DE102012210665A1 - Method for controlling inverter mounted in drive train of motor vehicle, by space vector modulation, involves selecting one of sequences depending on specific time period for driving the inverter according to predefined load set point - Google Patents

Method for controlling inverter mounted in drive train of motor vehicle, by space vector modulation, involves selecting one of sequences depending on specific time period for driving the inverter according to predefined load set point Download PDF

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Abstract

The method involves arranging inverter (10) with several controllable switches (SHA-SHC), to provide polyphase electric current to electrical machine (14). The inverter is controlled in predefined sequences of different switching states of the switches, to provide voltage in the form of voltage space vector. One of sequences is selected depending on specific time period for driving the inverter according to predefined load set point. 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 Raumzeigermodulation, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern aufweist und der dazu ausgebildet ist, einen mehrphasigen elektrischen Strom bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine mehrphasig mit elektrischem Strom zu versorgen, wobei der Wechselrichter angesteuert wird, um eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Schaltzuständen der Schalter einzurichten und eine Spannung in Form eines entsprechenden Spannungsraumzeigers bereitzustellen.The present invention relates to a method for controlling an inverter by means of space vector modulation, in particular for driving an electrical machine, wherein the inverter has a plurality of controllable switches and which is adapted to provide a multi-phase electric current, in particular around the electric machine polyphase with electric current wherein the inverter is driven to establish a plurality of successive different switching states of the switches and to provide a voltage in the form of a corresponding voltage space vector.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei der Wechselrichter eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern aufweist, die dazu angeschlossen sind, einen mehrphasigen elektrischen Strom bereitzustellen, mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter derart anzusteuern, dass der Wechselrichter eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Schaltzuständen der Schalter annimmt, um einen entsprechenden Spannungsraumzeiger bereitzustellen.Furthermore, the present invention relates to an apparatus for driving an inverter, in particular for driving an electrical machine, wherein the inverter comprises a plurality of controllable switches which are connected to provide a multi-phase electric current, with a control unit which is adapted to the To drive inverters such that the inverter takes a plurality of successive different switching states of the switches to provide a corresponding voltage space pointer.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeugantriebsstrang 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, 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 im Mittelwert 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 in the mean value.

Bei den bekannten Ansteuerungsverfahren werden die elektrischen Verbraucher mittels eines Wechselrichters mit Leistungshalbleiterschaltern angesteuert. Die Einstellung der acht 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 setting of the eight ground voltage pointer for generating the voltage space pointer is realized by alternately turning on and off certain power semiconductor switches of the inverter. 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 semiconductor switches are very common or switched on for a very long time and thus thermally loaded 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 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 is 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.

Nachteilig dabei ist es, dass eine, insbesondere thermische, Belastungsverteilung der Leistungshalbleiterschalter nicht gezielt eingestellt werden kann und somit Spitzenbelastungen einzelner der Leistungshalbleiterschalter in Kauf genommen werden müssen.The disadvantage here is that one, in particular thermal, load distribution of the power semiconductor switch can not be targeted and thus peak loads of individual power semiconductor switch must be taken into account.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters mittels Raumzeigermodulation einer genannten Art bereitgestellt, bei dem der Wechselrichter mittels zwei vordefinierten Sequenzen von Schaltzuständen ansteuerbar ist, die unterschiedliche Einschaltzeiten der Schaltzustände aufweisen, wobei für wenigstens eine der beiden Sequenzen eine Zeitdauer erfasst wird, über die der Wechselrichter mittels der Sequenz angesteuert wird, und wobei eine der Sequenzen in Abhängigkeit der ermittelten Zeitdauer zum Ansteuern des Wechselrichters ausgewählt wird, um die Schalter gemäß einem vordefinierten Belastungssollwert zu belasten.According to the invention, therefore, a method is provided for driving an inverter by means of space vector modulation of a type mentioned, in which the inverter is controllable by means of two predefined sequences of switching states having different switch-on times of the switching states, wherein for at least one of the two sequences a time period is detected over the the inverter is controlled by means of the sequence, and wherein one of the sequences is selected as a function of the determined time duration for driving the inverter in order to load the switches according to a predefined load setpoint.

Ferner wird daher erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei der Wechselrichter mittels wenigstens zwei vordefinierten Sequenzen von Schaltzuständen ansteuerbar ist, die unterschiedliche Einschaltzeiten der Schaltzuständen aufweisen, und wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, für wenigstens eine der beiden Sequenzen eine Zeitdauer zu erfassen, über die der Wechselrichter mittels der Sequenz angesteuert wird und wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, eine der Sequenzen in Abhängigkeit der ermittelten Zeitdauer zum Ansteuern des Wechselrichters auszuwählen, um die Schalter gemäß einem vordefinierten Belastungssollwert zu belasten. Furthermore, according to the invention, there is therefore provided a device for driving an inverter of the aforementioned type, wherein the inverter can be controlled by means of at least two predefined sequences of switching states having different switch-on times of the switching states, and wherein the control device is designed for at least one of the two sequences to detect a period of time over which the inverter is driven by the sequence and wherein the controller is adapted to select one of the sequences in response to the determined time duration for driving the inverter to load the switches according to a predefined load setpoint.

Schließlich wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang bereitgestellt mit 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 an 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

