DE102012210664A1 - Method for controlling inverter by space pointer pulse width modulation to control electric machine in motor vehicle drive strand, involves switching inverter by first switching state and by last switching state in voltage states - Google Patents
Method for controlling inverter by space pointer pulse width modulation to control electric machine in motor vehicle drive strand, involves switching inverter by first switching state and by last switching state in voltage states Download PDFInfo
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Abstract
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
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
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 und Spannungs- und/oder Stromschwankungen des Wechselrichters auftreten, die große Blindleistungen hervorrufen oder die angesteuerte Leistung beeinflussen. The disadvantage here is that switching between a voltage-free switching switching state to another voltage-free switching 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 and voltage - And / or current fluctuations of the inverter occur that cause large reactive power or affect the targeted power.
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 ersten Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode und 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.The invention therefore provides a method for driving an inverter by means of space vector pulse width modulation of the aforementioned type, wherein the inverter is switched to one of the voltage states by means of a first switching state within the pulse width modulation period and a last switching state within the pulse width modulation period. 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 dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter mittels eines ersten Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode und eines letzten Schaltzustandes innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen der Spannungszustände zu schalten. Furthermore, the invention therefore provides a device for driving an inverter of the type mentioned, wherein the control device is adapted to switch the inverter by means of a first switching state within the pulse width modulation period and 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 erste und der letzte der Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode den Wechselrichter in einen Spannungszustand schalten, kann die folgende Pulsweitenmodulationsperiode ebenfalls mit einem in einen Spannungszustand schaltenden Schaltzustand beginnen und dadurch einen Übergang zwischen zwei unterschiedlichen spannungsfrei schaltenden Schaltzuständen bilden und gleichzeitig die Schaltverluste reduzieren. Dadurch können ferner beliebige Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode verwendet werden und somit die Ansteuerung des Wechselrichters in Bezug auf die, insbesondere thermische, Belastungsverteilung, die Schaltverluste und Schwankungen der Eingangsspannung und des Ausgangsstroms optimiert werden, wodurch die Leistungsfähigkeit des Inverter im Allgemeinen verbessert und die Gesamtverluste des Wechselrichters reduziert werden können.Because the first and the last of the switching states within the pulse width modulation period switch the inverter to a voltage state, the following pulse width modulation period can also start with a switching to a voltage state switching state and thereby form a transition between two different de-energized switching states while reducing the switching losses. As a result, arbitrary switching states within the pulse width modulation period can be used, thus optimizing the drive of the inverter with respect to the, in particular thermal, load distribution, the switching losses and fluctuations of the input voltage and the output current, which generally improves the efficiency of the inverter and the total losses of the inverter Inverter can be reduced.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem spannungsfrei schaltenden Schaltzustand verstanden, dass am Ausgangsanschluss des Wechselrichters keine Versorgungsspannung zwischen Phasenleitern des Wechselrichters anliegt, und es wird unter einem Spannungszustand verstanden, dass an den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters eine Versorgungsspannung zwischen wenigstens zwei der Phasenleitungen anliegt bzw. bereitgestellt wird.For the purposes of the present invention, a voltage-free switching state is understood to mean that no supply voltage is present between the phase conductors of the inverter at the output terminal of the inverter, and a voltage state is understood to be present at the output terminals of the inverter between at least two of the phase lines. provided.
Vorzugsweise sind der erste und der letzte Schaltzustand innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode identisch.Preferably, the first and the last switching state are identical within the pulse width modulation period.
Dadurch kann für alle Spannungsraumzeiger eine optimale Schaltsequenz bestimmt werden, um die Leistungsfähigkeit des Wechselrichters und der angesteuerten Leistung ohne unnötiges Schalten der Schalter am Übergang zwischen zwei Pulsweitenmodulationsperioden bestimmt werden.As a result, an optimal switching sequence can be determined for all voltage space phasors in order to determine the performance of the inverter and the controlled power without unnecessary switching of the switches at the transition between two pulse width modulation periods.
