CN101375492A - 多相电压转换器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动电力桥(1)的方法，该电力桥用于控制多相位电负载(3)，并经由多个臂可连接到所述电负载(3)，并且可由开关函数驱动，该开关函数确定续流控制矢量并对控制负载起作用。本发明的方法包括选择第一开关函数产生方法，该方法产生与续流控制矢量相对应的开关函数的数量减少的组合，或选择第二开关函数产生方法，该方法产生仅与有效控制矢量相对应的开关函数的组合，其中所述方法根据给定的参考电压矢量被限定并使用所述选出的用于从产生的开关函数的组合中产生一系列控制矢量。

Description

多相电压转换器控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制电力桥的方法，该电力桥被设计为控制包括多相的电负载，该电力桥被设计为经由多个臂连接到电负载，每相至少一臂，并且该电力桥被设计为受开关函数控制，该开关函数确定用于控制负载的控制矢量，所述控制矢量细分为续流控制矢量和有效控制矢量。

本发明非排它地在汽车领域和航空领域具有特别有用。

本发明还涉及一种实施控制电力桥的所述方法的装置和一种包括该装置的旋转电机。

背景技术

通常多相电压电力桥用于驱动多相电负载。这些电负载例如是诸如交流发电机-起动机(alternator starter)的可逆机器。电桥上游连接到DC电源且下游连接到多相负载的相绕组。电力桥在马达模式中由DC电源供应能量而在交流发动机模式中由交流发电机-起动机供应能量。

电力桥包括多个桥臂，每个桥臂例如包括两个设置有续流二极管的开关。这种类型的电桥是两电平电桥。同一桥臂上的每对开关的中点连接到负载的相绕组。控制逻辑电路使得可以控制同一桥臂上的开关。

当前能够产生桥臂上的开关的多种组合，对此可以与逆变器(inverter)的输出电压的矢量表示相关联，这可称为电力桥的控制矢量。这些控制矢量包括有效矢量(active vector)和续流矢量(freewheeling vector)。

现有技术中，各种类型的技术已经公知用于控制多相逆变器，其中的一篇文献是:A.M.Hava，R.J.Kerkman and T.A.Lipo，“A high performancegeneralized discontinuous pwm algorthim”，IEEE Trans.on Industry ApplicationsVol.34(No.5)September/October 1998。该文献描述了特别地使用不连续脉冲宽度调制策略的控制技术，一方面控制电力桥的下游部分且另一方面控制电桥自身。

这些控制技术分别通过在一个电周期上使电力桥的多个桥臂中的一个受到约束。为此，根据采用的脉冲宽度调制策略，对负载的相中的每个电压-电流相差确定中性量(a quantity of neutral)。对于负载的各相，确定调制量并通过增加中性量而平移该调制量。对于这些控制技术，当桥臂的调制量在+1或-1处饱和时，该桥臂受到约束。

这样的控制技术具有缺点。这是因为系统不处于永久模式中时，不可能确定增加到调制量中的中性量。此外，在永久模式中，中性量要么依次地(inline)计算，但这需要相当长的计算时间；要么列表计算，但这将引起内存的大量消耗。

此外，对于引用的现有技术中的这些控制技术，对多相负载中电压-电流相差的认识是必须的。然而，非常难于实现该相差的计算和测量。

同样地，这些技术的数值建立(implantation)造成实施问题。这是因为在它们建立期间，首先需要考虑多相负载的许多功能点(例如马达、交流发电机、具有交流发电机-起动机的不同速度和扭矩的起动机)，以便使用相应的优选中性量；并且其次要考虑与每个使用的中性量相对应的不同策略。因而使数值建立有效的算法冗长而难于实现。

此外，当前根据文献：Falker Renken，“Analytical Calculation of theDC-Link Capacitor Current for Pulsed Three-Phase Inverters”，proceedings ofE.P.E.Power Electronics and Motion Control，Riga，Latvia，2004，为了在电力桥的上游侧上稳定电压，所述电桥在上游包括去耦电容器。该去耦电容器对电力桥的经历高度不连续性的输入电流进行滤波。该去耦电容器具有大电容量用于使电力桥的输入电压保持恒定并防止振荡效应。去耦电容器的实际尺寸非常大。因而该去耦电容器造成在受限的空间中应用的空间需求问题。

去耦电容器中的有效电流表示源电流在其均值附近的纹波(ripple)。在现有技术中，观察到源电流经常在零值附近跳动，因而导致巨大的纹波。当前，在现有技术中，没有措施能够减小去耦电容器的有效电流以便减小这些纹波。

因而，介绍的控制技术既不能够允许减少逆变器的开关损耗，也不能减少去耦电容器中的有效电流。

发明内容

确切地说，本发明的目的是改善上述技术的缺点。为此，本发明意图改进现有的逆变器控制技术，以便使电力桥的桥臂中的开关损耗最小化，减少滤波电容器(filtering capacitor)中的有效电流，并从而稳定电力桥上游的电压，同时保持对电力桥下游的多相负载的控制。

更确切地，本发明的第一个目的涉及一种控制电力桥的方法，所述方法包括步骤:

-选择产生开关函数的第一方法或产生开关函数的第二方法，该第一方法产生与续流控制矢量相对应的开关函数的数量减少的组合，该第二方法产生仅与有效控制矢量相对应的开关函数的组合，所述这些方法根据给定的设定电压矢量被限定，并包括根据标量电压设置值确定与电桥的每个臂相关联的调制量的步骤；和

-应用所选的产生开关函数的所述方法，以根据产生的开关函数的组合来产生一系列控制矢量。

如以下将详细了解到，本发明意图尽可能地不使用零矢量或续流矢量。这是因为，当实施本发明时，所显现出的进入电力桥的电流在零处跳动的事实，是由于在控制多相负载中使用续流矢量而导致的。设定电压矢量之后在由有效控制矢量形成的六边形的部分中被分解。通过设定电压矢量的矢量位置，从其可以推导出平移的调制量是与单载波进行比较还是与双载波进行比较。根据该比较可推导出电力桥的桥臂的控制命令。双载波的使用确保在六边形的特定区域中不使用续流矢量。因而减少了所述续流矢量的使用。

因而，实际上，该第一方法使得可以将桥臂约束在给定状态，并因为其中的一个臂不再切换任何电流，从而减少开关损耗。该第二方法还使得可以限制去耦电容器中的有效电流。

根据非限制性实施例，根据本发明的方法包括下列附加特征:

-对产生开关函数的方法的选择是基于设定电压矢量在由控制矢量限定的平面区域(zone)的范围中的位置做出的，该设定电压矢量由标量电压设定值确定。因而，通过将六边形划分为多个子部分，在两个前述方法中选择出优化的方法，同时确保产生用于下游电负载的正确控制所必须的设定电压矢量的平均值。

-该平面域划分成第一区域和第二区域，其中，如果设定电压矢量定位在该第一区域中，那么选择产生开关函数的第一方法，而如果设定电压矢量定位在该第二区域中，那么选择产生开关函数的第二方法。因而，通过将六边形仅划分为两个部分，简化了设定电压矢量在区域中的定位。

-该平面域划分为第一区域、第二区域和第三区域，其中，如果设定电压矢量定位在该第一区域中，那么选择产生开关函数的第一方法。因而，通过将六边形划分为三个部分，检测给定电压矢量所处的区域稍加复杂，但是损耗的减少更多。

-该平面域划分为第一区域、第二区域和第三区域，其中，如果设定电压矢量定位在该第二区域或第三区域中，那么选择产生开关函数的第二方法。

-产生开关函数的方法包括将平移有中性量的调制量与载波进行比较的步骤，该调制量与每个臂相关联，所述比较限定用于控制所述电桥的开关函数。因此，平移的调制量与载波的比较方法使得可以容易且快速地限定将控制逆变器的开关函数的改变。此外，这是一种可用在专用于电机控制的信号处理器的方法。

