de comutação; e gerar uma estratégia de controle para o conversor de matriz com base em pelo menos três estados de comutação.[7] According to one embodiment, there is provided a method for generating a control strategy for a multiphase output matrix converter, the matrix converter being operable in a plurality of switching states, the method comprising: obtaining a result target output transformation representing a mathematical transformation result of a desired multiphase output current of the matrix converter; identifying a plurality of switching states of the matrix converter; obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result representing a mathematical transformation result of a predicted output current for the switching state; identify from the plurality of switching states at least three switching states, wherein, when mapped using a Cartesian coordinate system, a position of the target output transformation result will be contained by an area defined by the positions of the output transformation results. predicted output associated with at least three switching states; and generating a control strategy for the matrix converter based on at least three switching states.

[8] As modalidades, assim, fornecem um método de geração de uma estratégia de controle para um conversor de matriz com base nas correntes de saída previstas do conversor de matriz. Os estados de comutação possíveis do conversor de matriz são, cada um, associados a um respectivo estado de comutação, onde cada estado de comutação pode estar associado a uma corrente de saída multifásica predeterminada respectiva. As transformações matemáticas (por exemplo, uma transformação alfa-beta) de ambas uma corrente de saída multifásica desejada quanto essas correntes de saída previstas são usadas para identificar quais correntes de saída previstas e, portanto, estados de comutação, devem ser usados na estratégia de controle.[8] Embodiments thus provide a method of generating a control strategy for a matrix converter based on the predicted output currents of the matrix converter. The possible switching states of the matrix converter are each associated with a respective switching state, where each switching state can be associated with a respective predetermined multiphase output current. Mathematical transformations (e.g., an alpha-beta transformation) of both a desired multiphase output current and these predicted output currents are used to identify which predicted output currents, and therefore switching states, should be used in the switching strategy. control.

[9] Em particular, pelo menos três dos estados de comutação são identificados para os quais as transformações matemáticas dos três estados de comutação definem uma área que contém a transformação matemática da corrente de saída desejada.[9] In particular, at least three of the switching states are identified for which the mathematical transformations of the three switching states define an area that contains the mathematical transformation of the desired output current.

[10] Assim, um método de acordo com uma modalidade seleciona quais estados de comutação devem ser usados em uma estratégia de controle com base em pelo menos uma transformação matemática de uma corrente de saída prevista associada a cada estado de comutação e uma transformação matemática de uma corrente de saída desejada do conversor de matriz.[10] Thus, a method according to an embodiment selects which switching states should be used in a control strategy based on at least one mathematical transformation of a predicted output current associated with each switching state and a mathematical transformation of a desired output current from the matrix converter.

[11] As modalidades permitem um controle aprimorado sobre a corrente de saída de um conversor de matriz, com um alto grau de fidelidade e confiabilidade. O uso de correntes de saída previstas para determinar os estados de comutação usados na estratégia de controle permite uma determinação rápida e precisa da estratégia de controle a ser mantida.[11] Embodiments allow for enhanced control over the output current of a matrix converter, with a high degree of fidelity and reliability. Using predicted output currents to determine the switching states used in the control strategy allows for quick and accurate determination of the control strategy to maintain.

[12] A obtenção, para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação, de um resultado de transformação de saída previsto pode compreender: obter, para cada estado de comutação, um resultado de transformação de saída previsto de um modelo simulado ou matemático do conversor de matriz e uma carga do conversor de matriz.[12] Obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result may comprise: obtaining, for each switching state, a predicted output transformation result from a simulated model or matrix converter math and a matrix converter load.

[13] Assim, as modalidades podem compreender a consultoria ou determinação de um modelo simulado ou matemático do conversor de matriz (e da carga associada), estando as correntes de saída previstas associadas a um ou mais estados de comutação. Nas modalidades, o modelo simulado ou matemático pode ser uma tabela ou conjunto de dados que compreende uma corrente de saída prevista (ou, mais preferencialmente, as transformações matemáticas da corrente de saída prevista) para cada estado de comutação para uma variedade de cargas possíveis diferentes e/ou correntes de entrada. Outros modelos simulados ou matemáticos serão evidentes para o versado na técnica, como um pacote de software de simulação de circuito.[13] Thus, embodiments may comprise consulting or determining a simulated or mathematical model of the matrix converter (and associated load), with the predicted output currents being associated with one or more switching states. In embodiments, the simulated or mathematical model may be a table or data set comprising a predicted output current (or, more preferably, mathematical transformations of the predicted output current) for each switching state for a variety of different possible loads. and/or input currents. Other simulated or mathematical models will be apparent to one skilled in the art, such as a circuit simulation software package.

[14] A obtenção, para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação, um resultado de transformação de saída previsto compreende opcionalmente: prever, usando um modelo simulado ou matemático do conversor de matriz e uma carga do conversor de matriz, uma corrente de saída do conversor de matriz associada a cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação; e realizar uma transformação matemática na corrente de saída prevista associada a cada estado de comutação para obter, desse modo, um resultado de transformação de saída previsto para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação.[14] Obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result optionally comprises: predicting, using a simulated or mathematical model of the matrix converter and a matrix converter load, a matrix converter output current associated with each switching state in the identified plurality of switching states; and performing a mathematical transformation on the predicted output current associated with each switching state to thereby obtain a predicted output transformation result for each switching state in the identified plurality of switching states.

[15] A identificação de pelo menos três estados de comutação pode compreender: obter, para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação, um erro de resultado de transformação de saída previsto representando um erro previsto entre o resultado de transformação de saída previsto associado ao estado de comutação e o resultado de transformação de saída alvo; e identificar pelo menos três estados de comutação, em que, quando mapeados usando um sistema de coordenada cartesiana, uma posição da origem é contida por uma área definida pelas posições dos erros de resultado de transformação de saída previstos associados aos pelo menos três estados de comutação.[15] Identifying at least three switching states may comprise: obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result error representing a predicted error between the output transformation result predicted associated with the switching state and the target output transformation result; and identifying at least three switching states, wherein, when mapped using a Cartesian coordinate system, a position of the origin is contained by an area defined by the positions of the predicted output transformation result errors associated with the at least three switching states .

[16] Assim, um método de geração de uma estratégia de controle, com base em um erro previsto entre uma corrente de saída prevista pelo conversor de matriz e uma corrente de saída desejada/alvo, é proposto. Em particular, pode ser calculada, para cada estado/estado de comutação do conversor de matriz, um erro previsto entre uma corrente de saída previsível pelo conversor de matriz operando naquele estado de comutação e uma corrente de saída desejada/alvo.[16] Thus, a method of generating a control strategy, based on a predicted error between an output current predicted by the matrix converter and a desired/target output current, is proposed. In particular, for each switching state of the matrix converter, a predicted error between a predictable output current by the matrix converter operating in that switching state and a desired/target output current can be calculated.

[17] Uma confiabilidade melhorada pode ser obtida determinando-se pelo menos três estados de comutação com base em um erro previsto entre as correntes de saída previstas e a corrente de saída desejada.[17] Improved reliability can be achieved by determining at least three switching states based on a predicted error between the predicted output currents and the desired output current.

[18] Em pelo menos uma modalidade, a seleção de quais estados de comutação devem ser usados para gerar a estratégia de controle pode ser reduzida ainda mais com base em pelo menos uma corrente de entrada associada a cada estado de comutação e/ou uma tensão de saída associada a cada estado de comutação.[18] In at least one embodiment, the selection of which switching states should be used to generate the control strategy can be further reduced based on at least one input current associated with each switching state and/or a voltage output associated with each switching state.

[19] A identificação de uma pluralidade de estados de comutação pode compreender: obter um resultado de transformação de entrada alvo representando um resultado de transformação matemática de uma corrente de entrada desejada do conversor de matriz; obter, para cada estado de comutação possível do conversor de matriz, um resultado de transformação de entrada representando um resultado de transformação matemática de uma entrada de corrente do conversor de matriz associado ao estado de comutação possível; identificar uma pluralidade de resultados de transformação de entrada que são, quando mapeados usando um sistema de coordenada cartesiana, próximo à posição do resultado de transformação de entrada alvo; e identificar a pluralidade de estados de comutação associados à pluralidade identificada de resultados de transformação de entrada.[19] Identifying a plurality of switching states may comprise: obtaining a target input transformation result representing a mathematical transformation result of a desired input current of the matrix converter; obtaining, for each possible switching state of the matrix converter, an input transformation result representing a mathematical transformation result of a current input of the matrix converter associated with the possible switching state; identifying a plurality of input transformation results that are, when mapped using a Cartesian coordinate system, proximate to the position of the target input transformation result; and identifying the plurality of switching states associated with the identified plurality of input transformation results.

[20] As modalidades reconhecem, assim, que o número de estados de comutação para os quais uma necessidade de corrente de saída prevista deve ser calculada pode ser reduzido com base em pelo menos uma corrente de entrada desejada.[20] Embodiments thus recognize that the number of switching states for which a predicted output current requirement must be calculated may be reduced based on at least one desired input current.

[21] Cada estado de comutação pode estar associado a uma entrada de corrente respectiva. As transformações matemáticas da entrada atual de cada estado de comutação podem ser usadas para identificar certos estados de comutação com base ainda em, por exemplo, uma transformação matemática da entrada de corrente desejada.[21] Each switching state can be associated with a respective current input. Mathematical transformations of the current input of each switching state can be used to identify certain switching states further based on, for example, a mathematical transformation of the desired current input.

[22] Assim, as modalidades permitem que a estratégia de controle seja gerada ainda com base em uma corrente de entrada desejada do conversor de matriz.[22] Thus, the embodiments allow the control strategy to be generated further based on a desired input current of the matrix converter.

[23] A identificação da pluralidade de estados de comutação pode compreender: obter, para cada estado de comutação possível do conversor de matriz, um segundo resultado de transformação de saída representando um resultado de transformação matemática de uma saída de tensão do conversor de matriz associado ao estado de comutação possível; e identificar a pluralidade de estados de comutação com base em uma magnitude dos segundos resultados de transformação de saída.[23] Identification of the plurality of switching states may comprise: obtaining, for each possible switching state of the matrix converter, a second output transformation result representing a mathematical transformation result of a voltage output of the associated matrix converter the possible switching state; and identifying the plurality of switching states based on a magnitude of the second output transformation results.

[24] As modalidades permitem o número de estados de comutação para os quais uma corrente de saída prevista precisa ser calculada para ser reduzida com base em pelo menos uma magnitude de uma tensão de saída do conversor de matriz. Em particular, é reconhecido que cada estado de comutação pode estar associado a uma tensão de saída respectiva.[24] Embodiments allow the number of switching states for which a predicted output current needs to be calculated to be reduced based on at least one magnitude of an output voltage of the matrix converter. In particular, it is recognized that each switching state may be associated with a respective output voltage.

[25] As transformações matemáticas das respectivas tensões de saída para cada estado de comutação podem ser usadas para identificar ou estreitar ainda mais quais estados de comutação devem ser usados para gerar a estratégia de controle.[25] Mathematical transformations of the respective output voltages for each switching state can be used to identify or further narrow down which switching states should be used to generate the control strategy.

[26] Assim, as modalidades permitem que a estratégia de controle seja gerada ainda com base em uma saída de tensão do conversor de matriz e, em particular, a uma magnitude de saída de tensão pelo conversor de matriz.[26] Thus, the embodiments allow the control strategy to be further generated based on a voltage output of the matrix converter and, in particular, a magnitude of voltage output by the matrix converter.

[27] Em pelo menos uma modalidade, a identificação de uma pluralidade de estados de comutação com base em uma magnitude dos segundos resultados de transformação de saída compreende identificar a pluralidade de estados de comutação associados aos segundos resultados de transformação de saída de maior magnitude.[27] In at least one embodiment, identifying a plurality of switching states based on a magnitude of second output transformation results comprises identifying the plurality of switching states associated with second output transformation results of greater magnitude.

[28] A identificação de pelo menos três estados de comutação pode compreender: identificar um primeiro estado de comutação para o qual uma diferença de tensão entre todos os terminais de saída do conversor de matriz operando de acordo com o primeiro estado de comutação é substancialmente zero; identificar um segundo estado de comutação para o qual uma diferença de tensão entre pelo menos dois terminais de saída do conversor de matriz operando de acordo com o segundo estado de comutação é não zero; e identificar um terceiro estado de comutação para o qual uma diferença de tensão entre pelo menos dois terminais de saída do conversor de matriz operando de acordo com o terceiro estado de comutação é não zero.[28] Identifying at least three switching states may comprise: identifying a first switching state for which a voltage difference between all output terminals of the matrix converter operating in accordance with the first switching state is substantially zero ; identifying a second switching state for which a voltage difference between at least two output terminals of the matrix converter operating in accordance with the second switching state is non-zero; and identifying a third switching state for which a voltage difference between at least two output terminals of the matrix converter operating in accordance with the third switching state is non-zero.

[29] Assim, as modalidades podem compreender a identificação de pelo menos o estado de comutação um estado de comutação zero e um estado de comutação não zero ou ativo.[29] Thus, embodiments may comprise identifying at least the switching state, a zero switching state and a non-zero or active switching state.

[30] A geração da estratégia de controle pode compreender calcular um ciclo de trabalho para pelo menos três estados de comutação com base no resultado de transformação de saída alvo; e gerar a estratégia de controle para o conversor de matriz com base nos ciclos de trabalho calculados.[30] Generation of the control strategy may comprise calculating a duty cycle for at least three switching states based on the target output transformation result; and generate the control strategy for the matrix converter based on the calculated duty cycles.

[31] Preferencialmente, a transformação matemática é uma transformação alfabeta, de modo que o resultado de transformação de saída alvo represente um resultado de transformação alfa-beta de uma corrente de saída multifásica desejada do conversor de matriz e cada resultado de transformação de saída previsto representa um resultado de transformação alfa-beta de uma corrente de saída prevista para um respectivo estado de comutação.[31] Preferably, the mathematical transformation is an alphabet transformation, such that the target output transformation result represents an alpha-beta transformation result of a desired multiphase output current of the matrix converter and each predicted output transformation result represents an alpha-beta transformation result of a predicted output current for a respective switching state.