Durch die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, bei dem bzw bei der die Schalter mit einfachen Mitteln gemäß einem vorbestimmten Belastungssollwert belastet werden können, um entsprechende Überlastungen, insbesondere thermische Überlastungen, der Leistungshalbleiterschalter zu vermeiden. Dadurch, dass die Belastungswerte der beiden Ansteuersequenzen bekannt sind und die Zeitdauer gemessen wird, über die der Wechselrichter mittels wenigstens einer der beiden Sequenzen angesteuert wird und eine der Sequenzen zum Ansteuern des Wechselrichters auf der Grundlage der Zeitdauer ausgewählt wird, ist eine nahezu Belastung der Leistungshalbleiterschalter einstellbar. Dabei können die Sequenzen beliebig ausgebildet sein und insbesondere unterschiedliche Längen aufweisen, da die Zeitdauer der Verwendung der jeweiligen Sequenz zum Steuern des Wechselrichters herangezogen wird. Dadurch kann der Wechselrichter flexibel mittels beliebigen Sequenzen angesteuert werden und mit geringem technischen Aufwand eine Belastungsverteilung entsprechend einem nahezu beliebigen Belastungssollwert eingestellt werden. Dadurch können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei geringen Drehzahlen die Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters gleichmäßiger belastet werden und eine Überlastung einzelner Halbleiterschalter vermieden werden. Im Ergebnis können somit die Leistungshalbleiterschalter geringer dimensioniert werden, wodurch die Herstellung eines Wechselrichters im Allgemeinen kostengünstiger und weniger aufwändig wird. Des Weiteren wird dadurch der Steuerungsaufwand bzw. Regelungsaufwand zum Ansteuern des Wechselrichters reduziert, da weniger Parameter berücksichtigt werden müssen, wodurch insbesondere eine Vorrichtung zum Ansteuern des Wechselrichters durch den reduzierten Rechenaufwand kostengünstiger und mit technisch einfacheren Mitteln bereitgestellt werden kann.By means of the present invention, a method and a device can be provided in which the switches can be loaded with simple means in accordance with a predetermined load setpoint in order to avoid corresponding overloads, in particular thermal overloads, of the power semiconductor switches. By knowing the load values of the two drive sequences and measuring the time duration over which the inverter is driven by at least one of the two sequences and selecting one of the sequences for driving the inverter on the basis of the time duration, the power semiconductor switch is almost loaded adjustable. In this case, the sequences can be formed as desired and in particular have different lengths, since the time duration of the use of the respective sequence is used to control the inverter. As a result, the inverter can be controlled flexibly by means of arbitrary sequences and, with little technical effort, a load distribution can be set in accordance with an almost arbitrary load setpoint. As a result, with the inventive method and the device according to the invention at low speeds, the power semiconductor switch of the inverter can be loaded more uniformly and overloading of individual semiconductor switches can be avoided. As a result, the power semiconductor switches can thus be made smaller, making the manufacture of an inverter generally less expensive and less expensive. Furthermore, the control effort or control effort for driving the inverter is thereby reduced, since fewer parameters have to be taken into account, whereby, in particular, a device for driving the inverter can be provided more cost-effectively and with technically simpler means due to the reduced computing effort.

Vorzugsweise werden für beide Sequenzen die jeweilige Zeitdauer erfasst, über die der Wechselrichter mittels der jeweiligen Frequenz angesteuert wird. Preferably, the respective time duration is detected for both sequences, via which the inverter is controlled by means of the respective frequency.

Dadurch kann die Ansteuerungsdauer beider Sequenzen berücksichtigt werden, wodurch die Ansteuerung des Wechselrichters im Allgemeinen präziser ausgeführt werden kann.As a result, the activation duration of both sequences can be taken into account, as a result of which the activation of the inverter can generally be carried out more precisely.

Es ist besonders bevorzugt, wenn eine Sollzeitdauer für die wenigstens eine Sequenz bestimmt wird und eine der Sequenzen in Abhängigkeit einer Abweichung der erfassten Zeitdauer von der Sollzeitdauer zum Ansteuern des Wechselrichters ausgewählt wird.It is particularly preferred if a set time duration for the at least one sequence is determined and one of the sequences is selected as a function of a deviation of the detected time duration from the set time duration for driving the inverter.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln ein Sollwert berücksichtigt werden, um die vordefinierte Belastung der Schalter einzustellen, wodurch eine schnelle und gezielte Einstellung der Belastungsverteilung möglich wird.As a result, a desired value can be taken into account by simple means in order to set the predefined load on the switches, as a result of which rapid and targeted adjustment of the load distribution becomes possible.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Zeitdauer über eine Zeitperiode erfasst wird.It is furthermore preferred if the time duration is detected over a period of time.

Dadurch kann zu beliebigen Zeitpunkten die Auswahl der Ansteuerungssequenz erfolgen, wodurch das Verfahren flexibler wird, der regelungstechnische Aufwand reduziert werden und die Belastung der Schalter im Allgemeinen schneller eingestellt werden kann.As a result, the selection of the drive sequence can take place at arbitrary points in time, which makes the method more flexible, reduces the complexity of the control technology and generally allows the load on the switches to be set faster.

Vorzugsweise weist die Zeitperiode eine vordefinierte oder eine variable Dauer auf. Preferably, the time period has a predefined or a variable duration.

Es ist ferner bevorzugt, wenn für beide Sequenzen jeweils die Zeitdauer erfasst wird und ein Abweichungswert der jeweiligen erfassten Zeitdauer von der jeweiligen Sollzeitdauer ermittelt wird und wobei in Abhängigkeit des Verhältnisses der Abweichungswerte eine der Sequenzen zum Ansteuern des Wechselrichters ausgewählt wird. Mit anderen Worten wird erfasst, welche der beiden Sequenzen eine Ansteuerungsdauer aufweist, die von dem Sollwert am stärksten abweicht. It is further preferred if in each case the time duration is detected for both sequences and a deviation value of the respective detected time duration from the respective target time duration is determined and wherein one of the sequences for driving the inverter is dependent on the ratio of the deviation values is selected. In other words, it is detected which of the two sequences has a drive duration that deviates most strongly from the desired value.

Dadurch kann auch bei geringen Abweichungen von den entsprechenden Sollwerten schnell und gezielt eingegriffen werden, um innerhalb einer kurzen Zeitdauer die Belastung gemäß dem Belastungssollwert zu erreichen.As a result, it is possible to intervene quickly and in a targeted manner, even with slight deviations from the corresponding setpoint values, in order to achieve the load according to the load setpoint within a short period of time.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Sequenzen eine unterschiedliche Anzahl von Schaltzuständen aufweisen.It is further preferred if the sequences have a different number of switching states.

Dadurch können beliebige Ansteuersequenzen verwendet werden, wobei die Länge der jeweiligen Sequenzen nicht aufeinander abgestimmt werden muss.As a result, any control sequences can be used, with the length of the respective sequences not having to be coordinated with one another.

Dadurch wird das Ansteuerungsverfahren besonders flexibel, da keine entsprechenden Paare von Sequenzen gebildet werden müssen.This makes the driving method particularly flexible, since no corresponding pairs of sequences have to be formed.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Wechselrichter mittels Pulsweitenmodulation angesteuert wird und wobei die vordefinierten Sequenzen eine unterschiedliche Anzahl von Pulsweitenmodulationsperioden aufweisen.It is further preferred if the inverter is controlled by means of pulse width modulation and wherein the predefined sequences have a different number of pulse width modulation periods.

Dadurch kann der Wechselrichter besonders effektiv angesteuert werden, wobei durch die mögliche unterschiedliche Anzahl von Pulsweitenmodulationsperioden der Sequenzen das Verfahren besonders flexibel ist und der regelungstechnische Aufwand reduziert ist.As a result, the inverter can be controlled particularly effectively, wherein the method is particularly flexible due to the possible different number of pulse width modulation periods of the sequences and the control engineering effort is reduced.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die zwei vordefinierten Sequenzen jeweils einen Spannungsraumzeiger mit identischer Amplitude und Phasenlage einstellen.It is further preferred if the two predefined sequences each set a voltage space vector with identical amplitude and phase position.

