CN104038097A

CN104038097A - 运行驱动控制装置的方法和根据其工作的驱动控制装置

Info

Publication number: CN104038097A
Application number: CN201410076608.2A
Authority: CN
Inventors: 克劳斯·尼贝尔莱因
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: EP2775603A1; US20140254222A1; CN104038097B; EP2775603B1

Abstract

本发明涉及一种用于回馈地运行驱动控制装置（10）的方法，该驱动控制装置包括具有能由控制信号（20）控制的半导体开关（T1-T6）的逆变器（16），其中控制逻辑装置（18）为每个控制信号（20）测定控制信号时间点，并且其中经过由控制逻辑装置（18）在相应的控制信号时间点所产生的控制信号（20）进行对各一个半导体开关（T1-T6）的控制，其特征在于，经过相应的控制信号（20）以预定的或能预定的预点火角（24）在经过测定的控制信号时间点之前进行对单个半导体开关（T1-T6）的控制。

Description

运行驱动控制装置的方法和根据其工作的驱动控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于运行驱动控制装置的方法和一种根据该方法工作的驱动控制装置以及一种用于执行该方法的计算机程序模块和进而也涉及一种具有用于运行这种计算机程序模块的装置的驱动控制装置。特别地，本发明涉及一种用于运行驱动控制装置的方法，其中，驱动控制装置具有逆变器，并且其中逆变器包括能由驱动信号控制的半导体开关。

背景技术

这种类型的驱动控制装置是已知的。在这样的驱动控制装置中的逆变器-负载侧的逆变器-例如基于由控制信号的控制而产生具有变化的频率的输出端电压和电压。由此例如电动机的转速和转矩可以作为驱动控制装置的负载而被设定和调节。在电动机的发电机形式的运行时，相应于电网频率利用电网侧的逆变器提供待回馈的电流。这也通过利用基于相应的电网频率、适合的控制信号（基频运行）控制电网侧的逆变器来实现。

在这些驱动控制装置、即基频运行的电网侧的逆变器进行换向时，在发电机形式的运行中与换向的终结相关联地，在该不再继续引导电流相上出现强烈的电压突降。注入在电网电感中的电流使相应相的电网侧的电容器放电，该电容器根据通常的专业术语以下也称为F3E电容器（F3E或F³E=Fundamental Frequency Front End=基频运行的电网侧的逆变器）。相关的F3E电容器的放电过程持续了这样长时间，直至注入相应相的电网电感中的电流已经衰减。

然而这种电压突降仅仅允许至最大值，并且与电网电感和所连接的这个负载或这些负载的电容一起形成有振荡能力的系统，该系统被电压突降激励出振荡。如果电压突降非常大，由此可以激励出在F3E电路中甚至导致错误换向的振荡。

迄今人们尝试通过显著增大F3E电容器的电容来避免这种问题。通过提高其电容也是可行的，这些电压突降如此程度地减少，从而减弱了由于该换向而产生的振荡。由此能实现减小了与该换向相关联得到的振荡，该减小情况导致了不再出现错误换向，并且将电压突降保持在预定的极限值之中。

当然随着F3E电容器的电容提高，不仅在运行中得到的无功电流分量随之提高，而且对这些F3E电容器的驱动控制装置的空间需求也随之提高。

发明内容

本发明的目的相应地在于，提出了另一种用于运行驱动控制装置的方法和一种根据该方法工作的驱动控制装置。此外，本发明的专有的目的在于，提出一种这样的方法和一种根据本方法工作的装置，该方法或该装置避免了上述缺陷，并且相应地使得尺寸相对较小的F3E电容器没有或仅仅具有能控制的振荡倾向。

根据本发明，该目的由具有权利要求1的特征的方法和根据该方法工作的装置来实现。对此，在用于运行驱动控制装置的方法中提出，驱动控制装置包括具有能由控制信号控制的半导体开关的至少一个逆变器、即至少一个电网侧的逆变器，其中控制逻辑装置为每个控制信号测定控制信号时间点，并且其中经过由控制逻辑装置在相应的控制信号时间点所产生的控制信号进行对各一个半导体开关的控制，经过相应的控制信号以预定的或能预定的预点火角形式表示的时间间隔，在经过测定的控制信号时间点之前，进行对单个的半导体开关的控制。