-产生开关函数的方法是产生开关函数的第一方法，且该载波是单载波。因而，单载波易于实施并且通常它自然地出现在专用的电机控制处理器中。

-产生开关函数的方法是产生开关函数的第二方法，且该载波是双载波。因而，双载波使得可以改变设定电压矢量的分解三角形，并且在六边形的确定范围中可导致不使用续流矢量。直接结果是源电流在其均值附近的纹波的减少，且从而减少去耦电容器中的有效电流。

-双载波包括两个单载波，并且其中至少一个调制量仅与双载波中的一个载波进行比较。

-单载波是等腰三角形，包括位于最大值处的顶点和位于最小值处的底。因而，等腰三角形载波类型的波形确保了控制脉冲集中在斩波半周期附近，已公知这减小了负载中相电流的谐波失真的程度。

-调制量根据相交(intersective)策略确定。因而，通过相交类型的策略对调制量的计算是最普通的，因为存在可容易获得的信号处理器上的简单关系。

-调制量根据重心(barycentric)策略确定。大量电流变换器已经以此方式计算了调制量。于是有可能自然地且快速地使该方法适用于现有控制逻辑电路。

-产生开关函数的方法还包括在电力桥的整个斩波周期中约束桥臂的步骤。因而，如果在斩波周期中，已经导致桥臂作开关动作，那么桥臂的约束使得可以获得在其中引起的开关损耗。通过在确定的区域中选择能受约束的桥臂，作出优化的选择使得可以具有开关损耗形式的最大增益，其中该桥臂的电流绝对值最大。

-平面域在定子参考系中限定，所述定子参考系被分为多个成角部分，并且其中产生开关函数的方法还包括：根据设定电压矢量在其中一个成角部分中的位置来确定桥臂约束在高状态还是低状态的步骤。

-因此，

-如果设定电压矢量位于第一成角部分中，那么该第一臂被约束在高状态；

-如果设定电压矢量位于第二成角部分中，那么该第三臂被约束在低状态；

-如果设定电压矢量位于第三成角部分中，那么该第二臂被约束在高状态；

-如果设定电压矢量位于第四成角部分中，那么该第一臂被约束在低状态；

-如果设定电压矢量位于第五成角部分中，那么该第三臂被约束在高状态；

-如果设定电压矢量位于第六成角部分中，那么该第二臂被约束在低状态。

-第二区域确定多个内部三角形，并且其中产生开关函数的方法还包括:根据设定电压矢量在其中一个内部三角形中的位置来确定桥臂将被约束在高状态还是低状态的步骤。

-因此，

-如果设定电压矢量位于第一内部三角形中，那么该第一臂被约束在高状态；

-如果设定电压矢量位于第二内部三角形中，那么该第三臂被约束在低状态；

-如果设定电压矢量位于第三内部三角形中，那么该第二臂被约束在高状态；

-如果设定电压矢量位于第四内部三角形中，那么该第一臂被约束在低状态；

-如果设定电压矢量位于第五内部三角形中，那么该第三臂被约束在高状态；

-如果设定电压矢量位于第六内部三角形中，那么该第二臂被约束在低状态。

-产生开关函数的方法还包括根据次序关系，选择至少两个能够被约束的桥臂的步骤。因而，在两个将被约束的桥臂中存在选择，并且还将可以使用双载波系统用于减小去耦电容器中的有效电流。

-该次序关系是在与桥臂相关联的调制量之间的比较。

-被选择的桥臂与具有最重要调制量和最不重要调制量的桥臂相对应。

-将被约束的桥臂从所选桥臂中选出，并且该将被约束的桥臂是具有相电流中的最大相电流绝对值的那个桥臂，该相电流分别与和桥臂(B1、B2、B3)相关联的调制量(mod1、mod2、mod3)中的最大调制量(mod_M)和最小调制量(mod_m)对应。因而，调制量之间的次序关系的建立和电流的绝对值的比较是易于在信号处理器中进行的基本计算。实际上，它们使得可以精确确定将被约束的优选桥臂，以便最大程度的免去开关损耗。

-如果将被约束的桥臂是与最大调制量对应的桥臂，那么该桥臂约束在高状态；而如果将被约束的桥臂是与最小调制量对应的桥臂，那么该桥臂约束在低状态。

-产生开关函数的方法还包括根据将被约束的桥臂在高状态还是低状态来确定将增加到调制量中的中性量的步骤。

-因而，

-如果将被约束的臂在高状态，那么中性量等于第一最大值减去与所述臂相关联的调制量；并且

-如果将被约束的臂在低状态，那么中性量等于第二最小值减去与所述臂相关联的调制量。

-本发明的第二个目的涉及一种用于控制电力桥的装置，该电力桥被设计为经由总线连接到电负载，用于实施根据上述特征中任一项所述的方法，其特征是，该装置包括控制逻辑电路，该电力桥被设计为连接到控制逻辑电路，该控制逻辑电路实施所述方法。

-本发明的第三个目的涉及一种旋转电机(rotary electrical machine)，包括：

-多相电负载；

-电压源；

-被设计为经由总线下游连接到电负载而上游连接到电压源的电力桥；

-与总线并联设置的去耦电容器；和

-根据第二个目的的用于控制电力桥的装置。

该去耦电容器靠近电力桥设置，并具有低电容量。

附图说明

通过阅读以下说明和分析所附附图将更好地理解本发明。这些通过指示而给出并且决不限制本发明。附图示出了：

图1a：实施根据本发明的方法的装置的示例；

图1b：在图1a的方法中使用的定子参考系的表示图；

图2a：在第一实施例中，根据本发明的方法的步骤的示例；

图2b：在图2a的第一实施例中使用的定子参考系的表示图；

图2c：在图2a中的第一实施例的步骤中使用的设定电压矢量的矢量位置的表示图；

图3a：在第二实施例中，根据本发明的方法的步骤的示例；

图3b：在图3a中的第二实施例的定子参考系的表示图；

图4：根据本发明的方法，调制量和三角形形式的单载波之间的比较的示例；以及

图5：根据本发明的方法，调制量和三角形双载波之间的比较的示例。

具体实施方式

图1A示出了多相电力桥1，该多相电力桥上游连接到DC总线2且下游连接到多相负载3，并且由控制逻辑电路4产生的控制矢量控制。当相关联的负载在马达模式中运行时，电力桥1是被设计为将DC电压转换成多个正弦电压的电装置，每个相一个正弦电压。于是该电力桥被称为逆变器(inverter)。在交流发电机(发电机)模式中，电力桥将正弦相电压转换成DC电压，以便为用电设备供电，例如电池。于是该电力桥被称为受控的桥式整流器。电力桥1包括多个桥臂(未示出)。每个桥臂包括多个可电控的开关(switch)INT。

换句话说，该逆变器是DC到AC的转换器。在交流侧放置有多相负载。在DC侧具有DC总线。给多相负载供应能量是必须的，该能量必须来自DC总线(马达模式)。在交流发电机模式中，是多相负载将能量供应到DC总线。因而，该多相负载是可逆的能量源，其一个特征是在其端子处的DC电压。

对于余下的描述，以两电平三相电力桥(two-level three phase powerbridge)作为非限制性例子，并已知其可以由其它类型的现有电力桥替换，例如作为非限制性例子的三电平三相逆变器，于是具有三个可得到的续流矢量。

在余下的描述中，采用电力桥是逆变器的情况。自然地，对逆变器的余下描述所述的所有内容也可应用于桥式整流器，除了逆变器和桥式整流器之间具有的以上刚刚提及的不同点。

那么，逆变器1是控制负载3的三相逆变器。因此该逆变器包括三个桥臂B1、B2和B3。在非限制性例子中，每个桥臂包括两个设置有续流二极管的电流形式的双向开关INT。例如，第一臂包括高开关INT11和低开关INT12，第二臂包括高开关INT21和低开关INT22，并且第三臂包括高开关INT31和低开关INT32。

DC总线2包括DC电压源5。在优选的例子中，该DC电压源5是电池或整流网络。该电压源5为逆变器1供电。在图1a的例子中，装置6特别是连接线路和/或用电设备，该装置与电压源5串联和/或并联连接。其中，在机动车辆的情况下，这些用电设备可以是前灯、收音机、空调，这种列举不是详尽完备的。

