CN105009441B - 用于规定用于逆变器的操控持续时间以改善电流测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于规定用于逆变器（2）的操控持续时间（44）的方法，该逆变器具有至少两个半桥（14），所述半桥由两个通过中间分接点（22）相互连接的半桥开关（16、17）组成，在半桥开关的与中间分接点（22）相对的接线端（18、20）处施加电压（10），其中在每个半桥（14）中半桥开关（16、17）的第一半桥开关（16）能利用操控持续时间（44）的第一操控持续时间（44）在脉宽调制（36）的范围中被操控并且半桥开关（16、17）的第二半桥开关（17）能利用操控持续时间（44）的第二操控持续时间在脉宽调制（36）的范围中被操控，该方法包括：‑确定在脉宽调制（36）的一个周期（40、42）期间用于两个半桥（14）的两个半桥开关（16、17）的操控持续时间（44），以及‑当在脉宽调制（36）的该周期（40）内第一半桥（14）的第一操控持续时间（44）和第二半桥（14）的第一操控持续时间（44）在预先确定的容差内叠合时，相对第一半桥（14）中的第二操控持续时间改变第一半桥（14）的第一操控持续时间（44）。借助于本发明可以更准确地确定逆变器的相电流。

Description

用于规定用于逆变器的操控持续时间以改善电流测量的方法

技术领域

本发明总得来说涉及逆变器领域，尤其涉及用于运行逆变器的方法。

背景技术

逆变器通常具有与半桥串行接线的半导体开关元件。半导体开关元件借助于换向模型来操控，以便提供相电压。

为了测量多相逆变器的输出的相电流，从DE 10 2011 003 897 A1中已知，在如下时间将在中间电路汇流排之一上流入到逆变器中的输入电流视为由半桥输出的相电流，在所述时间中仅仅该半桥的中间分接点与相应的中间电路汇流排连接。

任务是：通过能够以改进的准确性来确定相电流的方式来规定用于操控逆变器的操控持续时间。

发明内容

该任务通过根据权利要求1的用于规定逆变器的操控持续时间的方法以及用于测量多相交流电流的相电流的方法和执行所述方法的设备来解决。

优选的构型在从属权利要求中说明。

根据第一方面，说明了一种用于规定用于逆变器的操控持续时间的方法，该逆变器具有至少两个半桥，所述半桥由两个通过中间分接点相互连接的半桥开关组成，在半桥开关的与中间分接点相对的接线端处施加电压，其中在每个半桥中半桥开关的第一半桥开关能利用操控持续时间的第一操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控并且半桥开关的第二半桥开关能利用操控持续时间的第二操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控。所说明的方法包括如下步骤：确定在脉宽调制的一个周期期间用于两个半桥的两个半桥开关的操控持续时间，以及当在脉宽调制的该周期内第一半桥的第一操控持续时间和第二半桥的第一操控持续时间在预先确定的容差内叠合时，相对第一半桥中的第二操控持续时间改变第一半桥的第一操控持续时间。

在所说明的方法的范围内预先确定的容差在下面应该理解为最短持续时间，该最短持续时间是为了检测开头提到的在中间电路汇流排之一上流动的输入电流所需的。

所说明的方法所基于的考虑是：开头提到的方法仅在逆变器被如此操控使得在脉宽调制的一个周期内逆变器的半桥的各个中间分接点单独地与中间电路汇流排之一连接时可以被执行。在这种情况下，中间电路电流完全通过该中间分接点从中间电路流出，因此该状态也称为相通电。

但是在本发明的范围内看出：在脉宽调制的一个周期内并不总是得出在其范围内执行开头提到的方法的相通电，因为在脉宽调制的周期内不同半桥的与中间电路汇流排连接的两个半桥开关的两个操控持续时间彼此重叠。这例如在典型地输出零向量的情况下是这种情况，其中因此不存在利用开头提到类型的方法进行电流测量的可能性。

