CN107258051B - 用于识别逆变器的操控方法的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种方法，该方法用于识别逆变器（11）的操控方法，该逆变器用于电机（1）的、尤其是同步电机的通电，该电机具有N个相位。该方法包括：在操控信号的、预先给定的多个周期循环上检测操控信号（CU、DU、CV、DV、CW、DW），该操纵信号供应给所述逆变器并且利用周期循环计时；在所述预先给定的多个周期循环上获取占空比频率，该占空比频率用于所检测的操控信号；以及基于所获取的占空比频率来识别所述操控方法。此外，本发明包括设备（5），该设备被构造用于执行所述方法。此外，本发明包括所述方法或者所述设备的应用，用于监控所述电机的转矩，并且尤其是用于根据操控方法估计所述电机的、运行点相关的损耗功率，该操控方法通过所述方法或者所述设备被识别。

Description

用于识别逆变器的操控方法的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于识别逆变器的操控方法的方法和设备，该逆变器用于电机、尤其是同步电机的通电，该电机具有N个相。

背景技术

在实践中常规的、对电机的监控基于待由所述电机产生的额定力矩与由所述电机产生的实际力矩的比较。通常，所述实际转矩不是被直接测量出的，而是由测量量计算出的。为了监控逆变器的正确的运行，必需的是，这些测量量不是从在所述逆变器上游的功能单元中被取出，而是从所述逆变器以及该逆变器下游连接的部件中被取出。

实际力矩M_ist能够通过对存在于所述电机的轴处的机械功率P_mech的计算被确定为M_ist=P_mech/(2πn)，其中，n是所述电机的转速。机械功率P_mech是电功率和损耗功率的差值，该电功率能够由所述电机的相电压和相电流被计算出。所述损耗功率由在连接至电机的线路中的损耗、在电机中的损耗、铁损耗以及摩擦损耗组成。所述损耗功率作为用于监控的参数（该参数取决于电机的运行点，该运行点例如通过转速和转矩被确定）就绪，并且以前通过在电机中的、对于准确地一种操控方法的应用而出现。

以这种方式，所述损耗功率能够被正确地确定，只要它在运行点处保持恒定。然而，这以所述电机仅仅利用所述准确地一种操控方法运行为前提。即，其它的操控方法引起对于运行点的损耗功率的变化，并且可能在通过转速和转矩张开的工作区域中彼此重合。

在不了解所述电机的、所使用的操控方法的情况下，对损耗功率的正确确定是不可能的，并且因此也不存在对由所述电机产生的实际力矩的可靠的监控。

发明内容

因此，本发明的任务是提供用于识别逆变器的操控方法的方法和设备，该逆变器用于具有N个相的电机的通电，它们以低成本并且在不需要附加的输入信号的情况下对于所述逆变器实现了损耗功率的正确的确定。

用于识别逆变器的操控方法的方法，该逆变器用于具有N个相的电机的通电，该方法包括下述步骤：通过操控信号的、预先给定的多个周期循环来检测操控信号，该操控信号被供应给所述逆变器并且利用周期循环被计时；通过所述预先给定的多个周期循环来获取占空比频率，该占空比频率用于所检测的操控信号；以及基于所获取的占空比频率来识别所述操控方法。尤其地，所述电机被构造为同步电机。

概念“占空比频率”表示所获取的下述频率，利用该频率，相应的、所确定的占空比（例如：0或者1）在预先给定的多个周期循环期间出现。所述相应的占空比能够分别通过准确地一个值（例如：0或者1）或者通过相应的取值范围（例如：从0.00至0.05，或者，从0.95至1.00）被预先给定。概念“占空比”表示在相应的周期循环期间所述操控信号的第一电平的持续时间与所述周期循环的持续时间的比值。对于操控信号，所述第一电平优选地对应于高的电平，该操控信号能够在第一时刻具有高的电平并且在其它时刻具有低的电平。

所述方法实现了所述损耗功率的正确的确定，而不必将附加的输入信号供应给所述逆变器，用于提供关于所使用的操控方法的信息。因此，用于实施所述方法的成本也能够低地被保持。

在一种改型方案中，所述方法还包括：所述占空比频率的获取包括占空比为0（即：0的占空比）的频率和/或壹占空比（即：1的占空比）的频率的获取，并且基于所获取的、所述占空比为0的频率和/或所获取的、所述壹占空比的频率被识别所述操控方法。由此，实现了精确的并且能够简单地实施的、所述操控方法的识别。