DC总线2还包括与电压源5并联连接的去耦电容器7。该电容器7优选地尽可能靠近逆变器1设置。这减少了电容器和开关之间的线路电感。以此方式，避免了开关在开关动作时的过电压增加并因此而损坏开关。

电容器7优选为低电容量。如将在下文描述中详细了解到，这是由于双载波策略(double-carrier strategy)。与现有技术的去耦电容器的电容量相比，电容器7的电容量优选地减少25％。在非限制性实施例中，电容器7的电容量对于连接线路上大约10微亨的漏电感和对于36伏18毫欧的电池大约为500微法。电容器7中的电流表示源电流的纹波部分。电容器7的功能是对进入逆变器的源编码进行滤波。这使得电压源5仅将所述源电流的均值传送给逆变器1。因而，由于获得了低电容量的电容器，故不需要使用对单位体积具有大电容量的诸如电化学电容器这样的电容器，这些电容器展现出可靠性的缺乏，特别是在高温或潮湿的环境中。此外，这由此避免了使用具有昂贵技术的电容器。

组合DC总线2和逆变器1的设备被设计为供应负载3的运行所需能量。逆变器1用于驱动负载3。在非限制性例子中，负载3可以是异步或同步逆变器等。逆变器1的同一桥臂上的每对开关的中点连接到负载3的一个相。

如以下将详细地了解到，逆变器1通过控制逻辑电路4而受到脉冲宽度调制控制，该脉冲宽度调制通常称为PWM(PWM的英文是“Pulse WidthModulation”)。这种类型的控制使得可以具有可变频率和可变电压电平的电压供应。因此可适于电负载的每个特定的运行状态(例如，如果在交流发电机模式中，需要供应一定量的电力用于为用电设备供电并且以给定速度旋转，这将需要具有给定标准(norm)的电压矢量)、负载中电流的值和它们的频率。因而，PWM控制使得可以精确地控制负载。

为了控制多相逆变器，控制逻辑电路4限定逆变器1的所有开关的断开或闭合状态。非限制性地，控制逻辑电路4使得可以以互补的方式控制同一桥臂上的开关。这使得可能避免使电源处于短路。

同一桥臂上的开关的相反控制和开关的有限数量意味着桥臂开关的可能的配置数量是有限的。

对于两电平三相逆变器1，可以产生桥臂开关的八种不同配置。这八种配置中的每一种，可以与逆变器的输出电压的矢量表示相关联，输出电压将被称为逆变器的控制矢量。这些控制矢量还称为逆变器的输出矢量。

控制矢量是表示施加到负载3的实际电压的合量形式(resultant)的数学表示。在这些配置中，六种配置是有效状态

至

，其与固定的控制矢量的幅值对应并通过相位区分；而两种配置是称为续流状态的

和

，对于这两个配置，控制矢量的幅值是0且其相位()未被限定。应注意到，有效矢量的相位限定为定子参考系(在以下详细限定)的α轴和相应有效矢量之间的定向角度。因而

的相位等于0，

的相位等于60°，等。

在非限制性实施例中，由控制逻辑电路4产生的控制矢量包括与负载3所具有的相位一样多的开关函数(switching function)SC。在以互补控制的两电平三相位逆变器作为例子的情况下，一个控制矢量有三个开关函数SC。

由控制逻辑电路4产生的控制矢量可用图1b所示的定子参考系表示。该定子参考系是与定子相关的固定轴线(α，β)的参考系。轴线α是水平的而轴线β是垂直的。轴线α与轴线β相夹90°。在优选的例子中，控制矢量

位于轴线α上。有效控制矢量

至的端部形成六边形。六边形的中心在其每个顶点处通过有效控制矢量连接。在非限制性实施例中，有效控制矢量至

彼此相夹60°。因而，六边形被分成六个有效部分SH，每个有效部分通过两个相邻的有效矢量形成，且在六边形的中心处具有其中心。

在一个例子中，第一部分SH1通过控制矢量

和表示，依此类推，直到第六部分SH6，其由控制矢量

和表示，在所用例子中，每个矢量具有三个开关函数SC。

具有零幅值的续流控制矢量

和

在轴线α和轴线β的位置处相交。轴线α和轴线β的交点处于定子参考系的中心，也是六边形的中心。

因而，在一个例子中，所述矢量的开关函数SC在下表中示出。开关函数SC的组合和相关联的控制矢量之间具有对应性(correspondence)。

“0”相应于闭合桥臂的低开关的命令和断开同一桥臂的高开关的命令；并且“1”相应于断开桥臂的低开关的命令和闭合同一桥臂的高开关的命令。

例如，如果SC1＝1，SC2＝0且SC3＝0，那么第一臂B1的高开关INT11闭合，第一臂B1的低开关INT12断开，第二臂B2的高开关INT21断开，第二臂B2的低开关INT22闭合，并且最后第三臂B3的高开关INT31断开，第三臂B3的低开关INT32闭合。

可控制逆变器的开关的控制逻辑电路4通常以集成电路的形式制造。在如图1a所示的一个例子中，该控制逻辑电路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、程序存储器9和输入输出接口10通过总线11互连。

实际上，当动作由装置引起时，这是通过装置的微处理器执行的，该微处理器由记录在装置的程序存储器中的指令代码控制。控制逻辑电路4就是这样的装置。

程序存储器9分为多个区域，每个区域与用于执行装置的功能的指令代码相对应。因而该存储器9包括：

-区域12，包括用于执行标量电压设定值的获取的指令代码；

-区域13，包括用于根据所选策略(重心或相交)执行调制量(modulant)的计算的指令代码，如以下将详细了解到；

-区域14，包括用于根据设定的比例(set scale)和电压值V1^*、V2^*、V3^*确定设定电压矢量

的指令代码，这些电压值是希望施加到负载3上的电压；

-区域15，包括用于确定该设定电压矢量

在由有效控制矢量形成的六边形中的矢量位置的指令代码；

-区域16，包括用于确定中性量的指令代码；

-区域17，包括用于在载波或双载波与平移有给定中性量的调制量之间进行比较的指令代码，该载波根据一个或多个调制量使得可以产生宽度可变的脉冲；

-区域18，包括用于根据该比较从控制矢量

至

中做出选择并将所述控制矢量应用于逆变器1中的指令代码。

此外，六边形除了如前所述分解为有效部分SH之外，可分为N个区域，N为整数。如将在以下详细了解到，为了最大可能程度地消除续流矢量的使用，设定电压矢量

在适当区域分解。控制逆变器1的一系列控制矢量以简化的方式进行选择，同时减少在逆变器1中的开关损耗(switching loss)，并且还减少去耦电容器7中的有效电流以及电压源的纹波。

六边形分解为两个区域(N＝2)

图2a示出了当N＝2时图1a中示出的装置的运行方法。在此情况下，六边形包括：

-第一区域，该区域是内部六边形H1或六边形内部区域；和

-第二区域，该区域是如图2b所示的围绕第一内部六边形区域的六边形环H2或六边形环区域。

此外，定子参考系可分为成角部分SA。每个成角部分在定子参考系的中心处具有其顶点并形成60°的角度。每个有效控制矢量将每个成角部分切成两个相等的部分。定子参考系包括六个成角部分SA。第一个成角部分SA1通过控制矢量

被切成两个相等的部分，依此类推，直到由控制矢量

切割的第六个成角部分SA6。

当N＝2时，用于确定逆变器的控制命令的方法以下面的方式执行，如图2a所示。

在第一步骤20)中，控制逻辑电路4获取逆变器的三个臂B1、B2、B3中的每一个的三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*。这三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*是将施加到负载3的电压。这三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*可通过控制逻辑电路4测量或计算。

因此，这些设定值可通过控制逻辑电路内部地计算(例如，在控制逻辑电路中用于负载的相电流的调整环路的管理)。还可以的是具有管理控制逻辑电路，其借助串行、并行或CAN链接将设定的电压提供给控制逻辑电路4。然后控制逻辑电路4有必要测量由管理器提供的信息。

