CN109429546A - 用于操控逆变器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于操控逆变器（310）的方法（100）和装置（220）。所述逆变器（310）为了供应电机（210）而将输入电压、特别是能量源（230）的直流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率（TF）转换为输出电压、特别是多相的交流电压。或者相反地，逆变器（310）为了对所述能量源（230）进行充电将由旋转的电机（210）产生的输入电压、特别是多相的交流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率（TF）转换为输出电压、特别是直流电压。在脉冲宽度调制中，以预先给定的开关频率（TF）操纵逆变器（310）的开关元件，所述开关频率是所述电机（210）的电频率（EF）的数倍。所述装置（220）被设置成实施如下方法步骤：确定（120）所述电机（210）的参数（P）；根据所确定的参数（P）来确定（130）待预先给定的开关频率（TF），以及预先给定（140）用于操控所述逆变器（310）的开关频率（TF）。

Description

用于操控逆变器的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于操控逆变器的方法和装置。此外，本发明涉及一种具有相应的装置的驱动系和具有驱动系的运输工具以及一种计算机程序和机器可读的存储介质。

背景技术

从DE 10 2011 081 216 中已知一种用于操控电的三相电机的方法，其中电的三相电机借助于逆变器多相地通电。逆变器在第一操控模式下在三相电机的第一转速范围内被操控，并且在第二操控模式下在第二转速范围内被操控。由此有利地实现了在不同转速范围内的有效的运行。需要进一步改进这样的方法和/或提供用于进一步减少在电机运行中的损耗的替代性的方法。

发明内容

提供一种用于操控逆变器的方法。为了供应电机，逆变器将输入电压、特别是能量源的直流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率转换为输出电压、特别是多相的交流电压。或者相反地，逆变器为了给能量源充电而将由旋转的电机产生的输入电压、特别是多相的交流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率转换为输出电压、特别是直流电压。在脉冲宽度调制中，以预先给定的开关频率操纵逆变器的开关元件，使得输入直流电压被转换为具有可变的幅值、相位和频率的三相的输出电压，或者相反地，将三相的输出电压转换为直流电压。预先给定的开关频率是电频率、特别是电机的电旋转频率的数倍。该方法包括以下步骤：确定电机的参数，根据确定的参数确定待预先给定的开关频率，以及预先给定用于操控逆变器的开关频率。

逆变器为了供应电机而通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的、通常恒定的开关频率运行，用于将输入电压、特别是能量源的直流电压转换为输出电压、特别是多相的交流电压。相反地，逆变器为了给能量源充电而通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的、通常恒定的开关频率运行，用于将由旋转的电机产生的输入电压、特别是多相的交流电压转换为输出电压、特别是直流电压。在脉冲宽度调制中，以预先给定的、通常恒定的开关频率操纵逆变器的开关元件。通过所施加的输入电压的突然接通和断开导致输出电压突然上升和下降。由这些相继进行的动态的开关过程得到在电压转换时的平均的输出电压走势。预先给定的开关频率通常是恒定的并且显著大于电机的电频率。例如，逆变器的通常的开关频率是10 kHz。因此，该开关频率总是电机的电频率的数倍，使得在电压转换时得到所产生的输出电压的尽可能均匀的电压走势，例如以理想地正弦或无变化的方式。对于用于操控逆变器的方法来说，首先确定电机的参数。该参数可以直接或间接地确定。因此可以例如紧接着直接在电机上进行确定，例如，确定电机的转速作为电机的参数。间接地，例如可以在驱动系上或在另一点处进行确定，在另一点处可以确定与电机的参数相关的值、例如驱动系的驱动轴的转速。根据确定的参数，确定待预先给定的开关频率。特别地，预先给定与参数相关的开关频率。例如，随着电机的转速增加，预先给定较高的开关频率，并且随着转速降低，则预先给定较低的开关频率。为了操控逆变器，现在预先给定开关频率，特别是预先给定用于操控逆变器的控制单元的开关频率。有利地，提供了一种用于操控逆变器的方法，该方法能够减少在逆变器运行时的损耗。由此也降低了逆变器中产生的温度。

在本发明的另一种设计方案中，待预先给定的开关频率是连续和/或可变地调节的。

在逆变器的运行期间，可以在时间上连续地以可变的方式调节待预先给定的开关频率。开关频率的大小在此可以连续地、即无级地和/或可变地调节。存在以下可行方案：任意连续地和/或可变地调节开关频率、即开关元件的操纵的频次。逆变器的开关元件被操纵的频率越高，则逆变器中的开关损耗就越多，并且导致逆变器变热。相应地，待预先给定的开关频率被调节得尽可能低，使得开关元件尽可能少地被操纵。有利地，提供了一种用于操控逆变器为了进行低损耗运行的替代性的方法。