Es ist besonders bevorzugt, wenn der Wechselrichter innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen zweiten Spannungszustand geschaltet wird, bei dem sich die Schaltstellungen der Schalter von wenigstens zwei Phasen des Wechselrichters im Vergleich zu den Schaltstellungen der Schalter von den Schaltzuständen des ersten Spannungszustandes unterscheiden. It is particularly preferred if the inverter is switched within the pulse width modulation period in a second voltage state in which the switching positions of the switches of at least two phases of the inverter compared to the switching positions of the switch from the switching states of the first voltage state.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter sich unterscheidenden Schaltstellungen der Schalter verstanden, dass in der einen Schaltstellung des Schalters der Stromfluss durch den jeweiligen Schalter unterbrochen ist und in der anderen Schaltstellung der Stromfluss durch den jeweiligen Schalter möglich ist, also nicht unterbrochen ist.For the purposes of the present invention is meant by different switching positions of the switch that in one switching position of the switch, the current flow through the respective switch is interrupted and in the other switching position, the current flow through the respective switch is possible, that is not interrupted.
Dadurch können Stromschwankungen am Ausgang des Wechselrichters und Spannungsschwankungen am Eingang des Wechselrichters reduziert werden, da sich das Umschalten zwischen den Schaltzuständen stärker auf einen Phasenwinkel des Stromraumzeigers auswirkt als auf die Amplitude des Stromraumzeigers.As a result, current fluctuations at the output of the inverter and voltage fluctuations at the input of the inverter can be reduced, since the switching between the switching states has a stronger effect on a phase angle of the Stromraumze than the amplitude of the Stromraumzeiger.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Wechselrichter innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode in einen dritten Spannungszustand geschaltet wird, bei dem sich die Schaltstellungen der Schalter lediglich einer Phase des Wechselrichters von den jeweiligen Schaltstellungen der Schalter der Schaltzustände des ersten Spannungszustandes und des zweiten Spannungszustandes unterscheiden.It is further preferred if the inverter is switched within the pulse width modulation period in a third voltage state in which the switching positions of the switch only one phase of the inverter from the respective switching positions of the switch Switching states of the first state of stress and the second state of stress differ.
Dadurch kann ein Blindstrom im Zwischenkreis des Wechselrichters reduziert werden und gleichzeitig ein Spannungszeiger mit einer maximalen Länge eingestellt werden.As a result, a reactive current in the DC link of the inverter can be reduced and at the same time a voltage vector with a maximum length can be set.
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 Belastung des Wechselrichters entgegengewirkt werden.As a result, the switching losses of the inverter can be further reduced while counteracting a non-uniform load of the inverter.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der spannungsfrei schaltende Schaltzustand derart ausgewählt wird, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode lediglich die Schalter einer Phase des Wechselrichters geschaltet werden.It is particularly preferred if the voltage-free switching switching state is selected such that when switching between the switching states within the pulse width modulation period, only the switches of a phase of the inverter can be switched.
Dadurch können die Schaltverluste innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode weiter gesenkt werden.As a result, the switching losses within the pulse width modulation period can be further reduced.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Schaltzustände innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode derart hintereinander geschaltet werden, dass beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen lediglich die Schalter einer Phase des Wechselrichters geschaltet werden.It is further preferred if the switching states within the pulse width modulation period are connected in series such that when switching between the switching states, only the switches of a phase of the inverter are switched.
Dadurch können im Allgemeinen die Schaltverluste weiter reduziert werden.As a result, the switching losses can generally be further reduced.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn zwischen den ersten Spannungszuständen und den zweiten Spannungszuständen jeweils ein spannungsfrei schaltender Schaltzustand geschaltet wird.It is further preferred if in each case a voltage-free switching switching state is switched between the first voltage states and the second voltage states.
