DE102008034671B4

DE102008034671B4 - Unstetige Pulsbreitenmodulation für ein doppelseitiges Wechselrichtersystem

Info

Publication number: DE102008034671B4
Application number: DE102008034671.3A
Authority: DE
Inventors: Sibaprasad Chakrabarti; Gregory S. Smith; James M. Nagashima; Brian A. Welchko; Milun Perisic; George John
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2028-07-26
Also published as: DE102008034671A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems mit einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter, wobei der zweite Wechselrichter einen ersten Schenkel, der einem ersten Phasenstrom zugeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der einem zweiten Phasenstrom zugeordnet ist, und einen dritten Schenkel, der einem dritten Phasenstrom zugeordnet ist, aufweist, wenn der erste Phasenstrom größer als der zweite Phasenstrom und der dritte Phasenstrom ist, wobei das Verfahren umfasst, dass:wenn der erste Phasenstrom größer als ein Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist:der erste Schenkel mit einem ersten Tastverhältnis moduliert wird; undder zweite Schenkel und der dritte Schenkel an eine negative Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt werden; undwenn der erste Phasenstrom kleiner als der Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist:der erste Schenkel an eine positive Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt wird; undwenn der zweite Phasenstrom größer als Null ist:der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird; undder zweite Schenkel mit einem zweiten Tastverhältnis moduliert wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/952,776 , die am 30. Juli 2007 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt dieser provisorischen Anmeldung ist durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein Fahrzeugantriebssysteme, und insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstands Hybridfahrzeuge mit einem doppelseitigen Wechselrichterantriebssystem.
HINTERGRUND
In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie immer neu entstehende Stilrichtungen zu wesentlichen Veränderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt. Eine der Veränderungen betrifft die Leistungsverwendung und die Komplexität der verschiedenen elektrischen Systeme in Kraftfahrzeugen, speziell in Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen.
Viele der elektrischen Komponenten, welche die in derartigen Fahrzeugen verwendeten Elektromotoren umfassen, empfangen elektrische Leistung von Wechselstrom-Leistungsversorgungen (AC-Leistungsversorgungen). Die bei derartigen Anwendungen verwendeten Leistungsquellen (z.B. Batterien) stellen jedoch nur Gleichstromleistung (DC-Leistung) bereit. Zur Umwandlung der DC-Leistung in AC-Leistung werden daher Einrichtungen verwendet, welche als „Gleichrichter/Wechselrichter“ bekannt sind und die im Folgenden nur als Wechselrichter bezeichnet werden, welche oft mehrere Schalter oder Transistoren verwenden, die mit verschiedenen Intervallen betrieben werden, um die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln.
Zudem verwenden derartige Fahrzeuge, insbesondere Brennstoffzellenfahrzeuge, oft zwei separate Spannungsquellen (z.B. eine Batterie und eine Brennstoffzelle), um die Elektromotoren, welche die Räder antreiben, mit Leistung zu versorgen. „Leistungswandler“, wie etwa Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler), werden typischerweise verwendet, um die Leistung aus den zwei Spannungsquellen zu verwalten und zu übertragen. Moderne DC/DC-Wandler umfassen oft Transistoren, die durch eine Induktivität elektrisch verbunden sind. Durch ein Steuern der Zustände der verschiedenen Transistoren kann ein gewünschter durchschnittlicher Strom durch die Induktivität eingeprägt werden und somit den Leistungsfluss zwischen den zwei Spannungsquellen steuern.
Die Verwendung sowohl eines Wechselrichters als auch eines Leistungswandlers erhöht die Komplexität des elektrischen Systems des Kraftfahrzeugs erheblich. Die für beide Typen von Einrichtungen benötigten zusätzlichen Komponenten erhöhen auch die Gesamtkosten und das Gewicht des Fahrzeugs. Entsprechend wurden Systeme und Verfahren entwickelt, um einen Motor, der mit mehreren Leistungsquellen gekoppelt ist, ohne einen DC/DC-Wandler zu betreiben, wobei die Leistung des Motors durch die Verwendung dualer elektrischer Wechselrichtersysteme maximiert wird.
Eine wesentliche Quelle von Leistungsverlust in einem Wechselrichter ist der Verlust, der dem Modulieren der Schalter oder Transistoren zugeordnet ist (d.h. der Schaltverlust). Es wurden unstetige Pulsbreitenmodulationstechniken (DPWM-Techniken, DPWM von discontinuous pulse width modulation) entwickelt, um einen Schaltverlust in herkömmlichen Systemen mit einem Wechselrichter zu verringern.
Entsprechend ist es wünschenswert, Verfahren und Systeme zur Verwendung einer unstetigen Pulsbreitenmodulation (DPWM) in einem doppelseitigen Wechselrichtersystem bereitzustellen, um einen Schaltverlust zu verringern, ohne die Vorteile eines doppelseitigen Wechselrichtersystems zu beeinträchtigen. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
Die Druckschrift WELCHKO, A., Brian: A Double-Ended Inverter System for the Combined Propulsion and Energy Management Functions in Hybrid Vehicles with Energy Storage. In: 31st Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, 2005. S. 1401-1406. - ISSN 1553-572X offenbart ein doppelseitiges Wechselrichtersystem mit zwei elektrisch isolierten dreiphasigen Wechselrichtern, die über offene Wicklungen eines Wechselstrommotors verbunden sind. Zur Steuerung eines Energieflusses zwischen den zwei Wechselrichtern (und den damit verbundenen Gleichspannungsquellen) während eines Motorbetriebs wird einer der Wechselrichter durch eine Raumvektormodulation angesteuert.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren bereitgestellt, um ein doppelseitiges Wechselrichtersystem mit einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter zu steuern, wobei der zweite Wechselrichter einen ersten Schenkel, der einem ersten Phasenstrom zugeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der einem zweiten Phasenstrom zugeordnet ist, und einen dritten Schenkel, der einem dritten Phasenstrom zugeordnet ist, aufweist. Wenn der erste Phasenstrom größer als der zweite Phasenstrom und der dritte Phasenstrom ist, und wenn der erste Phasenstrom größer als ein Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist, umfasst das Verfahren, dass der erste Schenkel mit einem ersten Tastverhältnis moduliert wird, und dass der zweite Schenkel und der dritte Schenkel an eine negative Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt werden. Wenn der erste Phasenstrom kleiner als der Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist, umfasst das Verfahren, dass der erste Schenkel an eine positive Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt wird, und wenn der zweite Phasenstrom größer als Null ist, dass der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der zweite Schenkel mit einem zweiten Tastverhältnis moduliert wird.