[32] Também é proposto um programa de computador adaptado para, quando executado em um computador, executar um método conforme descrito anteriormente.[32] A computer program adapted to, when executed on a computer, perform a method as previously described is also proposed.

[33] De acordo com outra modalidade da invenção, é fornecido um gerador de estratégia de modulação para um conversor de matriz trifásico para trifásico, o conversor de matriz sendo operável em uma pluralidade de estados de comutação, cada estado de comutação estando associado a um respectivo estado de comutação, o gerador de estratégia de modulação compreendendo um processador que é adaptado para: obter um resultado de transformação de saída alvo representando um resultado de transformação matemática de uma corrente de saída desejada do conversor de matriz; identificar uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz; obter, para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação, um resultado de transformação de saída previsto representando um resultado de transformação matemática de uma corrente de saída prevista para o estado de comutação; identificar a partir da pluralidade de estados de comutação pelo menos três estados de comutação, em que, quando mapeados usando um sistema de coordenada cartesiana, uma posição do resultado de transformação de saída alvo será contida por uma área definida pelas posições dos resultados de transformação de saída previstos associados aos três estados de comutação; e gerar uma estratégia de modulação para o conversor de matriz com base em pelo menos três estados de comutação.[33] According to another embodiment of the invention, there is provided a modulation strategy generator for a three-phase to three-phase matrix converter, the matrix converter being operable in a plurality of switching states, each switching state being associated with a respective switching state, the modulation strategy generator comprising a processor that is adapted to: obtain a target output transformation result representing a mathematical transformation result of a desired output current of the matrix converter; identifying a plurality of switching states of the matrix converter; obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result representing a mathematical transformation result of a predicted output current for the switching state; identify from the plurality of switching states at least three switching states, wherein, when mapped using a Cartesian coordinate system, a position of the target output transformation result will be contained by an area defined by the positions of the output transformation results. predicted output associated with the three switching states; and generating a modulation strategy for the matrix converter based on at least three switching states.

[34] O gerador de estratégia de modulação pode ser adaptado para obter, para cada estado de comutação, um resultado de transformação de saída previsto a partir de um modelo simulado do conversor de matriz.[34] The modulation strategy generator can be adapted to obtain, for each switching state, a predicted output transformation result from a simulated model of the matrix converter.

[35] O gerador de estratégia de modulação pode ser adaptado para prever, usando um modelo simulado do conversor de matriz, uma corrente de saída do conversor de matriz associada a cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação; e realizar uma transformação matemática na corrente de saída prevista associada a cada estado de comutação para obter, desse modo, o resultado de transformação de saída previsto para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação.[35] The modulation strategy generator may be adapted to predict, using a simulated model of the matrix converter, a matrix converter output current associated with each switching state in the identified plurality of switching states; and performing a mathematical transformation on the predicted output current associated with each switching state to thereby obtain the predicted output transformation result for each switching state in the identified plurality of switching states.

[36] O gerador de estratégia de modulação pode ser adaptado para: obter, para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estado de comutação, um erro de resultado de transformação de saída previsto representando um erro previsto entre o resultado de transformação de saída previsto associado ao estado de comutação e o resultado de transformação de saída alvo; e identificar o pelo menos três estados de comutação, em que, quando mapeados usando um sistema de coordenada cartesiana, uma posição da origem será contida por uma área definida pelas posições dos erros de resultado de transformação de saída previstos associados aos pelo menos três estados de comutação.[36] The modulation strategy generator may be adapted to: obtain, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result error representing a predicted error between the predicted output transformation result associated with the switching state and the target output transformation result; and identifying the at least three switching states, wherein, when mapped using a Cartesian coordinate system, an origin position will be contained by an area defined by the positions of the predicted output transformation result errors associated with the at least three switching states. switching.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[37] Exemplos da invenção serão descritos agora em detalhes com referência aos desenhos anexos, em que:[37] Examples of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which:

[38] Figuras 1A, 1B e 1C ilustram um conversor de matriz;[38] Figures 1A, 1B and 1C illustrate a matrix converter;

[39] Figura 2 é um fluxograma que ilustra um método de acordo com uma modalidade;[39] Figure 2 is a flowchart illustrating a method according to an embodiment;

[40] Figuras 3A e 3B ilustram transformações matemáticas das correntes de saída previstas para uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz;[40] Figures 3A and 3B illustrate mathematical transformations of the predicted output currents for a plurality of switching states of the matrix converter;

[41] Figura 4 ilustra vetores de corrente de saída previstos para uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz;[41] Figure 4 illustrates predicted output current vectors for a plurality of matrix converter switching states;

[42] Figura 5 ilustra uma estratégia de controle de acordo com uma modalidade;[42] Figure 5 illustrates a control strategy according to one embodiment;

[43] Figuras 6A ilustra transformações matemáticas da entrada de corrente para uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz.[43] Figures 6A illustrates mathematical transformations of the input current for a plurality of switching states of the matrix converter.

[44] Figuras 6B-6C ilustram cada uma das transformações matemáticas de saída de tensão para uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz;[44] Figures 6B-6C illustrate each of the voltage output mathematical transformations for a plurality of matrix converter switching states;

[45] Figura 7 ilustra transformações matemáticas dos erros de corrente de saída previstos para uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz;[45] Figure 7 illustrates mathematical transformations of the predicted output current errors for a plurality of matrix converter switching states;

[46] Figura 8 ilustra um gerador de estratégia de controle de acordo com uma modalidade;[46] Figure 8 illustrates a control strategy generator according to one embodiment;

[47] Figuras 9A e 9B ilustra transformações matemáticas da corrente de saída prevista e entrada de corrente respectivamente, para uma pluralidade de estado de comutação do conversor de matriz;[47] Figures 9A and 9B illustrate mathematical transformations of the predicted output current and input current respectively, for a plurality of matrix converter switching states;

[48] Figura 10 ilustra um sistema de acordo com uma modalidade;[48] Figure 10 illustrates a system according to one embodiment;

[49] Figuras 11A e 11B ilustram resultados experimentais de um sistema de acordo com uma modalidade.[49] Figures 11A and 11B illustrate experimental results of a system according to one embodiment.

DETAILED DESCRIPTION OF MODALITIES

[50] De acordo com uma modalidade da invenção, é fornecido um método para gerar uma estratégia de controle com base em pelo menos três estados de comutação de um conversor de matriz. Os, pelo menos, três estados de comutação são selecionados com base em, pelo menos, uma corrente de saída prevista, associados a cada estado de comutação e a uma corrente de saída desejada. Em particular, as transformações matemáticas de uma corrente de saída desejada, assim como as correntes de saída associadas a cada um dentre uma pluralidade de estados de comutação, são usadas para identificar os estados de comutação apropriados.[50] According to an embodiment of the invention, there is provided a method for generating a control strategy based on at least three switching states of a matrix converter. The at least three switching states are selected based on at least one predicted output current associated with each switching state and a desired output current. In particular, mathematical transformations of a desired output current, as well as the output currents associated with each of a plurality of switching states, are used to identify appropriate switching states.

[51] As modalidades são pelo menos parcialmente baseadas na realização que uma estratégia de controle que permite o controle confiável e responsivo de um conversor de matriz pode ser gerada com base nas correntes de saída previstas e em uma corrente de saída desejada. As modalidades fornecem métodos confiáveis de identificação de estados de comutação adequados de um conversor de matriz para serem usados na geração de uma estratégia de controle.[51] Embodiments are at least partially based on the realization that a control strategy that allows reliable and responsive control of a matrix converter can be generated based on predicted output currents and a desired output current. Embodiments provide reliable methods of identifying suitable switching states of a matrix converter for use in generating a control strategy.

[52] As modalidades ilustrativas podem, por exemplo, ser empregadas em unidades elétricas ou unidades integradas que usam um conversor de matriz. Outras estratégias de implementação de tais conversores de matriz serão facilmente evidentes para o versado na técnica.[52] Illustrative embodiments may, for example, be employed in electrical units or integrated units that use a matrix converter. Other strategies for implementing such matrix converters will be readily apparent to one skilled in the art.

[53] As Figuras 1A, 1B e 1C ilustram um conversor de matriz 10 adaptado para converter um sinal de entrada trifásico em um sinal de saída trifásico de acordo com modalidades diferentes.[53] Figures 1A, 1B and 1C illustrate a matrix converter 10 adapted to convert a three-phase input signal into a three-phase output signal according to different embodiments.

[54] O conversor de matriz 5 compreende três nós de entrada 11, cada um conectado para receber uma fase respectiva de um sinal de entrada de uma fonte de alimentação CA trifásica 12. O conversor de matriz compreende ainda três nós de saída 13, cada um conectado para fornecer uma fase respectiva de um sinal de saída a uma carga 14.[54] The matrix converter 5 comprises three input nodes 11, each connected to receive a respective phase of an input signal from a three-phase AC power supply 12. The matrix converter further comprises three output nodes 13, each one connected to provide a respective phase of an output signal to a load 14.

[55] A fonte de tensão 12 pode, por exemplo, ser uma fonte de alimentação trifásica típica ou outra fonte de alimentação CA trifásica. A fonte de tensão 12 pode, por exemplo, ser modelada como três fontes de tensão ou corrente, cada uma associada a uma fase diferente. Cada fonte de tensão ou corrente pode ser fornecida com um indutor e um resistor de amortecimento conectado em paralelo, cada par de resistor de indutor e amortecimento conectando uma respectiva fonte de tensão ou corrente a um nó de entrada respectivo 11.[55] The voltage source 12 may, for example, be a typical three-phase power supply or another three-phase AC power supply. The voltage source 12 can, for example, be modeled as three voltage or current sources, each associated with a different phase. Each voltage or current source may be provided with an inductor and a snubber resistor connected in parallel, each inductor and snubber resistor pair connecting a respective voltage or current source to a respective input node 11.

[56] A carga 14 pode, por exemplo, ser uma carga capacitiva ou uma carga indutiva, de modo que o conversor de matriz possa compreender, conforme ilustrado na Figura 1A, uma porta capacitiva 15 ou, conforme ilustrado na Figura 1B, uma porta indutiva 16 ou ambas.[56] The load 14 may, for example, be a capacitive load or an inductive load, such that the matrix converter may comprise, as illustrated in Figure 1A, a capacitive port 15 or, as illustrated in Figure 1B, a inductive 16 or both.

[57] Naturalmente, será apreciado que em algumas modalidades, como ilustrado pela Figura 1C, um conversor de matriz 1 não precisa compreender uma porta de saída específica. Tais modalidades podem ser usadas, por exemplo, se a carga 14 compreender uma máquina de indução.[57] Of course, it will be appreciated that in some embodiments, as illustrated by Figure 1C, a matrix converter 1 need not comprise a specific output port. Such embodiments may be used, for example, if the load 14 comprises an induction machine.

[58] Cada nó de saída 13 é conectável a cada nó de entrada 11 por um respectivo interruptor bidirecional. O conversor de matriz 10, portanto, compreende uma matriz de nove (3 x 3) chaves bidirecionais.[58] Each output node 13 is connectable to each input node 11 by a respective bidirectional switch. The matrix converter 10 therefore comprises a matrix of nine (3 x 3) bidirectional switches.

[59] Um arranjo de capacitor 18 pode ser fornecido, como ilustrado na Figura 1B, de modo a forneça um caminho para a corrente indutiva de cada fase. Tal arranjo de capacitor pode não ser necessário, por exemplo, se o conversor de matriz compreender uma porta capacitiva 15, tal como aquela ilustrada pela Figura 1A.[59] A capacitor arrangement 18 may be provided, as illustrated in Figure 1B, so as to provide a path for the inductive current of each phase. Such a capacitor arrangement may not be necessary, for example, if the matrix converter comprises a capacitive gate 15, such as that illustrated by Figure 1A.

[60] A fim de evitar curtos-circuitos de linha a linha (da fonte de tensão), nenhum interruptor bidirecional associado a um único nó de saída deve ser comutado em qualquer momento. Da mesma forma, para garantir que haja um caminho para a corrente indutiva de cada fase do sinal de entrada, através do arranjo de capacitor 18 ou da porta capacitiva 15, nenhum nó de saída 13 deve ser desconectado de cada nó de entrada 12. Isso impede que grandes exceções ocorram. Em outras palavras, cada nó de saída 13 sempre deve ser conectado para receber uma fase da fonte de tensão 12. Essas duas restrições permitem uma melhor segurança do dispositivo, confiabilidade e longevidade.[60] In order to avoid line-to-line short circuits (from the voltage source), no two-way switches associated with a single output node should be switched at any time. Likewise, to ensure that there is a path for the inductive current from each phase of the input signal, through the capacitor array 18 or the capacitive gate 15, no output node 13 must be disconnected from each input node 12. This prevents large exceptions from occurring. In other words, each output node 13 must always be wired to receive one phase from the voltage source 12. These two constraints allow for better device safety, reliability, and longevity.

[61] Como será evidente para o versado na técnica, um conversor de matriz 10 é operável em um número finito de estados de comutação, cada estado de comutação representando uma configuração aberta e fechada diferente dos interruptores bidirecionais. Para o conversor de matriz 10 da Figura 1, há apenas 27 estados de comutação que estão em conformidade com as restrições acima identificadas.[61] As will be evident to one skilled in the art, a matrix converter 10 is operable in a finite number of switching states, each switching state representing a different open and closed configuration of bidirectional switches. For matrix converter 10 of Figure 1, there are only 27 switching states that comply with the constraints identified above.

[62] Como usado neste documento, um "estado de comutação zero" é definido como sendo um estado de comutação em que a tensão entre cada nó de saída e uma tensão de referência é substancialmente a mesma. Por exemplo, cada nó de saída 13 pode ser conectado a um mesmo nó de entrada 11. Como tal, não há nenhuma diferença de tensão insignificante entre qualquer um dos nós de saída 13 (conforme cada nó de saída está na mesma tensão).[62] As used herein, a "zero switching state" is defined as being a switching state in which the voltage between each output node and a reference voltage is substantially the same. For example, each output node 13 can be connected to the same input node 11. As such, there is no negligible voltage difference between any of the output nodes 13 (as each output node is at the same voltage).