但是在本发明的范围内看出：在脉宽调制的情况下不取决于在脉宽调制的一个周期内的何处操控逆变器的半桥的各个半桥开关，而是仅仅取决于操控多长时间。各个操控持续时间可以在脉宽调制的该周期内在不改变所产生的交流电流的情况下被简单地推移。该认识在所说明的方法的范围内使用，以便在脉宽调制的该周期内以上述方式迫使相通电，使得开头提到的方法总是被执行用于电流测量。

在上述方法的一种实施方式中，第一半桥的第一操控持续时间为了相对第一半桥的第二操控持续时间推移被划分成至少两个子持续时间，所述子持续时间在脉宽调制的该周期内在时间上彼此间隔地布置。通过划分操控持续时间，各个子持续时间在脉宽调制的该周期内被推移到不同的时间点，在这些时间点可以根据开头提到的方法进行测量。通过这种方式，在一个周期内利用开头提到的方法进行的可能电流测量的数量被显著提高。

在上述方法的另一实施方式中，所述两个子持续时间关于两个半桥的第一操控持续时间的对称点（Symmetrie）被相互对称地布置。操控持续时间在脉宽调制的该周期中的对称布置允许：利利用开头提到的方法的电流测量在对称点之前和在对称点之后被执行。但是，该电流时间上平均地直接在对称点处被检测。该对称点可以在脉宽调制的各个周期上被置于预定义的位置，使得要利用开头提到的方法测量的相电流总是在脉宽调制的各个周期内的相同位置处被检测。通过这种方式减少或完全避免时间上的抖动、也即测量误差，其通过在脉宽调制的该周期中的测量点的不同的时间上的位置引起。

在另一实施方式中，上述方法包括步骤：将两个半桥的第一操控持续时间的对称点布置在脉宽调制的周期的周期中心，使得在对称点之前和在对称点之后提供相同的持续时间以用于利用开头提到的方法来执行电流测量。

此外，第一半桥的第一操控持续时间可以相对第一半桥的第二操控持续时间被如此推移，使得第一半桥的第一操控持续时间在脉宽调制的该周期内具有到第二半桥中的第一操控持续时间的预先确定的时间上的距离。通过这种方式可以确保：不仅提供足够的持续时间以用于执行开头提到的方法，而且在该持续时间内该要测量的电流在相关的中间分接点处也起振。

根据本发明的另一方面，说明一种用于测量在逆变器中的多相交流电流的相电流的方法，该逆变器具有至少两个半桥，所述半桥由两个通过中间分接点相互连接的半桥开关组成，在半桥开关的相对中间分接点的接线端处施加电压，其中在每个半桥中半桥开关的第一半桥开关能利用操控持续时间的第一操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控并且半桥开关的第二半桥开关能利用操控持续时间的第二操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控。所说明的方法包括：利用前述方法之一规定操控持续时间，并且在第一半桥的第一操控持续时间中基于在第一半桥的半桥开关的与第一半桥的中间分接点相对的接线端处的输入电流检测该中间分接点处的相电流，在所述第一操控持续时间中该第一半桥开关相对其它半桥的第一半桥开关被单独地操控。

特别优选地，相电流在此在上述对称点之前以及之后与该对称点对称地被检测。

根据另一方面，设置一种用于运行逆变器的方法，其中根据用于规定操控持续时间的上述方法来确定用于操控半桥开关的操控持续时间。

根据本发明的另一方面，说明一种用于规定用于逆变器的操控持续时间的设备、尤其是计算装置，该逆变器具有至少两个半桥，所述半桥由两个通过中间分接点相互连接的半桥开关组成，在半桥开关的相对中间分接点的接线端处施加电压，其中在每个半桥中半桥开关的第一半桥开关能利用操控持续时间的第一操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控并且半桥开关的第二半桥开关能利用操控持续时间的第二操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控。在此，该设备被设立为：确定在脉宽调制的一个周期期间用于两个半桥的两个半桥开关的操控持续时间，以及当在脉宽调制的该周期期间第一半桥的第一操控持续时间和第二半桥的第一操控持续时间在预先确定的容差内叠合时，相对第一半桥中的第二操控持续时间改变第一半桥的第一操控持续时间。