Es wird ein Verfahren bereitgestellt, um ein doppelseitiges Wechselrichtersystem mit einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter zu steuern, wobei der zweite Wechselrichter einen ersten Schenkel, der einem ersten Phasenstrom (i_a2) zugeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der einem zweiten Phasenstrom (i_b2) zugeordnet ist, und einen dritten Schenkel, der einem dritten Phasenstrom (i_c2) zugeordnet ist, aufweist. Das Verfahren umfasst, dass ein Sollstrom (i_dc2) des zweiten Wechselrichters ermittelt wird. Wenn i_a2 ≥ i_b2 und i_a2 > i_c2 und i_a2 ≥ i_dc2 ist, umfasst das Verfahren ferner, dass der erste Schenkel mit einem ersten Tastverhältnis moduliert wird und der zweite Schenkel und der dritte Schenkel an eine negative Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt werden. Wenn i_b2 > i_a2 und i_b2 ≥ i_c2 und i_b2 ≥ i_dc2 ist, umfasst das Verfahren ferner, dass der zweite Schenkel mit einem zweiten Tastverhältnis moduliert wird und der erste Schenkel und der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt werden. Wenn i_c2 ≥ i_a2 und i_c2 > i_b2 und i_c2 ≥ i_dc2 ist, umfasst das Verfahren ferner, dass der dritte Schenkel mit einem dritten Tastverhältnis moduliert wird und der erste Schenkel und der zweite Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt werden.
Es wird ein Verfahren bereitgestellt, um ein doppelseitiges Wechselrichtersystem mit einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter zu steuern. Das Verfahren umfasst, dass ein erforderlicher Ausgangsstrom ermittelt wird und ein Sollstrom des zweiten Wechselrichters ermittelt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters ermittelt wird, wobei nur ein gewählter Schenkel in dem zweiten Wechselrichter mit einem Tastverhältnis moduliert wird, dass eine Schaltfunktion des ersten Wechselrichters auf der Grundlage der Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters ermittelt wird, und dass der erste Wechselrichter und der zweite Wechselrichter unter Verwendung der Schaltfunktion des ersten Wechselrichters und der Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters moduliert werden.
Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten, die nachstehend in der genauen Beschreibung weiter beschrieben werden, in einer vereinfachten Form vorzustellen. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie als ein Hilfsmittel bei der Ermittlung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
Figurenliste
Ein besseres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den folgenden Figuren erreicht werden, wobei in den Figuren gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen.

1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine schematische Ansicht eines doppelseitigen Wechselrichtersystems gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine schematische Ansicht eines Steuerungssystems zum Betreiben des doppelseitigen Wechselrichtersystems von 2 gemäß einer Ausführungsform;
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines unstetigen Pulsbreitenmodulationsprozesses grafisch veranschaulicht;
5 - 10 sind Graphen verschiedener Betriebskennlinien eines doppelseitigen Wechselrichtersystems gemäß einer Ausführungsform;
11 - 16 sind Graphen verschiedener Betriebskennlinien eines doppelseitigen Wechselrichtersystems gemäß einer Ausführungsform; und
17 - 20 sind Graphen von Betriebskennlinien eines doppelseitigen Wechselrichtersystems und eines zugehörigen Leistungsverlustes gemäß einer Ausführungsform im Vergleich mit einem anderen Modulationsschema.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende genaue Beschreibung ist rein veranschaulichender Natur und ist nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen derartiger Ausführungsformen zu beschränken. Bei der Verwendung hierin bedeutet das Wort „beispielhaft“ „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend“. Jede hierin als beispielhaft beschriebene Implementierung soll nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen aufgefasst werden. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der nachstehenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet „verbunden“, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Gleichermaßen bedeutet „gekoppelt“, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Obwohl die hierin gezeigten schematischen Darstellungen beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, können daher bei einer Ausführungsform des dargestellten Gegenstands zusätzliche dazwischenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten vorhanden sein. Die Ausdrücke „erster“, „zweiter“ und andere derartige numerische Ausdrücke, die sich auf Strukturen beziehen, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern dies nicht durch den Kontext klar angezeigt ist.
1 veranschaulicht ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ein Chassis 12, eine Karosserie 14, vier Räder 16, und ein elektronisches Steuerungssystem 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Chassis 12 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Chassis 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 14 jeweils mit dem Chassis 12 drehbar gekoppelt.
Das Kraftfahrzeug 10 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie z.B. eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV, SUV von sport utility vehicle), und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d.h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Kraftfahrzeug 10 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination aus einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen umfassen, wie z.B. eine benzin- oder dieselgespeiste Brennkraftmaschine, die Maschine eines „Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff‟ (FFV, FFV von flex fuel vehicle) (d.h., die eine Mischung aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigen Gemisch (z.B. Wasserstoff und Erdgas) gespeiste Maschine, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine und einen Elektromotor.
Bei der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug 10 ferner einen Motor 20 (d.h. einen Elektromotor/Generator, einen Antriebsmotor etc.), eine erste Energiequelle 22, eine zweite Energiequelle 24, eine Wechselrichteranordnung 26 und einen Radiator 28. Der Radiator 28 ist mit dem Rahmen an einem äußeren Abschnitt desselben verbunden und umfasst, obwohl es nicht im Detail veranschaulicht ist, mehrere Kühlkanäle, die ein Kühlfluid (d.h. ein Kühlmittel) enthalten, wie etwa Wasser und/oder Ethylenglykol (d.h. „Frostschutz“), und ist mit der Wechselrichteranordnung 26 und dem Motor 20 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform empfängt die Wechselrichteranordnung 26 ein Kühlmittel und teilt dieses mit dem Motor 20. Wie in 1 gezeigt ist, kann der Motor 20 ein Getriebe umfassen, das darin derart integriert ist, dass der Motor 20 und das Getriebe mit wenigstens einigen der Räder 16 durch eine oder mehrere Antriebswellen 30 mechanisch gekoppelt sind.