在上述改型方案的改进方案中，所述方法还包括：所述占空比为0的、相应的预先给定的频率范围和所述占空比为1的、相应的预先给定的频率范围配属于待识别的操控方法，并且操控方法被识别，当所述占空比为0的、所获取的频率在所述占空比为0的、所述配属于这种操控方法的频率范围中时，并且所述占空比为1的、所获取的频率在所述占空比为1的、所述配属于这种操控方法频率范围中时。这实现了所述操控方法的、更精确以及更可靠的识别。

在上述改型方案的改进方案中，所述方法还包括：对于所述占空比为0的、所获取的等于零的频率，并且优选对于所述占空比为1的、所获取的等于零的频率，所述操控方法被识别为连续的操控方法、尤其是空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM），否则识别为不连续的操控方法。由此，实现了所述操控方法的、简单的并且不复杂的配属。

在此，不连续的操控方法被理解为下述操控方法，其中，类似-正弦形状的控制电压（或者三次谐波的正弦）脱离，该控制电压利用所述操控信号被产生。在不连续性的轻微影响中，例如对于诸如过调制、单-零矢量和Flat-Top的操控方法，所述控制电压在最高和最低点处在预先确定的时间或者预先确定的角度上被平整。对于这些不连续的操控方法，0的占空比（即：占空比为0）的频率和/或1的占空比（即：占空比为1）的频率比用于所述连续的SVPWM-操控方法的高。在所述单-零矢量-操控方法时，甚至没有占空比为1出现，然而占空比为0比在SVPWM-操控方法时更频繁地出现。在所述不连续性的、被影响的形式时，例如在基频时钟操控方法时，所述控制电压完全转变为矩形信号，这导致所述占空比为0和所述占空比为1的更高的频率。

然而，在所述连续的SVPWM-操控方法时只存在少许下述瞬间，在所述瞬间中，所述占空比理论上达到0或者1。然而实际上在所述SVPWM-操控方法时，从没有达到过0或者1的占空比，因为在这种方法中必须在相继的PWM周期循环之间保持最低-接通和断开时间。

上述确定通过相应的改进方案实现了更精细地划分的配属，并且因此实现了更精确的、对不连续的操控方法的识别，所述改进方案在下面更详细地被阐述并且与能够彼此接合。

在所述方法的这些改进方案中的一个改进方案中设置的是：用于所述占空比为0的、所获取的大于零并且小于或者等于预先给定的第一临界值的频率和用于所述占空比为1的、所获取的大于零并且小于或者等于预先给定的第二临界值的频率的所述操控方法识别为过调制-操控方法或者Flat-Top操控方法。

在所述方法的这些改进方案中的另一个改进方案中设置的是：用于所述占空比为0的、所获取的大于预先给定的第一临界值的频率和用于所述占空比为1的、所获取的大于预先给定的第二临界值的频率的所述操控方法识别为基频时钟操控方法。。

在所述方法的这些改进方案中的又一个改进方案中设置的是：用于所述占空比为0的、所获取的大于零并且小于预先给定的临界值的频率的所述操控方法，和用于所述占空比为1的、所获取的等于零的频率的所述操控方法识别为单-零矢量-操控方法。

就上述改进方案的集合而言，与所述零占比相关的、预先给定的临界值（该临界值用于所述不同的不连续的操控方法的识别）优选地被确定为唯一的临界值。此外，就上述改进方案的集合而言，与所述占空比为1相关的、预先给定的临界值（该临界值用于所述不同的不连续的操控方法的识别）也优选地被确定为唯一的临界值，。

因此，上述改进方案实现了详细的、准确的并且易于实施的、所使用的操控方法的识别。

在所述方法的一种改型方案中所述方法包括：在检测所述操控信号时，只有所述操控信号的、用于被构造为全桥的所述逆变器的上半部的组分或者只有所述操控信号的、用于被构造为全桥的所述逆变器的下半部的组分被检测出。更确切的说，用于所述电机的所述控制电压借助在所述IGBT处的所述操控信号被产生，所述IGBT在被构造为全桥的逆变器或者换流器的上部的或者下部的半桥中，其中，就简化的观察而言，所述上部的半桥的操控信号在所述下部的半桥中被反相地输出，而不考虑待保持的保护时间。这实现了所述方法的、成本有利的实施。