Dadurch kann das gleichzeitige Umschalten der Schalter von zwei Phasen des Wechselrichters vermieden werden, wodurch die Schaltverluste weiter reduziert werden können.Thereby, the simultaneous switching of the switches of two phases of the inverter can be avoided, whereby the switching losses can be further reduced.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn eine Mehrzahl von Schaltsequenzen für unterschiedliche Spannungsraumzeiger und Stromraumzeiger vordefiniert sind und in Abhängigkeit des einzustellenden Spannungsraumzeigers und/oder Stromraumzeigers ausgewählt werden.It is further preferred if a plurality of switching sequences for different voltage space vector and current space vector are predefined and are selected as a function of the voltage space vector and / or current space vector to be set.
Dadurch kann der regelungstechnische Aufwand reduziert werden und im Vorhinein optimale Schaltsequenzen für die unterschiedlichen Spannungsraumzeiger und/oder Stromraumzeiger bestimmt werden.As a result, the control engineering effort can be reduced and optimal switching sequences for the different voltage space and / or current space pointers can be determined in advance.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Schaltsequenzen in Abhängigkeit einer Eingangsspannung des Wechselrichters, einer Rotationsfrequenz des Spannungsraumzeigers und/oder einer Rotorposition der elektrischen Maschine ausgewählt werden.It is furthermore preferred if the switching sequences are selected as a function of an input voltage of the inverter, a rotational frequency of the voltage space vector and / or a rotor position of the electrical machine.
Dadurch kann die Ansteuerung des Wechselrichters weiter optimiert werden.As a result, the control of the inverter can be further optimized.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Sequenzen in einem Kennfeld abgelegt sind. Dadurch kann der Rechenaufwand der zugeordneten Steuereinheit reduziert werden.It is particularly preferred if the sequences are stored in a map. As a result, the computational effort of the associated control unit can be reduced.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Schaltsequenzen in Abhängigkeit einer resultierenden Belastungsverteilung des Wechselrichters, einer Phasenverschiebung zwischen dem Spannungsraumzeiger und dem Stromraumzeiger, einer resultierenden Schwankung der Eingangsspannung des Wechselrichters, einer resultierenden Schwankung des Ausgangsstroms des Wechselrichters, in Abhängigkeit von resultierenden Verlusten des Zwischenkreises des Wechselrichters, einer resultierenden Vibration des angesteuerten elektrischen Verbrauchers und/oder einer resultierenden Geräuschentwicklung des angesteuerten elektrischen Verbrauchers für unterschiedliche Spannungsraumzeiger und Stromraumzeiger vordefiniert werden.It is further preferred if the switching sequences depend on a resulting load distribution of the inverter, a phase shift between the voltage space vector and the current space vector, a resulting variation of the input voltage of the inverter, a resulting fluctuation in the output current of the inverter, in response to resulting losses of the DC link of the inverter , a resulting vibration of the driven electrical load and / or a resulting noise of the driven electrical load for different voltage space pointer and current space pointer are predefined.
Dadurch kann die Leistungsfähigkeit des Wechselrichters optimiert und die Verluste des Wechselrichters reduziert werden.This can optimize the performance of the inverter and reduce the losses of the inverter.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Schaltzustände der pulsweiten Modulationsperiode für einen Winkelbereich des Spannungsraumzeigers auf der Grundlage einer Pulsweitenmodulationsperiode eines Referenzwinkelbereichs bestimmt werden.It is further preferred if the switching states of the pulse-width modulation period for an angular range of the voltage space vector are determined on the basis of a pulse width modulation period of a reference angle range.
Dadurch können die Sequenzen für den Referenzwinkelbereich bestimmt werden und ausgehend von dem Referenzwinkelbereich die entsprechenden Sequenzen für alle Phasenwinkel des Spannungsraumzeigers mit geringem Rechenaufwand ermittelt werden.As a result, the sequences for the reference angle range can be determined and, based on the reference angle range, the corresponding sequences for all phase angles of the voltage space vector can be determined with little computation effort.