Dadurch kann zwischen den vordefinierten Sequenzen beliebig gewechselt werden, ohne dass der jeweilige Wechsel sich auf die angesteuerte Last auswirkt.As a result, it is possible to change between the predefined sequences as desired, without the respective change having an effect on the controlled load.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die die Einschaltzeiten der Schaltzustände der beiden Sequenzen derart ausgewählt werden, dass die steuerbaren Schalter durch die jeweilige Sequenz unterschiedlich belastet werden.It is furthermore preferred if the switch-on times of the switching states of the two sequences are selected such that the controllable switches are differently loaded by the respective sequence.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln durch Wechseln zwischen den beiden Sequenzen eine Belastung gemäß dem vordefinierten Belastungssollwert präzise eingestellt werden.As a result, a load can be set precisely according to the predefined load setpoint by simple means by switching between the two sequences.

Es ist weiterhin bevorzugt wenn der Wechselrichter mittels zwei Schaltzuständen in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand geschaltet wird und wobei die zwei vordefinierten Sequenzen unterschiedliche Einschaltzeiten der beiden spannungsfrei schaltenden Schaltzustände aufweisen.It is further preferred if the inverter is switched by means of two switching states in a voltage-free switching switching state and wherein the two predefined sequences have different turn-on of the two voltage-free switching switching states.

Dadurch kann die Belastung der Schalter gemäß dem vordefinierten Belastungssollwert besonders schnell eingestellt werden, da die spannungsfrei schaltenden Schaltzustände eine besonders hohe Auswirkung auf die Belastung einzelner Schalter haben.As a result, the load on the switches can be set particularly quickly in accordance with the predefined load setpoint value, since the switch-off switching states have a particularly high effect on the load on individual switches.

Es ist weiterhin bevorzugt wenn eine der vordefinierten Schaltsequenzen lediglich einen der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände aufweist.It is further preferred if one of the predefined switching sequences has only one of the voltage-free switching switching states.

Dadurch kann durch Auswahl dieser Sequenz eine große Abweichung von dem Belastungssollwert schnell und präzise ausgeglichen werden. Thus, by selecting this sequence, a large deviation from the load set point can be compensated quickly and precisely.

Es ist weiterhin bevorzugt wenn in Abhängigkeit des Belastungssollwertes und Referenzbelastungssollwerten der vordefinierten Sequenzen ein Verhältniswert ermittelt wird und wobei der Abweichungswert in Abhängigkeit des Verhältniswertes angepasst wird.It is further preferred if a ratio value is determined as a function of the load setpoint and reference load setpoint values of the predefined sequences, and wherein the deviation value is adapted as a function of the ratio value.

Dadurch kann der ermittelte Abweichungswert kontinuierlich auf der Grundlage des Belastungssollwertes angepasst werden, wodurch das Verfahren insgesamt präziser wird.Thereby, the detected deviation value can be continuously adjusted based on the load target value, thereby making the method more precise overall.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Verhältniswert ferner in Abhängigkeit der jeweils erfassten Zeitdauern und der gesamten Zeitperiode ermittelt wird.It is furthermore preferred if the ratio value is also determined as a function of the respectively detected time periods and the entire time period.

Dadurch ist insgesamt eine besonders stabile Regelung der Ansteuerung des Wechselrichters möglich, da kurzzeitige Schwankungen durch Mittelung ausgeglichen werden können. As a result, a particularly stable control of the drive of the inverter is possible overall, since short-term fluctuations can be compensated by averaging.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Schaltzustände für unterschiedliche Phasenwinkel auf entsprechende Referenzschaltzustände abgebildet werden.It is furthermore preferred if the switching states for different phase angles are mapped to corresponding reference switching states.

Mit anderen Worten werden Schaltzustände bzw. Folgen von Schaltzuständen durch entsprechende Schaltzustände oder Folgen von Schaltzuständen umgeformt, um mit geringem Rechenaufwand die einzelnen Sequenzen und deren Referenzbelastungszustände vergleichen zu können. Dadurch kann der Rechenaufwand reduziert werden, wodurch das Steuergerät weniger aufwändig ausgeführt werden kann und entsprechend kostengünstig gefertigt werden kann.In other words, switching states or sequences of switching states are reshaped by corresponding switching states or sequences of switching states in order to be able to compare the individual sequences and their reference load states with little computational effort. As a result, the computational effort can be reduced, whereby the control unit can be made less expensive and can be manufactured in accordance with cost.

Wie oben erwähnt, wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt, bei dem über einen bestimmten Zeitraum eine Zeitdauer erfasst wird, über die der Wechselrichter mittels der einen oder der anderen Sequenz angesteuert wird, wodurch die Belastung der Halbleiterschalter des Wechselrichters entsprechend abgeschätzt werden kann. Auf Grundlage der so erfassten Zeitdauer kann zwischen den beiden Sequenzen gewechselt werden bzw. dann der Wechselrichter mittels einer der beiden Sequenzen angesteuert werden, um eine Belastung der Schalter gemäß dem vordefinierten Belastungssollwert einzustellen. Vorzugsweise werden die gemessenen Zeitdauern mit Sollzeitdauern für einen entsprechenden Zeitabschnitt verglichen, um abschätzen zu können, welche Zeitdauer der jeweiligen Sequenz stärker von dem entsprechenden Sollwert abweicht. Im Allgemeinen kann somit mit einfachen Mitteln eine nahezu beliebige Belastungsverteilung eingestellt werden, die auf unterschiedliche Sequenzen von Schaltzuständen zurückgreift, deren Länge voneinander abweichen kann.As mentioned above, according to the invention, a method is provided in which a period of time over which the inverter is driven by means of one or the other sequence is detected over a certain period of time, whereby the load of the semiconductor switches of the inverter can be estimated accordingly. On the basis of the period of time thus detected, it is possible to switch between the two sequences or to control the inverter by means of one of the two sequences in order to set a load on the switches in accordance with the predefined load setpoint. Preferably, the measured durations are compared with target durations for a corresponding period of time in order to be able to estimate which time duration of the respective sequence deviates more strongly from the corresponding desired value. In general, therefore, it is possible with simple means to set an almost arbitrary load distribution, which resorts to different sequences of switching states whose length may differ from one another.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind. It is understood that the features, properties and advantages of the method according to the invention also apply correspondingly 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, insbesondere einer Drehstrommaschine; 1 shows in schematic form an inverter for driving an electrical load, in particular a three-phase machine;

