DE102012210663A1 - Method for controlling inverter mounted in drive train of motor vehicle, involves providing electrical voltage when inverter is switched to tension-free switching state and tension switching state within pulse width modulation period - Google Patents

Method for controlling inverter mounted in drive train of motor vehicle, involves providing electrical voltage when inverter is switched to tension-free switching state and tension switching state within pulse width modulation period Download PDF

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Abstract

The method involves supplying a multi-phase electric current (I-U,I-V,I-W) to an electric machine (14) of an inverter (10). The inverter is controlled by the successive different switching states of the controllable switches (S-HA-S-HC,S-LA-S-LC) to provide an electrical voltage in the form of a voltage space vector. The electrical voltage is provided when the inverter is switched to the tension-free switching state and tension switching state within a pulse width modulation period. Independent claims are included for the following: (1) device for controlling inverter; and (2) drive train of motor vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters mittels Raumzeigerpulsweitenmodulation, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von Bauelementen aufweist, die durch eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern und einer entsprechenden Mehrzahl von Freilaufdioden gebildet sind, wobei der Wechselrichter dazu ausgebildet ist, einen mehrphasigen elektrischen Strom bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, wobei der Wechselrichter derart angesteuert wird, dass eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schaltzuständen der Schalter eingerichtet wird, um eine elektrische Spannung in Form eines Spannungsraumzeigers bereitzustellen, wobei der Wechselrichter innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode mittels wenigstens eines der Schaltzustände in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand geschaltet wird, und mittels wenigstens eines der Schaltzustände in einen Spannungszustand geschaltet wird, in dem die elektrische Spannung bereitgestellt wird.The present invention relates to a method for driving an inverter by means of space vector pulse width modulation, in particular for driving an electrical machine, wherein the inverter comprises a plurality of components, which are formed by a plurality of controllable switches and a corresponding plurality of free-wheeling diodes, wherein the inverter is adapted is to provide a polyphase electric current, in particular in order to supply the electric machine polyphase with electric current, wherein the inverter is driven such that a plurality of successive switching states of the switches is arranged to provide an electrical voltage in the form of a voltage space vector, said Inverter is switched within a pulse width modulation period by means of at least one of the switching states in a voltage-free switching switching state, and by means of at least one of the switching conditions is switched to a voltage state in which the electrical voltage is provided.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von Bauelementen aufweist, die durch eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern und einer entsprechenden Mehrzahl von Freilaufdioden gebildet sind, und die dazu angeschlossen sind, einen mehrphasigen elektrischen Strom bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter derart anzusteuern, dass der Wechselrichter eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schaltzuständen der Schalter annimmt, um eine elektrische Spannung in Form eines Spannungsraumzeigers bereitzustellen, wobei einer der Schaltzustände innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode den Wechselrichter in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand schaltet und einer der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode den Wechselrichter in einen Spannungszustand schaltet, um die elektrische Spannung bereitzustellen. The present invention further relates to an apparatus for driving an inverter, in particular for driving an electrical machine, wherein the inverter comprises a plurality of components, which are formed by a plurality of controllable switches and a corresponding plurality of free-wheeling diodes, and which are connected thereto, to provide a polyphase electric current, in particular to multiphase electric power to the electrical machine, comprising a controller adapted to drive the inverter so that the inverter accepts a plurality of successive switching states of the switches to form an electrical voltage to provide a voltage space pointer, wherein one of the switching states within a pulse width modulation period switches the inverter in a de-energized switching state and one of the switching states within the pulse width modulator period the inverter switches to a voltage state to provide the electrical voltage.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit wenigsten einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Wechselrichter zum Ansteuern der elektrischen Maschine und mit einer Vorrichtung zum Ansteuern des Wechselrichters der oben beschriebenen Art.Finally, the present invention relates to a motor vehicle drive train with at least one electric machine for providing drive power, an inverter for driving the electric machine and with a device for driving the inverter of the type described above.

Stand der TechnikState of the art

Auf dem technischen Gebiet der Drehstromverbraucher im Allgemeinen und der elektrischen Drehstrommaschinen im Speziellen sind unterschiedliche Ansteuerungsverfahren bekannt. Dabei wird aktuell üblicherweise das Verfahren der Raumzeigermodulation zur Ansteuerung des Drehstromverbrauchers bevorzugt. Bei diesem Ansteuerungsverfahren wird ein Raumzeiger durch aufeinander folgende Einstellung von acht Grundspannungszeigern gebildet. Um die Strangspannung bereitzustellen, werden die Grundspannungszeiger pulsweitenmoduliert geschaltet, sodass eine entsprechende Ansteuerspannung generiert wird. In the technical field of three-phase current consumers in general and three-phase electrical machines in particular, different driving methods are known. Currently, the method of space vector modulation for controlling the three-phase current consumer is currently preferred. In this driving method, a space pointer is formed by sequentially setting eight ground voltage hands. In order to provide the string voltage, the ground voltage phasors are switched pulse width modulated, so that a corresponding drive voltage is generated.

Bei den bekannten Ansteuerungsverfahren werden die elektrischen Verbraucher mittels eines Wechselrichters mit Leistungshalbleiterschaltern angesteuert. Die Einstellung der acht aufeinander folgenden Grundspannungszeiger zur Erzeugung des Spannungsraumzeigers wird durch abwechselndes Ein- und Ausschalten bestimmter Leistungshalbleiterschalter der Wechselrichter realisiert. Bei sehr geringen Rotationsgeschwindigkeiten des Raumzeigers beziehungsweise, sofern der Drehstromverbraucher eine elektrische Maschine ist, bei geringen Drehzahlen der angesteuerten elektrischen Maschinen werden einzelne der Leistungshalbleiterschalter sehr häufig bzw. sehr lange geschaltet und somit durch einen sehr lange bzw. sehr häufig fließenden elektrischen Strom thermisch belastet. Daher müssen die Leistungshalbleiterschalter für sehr lange Einschaltzeiten und für sehr große Ströme ausgelegt werden, wodurch der Wechselrichter im Allgemeinen technisch aufwändig wird. In the known driving method, the electrical loads are controlled by means of an inverter with power semiconductor switches. The adjustment of the eight successive ground voltage pointers for generating the voltage space vector is realized by alternately turning on and off certain power semiconductor switches of the inverters. At very low rotational speeds of the space hand or, if the three-phase load is an electrical machine, at low speeds of the driven electrical machines individual power semiconductors are switched very often or very long and thus thermally stressed by a very long or very frequently flowing electric current. Therefore, the power semiconductor switches must be designed for very long turn-on times and for very large currents, whereby the inverter is generally technically complex.

Um einer, insbesondere thermischen, Überbelastung der Leistungshalbleiterschalter zu begegnen wird beispielsweise in der WO 2010/000548A2 vorgeschlagen, einen von zwei spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen in bestimmten Pulsweitenmodulationsperioden entfallen zu lassen, um die Schaltverluste der Leistungshalbleiterschalter zu verringern. In order to counteract one, in particular thermal, overloading of the power semiconductor switches, for example, in the WO 2010 / 000548A2 proposed to omit one of two de-energized switching states in certain pulse width modulation periods in order to reduce the switching losses of the power semiconductor switches.

Da die, insbesondere thermische, Belastung einzelner Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters abhängig von einem Phasenwinkel des bereitgestellten Stromraumzeigers ist bzw. einzelne der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters für bestimmte Phasenwinkel des bereitgestellten Stromraumzeigers unterschiedlich belastet werden, wird beispielsweise in der DE 10393516 T1 vorgeschlagen, in bestimmten Winkelbereichen des bereitgestellten Stromraumzeigers einen bestimmten Nullvektor zu verwenden, um die Schaltverluste der Leistungshalbleiterschalter zu reduzieren.Since the, in particular thermal, load of individual power semiconductor switches of the inverter is dependent on a phase angle of the provided Stromraumzeer or individual power semiconductor switches of the inverter for different phase angles of the provided Stromraumzeer be charged differently, for example in the DE 10393516 T1 proposed to use a certain zero vector in certain angular ranges of the provided Stromraumzeer to reduce the switching losses of the power semiconductor switches.

Nachteilig dabei ist es, dass das Umschalten zwischen einem spannungsfrei schaltenden Schaltzustand zu einem anderen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand, um die Belastung der Schalter und Freilaufdioden zu verteilen, Schaltvorgänge erfordert, bei denen die Schaltzustände aller Schalter des Wechselrichters geändert werden müssen wodurch hohe Schaltverluste auftreten. The disadvantage here is that the switching between a de-energized switching state to another de-energized switching state to distribute the burden of the switches and freewheeling diodes, switching operations requires in which the switching states of all switches of the inverter must be changed whereby high switching losses occur.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters mittels Raumzeigerpulsweitenmodulation der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei der Wechselrichter mittels eines letzten Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen der Spannungszustände geschaltet wird. Insbesondere wird der Wechselrichter in einen Spannungszustand geschaltet, um die elektrische Spannung bereitzustellen. According to the invention, therefore, a method for driving an inverter by means of space vector pulse width modulation of the aforementioned type is provided, wherein the inverter is switched by means of a last switching state within the pulse width modulation period in one of the voltage states. In particular, the inverter is switched to a voltage state to provide the electrical voltage.

Ferner wird daher erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei das Steuergerät ferner dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter mittels eines letzten Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen der Spannungszustände zu schalten. Furthermore, an apparatus for driving an inverter of the type mentioned above is therefore provided according to the invention, wherein the controller is further adapted to switch the inverter by means of a last switching state within the pulse width modulation period in one of the voltage states.