在第二步骤21)中，对于逆变器1的每一个桥臂，控制逻辑电路4确定相应的调制量mod1、mod2和mod3。控制逻辑电路4可以以多种方式(非限定性地，相交策略或重心策略)确定三个桥臂的调制量，如将在以下详细了解到，所述调制量是标量电压设定值的函数。应注意到，调制量表示逆变器的桥臂的标量电压设定值相对于DC总线电压的标称值。调制量-三角形相交(modulant-triangle intersection)将提供桥臂的PWM控制命令，如将在以下详细了解到。

相交策略

在第一非限定性实施例中，控制逻辑电路可根据相交策略计算调制量。在此情况下，控制逻辑电路4测量或估计DC总线的电压U_DC，优选地靠近逆变器1，以在所述逆变器1端子处获得可得到的实际电压。控制逻辑电路4确定负载3的各相的调制量。该调制量与每个桥臂相关联。在非限定性例子中，该调制量是标量电压设定值相对于源电压U_DC的标称值。因此，对于三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*中的每一个，该控制逻辑电路4分别确定三个调制量mod1、mod2和mod3。

因而，该标准化以下列方式发生:

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

Max是由三角形载波达到的最大值，这将被随后限定，

Min是由三角形载波达到的最小值。

对于值Min＝-1和Max＝1，这给出了：

$\mathrm{mod}=\frac{2.V*}{U_{\mathrm{DC}}}-1$

因此，

$\mathrm{mod}1=\frac{2.V1*}{U_{\mathrm{DC}}}-1,$

$\mathrm{mod}2=\frac{2.V2*}{U_{\mathrm{DC}}}-1,$ 且

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

因而在此情况下，施加在桥臂的输出端的电压Vs等于桥臂命令乘以DC电压U_DC。

因而，对于三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*中的每一个，控制逻辑电路4分别确定这三个调制量mod1、mod2和mod3。

重心策略

在第二非限制性实施例中，控制逻辑电路4可根据重心策略确定调制量mod1、mod2和mod3。根据此策略，两个有效控制矢量和两个续流矢量用于逆变器1的控制周期，以便将设定电压矢量

分解。为此，控制逻辑电路4在步骤21处确定三个调制量mod1、mod2和mod3之前首先执行步骤22。应注意到，逆变器的控制周期表示桥臂的高开关的断开和闭合被控制(开关的控制是互补的)的时间间隔。还涉及斩波(chopping)周期。

首先，控制逻辑电路4根据三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*确定设定电压矢量

。控制逻辑电路4可根据本领域技术人员已知的“Clarke”变换确定设定电压矢量

。在此情况下，控制逻辑电路4根据下面的公式计算设定电压矢量

的两个分量V*x和V*y:

$V*x=\frac{2}{3}(V1*-\frac{1}{2}\×V2*-\frac{1}{2}\×V3*)$ 和

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

应注意到，当然还可使用其它变换，例如本领域技术人员已知的“Concordia”变换。该变换通过标准化因子得以区分。

在步骤22处，控制逻辑电路4控制设定电压矢量

在由控制矢量

至

形成的六边形中的矢量位置，更具体地控制该设定电压矢量在其中一个有效部分SH中的位置。

该设定电压矢量

总是位于六边形的六个有效部分SH中的一个中。

因而为了确定其位置，计算设定电压矢量的相位，该相位等于atan(V*y/V*x)。接下来，该值与有效电压矢量的相位进行比较。例如，如果0<设定电压矢量的相位<60°，那么设定电压矢量就位于第一部分。

接下来，设定电压矢量在构成该设定电压矢量所处的有效部分SH的两个相邻有效控制矢量上分解，如图2c所示。

在一个例子中，设定电压矢量

在构成该设定电压矢量所处的有效部分SH1的两个相邻有效控制矢量

和

上分解，如图2c所示。

该分解可以确定系数ti和tj使得:

$\stackrel{\&RightArrow;}{V}*=(\frac{\mathrm{ti}}{\mathrm{Ts}}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{V}i)+(\frac{\mathrm{tj}}{\mathrm{Ts}}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{V}j),$

其中，Ts是周期，逆变器根据该周期受到控制，并且ti和tj与相邻有效控制矢量和

在周期Ts上的应用时间对应，所述有效控制矢量限定有效部分SH，该设定电压矢量

位于该有效部分中，如前所见。有效部分SHN通过相邻有效控制矢量

和

限定，i＝1至5，并且有效部分SH6由相邻有效控制矢量

和

限定。

一旦已知应用时间ti和tj，也就是设定电压矢量

在其所处的六边形的有效部分SH中分解之后，控制逻辑电路4借助下表，根据控制矢量的应用时间和逆变器1的控制周期，为所关注的有效部分SH确定三个调制量mod1、mod2和mod3：

 

	部分SH1	部分SH2	部分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
	部分SH4	部分SH5	部分SH6
				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

下表适用于Min＝-1和Max＝1的情况。

 

	部分SH1	部分SH2	部分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
	部分SH4	部分SH5	部分SH6
				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表示续流矢量

和

的应用时间。应用时间t0根据设定电压矢量

所处的有效部分SH确定。当设定电压矢量位于第一有效部分SH1中时，t0＝Ts-t1-t2。当其位于第二有效部分SH2中时，t0＝Ts-t2-t3。依此类推，直到其位于第六有效部分SH6中时，t0＝Ts-t6-t1。

自然地，可使用其它策略用于计算调制量。

在根据相交或重心策略已经确定每个桥臂的调制量之后，如下所述，

在第三步骤中，相对于设定电压矢量

在六边形中的位置来确定被约束的桥臂，且更具体地相对于设定电压矢量在定子参考系的其中一个成角部分SA中的扇形位置(sectorial position)来确定被约束的桥臂。该第三步骤还通过控制逻辑电路4在步骤22处执行。

应该注意到，设定电压矢量

总是位于成角部分SA中的一个内并且在六边形的区域H1或H2中的一个内。

设定电压矢量

在定子参考系中的扇形位置确定将被约束(inhibit)的桥臂的高状态或低状态。

应该注意到，约束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。不存在臂的开关动作。

桥臂的高状态或低状态限定所述桥臂的两个开关中的哪一个被操作。高状态和低状态通常为了方便而被限定。在一个非限制性实施例中，高状态限定在位于逆变器的每个桥臂的顶端处的开关闭合的时候。而低状态限定在同样的开关断开的时候。已知桥臂的两个开关中的一个的状态将自动给出所述桥臂的另一开关的状态的信息，这是由于在此它们的功能是互补的。

将被约束的桥臂取决于设定电压矢量

在定子参考系中的成角部分SA中的扇形位置，具体如下：

如果设定电压矢量

在第一成角部分SA1中，那么第一臂B1被约束在高状态；

如果设定电压矢量在第二成角部分SA2中，那么第三臂B3被约束在低状态；

如果设定电压矢量

在第三成角部分SA3中，那么第二臂B2被约束在高状态；

如果设定电压矢量在第四成角部分SA4中，那么第一臂B1被约束在低状态；

如果设定电压矢量

在第五成角部分SA5中，那么第三臂B3被约束在高状态；

如果设定电压矢量在第六成角部分SA6中，那么第二臂B2被约束在低状态。

在第四步骤30或40)中，确定设定电压矢量位于内部六边形区域H1中还是环六边形区域H2中。

在非限制性例子中，可以如下进行：

 

区域	检验调制量
		H1	((Max+5.Min)/6≤mod1≤(5.Max+Min)/6)和((Max+5.Min)/6≤mod2≤(5.Max+Min)/6)和((Max+5.Min)/6≤mod3≤(5.Max+Min)/6)
H2	((mod1>(5.Max+Min)/6)或(mod1<(Max+5.Min)/6))或((mod2>(5.Max+Min)/6)或(mod2<(Max+5.Min)/6))或((mod3>(5.Max+Min)/6)或(mod3<(Max+5.Min)/6))

对于Max＝+1和Min＝-1，可以得到：

 