Wie gezeigt ist, stehen die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 in wirksamer Verbindung mit und/oder sind mit dem elektronischen Steuerungssystem 18 und der Wechselrichteranordnung 26 elektrisch gekoppelt. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, können die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 in Abhängigkeit von der Ausführungsform variieren und können vom gleichen Typ oder von unterschiedlichen Typen sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 jeweils eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Ultrakondensator oder eine andere geeignete Spannungsquelle umfassen. Eine Batterie kann ein beliebiger Typ von Batterie sein, der zur Verwendung bei einer gewünschten Anwendung geeignet ist, wie etwa eine Bleisäurebatterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickelmetallbatterie oder eine andere wiederaufladbare Batterie. Ein Ultrakondensator kann einen Superkondensator, einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator oder irgendeinen anderen elektrochemischen Kondensator mit einer hohen Energiedichte umfassen, der für eine gewünschte Anwendung geeignet ist.
Nun mit Bezug auf 1 und 2 kann ein doppelseitiges Wechselrichtersystem 32 zum Antreiben des Motors 20 gemäß einer Ausführungsform ausgelegt sein. Das doppelseitige Wechselrichtersystem 32 umfasst den Motor 20, die erste Energiequelle 22, die zweite Energiequelle 24, die Wechselrichteranordnung 26 und einen Controller 34.
Der Motor 20 ist ein mehrphasiger Wechselstrommotor (AC-Motor) und umfasst einen Satz von Wicklungen 36 (oder Spulen), wobei jede Wicklung einer Phase des Motors 20 entspricht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 20 ein dreiphasiger Motor. Einige der hierin erörterten Prinzipien können jedoch auf einen Motor 20 mit einer beliebigen Anzahl von Phasen zutreffen und können entsprechend modifiziert werden, wie in der Technik verstanden wird. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst der Motor 20 eine Statoranordnung (welche die Spulen umfasst), eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern umfasst) und ein Kühlfluid (d.h. ein Kühlmittel), wie der Fachmann erkennen wird. Der Motor 20 kann ein Induktionsmotor, ein Permanentmagnetmotor oder ein beliebiger für die gewünschte Anwendung geeigneter Typ sein.
Wieder mit Bezug auf 2 umfasst die Wechselrichteranordnung 26 einen ersten Wechselrichter 38 und einen zweiten Wechselrichter 40, die jeweils sechs Schalter (z.B. Halbleitereinrichtungen, wie etwa Transistoren und/oder Schalter) mit antiparallelen Dioden (d.h. antiparallel zu jedem Schalter) umfassen. Wie gezeigt ist, sind die Schalter in den Wechselrichtern 38, 40 in drei Schenkeln (oder Paaren) angeordnet, wobei sich Schenkel 42, 44 und 46 in dem ersten Wechselrichter 38 befinden und Schenkel 48, 50 und 52 in dem zweiten Wechselrichter 40 befinden.
Eine erste der Wicklungen 36 (d.h. eine Phase a) des Motors 20 ist an entgegengesetzten Enden derselben zwischen die Schalter des Schenkels 42 in dem ersten Wechselrichter 38 und des Schenkels 52 in dem zweiten Wechselrichter 40 elektrisch geschaltet. Eine zweite der Wicklungen 36 (d.h. eine Phase b) ist zwischen die Schalter des Schenkels 44 in dem ersten Wechselrichter 38 und des Schenkels 50 in dem zweiten Wechselrichter 40 geschaltet. Eine dritte der Wicklungen 36 (d.h. eine Phase c) ist zwischen die Schalter der Schenkel 46 und 48 wie gezeigt geschaltet. Bei dieser Konfiguration sind die Phasenströme im gesamten doppelseitigen Wechselrichtersystem 32 gleich (d.h. für Phase a ist der Strom ia = i_a1 = i_a2, etc.).
Immer noch mit Bezug auf 2 kann das doppelseitige Wechselrichtersystem 32 auch einen ersten und zweiten Kondensator 54 und 56 umfassen, die jeweils mit der ersten und zweiten Energiequelle 22, 24 parallel verbunden sind, um eine Stromrestwelligkeit im Betrieb zu glätten. Eine positive Spannungsschiene 58 des zweiten Wechselrichters 40 ist einer positiven Spannungsreferenz der zweiten Energiequelle 24 zugeordnet, und eine negative Spannungsschiene 59 des zweiten Wechselrichters 40 ist einer negativen Spannungsreferenz der zweiten Energiequelle 24 zugeordnet. Der Controller 34 steht in wirksamer Verbindung mit und/oder ist mit dem ersten und zweiten Wechselrichter 38, 40 elektrisch gekoppelt. Der Controller 34 spricht auf Befehle an, die von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 empfangen werden (d.h. über ein Gaspedal), und stellt Befehle an den ersten Wechselrichter 38 und den zweiten Wechselrichter 40 bereit, wie beschrieben wird, um den Ausgang der Wechselrichter 38, 40 zu steuern.
Wieder mit Bezug auf 1 steht das elektronische Steuerungssystem 18 in wirksamer Verbindung mit dem Motor 20, der ersten Energiequelle 22, der zweiten Energiequelle 24 und der Wechselrichteranordnung 26. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, kann das elektronische Steuerungssystem 18 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs), wie etwa ein Wechselrichtersteuerungsmodul (d.h. den in 2 gezeigten Controller 34) und einen Fahrzeugcontroller, und mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher umfassen, welcher darin (oder in einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherte Anweisungen zum Ausführen der Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben umfasst.
Im Betrieb wird das Kraftfahrzeug 10 betrieben, indem mit dem Motor 20, welcher Leistung von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 abwechselnd und/oder von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 gleichzeitig empfängt, Leistung an die Räder 16 bereitgestellt wird. Um den Motor 20 mit Leistung zu versorgen, wird DC-Leistung von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 an den ersten bzw. zweiten Wechselrichter 38, 40 bereitgestellt, welche die DC-Leistung in AC-Leistung umwandeln, wie in der Technik allgemein verstanden wird. Der erste und zweite Wechselrichter 38, 40 erzeugen AC-Spannungen an den Wicklungen 36 (oder Phasen). Wie allgemein verstanden wird, hängen die erforderlichen Spannungen an den Wicklungen 36 des Motors 20 von der Drehzahl, dem befohlenen Drehmoment (d.h. befohlenen Synchronrahmenströmen) und anderen Motorparametern ab.