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
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Der Wechselrichter
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
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
In
In dem Zeigerdiagramm
Sofern der Spannungszeiger V*, wie in dem in
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
Zur Bestromung des elektrischen Verbrauchers
In
Da der Nullspannungszeiger V0 lediglich die Schalter SLA, SLB, SLC, die dem niedrigen Potenzial der Spannungsquelle
Generell kann ein allgemeiner Belastungswert lsm auf der Grundlage der allgemeinen Einschaltzeit t eines der Schalter S bestimmt werden. Dabei wird einer der Schalter S ausgewählt, wie z.B. der, der am stärksten belastet ist. Der Belastungswert lsm wird dabei für einen der Schalter SHA, SHB, SHC der oberen Seite des Wechselrichters
In
Die Pulsweitenmodulationsperiode T weist fünf Schaltzustände auf, wobei die Pulsweitenmodulationsperiode T mit einem Spannungszustand V2, der dem Grundspannungsraumzeiger V2 entspricht, beginnt und endet. Die Pulsweitenmodulationsperiode T weist ferner einen zweiten Spannungszustand V6 auf, der dem Grundspannungsraumzeiger V6 entspricht. Die Schaltzustände V2 und V6 sind jeweils durch einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand bzw. den Nullspannungszeiger V7 voneinander getrennt.The pulse width modulation period T has five switching states, wherein the pulse width modulation period T starts and ends with a voltage state V2 which corresponds to the basic voltage space vector V2. The pulse width modulation period T also has a second voltage state V6, which corresponds to the basic voltage space vector V6. The switching states V2 and V6 are separated from one another in each case by a switching state which switches off without voltage or by the zero-voltage pointer V7.
Aus den Strangspannungen U, V, W aus
In der Pulsweitenmodulationsperiode T aus
Die Einschaltdauern t0–t7 werden in Abhängigkeit des einzustellenden Spannungsraumzeigers V* bestimmt bzw. berechnet.The switch-on durations t0-t7 are determined or calculated as a function of the voltage space vector V * to be set.
Im Weiteren wird auf verschiedene Schaltsequenzen der Schaltzustände V0–V7 Bezug genommen, wobei die Schaltsequenzen lediglich als Zahlenfolge der einzelnen Schaltzustände V0–V7 dargestellt sind. Als Beispiel wird im Folgenden die Sequenz der Pulsweitenmodulationsperiode T aus
In
Sofern der Spannungsraumzeiger V*, der in
Die Sequenz 1, die die Schaltzustandskombination -27672- aufweist, stellt somit einen Spannungsraumzeiger V* bereit, der sich in dem ersten Sektor
Da die Sequenzen 1 und 2 lediglich vier Schaltvorgänge aufweisen, sind die Schaltverluste dieser Sequenzen sehr gering. Ferner treten zwischen den Schaltsequenzen keine weiteren Schaltverluste auf, da beide Sequenzen 1, 2 jeweils mit demselben Grundspannungsraumzeiger V2 beginnen und enden.Since the
Durch die Kombination der Grundspannungsraumzeiger V2 und V6 in Sequenz 1 bzw. der Kombination V1, V2 und V6 in Sequenz 2 können die Stromschwankungen am Eingang des Wechselrichters bzw. im Zwischenkreis
Es versteht sich, dass die Kombination der Grundspannungszeiger V2, V6 bzw. V1, V2, V6 für die Sektoren
In
In
Im Gegensatz dazu ist in
In
Im Gegensatz dazu ist in
Ferner sind die Eingangsstromschwankungen des Wechselrichters
