CN101346877B - 控制多相电压逆变器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驱动功率桥(1)的方法，所述功率桥用于控制多相电气负载(3)，所述功率桥可以借助若干臂连接到所述电气负载(3)且可以通过确定用于控制所述负载的控制向量的切换函数来进行驱动。本发明的方法特征在于，该方法包括使用切换函数生成方法，该生成方法产生对应于惯性向量的数目减少的切换函数组合，用于产生一系列控制向量。

Description

控制多相电压逆变器的方法

技术领域

本发明涉及控制功率桥的方法，所述功率桥用于控制包括若干相的电气负载，所述功率桥用于经由若干臂连接到电气负载，每相至少一个臂，且用于通过切换函数进行控制，所述切换函数确定用于控制所述负载的控制向量，所述控制向量细分成惯性控制向量和活动控制向量。

本发明在汽车领域、航空领域和工业领域的应用中具有优势，但并不排除在其他领域中的优势。

本发明的一项目标是降低多相电压逆变器中的损失。

本发明的另一项目标是保持对逆变器下游多相负载的控制，同时降低逆变器的切换损失。

本发明还涉及实施所述控制多相电压逆变器方法的设备。

背景技术

通常，多相电压功率桥用于驱动多相电气负载。这些电气负载例如是可逆设备，诸如交流发电机起动机。所述桥连接到DC电源上游，且连接到多相负载相绕组的下游。在马达模式下，功率桥通过DC电源供电，而在发电机模式下，由交流发电机起动机供电。

所述功率桥包括若干桥臂，每个桥臂例如包括两个设置有继流二极管(freewheeling diode)的开关。这种桥称为双电平桥。同一个桥臂上每一对开关的中点连接到负载的相绕组。控制逻辑能控制同一个桥臂的开关。

目前，可以产生若干桥臂开关的组合，利用这些组合，可以关联逆变器输出电压的向量表示，这些向量表示被称为功率桥控制向量。这些控制向量由活动向量和惯性(freewheeling)向量构成。

在现有技术中，已知存在各种用于控制多相逆变器的技术，其中可见文件：A M Hava，R J Kerkam，and TA Lipo，A high performance generalizeddiscontinuous pwm algorithm.IEEE Trans.on Industry Applications，Vol34(No.5)，September/October 1998”。该文件描述了特别是利用非连续脉宽调制策略来一方面控制功率桥的下游部件，另一方面控制该桥本身。

这些控制技术交替禁止功率桥的其中一个桥臂。为此，根据所采用的脉宽调制策略，为负载相的每个电压-电流相位差确定中性量。对于每个负载相来说，确定模数并通过增加中性量来进行平移。利用这种控制技术，当桥臂模数在+1和-1处饱和时，将该桥臂禁止。

这种控制技术存在缺陷。这是因为，当系统不是不变模式(permanentmode)时，这种控制技术不能确定需要增加的中性量。此外，在不变模式时，中性量或者依次(in line)计算，这需要相当长的计算时间；或者列表(tabulated)计算，这需要消耗大量存储器。

此外，对于现有技术所述的这些控制技术来说，必须获悉多相负载的电压-电流相位差。但是，计算或者测量这种相位差非常复杂。

而且，这些技术的数值输入也存在实施方面的问题。这是因为，在它们的输入过程中，首先需要考虑多相负载的许多函数点(例如，处于不同速度的起动机、马达、交流发电机和交流发电机起动机的扭矩)，以便采用相应的优化中性量，另一方面，需要考虑对应于所施加的每个中性量的不同策略。因此，这种用于进行数值输入的算法使用起来冗长且繁琐。

发明内容

本发明的目的准确地说是缓解上述技术的缺陷。为此，本发明提出了一种新颖的控制技术方案，其自然适配于在离散的时刻在微处理器上发挥作用。利用该新颖的方案，通过每个负载相的模数之间的次序关系，可以立即并最优地获知需要切换的两个臂。这些模数从相位设定值确定。只要有可能，被禁止的桥臂是电流绝对值最高的桥臂。

被禁止的桥臂还可以通过电压向量在定子基准框架中的位置来确定。

需要增加到模数的中性量来源于电流绝对值的比较结果，或者来源于指令电压向量的位置。该新颖的控制技术方案可以用在不变模式中或动态模式中。此外，利用该新颖的控制技术方案，不再需要测量电压-电流相位差。

更准确地说，所述方法控制功率桥，该功率桥用于控制包括若干相的电气负载。所述功率桥经由若干臂连接到电气负载，每相至少一个臂，且通过切换函数进行控制，所述切换函数确定用于控制所述负载的控制向量，所述控制向量细分成惯性控制向量和活动控制向量。所述方法包括应用一种产生切换函数的方法，所述方法产生的对应于惯性控制向量的切换函数组合数目减少，从而产生一串控制向量。

根据本发明，所述产生切换函数的方法包括选择可以作为次序关系的函数而被禁止的至少两个桥臂步骤；和在所述功率桥的调制周期始终，将能被禁止的所述至少连个桥臂其中之一禁止的步骤。

因此，所述方法能实际将桥臂禁止在给定的状态，并因此降低切换损失，如果在调制周期内进行切换则会导致所述切换损失。所述方法允许在需要禁止的两个桥臂之间进行选择。通过选择在特定区域内电流绝对值最大的可锁定桥臂，可以进行优化选择，能在切换损失方面获得最大的增益。根据非限制性实施例，孤立考虑或组合考虑时，根据本发明的方法包括以下补充特征：