替代地或者附加地，根据改型方案的所述方法包括：所述占空比频率作为在所述操控信号的所有N个相组分上集合的占空比频率被获取。在此，所述N个相的所述占空比的所述频率因而整体地被检测，而不配属于相应的相。这实现了所述方法的、成本有利的实施。

此外，本发明包括用于用于识别逆变器的操控方法的设备，该逆变器用于具有N个相的电机的通电，其中，所述设备被构造用于：在过操控信号的、预先给定的多个周期循环上检测操控信号，该操控信号被供应给所述逆变器并且利用周期循环被计时；在所述预先给定的多个周期循环上获取用于所检测的操控信号的占空比频率；以及基于所获取的占空比频率来识别所述操控方法。此外，在有利的改型方案中，所述设备被构造用于执行所述方法的、上面所阐述的改型方案中的至少一个改型方案。根据所述方法公开的特征应当也适用于根据所述设备公开的，并且反之亦然。

利用这种设备和其改型方案，与在之前阐述的方法和其改型方案相同的优点能够被实现。

优选地，上述方法中的一种方法或者上述设备中的一种设备被使用，以便监控说所述电机的转矩或者实际力矩，和/或以便根据通过所述方法或者所述设备识别的操控方法来估计所述电机的、运行点相关的损耗功率。由此，所述电机的所述实际力矩能够以特别有效的方式被正确地计算并且被监控。

附图说明

在下文中，本发明的、示例性的实施方式参照附图（而不限于此）被阐述，在所述附图中，相同的或者相似的组件跨附图地设有相同的附图标记。

在下文中，本发明参照附图被更详细地阐述。为此，附图示出：

图1具有用于电机的通电的逆变器的系统的部分，

图2用于逆变器的SVPWM-操控方法，该逆变器用于三相通电，以及

图3用于识别所述操控方法的方法。

具体实施方式

图1说明具有逆变器11的系统的一部分，该逆变器用于电机1的通电，该电机具有N=3个相U、V和W。逆变器11使直流电能量转换为相应的相电压U_U0、U_V0和U_W0，该直流电能量被储存在电池2中，所述相电压作为交流电压通过相导线12被供给至电机1。逆变器11被构造为全桥，该全桥具有上部和下部的半桥。对于逆变器11的三个相中的每一个，供给至电机1的交流电压通过IGBT 7U、7V或者7W与二极管8U、8V或者8W的、配属于上部的半桥的并联电路和IGBT 9U、9V和9W与二极管10U、10V或者10W的、配属于下部的半桥的并联电路的串联生成。供给以控制信号4的操控单元或者驱动电路3为逆变器或者换流器11供给操控信号CU、CV、CW（用于上部的半桥）和DU、DV、DW（用于下部的半桥），以便控制逆变器11的上部的半桥的IGBT 7U、7V、7W的或者下部的半桥的9U、9V、9W的开关行为。

用于识别操控方法5的设备被供给以用于逆变器11的上部的半桥的操控信号CU、CV和CW。设备5被构造用于执行上面所示出的方法中的一种方法，并且基于操控信号CU、CV和CW识别操控方法，所述操控信号在预先给定的多个周期循环上供给。设备5在它的出口处提供信息6，该信息关于通过设备5所识别的操控方法，该操控方法的知识接着被用于所述损耗功率的正确的确定或者所述实际转矩的监控。

以用于逆变器的SVPWM-操控方法为例（该逆变器用于电机的三相通电），图2说明了操控信号CU、CV和CW与产生的、用于电机1的控制电压U_U0、U_V0和U_W0的关系，所述操控信号在图2的左半部分示例性地被绘制出，所述控制电压在图2的右半部分示例性地被绘制出。对于具有持续时间T_PWM和高的电平T_CU、T_CV或者T_CW的、相应的持续时间的周期循环，操控电压被示出。竖直的时间轴20和21绘出配属于同样的时间点的操控电平或者控制电压。为了在相中产生最大的控制电压，对应的控制信号必须输出最大的占空比。为了输出相的最小的控制电压，配属的操控信号必须输出最小的占空比。