Eine Erweiterung der Sequenz 2 ist gegeben durch Sequenz 3 mit der Schaltzustandsfolge -2767276- und Sequenz 4 mit der Schaltzustandsfolge -6727672-. Diese Sequenzen erzeugen, wie oben erläutert, eine geringere Stromschwankung am Eingang des Wechselrichters
Alternativ zu den Sequenzen 1 und 2 können auch die Sequenzen 5 und 6 mit den Schaltzustandsfolgen -10301- bzw. -12321- verwendet werden. Die Grundspannungszeiger der Sequenzen 1 und 2 wurden an einer Winkelhalbierenden zwischen den Grundspannungsraumzeigern V1 und V2 gespiegelt, um zu den Sequenzen 5 und 6 zu gelangen. Sofern die Verwendung der Sequenzen 5 und 6 günstiger ist als der Verwendung der Sequenzen 1 und 2, wird in diesem Fall V1 als Anfangs- und Endschaltzustand verwendet. Ferner wurde in der Sequenz 5 der Nullspannungszeiger V7 durch den Nullspannungszeiger V0 ersetzt. Entsprechend können die Sequenzen 3 und 4 durch die Sequenzen 7 und 8 mit den Schaltzustandsfolgen -1030103- bzw. -3010301- ersetzt werden. Bei den Sequenzen 7 und 8 kann alternativ auch der Schaltzustand V0 durch V3 ersetzt werden. Durch eine entsprechende Auswahl der Sequenzen 1, 2, 5 oder 6 bzw. 3, 4, 7 und 8 kann der Belastungssollwert m gezielt eingestellt werden.As an alternative to the
Zum Einstellen des Belastungssollwerts m sind beispielhaft die Sequenzen 9 und 10 mit der jeweiligen Schaltzustandsfolge -27212- bzw. -21012- gegeben. Durch Wechseln zwischen den Sequenzen 9 und 10 kann der Belastungssollwert m einfach und auf einen beliebigen Wert eingestellt werden.To set the load setpoint m, the
Die Kombination der Sequenzen 9 und 10 hat ferner den Effekt, dass zwischen dem Nullspannungszeiger V7 der Sequenz 9 und dem Nullspannungszeiger V0 der Sequenz 10 vier aufeinanderfolgende Grundspannungsraumzeiger geschaltet sind. Dadurch wird der Stromvektor erhöht und es entsteht eine nachteilhafte Schwankung des Stroms am Ausgang des Wechselrichters
Alternativ zu den Sequenzen 1 bis 10 kann auch eine Sequenz 11 mit der Schaltzustandsfolge -2721012- oder die Sequenz 12 mit der Schaltzustandfolge -2101272- verwendet werden, um Strom- und Spannungsschwankungen zu reduzieren. Alternativ können auch die dazu symmetrischen Sequenzen 13 und 14 mit den Schaltzustandfolgen -1012721- und -1272101- verwendet werden, die an der Winkelhalbierenden zwischen den Grundspannungszeigern V1 und V2 gespiegelt sind.Alternatively to the
Vorzugsweise werden alle Sequenzen für unterschiedliche Spannungsraumzeiger V* zusammen mit den Auswirkungen auf das Gesamtsystem, wie z.B. Spannungsschwankungen am Eingang des Wechselrichters
Demnach sind die Kriterien zur Auswahl der entsprechenden Sequenz der angestrebten Belastungssollwert m, Spannungsschwankungen am Zwischenkreis des Wechselrichters
Sofern sich der Phasenwinkel α des Spannungsraumzeigers V* ändert und eine Sequenz ausgewählt wird, die mit einem Schaltzustand V1–V6 beginnt, der sich von dem letzten Schaltzustand V1–V6 der vorherigen Pulsweitenmodulationsperiode T unterscheidet, kann eine Übergangssequenz verwendet werden, um von einer Pulsweitenmodulationsperiode T zu einer folgenden Pulsweitenmodulationsperiode T überzuleiten.If the phase angle α of the voltage space vector V * changes and a sequence is selected which starts with a switching state V1-V6 which differs from the last switching state V1-V6 of the previous pulse width modulation period T, a transition sequence can be used to obtain a pulse width modulation period T to a subsequent pulse width modulation period T to pass.