在本发明的另一种设计方案中，电机的待确定的参数是表征电机的转速或电频率的参数。

确定如下参数，借助于该参数可以确定关于电机的转速或者与其相关的电频率的信息。因此，电机的转速或机械地与电机连接的轴的转速也可以直接被确定为参数。替代性地，例如借助于评估电机的供应电压或电流或者对逆变器的直流电压侧上的电流/电压走势的评估，也可以间接地推断出电机的转速。随着电机的转速增加，电机的电频率也增加。电机的电频率是由电机的转速与电机的极对数相乘得出。随着电频率的增加，逆变器的输出电压的基频也增加，所述逆变器的输出电压由逆变器产生，以便向电机供电。因此，对于均匀的输出电压走势，例如随着电机转速的增加，待预先给定的开关频率增加。有利地，提供了一种参数，该参数能够实现逆变器的低损耗的运行和电机的舒适的运行。

在本发明的另一种设计方案中，待预先给定的开关频率的确定包括根据所确定的参数计算开关频率。

根据确定的参数计算待预先给定的开关频率。该方法操控根据所确定的参数来计算开关频率的器件。例如，可以计算该开关频率，或者从特征场中读取该开关频率。有利地，提供了一种用于确定待预先给定的开关频率的方法。

在本发明的另一种设计方案中，待预先给定的开关频率是所确定的参数的n倍。

待预先给定的开关频率是所确定的参数的数倍、例如n倍。例如，电机的电频率的整数倍被预先给定为用于均匀的输出电压走势的开关频率。由于待预先给定的开关频率大于所确定的参数，因此可以实现均匀的输出电压走势。有利地，提供了一种用于预先给定开关频率的经优化的方法。

在本发明的另一种设计方案中，逆变器是m-相逆变器，并且值n具有处于2*m和12*m之间的值。特别地，n是常数和/或整数。

对于均匀的电流走势来说，针对处于2*m和12*m之间的n的值已经证明在m-相逆变器中是成功的，该逆变器被设置用于将直流电压转换为m-相的交流电压。随着值n增加，在输入和输出侧的电压转换中产生的电压纹波减小。特别地，如果针对n选择了对应于2*m的数倍的值，则借助于逆变器中的开关元件，使得操控更加对称。针对n使用整数值简化了对于待预先给定的开关频率的确定。如果使用恒定值n用于操控逆变器，则该方法进一步得到简化。特别地，如果逆变器在n的恒定值下运行，则总是以相同数量的调制点产生多相的输出电压的相的电压。在上下文中，调制点是指逆变器的开关元件在所述逆变器以开关频率运行时进行操纵的时间点。有利地，提供了值n的预先给定。

在本发明的另一种设计方案中，待预先给定的开关频率大于频率范围的下限频率并且小于频率范围的上限频率。

设置有在下限频率和上限频率之间延伸的频率范围。从该频率范围中选择待预先给定的开关频率。小于下限频率的待预先给定的开关频率导致不均匀的电压走势以及电机的不舒适的运转。大于上限频率的待预先给定的开关频率导致高损耗和过压以及电磁辐射。因此，在预先给定开关频率时应当避免这些范围。此外特别地，预先给定了最大可能的开关频率的频率范围的上限，例如当使用硅半导体开关时为12 kHz，或者当使用碳化硅半导体开关作为逆变器中的开关元件时为20或30 kHz。频率范围的下限特别是由逆变器和电机的环境中的运行条件预先给定。随着逆变器的开关频率降低，直流电压侧（Udc纹波）上和交流电压侧上的电压波动增加。这些在直流电压侧对于为供应连接在其上的负载或直流电压转换器是不利的。此外，电磁和声发射增加。在交流电压侧，所供应的电机的声学特性增强并且电机越来越不舒适地并且不再顺畅地运转。因此，特别是如此预先给定下限，使得在该方法的运行期间，不会干扰地出现所提及的缺点中的任何一个缺点。有利地，提供了用于待预先给定的开关频率的有效的范围。

根据本发明的另一种设计方案，待预先给定的开关频率的确定包括将所确定的待预先给定的开关频率与频率范围的下限频率和上限频率进行比较。如果待预先给定的开关频率小于下限频率，则下限频率被预先给定为待预先给定的开关频率，并且如果待预先给定的开关频率大于上限频率，则将上限频率预先给定为待预先给定的开关频率。