-产生切换函数的方法包括从标量电压设定值确定与每个桥臂关联的模数的步骤。

-根据相交策略(intersective strategy)确定模数。因此，通过相交类型的策略计算模数是最为自然的，因为存在简单的关系，容易在信号处理器上实现。

-根据重心策略(barycentric strategy)确定模数。许多目前的变换器已经采用这种方式计算模数。这样可以自然而迅速地将所述方法适配现有的控制逻辑中存在的方法。

-所述次序关系是与桥臂关联的模数之间的比较结果。

-选出的桥臂对应于模数最大和模数最小的桥臂。

-需要禁止的桥臂从所述选出的桥臂中进行选择，并且是分别对应于与桥臂关联的模数中模数较大和模数较小的相电流中，相电流绝对值最大的桥臂。因此，在模数和相电流绝对值比较结果之间建立次序关系基本上是容易在信号处理器上实现的计算方式。它们能实际上精确地确定最优的需要禁止的桥臂，以便最大程度节省切换损失。

-如果需要禁止的桥臂对应于模数最大的桥臂，则将该桥臂禁止在高状态，而如果需要禁止的桥臂对应于模数最小的桥臂，则将该桥臂禁止在低状态。

-所述产生切换函数的方法还包括根据需要禁止的桥臂的高状态和低状态来确定需要增加到模数的中性量的步骤。

-因此，

-如果需要禁止的桥臂处于高状态，则所述中性量等于第一最大值减去与该臂关联的模数；和

-如果需要禁止的桥臂处于低状态，则所述中性量等于第二最小值减去与该臂关联的模数。

-所述产生切换函数的方法包括将平移了中性量的模数与简单载波比较的步骤，模数与每个桥臂关联，所述比较结果限定了用于控制所述桥的切换函数。因此，比较平移模数与载波的方法能容易且迅速地限定将要控制所述逆变器的切换函数中发生的变化。这也是一种能用在专用于电气设备控制的信号处理器上的方法。此外，简单载波容易实施，并且一般原本就存在于专用电气设备控制处理器中。

-简单载波是等腰三角形波，其包括位于最大值的顶点和位于最小值的基底。因此，等腰三角形的波形保证了控制脉冲在半调制周期附近对中，已知这是为了减少负载上的相电流的谐波失真水平。

-禁止桥臂的步骤取决于控制向量确定的平面域中基准电压向量的位置，从标量电压设定值确定设定值电压向量(

)。

-在定子基准框架中确定所述平面域，所述定子基准框架细分成角度扇区，且将桥臂禁止在高状态还是低状态取决于设定值电压向量在其中一个角度扇区中的位置。

-因此，

-如果设定值电压向量位于第一角度扇区中，则将第一臂禁止在高状态；

-如果设定值电压向量位于第二角度扇区中，则将第三臂禁止在低状态；

-如果设定值电压向量位于第三角度扇区中，则将第二臂禁止在高状态；

-如果设定值电压向量位于第四角度扇区中，则将第一臂禁止在低状态；

-如果设定值电压向量位于第五角度扇区中，则将第三臂禁止在高状态；

-如果设定值电压向量位于第六角度扇区中，则将第二臂禁止在低状态。

-禁止桥臂的步骤取决于电流向量。

根据另一方面，本发明还涉及用于控制功率桥的设备，所述设备经由总线连接到电气负载，用于实施以上简述的方法。根据本发明，所述设备包括控制逻辑，所功率桥连接到所述控制逻辑，所述控制逻辑实施所述方法。

根据另一方面，本发明还涉及旋转电气设备，其包括：

多相电气负载；

电压源；

功率桥，其经由总线连接到所述电气负载下游，并连接到电压源上游；

解耦电容，其与所述总线平行设置；和

用于如上所简述那样控制所述功率桥的设备。

附图说明

阅读以下说明并审视其附图，本发明将得到更好的理解。以下说明以及附图均作为示例给出，并不以任何方式限制本发明。所述附图示出：

图1a是根据本发明用于实施所述方法的装置的图示；

图1b是用于图1a所示方法中的定子基准框架的示意；

图1c是在图1b所示定子基准框架中设定值向量的分解示意图；

图2是根据本发明的方法的第一实施例和第二非限制性实施例的步骤示意；

图3是用于图2所示第二实施例中的定子基准框架的示意图；

图4是图2所示方法其中一个步骤的图示，对应于载波和逆变器每个桥臂的模数之间的比较。

具体实施方式

图1A示出了连接在DC总线2上游、多相负载3下游并受到控制逻辑4产生的控制向量控制的多项功率桥1。功率桥1是用来将DC电压转换为若干正弦电压的电气设备，当关联的负载在马达模式下工作时，每相一个正弦电压。所以，其可以称为逆变器。在交流发电机(发电机)模式下，所述功率桥将正弦相电压转化为DC电压，向用电器诸如电池供电。所以称为受控桥式整流器。

功率桥1包括若干桥臂(未示出)。每个桥臂由若干电子控制的开关INT构成。

换句话说，该转换器是DC到AC转换器。在AC侧，设置多相负载。在DC侧，设置DC总线。需要向该多相负载提供能量，这些能量必须来自DC总线(马达模式)。在交流发电机模式下，多相负载向DC总线提供能量。因此，多相负载是可逆能量源，其一项特征就是端子处存在DC电压。

对于本说明剩余部分，将以双电平三相功率桥作为示例，应该理解，其可以被其他类型的现有功率桥所取代，诸如在一种非限制性示例中，该功率桥为三电平三相逆变器，则该逆变器具有3个可用的惯性(freewheeling)向量。

在本说明书剩余部分，采用的例子是功率桥作为逆变器的情况。自然，在本发明剩余部分针对逆变器所做的任何说明也可以适用于桥式整流器，除了逆变器和桥式整流器之间上述的区别之外。