[63] Um "estado de comutação não zero" ou "estado de comutação ativa" é definido como sendo um estado de comutação em que a diferença de tensão entre cada um dentre pelo menos dois nós de saída e uma tensão de referência é diferente. Por exemplo, dois ou mais dos nós de saída podem ser conectados a diferentes nós de entrada. Como tal, há uma diferença de tensão entre pelo menos dois nós de saída.[63] A "non-zero switching state" or "active switching state" is defined as being a switching state in which the voltage difference between each of at least two output nodes and a reference voltage is different. For example, two or more of the output nodes may be connected to different input nodes. As such, there is a voltage difference between at least two output nodes.

[64] Uma estratégia de controle pode ser usada para definir qual nó de saída está conectado ao nó de entrada em qualquer dado momento (isto é, qual estado de comutação um conversor de matriz opera). Tal estratégia de controle pode permitir a modulação da fonte de tensão à carga. Em particular, uma estratégia de controle de modulação de largura de pulso pode ser usada para definir quanto tempo um vetor de matriz é operado em um estado de comutação em particular.[64] A control strategy can be used to define which output node is connected to the input node at any given time (i.e., which switching state a matrix converter operates in). Such a control strategy can allow modulation of the voltage source to the load. In particular, a pulse width modulation control strategy can be used to define how long a matrix vector is operated in a particular switching state.

[65] Um controlador (não mostrado), como uma matriz de portas programável em campo (matriz de portas programável em campo - FPGA), pode usar a estratégia de controle para controlar a comutação dos interruptores bidirecionais. A título de exemplo apenas, um controlador pode fornecer uma conexão de tensão variável com um ou mais transistores de cada interruptor bidirecional para controlar a condutividade dos transistores, permitindo assim o controle do comutador bidirecional.[65] A controller (not shown), such as a field programmable gate array (FPGA), can use the control strategy to control the switching of bidirectional switches. By way of example only, a controller may provide a variable voltage connection to one or more transistors of each bidirectional switch to control the conductivity of the transistors, thereby allowing control of the bidirectional switch.

[66] Ainda com referência às Figuras 2 a 4, será descrito um método 2 de geração de uma estratégia de controle para um conversor de matriz de saída de múltiplas fases 10 de acordo com uma modalidade.[66] Still referring to Figures 2 to 4, a method 2 of generating a control strategy for a multi-phase output matrix converter 10 will be described according to one embodiment.

[67] Para as modalidades descritas aqui, os resultados de transformação geralmente se referem aos resultados de uma transformação alfa-beta de um sinal multifásico. Naturalmente, outros resultados de transformações matemáticas de um sinal multifásico podem ser usados para várias vantagens, como uma transformação dq0 (direct-quadrature-zero), também conhecida como uma transformação dq0, dqo, 0dq ou odq. De um modo geral, uma transformação matemática altera a armação de referência de um sinal multifásico particular e, preferencialmente, fornece um resultado bidimensional ou bicomponente de forma análoga a um valor complexo. Será entendido por aquele versado na técnica que tal resultado pode ser representado como um par de números (por exemplo, coordenadas), ou por um vetor correspondente.[67] For the embodiments described here, the transformation results generally refer to the results of an alpha-beta transformation of a multiphase signal. Of course, other results of mathematical transformations of a multiphase signal can be used to various advantages, such as a dq0 (direct-quadrature-zero) transformation, also known as a dq0, dqo, 0dq, or odq transformation. Generally speaking, a mathematical transformation changes the reference frame of a particular multiphase signal and, preferably, provides a two-dimensional or two-component result analogous to a complex value. It will be understood by one skilled in the art that such a result may be represented as a pair of numbers (e.g., coordinates), or by a corresponding vector.

[68] A Figura 2 ilustra um fluxograma do método 2 para gerar a estratégia de controle de acordo com uma modalidade.[68] Figure 2 illustrates a flowchart of method 2 for generating the control strategy according to an embodiment.

[69] As Figuras 3 e 4 ilustram os resultados de transformação associados a uma corrente de saída desejada e correntes de saída previstas do conversor de matriz, plotadas usando um sistema de coordenadas Cartesiana em um plano matemático (por exemplo, alfabeta).[69] Figures 3 and 4 illustrate the transformation results associated with a desired output current and predicted output currents of the matrix converter, plotted using a Cartesian coordinate system on a mathematical plane (e.g., alphabet).

[70] O método compreende obter 20 um resultado de transformação de saída alvo 30 que representa um resultado de transformação matemática (por exemplo, alfa-beta) de uma corrente de saída multifásica desejada do conversor de matriz 10. O resultado de transformação de saída alvo 30, quando considerado como um vetor da origem, pode ser considerado como um vetor de corrente de saída alvo.[70] The method comprises obtaining 20 a target output transformation result 30 that represents a mathematical transformation result (e.g., alpha-beta) of a desired multiphase output current of the matrix converter 10. The output transformation result target 30, when considered as a source vector, can be considered as a target output current vector.

[71] O método compreende ainda identificar 22 uma pluralidade de estados de comutação associados ao conversor de matriz 10. Isso pode incluir, por exemplo, identificar apenas um subconjunto ou seleção de todos os estados de comutação disponíveis do conversor de matriz 10 para processamento adicional. Em outros exemplos, todos os estados de comutação associados ao conversor de matriz são identificados para processamento adicional.[71] The method further comprises identifying 22 a plurality of switching states associated with the matrix converter 10. This may include, for example, identifying only a subset or selecting all available switching states of the matrix converter 10 for further processing . In other examples, all switching states associated with the matrix converter are identified for further processing.

[72] Preferencialmente, a pluralidade identificada de estados de comutação compreende pelo menos um estado de comutação zero e dois ou mais estados de comutação não zero. Ainda mais preferencialmente, a pluralidade identificada de estados de comutação compreende pelo menos um estado de comutação zero e seis ou mais estados de comutação não zero.[72] Preferably, the identified plurality of switching states comprises at least one zero switching state and two or more non-zero switching states. Even more preferably, the identified plurality of switching states comprises at least one zero switching state and six or more non-zero switching states.

[73] O método compreende ainda a obtenção de 24, para cada estado de comutação identificado, um resultado de transformação de saída previsto 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 representando um resultado matemático (por exemplo, alfa-beta) de uma corrente de saída multifásica prevista para um conversor de matriz 10 operando de acordo com o respectivo estado de comutação. Cada resultado de transformação de saída previsto, quando considerado como um vetor da origem, pode ser considerado como um vetor de corrente de saída previsto associado a um respectivo estado de comutação.[73] The method further comprises obtaining, for each identified switching state, a predicted output transformation result 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 representing a mathematical result (e.g., alpha-beta ) of a multiphase output current predicted for a matrix converter 10 operating according to the respective switching state. Each predicted output transformation result, when considered as a source vector, can be considered as a predicted output current vector associated with a respective switching state.

[74] Assim, as Figuras 3 e 4 podem ilustrar vetores de corrente de saída previstos 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 associados às correntes de saída previstas de uma pluralidade identificada de estados de comutação, assim como um vetor de corrente de saída alvo 30, associado a uma corrente de saída desejada/alvo.[74] Thus, Figures 3 and 4 can illustrate predicted output current vectors 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 associated with the predicted output currents of an identified plurality of switching states, as well as a vector target output current 30, associated with a desired/target output current.

[75] Os resultados de transformação alfa-beta de uma corrente de saída prevista (isto é, os vetores de corrente de saída previstos) podem ser obtidos, por exemplo, de um modelo ou simulação do conversor de matriz e uma carga associada, que pode ser uma carga prevista ou uma carga padrão. Por exemplo, um modelo pode incluir um conjunto de dados ou tabela, ou, em algumas modalidades, pode compreender software de simulação de circuito. A corrente de saída pode ser considerada como sendo a corrente fornecida a uma carga (isto é, uma corrente de carga).[75] The alpha-beta transformation results of a predicted output current (i.e., the predicted output current vectors) can be obtained, for example, from a model or simulation of the matrix converter and an associated load, which it can be a predicted load or a standard load. For example, a model may include a data set or table, or, in some embodiments, may comprise circuit simulation software. The output current can be considered to be the current supplied to a load (i.e., a load current).

[76] Equações (1) e (2) ilustram um modelo de carga preditiva para uma carga de RL simples (tendo resistência R e uma indutância L). As equações usam o período de comutação TS (sendo o recíproco da frequência de comutação): onde I0(k + 1) e I0(fc) são as correntes de carga em (k+1) e instantes k respectivamente para j={0,1, 2...} onde j é o estado de comutação identificado.[76] Equations (1) and (2) illustrate a predictive load model for a simple RL load (having resistance R and an inductance L). The equations use the TS switching period (being the reciprocal of the switching frequency): where I0(k + 1) and I0(fc) are the load currents at (k+1) and instants k respectively for j={0,1, 2...} where j is the identified switching state.

[77] Reconheceu-se que estados de comutação diferentes estão associados a diferentes correntes de saída previstas, que são respectivamente representadas pelos resultados de transformação de saída diferentes definindo vetores de corrente de saída previstos.[77] It has been recognized that different switching states are associated with different predicted output currents, which are respectively represented by different output transformation results defining predicted output current vectors.

[78] Conforme ilustrado pelas Figuras 3A e 3B, os resultados de transformação 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 das correntes de saída previstas podem formar um ou mais polígonos enviesados, aqui um único hexágono enviesado com um centro deslocado.[78] As illustrated by Figures 3A and 3B, the transformation results 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 of the predicted output currents may form one or more skewed polygons, here a single skewed hexagon with an offset center .

[79] O método 2 compreende ainda identificar 26 estados de comutação, pelo menos três estados de comutação, para os quais os resultados de transformação de saída previstos associados 31, 32, 37 definem uma área 40 ou região na qual o resultado de transformação de saída alvo 30 está localizado. Assim, os estados de comutação, associados a pelo menos três vetores de corrente de saída previstos 31, 32, 37 definindo uma área 40 contendo o resultado de transformação de saída alvo 30, podem ser identificados.[79] Method 2 further comprises identifying 26 switching states, at least three switching states, for which the associated predicted output transformation results 31, 32, 37 define an area 40 or region in which the output transformation result target exit 30 is located. Thus, switching states, associated with at least three predicted output current vectors 31, 32, 37 defining an area 40 containing the target output transformation result 30, can be identified.

[80] O método pode, portanto, compreender identificar 26 pelo menos três estados de comutação que são usados para gerar a estratégia de controle.[80] The method may therefore comprise identifying at least three switching states that are used to generate the control strategy.

[81] A identificação de pelo menos três estados de comutação compreende preferencialmente a identificação de pelo menos um estado de comutação zero (isto é, associado a um resultado de transformação de estado de comutação zero 37) e pelo menos dois estados de comutação não zero (isto é, associados a um primeiro 31 e segundo 32 resultado de transformação de estado de comutação não zero).[81] Identification of at least three switching states preferably comprises identifying at least one zero switching state (i.e., associated with a zero switching state transformation result 37) and at least two non-zero switching states (i.e. associated with a first 31 and second 32 non-zero switching state transformation result).

[82] Embora os estados de comutação zero forneça uma mesma tensão entre os nós de saída do conversor de matriz, uma corrente de saída fornecida por um conversor de matriz operando de acordo com um estado de comutação zero pode ser não zero (por exemplo, devido às propriedades de uma carga, tais como indutância, resistência, impedância, efeitos de campo eletromagnético e assim por diante). Isso é mais bem ilustrado pela Figura 3A, que identifica uma transformação matemática 37 de uma corrente de saída prevista associada a um estado de comutação zero como não zero.[82] Although zero switching states provide the same voltage between the output nodes of the matrix converter, an output current supplied by a matrix converter operating in accordance with a zero switching state may be non-zero (e.g. due to the properties of a charge, such as inductance, resistance, impedance, electromagnetic field effects, and so on). This is best illustrated by Figure 3A, which identifies a mathematical transformation 37 of a predicted output current associated with a zero switching state as non-zero.

[83] Em particular, como ilustrado na Figura 3B, uma área contendo o resultado de transformação de saída alvo pode ser definida da seguinte maneira. Um resultado de transformação de saída previsto 37, associado a um estado de comutação zero específico (isto é, um resultado de transformação de estado de comutação zero 37), pode definir um centro de círculo de diâmetro infinito. O método pode compreender a identificação de um primeiro vetor não zero (associado a um primeiro resultado de transformação de estado de comutação não zero 31) e um segundo vetor não zero (associado a um segundo resultado de transformação de estado de comutação não zero 32) para o qual um setor deste círculo, quando delimitado de um lado por uma linha começando no resultado de transformação de estado de comutação zero 37 e intersectando o primeiro resultado de transformação de estado de comutação não zero 31, define uma área em que o resultado de transformação de saída de meta de zero 37 e a interseção do segundo resultado de transformação de estado de comutação não zero 32, define uma área em que o resultado de transformação de saída alvo 30 é posicionado.[83] In particular, as illustrated in Figure 3B, an area containing the target output transformation result can be defined as follows. A predicted output transformation result 37, associated with a specific zero switching state (i.e., a zero switching state transformation result 37), may define a circle center of infinite diameter. The method may comprise identifying a first non-zero vector (associated with a first non-zero switching state transformation result 31) and a second non-zero vector (associated with a second non-zero switching state transformation result 32) for which a sector of this circle, when bounded on one side by a line starting at the zero switching state transformation result 37 and intersecting the first non-zero switching state transformation result 31, defines an area in which the result of zero target output transformation result 37 and the intersection of the second non-zero switching state transformation result 32, defines an area in which the target output transformation result 30 is positioned.

[84] A título de outro exemplo, os resultados de transformação de saída previstos 31, 32, 37 dos pelo menos três estados de comutação podem definir vértices de uma área, tais como um triângulo, que contém o resultado de transformação de saída alvo 30.[84] By way of another example, the predicted output transformation results 31, 32, 37 of the at least three switching states may define vertices of an area, such as a triangle, that contains the target output transformation result 30 .

[85] A título de ainda outro exemplo, a identificação de pelo menos três estados de comutação pode compreender identificar os três resultados de transformação de saída previstos 31, 32, 37 mais próximos ao resultado de transformação de saída alvo 30 e identificar os estados de comutação associados.[85] By way of yet another example, identifying at least three switching states may comprise identifying the three predicted output transformation results 31, 32, 37 closest to the target output transformation result 30 and identifying the states of associated switching.