Sofern der Spannungsraumzeiger V* in dem Winkelbereich zwischen V1 und V2 liegt und der erste Schaltzustand der folgenden Pulsweitenmodulationsperiode T V2 ist, können folgende Sequenzen verwendet werden:
-6121612- oder -6727672- (in Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V*)
-612- oder -672- (in Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V*)
-61012-
-101272-
-303272-
-327212-
-301272-
-47212-
-47612- oder -47672- (in Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V*)
-501212-
-012-
-01272-
-72-
-7212-
-721012- If the voltage space vector V * lies in the angular range between V1 and V2 and the first switching state of the following pulse width modulation period is T V2, the following sequences can be used:
-6121612- or -6727672- (depending on the voltage space vector V *)
-612- or -672- (depending on the voltage space vector V *)
-61012-
-101272-
-303272-
-327212-
-301272-
-47212-
-47612- or -47672- (depending on the voltage space vector V *)
-501212-
-012-
-01272-
-72-
-7212-
-721012-
Sofern der Spannungsraumzeiger in dem Winkelbereich zwischen V1 und V2 liegt und der erste Spannungszustand der folgenden Pulsweitenmodulationsperiode T V1 ist, können die folgenden Sequenzen verwendet werden:
-3212321- oder -3010301- (in Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V*)
-321 - oder -301- (in Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V*)
-32721-
-272101-
-676101-
-610121-
-672101-
-50121-
-50321- oder -50301- (in Abhängigkeit des Spannungsraumzeigers V*)
-472121-
-472101-
-721-
-72101-
-01-
-0121-
-012721-If the voltage space vector is in the angular range between V1 and V2 and the first voltage state of the following pulse width modulation period is T V1, the following sequences can be used:
-3212321- or -3010301- (depending on the voltage space vector V *)
-321 - or -301- (depending on the voltage space vector V *)
-32721-
-272101-
-676101-
-610121-
-672101-
-50121-
-50321- or -50301- (depending on the voltage space vector V *)
-472121-
-472101-
-721-
-72101-
-01-
-0121-
-012721-
Alle Sequenzen sind hier lediglich beispielhaft für den Winkelbereich zwischen V1 und V2 erläutert, wobei jedoch die Sequenz für diesen Winkelbereich zwischen V1 und V2 auf alle Winkelbereiche zwischen den Grundspannungsraumzeigern V1–V6 erweitert bzw. appliziert werden können. Dabei wird der Phasenwinkel des einzustellenden Spannungsraumzeiger V* und des Stromraumzeigers I* auf einen Referenzphasenwinkel α in dem Winkelbereich zwischen V1 und V2 umgerechnet, eine der oben angegeben Sequenzen auf der Grundlage der oben angegebenen Kriterien ausgewählt und die Vektoren der ausgewählten Sequenz entsprechend umgerechnet, um den einzustellenden Spannungsraumzeiger V* bereitzustellen.All sequences are explained here merely as an example for the angular range between V1 and V2, whereby, however, the sequence for this angular range between V1 and V2 can be extended or applied to all angular ranges between the basic voltage space vectors V1-V6. In this case, the phase angle of the voltage space vector V * to be set and the current space vector I * is converted to a reference phase angle α in the angular range between V1 and V2, one of the abovementioned sequences is selected on the basis of the criteria given above and the vectors of the selected sequence are converted accordingly to provide the voltage space pointer V * to be set.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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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]
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DE201210210664 DE102012210664A1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Method for controlling inverter by space pointer pulse width modulation to control electric machine in motor vehicle drive strand, involves switching inverter by first switching state and by last switching state in voltage states |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2899879A3 (en) * | 2014-01-24 | 2015-12-02 | Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg | Method for operation and device for controlling a rotating brushless electrical machine |
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- 2012-06-22 DE DE201210210664 patent/DE102012210664A1/en active Pending
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