则逆变器1是控制负载3的三相逆变器。因此，其包括3条桥臂B1、B2和B3。在非限制性示例中，每条桥臂包括两个双向电流开关INT，设置有继流二极管。例如，第一臂包括高INT11和低INT12开关，第二臂包括高INT21和低INT22开关，而第三臂包括高INT31和低INT32开关。

DC总线2包括DC电压源5。该DC电压源5在优选示例中，为电池或整流后的系统。该电压源5向逆变器1供电。在图1a所示示例中，设备6，特别是连接线和/或用电器，串联和/或并联连接到电压源5。在机动车的情况下，这些用电器可以为头灯、无线电、空调等，该列举并非穷举。

DC总线2还包括解耦电容7，其并联连接到电压源5。电容7优选尽可能靠近逆变器1。这样减小了电容和开关之间的线路电感。这样，在开关切换时提高了过压，因此避免了所述开关切断。

电容7中的电流表示电流源的波动部分。电容7的作用是过滤进入逆变器1的源电流。这样能使电压源5仅将所述源电流的平均值输送到逆变器1。

负载3在非限制性示例中可以为异步马达、同步马达等。逆变器1相同的桥臂上每一对开关的中点连接到负载3的相线。

从以下可以更为详细地看出，由控制逻辑4以脉宽调制(通常在英语中将“Pulse Width Modulation”称为PWM)方式控制逆变器1。这种控制方式能以频率可变和电平可变的方式提供电压。因此，对于电气负载的各种特别操作状态而言，可以适配负载中的电流值以及它们的频率(例如，如果处于交流发电机模式下，则需要提供特定的功率来给用电器供电，需要给定范数并以给定速度旋转的电压向量)。因此，PWM控制能精确控制负载。

为了控制多相逆变器，控制逻辑4确定逆变器1所有开关的开关状态。非限制性地来说，控制逻辑4能以互补方式控制同一个桥臂上的开关。这样能避免电源发生短路。

同一个桥臂上的开关的相反控制以及有限数目的开关意味着桥臂开关的可能配置是有限的。

对于双电平三相逆变器1来说，可以产生8种不同的桥臂开关配置。对于这8种配置每一种来说，可以关联逆变器输出电压的向量表示，这种表示称为逆变器控制向量。这些控制向量通常称为逆变器的输出向量。

所述控制向量是一种数学表示，代表了施加到负载3上的实际电压的合成结果。在这些配置中，其中六个是对应于固定控制向量幅值的活动状态到并且通过相位相区别，而两个和是所谓的“惯性”向量，其控制向量的幅值为零，而其相位(Φ＝arc tangent y/x)不确定。应该注意，活动向量的相位限定为取向介于定子基准框架(以下限定)的阿尔法轴线和对应活动向量之间的角度。因此，对于来说，相位等于0，而的相位等于60°等。

在非限制性实施例中，控制逻辑4产生的控制向量包括与负载3的相线一样多的切换函数SC。在以双电平三相逆变器作为示例，以互补模式控制的情况下，有3个切换函数SC用于控制向量。

控制逻辑4产生的控制向量可以由图1B中所示的定子基准框架来表示。定子基准框架是带有联系到定子的固定轴(α，β)的基准框架。轴线α是水平轴线，而轴线β是垂直轴线。轴线α从轴线β隔开90度。在优选示例中，控制向量位于轴线α上。活动控制向量到的端部形成六边形。该六边形的中心通过活动控制向量连接到其每个顶点。在非限制性实施例中，活动控制向量到依次隔开60度。因此，该六边形分成6个活动扇区SH，每个活动扇区由相邻的两个活动向量形成，且其中心位于该六边形的中心。

在一个示例中，第一扇区SH1由控制向量和表示，如此直到第六个扇区SH6，该第六扇区由控制向量和表示，在所采用的示例中，每个向量包括3个切换函数SC。

惯性控制向量和

幅值为零，位于轴线α和轴线β的交点上。轴线α和轴线β的交点是定子基准框架的中心，也是该六边形的中心。

因此，在一个示例中，所述向量的切换函数SC如下表所示。在切换函数SC的组合和关联的控制向量之间存在映射。

以“0”对应于闭合桥臂低开关而打开同一个桥臂高开关的指令，而“1”对应于打开桥臂低开关而闭合同一个桥臂高开关的指令。例如，如果SC1＝1，SC2＝0和SC3＝0，则闭合第一臂B1的高开关INT11而打开第一臂B1的低开关INT12，打开第二臂B2的高开关INT21而闭合第二臂B2的低开关INT22，最后打开第三臂B3的高开关INT31而闭合第三臂B3的低开关INT32。

用来控制逆变器开关的控制逻辑4通常制作为集成电路形式。在图1A的示例中，控制逻辑4包括：

微处理器8；

程序存储器9；

和输入/输出接口10，微处理器8、存储器9和输入/输出接口10由总线11互联。

实践中，如果向设备施加动作，则在存储于该设备的程序存储器中的指令代码的控制下由该设备的微处理器进行。控制逻辑4就是这样的设备。

程序存储器9非常若干区域，每个区域对应于实现设备功能的指令代码。因此，存储器9包括：

区域12，其包含的指令代码执行获取电压设定值的功能；

区域13，其包含的指令代码用于根据选定的策略(交叉策略或重心策略)计算模数(modulant)，如下详细说明；

区域14，其包含的指令代码用于根据标量电压设定值V1^*、V2^*、V3^*确定电压向量设定值

这些标量电压设定值是希望施加于负载3的电压；

区域15，其包含的指令代码用于在模数之间产生次序关系；

区域16，其包含的指令代码用于测量和比较负载3的相电流；

区域17，其包含的指令代码用于根据负载3的相电流比较结果确定中性量；

区域18，其包含的指令代码用于根据一个或多个模数来确定用来产生宽度可变的脉冲的载波；

区域19，其包含的指令代码用于在所述载波和具有给定中性量的平移模数之间进行比较；

区域20，其包含的指令代码用于从该比较结果中选择控制向量；

区域21，其包含的指令代码用于将所述控制向量施加到逆变器1。

图2示出了图1A所示装置的操作方法。这种方法能以简化的方式选择一连串控制逆变器1的控制向量，同时降低后者的切换损失。

在第一步骤30中，控制逻辑4获取获取逆变器1的3条臂各自的三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*。这3个标量电压设定值是希望施加到负载3上的电压。这3个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*可以由控制逻辑4计算或者测量。