根据本发明的另一方面，说明一种设备，其被设立为执行上述方法之一。

在所说明的设备的一种改进方案中，所说明的设备具有存储器以及处理器。在此所说明的方法之一以计算机程序的形式存放在存储器中并且设置处理器以用于在该计算机程序被从存储器加载到处理器中时实施该方法。

根据本发明的另一方面，设立一种计算机程序来实施上述方法之一的所有步骤。

根据本发明的另一方面，上述计算机程序存储在一种电子存储介质上。

根据本发明的另一方面，一种电子控制设备具有上述电子存储介质。

附图说明

下面根据所附的附图进一步阐述本发明的优选的实施方式。其中：

图1示出了逆变器的示意性图示；

图2示出了逆变器的脉宽调制过程的示意性图示；

图3示出了在来自图2的脉宽调制的一个周期中的可能占空比的一种示意性图示；以及

图4示出了在来自图2的脉宽调制的一个周期中的可能占空比的另一示意性图示。

具体实施方式

在图中，相同的元件配备相同的附图标记并且仅被描述一次。

参照图1，其示出了用于电动机4形式的三相耗电器的电能量供应的逆变器2的示意性图示。逆变器6在此由控制设备6操控。

为了电动机4的电能量供应，逆变器2将在中间电路电容器8处降落的电压10转换成三相交流电压，在图1中为了清楚仅示出了三相交流电压中的两个电压相12。电压10在此可以作为直流电压以专业人士已知的方式例如通过对来自电能量供应网络的三相交流电压进行整流来获得。在可替代的实施方式中，电压10也可以与交流电压相对应。

为了转换电压相12，逆变器2具有三个半桥14，在这些半桥中半桥开关16、17分别串行接线。半桥开关16、17通常被构造为半导体开关、尤其构造为MOSFET等等。半桥14通过正的中间电路汇流排18和负的中间电路汇流排20与中间电路电容器8并行地连接，使得在半桥14处施加电压10。通过操纵在半桥14的中间分接点22之上的半桥开关16（称为高开关16），正的中间电路汇流排18的电位可以被置于中间分接点22上。与之相对，可以通过操纵半桥14的中间分接点22之下的半桥开关17（称为低开关17）来将负的中间电路汇流排20的电位置于中间分接点22上。当然，在唯一一个半桥14中从不应该同时操纵高开关16和低开关17，以便避免中间电路电容器8的短接。

半桥开关16、17例如可以用作电流调节电路中的调整装置，在该调整装置中流经电动机4的相电流24、26、28利用专业人士已知的脉宽调制被调节到预先确定的额定值上。在脉宽调制的范围内，半桥开关16、17利用以要在图2范围中描述的方式来产生的相应的控制信号30、31来操控。电流调节在此可以以任意的方式来构造：作为电流调节的示例可以参阅如在印刷品DE 101 08 173 A1中示例性阐述的dq系统范围内的调节。

为了电流调节，需要检测相电流24、26、28的实际值，对此应该考虑在印刷品DE 102011 003 897 A1中公开的测量方法。在该测量方法的范围内，不应检测相电流24、26、28自身而是检测到逆变器2中的两个中间电路汇流排18、20之一上的输入电流32并且从中计算各个相电流24、26、28。该方法在所提到的印刷品中被详细地描述并且在此为了简短不进一步提及。

如在印刷品DE 10 2011 003 897 A1中公开的，为了利用所公开的测量方法测量相电流24、26、28，需要第一持续时间和第二持续时间，在该第一持续时间中高开关16中的恰好一个被闭合，在该第二持续时间中恰好一个低开关17被闭合。以特别有益的方式提出的该前提条件是本实施方式的主题。

这应该根据具体的示例来阐述，在该示例的范围内借助于脉宽调制如此调制中间分接点22处的电位，使得这些电位相互之差得出电压相12。对此半桥开关16、17必须在脉宽调制的范围内利用在图2中示出的占空比36通过要产生的三相交流电压的角度38被操控。为了使占空比36到图1的相应半桥14的分配容易进行，图2的相应曲线配备有流经半桥14的中间分接点22的相电流24、26、28的附图标记，该半桥应该利用相应曲线的占空比36来调制。