[86] Dessa forma, o método 2 seleciona quais estados de comutação devem ser usados na geração da estratégia de controle com base em pelo menos transformações matemáticas de uma corrente de saída prevista do conversor de matriz para diferentes estados de comutação e uma transformação matemática de uma corrente de saída desejada do conversor de matriz.[86] In this way, method 2 selects which switching states should be used in generating the control strategy based on at least mathematical transformations of a predicted output current of the matrix converter for different switching states and a mathematical transformation of a desired output current from the matrix converter.

[87] O método 2 compreende ainda gerar 28 uma estratégia de controle para a pluralidade de estados de comutação identificados. A geração 28 pode compreender determinar ciclos de trabalho apropriados para cada estado de comutação na pluralidade de estados de comutação identificados e gerar um esquema de controle com base nos ciclos de trabalho identificados.[87] Method 2 further comprises generating 28 a control strategy for the plurality of identified switching states. Generation 28 may comprise determining appropriate duty cycles for each switching state in the plurality of identified switching states and generating a control scheme based on the identified duty cycles.

[88] Com referência adicional agora à Figura 4, e conforme brevemente descrito anteriormente, cada resultado de transformação 31, 32, 37 pode ser considerado como sendo um vetor de corrente de saída previsto associado a um estado de comutação ou estado de comutação respectivo.[88] With further reference now to Figure 4, and as briefly described previously, each transformation result 31, 32, 37 can be considered to be a predicted output current vector associated with a respective switching state or switching state.

[89] A título de exemplo, um primeiro resultado de transformação de estado de comutação não zero 31 pode ser associado a um primeiro vetor de corrente previsto 51,, um segundo resultado de transformação de estado de comutação não zero 32 pode ser associado a um segundo vetor de corrente previsto 52, e o resultado de transformação de estado de comutação zero 37 pode ser associado a um vetor de corrente previsto zero 57, . Da mesma forma, o resultado de transformação de saída alvo 30 pode ser associado a um vetor de corrente alvo 50, .[89] By way of example, a first non-zero switching state transformation result 31 may be associated with a first predicted current vector 51, , a second non-zero switching state transformation result 32 may be associated with a second predicted current vector 52, and the zero switching state transformation result 37 can be associated with a zero predicted current vector 57, . Likewise, the target output transformation result 30 can be associated with a target current vector 50, .

[90] A geração de uma estratégia de controle pode compreender identificar a combinação linear do primeiro 51 e segundo 52 vetores de corrente previstos e o vetor de corrente previsto zero que resulta no vetor de corrente alvo 50. O ciclo de trabalho calculado para cada vetor de corrente previsto é atribuído como o ciclo de trabalho de seu estado de comutação associado.[90] Generating a control strategy may comprise identifying the linear combination of the first 51 and second 52 predicted current vectors and the zero predicted current vector that results in the target current vector 50. The calculated duty cycle for each vector predicted current is assigned as the duty cycle of its associated switching state.

[91] Em particular, a combinação linear apropriada pode ser calculada considerando as seguintes equações: onde representa o primeiro vetor de corrente previsto, representa o segundo vetor de corrente previsto, representa o vetor de corrente previsto zero, representa o vetor de corrente alvo, d1 representa o ciclo de trabalho do primeiro vetor de corrente previsto, 2 representa o ciclo de trabalho do segundo vetor de corrente previsto e d0 representa o ciclo de trabalho do vetor de corrente previsto zero.[91] In particular, the appropriate linear combination can be calculated by considering the following equations: where represents the first predicted current vector, represents the second predicted current vector, represents the zero predicted current vector, represents the target current vector, d1 represents the duty cycle of the first predicted current vector, 2 represents the duty cycle of the second predicted current vector, and d0 represents the duty cycle of the zero predicted current vector.

[92] Os vetores resultantes estão ilustrados na Figura 4 para fins de clareza. Como será evidente, a combinação desses três vetores resultantes resulta no vetor de corrente alvo 50.[92] The resulting vectors are illustrated in Figure 4 for clarity. As will be evident, the combination of these three resulting vectors results in the target current vector 50.

[93] Dessa forma, os ciclos de trabalho (isto é, tempo de operação relativo) para cada vetor de corrente previsto que resulte no vetor alvo apropriado podem ser calculados. Uma estratégia de controle para a pluralidade de estados de comutação identificados pode ser calculada com base nos ciclos de trabalho determinados.[93] In this way, the duty cycles (i.e., relative operating time) for each predicted current vector that results in the appropriate target vector can be calculated. A control strategy for the plurality of identified switching states can be calculated based on the determined duty cycles.

[94] Por exemplo, com referência à Figura 5, gerar a estratégia de controle pode compreender gerar um padrão de comutação de dupla face para o controlador de matriz com base nos ciclos de trabalho calculados para os vetores de corrente previstos.[94] For example, with reference to Figure 5, generating the control strategy may comprise generating a double-sided switching pattern for the matrix controller based on the calculated duty cycles for the predicted current vectors.

[95] Um estado de comutação zero v0 associado ao vetor de corrente previsto zero pode ter seu ciclo de trabalho calculado d0 dividido em três partes, dois de um tamanho igual e um duas vezes o tamanho dos outros. Um primeiro estado de comutação não zero v1 associado ao primeiro erro de corrente previsto pode ter seu ciclo de trabalho calculado d1 dividido uniformemente em duas partes. Similarmente, um segundo estado de comutação não zero v1 associado ao segundo erro de corrente previsto pode ter seu ciclo de trabalho calculado d2 dividido uniformemente em duas partes.[95] A zero switching state v0 associated with the zero predicted current vector can have its calculated duty cycle d0 divided into three parts, two of equal size and one twice the size of the others. A first non-zero switching state v1 associated with the first predicted current error can have its calculated duty cycle d1 divided evenly into two parts. Similarly, a second non-zero switching state v1 associated with the second predicted current error can have its calculated duty cycle d2 divided evenly into two parts.

[96] As porções divididas dos ciclos de trabalho podem ser dispostas em um padrão, como ilustrado na Figura 5.[96] The divided portions of the work cycles can be arranged in a pattern, as illustrated in Figure 5.

[97] As modalidades propostas permitem uma resposta dinâmica rápida sem comprometer a qualidade de sinais de saída ou formas de onda pelo conversor de matriz.[97] The proposed embodiments allow for fast dynamic response without compromising the quality of output signals or waveforms by the matrix converter.

[98] Os métodos propostos podem ser usados para prever a tensão de saída com precisão melhorada, uma vez que a dinâmica de um filtro de entrada significa que a tensão de saída gerada por outras estratégias de controle como SVM pode ser imprecisa.[98] The proposed methods can be used to predict output voltage with improved accuracy, since the dynamics of an input filter means that the output voltage generated by other control strategies such as SVM may be inaccurate.

[99] Em algumas modalidades, o vetor de corrente previsto pode ser um vetor de corrente de entrada previsto, de modo a permitir o controle sobre a corrente de entrada para o conversor de matriz.[99] In some embodiments, the predicted current vector may be a predicted input current vector, so as to allow control over the input current to the matrix converter.

[100] Uma modalidade mais detalhada de gerar uma estratégia de controle será descrita com referência às Figuras 6A a 7.[100] A more detailed embodiment of generating a control strategy will be described with reference to Figures 6A to 7.

[101] Nas modalidades, a identificação de uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz pode compreender limitar ou estreitar iterativamente uma seleção de estados de comutação para identificar apenas uma porção de todos os estados de comutação disponíveis. Uma variedade de métodos possíveis pode ser usada para filtrar ou limitar esta seleção.[101] In embodiments, identifying a plurality of switching states of the matrix converter may comprise iteratively limiting or narrowing a selection of switching states to identify only a portion of all available switching states. A variety of possible methods can be used to filter or limit this selection.

[102] Como mencionado anteriormente, para o conversor de matriz 10 da Figura 1, há apenas 27 estados de comutação que estão em conformidade com certas restrições. Destes, seis são considerados estados de comutação de giratórios ou síncronos que apenas fornecem alterações na magnitude e na direção entre os nós de entrada e os nós de saída. Por razões de simplicidade, em pelo menos uma modalidade, não há necessidade de considerar esses estados de comutação. Os estados de vetores/manobra restantes podem ser referidos como: 0 (isto é, estados de comutação zero), ±1, ±2, ± 3, ± 4, ±5, ±6, ±7, ±8 e ±9. Nota-se que há três estados de comutação zero.[102] As mentioned previously, for matrix converter 10 of Figure 1, there are only 27 switching states that comply with certain restrictions. Of these, six are considered rotary or synchronous switching states that only provide changes in magnitude and direction between input nodes and output nodes. For reasons of simplicity, in at least one embodiment, there is no need to consider these switching states. The remaining vector/switch states can be referred to as: 0 (i.e., zero switching states), ±1, ±2, ±3, ±4, ±5, ±6, ±7, ±8, and ±9. Note that there are three zero switching states.

[103] A presente invenção reconhece que o número de estados de comutação pode ser adicional ou reduzido, limitando-se a estados de comutação que atendem aos critérios específicos para sinais de entrada/saída.[103] The present invention recognizes that the number of switching states can be additional or reduced by limiting to switching states that meet specific criteria for input/output signals.

[104] A título de exemplo, o número de estados de comutação pode ser reduzido com base em uma corrente de entrada multifásica do conversor de matriz e/ou uma tensão de saída multifásica do conversor de matriz.[104] By way of example, the number of switching states can be reduced based on a multiphase matrix converter input current and/or a multiphase matrix converter output voltage.

[105] Um conversor de matriz 10 operando de acordo com um estado de comutação específico pode ser associado a um respectivo vetor de corrente de entrada, que é representativo de uma corrente de entrada do conversor de matriz operando no estado de comutação particular.[105] A matrix converter 10 operating in accordance with a specific switching state may be associated with a respective input current vector, which is representative of an input current of the matrix converter operating in the particular switching state.

[106] Da mesma forma, um conversor de matriz 10 operando de acordo com um estado de comutação específico pode ser associado a um respectivo vetor de tensão de saída, que é representativo de uma tensão de saída do conversor de matriz operando no estado de comutação particular.[106] Likewise, a matrix converter 10 operating in accordance with a specific switching state may be associated with a respective output voltage vector, which is representative of an output voltage of the matrix converter operating in the switching state. particular.

[107] Isto é, cada estado de comutação está associado a um respectivo vetor de corrente de entrada e um vetor de tensão de saída, como ilustrado nas Figuras 6A e 6B.[107] That is, each switching state is associated with a respective input current vector and an output voltage vector, as illustrated in Figures 6A and 6B.

[108] A Figura 6A ilustra vetores de corrente de entrada para um conversor de matriz 10, cada um sendo um resultado matemático (por exemplo, alfa-beta) de uma corrente de entrada do conversor de matriz 10 associado a um respectivo estado de comutação.[108] Figure 6A illustrates input current vectors to a matrix converter 10, each being a mathematical result (e.g., alpha-beta) of an input current from the matrix converter 10 associated with a respective switching state. .

[109] A Figura 6B ilustra vetores de tensão de saída para um conversor de matriz 10, cada um sendo um resultado matemático (por exemplo, alfa-beta) de transformação de uma saída de tensão pelo conversor de matriz 10 para cada respectivo estado de comutação.[109] Figure 6B illustrates output voltage vectors for a matrix converter 10, each being a mathematical result (e.g., alpha-beta) of transforming a voltage output by the matrix converter 10 for each respective state of switching.

[110] A seleção de estados de comutação pode ser limitada apenas aos estados de comutação para os quais o vetor de corrente de entrada associado está próximo a um vetor de corrente de entrada desejado. Assim, uma corrente de entrada desejada, associada a um vetor de corrente de entrada desejado, pode definir quais estados de comutação são selecionados.[110] The selection of switching states may be limited to only those switching states for which the associated input current vector is close to a desired input current vector. Thus, a desired input current, associated with a desired input current vector, can define which switching states are selected.

[111] A seleção de estados de comutação pode ser baseada em uma magnitude dos vetores de tensão de saída associados.[111] The selection of switching states can be based on a magnitude of the associated output voltage vectors.

[112] Por exemplo, em algumas modalidades, apenas os estados de comutação tendo um vetor de tensão de saída da maior amplitude (por exemplo, os vetores de tensão de saída mais exterior da Figura 6B) podem ser selecionados. Isto pode garantir uma saída de potência máxima do conversor de matriz.[112] For example, in some embodiments, only switching states having an output voltage vector of the largest amplitude (e.g., the outermost output voltage vectors of Figure 6B) can be selected. This can ensure maximum power output from the matrix converter.

[113] Em outros exemplos, apenas os estados de comutação que têm um vetor de tensão de saída da magnitude mais baixa podem ser selecionados. Isso pode garantir um controle aumentado sobre o ângulo de corrente de entrada.[113] In other examples, only switching states that have an output voltage vector of the lowest magnitude can be selected. This can ensure increased control over the input current angle.

[114] Mais de um método para limitar quais estados de comutação são identificados pode ser usado para vantagem específica.[114] More than one method for limiting which switching states are identified can be used to specific advantage.

[115] Em um cenário, com referência à Figura 6A, um resultado de transformação de corrente de entrada desejada encontra-se dentro de um primeiro setor 61. Os estados de comutação que podem produzir uma corrente de entrada nesse setor são ±3, ±6, ±9, ±1, ± 4 e ±7. A pluralidade de estados de comutação é primeiramente limitada a esses estados de comutação identificados, isto é, um conjunto inicial de 12 estados de comutação.[115] In one scenario, with reference to Figure 6A, a desired input current transformation result lies within a first sector 61. The switching states that can produce an input current in that sector are ±3, ± 6, ±9, ±1, ±4 and ±7. The plurality of switching states is first limited to these identified switching states, that is, an initial set of 12 switching states.