3 veranschaulicht ein Steuerungssystem 60 zum Betreiben eines Motors 20 in einem doppelseitigen Wechselrichtersystem 32 unter Verwendung der Prinzipien, die hierin gemäß einer Ausführungsform beschrieben sind. Eine hochfrequente Pulsbreitenmodulation (PWM) kann von dem Controller 34 angewendet werden, um die Wechselrichter 38, 40 zu modulieren und zu steuern, und um die von den Wechselrichtern 38, 40 erzeugte Spannung zu verwalten. Das Steuerungssystem 60 umfasst erste und zweite PWM-Blöcke 68 und 70 und das doppelseitige Wechselrichtersystem 32.
Der Controller 34 stellt einen Steuerungsalgorithmus bereit, der einen Sollleistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Energiequelle 22, 24 erreicht, wobei das befohlene Drehmoment in dem Motor 20 erzeugt wird. Obwohl es nicht gezeigt ist, empfängt das Steuerungssystem 60 einen Drehmomentbefehl für den Motor 20, aus welchem der Controller 34 Leistungsbefehle für die erste Energiequelle 22 (und/oder den ersten Wechselrichter 38) und die zweite Energiequelle 24 (und/oder den zweiten Wechselrichter 40) sowie Synchronrahmenströme für die Wicklungen 36 in dem Motor 20 (d.h. einen erforderlichen Motorstrom oder Motorsollstrom) ermitteln kann.
Viele Spannungskombinationen an den Wicklungen 36 können das befohlene Drehmoment in dem Motor 20 erzeugen und einen Sollleistungsfluss an die (oder aus den) Energiequellen 22, 24 und den Motor 20 erreichen. Wenn der Motor 20 die maximale Leistungsausgabe einer Energiequelle 22 oder 24 nicht benötigt, kann die zusätzliche Leistung aus der Energiequelle 22 oder 24 verwendet werden, um die jeweils andere Energiequelle 22 oder 24 aufzuladen. Zur Veranschaulichung und der Kürze halber kann es so erörtert werden, als ob die erste Energiequelle 22 überschüssige Leistung zum Aufladen der zweiten Energiequelle 24 erzeugt, jedoch werden Fachleute feststellen, dass zahlreiche alternative Sollleistungsflüsse möglich sind und diese Unterscheidung nicht einschränkend ist, sondern schlicht zu Hinweiszwecken vorgenommen wurde. Ein optimaler Arbeitspunkt legt die Modulationsspannung an den Anschlüssen der Wechselrichter 38, 40 fest. Fachleute werden feststellen, dass Bedingungen zur Ermittlung eines optimalen Arbeitspunkts dem Konstrukteur überlassen werden und in Abhängigkeit von der Anwendung, für welche der Motor 20 verwendet wird, zusammen mit den gewählten Typen der Energiequellen 22, 24 variieren werden.
Der Controller 34 versorgt den ersten und zweiten PWM-Block 68 und 70 mit Modulationsspannungssignalen $v_{1}^{*}$
und $v_{2}^{*},$
um PWM-Signale zum Betreiben der Schalter in dem ersten und zweiten Wechselrichter 38, 40 zu erzeugen, um zu bewirken, dass die Sollausgangsspannungen an die Wicklungen 36 in dem Motor 20 angelegt werden, um den Motor 20 mit dem Solldrehmoment zu betreiben. Fachleute werden feststellen, dass das Steuerungssystem 60 weiter modifiziert werden kann, um geeignete Rückkopplungssignale und andere in der Technik bekannte Verfahren zum Steuern der Wechselrichter 38, 40 aufzunehmen, welche nicht im Umfang dieser Offenbarung liegen.
4 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines unstetigen Pulsbreitenmodulationsprozesses. Die verschiedenen Aufgaben, die in Verbindung mit diesem Prozess ausgeführt werden, können durch eine Software, eine Hardware, eine Firmware oder eine beliebige Kombination daraus ausgeführt werden. Zur Veranschaulichung kann sich die folgende Beschreibung dieses Prozesses auf Elemente beziehen, die voranstehend in Verbindung mit 1 - 3 erwähnt wurden. In der Praxis können Abschnitte des Prozesses von verschiedenen Elementen des beschriebenen Systems ausgeführt werden. Es ist festzustellen, dass der Prozess eine beliebige Anzahl zusätzlicher oder alternativer Aufgaben umfassen kann, dass die in 4 gezeigten Aufgaben nicht in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden müssen, und dass der Prozess in einer umfassenderen Prozedur oder einem umfassenderen Prozess enthalten sein kann, welche/welcher zusätzliche Funktionalität aufweist, die hierin nicht im Detail beschrieben ist.