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

3 zeigt in schematischer Form den Spannungsverlauf von drei Phasen des Wechselrichters innerhalb einer Pulweisenmodulationsperiode zum Einstellen eines Spannungsraumzeigers; 3 shows in schematic form the voltage curve of three phases of the inverter within a pulse mode modulation period for setting a voltage space vector;

4 zeigt in schematischer Form eine Ansteuerungsfolge mittels zweier Ansteuerungssequenzen; 4 shows in schematic form a drive sequence by means of two drive sequences;

5 zeigt in schematischer Form ein Ablaufdiagramm zum Auswählen einer Sequenz zum Ansteuern des Wechselrichters; 5 shows in schematic form a flowchart for selecting a sequence for driving the inverter;

6 zeigt in schematischer Form ein alternatives Ablaufdiagramm zum Auswählen einer Sequenz zum Ansteuern des Wechselrichters; und 6 Fig. 12 shows in schematic form an alternative flow chart for selecting a sequence for driving the inverter; and

7 zeigt das komplexe Zeigerdiagramm aus 2 zur Erläuterung eines Verfahrens zum Substituieren von Schaltzuständen. 7 shows the complex phasor diagram 2 for explaining a method for substituting switching states.

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 Drehstrommaschine 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. The inverter 10 is with a DC voltage source 12 connected and serves to the electrical consumer 14 , which in this case as a three-phase 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 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 SAH, 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 by SAH, 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 entsprechenden Spannungsraumzeiger bereitzustellen und die elektrische Maschine 14 entsprechend mit den Phasenströmen IU, IV, IW zu bestromen. 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 provide a corresponding voltage space pointer and the electric machine 14 to energize accordingly with the phase currents IU, IV, IW.

In 2 ist ein komplexes Zeigerdiagramm zur Erläuterung der Raumzeigermodulation zum Ansteuern des 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 load 14 or the electric machine 14 represented and generally with 20 designated.

In dem Zeigerdiagramm 20 ist ein Spannungszeiger V* mit einem Ansteuerungswinkel Alpha 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* einzustellen, der in diesem Beispiel den Ansteuerwinkel Alpha 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 alpha von 30°ergibt. Sofern ein Spannungszeiger V* mit einem größeren Ansteuerungswinkel Alpha 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 Alpha realisieren. In the pointer diagram 20 is a voltage vector V * with a drive angle alpha 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 *, which in this example has the driving angle alpha 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 at the same duty cycle of the ground voltage vector V1, V2, the voltage vector V * results in a phase angle alpha of 30 °. If a voltage vector V * has to be set with a larger activation angle alpha, the on-time 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 alpha.

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 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 respective other 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.

Zur Bestromung des Drehstromverbrauchers 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. 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 Dioden D des Wechselrichters 10 über einen langen Zeitraum belastet, sodass eine Überlastung der entsprechenden Schalter S und der Dioden D auftreten kann und die Schalter S und die Dioden D des Wechselrichters 10 im Allgemeinen ungleichmäßig belastet werden. Um eine Überlastung einzelner der Schalter S und Dioden D zu verhindern, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die Belastung auf unterschiedliche der Schalter S und der Dioden D zu verteilen.For energizing the three-phase current consumer 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 evenly loaded at a correspondingly fast rotating voltage space vector V *. 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 diodes D of the inverter 10 loaded over a long period of time, so that an overload of the corresponding switches S and the diodes D may occur and the switches S and the diodes D of the inverter 10 generally unevenly loaded. In order to prevent overloading of each of the switches S and diodes D, measures must be taken to distribute the load to different ones of the switches S and the diodes D.

In 3 sind Verläufe der Phasenspannungen der drei Phasen U, V, W innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiode T dargestellt, um die Spannungszeiger V0, V1, V2, V7 nacheinander einzustellen. Innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode T kann die Dauer der einzelnen Spannungszeiger 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 voltage vector V0, V1, V2, V7 successively. Within the pulse width modulation period T, the duration of the individual voltage vectors 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. Ein entsprechender Belastungswert m berechnet sich durch die Formel

Figure 00110001
wobei m der Belastungswert ist, 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 Switch 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. A corresponding load value m is calculated by the formula
Figure 00110001
where m is the load value, t0 is the duty cycle of the zero voltage pointer V0 and t7 is the duty cycle of the zero voltage sense 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 ,

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 10 berechnet durch:

Figure 00110002
und für einen der Schalter SLA, SLB, SLC der unteren Seite des Wechselrichters 10 durch:
Figure 00110003
wobei t_min die minimal mögliche Einschaltdauer des Schalters S, t_max die maximal mögliche Einschaltdauer des Schalters S ist, um den aktuellen Spannungsraumzeiger V* einzustellen und t_on die aktuelle Einschaltdauer in der entsprechenden Pulsweitenmodulationsperiode T ist, die den aktuellen Spannungsraumzeiger V* einstellt. Dadurch entsteht ein weiterer Freiheitsgrad, um lsm einstellen zu können. Dabei ist anzumerken, dass der allgemeine Belastungswert lsm gleich bleibt, unabhängig davon welcher der Schalter zur Berechnung herangezogen wird. Dadurch kann die Belastung eines Schalters S des Wechselrichters 10 berücksichtigt werden. Dabei kann der Belastungswert m durch den allgemeinen Belastungswert lsm ersetzt werden.In general, a general load value lsm can be determined on the basis of the general switch-on time t of one of the switches S. In this case, one of the switches S is selected, such as the one that is heavily loaded. The load value lsm is for one of the switches SHA, SHB, SHC the upper side of the inverter 10 calculated by:
Figure 00110002
and for one of the switches SLA, SLB, SLC of the lower side of the inverter 10 by:
Figure 00110003
where t_min is the minimum possible duty cycle of the switch S, t_max is the maximum duty cycle of the switch S to set the current voltage space pointer V * and t_on is the current duty cycle in the corresponding pulse width modulation period T setting the current voltage space pointer V *. This creates another degree of freedom to set lsm. It should be noted that the general load value lsm remains the same, regardless of which of the switches is used for the calculation. This allows the load of a switch S of the inverter 10 be taken into account. In this case, the load value m can be replaced by the general load value lsm.