[116] A Figura 6C ilustra os vetores de tensão de saída para o cenário acima em que a seleção de estados de comutação foi inicialmente reduzida para selecionar apenas os estados de comutação ±3, ±6, ±9, ±1, ±4 e ±7, cada um sendo associado a uma corrente de entrada que pode fornece a corrente de entrada desejada. A distribuição dos vetores de tensão de saída para cada um destes estados de comutação é ilustrada na Figura 6C.[116] Figure 6C illustrates the output voltage vectors for the above scenario in which the selection of switching states was initially reduced to selecting only switching states ±3, ±6, ±9, ±1, ±4 and ±7, each being associated with an input current that can provide the desired input current. The distribution of output voltage vectors for each of these switching states is illustrated in Figure 6C.

[117] Em uma modalidade, apenas aqueles estados de comutação que estão associados com os vetores de tensão de saída com maior amplitude são selecionados (isto é, aqueles vetores de tensão que estão no hexágono externo da Figura 6C).[117] In one embodiment, only those switching states that are associated with the highest amplitude output voltage vectors are selected (i.e., those voltage vectors that are in the outer hexagon of Figure 6C).

[118] Assim, a título de exemplo, os estados de comutação ±4, ±7 e ±1 podem ser selecionados como a pluralidade identificada de vetores de manobra para processamento posterior.[118] Thus, by way of example, the switching states ±4, ±7 and ±1 can be selected as the identified plurality of switching vectors for further processing.

[119] As modalidades reconhecem que um estado de comutação de um conversor de matriz pode estar associado a uma pluralidade de vetores que representam parâmetros diferentes do conversor de matriz. Como descrito anteriormente, um estado de comutação pode estar associado a: um vetor de corrente de saída previsto (representando uma corrente de saída multifásica prevista de um conversor de matriz operando de acordo com o estado de comutação); um vetor de corrente de entrada (representando uma entrada de corrente multifásica para o conversor de matriz operando de acordo com o estado de comutação) e um vetor de comutação de saída de tensão (representando uma saída de tensão multifásica pelo conversor de matriz operando de acordo com o estado de comutação).[119] Embodiments recognize that a switching state of a matrix converter may be associated with a plurality of vectors representing different parameters of the matrix converter. As described previously, a switching state may be associated with: a predicted output current vector (representing a predicted multiphase output current of a matrix converter operating in accordance with the switching state); an input current vector (representing a multiphase current input to the matrix converter operating in accordance with the switching state) and a voltage output switching vector (representing a multiphase voltage output by the matrix converter operating in accordance with with the switching state).

[120] As modalidades também reconhecem que a identificação dos estados de comutação para os quais uma estratégia de controle é gerada pode basear-se em (características de) uma pluralidade de vetores associados a cada estado de comutação.[120] Embodiments also recognize that identification of the switching states for which a control strategy is generated may be based on (characteristics of) a plurality of vectors associated with each switching state.

[121] De acordo com uma modalidade preferencial, obter um resultado de transformação de saída previsto (isto é, um vetor de corrente previsto) para cada estado de comutação identificado compreende obter um vetor de erro de corrente previsto para cada estado de comutação identificado.[121] According to a preferred embodiment, obtaining a predicted output transformation result (i.e., a predicted current vector) for each identified switching state comprises obtaining a predicted current error vector for each identified switching state.

[122] Um vetor de erro de corrente previsto pode ser representado pelo resultado de transformação matemática (por exemplo, alfa-beta) de um erro previsto entre uma corrente de saída do conversor de matriz para um estado de comutação associado e uma corrente de saída desejada. Assim, um erro entre uma corrente de saída prevista e uma corrente de saída desejada pode ser calculado para cada estado de comutação relevante. Uma transformação matemática deste erro pode representar o vetor de erro de corrente previsto daquele estado de comutação.[122] A predicted current error vector may be represented by the result of mathematical transformation (e.g., alpha-beta) of a predicted error between a matrix converter output current for an associated switching state and an output current desired. Thus, an error between a predicted output current and a desired output current can be calculated for each relevant switching state. A mathematical transformation of this error can represent the predicted current error vector of that switching state.

[123] Em outras modalidades ou em outras modalidades, um vetor de erro de corrente previsto de um estado de comutação pode ser modelado como uma diferença entre um resultado de transformação de uma corrente de saída prevista associada ao estado de comutação e um resultado de transformação de uma corrente de saída desejada.[123] In other embodiments or in other embodiments, a predicted current error vector of a switching state may be modeled as a difference between a transformation result of a predicted output current associated with the switching state and a transformation result of a desired output current.

[124] Assim, pode ser considerado um erro de resultado de transformação de saída previsto que representa um erro previsto entre o resultado de transformação de saída previsto associado ao estado de comutação e o resultado de transformação de saída alvo.[124] Thus, a predicted output transformation result error can be considered to represent a predicted error between the predicted output transformation result associated with the switching state and the target output transformation result.

[125] A Figura 7 ilustra os vetores de erro de corrente previstos 𝑒1, 𝑒2, 𝑒3, 𝑒4, 𝑒5, 𝑒6, para uma pluralidade de estados de comutação identificados. Assim, a Figura 7 ilustra os resultados de transformação associados aos erros de corrente de saída multifásica do conversor de matriz para diferentes estados de comutação, plotados usando um sistema de coordenadas Cartesiana em um plano matemático (por exemplo, alfa-beta).[125] Figure 7 illustrates the predicted current error vectors 𝑒1, 𝑒2, 𝑒3, 𝑒4, 𝑒5, 𝑒6, for a plurality of identified switching states. Thus, Figure 7 illustrates the transformation results associated with the matrix converter's multiphase output current errors for different switching states, plotted using a Cartesian coordinate system on a mathematical plane (e.g., alpha-beta).

[126] De acordo com uma modalidade, há um objetivo para minimizar ou obter erro de corrente de saída zero. O alvo é, portanto, a origem do plano (0,0). Pode, portanto, ser entendido que o "resultado de transformação de saída alvo", conforme descrito com referência à Figura 2-5, é incorporado atualmente como a origem do plano. Isto é, o resultado de transformação de saída alvo pode ser um ponto posicionado em (0,0).[126] According to one embodiment, there is an objective to minimize or obtain zero output current error. The target is therefore the origin of the plane (0,0). It can therefore be understood that the "target output transformation result", as described with reference to Figure 2-5, is currently incorporated as the origin of the plan. That is, the target output transformation result can be a point positioned at (0,0).

[127] Os vetores de erro de corrente previstos ilustrados na Figura 7 incluem pelo menos um vetor de erro de corrente predeterminado de estado de comutação zero e0 (sendo o vetor de erro de corrente previsto associado a um estado de comutação zero) e uma pluralidade de vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero, cada um associado a um estado de comutação não zero respectivo. Os outros vetores de erro de corrente previstos incluem pelo menos um primeiro vetor de erro de corrente previsto e1, um segundo vetor de erro de corrente previsto e2, assim como terceiro e3, quarto e4, quinto e5 e sexto 6 vetores de erro de corrente previstos.[127] The predicted current error vectors illustrated in Figure 7 include at least one predetermined zero switching state current error vector e0 (the predicted current error vector being associated with a zero switching state) and a plurality of predicted non-zero switching state current error vectors, each associated with a respective non-zero switching state. The other predicted current error vectors include at least a first predicted current error vector e1, a second predicted current error vector e2, as well as third e3, fourth e4, fifth e5 and sixth predicted current error vectors. .

[128] O problema de controle é encontrar a combinação linear de pelo menos três vetores de erro de corrente previstos que resultarão em zero erro atual (isto é, direcionamento da origem). Isto pode ser obtido por uma combinação linear do vetor de erro de corrente predeterminado de estado de comutação zero e dos vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero.[128] The control problem is to find the linear combination of at least three predicted current error vectors that will result in zero current error (i.e., source directionality). This can be achieved by a linear combination of the predetermined current error vector of zero switching state and the predicted current error vectors of non-zero switching state.

[129] Em particular, existe uma solução se o alvo (origem) estiver dentro de uma área formada pelo vetor de erro previsto no estado de comutação zero e pelo menos dois vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero. Se o alvo (origem) se encontra fora desta área, é considerado como a condição de sobremodulação, e diferentes medidas, descritas posteriormente, precisam ser tomadas para abordá-la.[129] In particular, a solution exists if the target (source) is within an area formed by the zero switching state predicted error vector and at least two non-zero switching state predicted current error vectors. If the target (source) lies outside this area, it is considered the overmodulation condition, and different measures, described later, need to be taken to address it.

[130] Em modalidades particulares, pode-se determinar que a solução existe se o alvo estiver dentro de uma área definida pelo vetor de erro previsto no estado de comutação zero e dois vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero adjacentes. Um primeiro vetor de erro de estado de comutação não zero previsto e1 pode ser considerado como estando adjacente a um segundo vetor de erro de estado de comutação não zero previsto e2 se o segundo vetor de erro de estado de comutação não zero previsto e2 for um dos dois vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero mais próximos ao primeiro Vetor de erro de estado de comutação não zero previsto e1.[130] In particular embodiments, the solution may be determined to exist if the target is within an area defined by the zero switching state predicted error vector and two adjacent non-zero switching state predicted current error vectors. A first predicted non-zero switching state error vector e1 may be considered to be adjacent to a second predicted non-zero switching state error vector e2 if the second predicted non-zero switching state error vector e2 is one of two predicted non-zero switching state current error vectors closest to the first Predicted non-zero switching state error vector e1.

[131] Para cada par de vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero adjacentes, uma solução existe se as seguintes condições forem atendidas: onde ex é um dentre o vetor de erro de corrente previsto do vetor não zero, e ey é um vetor de erro de corrente previsto de vetor não zero.[131] For each pair of adjacent non-zero switching state predicted current error vectors, a solution exists if the following conditions are met: where ex is one of the nonzero vector predicted current error vector, and ey is a nonzero vector predicted current error vector.

[132] A solução para a modalidade ilustrada pela Figura 7 é ex = e1 e ey = e2.[132] The solution for the modality illustrated by Figure 7 is ex = e1 and ey = e2.

[133] O par adjacente de vetores de erro de corrente previstos de vetor não zero que atendem a esses requisitos é selecionado (isto é, usado como ex e ey), juntamente com o vetor de erro de corrente predeterminado de estado de comutação zero e0 , a fim de gerar uma estratégia de controle.[133] The adjacent pair of predicted non-zero vector current error vectors that meet these requirements are selected (i.e., used as ex and ey), together with the predetermined zero switching state current error vector e0 , in order to generate a control strategy.

[134] A combinação linear desses vetores para obter o alvo (isto é, a origem) pode então ser obtida através da resolução do seguinte conjunto de equações lineares: onde d1 e d2 são os respectivos ciclos de trabalho para o par adjacente de vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero que atendem às condições de equações (5) - (7), e d0 é o ciclo de trabalho para o vetor de erro de corrente predeterminado com o estado de comutação zero.[134] The linear combination of these vectors to obtain the target (i.e., the origin) can then be obtained by solving the following set of linear equations: where d1 and d2 are the respective duty cycles for the adjacent pair of non-zero switching state predicted current error vectors that meet the conditions of equations (5) - (7), and d0 is the duty cycle for the predetermined current error vector with zero switching state.

[135] No entanto, se d1 + d2 > 1, isso implica que o ponto alvo (a origem) fica fora do hexágono formado por área delimitada pelos vetores de erro de corrente previstos de estado de comutação não zero e1, e2, e3, e4, e5 , e6 (isto é, os outros vetores de erro de corrente previstos). Nesse caso, uma tentativa de atingir o ponto alvo (a origem) é alcançada ao modular entre o par adjacente de vetores de erro de corrente previstos de vetor não zero ex, ey. Isto é, o método compreende identificar um ciclo de trabalho para o par adjacente de vetores de erro de corrente previstos para vetor não zero que atendem a esses requisitos de equações (5) - (7) que resultam em um vetor resultante mais próximo da origem.[135] However, if d1 + d2 > 1, this implies that the target point (the origin) lies outside the hexagon formed by the area bounded by the predicted non-zero switching state current error vectors e1, e2, e3, e4, e5, e6 (i.e., the other predicted current error vectors). In this case, an attempt to reach the target point (the origin) is achieved by modulating between the adjacent pair of non-zero vector predicted current error vectors ex, and y. That is, the method comprises identifying a duty cycle for the adjacent pair of predicted current error vectors for nonzero vector that meet those requirements of equations (5) - (7) that result in a resultant vector closer to the origin .

[136] Gerar uma estratégia com base nisso gera ciclos de trabalho precisos, dependendo das previsões de erro e resulta em operação de frequência de comutação fixa. Devido a pelo menos o fato de que a estratégia de controle é gerada em uma corrente de saída prevista, a estratégia de controle terá transientes rápidos.[136] Generating a strategy based on this generates accurate duty cycles depending on error predictions and results in fixed switching frequency operation. Due to at least the fact that the control strategy is generated at a predicted output current, the control strategy will have fast transients.

[137] Os métodos de controle propostos fornecem, uma resposta dinâmica rápida, por exemplo, para uma mudança na corrente de saída desejada ou alvo do conversor de matriz, com pouco comprometimento da qualidade das formas de onda controladas ou sinais de saída.[137] The proposed control methods provide, a fast dynamic response, for example, to a change in the desired or target output current of the matrix converter, with little compromise to the quality of the controlled waveforms or output signals.

[138] Além disso, o desempenho em estado estacionário pode ser melhorado devido à abordagem de modulação incluída no método. Assim, uma combinação de controle preditivo e modulação apropriada aqui descrita resulta em um bom desempenho de estado estacionário com uma rápida resposta dinâmica.[138] Furthermore, steady-state performance can be improved due to the modulation approach included in the method. Thus, a combination of predictive control and appropriate modulation described here results in good steady-state performance with a fast dynamic response.

[139] Esta modalidade é considerada como sendo um método de controle de vetor de erro-corrente preditivo direto (DPCVC). É proposto um conceito de considerar o erro de corrente em sua forma de vetor em um plano transformado (tal como o plano αβ) como uma função de custo para calcular os ciclos de trabalho ou tempos de aplicação para os estados de comutação de conversor. O objetivo é minimizar o erro de corrente de carga, tornando-o igual a zero, se possível. Portanto, o ponto alvo para alcançar quando os erros de corrente de carga são plotados é a origem do plano.[139] This modality is considered to be a direct predictive error-current vector control (DPCVC) method. A concept of considering the current error in its vector form in a transformed plane (such as the αβ plane) as a cost function to calculate the duty cycles or application times for the converter switching states is proposed. The goal is to minimize the load current error, making it equal to zero if possible. Therefore, the target point to reach when load current errors are plotted is the origin of the plane.