Mit Bezug auf 4 kann der Controller die Soll- (oder benötigten) Ausgangsphasenströme ermitteln, um ein befohlenes Drehmoment in einem Motor zu erzeugen (Aufgabe 400). Der Controller kann auch einen Sollstrom des zweiten Wechselrichters in dem Bus des zweiten Wechselrichters ermitteln, um den Sollleistungsfluss an die/aus der zweiten Energiequelle zu erzeugen (Aufgabe 402). Gemäß einer Ausführungsform kann der Controller eine Schaltfunktion für den zweiten Wechselrichter ermitteln, um den Sollstrom des zweiten Wechselrichters in dem Bus des zweiten Wechselrichters zu erzeugen (Aufgabe 404). Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Schaltfunktion so ermittelt, dass nur ein Schenkel in dem zweiten Wechselrichter zur Modulation mit einem Tastverhältnis gewählt wird, während die beiden anderen Schenkel des zweiten Wechselrichters entweder an die positive Spannungsschiene oder die negative Spannungsschiene geklemmt werden (d.h. die beiden anderen Schenkel werden nicht moduliert/geschaltet). Das Klemmen eines Schenkels an die positive Spannungsschiene kann so verstanden werden, dass der obere Schalter eines Schalterpaars derart an- oder eingeschaltet wird (d.h. durch Anlegen einer „Ein“-Zustands-Gatespannung an den elektronischen Schalter), dass Strom durch den oberen Schalter und an die positive/aus der positiven Spannungsschiene fließt, während der andere Schalter in dem Paar ausgeschaltet bleibt. Zum Beispiel kann mit Bezug auf 2 der obere Schalter in dem Schenkel 52 derart eingeschaltet werden, dass Strom durch den Schalter fließt und der Spannungspegel an Punkt a2 in etwa äquivalent zu dem Spannungspegel der positiven Spannungsschiene 58 ist, wobei der Unterschied in dem Spannungsabfall an dem Schalter besteht (ein Transistor-IGBT oder eine Diode, basierend auf der Stromflussrichtung). Dies kann durch d_n = 1 oder ein Tastverhältnis oder eine Schaltfunktion von 1 dargestellt werden. Andererseits kann das Klemmen eines Schenkels an die negative Spannungsschiene so verstanden werden, dass der untere Schalter so eingeschaltet wird, dass Strom durch den unteren Schalter und an die negative/aus der negativen Spannungsschiene fließt. Dies kann durch d_n = 0 oder ein Tastverhältnis oder eine Schaltfunktion von 0 dargestellt werden.
Ein geklemmter Phasenschenkel wird keinen Schaltverlust erzeugen, während er an eine Schiene geklemmt ist, wodurch der Gesamtschaltverlust in dem zweiten Wechselrichter verringert wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind zu einem beliebigen Zeitpunkt zwei der drei Schenkel geklemmt, was bedeutet, dass nur ein Schenkel einen Schaltverlust erzeugt. Auf der Grundlage der Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters und des Motorsollstroms kann eine Schaltfunktion des ersten Wechselrichters ermittelt werden (Aufgabe 406). Bei einer beispielhaften Ausführungsform stellt die Schaltfunktion des ersten Wechselrichters im Wesentlichen Oberwellenspannungskomponenten so ein, dass die Spannung an dem Motor sinusförmig bleibt und/oder ausgeglichen ist, wie in der Technik verstanden wird. Der Controller kann die Schaltfunktion des ersten Wechselrichters ermitteln und Signale bereitstellen, um den ersten Wechselrichter entsprechend zu modulieren (Aufgabe 408).
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Controller 34 im Betrieb mit einem Drehmomentbefehl versorgt werden (d.h. durch das elektronische Steuerungssystem 18) und den Spitzenphasenstrom (I_P) ermitteln, der erforderlich ist, um das befohlene Drehmoment zu erzeugen (d.h. den erforderlichen Ausgangsstrom). Der Controller kann auch einen Sollleistungsfluss an die/aus der zweiten Energiequelle ermitteln und daraus einen Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) ermitteln, um die zweite Energiequelle 24 aufzuladen/zu entladen. Der maximale Strom des zweiten Wechselrichters (i_dc2), der durch eine lineare Modulation realisiert werden kann, beträgt $\frac{\sqrt{3 I_{p}}}{2},$
wie in der Technik verstanden wird.
Wenn bei einer beispielhaften Ausführungsform die Größe des Stroms des zweiten Wechselrichters 40 (i_dc2) kleiner als die Hälfte des AC-Spitzenphasenstroms I_p ist, $(d .h . 0 \leq | i_{d c 2} | \leq \frac{I_{p}}{2}),$
schaltet nur ein Schenkel 48, 50, 52 in dem zweiten Wechselrichter 40, während die beiden anderen Schenkel an die negative Spannungsschiene 59 geklemmt werden. Ein einphasiger Strom ist in der Lage, den Strom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) bereitzustellen, wenn er kleiner als die Hälfte des AC-Spitzenstroms ist. Wenn zwei Phasenströme gleich sind, kann der jeweilige Schenkel 48, 50, 52 nach Wunsch gewählt werden, und wie diese Situation gelöst wird, ist eine Angelegenheit der Entwurfspräferenz, wie in der Technik verstanden wird. Gemäß einer Ausführungsform kann der Algorithmus, der zur Ermittlung der Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters 40 verwendet wird, wenn $0 \leq | i_{d c 2} | \leq \frac{I_{p}}{2}$
ist, gekennzeichnet sein durch:
Wenn $(i_{a 2} \geq i_{b 2}) & (i_{a 2} > i_{c 2}) :$
$d_{b 2} = 0, d_{c 2} = 0 und d_{a 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{a 2}}$
Wenn (i_b2 ≥ic₂)&(ib₂ >i_a2): $d_{c 2} = 0, d_{a 2} = 0 und d_{b 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{b 2}}$
Wenn (i_c2 ≥i_a2)&(i_c2 >i_b2) $d_{a 2} = 0, d_{b 2} = 0 und d_{c 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{c 2}} .$
Wie in 5 gezeigt ist, ist bei einer beispielhaften Ausführungsform der Sollstrom der Motorphase a (i_a) für ein Drittel eines Zyklus (d.h. 120° oder $\frac{2 π}{3}$
Radian aufgrund eines ausgeglichenen dreiphasigen Systems) größer als die anderen Phasenströme (i_b, i_c). 6 zeigt die Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters 40 bei diesem beispielhaften Fall unter Verwendung des voranstehend beschriebenen Prozesses. Zum Beispiel kann der Schenkel 52 in dem zweiten Wechselrichter 40, welcher der Phase a entspricht, mit einem Tastverhältnis geschaltet werden, das durch Dividieren des Sollstroms des zweiten Wechselrichters (i_dc2) durch den Wechselrichterphasenstrom (i_a2) ermittelt wird $(d_{a 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{a 2}}),$
und die beiden anderen Schenkel 48 und 50 werden an die negative Spannungsschiene 59 geklemmt (d_b2 = 0,d_c2 = 0). 5 - 6 veranschaulichen den Betrieb über einen gesamten Zyklus (d.h. 360° oder 2π Radian). Der Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2), der an die zweite Energiequelle 24 fließt, ist in 7 gezeigt.