图3根据占空比为0的、所获取的频率x（在图3中的左栏）与占空比为1的、所获取的频率y（在图3中的中间栏）说明用于识别所述操控方法的方法，其中，所述频率在多个周期循环上被获取。如果占空比为0的频率x被获取为零（x=0），并且如果占空比为1的频率y也被获取为零（y=0），那么SVPWM-操控方法被识别为操控方法（在图3的右栏中的“A”）。如果占空比为0的频率x相反大于零并且小于等于预先给定的第一临界值X1（X1>0），并且如果占空比为1的频率y大于零并且小于等于预先给定的第二临界值Y1（Y >0），那么过调制-操控方法或者Flat-Top操控方法被识别为操控方法（在图3的右栏中的“B”）。如果占空比为0的频率x大于零并且小于等于预先给定的第一临界值X1，并且如果占空比为1的频率y等于零，那么单-零矢量-操控方法被识别为操控方法（在图3的右栏中的“C”）。如果占空比为0的频率x超过了预先给定的第一临界值X1，并且如果占空比为1的频率y超过了预先给定的、第二临界值Y1，那么基频时钟操控方法被识别为操控方法（在图3的右栏中的“D”）。

Claims (12)

1.用于识别逆变器（11）的操控方法的方法，该逆变器用于电机（1）的的通电，该电机具有N个相，该方法包括：

在操控信号的预先给定的多个周期循环上检测操控信号（CU、DU、CV、DV、CW、DW），该操控信号供应给所述逆变器并且利用周期循环计时；

在所述预先给定的多个周期循环上获取所检测的操控信号的占空比频率；以及

基于所获取的占空比频率来识别所述操控方法。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述占空比频率的获取包括占空比为0的频率的和/或占空比为1的频率的获取，并且基于所获取的所述占空比为0的频率和/或所获取的所述占空比为1的频率识别所述操控方法。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，相应预先给定的占空比为0的频率范围和相应的预先给定的占空比为1的频率范围配属于待识别的操控方法，并且当所获取的占空比为0的频率在所述配属于这种操控方法的占空比为0的频率范围中，并且所获取的占空比为1的频率在所述配属于这种操控方法的占空比为1的频率范围中时，操控方法被识别。

4.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于，所获取的占空比为0时的频率等于零的操控方法被识别为连续的操控方法，其他情况则被识别为不连续的操控方法。

5.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于，所获取的占空比为0时的频率等于零并且所获取的占空比为1时的频率等于零的操控方法被识别为连续的操控方法，其他情况则被识别为不连续的操控方法。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所获取的占空比为0的频率大于零并且小于或者等于预先给定的第一临界值并且所获取的占空比为1的频率大于零并且小于或者等于预先给定的第二临界值的操控方法识别为过调制-操控方法或者Flat-Top操控方法。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所获取的占空比为0的频率大于预先给定的第一临界值并且所获取的占空比为1的频率大于预先给定的第二临界值的操控方法识别为基频时钟操控方法。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所获取的占空比为0的频率大于零并且小于预先给定的临界值并且所获取的占空比为1的频率等于零的操控方法识别为单-零矢量操控方法。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在检测所述操控信号时，只有用于构造为全桥的逆变器的上半部的操控信号成分被检测出或者只有用于构造为全桥的逆变器的下半部的操控信号成分被检测出，和/或所述占空比频率作为在所述操控信号的所有N相分量上的整体占空比频率被获取。

10.用于识别逆变器（11）的操控方法的设备（5），该逆变器用于电机（1）的通电，该电机具有N个相，其中，所述设备被构造用于：在操控信号的预先给定的多个周期循环上检测操控信号（CU、DU、CV、DV、CW、DW），该操控信号被供应给所述逆变器并且利用周期循环计时；在所述预先给定的多个周期循环上获取占空比频率，该占空比频率用于所检测的操控信号；以及基于所获取的占空比频率来识别所述操控方法；其中，此外所述设备被构造用于执行前述权利要求2至9的方法中的一种方法。

11.根据前述权利要求1至9中的任一项所述的方法的应用，用于监控所述电机的转矩，并且用于根据操控方法估计所述电机的、运行点相关的损耗功率，该操控方法通过所述方法被识别。

12.根据权利要求10所述的设备的应用，用于监控所述电机的转矩，并且用于根据操控方法估计所述电机的、运行点相关的损耗功率，该操控方法通过所述设备被识别。