这些设定值因此可以由控制逻辑(例如控制逻辑中负载相电流调节回路的管理部分)内部计算出来。还可以设置检查控制逻辑，其借助串联、并联或CAN链路向控制逻辑4提供所述的设定电压。然后，需要让控制逻辑4测量该检查器提供的信息。

在步骤31中，控制逻辑4为逆变器1的每个桥臂确定对应的模数mod1、mod2、mod3。控制逻辑4可以通过若干方式确定所述模数(非限制性的交叉策略或重心策略)，正如以下将要详细说明的那样，所述模数为所述标量电压设定值的函数。将会注意到，模数相对于逆变器桥臂标量电压设定值的DC总线电压来说，代表标准化的值。模数/三角交叉将提供桥臂的MLI指令次序，正如以下详细论述。

交叉策略

在第一非限制性实施例中，控制逻辑可以根据交叉策略计算所述模数。在这种情况下，控制逻辑4优选测量或估算靠近逆变器1的DC总线电压U_DC，以获取所述逆变器1端子处可用的实际电压。控制逻辑4确定负载每条相线的模数。该模数与每条桥臂关联。在非限制性示例中，该模数是相对于源电压U_DC标准化的值。因此，对于3个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*每一个来说，控制逻辑4分别确定3个模数mod1、mod2和mod3。

因此，标准化以下述方式进行：

$\mathrm{mod}=\frac{\mathrm{Max}-\mathrm{Min}}{U_{\mathrm{DC}}}{V}^{*}+\mathrm{Min}$

Max是三角形波载波所能达到的最高值，随后限定。

Min是三角形波载波所能达到的最小值。

在Min＝-1和Max＝1时，给出：

$\mathrm{mod}=\frac{2\·{V_s}^{*}}{U_{\mathrm{DC}}}-1$

因此，

$\mathrm{mod}1=\frac{2\·{V1}^{*}}{U_{\mathrm{DC}}}-1$

$\mathrm{mod}2=\frac{2\·{V2}^{*}}{U_{\mathrm{DC}}}-1$

$\mathrm{mod}3=\frac{2\·{V3}^{*}}{U_{\mathrm{DC}}}-1$

因此，在这种情况下，施加到桥臂输出端的电压Vs等于桥臂指令乘以DC电压U_DC。

因此，对于3个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*每一个来说，控制逻辑4分别确定3个模数mod1、mod2和mod3。

重心策略(Barycentric strategy)

在第二非限制性实施例中，控制逻辑4可以根据重心策略确定模数mod1、mod2和mod3。根据该策略，两个活动相连和两个惯性向量用在逆变器1的控制周期上，以分解所述设定电压向量。为此，在确定3个模数mod1、mod2和mod3之前，控制逻辑首先实施步骤32。

应该注意，逆变器的控制周期表示指令桥臂高开关开闭(开关控制是互补式的)的时间间隔。也就是调制(chopping)周期。

首先，控制逻辑4从3个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*确定设定电压向量控制逻辑4可以根据本领域技术人员已知的“Clarke”变换确定设定电压向量

在这种情况下，控制逻辑4根据以下方程计算形成所述电压向量

的两个分量V^*x和V^*y：

$V^{*}x=\frac{2}{3}(V{1}^{{*}^{-\frac{1}{2}}}\×{V2}^{{*}^{-\frac{1}{2}}}\×{V3}^{*})$ 和

$V^{*}y=\frac{2}{3}(\frac{1}{2}\sqrt{3}\×{V2}^{{*}^{-\frac{1}{2}\sqrt{3}}}\×{V3}^{*})$

应该注意，自然还可以使用其他变换方式，诸如本领域技术人员已知的“Concordia”变换。差异在与标准化因子。

在步骤32，控制逻辑4确定设定电压向量

在由控制向量至形成六边形中的向量位置，更具体地说，确定设定电压向量在其中一个活动扇区SH中的位置。

设定电压向量

任何时候都位于该六边形的6个活动扇区其中之一内。

因此，为了确定该位置，计算该设定电压向量的相位，即等于tan(V^*y/V^*x)。接着，将该值与活动电压向量的相位比较。例如，如果0＜设定电压向量＜60°，则设定电压向量位于第一扇区中。

接着，将设定电压向量

分解到构成其所处的活动扇区SH的相邻两个活动控制向量上，如图1C所示。

在一个示例中，设定电压向量

分解到构成其所处的活动扇区SH1的相邻两个活动控制向量至上，如图1C所示。

这种分解方式能确定相关系数ti和tj，以使

${\stackrel{\→}{V}}^{*}=(\frac{\mathrm{ti}}{\mathrm{Ts}}\×\stackrel{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{Vi}})+\left(\frac{\mathrm{tj}}{\mathrm{Ts}}\stackrel{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{Vj}}\right)$

其中Ts是据此控制逆变器的周期。ti和tj对应于在周期Ts中施加相邻活动向量和的时间，所述活动控制向量限定设定电压向量所处的活动扇区，如前所示。活动扇区SHN由相邻的活动控制向量