8 - 10 veranschaulichen die Spannungspegel in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem 32. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Controller 34, nachdem er den Spitzenphasenstrom I_p und das Tastverhältnis/die Schaltfunktion für den zweiten Wechselrichter 40 ermittelt hat, eine Schaltfunktion für den ersten Wechselrichter 38 ermitteln. Wie in 9 gezeigt ist, sind bei einer beispielhaften Ausführungsform die Schaltfunktion und die Spannungen des ersten Wechselrichters 38 nicht sinusförmig. DPWM-Techniken können verwendet werden, um den ersten Wechselrichter 38 zum Erzeugen der Sollspannungspegel und zum Verringern eines Schaltverlusts in dem ersten Wechselrichter 38 zu modulieren. Wie in 10 gezeigt ist, sind die resultierenden Leitungsspannungen an dem Motor 20 sinusförmig und frei von irgendwelchen Oberwellen oder einer Verzerrung.
Wenn bei einer beispielhaften Ausführungsform die Größe des Sollstroms des zweiten Wechselrichters (i_dc2) größer als die Hälfte des Spitzenphasenstroms I_p ist $(d .h . \frac{I_{p}}{2} < | i_{d c 2} |),$
kann ein gewählter Phasenstrom den Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) nicht über die gesamte Dauer eines Zyklus liefern. Wenn ein Phasenstrom (d.h. i_a2) den Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) nicht liefern kann, muss ein weiterer Schenkel 48, 50, 52 des zweiten Wechselrichters 40, der einem anderen Phasenstrom zugeordnet ist, geschaltet werden, um den DC-Sollstrom an die zweite/aus der zweiten Energiequelle 24 zu erreichen. Gemäß einer Ausführungsform wird während dieses Intervalls der gewählte Schenkel 48, 50, 52 an die positive Spannungsschiene 58 geklemmt. Einer der anderen Schenkel 48, 50, 52 wird mit einem Tastverhältnis moduliert, das den zusätzlichen Strom ausgleicht, der erforderlich ist, um einen konstanten Pegel des Stroms des zweiten Wechselrichters (i_dc2) aufrechtzuerhalten.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Algorithmus, der verwendet wird, um die Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters 40 zu ermitteln, wenn $\frac{I_{p}}{2} < | i_{d c 2} |$
ist, gekennzeichnet sein durch:
Wenn (i_a2 ≥ i_b2) & (i_a2 > i_c2) :
Wenn i_a2 ≥ i_dc2 $d_{b 2} = 0, d_{c 2} = 0 und d_{a 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{a 2}}$
Sonst, wenn i_c2 > 0 $d_{a 2} = 1, d_{b 2} = 0 und d_{c 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{c 2}}$
Sonst $d_{a 2} = 1, d_{c 2} = 0 und d_{b 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{b 2}}$
Wenn (i_b2 ≥ i_c2)&(i_b2 >i_a2);
Wenn i_b2 ≥ i_dc2 $d_{a 2} = 0, d_{c 2} = 0 und d_{b 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{b 2}}$
Sonst, wenn i_a2 > 0 $d_{b 2} = 1, d_{c 2} = 0 und d_{a 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{b 2}}{i_{a 2}}$
Sonst $d_{b 2} = 1, d_{a 2} = 0 und d_{c 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{b 2}}{i_{c 2}}$
Wenn (i_c2 ^ i_a2) & (i_c2 > i_b2) :
Wenn i_c2 ≥ i_dc2 $d_{a 2} = 0, d_{b 2} = 0 und d_{c 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{c 2}}$
Sonst, wenn i_b2 > 0 $d_{c 2} = 1, d_{a 2} = 0 und d_{b 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{c 2}}{i_{b 2}}$
Sonst $d_{c 2} = 1, d_{b 2} = 0 und d_{a 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{c 2}}{i_{a 2}} .$
Wie in 11 - 13 gezeigt ist, kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der Strom der Phase a (i_a) den Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) nicht über die gesamte Dauer des Intervalls, in dem der Strom der Phase a größer als die anderen zwei Phasen ist (d.h. 120° oder ^2π/₃ Radian wie gezeigt) liefern. In 11 überschreitet der Strom der Phase a (i_a) den Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) für einen Abschnitt des Intervalls (von 30° bis 90°). Während dieses Intervalls kann der Strom der Phase a (i_a) den Sollstrom des zweiten Wechselrichters 40 (i_dc2) liefern. Daher wird z.B. der Schenkel 52 in dem zweiten Wechselrichter 40, welcher der Phase a zugeordnet ist, mit einem Tastverhältnis geschaltet, das durch Dividieren des Sollstroms des zweiten Wechselrichters durch den Strom der Phase a ermittelt wird $(d_{a 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{a 2}}),$
während die beiden anderen Schenkel 48 und 50 an die negative Spannungsschiene 59 geklemmt werden (d_b2 = 0, d_c2 = 0).
Wenn der Strom der Phase a (i_a) den Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) nicht liefern kann, muss ein weiterer Schenkel 48, 50 des zweiten Wechselrichters 40 geschaltet werden, um den DC-Sollstrompegel an die zweite/aus der zweiten Energiequelle 24 aufrechtzuerhalten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird während dieses Intervalls der Schenkel 52 der Phase a an die positive Spannungsschiene 58 geklemmt. Die anderen Schenkel 48, 50 werden mit einem Tastverhältnis moduliert, das den zusätzlichen Strom ausgleicht, der zur Aufrechterhaltung eines konstanten Pegels erforderlich ist. Wenn bei der beispielhaften Ausführungsform der Strom der Phase c (i_c) größer als Null ist (wie gezeigt von 0° bis 30°), wird der Schenkel 50, welcher der Phase b zugeordnet ist, an die negative Spannungsschiene 59 geklemmt, während der Schenkel 48, welcher der Phase c zugeordnet ist, mit einem Tastverhältnis (d_c2) moduliert wird, das durch $d_{c 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{c 2}}$
bestimmt wird. Wenn der Strom der Phase b (i_b) größer als Null ist (wie gezeigt von 90° bis 120°), wird der Schenkel 48, welcher der Phase c zugeordnet ist, an die negative Spannungsschiene 59 geklemmt, während der Schenkel 50, welcher der Phase b zugeordnet ist, mit einem Tastverhältnis (d_b2) moduliert wird, das durch $d_{b 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{b 2}}$
bestimmt wird. 12 veranschaulicht die resultierende Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters und 13 veranschaulicht den Strom des zweiten Wechselrichters (i_dc2).