Schließlich wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeugantriebsstrang bereitgestellt mit wenigstens einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Wechselrichter zum Ansteuern der elektrischen Maschine und mit einer Vorrichtung zum Ansteuern des Wechselrichters der oben beschriebenen Art.Finally, according to the invention, a motor vehicle drive train is provided with at least one electric machine for providing drive power, an inverter for driving the electric machine and with a device for driving the inverter of the type described above.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Dadurch, dass der letzte der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode den Wechselrichter in einen Spannungszustand schaltet, kann die folgende Pulsweitenmodulationsperiode mit einem in einen Spannungszustand schaltenden Schaltzustand beginnen und dadurch einen Übergang zwischen zwei unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen bilden und so die Schaltverluste reduzieren. Ferner kann zwischen Pulsweitenmodulationsperioden mit unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen beliebig gewechselt werden, ohne dass zusätzliche Schaltverluste entstehen. Im Ergebnis kann somit mit geringen Schaltverlusten die Variationsbandbreite der möglichen Schaltsequenzen erhöht und somit der Freiheitsgrad der Ansteuerung erhöht werden. Zusätzlich können durch den in einen Spannungszustand schaltenden Schaltzustand am Ende der Pulsweitenmodulationsperiode beim Wechsel zwischen unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters reduziert werden.Since the last of the switching states within the pulse width modulation period switches the inverter into a voltage state, the following pulse width modulation period can begin with a switching state switching to a voltage state and thereby form a transition between two different voltage-free switching switching states and thus reduce the switching losses. Furthermore, it is possible to change between pulse width modulation periods with different voltage-free-switching switching states without additional switching losses occurring. As a result, the variation bandwidth of the possible switching sequences can thus be increased with low switching losses, and thus the degree of freedom of the control can be increased. In addition, can be reduced by the switching to a voltage state switching state at the end of the pulse width modulation period when switching between different voltage-free switching switching states phase current fluctuations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem spannungsfrei schaltenden Schaltzustand verstanden werden, dass am Ausgangsanschluss des Wechselrichters keine Versorgungsspannung zwischen Phasen des Wechselrichters anliegt, und es wird unter einem Spannungszustand verstanden, dass an den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters eine Versorgungsspannung für einen anzuschließenden elektrischen Verbraucher anliegt bzw. bereitgestellt wird.For the purposes of the present invention, a switched-off switching state will be understood as meaning that no supply voltage is present between phases of the inverter at the output terminal of the inverter, and a voltage condition is understood to be applied to the output terminals of the inverter as a supply voltage for an electrical load to be connected . provided.

Vorzugsweise wird der Wechselrichter ferner mittels eines ersten der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen Spannungszustand geschaltet.Preferably, the inverter is further switched by means of a first of the switching states within the pulse width modulation period in a voltage state.

Dadurch kann die Pulsweitenmodulationsperiode an die Schaltzustände der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode angepasst werden, wodurch die Schaltverluste weiter reduziert werden können.Thereby, the pulse width modulation period can be adapted to the switching states of the previous pulse width modulation period, whereby the switching losses can be further reduced.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der erste Schaltzustand innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in Abhängigkeit des letzten Schaltzustandes der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode ausgewählt wird.It is further preferred if the first switching state within the pulse width modulation period is selected as a function of the last switching state of the previous pulse width modulation period.

Dadurch können zwei Pulsweitenmodulationsperioden direkt aneinander angepasst werden, so dass die Schaltverluste beim Umschalten zwischen zwei Pulsweitenmodulationsperioden reduziert werden können.As a result, two pulse width modulation periods can be adapted directly to each other, so that the switching losses can be reduced when switching between two pulse width modulation periods.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der erste Schaltzustand innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode identisch ist mit dem letzten Schaltzustand der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode. It is further preferred if the first switching state within the pulse width modulation period is identical to the last switching state of the previous pulse width modulation period.

Dadurch kann der erste Schaltzustand mit regelungstechnisch geringem Aufwand ausgewählt werden und die Schaltverluste zwischen den Pulsweitenmodulationsperioden auf Null reduziert werden, da kein Umschalten notwendig ist.As a result, the first switching state can be selected with little control effort and the switching losses between the pulse width modulation periods can be reduced to zero, since no switching is necessary.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode einer der Schaltzustände entfällt und ein identischer Schaltzustand innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode entsprechend verlängert wird.It is further preferred if one of the switching states is omitted within the pulse width modulation period and an identical switching state within the pulse width modulation period is extended accordingly.

Dadurch kann im Allgemeinen die Anzahl der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode reduziert werden, wodurch die Schaltvorgänge reduziert und gleichzeitig die Schaltverluste verringert werden können.As a result, in general, the number of switching states can be reduced within the pulse width modulation period, whereby the switching operations can be reduced and at the same time the switching losses can be reduced.

Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der letzte Schaltzustand der Pulsweitenmodulationsperiode entfällt. It is particularly preferred if the last switching state of the pulse width modulation period is omitted.

Dadurch kann mit regelungstechnisch einfachen Mitteln die Anzahl der Schaltzustände der Schalter reduziert werden und der letzte der Schaltzustände an eine folgende Pulsweitenmodulationsperiode angepasst werden. As a result, the number of switching states of the switches can be reduced and the last of the switching states can be adapted to a subsequent pulse width modulation period with simple control means.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn einer der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode entfällt, sofern eine Einschaltdauer des Schaltzustandes eine vordefinierte Dauer unterschreitet.It is further preferred if one of the switching states within the pulse width modulation period is omitted, if a duty cycle of the switching state falls below a predefined duration.

Dadurch kann die Anzahl der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode weiter reduziert werden, ohne dass die Ansteuerung des angesteuerten elektrischen Verbrauchers signifikant beeinträchtigt wird, da eine kurze Einschaltdauer der entsprechenden Schaltzustände den bereitzustellenden Spannungsraumzeiger nur unwesentlich beeinflusst.As a result, the number of switching states within the pulse width modulation period can be further reduced without the triggering of the controlled electrical load being significantly impaired, since a short switch-on duration of the corresponding switching states only insignificantly influences the voltage space pointer to be provided.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode lediglich einer der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände geschaltet wird.It is furthermore preferred if only one of the voltage-free-switching switching states is switched within the pulse width modulation period.

Dadurch können die Schaltverluste des Wechselrichters weiter reduziert werden und gleichzeitig einer ungleichmäßigen, insbesondere thermischen, Belastung des Wechselrichters entgegengewirkt werden.As a result, the switching losses of the inverter can be further reduced and at the same time a non-uniform, in particular thermal, load of the inverter can be counteracted.

Es ist dabei bevorzugt, wenn der spannungsfrei schaltende Schaltzustand derart ausgewählt wird, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen der Pulsweitenmodulationsperiode lediglich ein Schalterpaar geschaltet wird.It is preferred if the voltage-free switching switching state is selected such that only one switch pair is switched when switching between the switching states of the pulse width modulation period.

Dadurch können die Schaltverluste innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode weiter reduziert werden.As a result, the switching losses within the pulse width modulation period can be further reduced.

Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn die Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode derart hintereinander geschaltet werden, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen lediglich ein Schalterpaar geschaltet wird.It is furthermore generally preferred if the switching states within the pulse width modulation period are connected in series such that only one switch pair is switched when switching between the switching states.

Dadurch können die Schaltverluste innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode weiter reduziert werden.As a result, the switching losses within the pulse width modulation period can be further reduced.

Es ist ferner allgemein bevorzugt, wenn die Schaltzustände der Schalter der Pulsweitenmodulationsperiode für einen Winkelbereich des Spannungsraumzeigers auf der Grundlage von Sequenzen von Schaltzuständen der Schalter einer Pulsweitenmodulationsperiode eines Referenzwinkelbereichs eingestellt werden.It is also generally preferred that the switching states of the switches of the pulse width modulation period are set for an angular range of the voltage space vector based on sequences of switching states of the switches of a pulse width modulation period of a reference angle range.

Dadurch kann der regelungstechnische Aufwand zum Einstellen der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode reduziert werden, da lediglich für einen Winkelbereich des Spannungsraumzeigers eine bestimmte Anzahl von Sequenzen von Schaltzuständen bestimmt werden müssen.As a result, the control engineering effort for setting the switching states within the pulse width modulation period can be reduced, since only a certain number of sequences of switching states have to be determined for an angular range of the voltage space vector.

Wie oben erwähnt lassen sich durch die vorliegende Erfindung die Schaltverluste der steuerbaren Schalter des Wechselrichters reduzieren, da beim Umschalten von einer Pulsweitenmodulationsperiode zu einer nachfolgenden Pulsweitenmodulationsperiode möglichst wenig der steuerbaren Schalter geschaltet werden. Ferner können durch die besondere Folge von Schaltzuständen die Schaltverluste innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode reduziert werden, da beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen lediglich ein Schalterpaar des Wechselrichters umgeschaltet wird. Schließlich kann zwischen Pulsweitenmodulationsperioden mit unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen beliebig gewechselt werden, um unterschiedliche, insbesondere thermische, Belastungsverteilungen einzustellen ohne dass zusätzliche Schaltverluste entstehen. Durch diese Maßnahmen können insgesamt die Schaltverluste der steuerbaren Schalter und somit auch die Gesamtverluste des Wechselrichters reduziert werden, wodurch der Wechselrichter im Allgemeinen für geringere Belastungen ausgelegt werden kann und gleichzeitig durch die Reduzierung der Gesamtverluste die Lebensdauer des Wechselrichters erhöht werden kann.As mentioned above can be reduced by the present invention, the switching losses of the controllable switches of the inverter, since when switching from a pulse width modulation period to a subsequent pulse width modulation period as little as the controllable switch are switched. Furthermore, the switching losses within the pulse width modulation period can be reduced by the particular sequence of switching states, since only one switch pair of the inverter is switched when switching between the switching states. Finally, it is possible to switch between pulse width modulation periods with different voltage-free switching switching states in order to set different, in particular thermal, load distributions without additional switching losses occurring. Through these measures, the total switching losses of the controllable switch and thus the total losses of the inverter can be reduced, whereby the inverter can be designed in general for lower loads and at the same time by reducing the total losses, the life of the inverter can be increased.