和

来限定，i＝1至5，且活动扇区SH6由相邻的活动控制向量至来限定。

一旦已知施加时间ti和tj，即设定电压向量

在其所处的六边形的活动扇区中分解之后，控制逻辑4就能根据控制向量的施加时间以及逆变器1的控制周期，借助下表为所涉及的活动扇区SH确定3个模数mod1、mod2和mod3：

	扇区SH1	扇区SH2	扇区SH3
				mod1	(Max-Min)/Ts*(t1+t2+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t2+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t0/2)+Min
mod2	(Max-Min)/Ts*(t2+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t3+t2+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t3+t4+t0/2)+Min
				mod3	(Max-Min)/Ts*(t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t4+t0/2)+Min
	扇区4	扇区5	扇区6

mod1	(Max-Min)/Ts*(t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t6+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t1+t6+t0/2)+Min
				mod2	(Max-Min)/Ts*(t4+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t0/2)+Min
mod3	(Max-Min)/Ts*(t5+t4+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t5+t6+t0/2)+Min	(Max-Min)/Ts*(t6+t0/2)+Min

下表用于Min＝-1、Max＝1。

	扇区SH1	扇区SH2	扇区SH3
				mod1	2/Ts*(t1+t2+t0/2)-1	2/Ts*(t2+t0/2)-1	2/Ts*(t0/2)-1
mod2	2/Ts*(t2+t0/2)-1	2/Ts*(t3+t2+t0/2)-1	2/Ts*(t3+t4+t0/2)-1
				mod3	2/Ts*(t0/2)-1	2/Ts*(t0/2)-1	2/Ts*(t4+t0/2)-1
	扇区4	扇区5	扇区6
				mod1	2/Ts*(t0/2)-1	2/Ts*(t6+t0/2)-1	2/Ts*(t1+t6+t0/2)-1
mod2	2/Ts*(t4+t0/2)-1	2/Ts*(t0/2)-1	2/Ts*(t0/2)-1
				mod3	2/Ts*(t5+t4+t0/2)-1	2/Ts*(t5+t6+t0/2)-1	2/Ts*(t6+t0/2)-1

时间t0表示惯性向量和施加时间。施加时间t0根据设定电压向量

所处的活动扇区来确定。如果设定电压向量

位于第一活动扇区SH1中，则t0＝Ts-t1-t2。如果处于第二活动扇区SH2中，则t0＝Ts-t2-t3。以此类推，直到第六活动扇区SH6，此时t0＝Ts-t6-t1。

自然，在计算模数时，可以使用其他策略。

在根据交叉策略或重心策略如上所述确定了每个桥臂的模数之后，非限制性地相对于电流向量或者相对于电压向量

的位置来确定需要禁止的桥臂，如下所述。

相对于电流向量的位置来确定禁止的桥臂

在第一实施例中，确定相对于相电流来说需要禁止的桥臂。在这种情况下，为了确定需要禁止的桥臂，控制逻辑4实施步骤40至45。禁止桥臂指的是将所述桥臂保持在给定状态。换句话说，所述桥臂的开关的状态保持不变。该臂不进行切换。

在步骤40，控制逻辑相对于电流向量确定需要禁止的桥臂。禁止桥臂可以减小开关的切换损失。

为此，在步骤41，在第一非限制性变形实施例中，控制逻辑4首先根据3个桥臂的3个模数mod1、mod2和mod3之间的次序关系，在3个桥臂中选择两个可以禁止的桥臂，在非限制性的示例中，所述次序关系为比较结果。因此，根据3个模数的比较结果，选出的两个桥臂是模数mod_M最高的桥臂和模数mod_m最低的桥臂，在不禁止其他臂的情况下不能禁止对应于中间模数的桥臂，因此能产生平均的设定电压向量原因在于仅存在一个活动控制向量和一个惯性向量。

在第二非限制性变形实施例中，控制逻辑4根据3个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*之间的比较结果选择能禁止的两个桥臂，因为无论所述方法何时计算所述模数(这里为交策略或重心策略)，3个模数之间的次序关系与3个标量电压设定值之间的次序关系相同，原因在于在模数和对应的标量电压设定值之间存在关系。选出的两个桥臂是标量电压设定值最大的桥臂和标量电压设定值最小的桥臂。

对于剩下的步骤，针对第一变形来说。

在步骤42，控制逻辑4从刚才选出的两个臂中选择将要禁止的桥臂。其首先确定模数mod_M最大的桥臂的相电流I_M，其次确定模数mod_m最小的桥臂的相电流I_m。为了确定将要禁止的桥臂，控制逻辑4比较所述相电流I_M和I_m的绝对值。其禁止相电流的绝对值最大的的桥臂。如果这样对应于模数mod_M最大的桥臂，则将该臂禁止在高状态。如果对应于模数mod_m最小的桥臂，则将该臂禁止在低状态。

在步骤43，控制逻辑4根据比较结果，确定需要注入模数mod1、mod2和mod3的中性量V_n0。

在模数mod_m最小的相电流I_m的绝对值大于模数mod_M最大的相电流I_m的绝对值的情况下，则控制逻辑4确定的中性量V_n0等于第二最小值Min减去最小的模数mod_m。中性量V_n0＝Min-mod_m。在所列举的非限制性示例中，第二最小值Min等于-1。

在相反的情况下，控制逻辑4确定的中性量V_n0等于第一最大值Max减去最大的模数mod_M。中性量V_n0＝Max-mod_M。在所列举的非限制性示例中，第一最大值Max等于+1。