Erfindungsgemäß werden zwei Sequenzen von aufeinander folgenden Schaltzuständen V0–V7 verwendet, um einen bestimmten Spannungsraumzeiger V* mit einem bestimmten Betrag und einem bestimmten Winkel Alpha zu erzeugen. Die unterschiedlichen Sequenzen weisen unterschiedliche Folgen von Schaltzuständen V0–V7 auf, sodass die Schalter S des Wechselrichters 10 unterschiedlich belastet werden. Für jede der beiden Sequenzen ist ein entsprechender Belastungswert als Referenzbelastungswert m1, m2 bestimmt. Zum Einstellen des bestimmten Spannungsraumzeigers V* wird der Wechselrichter 10 wechselnd mit der ersten der beiden Sequenzen und der zweiten der beiden Sequenzen angesteuert, wobei beide Sequenzen A, B denselben Spannungsraumzeiger V* einstellen. Der Wechselrichter 10 wird für eine bestimmte Zeitdauer mittels der ersten der beiden Sequenzen A, B angesteuert und für eine bestimmte Zeitdauer mittels der zweiten Sequenz angesteuert. Dadurch lässt sich durch die bekannten unterschiedlichen Referenzbelastungswerte m1, m2 der beiden Sequenzen ein Belastungssollwert m einstellen, der zwischen den Referenzbelastungswerten m1, m2 liegt.According to the invention, two sequences of consecutive switching states V0-V7 are used to generate a given voltage space vector V * having a certain magnitude and angle alpha. The different sequences have different sequences of switching states V0-V7, so that the switches S of the inverter 10 be charged differently. For each of the two sequences, a corresponding load value is determined as the reference load value m1, m2. The inverter is set to set the determined voltage space vector V * 10 controlled alternately with the first of the two sequences and the second of the two sequences, wherein both sequences A, B set the same voltage space vector V *. The inverter 10 is driven for a certain period of time by means of the first of the two sequences A, B and driven for a certain period of time by means of the second sequence. As a result, a desired load value m, which lies between the reference load values m1, m2, can be set by the known different reference load values m1, m2 of the two sequences.

In 4 ist eine Ansteuerungsfolge mittels zwei unterschiedlichen Ansteuerungssequenzen A, B schematisch dargestellt. Dabei wird der Wechselrichter 10 bzw. die elektrische Maschine 14 über unterschiedliche Zeitdauern mittels einer ersten Sequenz A und einer zweiten Sequenz B angesteuert. Die Sequenzen A, B werden gebildet durch eine beliebige Anzahl von aufeinanderfolgen Schaltzuständen V0–V7 der steuerbaren Schalter S und weisen eine beliebige Anzahl von Pulsweitenmodulationsperioden T auf. Wie in 4 dargestellt ist, wird der Wechselrichter 10 über eine Zeitraum tA1 mittels der Sequenz A angesteuert und über einen zweiten Zeitraum tB2 mittels der Sequenz B angesteuert. Ferner ist in 4 dargestellt, dass vor dem Zeitraum tA1 der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz B angesteuert wird und nach dem Zeitraum tB2 der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz A angesteuert wird. Ferner ist ein Messzeitraum TM in 4 dargestellt, der sich über die Zeiträume tA1 und tB2 und jeweils einen Zeitraum vor und nach den beiden Zeiträumen tA1, tB2 erstreckt. Die Zeiträume vor den beiden Zeiträumen tA1, tB2 sind als tB1 und tA2 bezeichnet.In 4 is a drive sequence by means of two different drive sequences A, B shown schematically. This will be the inverter 10 or the electric machine 14 controlled over different durations by means of a first sequence A and a second sequence B. The sequences A, B are formed by an arbitrary number of consecutive switching states V0-V7 of the controllable switches S and have any desired number of pulse width modulation periods T. As in 4 is shown, the inverter is 10 is controlled by means of the sequence A over a period tA1 and controlled by means of the sequence B over a second time period tB2. Furthermore, in 4 shown that before the period tA1 of the inverters 10 is controlled by the sequence B and after the period tB2 of the inverter 10 is controlled by the sequence A. Further, a measurement period TM in 4 which extends over the periods tA1 and tB2 and each time period before and after the two periods tA1, tB2. The periods before the two periods tA1, tB2 are designated tB1 and tA2.

Im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über die Messzeitraum TM erfasst, mittels welcher der beiden Sequenzen A, B der Wechselrichter 10 angesteuert wird und entsprechend eine Zeitdauer tA, tB bestimmt während der Wechselrichter 10 mittels der jeweiligen Sequenz A, B angesteuert wird. Der Messzeitraum TM kann eine vordefinierte oder eine variable Zeitdauer aufweisen. In 4 wird während des Messzeitraums TM der Wechselrichter 10 über die Zeitdauer tA = tA1 + tA2 mittels der Sequenz A und über eine Zeitdauer tB = tB1 + tB2 mittels der Sequenz B angesteuert.In the course of the method according to the invention is detected over the measuring period TM, by means of which of the two sequences A, B of the inverter 10 is driven and accordingly a period tA, tB determined during the inverter 10 is controlled by means of the respective sequence A, B. The measurement period TM may have a predefined or a variable time duration. In 4 During the measurement period TM, the inverter will become the inverter 10 via the period tA = tA1 + tA2 by means of the sequence A and over a period of time tB = tB1 + tB2 driven by the sequence B.

Für die Sequenzen A, B ist der jeweilige Belastungsreferenzwert m1, m2 bekannt, so dass anhand jeweiliger Zeitdauer tA, tB ein sprechender Belastungswert des Wechselrichters 10 bestimmt werden kann.For the sequences A, B, the respective load reference value m1, m2 is known, so that on the basis of the respective time duration tA, tB a speaking load value of the inverter 10 can be determined.

Erfindungsgemäß wird ein Belastungssollwert m des Wechselrichters 10 definiert und ein zeitliches Verhältnis von Zeitdauern tAS, tBS über die der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz A oder der Sequenz B angesteuert werden soll, ermittelt, um dem Belastungssollwert m entsprechend einzustellen. Die so bestimmten Sollzeitdauern tAS, tBS bestimmen die Zeit über die eine der Sequenzen A, B verwendet werden muss, um den vordefinierten Belastungssollwert m einzustellen.According to the invention, a load setpoint m of the inverter 10 defined and a temporal relationship of durations tAS, tBS on the inverter 10 is to be controlled by the sequence A or the sequence B, determined to adjust the load setpoint m accordingly. The thus determined set time durations tAS, tBS determine the time over which one of the sequences A, B must be used to set the predefined load setpoint m.