将所确定的待预先给定的开关频率与下限频率和上限频率进行比较。如果待预先给定的开关频率在所规定的频率范围之外，则待预先给定的开关频率被调节并预先给定为上限或下限频率，具体取决于已超过哪个极限。有利地，提供了一种用于确定待预先给定的开关频率的经优化的方法。

此外，本发明涉及一种计算机程序，其被设置成实施先前描述的方法。

此外，本发明包括一种机器可读的存储介质，在其上存储有所描述的计算机程序。

此外，本发明包括一种用于操控逆变器的装置。为了供应电机，逆变器将输入电压、特别是能量源的直流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率转换为输出电压、特别是多相的交流电压。或者相反地，逆变器为了给能量源充电而将由旋转的电机产生的输入电压、特别是多相的交流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率转换为输出电压、特别是直流电压。在脉冲宽度调制中，以预先给定的开关频率操纵逆变器的开关元件。预先给定的开关频率是电机的电频率的数倍。该装置包括用于操控逆变器的控制器，其中控制器被设置用于：确定电机的参数、根据确定的参数确定待预先给定的开关频率，并预先给定用于操控逆变器的开关频率。

用于操控逆变器的装置被设置用于首先确定电机的参数。该参数可以直接或间接地确定。根据确定的参数，借助于所述装置确定待预先给定的开关频率。该装置预先给定用于操控逆变器的开关频率，特别是借助于用于操控逆变器的装置的控制单元。有利地，提供了一种用于操控逆变器的装置，其中如此操控逆变器使得其损耗在运行中减小。同样，减少了逆变器的运行中产生的热。

此外，本发明包括一种具有所述装置的驱动系。这种驱动系例如用于驱动电的运输工具。所述驱动系包括特别是能量源或电池、DC/DC转换器、脉冲逆变器和/或可连接到其上的电机。借助于该方法和装置，可以实现驱动系的有效的运行。

此外，本发明包括一种具有所述驱动系的运输工具。有利地，因此提供了一种运输工具，该运输工具可以借助于该方法和装置有效地运行。

应当理解，根据本发明的方法的特征、特性和优点相应地适用于或可用于装置或驱动系和运输工具，并且反之亦然。

本发明的实施方式的其它特征和优点由接下来参考附图的说明来得出。

附图说明

接下来要借助一些附图更加详细地阐释本发明，其中：

图1是具有驱动系和用于操控逆变器的装置的示意性示出的运输工具；

图2是用于操控逆变器的示意性示出的方法；

图3a、3b和3c是电机的电频率和待预先给定的开关频率的示意性地示出的图表。

具体实施方式

图1示例性地示出了示意性示出的运输工具400，其具有例如四个轮410。运输工具同样可以是两轮、三轮或多个轮的陆用运输工具或其他的水用运输工具或空用运输工具。运输工具400包括驱动系300，该驱动系具有用于操控逆变器310的装置220。此外，驱动系尤其包括电的能量源230，特别是电池、高压电池或燃料电池和/或电机210。逆变器310将来自能量源230的电能转换为用于供应电机210的多相的交流电压。逆变器310通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率TF将输入电压转换为多相的输出电压以用于供应电机210，并且相反地、用于给能量源充电。借助于用于操控逆变器310的装置220来预先给定开关频率TF。为此目的，装置220确定电机210的参数P，并根据确定的参数P确定待预先给定的开关频率TF。待预先给定的开关频率TF由用于操控逆变器310的装置220预先给定。

图2示出了用于操控逆变器310的示意性示出的方法100。在步骤110中，该方法开始。在步骤120中，确定电机210的参数P。在步骤130中，根据所确定的参数P确定待预先给定的开关频率TF。为此，特别是在步骤132中，根据所确定的参数P计算待预先给定的开关频率TF。特别地，在步骤134中，将确定的待预先给定的开关频率TF与针对待预先给定的开关频率TF的允许频率范围的下限频率GUF和上限频率GOF进行比较。如果待预先给定的开关频率TF小于下限频率GUF，则下限频率GUF被确定为待预先给定的开关频率TF。如果待预先给定的开关频率TF大于上限频率GOF，则将上限频率GOF确定为待预先给定的开关频率TF。在步骤140中，预先给定用于操控逆变器310的开关频率TF。在步骤150，该方法结束。