[140] A Figura 8 ilustra um gerador de estratégia de controle 8 de acordo com uma modalidade. O gerador de estratégia de controle 8 é adaptado para gerar uma estratégia de controle 87a para um controlador de conversor de matriz 88 adaptado para controlar um conversor de matriz 89.[140] Figure 8 illustrates a control strategy generator 8 according to one embodiment. The control strategy generator 8 is adapted to generate a control strategy 87a for a matrix converter controller 88 adapted to control a matrix converter 89.

[141] O gerador de estratégia de controle 8 compreende uma unidade de provisão de estado de comutação 81 adaptada para fornece informações sobre estados de comutação associados ao conversor de matriz 89. Por exemplo, a unidade de provisão de estado de comutação 81 pode indicar todos os estados de comutação disponíveis do conversor de matriz ou pode indicar apenas estados de comutação não rotativos do conversor de matriz.[141] The control strategy generator 8 comprises a switching state provision unit 81 adapted to provide information about switching states associated with the matrix converter 89. For example, the switching state provision unit 81 may indicate all the available switching states of the matrix converter or may indicate only non-rotating switching states of the matrix converter.

[142] O gerador de estratégia de controle 8 compreende ainda uma unidade de identificação de estado de comutação 82, que é adaptada para identificar uma pluralidade de estados de comutação do conversor de matriz. A título de exemplo, a unidade de identificação de estado de comutação pode identificar uma pluralidade de estados de comutação com base em uma corrente de entrada desejada do conversor de matriz ou com base em uma magnitude de vetores de tensão de saída associados aos estados de comutação, como descrito anteriormente com referência às Figuras 6A-6C.[142] The control strategy generator 8 further comprises a switching state identification unit 82, which is adapted to identify a plurality of switching states of the matrix converter. By way of example, the switching state identification unit may identify a plurality of switching states based on a desired input current of the matrix converter or based on a magnitude of output voltage vectors associated with the switching states. , as described previously with reference to Figures 6A-6C.

[143] O gerador de estratégia de controle 8 compreende ainda um simulador de circuito 83, que é adaptado para simular uma operação do conversor de matriz 89. Em particular, o simulador de circuito 83 compreende modelos de uma fonte CA 83a (que modela uma fonte AC do conversor de matriz 89), um filtro de entrada 83b, um conversor de matriz 83c (que modela o conversor de matriz 89) e uma carga 83d (que modela uma carga do conversor de matriz 89). Uma corrente de carga multifásica prevista (isto é, corrente de saída) io é emitido pelo simulador de circuito.[143] The control strategy generator 8 further comprises a circuit simulator 83, which is adapted to simulate an operation of the matrix converter 89. In particular, the circuit simulator 83 comprises models of an AC source 83a (which models a AC source from the matrix converter 89), an input filter 83b, a matrix converter 83c (which models the matrix converter 89), and a load 83d (which models a load from the matrix converter 89). A predicted multiphase load current (i.e., output current) io is output by the circuit simulator.

[144] Cada uma da pluralidade de estados de comutação identificados pela unidade de identificação de estado de comutação é simulada pelo simulador de circuito. Assim, o modelo do conversor de matriz 83c é controlado de acordo com cada uma da pluralidade identificada de estados de comutação.[144] Each of the plurality of switching states identified by the switching state identification unit is simulated by the circuit simulator. Thus, the matrix converter model 83c is controlled according to each of the identified plurality of switching states.

[145] A corrente de saída multifásica simulada io é fornecida a uma unidade de transformação matemática 84 do gerador de estratégia de controle. A unidade de transformação matemática 84 transforma matematicamente (por exemplo, usando uma transformação alfa-beta) a corrente multifásica simulada io para obter, para cada estado de comutação na pluralidade identificada de estados de comutação, um resultado de transformação de saída previsto representando um resultado de transformação matemática de uma corrente de saída prevista para o estado de comutação.[145] The simulated multiphase output current io is supplied to a mathematical transformation unit 84 of the control strategy generator. The mathematical transformation unit 84 mathematically transforms (e.g., using an alpha-beta transformation) the simulated multiphase current io to obtain, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result representing a result of mathematical transformation of a predicted output current to the switching state.

[146] Além disso, a unidade de transformação matemática 84 pode também obter um resultado de transformação de saída alvo representando um resultado de transformação matemática de uma corrente de saída multifásica desejada do conversor de matriz. Isso pode ser feito, por exemplo, através da realização de uma transformação matemática, como uma transformação alfa-beta, em uma corrente de entrada desejada io.[146] Furthermore, the mathematical transformation unit 84 may also obtain a target output transformation result representing a mathematical transformation result of a desired multiphase output current of the matrix converter. This can be done, for example, by performing a mathematical transformation, such as an alpha-beta transformation, on a desired input current io.

[147] Uma unidade 85 de seleção de estados de comutação identifica a partir da pluralidade de estados de comutação pelo menos três estados de comutação, em que, quando mapeados utilizando um sistema de coordenadas Cartesianas, uma posição do resultado de transformação de saída alvo será contida por uma área definida pelas posições dos resultados de transformação de saída previstos associados aos pelo menos três estados de comutação. Assim, a unidade de seleção de estado de comutação identifica pelo menos três estados de comutação com base nos resultados de transformação de saída previstos e um resultado de transformação de saída alvo.[147] A switching state selection unit 85 identifies from the plurality of switching states at least three switching states, wherein, when mapped using a Cartesian coordinate system, a position of the target output transformation result will be contained by an area defined by the positions of the predicted output transformation results associated with the at least three switching states. Thus, the switching state selection unit identifies at least three switching states based on predicted output transformation results and a target output transformation result.

[148] Um gerador de ciclo de trabalho 86 determina um ciclo de trabalho para cada pelo menos três estados de comutação, por exemplo, empregando um método descrito anteriormente.[148] A duty cycle generator 86 determines a duty cycle for each at least three switching states, for example, employing a method described previously.

[149] Um gerador de estratégia de controle 87 gera uma estratégia de controle para o conversor de matriz 89 com base em pelo menos os ciclos de trabalho determinados para cada pelo menos três estados de comutação, por exemplo, usando métodos descritos anteriormente. Nas modalidades, o gerador de estratégia de controle 87 organiza pelo menos três estados de comutação em um padrão de controle com base em seus ciclos de trabalho determinados.[149] A control strategy generator 87 generates a control strategy for the matrix converter 89 based on at least the duty cycles determined for each at least three switching states, for example, using methods described previously. In embodiments, the control strategy generator 87 organizes at least three switching states into a control pattern based on their determined duty cycles.

[150] Em algumas modalidades, a unidade de transformação matemática 84 obtém uma transformação matemática de um erro de corrente de saída previsto com base em uma corrente de saída prevista io pelo simulador de circuito e uma corrente de saída desejada 84a.[150] In some embodiments, the mathematical transformation unit 84 obtains a mathematical transformation of a predicted output current error based on a predicted output current io by the circuit simulator and a desired output current 84a.

[151] Obviamente, será apreciado que em algumas modalidades, o simulador de circuito 83 gera um erro de corrente de saída previsto associado a cada estado de comutação, por exemplo, com base na corrente de saída desejada 84a, de modo que a unidade de transformação matemática 84 executa uma transformação matemática de erros de corrente de saída previstos.[151] Of course, it will be appreciated that in some embodiments, the circuit simulator 83 generates a predicted output current error associated with each switching state, e.g., based on the desired output current 84a, such that the mathematical transformation 84 performs a mathematical transformation of predicted output current errors.

[152] Nas modalidades, o modelo simulado ou matemático (por exemplo, o simulador de circuito 83) pode ser uma tabela ou conjunto de dados que identifica uma corrente de saída prevista (ou mais preferencialmente, um erro de corrente de saída previsto) para cada estado de comutação para uma variedade de cargas possíveis diferentes e/ou correntes de entrada. Outros modelos simulados ou matemáticos serão evidentes para o versado na técnica, como um pacote de software de simulação de circuito.[152] In embodiments, the simulated or mathematical model (e.g., circuit simulator 83) may be a table or data set that identifies a predicted output current (or more preferably, a predicted output current error) for each switching state for a variety of different possible loads and/or input currents. Other simulated or mathematical models will be apparent to one skilled in the art, such as a circuit simulation software package.

[153] Os métodos de acordo com pelo menos uma modalidade pode ser repetida iterativamente, uma vez que a corrente de saída prevista pelo conversor de matriz pode mudar dinamicamente dependendo, por exemplo, de alterações na carga ou uma operação atual do conversor de matriz. Uma carga pode reagir ou responder de forma diferente para um conversor de matriz operando em estados de comutação diferentes, o que pode influenciar a previsão da corrente de saída para estados de comutação identificados.[153] The methods according to at least one embodiment may be repeated iteratively, since the output current predicted by the matrix converter may change dynamically depending on, for example, changes in load or a current operation of the matrix converter. A load may react or respond differently to a matrix converter operating in different switching states, which may influence the prediction of output current for identified switching states.

[154] Modalidades particularmente vantajosas podem incluir continuamente a tentativa de reduzir um erro da corrente de saída determinando de forma iterativa os erros de corrente de saída previstos associados aos estados de comutação identificados e determinar uma estratégia de controle com base nos erros de corrente de saída previstos, como descrito anteriormente.[154] Particularly advantageous embodiments may include continually attempting to reduce an output current error by iteratively determining the predicted output current errors associated with the identified switching states and determining a control strategy based on the output current errors. foreseen, as described previously.

[155] As correntes de saída previstas podem ser determinadas com base em informações sobre um estado de comutação atual do conversor de matriz e uma corrente de saída presente. Assim, as informações sobre a operação presente ou contínua do conversor de matriz podem ser usadas para prever correntes de saída prováveis do conversor de matriz para diferentes estados de comutação possíveis. A título de exemplo, as informações sobre uma corrente de saída presente podem fornecer informações sobre características de uma carga do conversor de matriz, que pode ser usado para melhorar uma simulação da carga.[155] Predicted output currents can be determined based on information about a current switching state of the matrix converter and a present output current. Thus, information about the present or continuous operation of the matrix converter can be used to predict likely output currents of the matrix converter for different possible switching states. By way of example, information about a present output current can provide information about characteristics of a matrix converter load, which can be used to improve a simulation of the load.

[156] Assim, uma estratégia de controle pode ser ajustada automaticamente e alterada durante um período de tempo.[156] Thus, a control strategy can be automatically adjusted and changed over a period of time.

[157] De acordo com pelo menos uma outra modalidade, propõe- se um método para gerar uma estratégia de controle que permita o controle sobre uma corrente de entrada e uma corrente de saída do conversor de matriz.[157] According to at least one other embodiment, a method is proposed for generating a control strategy that allows control over an input current and an output current of the matrix converter.

[158] Em particular, um método de acordo com uma modalidade pode compreender a identificação de pelo menos cinco estados de comutação que são usados para gerar a estratégia de controle.[158] In particular, a method according to an embodiment may comprise identifying at least five switching states that are used to generate the control strategy.

[159] De uma maneira semelhante aos métodos descritos anteriormente, a identificação de pelo menos cinco estados de comutação pode compreender selecionar iterativamente estados de comutação em particular de todos os estados de comutação possíveis com base em uma corrente de saída prevista, corrente de entrada desejada e/ou uma magnitude de vetores de tensão de saída associados aos estados de comutação.[159] In a manner similar to the methods described previously, identifying at least five switching states may comprise iteratively selecting particular switching states from all possible switching states based on a predicted output current, desired input current and/or a magnitude of output voltage vectors associated with the switching states.

[160] Preferencialmente, a identificação dos pelo menos cinco estados de comutação compreende a identificação de pelo menos três estados de comutação de acordo com um método descrito com referência a, pelo menos, Figuras 2 a 7. Em particular, os pelo menos três estados de comutação podem compreender um estado de comutação zero e pelo menos dois estados de comutação não zero.[160] Preferably, identifying the at least five switching states comprises identifying the at least three switching states in accordance with a method described with reference to at least Figures 2 to 7. In particular, the at least three switching states switching states may comprise a zero switching state and at least two non-zero switching states.

[161] Para os fins da modalidade descrita adiante, os três estados de comutação identificados podem compreender um estado de comutação zero, um primeiro estado de comutação não zero e um segundo estado de comutação não zero.[161] For the purposes of the embodiment described below, the three identified switching states may comprise a zero switching state, a first non-zero switching state and a second non-zero switching state.

[162] Como antes, cada estado de comutação pode ser associado a um resultado de transformação de um erro de corrente de saída previsto, que corresponde a um vetor de erro de corrente de saída previsto. Assim, como ilustrado na Figura 9A, um estado de comutação zero está associado a um vetor de erro de corrente de saída previsto 90, um primeiro estado de comutação não zero está associado a um primeiro vetor de erro de corrente de saída previsto 91 e um segundo estado de comutação não zero está associado a um segundo vetor de erro de corrente de saída previsto 92 .[162] As before, each switching state can be associated with a transformation result of a predicted output current error, which corresponds to a predicted output current error vector. Thus, as illustrated in Figure 9A, a zero switching state is associated with a predicted output current error vector 90, a first non-zero switching state is associated with a first predicted output current error vector 91, and a second non-zero switching state is associated with a second predicted output current error vector 92 .

[163] O método compreende ainda a identificação de pelo menos dois estados de comutação adicionais, sendo um terceiro estado de comutação não zero e um quarto estado de comutação não zero. Um terceiro vetor de erro de corrente de saída previsto 93 associado ao terceiro estado de comutação não zero se encontra substancialmente em uma linha intersectando o vetor de erro de corrente de saída previsto zero 90 e o primeiro vetor de erro de corrente de saída previsto 91 . Um quarto vetor de erro de corrente de saída previsto 94 associado ao quarto estado de comutação não zero se encontra substancialmente em uma linha intersectando o vetor de erro de corrente de saída previsto 90 e o segundo vetor de erro de corrente de saída previsto 92 .[163] The method further comprises identifying at least two additional switching states, a third non-zero switching state and a fourth non-zero switching state. A third predicted output current error vector 93 associated with the third non-zero switching state lies substantially on a line intersecting the zero predicted output current error vector 90 and the first predicted output current error vector 91. A fourth predicted output current error vector 94 associated with the fourth non-zero switching state lies substantially on a line intersecting the predicted output current error vector 90 and the second predicted output current error vector 92.