Es versteht sich, dass Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.It is understood that features, properties and advantages of the method according to the invention also apply to the device according to the invention or are applicable.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt in schematischer Form einen Wechselrichter zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers; 1 shows in schematic form an inverter for driving an electrical load;

2 zeigt ein komplexes Zeigerdiagramm zur Erläuterung des Raumzeigermodulationsverfahrens zum Ansteuern des Wechselrichters eines elektrischen Verbrauchers; 2 shows a complex phasor diagram for explaining the space vector modulation method for driving the inverter of an electrical load;

3 zeigt in schematischer Form einen Verlauf von drei Strangspannungen zum Einstellen unterschiedlicher Spannungsraumzeiger; 3 shows in schematic form a course of three phase voltages for setting different voltage space vector;

4 zeigt in schematischer Form einen Verlauf von drei Strangspannungen über zwei aneinander angepasste Pulsweitenmodulationsperioden; und 4 shows in schematic form a course of three strand voltages over two matched pulse width modulation periods; and

5 zeigt in schematischer Form ein komplettes Zeigerdiagramm zur Erläuterung der Umrechnung von Schaltsequenzen verschiedener Winkelbereiche des Spannungsraumzeigers. 5 shows in schematic form a complete phasor diagram for explaining the conversion of switching sequences of different angular ranges of the voltage space vector.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Wechselrichter zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrischen Maschine schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet.In 1 is an inverter for driving an electrical load, in particular an electric machine shown schematically and generally with 10 designated.

Der Wechselrichter 10 ist mit einer Gleichspannungsquelle 12 verbunden und dient dazu, den elektrischen Verbraucher 14, der in diesem Fall als elektrische Maschine 14 ausgebildet ist, dreiphasig zu bestromen. Der Wechselrichter weist drei Halbbrücken auf, die parallel zu der Gleichspannungsquelle 12 geschaltet sind und jeweils zwei steuerbare Schalter S aufweisen. Zwischen den Schaltern S ist jeweils ein Halbbrückenabgriff 16 gebildet, die jeweils mit einem Phasenleiter der Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 14 verbunden sind. Parallel zu der Gleichspannungsquelle 12 ist ein Zwischenkreiskondensator geschaltet.The inverter 10 is with a DC voltage source 12 connected and serves to the electrical consumer 14 in this case as an electric machine 14 is designed to energize three-phase. The inverter has three half-bridges, which are parallel to the DC voltage source 12 are connected and each have two controllable switch S. Between the switches S is in each case a half-bridge tap 16 formed, each with a phase conductor of the phases U, V, W of the electric machine 14 are connected. Parallel to the DC voltage source 12 is a DC link capacitor connected.

Parallel zu den Schaltern S ist jeweils eine Freilaufdiode D geschaltet, die einen Stromfluss in entgegengesetzter Richtung ermöglicht. Parallel to the switches S, a freewheeling diode D is in each case connected, which allows a current flow in the opposite direction.

In 1 sind die Schalter S entsprechend der Phase U, V, W, die sie bereitstellen und entsprechend der Zuordnung zu einem hohen Potenzial der Gleichspannungsquelle 12 oder einem niedrigen Potenzial der Gleichspannungsquelle 12 mit SHA, SLA, SHB, SLB, SHC, SLC bezeichnet. Entsprechend sind die Freilaufdioden bezeichnet mit DHA, DLA, DHB, DLB, DHC, DLC.In 1 are the switches S corresponding to the phase U, V, W, they provide and according to the assignment to a high potential of the DC voltage source 12 or a low potential of the DC voltage source 12 denoted SHA, SLA, SHB, SLB, SHC, SLC. Accordingly, the freewheeling diodes are designated DHA, DLA, DHB, DLB, DHC, DLC.

Durch wechselndes Öffnen und Schließen der Schalter S wird zwischen den Phasenleitern U, V, W jeweils eine Ansteuerspannung angelegt, sodass sich entsprechend jeweils ein Phasenstrom IU, IV, IW einstellt, der die elektrische Maschine 14 antreibt. Der Wechselrichter 10 ist vorzugsweise mittels Halbleiterschaltern ausgebildet. Die Schalter des Wechselrichters werden mittels einer schematisch dargestellten Steuereinheit 18 wechselnd geöffnet und geschlossen, um die Phasenspannungen mit einem bestimmten Verlauf bereitzustellen, und einen rotierenden Spannungsraumzeiger bereitzustellen und die elektrische Maschine 14 entsprechend mit den Phasenströmen IU, IV, IW zu bestromen. Dabei wird der Spannungszeiger durch den Wechselrichter 10 bereitgestellt, woraufhin sich der Stromraumzeiger in Abhängigkeit der angesteuerten Last entsprechend einstellt.By alternately opening and closing the switch S, a drive voltage is applied in each case between the phase conductors U, V, W, so that in each case a phase current IU, IV, IW adjusts, which sets the electric machine 14 drives. The inverter 10 is preferably formed by means of semiconductor switches. The switches of the inverter are by means of a control unit shown schematically 18 alternately opened and closed to provide the phase voltages with a certain gradient, and to provide a rotating voltage space pointer and the electric machine 14 to energize accordingly with the phase currents IU, IV, IW. At the same time, the voltage vector is generated by the inverter 10 provided, whereupon the current space pointer adjusts accordingly depending on the controlled load.

In 2 ist ein komplexes Zeigerdiagramm zur Erläuterung der Raumzeigermodulation zum Ansteuern des elektrischen Verbrauchers 14 beziehungsweise der elektrischen Maschine 14 dargestellt und allgemein mit 20 bezeichnet. In 2 is a complex phasor diagram for explaining the space vector modulation for driving the electrical load 14 or the electric machine 14 represented and generally with 20 designated.

In dem Zeigerdiagramm 20 ist ein Spannungszeiger V* mit einem Ansteuerungswinkel α der elektrischen Maschine 14 dargestellt. In dem Zeigerdiagramm 20 sind ferner sechs Grundspannungszeiger V1, V2, V3, V4, V5, V6 dargestellt, die sich ergeben, wenn einzelne oder zwei der Schalter S des Wechselrichters 10 geschlossen werden und die elektrische Maschine entsprechend angesteuert wird. Um den Spannungszeiger V* mit einer maximalen Länge einzustellen, der in diesem Beispiel den Ansteuerwinkel α zwischen den Grundspannungszeigern V1 und V2 aufweist, wird dieser durch abwechselndes Ansteuern des Wechselrichters 10 entsprechend dem Grundspannungszeiger V1 und dem Grundspannungszeiger V2 realisiert. Die beiden Grundspannungszeiger V1, V2 werden abwechselnd eingestellt mit einer vordefinierten Schaltfrequenz, sodass sich bei gleicher Einschaltdauer der Grundspannungszeiger V1, V2 der Spannungszeiger V* mit einem Phasenwinkel von 30° ergibt. Sofern ein Spannungszeiger V* mit einem größeren Ansteuerungswinkel α eingestellt werden muss, wird entsprechend die Einschaltdauer des Grundspannungszeigers V2 verlängert und die Einschaltdauer des Grundspannungszeigers V1 verkürzt. Somit lässt sich durch getaktetes Ansteuern der Schalter S des Wechselrichters 10 der Spannungsraumzeiger V* mit einem beliebigen Ansteuerwinkel α realisieren. In the pointer diagram 20 is a voltage vector V * with a drive angle α of the electric machine 14 shown. In the pointer diagram 20 Also shown are six ground voltage indicators V1, V2, V3, V4, V5, V6, which result when one or two of the switches S of the inverter 10 be closed and the electric machine is controlled accordingly. In order to set the voltage vector V * with a maximum length, which in this example has the actuation angle α between the ground voltage indicators V1 and V2, this is achieved by alternately driving the inverter 10 realized in accordance with the base voltage vector V1 and the ground voltage vector V2. The two ground voltage vectors V1, V2 are alternately set with a predefined switching frequency, so that the voltage indicator V * with a phase angle of 30 ° results for the same duty cycle of the ground voltage vector V1, V2. If a voltage vector V * has to be set with a larger actuation angle α, the duty cycle of the basic voltage vector V2 is correspondingly extended and the on-time of the basic voltage vector V1 is shortened. Thus, the switch S of the inverter can be controlled by pulsed driving 10 the voltage space vector V * realize with an arbitrary drive angle α.

Sofern der Spannungszeiger V*, wie in dem in 2 dargestellten Fall mit einem geringeren Betrag (geringere Länge) als die Grundspannungsraumzeiger V1, V2 eingestellt werden soll, wird entsprechend ein Nullspannungszeiger V0, V7 eingestellt, bei dem die Schalter SHA, SHB, SHC auf der oberen Seite bzw. SLA, SLB, SLC auf der unteren Seite des Wechselrichters 10 geöffnet sind. Die jeweils anderen der Schalter S sind entsprechend geschlossen. Entsprechend kann der Spannungszeiger V* durch eine Kombination der Grundspannungsraumzeiger V1 und V2 und einem der Nullspannungszeiger V0, V7 realisiert werden.If the voltage vector V *, as in the in 2 In the case shown with a smaller amount (shorter length) than the basic voltage space vectors V1, V2 is to be set, a zero voltage pointer V0, V7 is set in accordance with which the switches SHA, SHB, SHC on the upper side and SLA, SLB, SLC on the lower side of the inverter 10 are open. The other of the switches S are closed accordingly. Accordingly, the voltage vector V * can be realized by a combination of the basic voltage space vector V1 and V2 and one of the zero voltage V0, V7.

In Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V* stellt sich ein Stromraumzeiger I* ein. Der Stromraumzeiger I* weist eine Amplitude und einen Phasenwinkel auf, die sich in Abhängigkeit des angesteuerten elektrischen Verbrauchers 14 einstellen. Der Phasenwinkel des Stromraumzeigers I* kann phasengleich mit dem Phasenwinkel α des Spannungsraumzeigers V* sein oder eine Phasenverschiebung aufweisen.Depending on the voltage space vector V *, a current space vector I * is established. The current space vector I * has an amplitude and a phase angle, which depend on the driven electrical load 14 to adjust. The phase angle of the current space vector I * can be in phase with the phase angle α of the voltage space vector V * or can have a phase shift.