描述这些占空比36的曲线被如此构建，使得占空比36以规则的间隔来变化并且在确定的周期40、42上保持恒定。为了清楚在图2中仅引用这些周期40、42中的两个并且配备附图标记。

如现在在DE 10 2011 003 897 A1中阐述的，可以在每个周期40、42内将到逆变器2中的输入电流32在不同的时间点直接地或间接地分配给支路电流24、26、28之一。对此参照图3，在其中各个半桥14中的高开关16在周期40内的接通时间44用黑方格图示出。各个方格图为了清楚附加地引用了相应的高开关16所属的支路电流26、28、30的附图标记。在此处为了理解再次提示：如果高开关16被接通，低开关17必须被断开。

如在图3中可以看到的，在确定的第一子时间46仅接通高开关16之一，通过该高开关因此也仅仅相应的输入电流32可以在正的中间电路汇流排18上流动。因此输入电流32可以在该第一子时间46中完全地被分配给相电流24、26、28中相应的相电流，在这种情况下分配给第一相电流24。为了清楚，该相电流应该在下面被称为直接测量的相电流。

在第二子时间48中接通两个高开关16，因此仅唯一一个低开关17可以被接通。流经两个接通的高开关16的输入电流32必须因此通过该断开的低开关17流走，因此输入电流32的负值在该第二子时间48中可以分配给相电流24、26、28中相应的相电流，在这种情况下分配给第三相电流28。为了清楚，该相电流应该在下面被称为间接测量的相电流。

相电流24、26、28中的最后的相电流、在这种情况下第二相电流26以已知的方式从三个相电流24、26、28的电流总和中得出。

优选地，每个周期40、42中的第一和第二子时间46、48如在示出的周期40中表明的那样，与周期中点50相互对称，因此在每个周期40、42中可以检测直接测量的相电流的两个值和间接测量的相电流的两个值，其中两个值分别求平均到平均值，该平均值位于周期中点50上。通过这种方式，相电流24、26、28在每个周期40、42中的各个电流值在恒定的时间点（此处周期中点50）被检测，由此几乎消除了在相电流24、26、28检测中的抖动。

在图2中可以看到：用于在相应的中间分接点22处提供两个相电流24、26、28的占空比36在角38的确定区域52处基本相等。也就是说，高开关16的接通时间44几乎相等。由此，将输入电流32规定地分配给相电流24、26、28变得困难，因为不再存在规定的第一子时间46。

但是这可以如应根据在图4中示出的来自图2的两个周期42说明的那样来完成。在此，用于第三相电流28的高开关16的接通时间44被划分，其中该接通时间44的两个被分隔的部分54被对称地推移了时间差56到该周期42的开始和结尾处。通过这种方式又提供两个不同的子时间46、48以用于执行在图3范围中所描述的方法。

虽然也可以多次进行对部分54的分隔，其中所分隔的部分54也可以以任意的方式在周期42内布置，但是周期42内的所分隔部分54的这种对称布置出于图3中提到的原因是特别优选的。

对接通时间的部分54的分隔虽然提高了周期42内的切换过程，但是持续地保证使用基于输入电流32的相电流24、26、28的电流测量。

Claims (9)

1.用于规定用于逆变器（2）的操控持续时间（44）的方法，该逆变器具有至少两个半桥（14），所述半桥由至少两个通过中间分接点（22）相互连接的半桥开关（16、17）组成，在半桥开关的与中间分接点（22）相对的接线端（18、20）处施加电压（10），其中在每个半桥（14）中半桥开关（16、17）的第一半桥开关（16）能利用操控持续时间（44）的第一操控持续时间在脉宽调制（36）的范围中被操控并且半桥开关（16、17）的第二半桥开关（17）能利用操控持续时间（44）的第二操控持续时间在脉宽调制（36）的范围中被操控，该方法包括：