[164] Dessa forma, e conforme ilustrado na Figura 9B, ângulos de fase dos vetores de corrente de entrada associados ao primeiro 𝑖𝑖_1 e segundo 𝑖𝑖_2 vetores não zero são os mesmos, e ângulos de fase dos vetores de corrente de entrada associados ao terceiro 𝑖𝑖_3 e quarto 𝑖𝑖_4 vetores não zero são os mesmos. No entanto, uma magnitude do primeiro e do terceiro vetores de corrente de entrada não zero pode ser diferente, assim como uma magnitude do segundo e quarto vetores de corrente de entrada não zero.[164] Therefore, and as illustrated in Figure 9B, phase angles of the input current vectors associated with the first 𝑖𝑖_1 and second 𝑖𝑖_2 non-zero vectors are the same, and phase angles of the input current vectors associated with the third 𝑖𝑖_3 and fourth 𝑖𝑖_4 non-zero vectors are the same. However, a magnitude of the first and third non-zero input current vectors can be different, as can a magnitude of the second and fourth non-zero input current vectors.

[165] Uma vez que os cinco estados de comutação foram identificados, compreendendo quatro estados de comutação não zero e um estado de comutação zero, uma estratégia de controle para o conversor de matriz pode ser gerada. Há um objetivo de alcançar o controle do ângulo de corrente de entrada, assim como manter o erro de corrente de saída zero. Presume-se que a corrente de entrada desejada esteja em fase com a tensão fornecida ao conversor de matriz (isto é, a partir de uma fonte de tensão).[165] Once the five switching states have been identified, comprising four non-zero switching states and one zero switching state, a control strategy for the matrix converter can be generated. There is an objective to achieve input current angle control as well as maintain zero output current error. The desired input current is assumed to be in phase with the voltage supplied to the matrix converter (i.e., from a voltage source).

[166] Com referência particular à Figura 9B, os quatro estados de comutação não zero selecionados estão associados a um respectivo vetor de corrente de entrada, que representa um resultado de transformação. Assim, um primeiro estado de comutação não zero está associado a um primeiro vetor de corrente de entrada 𝑖_1, um segundo estado de comutação não zero está associado a um segundo vetor de corrente de entrada 𝑖𝑖_2 um terceiro estado de comutação não zero está associado a um terceiro vetor de corrente de entrada 𝑖𝑖_3 e um quarto estado de comutação não zero está associado a um quarto vetor de corrente de entrada 𝑖𝑖_4. Uma corrente de entrada associada com o estado de comutação zero é 0, de modo que um vetor de corrente de entrada do estado de comutação zero é um vetor zero localizado na origem.[166] With particular reference to Figure 9B, the four selected non-zero switching states are associated with a respective input current vector, which represents a transformation result. Thus, a first non-zero switching state is associated with a first input current vector 𝑖_1, a second non-zero switching state is associated with a second input current vector 𝑖𝑖_2, a third non-zero switching state is associated with a third input current vector 𝑖𝑖_3 and a fourth non-zero switching state is associated with a fourth input current vector 𝑖𝑖_4. An input current associated with the zero switching state is 0, so an input current vector of the zero switching state is a zero vector located at the origin.

[167] Um vetor de corrente de entrada de referência 𝑖𝑖_ref pode ser obtido a partir da fonte de tensão, tendo um ângulo de vetor de corrente de entrada de referência bt. Por exemplo, o vetor de corrente de entrada de referência pode ser obtido a partir de uma saída de tensão multifásica pela tensão (como pode ser assumido que a saída de tensão da fonte de tensão deve ser sincronizada com a corrente de entrada para o conversor de matriz).[167] A reference input current vector 𝑖𝑖_ref can be obtained from the voltage source, having a reference input current vector angle bt. For example, the reference input current vector can be obtained from a multiphase voltage output by voltage (as it can be assumed that the voltage output from the voltage source must be synchronized with the input current to the voltage converter). headquarters).

[168] Uma combinação linear dos cinco estados de comutação identificados pode ser identificada para atender aos requisitos de vetor de corrente de saída e aos requisitos de vetor de corrente de entrada através da resolução do seguinte conjunto de equações lineares: e d1, d2, d3, d4 são os ciclos de trabalho para cada estado de comutação não zero e d0 é o ciclo de trabalho para o estado de comutação zero.[168] A linear combination of the five identified switching states can be identified to meet the output current vector requirements and the input current vector requirements by solving the following set of linear equations: and d1, d2, d3, d4 are the duty cycles for each non-zero switching state and d0 is the duty cycle for the zero switching state.

[169] Pelo menos uma modalidade fornece um método de geração de uma estratégia de controle, que usa múltiplos estados de comutação, com base em uma única análise de uma corrente de saída desejada. Tal estratégia de controle fornece uma resposta rápida a uma mudança na corrente de saída exigida com um alto grau de precisão e baixa distorção harmônica total. A estratégia de controle pode ser gerada iterativamente para garantir repetidamente que uma corrente adequada seja emitida.[169] At least one embodiment provides a method of generating a control strategy, which uses multiple switching states, based on a single analysis of a desired output current. Such a control strategy provides a rapid response to a change in the required output current with a high degree of accuracy and low total harmonic distortion. The control strategy can be generated iteratively to repeatedly ensure that a suitable current is output.

[170] As estratégias de controle descritas neste documento permitem que uma frequência de comutação fixa ou previsível do conversor de matriz seja fornecida, o que aumenta uma facilidade no design de um filtro de entrada.[170] The control strategies described in this document allow a fixed or predictable switching frequency of the matrix converter to be provided, which increases the ease of designing an input filter.

[171] Embora as modalidades descritas acima se relacionem a um conversor de matriz trifásico a trifásico, será entendido que os conversores de matriz de acordo com outras modalidades da invenção podem ser conectados a uma fonte de entrada de uma série arbitrária de fases, tal como um fornecimento bifásico ou um fornecimento de quatro fases. Conceitualmente, as modalidades podem ser aplicadas a conversores de matriz adaptados para emitir um suprimento convertido de uma série arbitrária de fases, tais como saídas bifásicas, quatro fases ou cinco fases.[171] Although the embodiments described above relate to a three-phase to three-phase matrix converter, it will be understood that matrix converters in accordance with other embodiments of the invention may be connected to an input source of an arbitrary series of phases, such as a two-phase supply or a four-phase supply. Conceptually, the embodiments can be applied to matrix converters adapted to output a converted supply of an arbitrary series of phases, such as two-phase, four-phase, or five-phase outputs.

[172] As modalidades propostas permitem a modificação do método (por exemplo, em saturação ou uma condição de sobremodulação) para priorizar o controle de correntes de entrada e/ou saída. Em particular, o método pode ser modificado para priorizar o controle das correntes de entrada (isto é, em vez de correntes de saída), dependendo dos requisitos. Isto pode ser realizado através da obtenção de correntes de entrada previstas e resultados de transformação apropriados dos mesmos.[172] The proposed embodiments allow modification of the method (e.g., in saturation or an overmodulation condition) to prioritize control of input and/or output currents. In particular, the method can be modified to prioritize control of input currents (i.e., rather than output currents), depending on requirements. This can be accomplished by obtaining predicted input currents and appropriate transformation results therefrom.

[173] Em algumas modalidades, pode-se fornecer um sistema compreendendo um arranjo de processamento adaptado para realizar qualquer método descrito anteriormente com referência às Figuras 1 a 7, 9A ou 9B.[173] In some embodiments, a system may be provided comprising a processing arrangement adapted to perform any method previously described with reference to Figures 1 to 7, 9A or 9B.

[174] A título de exemplo, como ilustrado na Figura 10, as modalidades podem incluir um sistema de computador 100. Os componentes do sistema/servidor de computador 101 podem incluir, mas não estão limitados a, um ou mais arranjos de processamento, por exemplo, compreendendo processadores ou unidades de processamento 101, uma memória de sistema 104 e um barramento 108 que acopla vários componentes do sistema, incluindo a memória de sistema 104 à unidade de processamento 101.[174] By way of example, as illustrated in Figure 10, embodiments may include a computer system 100. Components of the computer system/server 101 may include, but are not limited to, one or more processing arrangements, e.g. example, comprising processors or processing units 101, a system memory 104, and a bus 108 that couples various system components, including system memory 104 to the processing unit 101.

[175] O barramento 108 representa um ou mais de vários tipos de estruturas de barramento, incluindo um barramento de memória ou controlador de memória, um barramento periférico, uma porta de gráficos acelerada e um processador ou barramento local usando qualquer uma de uma variedade de arquiteturas de barramento. A título de exemplo, e sem limitação, tais arquiteturas incluem barramento de Industry Standard Architecture (ISA), barramento de Micro Channel Architecture (MCA), barramento de Enhanced ISA (EISA), barramento local de Video Electronics Standards Association (VESA) e barramento de Peripheral Component Interconnect (PCI).[175] Bus 108 represents one or more of several types of bus structures, including a memory bus or memory controller, a peripheral bus, an accelerated graphics port, and a processor or local bus using any of a variety of bus architectures. By way of example and without limitation, such architectures include Industry Standard Architecture (ISA) bus, Micro Channel Architecture (MCA) bus, Enhanced ISA (EISA) bus, Video Electronics Standards Association (VESA) local bus, and of Peripheral Component Interconnect (PCI).

[176] O sistema/servidor de computador 100 normalmente inclui uma variedade de mídia legível por sistema computador. Tal mídia pode ser qualquer mídia disponível que seja acessível pelo sistema/servidor de computador 100 e inclui ambos meios voláteis e não voláteis, mídias removíveis e não removíveis.[176] Computer system/server 100 typically includes a variety of computer system-readable media. Such media may be any available media that is accessible by computer system/server 100 and includes both volatile and non-volatile media, removable and non-removable media.

[177] A memória de sistema 104 pode incluir mídia legível por sistema computador na forma de memória volátil, tal como memória de acesso aleatório (RAM) 105a e/ou memória de cache 105b. O sistema/servidor de computador 100 pode incluir ainda outros meios de armazenamento de sistema de computador removível/não removível, volátil/não volátil. A título de exemplo apenas, o sistema de armazenamento 104 pode ser fornecido para leitura e escrita a uma mídia magnética não removível e não volátil (não mostrada e normalmente chamada de "disco rígido"). Embora não mostrado, uma unidade de disco magnético para leitura e escrita para um disco magnético removível, não volátil (por exemplo, um "disquete") e uma unidade de disco óptico para leitura ou escrita para um disco óptico removível e não volátil, como um CD-ROM, DVD-ROM ou outro meio óptico, pode ser fornecida. Em tais casos, cada um pode ser conectado ao barramento 90 por uma ou mais interfaces de mídia de dados. Como será retratado e descrito abaixo, a memória 104 pode incluir pelo menos um produto de programa tendo um conjunto (por exemplo, pelo menos um) dos módulos de programa que são configurados para realizar as funções das modalidades da invenção.[177] System memory 104 may include computer system-readable media in the form of volatile memory, such as random access memory (RAM) 105a and/or cache memory 105b. The computer system/server 100 may further include other removable/non-removable, volatile/non-volatile computer system storage media. By way of example only, storage system 104 may be provided for reading from and writing to a non-removable, non-volatile magnetic media (not shown and commonly referred to as a "hard drive"). Although not shown, a magnetic disk drive for reading from and writing to a removable, non-volatile magnetic disk (e.g., a "floppy disk") and an optical disk drive for reading from or writing to a removable, non-volatile optical disk, such as a CD-ROM, DVD-ROM or other optical medium may be provided. In such cases, each may be connected to bus 90 by one or more data media interfaces. As will be depicted and described below, memory 104 may include at least one program product having a set (e.g., at least one) of program modules that are configured to perform the functions of embodiments of the invention.

[178] Programa/utilidade 107a, tendo um conjunto (pelo menos um) dos módulos de programa 107b, pode ser armazenado na memória 104 a título de exemplo, e não limitação, assim como um sistema operacional, um ou mais programas de aplicativo, outros módulos de programa e dados de programa. Cada um dentre o sistema operacional, um ou mais programas de aplicação, outros módulos de programa e dados de programa ou alguma combinação destes, pode incluir uma implementação de um ambiente de rede. Os módulos de programa 108b geralmente executam as funções e/ou metodologias das modalidades da invenção, conforme descrito neste documento.[178] Program/utility 107a, having a set (at least one) of program modules 107b, may be stored in memory 104 by way of example, and not limitation, as well as an operating system, one or more application programs, other program modules and program data. Each of the operating system, one or more application programs, other program modules and program data, or some combination thereof, may include an implementation of a network environment. Program modules 108b generally perform the functions and/or methodologies of embodiments of the invention as described herein.

[179] O sistema/servidor de computador 100 também pode se comunicar com um ou mais dispositivos externos 109a como um teclado, um dispositivo apontador, um visor 109b, etc.; um ou mais dispositivos que permitem que um usuário interaja com o sistema/servidor de computador 100; e/ou quaisquer dispositivos (por exemplo, cartão de rede, modem, etc.) que permitam que o sistema/servidor de computador 100 se comunique com um ou mais outros dispositivos de computação. Essa comunicação pode ocorrer através de interfaces de Entrada/Saída (I/O) 102. Ainda assim, o sistema/servidor de computador 100 pode se comunicar com uma ou mais redes, como uma rede de área local (LAN), uma rede de área ampla geral (WAN) e/ou uma rede pública (por exemplo, a Internet) através do adaptador de rede 103. Conforme descrito, o adaptador de rede 103 se comunica com os outros componentes do sistema/servidor de computador 100 através do barramento 108. Deve ser entendido que, embora não mostrado, outros componentes de hardware e/ou software podem ser usados em conjunto com o sistema/servidor computador 100. Exemplos incluem, mas não estão limitados a: microcódigo, drivers de dispositivo, unidades de processamento redundantes, conjuntos de unidade de disco externo, sistemas RAID, unidades de fita e sistemas de armazenamento de arquivo de dados, etc.[179] The computer system/server 100 may also communicate with one or more external devices 109a such as a keyboard, a pointing device, a display 109b, etc.; one or more devices that allow a user to interact with the computer system/server 100; and/or any devices (e.g., network card, modem, etc.) that allow computer system/server 100 to communicate with one or more other computing devices. This communication may occur through Input/Output (I/O) interfaces 102. Still, the computer system/server 100 may communicate with one or more networks, such as a local area network (LAN), a network general wide area (WAN) and/or a public network (e.g., the Internet) via the network adapter 103. As described, the network adapter 103 communicates with the other components of the computer system/server 100 via the bus 108. It should be understood that, although not shown, other hardware and/or software components may be used in conjunction with computer system/server 100. Examples include, but are not limited to: microcode, device drivers, processing units redundant drives, external disk drive arrays, RAID systems, tape drives and data file storage systems, etc.