在此，将使逆变器（在驱动控制装置中具有仅仅一个逆变器、即一个电网侧逆变器）的或电网侧的逆变器（在驱动控制装置中具有至少一个第一和第二逆变器、即电网侧的逆变器和负载侧的逆变器）的半导体开关工作的时间点理解为控制信号时间点。在驱动控制时间点产生对于单个的半导体开关的控制信号，其再次影响相关的半导体开关的工作。在此，为了回馈在发电机形式的运行中由连接的负载产生的电流，控制信号时间点基于相应的电网频率。

本发明出于以下的认知，即通过在时间上提早控制半导体开关而得出具有提前（与基于电网频率的控制信号时间点相比）点火的半导体开关的半导体电桥的短路，这种控制在下面称为预点火，并且是基于大于零的预点火角所获得的结果。由于这个预点火产生了短小的时间窗，该时间窗随正常的换向、即随着在这个半导体便器中至此工作的半导体开关停止工作而结束。在这个时间窗期间，通过电压降向有效相注入（eingepraegt）电流，以使得电流能从有效导通的相转换向（umkommutieren）到新的（相应于已经在正常换向时间点提前点火的有效的）相上。在理想情况下，在经过转换向的相的关断点，由经过相应相的电网电感流出的电流和经过提前点火的相流入的电流构成的总电流甚至消失。在这种情况下，在新相上、即其半导体开关相应于相应的预点火角在时间上更早地被点火的那个相上，在经过转换向的相的关断点完全避免电压突降。

本发明的优点由此在于，即经过适合地、特别是连续自动化地选择相应的预点火角，能减少或甚至避免在相关的相上至此在换向终结时所观察到的强烈的电压突降，而不必为此提高F3E电容器的电容。

本发明的有利的构造方案是从属权利要求的对象。其中使用的回溯性语言是指通过各个从属权利要求的特征进一步构造主权利要求的对象。它们不能理解为放弃为回溯性从属权利要求所述的特征组合寻求独立的、具体的保护。此外，权利要求被设计成在随后的权利要求中更详尽地具体化某个特征，就这种情况而言的出发点是，在各个前面的权利要求中不存在这种限制。

利用相应于预点火角所产生的控制信号来控制属于下一个待换向的相的半导体开关，以使得至少暂时、即在相应于预点火角的时间间隔期间得到相关半导体电桥的短路，并且进而除了基于换向而紧接着不工作的半导体开关以外，基于另一个的半导体开关预点火而在相同的半导体电桥中还产生了另一个有效的电流路径。

如果预点火角取决于回馈至相应的电网中的电流或相应的电网电感，则预点火角可以特别地与驱动控制装置的相应运行状态相匹配。

如果预点火角取决于在相应停止换向（abkommutierten）的相上的电压突降，那么该预点火角特别地也可以与驱动控制装置的由在相应停止换向的相上的电压突降表征的运行状态相匹配。实际的振荡倾向取决于（在准备阶段中不是已知的）电网阻抗，并且取决于同样连接负载或其他的连接负载的非已知的电容。电压突降的测量由此是那个比较容易得到的参量，其可以说明关于振荡趋向的程度，并且进而可以用作用于确定预点火角的依据。

一种比较容易的用于将预点火角与在相应停止换向的相上的电压突降相匹配的可能性在于，即在相应停止换向的相上测量电压突降，并且从与此有关的测量值中得出预点火角。测量值因此与获得的预点火角相关联，例如通过以放大器电路或通过类似物实现的、在测量值和获得的预点火角之间的关系来相关联，或以所谓的查找表（LUT=look-up-table）形式或以在软件中实施的和由驱动控制装置在运行中运行的计算机程序模块所包括的数学关联的形式相关联。

在本发明的特别的实施方式中提出，在相应停止换向的相上测量电压突降，并且根据回馈至电网中的电流和相应的电压突降得出预点火角。因此在控制预点火角时得到表示驱动控制装置的至少另一个运行状态的参量的相关性。这个相关性和进而预点火角的自动产生能利用模拟电路、LUT或在相应关注的影响参数和获得的点火角之间的数学关联在软件中实现的表达方式来表示。