区域	检验调制量
		H1	(-2/3≤mod1≤2/3)和(-2/3≤mod2≤2/3)和(-2/3≤mod3≤2/3)
H2	((mod1>2/3)或(mod1<-2/3)或((mod2>2/3)或(mod2<-2/3))或((mod3>2/3)或(mod3<-2/3))

当设定电压矢量

在内部六边形区域H1中时，则控制逻辑电路4执行步骤30至34。而当设定电压矢量

在六边形环区域H2中时，则控制逻辑电路4执行步骤40至44。

内部六边形区域H1：单载波比较

因而，当设定电压矢量在内部六边形区域H1中时，执行以下步骤。在第五步骤31)中，控制逻辑电路4根据设定电压矢量

在定子参考系的成角部分SA中的位置，确定将引入到调制量mod1、mod2和mod3中的中性量V_n0。

当桥臂Bj将被约束在高状态时，控制逻辑电路确定中性量为V_n0＝Max-mod_j。当桥臂Bj将被约束在低状态时，控制逻辑电路确定中性量为V_n0＝Min-mod_j。在我们的例子中采用Max＝+1并且Min＝-1。

在第六步骤32)中，控制逻辑电路4将调制量mod1、mod2和mod3平移该确定的中性量V_n0。该平移是将中性量V_n0增加到调制量mod1、mod2和mod3。

因此，例如，如果第一臂B1将被约束在高状态，那么将增加到三个调制量mod1、mod2和mod3的中性量V_n0等于1-mod₁。以此方式，对于mod1获得值+1，对于mod2获得值mod₂+1-mod₁，并且对于mod3获得值mod₃+1-mod₁。

在第七步骤33)中，控制逻辑电路4确定至少一个载波。该载波是周期为微处理器8的周期的信号，以便能够调整逆变器1的桥臂的开关的开关频率，例如在50微秒时开关频率为20kHz。控制逻辑电路4还可确定和现有桥臂一样多的载波。在此情况下，桥臂的每个调制量与相应的载波进行比较。以此方式，采用的一系列控制矢量在命令和应用时间的水平上被修改，而没有修改每个矢量的总应用时间。

在所用的例子中，控制逻辑电路4确定用于三个桥臂的单载波。该载波是三角形的，以便符合调制量和脉冲的均值之间的线性，该脉冲在与逆变器1的控制周期Ts相对应的臂上产生。因而该载波的周期Ts是微处理器8的周期。

在图4所用的例子中，该三角形在在此等于1的第一最大值Max和在此等于-1的第二最小值Min之间获得，第一最大值Max和第二最小值Min分别用于顶点和底。

在第一非限制性变型中，该载波是等腰三角形。这使得可以将脉冲集中在半个斩波周期上。以此方式，减小了相电流的谐波失真。因此对负载的控制更加精确。

此外，非限定性地，顶点向上，也就是顶点位于第一最大值Max＝+1处，而底位于第二最小值Min＝-1处。

在第二变型中，该载波可以是任何可以修改脉冲在微处理器8的周期中的位置的三角形，尽管不能修改脉冲的宽度。

在另一变型中，载波可以是周期为微处理器8的周期的一系列三角形。实际上这符合调制量的规则采样。

随后控制逻辑电路4将载波与三个平移有中性量V_n0的调制量mod1、mod2和mod3进行比较。该比较的例子在图4中给出，并且将在随后的说明中进行描述(参见以下更加详细描述的与单载波进行比较的段落)。

根据该比较，在第八步骤34)中，控制逻辑电路4确定将对逆变器1的三个桥臂中的每一个执行的控制命令SC(或更具体地，确定一系列控制矢量的控制命令的组合)。该控制命令SC是桥臂的开关的开关函数。

因而，中性量V_n0的移动技术使得可以通过在新平移的调制量之间进行简单相交而减少逆变器1上的以损耗形式的应力。逆变器1上的应力的这种减少限制了开关损耗。这是因为该技术使得可以约束桥臂。

应注意到，在内部六边形H1中，设定电压矢量

处于低标准，源电流的均值较低，并且续流矢量的强制使用决不有害于滤波电容器(filteringcapacitor)中电流的有效值。

六边形环区域H2：与双载波进行比较

当设定电压矢量处于六边形环区域H2中时，执行下列步骤。

在步骤41和42中，控制逻辑电路4执行步骤31和32中的相同方法，以便确定将要增加到调制量中的中性量，而不依赖设定电压矢量

所处的区域H。

在第七步骤43)中，控制逻辑电路4确定双载波。该双载波由两个信号形成，该双载波的周期为微处理器8的周期。

在图5中所用的例子中，该双载波包括三角形形式的第一载波，其顶点位于第一最大值Max处，并包括三角形形式的第二载波，其顶点位于第二最小值Min处，第一和第二三角形的顶点彼此垂直。在第一非限制性变型中，该第一载波和第二载波是等腰三角形。这两个载波的周期为逆变器1的控制周期。

在另一变型中，这两个载波可通过任何两个可以修改脉冲在逆变器的控制周期中的位置的三角形形成，尽管不能修改脉冲的宽度。

此外，在另一变型中，这两个载波可以是一系列三角形。

如将在图5中更加详细地描述，控制逻辑电路4之后把不与被约束的臂对应的每个调制量仅和两个载波中的一个进行比较(参见以下将更加详细描述的与双载波进行比较的段落)。

根据该比较，在第八步骤44)中，控制逻辑电路4确定用于逆变器1的三个桥臂中的每一个的控制命令SC(或更具体地，确定一系列控制矢量的控制命令的组合)。这些控制命令SC是桥臂的开关的开关函数。

控制逻辑电路4将在步骤44确定的、表示控制命令的一系列控制矢量应用到逆变器。

双载波的使用使得可以避免使用续流矢量，因而使得可以减少滤波电容器中的电流的有效值。

应注意到，通过限制到N＝2，不需要测量机器的多个相中的电流，而这于是节省了多个电流传感器。此外，设定电压矢量在六边形中的位置更简单。算法的简化影响将被约束的桥臂的非最优选择，且进而与N＝3的情况相比，以开关损耗形式的增益(gain)不那么明显地减小。

六边形分解成三个区域(N＝3)

图3a示出了当N＝3时根据本发明图1a中示出的装置的运行方法。N的增加使得可以根据表示负载3中相电流的电流矢量

的位置，通过对将被约束的臂做出优化选择而进一步减少开关损耗。

在此情况下，六边形包括如图3b所示的三个区域。

第一区域，该区域是由六边形环围绕的内部六边形H1；

第二区域H3，该区域包括环和通过连接六边形的顶点形成的等边三角形的相交部分。该第二区域H3是三角形的连接。在图3b中的例子中，第二区域由6个内部三角形TI形成，控制矢量

经过内部三角形TIi，i从1到6。

第三区域H4，该区域与第二区域互补为六边形环。该第三区域H4是三角形的连接。在图3b中的例子中，第三区域由六个外部三角形TE形成。外部三角形TEi的底由使控制矢量

和

的端部连接的线段形成，i从1到5。并且外部三角形TE6的底由使控制矢量

和

的端部连接的线段形成。

当N＝3时，用于确定逆变器的控制命令的方法以下列方式实施，如图3a所示。

在第一步骤50)中，控制逻辑电路4获取逆变器的三个臂中的每一个的三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*。在非限制性例子中，这三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*是将被施加到负载3的电压。

在第二步骤51)中，对于逆变器1的每一个桥臂，控制逻辑电路4借助如前面N＝2的例子中所示的相交或重心策略确定相应的调制量。

在第三步骤中，控制逻辑电路4例如使用如前面N＝2的例子中所示的Clarke变换，根据三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*确定设定电压矢量