- 确定在脉宽调制（36）的一个周期（40、42）期间用于两个半桥（14）的两个半桥开关（16、17）的操控持续时间（44），以及

- 当在脉宽调制（36）的该周期（40）内第一半桥（14）的第一操控持续时间和第二半桥（14）的第一操控持续时间在预先确定的容差内叠合时，相对第一半桥（14）中的第二操控持续时间改变第一半桥（14）的第一操控持续时间，

其中第一半桥（14）的第一操控持续时间为了相对第一半桥（14）的第二操控持续时间进行改变被划分成至少两个子持续时间（54），所述子持续时间在脉宽调制（36）的周期（40、42）内在时间上彼此间隔（56）地布置，并且

其中两个子持续时间（54）关于第二半桥（14）的第一操控持续时间的对称点（50）被相互对称地布置。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

- 将两个半桥（14）的第一操控持续时间的对称点（50）布置在脉宽调制（36）的周期（40、42）的周期中心。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中第一半桥（14）的第一操控持续时间相对第一半桥（14）的第二操控持续时间被如此推移，使得第一半桥（14）的第一操控持续时间在脉宽调制（36）的周期（40、42）内具有到第二半桥（14）中的第一操控持续时间的预先确定的时间间隔（46）。

4.用于测量在逆变器（2）中的多相交流电流的相电流（24、26、28）的方法，该逆变器具有至少两个半桥（14），所述半桥由两个通过中间分接点（22）相互连接的半桥开关（16、17）组成，在半桥开关的相对中间分接点（22）的接线端（18、20）处施加电压（10），其中在每个半桥（14）中半桥开关（16、17）的第一半桥开关（16）能利用操控持续时间（44）的第一操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控并且半桥开关（16、17）的第二半桥开关（17）能利用操控持续时间（44）的第二操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控，该方法包括：

- 利用根据前述权利要求之一的方法规定操控持续时间（44），

- 在第一半桥（14）的第一操控持续时间中基于在第一半桥（14）的半桥开关（16、17）的与第一半桥（14）的中间分接点（22）相对的接线端（18、20）处的输入电流（32）检测该中间分接点（22）处的相电流（24、26、28），在所述第一操控持续时间中该第一半桥开关（16）相对其它半桥（14）的第一半桥开关（16）被单独地操控。

5.用于运行逆变器的方法，其中用于操控半桥开关（16、17）的操控持续时间按照根据权利要求1至3之一所述的用于规定操控持续时间（44）的方法来确定。

6.用于规定用于逆变器（2）的操控持续时间的设备（6），该逆变器具有至少两个半桥（14），所述半桥由两个通过中间分接点（22）相互连接的半桥开关（16、17）组成，在半桥开关的相对中间分接点（22）的接线端（18、20）处施加电压（10），其中在每个半桥（14）中半桥开关（16、17）的第一半桥开关（16）能利用操控持续时间（44）的第一操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控并且半桥开关（16、17）的第二半桥开关（17）能利用操控持续时间（44）的第二操控持续时间在脉宽调制的范围中被操控，其中该设备被设立为：

- 确定在脉宽调制（36）的一个周期（40、42）期间用于两个半桥（14）的两个半桥开关（16、17）的操控持续时间（44），以及

- 当在脉宽调制（36）的该周期（40、42）期间第一半桥（14）的第一操控持续时间和第二半桥（14）的第一操控持续时间在预先确定的容差内叠合时，相对第一半桥（14）中的第二操控持续时间改变第一半桥（14）的第一操控持续时间，

其特征在于，

第一半桥（14）的第一操控持续时间为了相对第一半桥（14）的第二操控持续时间进行改变被划分成至少两个子持续时间（54），所述子持续时间在脉宽调制（36）的周期（40、42）内在时间上彼此间隔（56）地布置，并且

其中两个子持续时间（54）关于第二半桥（14）的第一操控持续时间的对称点（50）被相互对称地布置。

7.根据权利要求6所述的设备（6），其中所述设备（6）是计算装置。

8.电子存储介质，在该电子存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被设立为实施根据权利要求1至5之一的方法的所有步骤。

9.电子控制设备（6），其具有根据权利要求8的电子存储介质。