Zur Bestromung des elektrischen Verbrauchers 14 beziehungsweise der elektrischen Maschine 14 wird der Spannungsraumzeiger V* bereitgestellt, indem die unterschiedlichen Grundspannungsraumzeiger V1–V6 und die Nullspannungszeiger V0, V7 in einer schnellen Abfolge hintereinander eingestellt werden. Dadurch werden die unterschiedlichen Schalter S und die unterschiedlichen Freilaufdioden D des Wechselrichters 10 bei einem entsprechend schnell rotierenden Spannungsraumzeigers V* gleichmäßig belastet, insbesondere phasig gleichmäßiger belastet. Sofern die Rotationsfrequenz des Spannungsraumzeigers V* sehr gering oder null ist, zum Beispiel bei geringen Drehzahlen der elektrischen Maschine 10, werden die entsprechenden Schalter S und die Freilaufdioden D des Wechselrichters 10 einer Phase U, V, W über einen langen Zeitraum belastet, sodass eine Überlastung der entsprechenden Schalter S und der Freilaufdioden D auftreten kann und die Schalter S und die Freilaufdioden D des Wechselrichters 10 im Allgemeinen ungleichmäßig, insbesondere phasig ungleichmäßig belastet werden. Um bei eine Überlastung einzelner der Schalter S und Freilaufdioden D zu verhindern, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die Belastung auf unterschiedliche der Schalter S und der Freilaufdioden D zu verteilen. For energizing the electrical load 14 or the electric machine 14 the voltage space vector V * is provided by sequentially adjusting the different fundamental voltage space vectors V1-V6 and the zero voltage pointers V0, V7 in a fast sequence. As a result, the different switches S and the different freewheeling diodes D of the inverter 10 at a correspondingly fast rotating voltage space vector V * evenly loaded, in particular phased evenly loaded. If the rotational frequency of the voltage space vector V * is very low or zero, for example, at low speeds of the electric machine 10 , the corresponding switches S and the freewheeling diodes D of the inverter 10 a phase U, V, W loaded over a long period of time, so that an overload of the respective switches S and the freewheeling diodes D can occur and the switches S and freewheeling diodes D of the inverter 10 are generally unevenly loaded, in particular phased uneven. In order to prevent overloading of each of the switches S and freewheeling diodes D, measures must be taken to distribute the load to different ones of the switches S and freewheeling diodes D.

In 3 sind Verläufe der Phasenspannungen der drei Phasen U, V, W innerhalb einer pulsweiten Modulationsperiode T dargestellt, um die Grundspannungsraumzeiger V0, V1, V2, V7 nacheinander einzustellen. Innerhalb der pulsweiten Modulationsperiode T kann eine Einschaltdauer t0, t1, t2, t7 der einzelnen Grundspannungsraumzeiger V0, V1, V2, V7 variiert werden, um den Spannungsraumzeiger V* präzise einstellen zu können.In 3 are waveforms of the phase voltages of the three phases U, V, W within a pulse width modulation period T shown to set the basic voltage space pointers V0, V1, V2, V7 successively. Within the pulse-width modulation period T, a duty cycle t 0 , t 1 , t 2 , t 7 of the individual basic voltage space vector V0, V1, V2, V7 can be varied in order to be able to precisely set the voltage space vector V *.

Da der Nullspannungszeiger V0 lediglich die Schalter SLA, SLB, SLC, die dem niedrigen Potenzial der Spannungsquelle 12 zugeordnet sind, belastet, und da entsprechend der Nullspannungszeiger V7 lediglich die Schalter SHA, SHB, SHC, die dem hohen Potenzial der Gleichspannungsquelle 12 zugeordnet sind, belastet, kann durch eine gezielte Verteilung der Nullspannungszeiger V0, V7 eine ungleichmäßige Belastung zwischen den oberen Schaltern THA, THB, THC und den unteren Schaltern TLA, TLB, TLC ausgeglichen werden. Da die Verteilung der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände V0, V7 keinen Einfluss auf den Spannungsvektor V* hat, kann durch Variation zwischen den spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen V0, V7 eine Belastungsverteilung der Schalter des Wechselrichters 10 eingestellt werden. Ein entsprechender Belastungswert m berechnet sich durch die Formel

Figure 00110001
wobei t0 die Schaltdauer des Nullspannungszeigers V0 und t7 die Schaltdauer des Nullspannungszeigers V7. Der Belastungswert m kann folglich zwischen dem Wert 1 und dem Wert 0 eingestellt werden, wobei bei einem Wert 1 die oberen Schalter SHA, SHB, SHC bzw. die oberen Freilaufdioden DHA, DHB, DHC des Wechselrichters 10 stärker belastet werden und bei einem Wert 0 die unteren Schalter SLA, SLB, SLC bzw. unteren Freilaufdioden DLA, DLB, DLC des Wechselrichters 10 stärker belastet werden. Dies gilt speziell für die Berechnung des Belastungswertes m sofern zwei benachbarte Grundspannungsraumzeiger V1–V6 und wenigstens ein Nullspannungszeiger V0, V7 verwendet wird, wie beispielsweise für eine Ansteuerungssequenz nach 3.Since the zero voltage pointer V0 only the switches SLA, SLB, SLC, the low potential of the voltage source 12 are assigned, loaded, and there according to the zero voltage pointer V7, only the switches SHA, SHB, SHC, the high potential of the DC voltage source 12 are assigned, can be compensated by a targeted distribution of the zero voltage pointer V0, V7 uneven load between the upper switches THA, THB, THC and the lower switches TLA, TLB, TLC. Since the distribution of the voltage-free switching switching states V0, V7 has no influence on the voltage vector V *, a load distribution of the switches of the inverter can be achieved by variation between the voltage-free switching switching states V0, V7 10 be set. A corresponding load value m is calculated by the formula
Figure 00110001
where t0 is the switching time of the zero voltage indicator V0 and t7 is the switching duration of the zero voltage indicator V7. The load value m can thus be set between the value 1 and the value 0, with a value 1, the upper switch SHA, SHB, SHC or the upper freewheeling diodes DHA, DHB, DHC of the inverter 10 more heavily loaded and at a value 0, the lower switches SLA, SLB, SLC and lower freewheeling diodes DLA, DLB, DLC of the inverter 10 be charged more heavily. This is especially true for the calculation of the load value m if two neighboring basic voltage space vector V1-V6 and at least one zero voltage vector V0, V7 is used, as for example for a drive sequence 3 ,

In 4 sind die drei Strangspannungen U, V, W für zwei aufeinanderfolgende Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 schematisch dargestellt. Die Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 sind wie die Pulsweitenmodulationsperiode T aus 3 aufgeteilt in einzelne Schaltzustände V0–V7 der steuerbaren Schalter S. Die Schaltzustände V0–V7 der Schalter S weisen jeweils eine Einschaltdauer t auf. Die Einschaltdauer ist in 4 bezeichnet mit zwei Indices, wobei der erste Index den Schaltzustand bezeichnet und der zweite Index die Position des Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode T1, T2. Sofern der jeweilige Schaltzustand nur einmal in der Pulsweitenmodulationsperiode auftritt, entfällt der zweite Index. Als Beispiel bezeichnet die Einschaltdauer t13 die Einschaltdauer des Schaltzustandes V1, und zwar die dritte Einschaltdauer dieses Schaltzustandes V1 innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode T1. Die Einschaltdauern t sind im Folgenden zeitliche Anteilswerte der Pulsweitenmodulationsperiode T, wobei die Summe aller Einschaltzeiten t einer Pulsweitenmodulationsperiode T jeweils 1 ergibt. In 4 the three phase voltages U, V, W are shown schematically for two consecutive pulse width modulation periods T1, T2. The pulse width modulation periods T1, T2 are like the pulse width modulation period T off 3 divided into individual switching states V0-V7 of the controllable switch S. The switching states V0-V7 of the switch S each have a duty cycle t. The duty cycle is in 4 designated with two indices, wherein the first index denotes the switching state and the second index the position of the switching state within the pulse width modulation period T1, T2. If the respective switching state occurs only once in the pulse width modulation period, the second index is omitted. As an example, the duty cycle t 13, the duty cycle of the switching state V1, namely the third duty cycle of this switching state V1 within the pulse width modulation period T1. In the following, the switch-on durations t are temporal proportion values of the pulse width modulation period T, wherein the sum of all switch-on times t of a pulse width modulation period T results in each case 1.

Die beiden Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 weisen jeweils fünf Schaltzustände V0–V7 auf, wobei die erste Pulsweitenmodulationsperiode T1 lediglich den Nullspannungszeiger V0 und die zweite Pulsweitenmodulationsperiode T2 lediglich den Nullspannungszeiger V7 aufweist. Ferner beginnen und enden die Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 jeweils mit dem Grundspannungsraumzeiger V1. Die Abfolge der Schaltzustände V0–V7 der beiden Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 ist jeweils so gewählt, dass zwischen den einzelnen Schaltzuständen V0–V7 jeweils nur ein Schalterpaar geschaltet werden muss. Die Schalterpaare sind jeweils gebildet durch zwei der Schalter S, die jeweils einer der Phasen U, V, W zugeordnet sind. Mit anderen Worten werden die Schalterpaare gebildet durch die Paare von Schaltern SHA, SLA und SHB, SLB und SHC, SLC. Da die Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 jeweils mit demselben Schaltzustand, in diesem Falle V1, beginnen und enden, muss zwischen den Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 keiner der Schalter S umgeschaltet werden, so dass ohne zusätzliche Schaltverluste zwischen den beiden Pulsweitenmodulationsperioden T1, T2 umgeschaltet werden kann. Dadurch, dass die Nullspannungszeiger V0, V7 nicht am Anfang oder am Ende der jeweiligen Pulsweitenmodulationsperiode T1, T2 angeordnet sind, kann ohne zusätzliche Schaltverluste beliebig zwischen den beiden Sequenzen hin und her geschaltet werden, um die Belastung der Schalter innerhalb des Wechselrichters 10 zu verteilen, und um die Schalter S gemäß dem Belastungssollwert m zu belasten.The two pulse width modulation periods T1, T2 each have five switching states V0-V7, the first pulse width modulation period T1 having only the zero voltage pointer V0 and the second pulse width modulation period T2 having only the zero voltage pointer V7. Furthermore, the pulse width modulation periods T1, T2 each begin and end with the basic voltage space vector V1. The sequence of switching states V0-V7 of the two pulse width modulation periods T1, T2 is in each case selected such that in each case only one switch pair has to be switched between the individual switching states V0-V7. The switch pairs are each formed by two of the switches S, which are each assigned to one of the phases U, V, W. In other words, the switch pairs are formed by the pairs of switches SHA, SLA and SHB, SLB and SHC, SLC. Since the pulse width modulation periods T1, T2 each begin and end with the same switching state, in this case V1, none of the pulse width modulation periods T1, T2 have to Switch S are switched so that can be switched without additional switching losses between the two pulse width modulation periods T1, T2. Because the zero voltage pointers V0, V7 are not arranged at the beginning or at the end of the respective pulse width modulation period T1, T2, it is possible to switch back and forth between the two sequences without additional switching losses in order to reduce the load on the switches within the inverter 10 to distribute and to load the switches S according to the load setpoint m.