通过增加该确定的中性量V_n0来平移模数mod1、mod2和mod3，以禁止臂。

此外，根据第一非限制性变形，如果最小的模数mod_m的相电流的绝对值|I_m|等于最大的模数mod_M的相电流的绝对值|I_M|，则中性量V_n0等于-1-mod_m。图2图示了该第一变形。

根据第二变形，如果最小模数mod_m的相电流的绝对值|I_m|等于最大模数mod_M的相电流的绝对值|I_M|，则中性量V_n0等于1-mod_M。

在步骤44，控制逻辑4确定至少一个简单载波40。该简单载波40是周期等于调制周期的信号。控制逻辑4还可以确定与现有桥臂数量一样多的简单载波。在这种情况下，桥臂的每个模数与对应的载波比较。这些载波可以彼此不同。

在图2的示例中，控制逻辑4为3个桥臂确定单个简单载波。该载波40是三角形波，从而符合模数和逆变器1控制周期Ts内在对应臂上产生的脉冲平均值之间的线性。在图4所采用的示例中，这种三角形波在分别用作顶点和基底的第一最大值Max，即1和第二最小值，即-1之间取值。在非限制性实施例中，简单载波40是等腰三角形波。此外，优选顶点朝上，即顶点位于第一最大值Max＝+1，而基底位于第二最小值Min＝-1处。

在另一种实施例中，该简单载波40可以为任何三角形，除了脉冲宽度外，能改变所述脉冲在调制周期中的位置以及所述脉冲的极性(顶点朝下)。

在另一种实施例中，载波40还可以是一串三角形波，其周期为逆变器1的调制周期Ts。

载波40还可以是顶点朝下的三角形波，即顶点位于第二最小值Min＝-1，而基底位于第一最大值Max＝+1。

还应该注意，当逆变器用于扩展逆变器输出电压的频谱时，调制周期Ts不是必然恒定，从而载波的周期也不是必然恒定。该频谱扩展改变了多相负载3产生的声学噪音。

如将在图4中所述(更多细节，参见以下与单个载波相比的段落)，控制逻辑4将载波40与三个平移了中性量V_n0的模数相比。根据比较结果，控制逻辑在步骤45确定用于逆变器1的3个桥臂每一个的指令次序SC(更具体地说，确定一串控制向量的指令次序的组合)，从而产生平均的设定电压向量该向量将由所述逆变器1施加到负载3上，以控制所述负载。

所述指令次序是用于桥臂开关的切换函数SC。

因此，通过在新的平移模数之间进行简单的交叉，这种移动中性量

的技术降低了逆变器在损失方面的压力。逆变器1上的这种压力降低限制了切换损失。这是因为该技术能禁止桥臂。

控制逻辑4将步骤45确定的指令次序应用于逆变器1。

相对于设定电压向量

确定被禁止的臂

在第二实施例中，相对于设定电压向量

确定需要禁止的桥臂，更具体地说，相对于设定电压向量在定子基准框架的其中一个角度扇区SA中的扇区位置来确定需要禁止的桥臂。在这种情况下，为了确定需要禁止的桥臂，控制逻辑4实施步骤50至55。

在这种情况下，定子基准框架细分成如图3所示的角度扇区SA。每个角度扇区的顶点位于定子基准框架的中心，并形成60°的角。每个活动控制向量将每个角度扇区切分成两个相等的部分。定子基准框架包括6个角度扇区SA。第一角度扇区SA1被控制向量切分成两个相等的部分，以此类推，直到第六角度扇区SA6，其被控制向量切分。

在步骤50，控制逻辑4相对于设定电压向量

确定需要禁止的桥臂。在步骤51，控制逻辑4确定设定电压向量

在定子基准框架的角度扇区中的扇区位置。设定电压向量

在定子基准框架中的扇区位置确定需要禁止的桥臂处于高状态还是低状态。

应该注意，禁止桥臂意味着将所述桥臂保持在给定状态。换句话说，所述桥臂的开关的状态保持不变。该臂不进行切换。

桥臂的高状态或低状态限定了所述桥臂的哪两个开关导通。高状态和低状态一般根据使用方便来限定。在非限制性实施例中，当位于逆变器每个桥臂顶部的开关闭合时，限定为高状态。当相同的开关打开时，限定为低状态。获知桥臂两个开关其中之一的状态，自动给出所述桥臂另一个开关的状态，因为它们在这里互补式工作。需要禁止的桥臂取决于设定电压相连

在定子基准框架的角度扇区SA中的扇区位置，如下所述：

如果设定电压向量

处于第一角度扇区SA1中，则将第一臂B1禁止在高状态；

如果设定电压向量

处于第二角度扇区SA2中，则将第三臂B3禁止在低状态；

如果设定电压向量

处于第三角度扇区SA3中，则将第二臂B2禁止在高状态；

如果设定电压向量处于第四角度扇区SA4中，则将第一臂B1禁止在低状态；

如果设定电压向量

处于第五角度扇区SA5中，则将第三臂B3禁止在高状态；

如果设定电压向量

处于第六角度扇区SA6中，则将第二臂B2禁止在低状态。

在步骤52中，控制逻辑4根据设定电压向量

在定子基准框架的角度扇区SA中的位置，确定需要注入模数mod1、mod2和mod3中的中性量V_n0。

当桥臂Bj禁止在高状态时，则控制逻辑确定中性量V_n0＝Max-modj。当桥臂Bj禁止在低状态时，则控制逻辑确定中性量V_n0＝Min-modj。在示例中，Max＝+1而Min＝-1。

在步骤53，控制逻辑4将模数mod1、mod2和mod平移该中性量V_n0。这种平移是将中性量V_n0添加到mod1、mod2和mod3上。

因此，例如，如果第一臂B1被禁止在高状态，则需要添加到模数mod1、mod2和mod3上的中性量V_n0等1-mod1。这样，为mod1获得的值为+1，为mod2获得值为mod2+1-mod1，而为mod3获得的值为mod3+1-mod1。