Aus den gemessenen Zeitdauern tA, tB und den Sollzeitdauern tAS, tBS, werden entsprechende Abweichungswerte ΔIA, ΔIB bestimmt, und zwar nach der Formel ΔIA = tAS – tA ΔIB = tBS – tB wobei ΔIA, ΔIB die entsprechenden Abweichungswerte für die Sequenzen A, B sind, tA, tB die gemessenen Zeitdauern und die tAS, tBS, die Sollzeitdauern, um den entsprechenden Belastungssollwert m1 einzustellen. Aus den Abweichungswerten ΔIA, ΔIB wird ermittelt, ob der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz A oder mittels der Sequenz B angesteuert werden soll bzw. muss, wie es im Weiteren näher erläutert ist.From the measured time periods tA, tB and the target time durations tAS, tBS, corresponding deviation values ΔIA, ΔIB are determined, according to the formula ΔIA = tAS - tA ΔIB = tBS - tB where ΔIA, ΔIB are the corresponding deviation values for the sequences A, B, tA, tB are the measured time durations, and the tAS, tBS are the set time durations to set the corresponding load target value m1. From the deviation values ΔIA, ΔIB, it is determined whether the inverter 10 is to be controlled by the sequence A or by the sequence B or must, as explained in more detail below.

In 5 ist ein Verfahren zum Ansteuern des Wechselrichters 10 allgemein mit 30 bezeichnet. In 5 is a method for driving the inverter 10 generally with 30 designated.

Zunächst wird bei 32 ermittelt, ob der Abweichungswert ΔIA größer als der Abweichungswert ΔIB ist. Sofern der Abweichungswert ΔIA größer ist als Abweichungswert ΔIB, wird der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz A angesteuert, wie es bei 34 gezeigt ist. Ferner werden die Abweichungswerte ΔIA, ΔIB bei 36 entsprechend neu berechnet. Dabei wird der Abweichungswert ΔIA angepasst mittels der Formel: ΔIA = ΔIA + r·tA – tA First, it is added 32 determines whether the deviation value ΔIA is greater than the deviation value ΔIB. If the deviation value ΔIA is greater than deviation value ΔIB, the inverter becomes 10 controlled by the sequence A, as in 34 is shown. Further, the deviation values ΔIA, ΔIB become 36 recalculated accordingly. The deviation value ΔIA is adjusted by means of the formula: ΔIA = ΔIA + r * tA-tA

Wobei r·tA der Sollzeitdauer tAS entspricht, tA die Zeitdauer ist, über die der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz A angesteuert wird und wobei r ein Abweichungswert ist, der sich berechnet mittels der Formel

Figure 00140001
wobei m der Belastungssollwert und m1, m2 die Belastungsreferenzwerte der Sequenzen A, B sind. Ferner wird der Abweichungswert ΔIB entsprechend angepasst mittels der Formel: ΔIB = ΔIB + (1 – r)*tB – tB, wobei (1 – r)·tB der Sollzeitdauer tBS entspricht. Sofern bei 32 festgestellt wird, dass ΔIB größer ist als ΔIA, wird bei 38 der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz B angesteuert, wie es bei 38 gezeigt ist und parallel bei 40 der Abweichungswert ΔIA berechnet mittels der Formel: ΔIA = ΔIA + r·tB, wobei r*tB der Sollzeitdauer tAS entspricht. Der Abweichungswert ΔIB wird neu berechnet mittels der Formel ΔIB = ΔIB + (1 – r)·tB – tB wobei jeweils tB die gemessene Zeitdauer ist, die der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz B angesteuert wird und (1 – r)·tB der Sollzeitdauer tBS entspricht.Where r · tA corresponds to the set time duration tAS, tA is the time duration over which the inverter 10 is driven by the sequence A and where r is a deviation value calculated by means of the formula
Figure 00140001
where m is the load setpoint and m1, m2 are the load reference values of the sequences A, B. Furthermore, the deviation value ΔIB is adjusted accordingly by the formula: ΔIB = ΔIB + (1-r) * tB -tB, where (1-r) · tB corresponds to the set time period tBS. If at 32 it is found that ΔIB is greater than ΔIA, is at 38 the inverter 10 controlled by the sequence B, as in 38 is shown and parallel at 40 the deviation value ΔIA is calculated using the formula: ΔIA = ΔIA + r * tB, where r * tB corresponds to the set time period tAS. The deviation value ΔIB is recalculated using the formula ΔIB = ΔIB + (1-r) * tB -tB where each tB is the measured time duration that the inverter 10 is controlled by the sequence B and (1 - r) · tB of the target time tBS corresponds.

In 6 ist ein weiteres Verfahren zur Ansteuerung des Wechselrichters 10 schematisch dargestellt und allgemein mit 50 bezeichnet.In 6 is another method of controlling the inverter 10 shown schematically and generally with 50 designated.

Dabei wird bei 52 festgestellt, ob der Abweichungswert ΔIA größer ist als ΔIB + k, wobei k eine Konstante ist. Sofern bei 52 festgestellt wurde, dass der Abweichungswert ΔIA größer ist als ΔIB + k, wird bei 54 der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz A angesteuert und parallel dazu bei 56 die Abweichungswerte ΔIA, ΔIB neu berechnet, nach den oben angegebenen Formeln.It is at 52 determines whether the deviation value ΔIA is greater than ΔIB + k, where k is a constant. If at 52 has been found that the deviation value ΔIA is greater than ΔIB + k, is at 54 the inverter 10 controlled by the sequence A and parallel thereto at 56 the deviation values ΔIA, ΔIB recalculated, according to the formulas given above.

Sofern bei 52 festgestellt wird, dass ΔIA kleiner ist als ΔIB + k, wird bei 58 der Wechselrichter 10 mittels der Sequenz B angesteuert und parallel dazu die Abweichungswerte ΔIA, ΔIB neu berechnet nach den oben angegebenen Formeln.If at 52 it is found that ΔIA is smaller than ΔIB + k, is at 58 the inverter 10 controlled by the sequence B and parallel to the deviation values ΔIA, ΔIB recalculated according to the formulas given above.

Das Verfahren 50 verwendet den oben angegebenen allgemein Belastungswert lsm auf der Grundlage der allgemeinen Einschaltzeit eines der Schalter S. Abweichend von dem Verfahren 30 wird bei dem Verfahren 50 der Verhältniswert r berechnet, mittels der Formel

Figure 00150001
wobei lsm1, lsm2 die allgemeinen Belastungswerte für die Sequenz A und die Sequenz B sind.The procedure 50 uses the above-mentioned general load value Ism based on the general on-time of one of the switches S. Other than the method 30 will in the process 50 the ratio r calculates by means of the formula
Figure 00150001
where lsm1, lsm2 are the general loading values for sequence A and sequence B.