Im Weiteren wird auf verschiedene Schaltsequenzen der Schaltzustände V0–V7 Bezug genommen, wobei die Schaltsequenzen lediglich als Zahlenfolgen der einzelnen Schaltzustände V0–V7 dargestellt sind. Als Beispiel wird im Folgenden die Sequenz der Pulsweitenmodulationsperiode T1 bezeichnet als -12101- und allgemein als Sequenz 1 und die Sequenz der Pulsweitenmodulationsperiode T2 mit -12721- beschrieben und allgemein als Sequenz 2 bezeichnet.In the following, reference is made to different switching sequences of the switching states V0-V7, wherein the switching sequences are shown only as numerical sequences of the individual switching states V0-V7. As an example, the sequence of the pulse width modulation period T1 is referred to as -12101- and generally described as sequence 1 and the sequence of the pulse width modulation period T2 with -12721- and generally referred to as sequence 2.

Die Einschaltdauer t der Schaltzustände der Sequenz 1 wird berechnet durch Lösung des folgenden Gleichungssystems: V* = (t11 + t12 + t13)V1 + t2V2 + t0V0 t11 + t12 + t13 + t2 + t0 = 1 t11 = k1t12 t11 = k2t13 wobei k1 und k2 Konstanten sind und k1 den Wert 0,5 und k2 den Wert 1 hat. Die Konstanten k1 und k2 können wahlweise variiert werden, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit und das Schwingungsverhalten zu verbessern.The duty cycle t of the switching states of the sequence 1 is calculated by solving the following equation system: V * = (t 11 + t 12 + t 13 ) V 1 + t 2 V 2 + t 0 V 0 t 11 + t 12 + t 13 + t 2 + t 0 = 1 t 11 = k 1 t 12 t 11 = k 2 t 13 where k 1 and k 2 are constants and k 1 is 0.5 and k 2 is 1. The constants k 1 and k 2 can be selectively varied to phase current variations on the output side and DC voltage variations at the intermediate circuit capacitor of the inverter 10 reduce electromagnetic compatibility and vibration behavior.

Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände der Sequenz 2 werden berechnet durch Lösung des folgenden Gleichungssystems: V* = (t11 + t12)V1 + (t21 + t22)V2 + t0V0 t11 + t12 + t21 + t22 + t2 + t0 = 1 t11 = k1t12 t21 = k2t22 wobei die Konstanten k1 und k2 den Wert 1 haben oder die Werte für die Konstanten k1, k2 variiert werden können, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern und das Schwingungsverhalten zu verbessern.The switch-on times t of the switching states of the sequence 2 are calculated by solving the following equation system: V * = (t 11 + t 12 ) V 1 + (t 21 + t 22 ) V 2 + t 0 V 0 t 11 + t 12 + t 21 + t 22 + t 2 + t 0 = 1 t 11 = k 1 t 12 t 21 = k 2 t 22 where the constants k 1 and k 2 have the value 1 or the values for the constants k 1 , k 2 can be varied, phase currents fluctuations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 to reduce electromagnetic compatibility and to improve the vibration behavior.

Die Schaltzustände der Sequenz 1 können auch intern ausgetauscht werden, ohne dass die Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers beeinträchtigt wird. Bei dieser Variation ist die Reihenfolge der Schaltzustände -10121- und wird im Folgenden als Sequenz 3 bezeichnet.The switching states of the sequence 1 can also be exchanged internally, without affecting the control of the electrical load. In this variation, the order of the switching states is -10121- and will be referred to as sequence 3 below.

Wie oben erwähnt kann zwischen den Sequenzen 1, 2 und 3 beliebig gewechselt werden, um mittels der Nullspannungszeiger V0, V7 den Belastungssollwert m einzustellen, ohne dass die Schaltverluste durch häufiges Umschalten zwischen den Schaltern S erhöht werden.As mentioned above, it is possible to change between the sequences 1, 2 and 3 in order to set the load setpoint value m by means of the zero voltage pointers V0, V7, without the switching losses being increased by frequent switching between the switches S.

Bezüglich der Auswahl der Sequenzen 1 oder 3 wird die Sequenz 1 bevorzugt, sofern die vorherige Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V0 und V1 endet, z.B. -2101- oder -12101-, wohingegen die Sequenz 3 bevorzugt verwendet wird, sofern die vorhergehende Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V2 und V1 endet, z.B. -10121-. Dadurch können Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 beim Umschalten zwischen den Pulsweitenmodulationsperioden T reduziert werden.With regard to the selection of the sequences 1 or 3, the sequence 1 is preferred if the previous pulse width modulation period T ends with the switching states V0 and V1, eg -2101- or -12101-, whereas the sequence 3 is preferably used, if the preceding pulse width modulation period T with the switching states V2 and V1 ends, eg -10121-. This can cause phase current fluctuations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 be reduced when switching between the pulse width modulation periods T.

Alternativ zu den Sequenzen 1 bzw. 3 können auch die Sequenz 4 -21272- oder die Sequenz 5 -27212- verwendet werden. Ferner kann die Sequenz 6 -21012- alternativ zu Sequenz 2 verwendet werden. Dabei unterscheiden sich die Sequenzen jeweils durch den verwendeten Nullspannungszeiger V0, V7 und den Anfangs- bzw. Endschaltzustand, der in den Sequenzen 4 bis 6 jeweils durch den Schaltzustand V2 gebildet ist. As an alternative to sequences 1 and 3, it is also possible to use the sequence 4-21272 or the sequence 5 -27212. Furthermore, sequence 6-21012 may be used as an alternative to sequence 2. In this case, the sequences differ in each case by the used zero voltage vector V0, V7 and the initial or final switching state, which is formed in the sequences 4 to 6 respectively by the switching state V2.

Die Einschaltdauer t der jeweiligen Schaltzustände der Sequenzen 4 und 5 wird berechnet durch Lösung des Gleichungssystems: V* = t1V1 + (t21 + t22 + t23)V2 + t0V0 t2 + t21 + t22 + t23 + t0 = 1 t21 = k1t22 t21 = k2t23 wobei die Konstante k1 den Wert 0,5 und die Konstante k2 den Wert 1 hat. Die Werte der Konstanten k1, k2 können auch variiert werden, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern und Schwingungen zu reduzieren.The duty cycle t of the respective switching states of the sequences 4 and 5 is calculated by solving the system of equations: V * = t 1 V1 + (t 21 + t 22 + t 23 ) V 2 + t 0 V 0 t 2 + t 21 + t 22 + t 23 + t 0 = 1 t 21 = k 1 t 22 t 21 = k 2 t 23 where the constant k 1 has the value 0.5 and the constant k 2 has the value 1. The values of the constants k 1, k 2 can also be varied to phase current variations on the output side and DC voltage variations at the DC link capacitor of the inverter 10 reduce electromagnetic compatibility and reduce vibration.

Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände der Sequenz 6 werden berechnet durch Lösung des Gleichungssystems: V* = (t11 + t12)V1 + (t21 + t22)V2 + t0V0 t11 + t12 + t21 + t22 + t2 + t0 = 1 t11 = k1t12 t21 = k2t22 wobei die Konstanten k1, k2 den Wert 1 haben. Die Werte der Konstanten k1, k2 können ebenso variiert werden, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern und Schwingungen zu reduzieren.The switch-on times t of the switching states of the sequence 6 are calculated by solving the equation system: V * = (t 11 + t 12 ) V 1 + (t 21 + t 22 ) V 2 + t 0 V 0 t 11 + t 12 + t 21 + t 22 + t 2 + t 0 = 1 t 11 = k 1 t 12 t 21 = k 2 t 22 where the constants k 1 , k 2 have the value 1. The values of the constants k 1, k 2 can also be varied to phase current variations on the output side and DC voltage variations at the intermediate circuit capacitor of the inverter 10 reduce electromagnetic compatibility and reduce vibration.

Die Sequenz 4 wird bevorzugt verwendet, sofern eine vorhergehende Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V7 und V2 endet, z.B. -1272- oder -21272-. Die Sequenz 5 wird bevorzugt verwendet, sofern eine vorhergehende Pulsweitenmodulationsperiode T mit den Schaltzuständen V1 und V2 endet, z.B. -27212-. Dadurch können Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 reduziert werden und die Belastung des Wechselrichters 10 im Allgemeinen gleichmäßiger verteilt werden.The sequence 4 is preferably used if a preceding pulse width modulation period T ends with the switching states V7 and V2, eg -1272- or -21272-. The sequence 5 is preferably used as long as a preceding pulse width modulation period T ends with the switching states V1 and V2, eg -27212-. This can cause phase current fluctuations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 be reduced and the load of the inverter 10 generally distributed more evenly.