在第四步骤52)中，控制逻辑电路确定设定电压矢量在六边形中的位置。该设定电压矢量

总是处于六边形的三个区域H1、H3、H4中的一个中。

在非限定性例子中，可以如下进行：

对于Max＝+1和Min＝-1，可以得到：

当设定电压矢量

处于六边形的第一区域H1中时，控制逻辑电路4实施步骤70至75。当设定电压矢量

处于六边形的第二区域H3中时，控制逻辑电路4实施步骤60至64。并且当设定电压矢量处于六边形的第三区域H4中时，控制逻辑电路4实施步骤80至85。

第二区域H3：双载波比较

在步骤60至64中，设定电压矢量

处于第二区域H3中。在此情况下，在第五步骤61)中，控制逻辑电路4确定将被约束的桥臂。这取决于设定电压

在六个内部三角形TIi中的一个中的位置：

如果设定电压矢量

处于内部三角形TI1中，那么第一臂B1被约束在高状态；

如果设定电压矢量

处于内部三角形TI2中，那么第三臂B3被约束在低状态；

如果设定电压矢量

处于内部三角形TI3中，那么第二臂B2被约束在高状态；

如果设定电压矢量处于内部三角形TI4中，那么第一臂B1被约束在低状态；

如果设定电压矢量

处于内部三角形TI5中，那么第三臂B3被约束在高状态；

如果设定电压矢量

处于内部三角形TI6中，那么第二臂B2被约束在低状态。

在第六步骤中，控制逻辑电路4根据设定电压矢量

的位置确定将被引入到调制量mod1、mod2和mod3中的中性量V_n0。当桥臂Bj将被约束在高状态时，那么控制逻辑电路确定中性量V_n0＝Max-mod_j。而当桥臂Bj将被约束在低状态时，控制逻辑电路确定中性量为V_n0＝Min-mod_j。该步骤还在图3a所示的步骤61中执行。在所用的例子中Max＝+1并且Min＝-1。

在第七步骤62)中，控制逻辑电路4通过增加给定的中性量V_n0而使调制量mod1、mod2和mod3平移。

在第八步骤63)中，控制逻辑电路确定双载波。在图5中的非限定性例子中，该双载波包括等腰三角形形式的第一载波91，该三角形的顶点向上，还包括等腰三角形形式的第二载波92，该三角形的顶点向下，第一和第二三角形的顶点彼此垂直。

控制逻辑电路4将不与受约束的臂对应的每个调制量仅和两个载波中的一个进行比较。

根据该比较，在第九步骤64)中，控制逻辑电路4确定逆变器的三个桥臂的控制命令。控制逻辑电路4将从步骤64确定的这些控制命令得到的一系列控制矢量应用到逆变器。

第一区域H1：单载波比较，第三区域H4：双载波比较

当设定电压矢量

处于第一区域H1中或第三区域H4中，控制逻辑电路4实施相同方法(71至73和81至83)用于确定将被约束的桥臂，如图3a所示。

在步骤70至75或80至85中，设定电压矢量分别位于六边形的第一区域H1中或第三区域H4中。在此情况下，控制逻辑电路4根据电流矢量

确定将受约束的桥臂。桥臂的约束使得可以减少开关中的开关损耗。

为此目的，在第一非限定性变化实施例中，在图3a中的步骤71或81处，控制逻辑电路4首先根据三个桥臂的三个调制量mod1、mod2和mod3之间的次序关系，从三个桥臂中选择两个能受约束的桥臂，该次序关系在非限定性例子中是比较。因而，根据三个调制量的比较，选出的两个桥臂是具有最大调制量mod_M的桥臂和具有最小调制量mod_m的桥臂，因为仅一个有效控制矢量和一个续流矢量可用(available)，与中间调制量对应的桥臂不能在不约束别的臂的情况下被约束且由此使得可以平均地产生设定电压矢量

在第二非限制性变化实施例中，控制逻辑电路4根据三个标量电压设定值V1^*、V2^*和V3^*之间的比较选择两个能受约束的桥臂，因为无论是何种计算调制量的方法(在此为相交或重心)，由于在调制量和相应标量电压设定值之间存在的关系，三个调制量之间的次序关系与三个标量电压设定值之间的一样。选择出来的两个桥臂是具有最高标量电压设定值的桥臂和具有最低标量电压设定值的桥臂。

对于其余步骤，采用第一变型的构架。

在步骤72或82处，控制逻辑电路4从先前已选出的两个臂中选择将被约束的桥臂。首先为具有最大调制量mod_M的桥臂确定相电流I_M，其次为具有最小调制量mod_m的桥臂确定相电流I_m。为了确定将被约束的桥臂，控制逻辑电路4比较这些相电流I_M和I_m的绝对值。控制逻辑电路4约束相电流的绝对值最大的桥臂。如果这与具有最大调制量mod_M的桥臂对应，那么该臂约束在高状态。如果这与具有最小调制量mod_m的桥臂对应，那么该臂约束在低状态。

在步骤73或83处，控制逻辑电路4根据比较的结果确定将被引入到调制量mod1、mod2和mod3中的中性量V_n0。

在最小调制量mod_m的相电流I_m的绝对值大于最大调制量mod_M的相电流I_M的绝对值的情况下，控制逻辑电路4确定等于第二最小值Min减去最小调制量mod_m的中性量V_n0。中性量为V_n0＝Min-mod_m。在所用的非限制性例子中，第二最小值Min等于-1。

在相反的情况下，控制逻辑电路4确定等于第一最大值Max减去最大调制量mod_M的中性量V_n0。中性量为V_n0＝Max-mod_M。在所用的非限制性例子中，第一最大值Max等于+1。

调制量mod1、mod2和mod3通过增加该确定的中性量而被平移以便约束臂。

此外，根据第一非限制性实施例，如果最小调制量mod_m的相电流绝对值|I_m|等于最大调制量mod_M的相电流绝对值|I_M|，那么中性量V_n0等于-1-mod_m。图3a示出了该第一变型。

根据第二非限制性变型，如果最小调制量mod_m的相电流绝对值|I_m|等于最大调制量mod_M的相电流绝对值|I_M|，那么中性量V_n0等于1-mod_M。

在步骤74或84处，控制逻辑电路4将平移的调制量分别与单载波或双载波系统进行比较。

关于单载波系统(参见以下将更加详细描述的与单载波进行比较的段落)，控制逻辑电路4将载波与三个平移的调制量进行比较。根据该比较，控制逻辑电路4在步骤75处确定用于逆变器的三个桥臂的控制命令。

控制逻辑电路4把在步骤75处确定的表示控制命令的一系列控制矢量应用到逆变器，以便平均地产生将要通过所述逆变器1施加到负载3的设定电压矢量

，以便控制所述负载。

关于双载波系统(参见以下将更加详细描述的与双载波进行比较的段落)，控制逻辑电路4将载波与两个平移的调制量进行比较，该两个平移的调制量与作开关动作的臂(必须改变状态)相对应，每个臂一个调制量。

根据该比较，在步骤85处，控制逻辑电路4确定逆变器的三个桥臂的控制命令或开关函数SC，以便平均地产生将要通过所述逆变器1施加到负载3的设定电压矢量，以便控制所述负载。

控制逻辑电路4把在步骤85处确定的表示控制命令SC的一系列控制矢量应用到逆变器。

这些控制命令是桥臂的开关的开关函数SC。

应注意到，对于N＝3，了解相电流使得可以对在区域H1和H4中的将被约束的桥臂做出优化的选择。在内部三角形中，桥臂被迫受到约束而没有考虑相电流的水平。然而，这使得可以使用双载波系统，并从而减少去耦电容器中的有效电流。

与单载波进行比较

本节详细描述单载波的使用，用于确定将发送给逆变器的桥臂的控制命令。该单载波是周期为去耦周期(decoupling period)的信号。控制逻辑电路4还能确定与现有桥臂一样多的单载波。在此情况下，桥臂的每个调制量与相应单载波进行比较。这些单载波可以彼此不同。

在图4的例子中，控制逻辑电路4仅确定一个单载波用于三个桥臂。该单载波90是三角形的，以符合调制量和脉冲的均值之间的线性，该脉冲在逆变器1的控制周期Ts上的相应臂上产生。在图4所用的例子中，该三角形在在此等于1的第一最大值Max和在此等于-1的第二值Min之间获得，该第一最大值Max和第二值Min分别用于顶点和底。在非限制性实施例中，该单载波90是等腰三角形。此外，非限定性地，顶点向上，也就是顶点位于第一最大值Max＝+1处，并且底位于第二最小值Min＝-1处。