在步骤54，控制逻辑4确定至少一个载波40。该载波是简单载波。

其具有与前面的段落“相对于电流向量位置确定被禁止的臂”所述相同的特性。

正如将在图4中所述(更多细节参见以下所述的与简单载波比较的段落)，控制逻辑4将该载波与3个平移了中性量V_n0的模数相比较。

根据比较结果，控制逻辑4在步骤55为逆变器1的3个桥臂每一个确定控制次序(更特别是确定一串控制向量的控制次序组合)，从而产生需要由所述逆变器1施加到负载3上以控制所述负载的平均设定电压向量

所述控制次序是桥臂开关切换函数SC。

控制逻辑4将步骤55所确定的、对应于所产生的控制次序的一串控制向量施加到逆变器1。

因此，移动中性量V_n0的技术能通过在新平移的模数之间进行简单交叉而降低逆变器在损失方面的压力。这种逆变器1压力降低限制了切换损失。这是因为该技术能禁止桥臂。

与简单载波比较

本段详细说明使用简单载波来确定需要发送到逆变器桥臂的控制次序。该简单载波是周期为调制周期的信号。控制逻辑4还可以确定与桥臂数目一样多的简单载波。在这种情况下，桥臂的每个模数与对应的简单载波比较。这种简单载波可以彼此不同。

在图4的示例中，控制逻辑4为3个桥臂确定单个简单载波。该简单载波40是三角形波，从而符合模数和逆变器1控制周期Ts中对应臂上产生的脉冲均值之间的线性。在图4所例举的示例中，该三角形波取值介于分别用作顶点和基底的第一最大值，即等于1和第二最小值，即等于-1之间。在非限制性实施例中，该简单载波40是等腰三角形。此外，非限制性地来说，顶点指向上，即顶点位于第一最大值Max＝+1而基底位于第二最小值Min＝-1。

在另一种实施例中，载波4可以是任何三角形，除了脉冲宽度之外，能改动所述脉冲在调制周期内的位置以及所述脉冲的极性(顶点指向下)。

在另一种实施例中，载波40还可以是一串三角形波，其周期为逆变器1的调制周期Ts。

载波40还可以是顶点指向下的三角形波，即顶点位于第二最小值Min＝-1，且基底位于第一最大值Max＝+1。

应该注意，在使用逆变器扩展逆变器1输出电压的频谱时，调制周期Ts不是必须恒定，从而载波的周期也不是必须恒定。该频谱扩展改变了多相负载3所产生的声学噪音。

图4示出了简单载波40和3个平移了中性量V_n0的模数mod1、mod2和mod3之间的比较。

在图4中，第一时序图的X轴表示时间，Y轴表示标准化的电压值，剩余三个时序图的X轴表示时间，Y轴分别表示3个桥臂各自的切换函数SC。

在图4的示例中，模数mod1是为桥臂B1计算得出的，模数mod2是为桥臂B2计算得出的，而模数mod3是为桥臂B3计算得出的。

模数mod3在图4的示例中是3个模数中最小的模数，而模数mod1最大。最大的模数mod_M等于模数mod1。在这种情况下，控制逻辑4禁止桥臂B1，因为电流I1的绝对值高于电流I3的绝对值。因此，需要增加到模数中的中性量V_n0＝1-mod1。禁止在高状态的桥臂B1的平移模数等于+1。

禁止在高状态的桥臂B1与三角形载波40的交叉部不是一段时间间隔(在载波顶点上，位于三角形载波与模数mod1+Vn0的交点处)，而是在一点相交，如图4所示。因此，桥臂1不改变状态。

载波40和平移模数之间的比较能限定一串需要施加到逆变器上的控制次序SC。因此，平移模数和载波40的交叉部在需要切换的桥臂B2和B3每一个上限定了脉冲指令类型(上升沿：高开关闭合，低开关打开；下降沿：高开关打开，低开关闭合)。因此，控制逻辑4通过一串控制向量来控制逆变器。

根据所述六边形的扇区中设定电压向量的分解情况，控制逻辑4选择适当的惯性向量。在图4的示例中，选择的惯性向量为向量V7。

因此，在t0时刻，将桥臂B1禁止在高状态，其平移了中性量V_n0的模数为位于+1的水平直线。在t0时刻，桥臂B2和B3的平移模数位于载波40外侧，即不与所述载波相交，因此位于由该载波形成的三角形的表面外侧。这两个桥臂的开关处于高状态。在该间隔中，对应的切换函数等于+1。因此，这两个臂保持在高状态。因此，它们不改变状态。

在t1时刻，模数mod3+V_n0与载波40的其中一个侧边接触。控制逻辑4向桥臂B3发送控制次序SC。该控制次序切换桥臂B3。桥臂B3改变状态，因此变成低状态。

在t2时刻，模数mod2+V_n0与载波40其中一个侧边接触。控制逻辑4向桥臂B2发送控制次序SC。该控制次序切换桥臂B2。因此桥臂B2改变状态，变成低状态。

在t2到t3的间隔中，模数mod2+V_n0位于载波40的三角形内，即不与所述载波相交，并位于所述载波形成的三角形表面内侧。在整个这个期间，桥臂B2保持在低状态。