In 5 ist das komplexe Zeigerdiagramm 20 aus 2 schematisch dargestellt zur Erläuterung von unterschiedlichen Sektoren bzw. Winkelbereichen. Zwischen den Grundspannungsraumzeigern V1–V6 ist jeweils ein Winkelbereich IVI gebildet, in denen der Spannungsraumzeiger V* üblicherweise durch eine Kombination der jeweils begrenzenden Grundspannungsraumzeiger V1–V6 gebildet wird. Beispielsweise wird der Spannungsraumzeiger V* in Sektor I gebildet durch die Grundspannungsraumzeiger V1 und V2 und die Nullspannungszeiger V0, V7, wie es durch die Sequenzen 1 bis 6 beschrieben ist. In 5 is the complex vector diagram 20 out 2 schematically illustrated to explain different sectors or angular ranges. Between the basic voltage space vectors V1-V6 is in each case an angular range I - VI is formed, in which the voltage space vector V * is usually formed by a combination of the respective limiting fundamental voltage space vector V1-V6. For example, the voltage space vector V * in sector I is formed by the fundamental voltage space vectors V1 and V2 and the zero voltage vectors V0, V7 as described by sequences 1-6.

Sofern der Spannungsraumzeiger V* von einem der Winkelbereiche IVI in einen anderen der Winkelbereiche IVI wechselt, kann die Sequenz von Schaltzuständen der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode T mit einem Schaltzustand V1–V6 enden, der dem neuen Winkelbereich IVI nicht benachbart ist. Sofern z.B. der Spannungsraumzeiger V* vom Winkelbereich VI in den Winkelbereich I wechselt, kann der letzte Schaltzustand V1–V6 der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode T der Schaltzustand V6 sein. In diesem Fall wird eine Sequenz von Schaltzuständen der folgenden Pulsweitenmodulationsperiode T derart eingestellt bzw. ausgewählt, dass die Pulsweitenmodulationsperiode T mit dem Schaltzustand V6 beginnt, mit dem die vorherige Pulsweitenmodulationsperiode T endet. In diesem Fall wird beispielsweise eine Folge von Schaltzuständen -61012- verwendet, die im Folgenden als Sequenz 7 bezeichnet wird.If the voltage space vector V * is one of the angular ranges I - VI in another of the angular ranges I - VI changes, the sequence of switching states of the previous pulse width modulation period T can end with a switching state V1-V6, the new angle range I - VI not adjacent. If, for example, the voltage space vector V * is of the angular range VI in the angle range I changes, the last switching state V1-V6 of the previous pulse width modulation period T may be the switching state V6. In this case, a sequence of switching states of the following pulse width modulation period T is set such that the pulse width modulation period T starts with the switching state V6 at which the previous pulse width modulation period T ends. In this case, for example, a sequence of switching states -61012- is used, which is referred to below as sequence 7.

Die Einschaltdauer der jeweiligen Schaltzustände V0–V7 wird berechnet durch Lösung des vorliegenden Gleichungssystems: V* = (t11 + t12)V1 + t2V2 + t6V6 + t0V0 t11 + t12 + t2 + t6 + t0 = 1 t11 = k1t12 t0 = k1(1 – t2 – t11 – t12) wobei k1 den Wert 1 und k2 den Wert 0,5 haben kann. Die Werte für k1 und k2 können auch variiert werden, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern und/oder Schwingungen zu reduzieren.The duty cycle of the respective switching states V0-V7 is calculated by solving the present system of equations: V * = (t 11 + t 12 ) V 1 + t 2 V 2 + t 6 V 6 + t 0 V 0 t 11 + t 12 + t 2 + t 6 + t 0 = 1 t 11 = k 1 t 12 t 0 = k 1 (1-t 2 -t 11 -t 12 ) where k 1 can be 1 and k 2 can be 0.5. The values for k 1 and k 2 can also be varied to compensate for phase current variations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 reduce and improve the electromagnetic compatibility and / or reduce vibrations.

Sofern der Spannungsraumzeiger V* aus dem Winkelbereich II in den Winkelbereich I wechselt und der letzte Schaltzustand V1–V6 der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode T der Schaltzustand V3 ist, wird eine entsprechende Schaltsequenz verwendet, die mit dem Schaltzustand V3 beginnt. In diesem Fall wird die Sequenz 8 verwendet -32721-. If the voltage space vector V * is out of the angular range II in the angle range I changes and the last switching state V1-V6 of the previous pulse width modulation period T is the switching state V3, a corresponding switching sequence is used, which begins with the switching state V3. In this case, sequence 8 is used -32721-.

Die Sequenzen 1 bis 8 weisen jeweils fünf unterschiedliche Schaltzustände auf, wobei demnach innerhalb jeder Pulsweitenmodulationsperiode viermal nachgeschaltet wird. The sequences 1 to 8 each have five different switching states, and thus four times downstream within each pulse width modulation period.

Sofern der Spannungsraumzeiger V* nahe einem der Grundspannungsraumzeiger V1–V6 ist bzw. in den Winkelbereich IVI wechselt, weist einer der Schaltzustände V1–V6 der Pulsweitenmodulationsperiode T eine Einschaltdauer t auf, die nahe Null ist. Dieser Schaltzustand bildet den Grundspannungsraumzeiger V1–V6, der den entsprechenden Winkelbereich IVI an der anderen bzw. gegenüberliegenden Seite begrenzt. Mit anderen Worten, sofern der Spannungsraumzeiger V* beispielsweise nahe dem Grundspannungsraumzeiger V1 ist, ist die Einschaltzeit t2 des Schaltzustandes V2 nahe Null und kann somit vernachlässigt werden bzw. der entsprechende Schaltzustand entfallen. Demnach wird aus der Sequenz 7 die Sequenz 9 -6101-, wobei der letzte Schaltzustand V2 aus der Sequenz entfällt.If the voltage space vector V * is close to one of the basic voltage space vector V1-V6 or into the angular range I - VI changes, one of the switching states V1-V6 of the pulse width modulation period T has a duty cycle t, which is close to zero. This switching state forms the basic voltage space vector V1-V6, which is the corresponding angular range I - VI bounded on the other or opposite side. In other words, if the voltage space vector V * is close to the base voltage space vector V1, for example, the switch-on time t 2 of the switching state V2 is close to zero and can thus be neglected or the corresponding switching state can be omitted. Accordingly, from the Sequence 7, the sequence 9 -6101-, wherein the last switching state V2 deleted from the sequence.

Sofern der Spannungsraumzeiger V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V1 bzw. dem entsprechenden Schaltzustand V1 ist, wird bei der Sequenz 5 der letzte Schaltzustand V2 gestrichen, so dass die Sequenz 10 entsteht -2721-. Entsprechend wird die Sequenz 6 um den letzten Schaltzustand V2 verkürzt, so dass die Sequenz 11 entsteht -2101-, wobei der erste Schaltzustand V2 entsprechend verlängert wird.If the voltage space vector V * is close to the base voltage space vector V1 or the corresponding switching state V1, the last switching state V2 is canceled in the case of the sequence 5, so that the sequence 10 results -2721-. Accordingly, the sequence 6 is shortened by the last switching state V2, so that the sequence 11 is formed -2101-, wherein the first switching state V2 is extended accordingly.

Für den Fall, dass der Spannungsraumzeiger V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V2 bzw. dem entsprechenden Schaltzustand V2 ist, wird bei der Sequenz 3 der letzte Schaltzustand V1 gestrichen, so dass die Sequenz 12 -1012- entsteht und bei der Sequenz 2 der letzte Schaltzustand V1 gestrichen wird, so dass die Sequenz 13 -1272- entsteht.In the event that the voltage space vector V * is close to the base voltage space vector V2 or the corresponding switching state V2, the last switching state V1 is canceled in the sequence 3, so that the sequence 12 -1012- arises and in the sequence 2 the last switching state V1 is deleted, so that the sequence 13 -1272- arises.

Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände V1–V6 der Sequenzen 10 und 13 werden berechnet durch Lösen des folgenden Gleichungssystems: V* = t1V1 + (t21 + t22)V2 + t7V7 t1 + t21+ t22 + t7 = 1 t21 = kt22 wobei k einen Wert von 0,5 haben kann für die Sequenz 10 und einen Wert von 2 haben kann für die Sequenz 11. Der Wert der Konstanten k kann angepasst werden, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern und/oder Schwingungen zu reduzieren.The switch-on times t of the switching states V1-V6 of the sequences 10 and 13 are calculated by solving the following equation system: V * = t 1 V 1 + (t 21 + t 22 ) V 2 + t 7 V 7 t 1 + t 21 + t 22 + t 7 = 1 t 21 = kt 22 where k can have a value of 0.5 for the sequence 10 and a value of 2 for the sequence 11. The value of the constant k can be adjusted to phase current variations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 reduce and improve the electromagnetic compatibility and / or reduce vibrations.

Die Einschaltzeiten t der Schaltzustände V1–V6 der Sequenzen 11 und 12 werden berechnet durch Lösen des folgenden Gleichungssystems: V* = (t11 + t12)V1 + t2V2 + t0V0 t11 + t12 + t2 + t0 = 1 t11 = kt12 wobei die Konstante k einen Wert von 0,5 für die Sequenz 12 und einen Wert von 2 für die Sequenz 11 annehmen kann. Ferner kann die Konstante k variiert werden, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit zu optimieren und das Schwingungsverhalten zu verbessern.The switch-on times t of the switching states V1-V6 of the sequences 11 and 12 are calculated by solving the following equation system: V * = (t 11 + t 12 ) V 1 + t 2 V 2 + t 0 V 0 t 11 + t 12 + t 2 + t 0 = 1 t 11 = kt 12 where the constant k can assume a value of 0.5 for the sequence 12 and a value of 2 for the sequence 11. Further, the constant k may be varied to include phase current variations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 to reduce electromagnetic compatibility and to improve the vibration behavior.

Da die Sequenzen 10 und 11 jeweils mit dem Schaltzustand V1 enden und unterschiedliche Nullspannungszeiger V0, V7 verwenden und die Sequenzen 12 und 13 jeweils mit dem Schaltzustand V2 enden und unterschiedliche der Nullspannungszeiger V0, V7 verwenden, kann durch unterschiedliche Auswahl dieser Sequenzen der Spannungsraumzeiger V* gebildet werden unter Verwendung des einen oder des anderen Nullspannungszeigers V0, V7, um den Belastungssollwert m einzustellen.Since the sequences 10 and 11 each end with the switching state V1 and use different zero voltage vectors V0, V7 and the sequences 12 and 13 each end with the switching state V2 and use different ones of the zero voltage vectors V0, V7, the voltage space vector V * can be selected by different selection of these sequences. are formed using one or the other zero-voltage vector V0, V7 to set the load target value m.