在另一实施例中，该载波90可以是任何可以修改脉冲在斩波周期中的位置或所述脉冲的极性(顶点向下)的三角形，尽管不能修改所述脉冲的宽度。

在另一实施例中，载波90还可以是周期为逆变器1的斩波周期Ts的一系列三角形。

该载波90还可以是顶点向下、即顶点位于第二最小值Min＝-1处，且底位于第一最大值Max＝+1处的三角形。

应注意到，当使用逆变器时，斩波周期Ts不是必须保持恒定以便展布(spread)逆变器1的输出电压的频谱，并且由此载波的周期也是如此。该频谱展布(spectrum spreading)修正了由多相负载3产生的噪声。

图4示出了单载波90和平移有中性量V_n0的三个调制量mod1、mod2和mod3之间的比较。

在图4中，第一时序图具有的轴线中，X轴表示时间且Y轴表示电压标称值，并且其它三个时序图具有的轴线中，X轴表示时间且Y轴分别表示三个桥臂B1、B2和B3中的每一个的开关函数SC。

在图4的例子中，调制量mod1被计算用于桥臂B1，调制量mod2被计算用于桥臂B2，且调制量mod3被计算用于桥臂B3。

在图4的例子中，调制量mod3是三个调制量中最不重要的调制量，并且调制量mod1是最重要的。最大的调制量mod_M等于调制量mod1。在此情况下，因为电流I1的绝对值比电流I3的大，控制逻辑电路4约束桥臂B1。因此，将要增加到三个调制量中的中性量为V_n0＝1-mod1。约束在高状态的桥臂B1具有等于+1的平移调制量。

约束在高状态的桥臂B1在与三角形载波90的相交部分不具有时间间隔(在载波的顶点处，在三角形载波与调制量mod1+V_n0的相交处)，而具有一交点，如图4所示。因而桥臂B1不改变状态。

载波90和平移调制量之间的比较使得可以限定将要应用到逆变器的一系列控制命令SC。因而，平移调制量和载波90之间的相交部分确定每一个将作开关动作的桥臂B2和B3上的脉冲类型的控制(上升沿:高开关闭合，低开关断开；而下降沿：高开关断开，低开关闭合)。因此，控制逻辑电路4通过一系列控制矢量控制逆变器。

因而，在时刻t0处，桥臂B1约束在高状态，其平移有中性量V_n0的调制量具有在+1处的水平直线。在该时刻t0处，桥臂B2和B3的平移调制量位于载波90之外、即不与所述载波相交，且位于由载波形成的三角形的表面之外。这两个桥臂的开关处于高状态。在该间隔中，相应的开关函数等于+1。这两个臂因而保持在高状态。由此它们不改变状态。

在时刻t1处，调制量mod3+V_n0开始接触载波90的其中一个侧边。控制逻辑电路4给桥臂B3发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B3作开关动作。桥臂B3改变状态并因此转到低状态。

在时刻t2处，调制量mod2+V_n0开始接触载波90的其中一个侧边。控制逻辑电路4给桥臂B2发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B2作开关动作。桥臂B2因而改变状态并转到低状态。

在t2至t3的间隔中，调制量mod2+V_n0位于载波90的三角形中、即与所述载波没有任何相交，且位于由载波形成的三角形的表面之内。在整个该时间段中，桥臂B2保持在低状态。

在时刻t3处，调制量mod2+V_n0又接触载波90的另一个侧边。从该时刻起，控制逻辑电路4给桥臂B2发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B2作开关动作到高状态。

在t1至t4的间隔中，调制量mod3+V_n0位于载波90的三角形中。在整个该时间段中，桥臂B3保持在低状态。

在时刻t4处，调制量mod3+V_n0又接触载波90的另一个侧边。从该时刻起，控制逻辑电路4给桥臂B3发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B3作开关动作到高状态。

与双载波进行比较

本节将详细描述双载波的使用，用于确定将发送给逆变器的桥臂的控制命令。在图5的例子中，该双载波包括等腰三角形形式的第一载波91、该第一载波的顶点和底分别位于第一最大值Max＝+1和第二最小值Min＝-1处，还包括等腰三角形形式的第二载波92、该第二载波的底和顶点分别位于第一最大值Max＝+1和第二最小值Min＝-1处。

图5示出了双载波91、92和平移有中性量V_n0的三个调制量mod1、mod2和mod3之间的比较。在图5的例子中，调制量mod1被计算用于桥臂B1，调制量mod2被计算用于桥臂B2，且调制量mod3被计算用于桥臂B3。在图5的例子中，调制量mod3是三个调制量之中最不重要的调制量。在此为第一桥臂B1的桥臂受到约束并且在微处理器的周期中不改变状态。因而，其相关联的调制量与一个载波或多个载波之间的比较不限定该臂的状态改变。其余两个桥臂B2和B3使它们的调制量每一个分别与不同的载波进行比较，即三角形类型的载波91，该载波91的顶点和底分别位于第一最大值Max＝+1和第二最小值Min＝-1处，以及三角形类型的另一载波92，该载波92的底和顶点分别位于第一最大值Max＝+1和第二最小值Min＝-1处。

一个载波或另一个载波可无差别地与和作开关动作的臂有关的调制量相关联，而不修改寻求的结果。在图5的例子中，控制逻辑电路4用载波91调制臂B2，而用载波92调制作开关动作的另一桥臂B3。当然这些选择可以颠倒。

在图5的例子的情况下，控制逻辑电路4将桥臂B1约束在高状态。因此，将增加到三个调制量中的中性量为V_n0＝1-mod1。受约束的桥臂B1具有等于+1的平移调制量。

受约束的桥臂B1的平移调制量在与顶点朝上的三角形载波的相交部分没有时间间隔，而是具有交点，如图5所示。因而桥臂B1不改变状态。应注意到，不管使用什么载波，载波和平移调制量之间仅相交于一点，且因而相应的臂总是保持受到约束。

在图5的该例子中，桥臂B2与载波91进行比较，同时桥臂B3与载波92进行比较。

在时刻t0处，桥臂B2的平移调制量位于载波91之外，在此桥臂B2处于高状态。桥臂B3的平移调制量位于顶点朝下的载波92之外。在此桥臂B3处于低状态。

在时刻t1处，调制量mod2+V_n0开始接触载波91的其中一个侧边。控制逻辑电路4给桥臂B2发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B2作开关动作。该桥臂B2转到低状态。

在时刻t2处，调制量mod3+V_n0开始接触载波92的其中一个侧边。控制逻辑电路4给桥臂B3发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B3作开关动作。该桥臂B3转到高状态。

在t2至t3的间隔中，调制量mod3+V_n0位于载波92的三角形中。在整个该时间段，桥臂B3保持在高状态。

在时刻t3处，调制量mod3+V_n0又接触载波92的另一个侧边。从该时刻起，控制逻辑电路4给桥臂B3发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B3作开关动作到低状态。

在t1至t4的间隔中，调制量mod2+V_n0位于载波91的三角形中。在整个该时间段，桥臂B2保持处于低状态。

在时刻t4处，调制量mod2+V_n0又接触载波91的另一个侧边。从该时刻起，控制逻辑电路4给桥臂B2发出控制命令SC。该控制命令使桥臂B2作开关动作到高状态。

应注意到，通过在新平移的调制量之间产生简单的相交，中性量V_n0的移动技术使得可以减少逆变器1上的损耗形式的应力(因为总是有一个臂受到约束并且通过这些臂的开关动作从而免除了这些损耗)。逆变器1上的应力的这种减少限制了开关损耗。这对于单载波或双载波是有效的。

最后，双载波的使用使得甚至可以进一步减小滤波电容器中的有效电流，并因而稳定逆变器上游的电压U_DC，并且由于不再使用续流矢量，从而DC侧上的去耦电容器7的尺寸减小。

应注意到，通过调制量和三角形载波之间相交的方法建立控制命令SC意味着逆变器的控制命令SC是两态的。此外，根据调制量的值，所得的脉冲的宽度是可变的。因而需要进行脉冲宽度调制并进而通过PWM控制逆变器。这就是在图4和5中所看到的。