14 - 16 zeigen die Spannungspegel in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem 32 bei einer beispielhaften Ausführungsform. Wie voranstehend erörtert wurde, kann der Controller 34 den Spitzenphasenstrom I_P und das Tastverhältnis/die Schaltfunktion für den zweiten Wechselrichter 40 ermitteln, auf deren Grundlage der Controller 34 eine Schaltfunktion für den ersten Wechselrichter 38 ermitteln kann. Wieder sind bei einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 15 gezeigt ist, die Schaltfunktion und die Spannungen des ersten Wechselrichters 38 nicht sinusförmig. DPWM-Techniken können verwendet werden, um den ersten Wechselrichter 38 zu modulieren, um den Motorsollstrom zu erzeugen und einen Schaltverlust in dem ersten Wechselrichter 38 zu verringern. Wie in 16 gezeigt ist, sind die resultierenden Leitungsspannungen an dem Motor 20 sinusförmig und frei von irgendwelchen Oberwellen oder einer Verzerrung.
17 veranschaulicht Betriebskennlinien einer herkömmlichen DPWM-Technik und 18 veranschaulicht den Schaltleistungsverlust, welcher der Schaltfunktion von 17 für einen beispielhaften Fall zugeordnet ist. 19 veranschaulicht Betriebskennlinien der hierin erörterten DPWM-Technik und 20 veranschaulicht den Schaltleistungsverlust, welcher der Schaltfunktion von 19 für einen beispielhaften Fall zugeordnet ist. Bei dem gezeigten beispielhaften Fall wird der mittlere Leistungsverlust von 1800 W auf 1680 W verringert, wenn die hierin erörterten Verfahren angewandt werden.
Das voranstehend beschriebene System und/oder Verfahren stellt/stellen ein elektrisches System zum Versorgen des Motors 20 mit Leistung mit zwei separaten Energiequellen 22, 24 bereit, während der Schaltverlust im Vergleich mit herkömmlichen DPWM-Techniken verringert wird. Andere Merkmale eines doppelseitigen Wechselrichtersystems 32, wie verschiedene Leistungsflüsse oder ein Leistungstransfer können auch erreicht werden. Wie voranstehend beschrieben ist, wird die Leistung des Motors 20 nicht beeinträchtigt und das befohlene Drehmoment kann weiterhin in dem Motor 20 erzeugt werden, während ermöglicht wird, dass überschüssige Leistung zwischen den Energiequellen 22, 24 fließt.
Andere Ausführungsformen können das voranstehend beschriebene System und Verfahren bei verschiedenen Typen von Kraftfahrzeugen, verschiedenen Fahrzeugen (z.B. Wasserfahrzeugen und Flugzeugen) oder insgesamt bei verschiedenen elektrischen Systemen verwenden, da es bei jeder Situation implementiert werden kann, bei der sich die Spannungen der zwei Quellen dynamisch über einen weiten Bereich verändern. Der Motor 20 und die Wechselrichter 38, 40 können andere Phasenzahlen aufweisen und die hierin beschriebenen Systeme sollen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf einen dreiphasigen Entwurf beschränkt sind. Die hierin erörterten grundlegenden Prinzipien können auf Phasensysteme höherer Ordnung erweitert werden, wie in der Technik verstanden wird. Andere Formen von Energiequellen 22, 24 können verwendet werden, wie etwa Stromquellen und Lasten, welche Diodengleichrichter, Thyristorwandler, Brennstoffzellen, Induktivitäten, Kondensatoren und/oder eine beliebige Kombination daraus umfassen.
Der Kürze halber kann es sein, dass herkömmliche Techniken mit Bezug auf Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Netzwerksteuerung und andere funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben sind. Darüber hinaus sind die Verbindungslinien, die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigt sind, zur Darstellung beispielhafter funktionaler Beziehungen und/oder physikalischer Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen gedacht. Es wird angemerkt, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen bei einer Ausführungsform des Gegenstands vorhanden sein können.
Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung des beanspruchten Gegenstands in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beschriebenen Ausführungsform oder Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass verschiedene Änderungen bei der Funktion und Anordnung von Elementen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen, der durch die Ansprüche definiert ist, welcher bekannte Äquivalente und vorhersehbare Äquivalente zum Zeitpunkt des Einreichens dieser Patentanmeldung umfasst.

Claims

Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems mit einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter, wobei der zweite Wechselrichter einen ersten Schenkel, der einem ersten Phasenstrom zugeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der einem zweiten Phasenstrom zugeordnet ist, und einen dritten Schenkel, der einem dritten Phasenstrom zugeordnet ist, aufweist, wenn der erste Phasenstrom größer als der zweite Phasenstrom und der dritte Phasenstrom ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: wenn der erste Phasenstrom größer als ein Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist: der erste Schenkel mit einem ersten Tastverhältnis moduliert wird; und der zweite Schenkel und der dritte Schenkel an eine negative Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt werden; und wenn der erste Phasenstrom kleiner als der Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist: der erste Schenkel an eine positive Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt wird; und wenn der zweite Phasenstrom größer als Null ist: der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird; und der zweite Schenkel mit einem zweiten Tastverhältnis moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das erste Tastverhältnis durch Dividieren des Sollstroms des zweiten Wechselrichters durch den ersten Phasen strom ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das zweite Tastverhältnis durch Dividieren einer Differenz zwischen dem Sollstrom des zweiten Wechselrichters und dem ersten Phasenstrom durch den zweiten Phasenstrom ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln des ersten Tastverhältnisses durch die Beziehung $d_{a 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{a 2}}$
bestimmt wird, wobei i_a2 der erste Phasenstrom ist, i_dc2 der Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist, und d_a2 das erste Tastverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln des zweiten Tastverhältnisses durch die Beziehung $d_{b 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{b 2}}$
bestimmt wird, wobei i_b2 der zweite Phasenstrom ist und d_b2 das zweite Tastverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: wenn der erste Phasenstrom kleiner als der Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist und der dritte Phasenstrom größer als Null ist: der zweite Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird; ein drittes Tastverhältnis ermittelt wird, indem eine Differenz zwischen dem Sollstrom des zweiten Wechselrichters und dem ersten Phasenstrom durch den dritten Phasenstrom dividiert wird; und der dritte Schenkel mit dem dritten Tastverhältnis moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln des dritten Tastverhältnisses durch die Beziehung $d_{c 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{c 2}}$
bestimmt wird, wobei i_c2 der dritte Phasenstrom ist und d_c2 das dritte Tastverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: eine Schaltfunktion des ersten Wechselrichters ermittelt wird; und der erste Wechselrichter gemäß der Schaltfunktion des ersten Wechselrichters moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln der Schaltfunktion des ersten Wechselrichters auf einem Motorsollstrom und einer Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters derart basiert, dass eine Spannung an einem Motor, der mit dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter gekoppelt ist, sinusförmig ist.
Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems mit einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter, wobei der zweite Wechselrichter einen ersten Schenkel, der einem ersten Phasenstrom (i_a2) zugeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der einem zweiten Phasenstrom (i_b2) zugeordnet ist, und einen dritten Schenkel, der einem dritten Phasenstrom (i_c2) zugeordnet ist, aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) ermittelt wird; und wenn i_a2 ≥ i_b2 und i_a2 > i_c2 und i_a2 ≥ i_dc2 ist: der erste Schenkel mit einem ersten Tastverhältnis moduliert wird; und der zweite Schenkel und der dritte Schenkel an eine negative Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt werden; wenn i_b2 > i_a2 und i_b2 ≥ i_c2 und i_b2 ≥ i_dc2 ist: der zweite Schenkel mit einem zweiten Tastverhältnis moduliert wird; und der erste Schenkel und der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt werden; und wenn i_c2 ≥ i_a2 und i_c2 > i_b2 und i_c2 ≥ i_dc2 ist: der dritte Schenkel mit einem dritten Tastverhältnis moduliert wird; und der erste Schenkel und der zweite Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass eine Schaltfunktion des ersten Wechselrichters ermittelt wird; und der erste Wechselrichter gemäß der Schaltfunktion des ersten Wechselrichters moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ermitteln der Schaltfunktion des ersten Wechselrichters auf einem Motorsollstrom und einer Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters derart basiert, dass eine Spannung an einem Motor, der mit dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter gekoppelt ist, sinusförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass, wenn $\frac{I_{p}}{2} < | i_{c d 2} |$
ist, wobei I_P der erforderliche Ausgangsstrom ist: wenn i_a2 ≥ i_b2 und i_a2 > i_c2 und i_a2 < i_dc2 ist: der erste Schenkel an eine positive Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt wird; wenn i_b2 > 0 ist, der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der zweite Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{b 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{b 2}}$
d_b2 moduliert wird; und wenn i_c2 > 0 ist, der zweite Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der dritte Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{c 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{c 2}}$
moduliert wird; wenn i_b2> i_a2 und i_b2 ≥ i_c2 und i_b2 < i_dc2 ist: der zweite Schenkel an die positive Spannungsschiene geklemmt wird; wenn i_a2 > 0 ist, der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der erste Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{a 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{b 2}}{i_{a 2}}$
moduliert wird; und wenn i_c2 > 0 ist, der erste Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der dritte Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{c 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{b 2}}{i_{c 2}}$
moduliert wird; und wenn i_c2 ≥ i_a2 und i_c2 > i_b2 und i_c2 < i_dc2 ist: der dritte Schenkel an die positive Spannungsschiene geklemmt wird; wenn i_a2 > 0 ist, der zweite Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der erste Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{a 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{c 2}}{i_{a 2}}$
moduliert wird; und wenn i_b2 > 0 ist, der erste Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der zweite Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{b 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{c 2}}{i_{b 2}}$
moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste Tastverhältnis durch die Beziehung $d_{a 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{a 2}}$
bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das zweite Tastverhältnis durch die Beziehung $d_{b 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{b 2}}$
bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das dritte Tastverhältnis durch die Beziehung $d_{c 2} = \frac{i_{d c 2}}{i_{c 2}}$
bestimmt wird.
Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems mit einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erforderlicher Ausgangsstrom (I_P) ermittelt wird; ein Sollstrom des zweiten Wechselrichters (i_dc2) ermittelt wird; eine Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters ermittelt wird, wobei nur ein gewählter Schenkel in dem zweiten Wechselrichter mit einem Tastverhältnis moduliert wird; eine Schaltfunktion des ersten Wechselrichters auf der Grundlage der Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters ermittelt wird; und der erste Wechselrichter und der zweite Wechselrichter unter Verwendung der Schaltfunktion des ersten Wechselrichters und der Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters moduliert werden.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst, dass: wenn ein erster Phasenstrom (i_a2), der einem ersten Schenkel des zweiten Wechselrichters zugeordnet ist, größer als ein zweiter Phasenstrom (i_b2) ist, der einem zweiten Schenkel des zweiten Wechselrichters zugeordnet ist, und größer als ein dritter Phasenstrom (i_c2) ist, der einem dritten Schenkel des zweiten Wechselrichters zugeordnet ist, und größer oder gleich dem Sollstrom des zweiten Wechselrichters ist: der erste Schenkel gewählt wird; und der zweite Schenkel und der dritte Schenkel an eine negative Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner umfasst, dass das Tastverhältnis, das die Schaltfunktion des zweiten Wechselrichters umfasst, durch Dividieren des Sollstroms des zweiten Wechselrichters durch den ersten Phasenstrom ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner umfasst, dass, wenn $\frac{I_{p}}{2} < | i_{d c 2} |$
ist: wenn i_a2 ≥ i_b2 und i_a2 > i_c2 und i_a2 < i_dc2 ist: der erste Schenkel an eine positive Spannungsschiene des zweiten Wechselrichters geklemmt wird; wenn i_b2 > 0 ist, der dritte Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der zweite Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{b 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{b 2}}$
moduliert wird; und wenn i_c2 > 0 ist, der zweite Schenkel an die negative Spannungsschiene geklemmt wird und der dritte Schenkel mit einem Tastverhältnis $d_{c 2} = \frac{i_{d c 2} - i_{a 2}}{i_{c 2}}$
moduliert wird.