Sofern der Spannungsraumzeiger V* einen Phasenwinkel aufweist, der nahe einem Phasenwinkel eines Grundspannungsraumzeigers V1–V6 ist, können die Schaltzustände V1–V6 der Grundspannungsraumzeiger V1–V6 mit einer geringen Einschaltdauer t innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode T entfallen. Beispielsweise kann der Schaltzustand V1 der Sequenz 5 entfallen sofern der Phasenwinkel des Spannungsraumzeigers V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V2 ist, so dass die Sequenz 14 entsteht -272-. If the voltage space vector V * has a phase angle which is close to a phase angle of a basic voltage space vector V1-V6, the switching states V1-V6 of the basic voltage space vector V1-V6 can be omitted with a short duty cycle t within the pulse width modulation period T. For example, the switching state V1 of the sequence 5 can be omitted if the phase angle of the voltage space vector V * is close to the basic voltage space vector V2, so that the sequence 14 results -272-.

Die Einschaltdauern t der Sequenz 14 wird berechnet durch Lösung des folgenden Gleichungssystems: |V*| = (t21 + t22)|V2| t21 + t22 + t7 = 1 t21 = kt22 wobei k einen Wert von 1 haben kann oder der Wert variiert werden kann, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern und Schwingungen zu reduzieren.The switch-on duration t of the sequence 14 is calculated by solving the following equation system: | V * | = (t 21 + t 22 ) | V 2 | t 21 + t 22 + t 7 = 1 t 21 = kt 22 where k is a value of 1 or the value can be varied to phase current fluctuations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 reduce electromagnetic compatibility and reduce vibration.

Sofern der Phasenwinkel des Spannungsraumzeigers V* nahe dem Grundspannungsraumzeiger V1 ist, kann die Sequenz 3 verwendet werden, wobei die Schaltzustände V2 entfallen, sodass die Sequenz 15 entsteht mit der Folge -101-. Die Einschaltzeiten der Sequenz 15 werden berechnet durch Lösung des Gleichungssystems: |V*| = (t11 + t12)|V1| t11 + t12 + t0 = 1 t11 = kt12 wobei k einen Wert von 1 haben kann oder der Wert der Konstante k eingestellt werden kann, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit und das Schwingungsverhalten zu verbessern.If the phase angle of the voltage space vector V * is close to the fundamental voltage space vector V1, the sequence 3 be used, the switching states V2 omitted, so that the sequence 15 arises with the sequence -101-. The turn-on times of the sequence 15 are calculated by solving the equation system: | V * | = (t 11 + t 12 ) | V 1 | t 11 + t 12 + t 0 = 1 t 11 = kt 12 where k may have a value of 1 or the value of the constant k may be adjusted to phase current variations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 to reduce and improve the electromagnetic compatibility and the vibration behavior.

Welche der Sequenzen 1 bis 10 ausgewählt wird, hängt von verschiedenen Kriterien ab. Vorzugsweise sollte der erste Vektor der Pulsweitenmodulationsperiode T identisch sein mit dem letzten Vektor der vorhergehenden Pulsweitenmodulationsperiode T. Der Nullspannungszeiger V0, V7 wird bestimmt durch den Belastungssollwert m. Sofern der Spannungsraumzeiger V* den Winkelbereich IVI wechselt, sollte eine der Sequenzen 7 oder 8 ausgewählt werden, die mit dem Schaltzustand beginnt, mit dem die vorhergehende Pulsweitenmodulationsperiode T endet. Sofern die Schaltverluste unter Verwendung der Sequenz 14 reduziert werden sollen und der letzte Schaltzustand der vorhergehenden Sequenz V1 ist, sollte eine der Sequenzen 12 oder 13 verwendet werden. Sofern die Schaltverluste unter Verwendung der Sequenz 15 reduziert werden sollen und der letzte Schaltzustand der vorhergehenden Sequenz V2 ist, sollte eine der Sequenzen 10 oder 11 verwendet werden. Sofern der Spannungsraumzeiger V* einen Phasenwinkel aufweist, der dem Grundspannungsraumzeiger V1 oder V2 entspricht oder nahe ist, und sofern eine der Sequenzen 14 oder 15 verwendet werden soll, um die Schaltverluste zu reduzieren, sollte eine der Sequenzen 6, 14, 2 oder 15 verwendet werden in Abhängigkeit von dem letzten Schaltzustand der vorhergehenden Pulsweitenmodulationsperiode T und dem zu verwendenden Nullspannungszeiger V0, V7 in Abhängigkeit von dem Belastungssollwert m.Which of the sequences 1 to 10 is selected depends on various criteria. Preferably, the first vector of the pulse width modulation period T should be identical to the last vector of the preceding pulse width modulation period T. The zero voltage vector V0, V7 is determined by the load reference value m. If the voltage space vector V * is the angular range I - VI If one of the sequences 7 or 8, which starts with the switching state with which the preceding pulse width modulation period T ends, should be selected. If the switching losses are to be reduced using the sequence 14 and the last switching state of the preceding sequence is V1, one of the sequences 12 or 13 should be used. If the switching losses should be reduced using the sequence 15 and the last switching state of the preceding sequence is V2, one of the sequences 10 or 11 should be used. If the voltage space vector V * has a phase angle equal or close to the fundamental voltage space vector V1 or V2, and one of the sequences 14 or 15 is to be used to reduce the switching losses, one of the sequences 6, 14, 2 or 15 should be used be in response to the last switching state of the preceding pulse width modulation period T and the zero voltage pointer to be used V0, V7 in response to the load setpoint m.

Die Sequenzen sind hier lediglich beispielhaft für den Winkelbereich I erläutert, wobei jedoch die Sequenzen des Winkelbereichs I auf alle Winkelbereiche IVI erweitert bzw. appliziert werden können. Dabei wird für den einzustellenden Phasenwinkel α des Spannungsraumzeigers V* ein Differenzwinkel berechnet mittels der Formel: αdiff = –(n – 1) × 60° wobei n der Winkelbereich des Spannungsraumzeigers V* ist und αdif der Differenzwinkel zwischen dem aktuellen Phasenwinkel α und einem umgerechneten Referenzphasenwinkel αref ist. Für den Fall, dass der Spannungsraumzeiger V* mit einem Phasenwinkel α = 150° eingestellt werden soll, wird der Referenzphasenwinkel αref mittels der oben angegebenen Formel und der Formel: αref = α + αdiff errechnet zu αref = 30°.The sequences are merely examples of the angular range I however, the sequences of the angular range are explained I on all angle ranges I - VI can be extended or applied. In this case, a differential angle is calculated for the phase angle α of the voltage space vector V * to be set by means of the formula: α diff = - (n - 1) × 60 ° where n is the angular range of the voltage space vector V * and α dif is the differential angle between the current phase angle α and a converted reference phase angle α ref . In the event that the voltage space vector V * is to be set with a phase angle α = 150 °, the reference phase angle α ref is calculated using the formula given above and the formula: α ref = α + α diff calculated to α ref = 30 °.

Nachdem auf der Grundlage der oben angegebenen Auswahlkriterien und des Referenzphasenwinkels αref eine der Sequenzen 1 bis 15 ausgewählt wurde, wird die ausgewählte Sequenz wieder zurückprojiziert bzw. umgerechnet auf den Winkelbereich III und in diesem Beispiel die Schaltzustände V1, V2 ersetzt durch die Schaltzustände V3, V4, wobei die Nullspannungszeiger V0, V7 für den Winkelbereich III identisch bleiben.After one of the sequences 1 to 15 has been selected on the basis of the selection criteria specified above and the reference phase angle α ref , the selected sequence is projected back again or converted to the angular range III and in this example, the switching states V1, V2 replaced by the switching states V3, V4, wherein the zero voltage pointers V0, V7 for the angular range III remain identical.

Sofern der Wechselrichter 10 zu Beginn in einen der Nullspannungszustände V0 oder V7 geschaltet ist, muss eine Initialisierungssequenz eingeleitet werden, damit die Pulsweitenmodulationsperiode T mit einem der Grundspannungsraumzeiger V1–V6 beginnen kann. Unless the inverter 10 is initially switched to one of the zero voltage states V0 or V7, an initialization sequence must be initiated so that the pulse width modulation period T can start with one of the basic voltage space vector V1-V6.

Dabei können die folgenden Initialisierungssequenzen verwendet werden:
Sequenz 16: -01-
wobei die Einschaltzeiten t berechnet werden mit dem Gleichungssystem: |V*| = t2|V2| t2 + t7 = 1 Sequenz 17: -012-
wobei die Einschaltzeiten t berechnet werden mit dem Gleichungssystem V* = t1V1 + t2V2 + t7V0 t1 + t2 + t0 = 1 Sequenz 18: -0121-
wobei sich die Einschaltzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem: V* = (t11 + t12)V1 + t2V2 + t0V0 t11 + t12 + t2 + t0 = 1 t11 = kt12 wobei die Konstante k einen Wert von 2 haben kann oder eingestellt werden kann, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit und/oder das Schwingungsverhalten zu optimieren.
Sequenz 19: -72-
wobei sich die Einschaltzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem: |V| = t1|V1| t1 + t7 = 1 Sequenz 20: -721-
wobei sich die Einschaltzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem: V* = t1V1 + t2V2 + t7V7 t1 + t2 + t7 = 1 Sequenz 21: -7212-
wobei sich die Einstellzeiten t berechnen mit dem Gleichungssystem: V* = t1V1 + (t21 + t22) V2 + t7V7 t1 + t21 + t22 + t7 = 1 t21 = kt22 wobei die Konstante k den Wert 2 haben kann oder eingestellt werden kann, um Phasenstromschwankungen an der Ausgangsseite und Gleichspannungsschwankungen an dem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 10 zu reduzieren und die elektromagnetische Verträglichkeit und/oder das Schwingungsverhalten zu optimieren.
The following initialization sequences can be used:
Sequence 16: -01-
wherein the turn-on times t are calculated using the system of equations: | V * | = t 2 | V 2 | t 2 + t 7 = 1 Sequence 17: -012-
wherein the turn-on times t are calculated using the equation system V * = t 1 V1 + t 2 V 2 + t 7 V 0 t 1 + t 2 + t 0 = 1 Sequence 18: -0121-
where the switch-on times t calculate with the system of equations: V * = (t 11 + t 12 ) V 1 + t 2 V 2 + t 0 V 0 t 11 + t 12 + t 2 + t 0 = 1 t 11 = kt 12 wherein the constant k may have a value of 2 or may be set to phase current variations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 and to optimize the electromagnetic compatibility and / or the vibration behavior.
Sequence 19: -72-
where the switch-on times t calculate with the system of equations: | V | = t 1 | V 1 | t 1 + t 7 = 1 Sequence 20: -721-
where the switch-on times t calculate with the system of equations: V * = t 1 V 1 + t 2 V 2 + t 7 V 7 t 1 + t 2 + t 7 = 1 Sequence 21: -7212-
where the response times t calculate with the system of equations: V * = t 1 V 1 + (t 21 + t 22 ) V 2 + t 7 V 7 t 1 + t 21 + t 22 + t 7 = 1 t 21 = kt 22 wherein the constant k may be 2 or may be set to phase current variations on the output side and DC voltage fluctuations on the DC link capacitor of the inverter 10 and to optimize the electromagnetic compatibility and / or the vibration behavior.