该方法的特别优选的实施方式在于，预点火角是基于经过测量的电压突降和回馈至电网中的电流的调节方法的结果。因此相应经过测定的预点火角逐个周期地被优化。关断的（换向的）相的电压突降的程度或相应于预点火角提前接通的相的电压过高的程度在换向点被考虑作为调节参量。预定的最大振荡振幅或用于电压突降的或电压过高的预定的最大值被考虑作为参考变量。调节回路可以包括以已知类型的P调节器、PI调节器或PID调节器。

为了得到用于回馈至电网中的电流的数值的可能性存在于单独的电流测量形式中，或通过将与此相关的值从驱动控制装置中读出来实现。

上述目的也利用驱动控制装置来实现，其根据如在这里和以下所描述的方法工作并且为此包括用于实施该方法的装置。在此本发明优选地在软件中或在软件或固件中实施。本发明由此一方面也是具有能由计算机执行的程序代码指令以及另一方面是具有这种计算机程序模块的、即具有程序代码装置的计算机程序产品的存储媒介，以及也最后是驱动控制装置，其具有以微处理器的形式或根据微处理器的类型的处理装置和作为用于实施该方法的装置的存储器，其中这种计算机程序被载入或能载入该存储器中作为用于实施该方法的和其设计方案的其他的装置。为这种计算机程序模块所考虑的位置例如是控制逻辑装置。

该装置的有利的设计方案是引用第二独立权利要求的从属权利要求的内容，或从第一独立权利要求和引用其的权利要求的单个的或多个特征的转换中得出，特别是由相应的方法方面的软件和/或硬件形式的实施情况中得出。

附图说明

以下结合附图详细地阐述本发明的实施例。彼此相应的内容或元件在所有附图中设有相同的参考标号。附图示出

图1是驱动控制装置，其具有在高电压侧上的逆变器和在低电压侧上用于产生逆变器的控制信号的控制逻辑装置，

图2是根据图1的驱动控制装置的原则上已知的电路，

图3是空间矢量图，

图4是用于示出电网侧的逆变器在相停止换向的时获得的振荡波形图，

图5是根据图4的、在根据在这里描述的方法运行驱动控制装置时的波形图，以及

图6是根据图4的、在根据在这里描述的方法运行驱动控制装置时的另一个波形图。

具体实施方式

图1示意性地简单示出驱动控制装置10，其在输入侧连接或能连接在电压源12上，并且负载在输出侧连接或能连接在驱动控制装置上。连接的负载例如是转速调节的电动机14。驱动控制装置10包括逆变器16，该逆变器具有仅仅示意性示出的、装配有能控制的半导体开关T和反并联的二极管D的已知桥电路，特别是在一个实施方式中作为IGBT-B6电桥。

对于例如作为负载的电动机电机14的转速调节、然而也对于电动机14的发电机形式的运行和回馈情况而言，逆变器16以已知的类型从中间回路直流电压或中间回路直流电流中经过适合地切换半导体开关T来产生具有变化频率的输出端电压和具有相应的电网频率的电压或回馈电压。

然而对于在这里介绍的途径而言，仅一个电网侧的或输入端侧的逆变器16是相关的，以使得例如也包括这种情况，即直流电机连接中间回路或也可以没有中间回路地直接连接逆变器。

如果以下涉及逆变器16，则在驱动控制装置10包括电网侧的（输入端侧的）逆变器16和负载侧的（输出端侧的）逆变器时始终意味着电网侧的逆变器16，并且如果涉及能控制的半导体开关T，则始终意味着电网侧的逆变器16的半导体开关T。

控制逻辑装置18设置用于控制逆变器16的半导体开关T。控制逻辑装置18为每个半导体开关T产生控制信号20，其被输送给相应的半导体开关T。逆变器16属于驱动控制装置10的高电压侧。控制逻辑装置18相对地属于驱动控制装置10的低电压侧。高电压侧和低电压侧在视图中由虚线分开，并且通常在高电压侧和低电压侧之间设置电位分离装置。