在t3时刻，模数mod2+V_n0再一次与载波40的另一个侧边接触。从这一时刻起，控制逻辑4向桥臂B2发送控制次序SC。该控制次序将桥臂B2切换到高状态。

在t1到t4的间隔内，模数mod3+V_n0位于载波40的三角形内。在整个这个期间，桥臂B2保持在低状态。

在t4时刻，模数mod3+V_n0再一次与载波40另一个侧边接触。从这一时刻起，控制逻辑4向桥臂B3发送控制次序SC。该控制次序将桥臂B3切换到高状态。

应该注意，借助模数和三角形符号之间的相交部的方法建立控制次序SC，意味着逆变器的控制次序SC为两状态类型。而且，根据模数的值，所产生的脉冲宽度可变。因此，这是一种脉宽调制，因此是逆变器的一种MLI控制。这也是在图4中所看到的情况。

最后，本发明的方法在不变模式和动态模式中都能工作。这是因为在动态模式下工作时，没有注意相电流随着时间的变化。仅在一瞬间观察它们。因此，这种作用是离散的。

Claims (18)

1.一种控制功率桥(1)的方法，所述功率桥控制包括若干相的电气负载(3)，所述功率桥(1)经由若干臂(B1、......B3)连接到电气负载(3)，每相至少一个臂，且所述功率桥通过切换函数(SC1、SC2、SC3)进行控制，所述切换函数确定用于控制所述负载的控制向量所述控制向量

细分成惯性控制向量和活动控制向量

所述方法包括应用产生所述切换函数的方法，产生对应于惯性控制向量的数目减少的切换函数组合，以产生一串控制向量，其特征在于，所述产生切换函数的方法包括：根据次序关系选择至少两个能被禁止的桥臂的步骤；和在所述功率桥(1)整个调制周期(Ts)中禁止所述至少两个能被禁止的桥臂其中之一的步骤。

2.如权利要求1所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所述产生切换函数的方法包括从标量电压设定值(V1*、V2*、V3*)确定与所述桥的每个臂(B1、B2、B3)关联的模数(mod1、mod2、mod3)的步骤。

3.如权利要求2所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，根据相交策略确定模数。

4.如权利要求2所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，根据重心策略确定模数。

5.如权利要求2至4任一项所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所述次序关系是与所述桥臂(B1、B2、B3)关联的所述模数(mod1、mod2、mod3)之间的比较结果。

6.如权利要求2至4任一项所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所选出的桥臂对应于模数最大(mod_M)和模数最小(mod_m)的桥臂。

7.如权利要求2至4任一项所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，需要禁止的桥臂从所述选出的桥臂中选择，并且是分别对应于与桥臂(B1、B2、B3)关联的模数(mod、mod2、mod3)当中模数最大(mod_M)和模数最小(mod_m)的相电流中，相电流(I_M、I_m)绝对值最大的桥臂。

8.如权利要求7所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，如果需要禁止的桥臂对应于模数最大的桥臂，则将该桥臂禁止在高状态，而如果需要禁止的桥臂对应于模数最小的桥臂，则将该桥臂禁止在低状态。

9.如权利要求2至4任一项所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所述产生切换函数的方法还包括根据需要禁止的桥臂的高状态和低状态来确定需要增加到模数的中性量(V_n0)的步骤。

10.如权利要求9所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，

如果需要禁止的桥臂(Bj)处于高状态，则所述中性量(V_n0)等于第一最大值(Max)减去与该臂关联的模数(V_n0＝Max-modj)；和

如果需要禁止的桥臂(Bj)处于低状态，则所述中性量(V_n0)等于第二最小值(Min)减去与所述臂关联的模数(V_n0＝Min-modj)。

11.如权利要求9所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所述产生切换函数的方法包括将平移了中性量的模数与简单载波比较的步骤，模数与每个桥臂关联，所述比较结果限定了用于控制所述桥的切换函数(SC)。

12.如权利要求11所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所述简单载波是等腰三角形波，其包括位于最大值(Max)的顶点和位于最小值(Min)的基底。

13.如权利要求2至4任一项所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所述禁止桥臂的步骤取决于控制向量

确定的平面域中设定电压向量

的位置，从标量电压设定值(V1*、V2*、V3*)确定的所述设定电压向量

14.如权利要求13所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，在定子基准框架中确定所述平面域，所述定子基准框架细分成角度扇区(SA)，且所述将桥臂禁止在高状态还是低状态的步骤取决于所述设定电压向量

在其中一个角度扇区(SA)中的位置。

15.如权利要求14所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，

如果所述设定电压向量

位于第一角度扇区(SA1)中，则将第一臂(B1)禁止在高状态；

如果所述设定电压向量

位于第二角度扇区(SA2)中，则将第三臂(B3)禁止在低状态；

如果所述设定电压向量位于第三角度扇区(SA3)中，则将第二臂(B2)禁止在高状态；

如果所述设定电压向量

位于第四角度扇区(SA4)中，则将第一臂(B1)禁止在低状态；

如果设定电压向量

位于第五角度扇区(SA5)中，则将第三臂(B3)禁止在高状态；

如果设定电压向量位于第六角度扇区(SA6)中，则将第二臂(B2)禁止在低状态。

16.如权利要求1至4任一项所述的控制功率桥(1)的方法，其特征在于，所述禁止桥臂的步骤取决于电流向量

17.一种用于控制功率桥的设备，所述功率桥经由总线(2)连接到电气负载(3)，用于实施权利要求1至16任一项所述的方法，其特征在于，所述设备包括控制逻辑(4)，所述功率桥连接到所述控制逻辑(4)，所述控制逻辑(4)实施所述方法。

18.一种旋转电气设备，包括：

多相电气负载(3)；

电压源(5)；

功率桥，其经由总线(2)连接到所述电气负载(3)下游，并连接到所述电压源(5)上游；

解耦电容(7)，其与所述总线(2)平行设置；和

如权利要求17所述控制所述功率桥的设备。

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