[180] As Figuras 11A e 11B ilustram resultados experimentais de um sistema com um conversor de matriz de saída trifásico, em que o conversor de matriz é controlado por uma estratégia de controle gerada por um método conforme descrito anteriormente com referência a pelo menos as Figuras 1 a 6C e 8. Tabela 1[180] Figures 11A and 11B illustrate experimental results of a system with a three-phase output matrix converter, wherein the matrix converter is controlled by a control strategy generated by a method as previously described with reference to at least Figures 1 to 6C and 8. Table 1

[181] A Tabela 1 ilustra os parâmetros exemplares para o sistema que está sendo experimentação. A indutância e capacitância do filtro é para um filtro que filtra uma fonte CA fornecida a um conversor de matriz (tendo uma tensão de alimentação) descrita anteriormente (como o filtro de entrada 83b). O filtro de entrada consiste em um filtro LC com um resistor de amortecimento (de resistência de amortecimento) paralelo ao indutor. O filtro de entrada pode ser necessário para atenuar os harmônicos de frequência de comutação. O sistema tem uma carga de uma indutância de carga e resistência à carga. Uma frequência de comutação indica uma frequência de comutação do conversor de matriz.[181] Table 1 illustrates exemplary parameters for the system being experimented. The filter inductance and capacitance is for a filter that filters an AC source supplied to a matrix converter (having a supply voltage) described previously (such as input filter 83b). The input filter consists of an LC filter with a damping resistor (damping resistance) parallel to the inductor. The input filter may be necessary to attenuate switching frequency harmonics. The system has a load of a load inductance and load resistance. A switching frequency indicates a switching frequency of the matrix converter.

[182] Considera-se um cenário em que uma corrente de carga de 5A a 30Hz é requerida do sistema, o que resulta em uma corrente de saída de três fases, conforme ilustrado por um primeiro diagrama 111 da Figura 11A. Em particular, é ilustrada uma saída de tensão associada a uma primeira fase 111A, uma segunda fase 111B e uma terceira fase 111C. A Figura 11A ilustra também um segundo diagrama 112 mostrando uma tensão de linha de saída do conversor de matriz 112 e um terceiro diagrama ilustrando um espectro harmônico 113 (de uma das três fases).[182] A scenario is considered in which a load current of 5A at 30Hz is required from the system, which results in a three-phase output current, as illustrated by a first diagram 111 of Figure 11A. In particular, a voltage output associated with a first phase 111A, a second phase 111B and a third phase 111C is illustrated. Figure 11A also illustrates a second diagram 112 showing an output line voltage of the matrix converter 112 and a third diagram illustrating a harmonic spectrum 113 (of one of the three phases).

[183] O espectro harmônico indica harmônicos na frequência de comutação (12,5 KHz) e seus múltiplos. Isso implica que uma frequência de comutação fixa é gerada vantajosamente pela estratégia de controle proposta. A distorção harmônica total (THD) da forma de onda controlada é de cerca de 3,97%.[183] The harmonic spectrum indicates harmonics at the switching frequency (12.5 KHz) and its multiples. This implies that a fixed switching frequency is advantageously generated by the proposed control strategy. The total harmonic distortion (THD) of the controlled waveform is about 3.97%.

[184] A fim de testar o comportamento transitório da estratégia de controle, uma demanda de etapa na magnitude (por exemplo, de 2 a 5A) e frequência (por exemplo, de 20-40Hz) da corrente de saída do conversor de matriz pode ser solicitada. Isto é, a corrente de saída desejada do conversor de matriz pode ser alterada de uma corrente com magnitude 2A, frequência de 20Hz para uma corrente com magnitude 5A, frequência de 40Hz.[184] In order to test the transient behavior of the control strategy, a step demand in the magnitude (e.g., from 2 to 5A) and frequency (e.g., from 20-40Hz) of the matrix converter output current can be be requested. That is, the desired output current of the matrix converter can be changed from a current with magnitude 2A, frequency 20Hz to a current with magnitude 5A, frequency 40Hz.

[185] As formas de onda de corrente de carga resultantes são ilustradas na Figura 11B e indicam a resposta transitória rápida alcançada por este método.[185] The resulting load current waveforms are illustrated in Figure 11B and indicate the fast transient response achieved by this method.

[186] Em particular, a Figura 11B indica a corrente de carga de três fases 114 para uma etapa na demanda, que ilustra uma resposta rápida a uma mudança na corrente de saída desejada. Isto é, a corrente de saída do dispositivo matriz responde imediatamente à mudança na corrente desejada.[186] In particular, Figure 11B indicates the three-phase load current 114 for a step on demand, which illustrates a rapid response to a change in the desired output current. That is, the output current of the matrix device responds immediately to the change in desired current.

[187] A Figura 11B ilustra também um resultado de transformação matemática (por exemplo, alfa-beta) 115 da corrente de saída de três fases pelo conversor de matriz, representado por uma primeira linha 115A e segunda 115B. Aqui, a primeira linha 115A representa uma parte alfa instantânea do resultado da transformação e a segunda linha 115B representa uma parte beta instantânea do resultado da transformação.[187] Figure 11B also illustrates a mathematical transformation result (e.g., alpha-beta) 115 of the three-phase output current by the matrix converter, represented by a first line 115A and second 115B. Here, the first line 115A represents an instantaneous alpha part of the transformation result and the second line 115B represents an instantaneous beta part of the transformation result.

[188] Devido à baixa distorção harmônica total, pode ser entendido que um método descrito fornece uma estratégia de controle rápida e responsiva para o conversor de matriz com baixa distorção harmônica.[188] Due to the low total harmonic distortion, it can be understood that a described method provides a fast and responsive control strategy for the matrix converter with low harmonic distortion.

[189] As modalidades descritas neste documento referem-se a um método de geração de uma estratégia de controle para um conversor de matriz de saída de multifásico operativamente em uma pluralidade de estados de comutação. Tal método compreende obter uma corrente de saída multifásica desejada do conversor de matriz, obter correntes de saída de multifásico previstas do conversor de matriz operando em estados de comutação particulares e determinar uma estratégia de controle com base na corrente de saída multifásica desejada e nas correntes de saída multifásicas previstas.[189] Embodiments described herein relate to a method of generating a control strategy for a multiphase output matrix converter operatively in a plurality of switching states. Such a method comprises obtaining a desired multiphase output current from the matrix converter, obtaining predicted multiphase output currents from the matrix converter operating in particular switching states, and determining a control strategy based on the desired multiphase output current and input currents. multiphase output provided.

[190] Em modalidades particulares, transformações matemáticas da corrente de saída desejada e as correntes de saída previstas são usadas para identificar pelo menos três estados de comutação para uso em uma estratégia de controle.[190] In particular embodiments, mathematical transformations of the desired output current and the predicted output currents are used to identify at least three switching states for use in a control strategy.

[191] Outras variações das modalidades divulgadas podem ser entendidas e efetuadas por aqueles versados na técnica na prática da invenção reivindicada, de um estudo dos desenhos, da divulgação e das reivindicações anexas. Outros interruptores bidirecionais além destes explicitamente divulgados neste documento serão de conhecimento dos versados na técnica, por exemplo, uma célula de comutação bidirecional de ponte de diodo. Nas reivindicações, a palavra "compreendendo" não exclui outros elementos ou etapas e o artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. O simples fato de que certas medidas são citadas nas reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser usada para em benefício. Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitações do escopo.[191] Other variations of the disclosed embodiments can be understood and carried out by those skilled in the art in the practice of the claimed invention, from a study of the drawings, the disclosure and the appended claims. Other bidirectional switches than those explicitly disclosed herein will be known to those skilled in the art, for example, a diode bridge bidirectional switching cell. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. The mere fact that certain measures are cited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference marks in the claims should not be construed as limitations on the scope.

Claims

1. Method for generating a control strategy for a multiphase output matrix converter (10), wherein the matrix converter (10) is operable in a plurality of switching states, characterized by the fact that the method comprises: obtaining a target output transformation result representing a mathematical transformation result of a desired multiphase output current of the matrix converter (10); identifying a plurality of switching states of the matrix converter (10); obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result representing a mathematical transformation result of a predicted output current for the switching state; identify, from the plurality of switching states, at least three switching states in which, when mapped using a Cartesian coordinate system, a position of the target output transformation result is contained by an area defined by the positions of the transformation results expected output associated with at least three switching states; and generating a control strategy for the matrix converter (10) based on at least three switching states, wherein identifying a plurality of switching states comprises: obtaining a target input transformation result representing a transformation result mathematics of a desired input current of the matrix converter (10); obtaining, for each possible switching state of the matrix converter (10), an input transformation result representing a mathematical transformation result of a current input of the matrix converter (10) associated with the possible switching state; identifying a plurality of input transformation results that are, when mapped using a Cartesian coordinate system, proximate to the position of the target input transformation result; and identifying the plurality of switching states associated with the identified plurality of input transformation results.

2. Method according to claim 1, characterized by the fact that obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result comprises: obtaining, for each switching state, an output transformation result predicted from a simulated or mathematical model of the matrix converter (10) and a load of the matrix converter (89).

3. Method according to claim 1, characterized by the fact that obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result comprises: predicting, using a simulated or mathematical model of the matrix converter (10) and a matrix converter load (89), an output current of the matrix converter (10) associated with each switching state in the identified plurality of switching states; and performing a mathematical transformation on the predicted output current associated with each switching state to thereby obtain a predicted output transformation result for each switching state in the identified plurality of switching states.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that identifying the at least three switching states comprises: obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a transformation result error predicted output representing a predicted error between the predicted output transformation result associated with the switching state and the target output transformation result; and identifying at least three switching states in which, when mapped using a Cartesian coordinate system, an origin position is contained by an area defined by the positions of the predicted output transformation result errors associated with the at least three switching states.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that identifying a plurality of switching states comprises: obtaining, for each possible switching state of the matrix converter (10), a second transformation result output representing a mathematical transformation result of a voltage output of the matrix converter (10) associated with the possible switching state; and identifying at least three switching states based on a magnitude of the second output transformation results.

6. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that identifying a plurality of switching states based on a magnitude of the second output transformation results comprises identifying the plurality of switching states associated with the results of the second output transformation of the largest magnitude.

7. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that identifying the at least three switching states comprises: identifying a first switching state for which a voltage difference between all output terminals of the converter of matrix (10) operating according to the first switching state is substantially zero; identifying a second switching state for which a voltage difference between at least two output terminals of the matrix converter (10) operating according to the second switching state is non-zero; and identifying a third switching state for which a voltage difference between at least two output terminals of the matrix converter (10) operating according to the third switching state is non-zero.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that generating the control strategy comprises: calculating a duty cycle for at least three switching states based on the target output transformation result; and generate the control strategy for the matrix converter based on the calculated duty cycles.

9. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that the mathematical transformation is an alphabet transformation, such that the target output transformation result represents an alphabet transformation result of a desired multiphase output current of the matrix converter (10) and each predicted output transformation result represents an alphabet transformation result of a predicted output current for a respective switching state.

10. Computer-readable storage medium characterized in that it is adapted, when executed in a processing arrangement, to implement the method as defined in any of the preceding claims.

11. Strategy generator for controlling a multiphase output matrix converter (10), the matrix converter (10) being operable in a plurality of switching states, each switching state being associated with a respective switching state, characterized by the fact that the control strategy generator comprises a processor that is adapted to: obtain a target output transformation result that represents a mathematical transformation result of a desired multiphase output current of the matrix converter (10); identifying a plurality of switching states of the matrix converter (10) by performing a process comprising: obtaining a target input transformation result representing a mathematical transformation result of a desired input current of the matrix converter (10); obtaining, for each possible switching state of the matrix converter (10), an input transformation result representing a mathematical transformation result of a current input of the matrix converter (10) associated with the possible switching state; identifying a plurality of input transformation results that are, when mapped using a Cartesian coordinate system, proximate to the position of the target input transformation result; and identifying the plurality of switching states associated with the identified plurality of input transformation results; obtaining, for each switching state in the identified plurality of switching states, a predicted output transformation result representing a mathematical transformation result of a predicted output current for the switching state; identify, from the plurality of switching states, at least three switching states in which, when mapped using a Cartesian coordinate system, a position of the target output transformation result is contained by an area defined by the positions of the transformation results expected output associated with at least three switching states; and generating a control strategy for the matrix converter (10) based on at least three switching states.

12. Control strategy generator according to claim 11, characterized in that the processor is adapted to obtain, for each switching state, an output transformation result predicted from a simulated or mathematical model of the converter matrix converter (10) and a matrix converter load (89).

13. Control strategy generator according to any one of claims 11 and 12, characterized in that the processor is adapted to: predict, using a simulated or mathematical model of the matrix converter (10) and a converter load of matrix (89), an output current of the matrix converter (10) associated with each switching state in the identified plurality of switching states; and performing a mathematical transformation on the predicted output current associated with each switching state to thereby obtain a predicted output transformation result for each switching state in the identified plurality of switching states.

14. Control strategy generator according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the processor is adapted to: obtain, for each switching state in the identified plurality of switching states, an error result of predicted output transformation representing a predicted error between the predicted output transformation result associated with the switching state and the target output transformation result; and identifying at least three switching states in which, when mapped using a Cartesian coordinate system, an origin position is contained by an area defined by the positions of the predicted output transformation result errors associated with the at least three switching states.