应注意到，在所有与双载波进行比较的情况下，自然地可以替换地与单载波进行比较，但是这不那么有利，特别地对减小电容器中的有效电流。

此外，在与单载波进行比较的情况下(对于N＝2或3的区域H1)，还可以替换地与双载波进行比较。然而，这将总是需要使用续流矢量。

最后，所述本发明的方法既在连续状态(regime)又在动态状态中发挥作用。这是因为它在动态状态中发挥作用，而没有考虑相电流中随时间的改变。它们仅在一个时刻被考虑。因而作用的发挥在此是不连续的。

Claims (27)

1.一种控制电力桥(1)的方法，该电力桥被设计为控制包括多相的电负载(3)，所述电力桥(1)被设计为经由多个臂(B1，...，B3)连接到所述电负载(3)，每相至少一臂，并且所述电力桥被设计为由开关函数(SC1，SC2，SC3)控制，所述开关函数确定用于控制所述负载的控制矢量

所述控制矢量

被细分为续流控制矢量

和有效控制矢量

其特征在于，所述方法包括步骤:

-选择产生开关函数的第一方法或产生开关函数的第二方法，该第一方法产生与续流控制矢量

相对应的开关函数的数量减少的组合，该第二方法产生仅与有效控制矢量

相对应的开关函数的组合，所述这些方法根据给定的设定电压矢量

被限定，并包括根据标量电压设置值(V1^*，V2^*，V3^*)来确定与所述电桥的每个臂相关联的调制量(mod1，mod2，mod3)的步骤；和

-应用所述被选择的方法，用于根据所产生的开关函数的组合来产生一系列控制矢量。

2.如权利要求1所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，对产生开关函数的方法的选择是基于设定电压矢量

在由控制矢量 限定的平面域的范围(H)中的位置做出的，该设定电压矢量

根据标量电压设定值(V1^*，V2^*，V3^*)确定。

3.如前述权利要求所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，所述平面域被划分为第一区域(H1)和第二区域(H2)；如果所述设定电压矢量

定位在该第一区域(H1)中，那么选择产生开关函数的所述第一方法；如果所述设定电压矢量定位在该第二区域中，那么选择产生开关函数的所述第二方法。

4.如权利要求2所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，所述平面域划分为第一区域(H1)、第二区域(H3)和第三区域(H4)；如果所述设定电压矢量

定位在该第一区域(H1)中，那么选择产生开关函数的所述第一方法。

5.如权利要求2或4所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，所述平面域划分为第一区域(H1)、第二区域(H3)和第三区域(H4)；如果所述设定电压矢量

定位在该第二区域(H3)或第三区域(H4)中，那么选择产生开关函数的所述第二方法。

6.如前述权利要求中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，产生开关函数的方法包括将平移有中性量的调制量与载波进行比较的步骤，该调制量与每个桥臂相关联，并且所述比较限定用于控制所述电桥的开关函数(SC)。

7.如前述权利要求所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，产生开关函数的所述方法是产生开关函数的所述第一方法，且所述载波是单载波。

8.如前述权利要求中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，产生开关函数的所述方法是产生开关函数的所述第二方法，且所述载波是双载波。

9.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，双载波包括两个单载波(91、92)；至少一个调制量仅与所述双载波中的其中一个载波进行比较。

10.如前述权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，单载波是等腰三角形，该等腰三角形包括位于最大值(Max)处的顶点和位于最小值(Min)处的底。

11.如前述权利要求中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，根据相交策略实施对调制量的确定。

12.如权利要求1至10中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，根据重心策略实施对调制量的确定。

13.如前述权利要求中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，产生开关函数的方法还包括在所述电力桥(1)的整个斩波周期(Ts)中约束桥臂的步骤。

14.如前述权利要求3至13中除去权利要求4和5的任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，所述平面域在定子参考系中限定，所述定子参考系被细分为成角部分(SA)；产生开关函数的方法还包括:根据所述设定电压矢量

在该成角部分(SA)中的其中一个成角部分内的位置来确定桥臂将约束在高状态还是低状态的步骤。

15.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，

-如果所述设定电压矢量

位于第一成角部分(SA1)中，那么所述第一臂(B1)被约束在高状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第二成角部分(SA2)中，那么所述第三臂(B3)被约束在低状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第三成角部分(SA3)中，那么所述第二臂(B2)被约束在高状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第四成角部分(SA4)中，那么所述第一臂(B1)被约束在低状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第五成角部分(SA5)中，那么所述第三臂(B3)被约束在高状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第六成角部分(SA6)中，那么所述第二臂(B2)被约束在低状态；

16.如前述权利要求4至13中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，所述第二区域(H3)确定内部三角形(TIi)；产生开关函数的方法还包括根据所述设定电压矢量在所述内部三角形(TIi)中的其中一个内部三角形中的位置来确定臂将被约束在高状态还是低状态的步骤。

17.如前述权利要求所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，

-如果所述设定电压矢量

位于第一内部三角形(TI1)中，那么所述第一臂(B1)被约束在高状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第二内部三角形(TI2)中，那么所述第三臂(B3)被约束在低状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第三内部三角形(TI3)中，那么所述第二臂(B2)被约束在高状态；

-如果所述设定电压矢量位于第四内部三角形(TI4)中，那么所述第一臂(B1)被约束在低状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第五内部三角形(TI5)中，那么所述第三臂(B3)被约束在高状态；

-如果所述设定电压矢量

位于第六内部三角形(TI6)中，那么所述第二臂(B2)被约束在低状态。

18.如前述权利要求4至14中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，产生开关函数的方法还包括根据次序关系来选择至少两个能被约束的桥臂的步骤。

19.如前述权利要求所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，所述次序关系是在与所述桥臂(B1、B2、B3)相关联的调制量(mod1、mod2、mod3)之间的比较。

20.如前述权利要求所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，被选出的桥臂与具有最大调制量(mod_M)和最小调制量(mod_m)的桥臂相对应。

21.如前述权利要求18至20中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，所述将被约束的桥臂从所选桥臂中选出，并且所述将被约束的桥臂是具有相电流中的最大相电流(I_M、I_m)绝对值的那个桥臂，所述相电流分别与和所述桥臂(B1、B2、B3)相关联的调制量(mod1、mod2、mod3)中的最大调制量(mod_M)和最小调制量(mod_m)对应。

22.如前述权利要求所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，如果所述将被约束的桥臂是与所述最大调制量对应的桥臂，那么该桥臂约束在高状态；而如果所述将被约束的桥臂是与所述最小调制量对应的桥臂，那么该桥臂约束在低状态。

23.如前述权利要求6至22中任一项所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，产生开关函数的方法还包括根据将被约束的桥臂在高状态还是低状态来确定将增加到调制量中的中性量(V_n0)的步骤。

24.如前述权利要求所述的控制电力桥(1)的方法，其特征在于，

-如果将被约束的臂(Bj)在高状态，那么所述中性量(V_n0)等于第一最大值(Max)减去与所述臂相关联的调制量(V_n0＝Max-mod_j)；并且

-如果所述将被约束的臂(Bj)在低状态，那么所述中性量(V_n0)等于第二最小值(Min)减去与所述臂相关联的调制量(V_n0＝Min-mod_j)。

25.一种用于控制电力桥的装置，该电力桥被设计为经由总线(2)连接到电负载(3)，用于实施如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述装置包括控制逻辑电路(4)，所述电力桥被设计为连接到控制逻辑电路(4)，所述控制逻辑电路(4)实施所述方法。

26.一种旋转电机，包括:

-多相电负载(3)；

-电压源(5)；

-经由总线(2)下游连接到所述电负载(3)而上游连接到所述电压源(5)的电力桥；

-与所述总线(2)并联设置的去耦电容器(7)；和

-如权利要求25所述的用于控制所述电力桥的装置。

27.如前述权利要求所述的旋转电机，其特征在于，所述去耦电容器(7)靠近所述电力桥设置，并具有低电容量。

Images