在图2中的视图进一步详细地示出驱动控制装置10的自身已知的电路，其具有所提及的电网侧的逆变器16和由其包围的半导体开关T，为了明确地参考而以T1，T2，T3，T4，T5和T6表示这些半导体开关。电路以公知的方式和方法具有中间回路22，例如电流中间回路或者电压中间回路，它接在电网侧的逆变器16上。这在图2中的描述中-如已经提及地-并没有出现在中间回路22随后的负载侧的逆变器上。在输入侧示出了电网电感L1，L2，L3，并且电流在每个相以i1，i2和i3表示。在星形接点处连接在一起的F3E电容器以C_a，b，c，C_b，c，a和C_c，a，b表示，并且表示了在以a，b和c示出的点之间的电容。在电动机14的发电机形式的运行中，电流i1，i2，i3的电流（回馈电流）的方向指向电源12的方向。

在图3中的视图示出具有通常六个基本状态的自身已知的空间矢量图。每个基本状态与（电网侧的）逆变器16的半导体开关T1-T6的确定的位置相联系。在此以“[110]”表示的状态例如意味着半导体开关T1，T3和T6工作并且半导体开关T5，T2和T4不工作。此外在转换向时，即在达到状态“[010]”时实现了半导体开关T1的不工作状态（停止换向），并且总体上这个状态意味着半导体开关T3，T2和T6工作并且半导体开关T1，T5和T4不工作。

在半导体开关T1关断（不工作）之后，具有电网电感L1的位不再继续传输电流。然而，电流i1导致F3E电容器C_b，c，a的放电，该电流被注入直至此处的电网电感L1的半导体开关T1关断为止。这个放电长时间地持续，直至至此注入电网电感L1的电流i1衰减为止。这导致了至此所观察的电压突降，不期望的是该电压突降达到一个确定的大小、并且甚至导致错误换向。

前面所述的类型的预点火因此涉及以T2表示的半导体开关，其中在这里示范性地选出从以“[110]”表示的状态至以“[010]”表示的状态的转换。通常在换向时间点的状态转换中实现的是：第一半导体开关T1不工作，并且同时位于相同的半导体电桥中的第二半导体开关T2工作。在预点火的范畴中，在换向时间点之前、即在第一半导体开关T1还工作的时间点已经实现了使第二半导体开关T2工作。实现预点火的时间点由相应的预点火角确定，并且空间矢量表在图3中的描述给出了对预点火角24的良好说明。因此，预点火角24是在空间矢量26和下一个换向时间点之间的间距。对于半导体开关T1-T6来说只要达到预点火角24的范围，控制逻辑装置18就为这些半导体开关T1-T6产生相应的控制信号20，以使得其在自身的换向时间点之前就已经工作。

在图4，图5和图6中的描述中示出在相停止换向时获得的振荡，即基于在停止换向的相上的过于强烈的电压突降的振荡（图4），在停止换向时具有小预点火角24（图5）的获得的振荡和在停止转向时具有较大预点火角24（图6）的获得的振荡。

可以识别出的是已经在小预点火角24（图5）时相对于正常的换向（图4）减少的振荡振幅，还识别出在较大预点火角24（图6）时显著减少的振荡振幅。另外，预点火角24在图4，图5和图6中的描述中也能以分别在下部区域中示出的方波信号来识别。

因此，在图4中的视图示出了在相停止换向时在正常的换向时间点、即相应于半导体开关的基频控制时获得的振荡。从左上部向右下部延伸的曲线30是停止换向的相的、即那个在换向时间点关断的相的电压。从左下部向右上部延伸的曲线32是开始换向（aufkommutierten）的相的、即那个在换向时间点接通的相的电压。在图4中视图的下部区域中示出了与所观察的换向相关的半导体开关的控制信号20，确切地说从左向右地观察，首先位于高电平上的、用于控制在换向时间点不工作的半导体开关的第一控制信号20和首先位于低电平上的、用于控制在换向时间点工作的半导体开关的第二控制信号20。能识别的是，同时实现了使这两个与观察的换向时间点相关的半导体开关（在此例如也在图2中以T1和T2表示的两个半导体开关）工作和不工作。