Durch diese Sequenzen 16 bis 21 werden mögliche Initialisierungssequenzen angegeben, um die anfänglichen Nullspannungszustände V0, V7 an die Pulsweitenmodulationssequenz 1 bis 15 anzupassen, die jeweils mit einem Grundspannungsraumzeiger V1–V6 beginnen.Through these sequences 16 to 21 possible initialization sequences are given to adapt the initial zero voltage states V0, V7 to the pulse width modulation sequence 1 to 15, each starting with a background voltage space vector V1-V6.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/000548 A2 [0006] WO 2010/000548 A2 [0006]
  • DE 10393516 T1 [0007] DE 10393516 T1 [0007]

Claims (13)

Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters (10) mittels Raumzeigerpulsweitenmodulation, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (14), wobei der Wechselrichter (10) eine Mehrzahl von Bauelementen (S, D) aufweist, die durch eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern (S) und eine entsprechende Mehrzahl von Freilaufdioden (D) gebildet sind, wobei der Wechselrichter (10) dazu ausgebildet ist, einen mehrphasigen elektrischen Strom (IU, IV, IW) bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine (14) mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, wobei der Wechselrichter (10) derart angesteuert wird, dass eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schaltzuständen (V0–V7) der Schalter (S) eingerichtet wird, um eine elektrische Spannung in Form eines Spannungsraumzeigers (V*) bereitzustellen, wobei der Wechselrichter (10) innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode (T) mittels wenigstens eines der Schaltzustände (V0–V7) in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand (V0, V7) geschaltet wird und mittels wenigstens eines der Schaltzustände (V0–V7) in einen Spannungszustand (V1–V6) geschaltet wird, in dem die elektrische Spannung bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (10) mittels eines letzten Schaltzustandes (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) in einen der Spannungszustände (V1–V6) geschaltet wird.Method for controlling an inverter ( 10 ) by means of space vector pulse width modulation, in particular for driving an electrical machine ( 14 ), where the inverter ( 10 ) comprises a plurality of components (S, D), which are formed by a plurality of controllable switches (S) and a corresponding plurality of freewheeling diodes (D), wherein the inverter ( 10 ) is designed to provide a polyphase electric current (IU, IV, IW), in particular around the electric machine ( 14 ) are supplied with electric power in a multiphase manner, the inverter ( 10 ) is controlled such that a plurality of successive switching states (V0-V7) of the switches (S) is set up to provide an electrical voltage in the form of a voltage space vector (V *), wherein the inverter ( 10 ) within a pulse width modulation period (T) by means of at least one of the switching states (V0-V7) in a de-energized switching state (V0, V7) is switched and by means of at least one of the switching states (V0-V7) in a voltage state (V1-V6) is switched in which the electrical voltage is provided, characterized in that the inverter ( 10 ) is switched by means of a last switching state (V0-V7) within the pulse width modulation period (T) in one of the voltage states (V1-V6). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (10) ferner mittels eines ersten Schaltzustandes (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) in einen Spannungszustand (V1–V6) geschaltet wird.Method according to claim 1, wherein the inverter ( 10 ) is further switched by means of a first switching state (V0-V7) within the pulse width modulation period (T) in a voltage state (V1-V6). Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Schaltzustand (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) in Abhängigkeit des letzten Schaltzustandes (V0–V7) der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode (T) ausgewählt wird.Method according to Claim 2, wherein the first switching state (V0-V7) is selected within the pulse width modulation period (T) as a function of the last switching state (V0-V7) of the previous pulse width modulation period (T). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Schaltzustand (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) identisch ist mit dem letzten Schaltzustand (V0–V7) der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode (T). Method according to one of claims 1 to 3, wherein the first switching state (V0-V7) within the pulse width modulation period (T) is identical to the last switching state (V0-V7) of the previous pulse width modulation period (T). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) einer der Schaltzustände (V0–V7) entfällt und ein identischer Schaltzustand (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) entsprechend verlängert wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein within the pulse width modulation period (T) one of the switching states (V0-V7) is omitted and an identical switching state (V0-V7) within the pulse width modulation period (T) is extended accordingly. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der letzte der Schaltzustände (V0–V7) entfällt. The method of claim 5, wherein the last of the switching states (V0-V7) is omitted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei einer der Schaltzustände (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) entfällt, sofern eine Einschaltdauer (t0–t7) des Schaltzustandes eine vordefinierte Dauer unterschreitet. Method according to one of claims 1 to 6, wherein one of the switching states (V0-V7) within the pulse width modulation period (T) is omitted if a duty cycle (t0-t7) of the switching state falls below a predefined duration. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) lediglich einer der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände (V0, V7) geschaltet wird.Method according to one of claims 1 to 7, wherein within the pulse width modulation period (T) only one of the voltage-free switching switching states (V0, V7) is switched. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der spannungsfrei schaltende Schaltzustand (V0, V7) derart ausgewählt wird, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen (V0–V7) lediglich ein Schalterpaar geschaltet wird.The method of claim 8, wherein the de-energized switching state (V0, V7) is selected such that when switching between the switching states (V0-V7) only one pair of switches is switched. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaltzustände (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) derart hintereinander geschaltet werden, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen (V0–V7) lediglich ein Schalterpaar geschaltet wird.Method according to one of claims 1 to 9, wherein the switching states (V0-V7) within the pulse width modulation period (T) are connected in series such that when switching between the switching states (V0-V7) only one pair of switches is switched. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schaltzustände (V0–V7) der Pulsweitenmodulationsperiode (T) für einen Winkelbereich (IVI) des Spannungsraumzeigers (V*) auf der Grundlage einer Pulsweitenmodulationsperiode (T) eines Referenzwinkelbereichs (I) bestimmt werden.Method according to one of claims 1 to 10, wherein the switching states (V0-V7) of the pulse width modulation period (T) for an angular range ( I - VI ) of the voltage space vector (V *) on the basis of a pulse width modulation period (T) of a reference angle range ( I ). Vorrichtung (18) zum Ansteuern eines Wechselrichters (10), insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (14), wobei der Wechselrichter (10) eine Mehrzahl von Bauelementen (S, D) aufweist, die durch eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern (S) und eine entsprechende Mehrzahl von Freilaufdioden (D) gebildet sind, und die dazu angeschlossen sind, einen mehrphasigen elektrischen Strom (IU, IV, IW) bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine (14) mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, mit einem Steuergerät (18), das dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter (10) derart anzusteuern, dass der Wechselrichter (10) eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schaltzuständen (V0–V7) der Schalter (S) annimmt, um eine elektrische Spannung in Form eines Spannungsraumzeigers (V*) bereitzustellen, wobei einer der Schaltzustände (V0–V7) innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode (T) den Wechselrichter (10) in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand (V0, V7) schaltet und einer der Schaltzustände (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) den Wechselrichter (10) in einen Spannungszustand (V1–V6) schaltet, um die elektrische Spannung (V) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (18) ferner dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter (10) mittels eines letzten Schaltzustandes (V0–V7) innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode (T) in einen der Spannungszustände (V1–V6) zu schalten.Contraption ( 18 ) for driving an inverter ( 10 ), in particular for driving an electrical machine ( 14 ), where the inverter ( 10 ) comprises a plurality of components (S, D) formed by a plurality of controllable switches (S) and a corresponding plurality of freewheeling diodes (D) and connected thereto, a polyphase electric current (IU, IV, IW ), in particular around the electrical machine ( 14 ) to supply multiphase with electric current, with a control unit ( 18 ), which is adapted to the inverter ( 10 ) in such a way that the inverter ( 10 ) assumes a plurality of successive switching states (V0-V7) of the switches (S) in order to provide a voltage in the form of a voltage space vector (V *), one of the switching states (V0-V7) within a pulse width modulation period (T) controlling the inverter ( 10 ) in a voltage-free switching switching state (V0, V7) and one of the switching states (V0-V7) within the pulse width modulation period (T) the inverter ( 10 ) switches to a voltage state (V1-V6) to provide the electrical voltage (V), characterized in that the control device ( 18 ) is further adapted to the inverter ( 10 ) by means of a last switching state (V0-V7) within the Pulse width modulation period (T) in one of the voltage states (V1-V6) to switch. Kraftfahrzeugantriebsstrang mit wenigstens einer elektrischen Maschine (14) zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Wechselrichter (10) zum Ansteuern der elektrischen Maschine (14) und mit einer Vorrichtung (18) zum Ansteuern des Wechselrichters (10) nach Anspruch 12.Motor vehicle drive train with at least one electric machine ( 14 ) for providing drive power, an inverter ( 10 ) for driving the electric machine ( 14 ) and with a device ( 18 ) for driving the inverter ( 10 ) according to claim 12.
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