Im Ergebnis lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren unterschiedliche Sequenzen A, B mit beliebiger Länge und Ausgestaltung verwenden, wobei lediglich über die Verwendungsdauer innerhalb der Messperiode TM bestimmt wird, wie der Belastungswert m, lsm des Wechselrichters 10 eingestellt ist. Auf der Grundlage des so erfassten Belastungswertes m, lsm bzw. auf der so erfassten Ansteuerungsdauer tA, tB für die Sequenzen A, B wird entschieden, mittels welcher der Sequenzen A, B der Wechselrichter 10 angesteuert werden soll.As a result, different sequences A, B of arbitrary length and design can be used by the method according to the invention, wherein only the duration of use within the measurement period TM is determined, such as the load value m, lsm of the inverter 10 is set. On the basis of the thus detected load value m, lsm or on the thus detected activation duration tA, tB for the sequences A, B, it is decided by means of which of the sequences A, B the inverter 10 to be controlled.

Im Ergebnis kann somit ein nahezu beliebiger Belastungssollwert m, lsm eingestellt werden.As a result, an almost arbitrary load setpoint m, lsm can thus be set.

In 7 ist das Zeigerdiagramm 20 aus 2 schematisch dargestellt. In dem Zeigerdiagramm 20 sind sechs Sektoren zwischen den jeweiligen Grundspannungszeigern V1–V6 dargestellt und allgemein mit I, II, III, IV, V, VI bezeichnet. Zur Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die entsprechenden Schaltzustände V0–V7 auf einen entsprechenden Referenzschaltzustand abgebildet bzw. durch ihn substituiert werden. Dies erleichtert den Vergleich zwischen den unterschiedlichen Schaltsequenzen. Für die unterschiedlichen Sektoren werden unterschiedliche Substituierungen vorgenommen, wie es im Folgenden dargestellt: Sektor II 2 → 1 3 → 2 0 → 7 7 → 0 Sektor III 3 → 1 4 → 2 7 → 7 0 → 0 Sektor IV 4 → 1 5 →2 0 →7 7 → 0 Sektor V 5 → 1 6 → 2 7 → 7 0 → 0 Sektor VI 6 → 1 1 → 2 0 → 7 7 → 0 In 7 is the pointer diagram 20 out 2 shown schematically. In the pointer diagram 20 Six sectors are shown between the respective ground voltage vectors V1-V6 and generally designated I, II, III, IV, V, VI. To simplify the method according to the invention, the corresponding switching states V0-V7 can be mapped to a corresponding reference switching state or substituted by it. This facilitates the comparison between the different switching sequences. Different substitutions are made for the different sectors, as shown below: Sector II 2 → 1 3 → 2 0 → 7 7 → 0 Sector III 3 → 1 4 → 2 7 → 7 0 → 0 Sector IV 4 → 1 5 → 2 0 → 7 7 → 0 Sector V 5 → 1 6 → 2 7 → 7 0 → 0 Sector VI 6 → 1 1 → 2 0 → 7 7 → 0

Dabei zeigt sich, dass entsprechend der Sektoren I–VI, die entsprechenden Schaltzustände V0–V7 auf entsprechende Referenzschaltzustände abgebildet bzw. durch diese substituiert werden. Dadurch kann der Rechenaufwand reduziert werden, da lediglich die Referenzsektorsequenzen miteinander verglichen werden.It turns out that corresponding to the sectors I-VI, the corresponding switching states V0-V7 are mapped to corresponding reference switching states or substituted by them. As a result, the computational effort can be reduced since only the reference sector sequences are compared with one another.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/000548 A2 [0006] WO 2010/000548 A2 [0006]

Claims (14)