在图5中的视图示出了如在图4中相同的情况，然而其具有预点火角（图5）和较大的预点火角（图6）。

从左上部向右下部延伸的曲线30再次是停止换向的相的、即那个在换向时间点关断的相的相应的电压。从左下边相右上部延伸的曲线32是开始换向的相的、即那个相应于相应的预点火角24在换向时间点之前接通的相的电压。在图5和图6中的视图的下部区域中示出与所观察的换向相关的半导体开关的控制信号20，确切地说从左向右地观察，位于高电平上的、用于控制在换向时间点不工作半导体开关的第一控制信号20和第二首先位于低电平上的、用于控制相应于相应的预点火角24在换向时间点之前工作的半导体开关的控制信号20。预点火角24因此是在之前产生的控制信号20的上升沿和在正常的换向时间点产生的控制信号20的下降沿之间的间距。

能识别的是，基于在不同时间点的相应预点火角24，实现了使与观察的换向时间点相关的半导体开关（在此也利用在图2中以T1和T2表示的两个半导体开关）工作和不工作。此外能识别出的是，在停止换向的相上的振荡减少（第一曲线30），其中在图6中示出的、与在图5中示出的预点火角24相比更大的预点火角24时产生的振荡也再次减小。

因此对在此提出的说明书的各个首要方面简短地总结如下：

给出一种用于回馈地运行驱动控制装置10的方法，该驱动控制装置包括逆变器16，该逆变器具有能由控制信号20控制的半导体开关T1-T6，其中控制逻辑装置18为每个控制信号20测定控制信号时间点，并且其中经过由控制逻辑装置18在相应的控制信号时间点所产生的控制信号20进行对各一个半导体开关T1-T6的控制，其中，经过相应的控制信号20以预定的或能预定的预点火角24在经过测定的控制信号时间点之前进行对单个半导体开关T1-T6的控制。

Claims

1.一种用于回馈地运行驱动控制装置（10）的方法，所述驱动控制装置包括具有能由控制信号（20）控制的半导体开关（T1-T6）的逆变器（16），其中控制逻辑装置（18）为每个所述控制信号（20）测定控制信号时间点，并且其中经过由所述控制逻辑装置（18）在相应的所述控制信号时间点所产生的所述控制信号（20）进行对各一个所述半导体开关（T1-T6）的所述控制，其特征在于，经过相应的所述控制信号（20）以预定的或能预定的预点火角（24）在经过测定的所述控制信号时间点之前进行对单个的所述半导体开关（T1-T6）的所述控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用相应于所述预点火角（24）所产生的所述控制信号（20）来控制属于下一个待换向的相的半导体开关（T1-T6）。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述预点火角（24）取决于回馈至相应的电网中的电流或相应的电网电感（L1，L2，L3）。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述预点火角（24）取决于在相应停止换向的相上的电压突降。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在相应停止换向的相上测量所述电压突降，并且从与所述预点火角有关的测量值得出所述预点火角（24）。

6.根据权利要求3和权利要求4或5中任一项所述的方法，其中，在相应停止换向的相上测量电压突降，并且根据回馈至所述电网中的所述电流和相应的所述电压突降得出所述预点火角（24）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预点火角（24）是基于经过测量的所述电压突降和回馈至所述电网中的所述电流的调节方法的结果。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，回馈至所述电网中的所述电流的值从电流测量或从所述驱动控制装置（10）中得出。

9.一种具有驱动控制逻辑装置（18）的驱动控制装置，所述驱动控制装置作为用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法的装置，其中，能利用所述驱动控制逻辑装置（18）测定用于控制所述驱动控制装置（10）的所述半导体开关（T1-T6）的控制信号时间点，并且由此出发能产生用于控制所述半导体开关（T1-T6）的控制信号（20）；其中，通过所述控制逻辑装置（18）能测量用于提前控制单个的所述半导体开关（T1-T6）的预点火角（24）；并且其中，通过所述控制逻辑装置（18）相应于相应的所述控制信号时间点和相应的所述预点火角（24）能产生用于控制所述半导体开关（T1-T6）的控制信号（20）。

10.一种计算机程序模块，具有用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的程序代码装置。

11.一种根据权利要求9所述的以及具有处理单元和存储器的驱动控制装置（10），在所述存储器中加载了或能加载根据权利要求10的计算机程序模块，所述计算机程序在运行所述驱动控制装置（10）时通过所述计算机程序的处理单元执行或能执行并且在所述计算机程序的控制下相应于分别自动地测定的预点火角单个的半导体开关（T1-T6）提前工作或能工作。