图3a、3b和3c的图表示出了x方向上的共同的时间轴t和相位角Phi。在y方向上在图表3a中示例性地示出了用于供应电机210的多相的输出电压的相的电压U的走势。电压的走势例如理想化正弦状地示出。所示出的电压的频率例如对应于电机210的电频率EF。确定的参数P与电机210的电频率EF相关。特别地，电频率EF与电机210的转速相关。在时间轴t对应于图3a的情况下，图3b示出了当逆变器以开关频率TF运行时的调制点，即逆变器310的开关元件的操纵的时间点。在图表3b中，待预先给定的开关频率TF对应于六倍的电频率EF，也就是说例如在m-相逆变器、即三相逆变器的情况下为2*m倍的电频率。图表3c示出了对应于图表3b的图表，其中在那里示出的开关频率TF对应于电频率EF的十二倍，即，例如，三相逆变器中的电频率的4*m倍或6相逆变器中的电频率的2*m倍。根据应用，应选择特别是电频率EF的任意数倍作为待预先给定的用于操控逆变器310的和驱动系300的运行的开关频率TF是有意义的。当逆变器310以电机210的电频率EF的恒定数倍作为待预先给定的开关频率TF运行时，总是以相同数量的调制点产生多相的输出电压的相的电压U。随着预先给定的开关频率TF增加，逆变器310的开关元件的操纵的频次增加并且由此开关损耗增加。因此，电频率EF相比于待预先给定的开关频率TF的尽可能低的数倍是力求达到的，其中，输出电压的足够均匀的电压走势用于驱动系的舒适运行而没有过高的电过压和过强烈的电磁发射。

Claims (13)

1.用于操控逆变器（310）的方法（100），其中所述逆变器（310）为了供应电机（210）而将输入电压、特别是能量源（230）的直流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率（TF）转换为输出电压、特别是多相的交流电压，

或者相反地，所述逆变器（310）为了对所述能量源（230）进行充电而将由旋转的电机（210）产生的输入电压、特别是多相的交流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率（TF）转换为输出电压、特别是直流电压；

其中，在脉冲宽度调制中，以预先给定的开关频率（TF）操纵所述逆变器（310）的开关元件，所述预先给定的开关频率是所述电机（210）的电频率（EF）的数倍；

所述方法具有如下步骤：

确定（120）所述电机（210）的参数（P）；

根据所确定的参数（P），确定（130）待预先给定的开关频率（TF），以及

预先给定（140）用于操控所述逆变器（310）的开关频率（TF）。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中待预先给定的开关频率（TF）是连续和/或能够变化地调节的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中所述电机（210）的参数（P）是表征所述电机（210）的转速（D）或电频率（EF）的参数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，待预先给定的开关频率（TF）的确定（130）包括根据所确定的参数（P）对于待预先给定的开关频率（TF）的计算（132）。

5.根据权利要求4的方法，

其中，所述待预先给定的开关频率（TF）是所确定的参数（P）的n倍。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中，所述逆变器是m-相逆变器，并且其中n具有处于2*m和12*m之间的值，并且特别是整数和/或常数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，所述待预先给定的开关频率（TF）大于频率范围的下限频率（GUF）并且小于频率范围的上限频率（GOF）。

8. 根据权利要求7所述的方法，

其中，待预先给定的开关频率（TF）的确定（130）包括所确定的待预先给定的开关频率（TF）与频率范围的下限频率（GUF）和上限频率（GOF）的比较（134），并且

如果所述待预先给定的开关频率（TF）小于下限频率（GUF），则将所述下限频率（GUF）预先给定为待预先给定的开关频率（TF），

如果所述待预先给定的开关频率（TF）大于上限频率（GOF），则将所述上限频率（GOF）预先给定为待预先给定的开关频率（TF）。

9.计算机程序，其被设置成实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法（100）。

10.机器可读的存储介质，在其上存储有根据权利要求9所述的计算机程序。

11.用于操控逆变器（310）的装置（220），其中所述逆变器（310）为了供应电机（210）而将输入电压、特别是能量源（230）的直流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率（TF）转换为输出电压、特别是多相的交流电压，

或相反地，为了对所述能量源（230）进行充电而将由旋转的电机（210）产生的输入电压、特别是多相的交流电压通过脉冲宽度调制的方式以预先给定的开关频率（TF）转换为输出电压、特别是直流电压；

其中，在脉冲宽度调制中，以预先给定的开关频率（TF）操纵所述逆变器（310）的开关元件，所述开关频率是所述电机（210）的电频率（EF）的数倍；

所述装置具有用于操控所述逆变器（310）的控制器，其中所述控制器被设置用于：

确定所述电机（210）的参数（P）；

根据所确定的参数（P），确定待预先给定的开关频率（TF），并且

预先给定用于操控所述逆变器（310）的开关频率（TF）。

12.具有根据权利要求11所述的装置（220）的驱动系（300）。

13.具有根据权利要求12所述的驱动系（300）的运输工具（400）。