Verfahren (30; 50) zum Ansteuern eines Wechselrichters (10) mittels Raumzeigermodulation, insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (14), wobei der Wechselrichter (10) eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern (S) aufweist und der dazu ausgebildet ist, einen mehrphasigen elektrischen Strom (IU, IV, IW) bereitzustellen, insbesondere um die elektrische Maschine (14) mehrphasig mit elektrischem Strom (I) zu versorgen, wobei der Wechselrichter (10) angesteuert wird, um eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Schaltzuständen (V0–V7) der Schalter (S) einzurichten und eine Spannung in Form eines entsprechenden Spannungsraumzeigers (V*) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (10) mittels wenigstens zwei vordefinierten Sequenzen (A, B) von Schaltzuständen (V0–V7) ansteuerbar ist, die unterschiedliche Einschaltzeiten (t0–t7) der Schaltzustände (V0–V7) aufweisen, wobei für wenigstens eine der beiden Sequenzen (A, B) eine Zeitdauer (tA, tB) erfasst wird, über die der Wechselrichter (10) mittels der Sequenz (A, B) angesteuert wird, und wobei eine der Sequenzen (A, B) in Abhängigkeit der ermittelten Zeitdauer (tA, tB) zum Ansteuern des Wechselrichters (10) ausgewählt wird, um die Schalter (S) gemäß einem vordefinierten Belastungssollwert (m, lsm) zu belasten.Procedure ( 30 ; 50 ) for driving an inverter ( 10 ) by means of space vector modulation, in particular for driving an electrical machine ( 14 ), where the inverter ( 10 ) has a plurality of controllable switches (S) and which is designed to provide a polyphase electric current (IU, IV, IW), in particular around the electric machine ( 14 ) to supply multiphase with electric current (I), whereby the inverter ( 10 ) in order to set up a plurality of consecutively different switching states (V0-V7) of the switches (S) and to provide a voltage in the form of a corresponding voltage space vector (V *), characterized in that the inverter ( 10 ) by means of at least two predefined sequences (A, B) of switching states (V0-V7) which have different switch-on times (t0-t7) of the switching states (V0-V7), wherein for at least one of the two sequences (A, B) a period of time (tA, tB) is detected, via which the inverter ( 10 ) is controlled by means of the sequence (A, B), and wherein one of the sequences (A, B) as a function of the determined time duration (tA, tB) for driving the inverter ( 10 ) is selected to load the switches (S) according to a predefined load setpoint (m, lsm). Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Sollzeitdauer (tAS, tBS) für die wenigstens eine Sequenz (A, B) bestimmt wird und eine der Sequenzen (A, B) in Abhängigkeit einer Abweichung (ΔIA, ΔIB) der erfassten Zeitdauer (tA, tB) von der Sollzeitdauer (tAS, tBS) zum Ansteuern des Wechselrichters (10) ausgewählt wird.Method according to Claim 1, wherein a set time period (tAS, tBS) is determined for the at least one sequence (A, B) and one of the sequences (A, B) is determined as a function of a deviation (ΔIA, ΔIB) of the detected time duration (tA, tB ) from the set time duration (tAS, tBS) for driving the inverter ( 10 ) is selected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitdauer (tA, tB) über eine Zeitperiode (TM) erfasst wird. Method according to claim 1 or 2, wherein the time duration (tA, tB) is detected over a period of time (TM). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für beide Sequenzen (A, B) jeweils die Zeitdauer (tA, tB) erfasst wird und ein Abweichungswert (ΔIA, ΔIB) der jeweiligen erfassten Zeitdauer (tA, tB) von der jeweiligen Sollzeitdauer (tAS, tBS) ermittelt wird und wobei in Abhängigkeit des Verhältnisses der Abweichungswerte eine der Sequenzen (A, B) zum Ansteuern des Wechselrichters (10) ausgewählt wird. Method according to one of claims 1 to 3, wherein for both sequences (A, B) respectively the time duration (tA, tB) is detected and a deviation value (ΔIA, ΔIB) of the respective detected time duration (tA, tB) from the respective target time period ( tAS, tBS) and, depending on the ratio of the deviation values, one of the sequences (A, B) for driving the inverter ( 10 ) is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sequenzen (A, B) eine unterschiedliche Anzahl von Schaltzuständen (V0–V7) aufweisen. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the sequences (A, B) have a different number of switching states (V0-V7). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wechselrichter (10) mittels Pulsweitenmodulation angesteuert wird und wobei die vordefinierten Sequenzen (A, B) eine unterschiedliche Anzahl von Pulsweitenmodulationsperioden (T) aufweisen.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the inverter ( 10 ) is controlled by means of pulse width modulation and wherein the predefined sequences (A, B) have a different number of pulse width modulation periods (T). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zwei vordefinierten Sequenzen (A, B) jeweils einen Spannungsraumzeiger (V*) mit identischer Amplitude und Phasenlage einstellen. Method according to one of claims 1 to 6, wherein the two predefined sequences (A, B) each set a voltage space vector (V *) with identical amplitude and phase position. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Einschaltzeiten (t0–t7) der Schaltzustände (V0–V7) der beiden Sequenzen (A, B) derart ausgewählt werden, dass die steuerbaren Schalter (S) durch die jeweilige Sequenz (A, B) unterschiedlich belastet werden. Method according to one of claims 1 to 7, wherein the turn-on times (t0-t7) of the switching states (V0-V7) of the two sequences (A, B) are selected such that the controllable switch (S) by the respective sequence (A, B) are charged differently. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Wechselrichter (10) mittels zwei Schaltzuständen (V0, V7) in einen spannungsfrei schaltenden Schaltzustand (V0, V7) geschaltet wird und wobei die zwei vordefinierten Sequenzen (A, B) unterschiedliche Einschaltzeiten (t0–t7) der beiden spannungsfrei schaltenden Schaltzustände (V0, V7) aufweisen.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the inverter ( 10 ) by means of two switching states (V0, V7) in a voltage-free switching switching state (V0, V7) is switched and wherein the two predefined sequences (A, B) have different switch-on (t0-t7) of the two voltage-free switching switching states (V0, V7) , Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine der vordefinierten Schaltsequenzen (V0–V7) lediglich einen der spannungsfrei schaltenden Schaltzustände (V0, V7) aufweist. The method of claim 9, wherein one of the predefined switching sequences (V0-V7) has only one of the voltage-free switching switching states (V0, V7). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in Abhängigkeit des Belastungssollwertes (m; lsm) und Referenzbelastungssollwerten (m1, m2; lsm1, lsm2) der vordefinierten Sequenzen (A, B) ein Verhältniswert (r) ermittelt wird und wobei der Abweichungswert (ΔIA, ΔIB) in Abhängigkeit des Verhältniswertes (r) angepasst wird. Method according to one of Claims 1 to 10, a ratio value (r) being determined as a function of the load setpoint value (m; lsm) and reference load setpoint values (m1, m2; lsm1, lsm2) of the predefined sequences (A, B), and the deviation value ( ΔIA, ΔIB) is adjusted as a function of the ratio value (r). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Schaltzustände (V0–V7) für unterschiedliche Phasenwinkel auf entsprechende Referenzschaltzustände (V0–V7) abgebildet werden.  Method according to one of Claims 1 to 11, wherein the switching states (V0-V7) for different phase angles are mapped to corresponding reference switching states (V0-V7). Vorrichtung (18) zum Ansteuern eines Wechselrichters (10), insbesondere zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (14), wobei der Wechselrichter (10) eine Mehrzahl von steuerbaren Schaltern (S) aufweist, die dazu angeschlossen sind, einen mehrphasigen elektrischen Strom (IU, IV, IW) bereitzustellen mit einem Steuergerät (18), das dazu eingerichtet ist, den Wechselrichter (10) derart anzusteuern, dass der Wechselrichter (10) eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Schaltzuständen (V0–V7) der Schalter (S) annimmt, um einen entsprechenden Spannungsraumzeiger (V*) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (10) mittels wenigstens zwei vordefinierten Sequenzen (A, B) von Schaltzuständen (V0–V7) ansteuerbar ist, die unterschiedliche Einschaltzeiten (t0–t7) der Schaltzustände (V0–V7) aufweisen, und wobei das Steuergerät (18) dazu ausgebildet ist, für wenigstens eine der beiden Sequenzen (A, B) eine Zeitdauer (tA, tB) zu erfassen, über die der Wechselrichter (10) mittels der Sequenz (A, B) angesteuert wird, und wobei das Steuergerät (18) dazu ausgebildet ist, eine der Sequenzen (A, B) in Abhängigkeit der ermittelten Zeitdauer (tA, tB) zum Ansteuern des Wechselrichters (10) auszuwählen, um die Schalter (S) gemäß einem vordefinierten Belastungssollwert (m; lsm) zu belasten.Contraption ( 18 ) for driving an inverter ( 10 ), in particular for driving an electrical machine ( 14 ), where the inverter ( 10 ) has a plurality of controllable switches (S) connected to provide a polyphase electric current (IU, IV, IW) having a Control unit ( 18 ), which is adapted to the inverter ( 10 ) in such a way that the inverter ( 10 ) assumes a plurality of consecutively different switching states (V0-V7) of the switches (S) in order to provide a corresponding voltage space vector (V *), characterized in that the inverter ( 10 ) can be controlled by means of at least two predefined sequences (A, B) of switching states (V0-V7) which have different switch-on times (t0-t7) of the switching states (V0-V7), and wherein the control device ( 18 ) is adapted to detect for at least one of the two sequences (A, B) a period of time (tA, tB) over which the inverter ( 10 ) is controlled by means of the sequence (A, B), and wherein the control unit ( 18 ) is adapted to one of the sequences (A, B) as a function of the determined time duration (tA, tB) for driving the inverter ( 10 ) to load the switches (S) in accordance with a predefined load setpoint (m; lsm). Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 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 13. 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 13.
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