KR102022232B1 - 인버터를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 전기 기계(14)를 제어하기 위해 공간-벡터 펄스 폭 변조를 이용해서 인버터(10)를 제어하기 위한 방법(60)에 관한 것이며, 상기 인버터(10)는 제어 가능한 다수의 스위치(S)를 포함하고, 특히 전기 기계(14)에 다상 전류를 공급하기 위해 다상 전류(IU, IV, IW)를 제공하도록 형성되고, 이 경우 기준 위상 각(α_R)은 미리 정해지고, 인버터(10)는, 전류(IU, IV, IW)를 전류 공간 벡터(I*)의 형태로 제공하기 위해 스위치들(S)의 연속하는 상이한 다수의 스위칭 상태들(V0-V7)이 설정되도록 제어된다. 인버터(10)는, 기준 위상 각(α_R)과는 다른 위상 각(α_I)에서 전류 공간 벡터(I*)가 제공되도록 제어되고, 이 경우 기준 위상 각(α_R)과 위상 각(α_I)의 편차(δ_I)는 적어도 하나의 스위치(S)의 출력 손실(PA, PB, PC) 및/또는 온도(TA, TB, TC)에 따라 결정된다.

Description

인버터를 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN INVERTER}
본 발명은 특히 전기 기계를 제어하기 위해 공간-벡터 펄스 폭 변조를 이용해서 인버터를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 인버터는 제어 가능한 다수의 스위치를 포함하고, 특히 전기 기계에 다상 전류를 공급하기 위해 다상 전류를 제공하도록 형성되고, 이 경우 기준 위상 각은 미리 정해지고, 인버터는 전류를 전류 공간 벡터의 형태로 제공하기 위해 스위치들의 연속하는 상이한 다수의 스위칭 상태들이 설정되도록 제어된다.
또한 본 발명은 인버터를 제어하기 위한, 특히 전기 기계를 제어하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 전류 공간 벡터의 형태로 전류를 제공하기 위해 인버터가 스위치의 연속하는 상이한 다수의 스위칭 상태를 취하도록 인버터를 제어하는 방식으로 형성된 제어유닛을 포함하고, 상기 인버터는 제어 가능한 다수의 스위치를 포함하고, 상기 스위치들은 특히 전기 기계에 다상 전류를 공급하기 위해 기준 위상 각에 따라 다상 전류를 제공하도록 접속된다.
또한 본 발명은, 구동 출력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전기 기계, 전기 기계를 제어하기 위한 인버터, 및 전술한 방식의 인버터를 제어하기 위한 장치를 포함하는 차량 구동 트레인에 관한 것이다.
일반적으로 3상 부하(three-phase load) 및 특히 3상 전기 기계의 기술 분야에서 다양한 제어 방법들이 개시되어 있다. 현재 일반적으로 3상 부하의 제어를 위해 공간 벡터 펄스 폭 변조의 방법이 바람직하다. 이러한 제어 방법에서 공간 벡터는 8개의 기본 전압 벡터의 연속하는 설정에 의해 형성된다. 상전압을 제공하기 위해, 기본 전압 벡터는 펄스 폭 변조 방식으로 스위칭되므로, 적절한 제어 전압이 생성된다.
개시된 제어 방법에서 전기 부하는 파워 반도체 스위치를 포함하는 인버터를 이용해서 제어된다. 전압 공간 벡터의 형성을 위한 연속하는 8개의 기본 전압 벡터의 설정은 인버터의 특정한 파워 반도체 스위치가 교대로 스위치 온 및 스위치 오프됨으로써 이루어진다. 공간 벡터의 회전 속도가 매우 낮을 때 또는 3상 부하가 전기 기계인 경우, 제어되는 전기 기계의 속도가 낮을 때 소수의 파워 반도체 스위치들은 매우 자주 또는 매우 오랫동안 스위칭되므로 매우 오래 또는 매우 자주 유동 전류에 의해 열 부하를 받는다. 따라서 파워 반도체 스위치는 매우 긴 스위치 온 시간 및 매우 큰 전류에 대해 설계되어야 하고, 이로 인해 인버터는 전반적으로 기술적으로 복잡해진다.
파워 반도체 스위치의 특히 열 과부하에 대처하기 위해, 예를 들어 WO 2010/000548A2호에는 특정한 펄스 폭 변조 주기 동안 무전압으로 스위칭 되는 2개의 스위칭 상태들 중 하나의 스위칭 상태를 생략함으로써, 파워 반도체 스위치의 스위칭 손실을 줄이는 것이 제안된다.
인버터의 개별 파워 반도체 스위치의 특히 열 부하는 제공된 전류 공간 벡터의 위상 각에 의존하거나 또는 인버터의 소수의 파워 반도체 스위치들은 제공된 전류 공간 벡터의 특정한 위상 각에서 상이하게 부하를 받기 때문에, 예를 들어 DE 10393516 T1에는 제공된 전류 공간 벡터의 특정한 각도 범위에서 특정한 제로 벡터(zero vector)를 이용함으로써, 파워 반도체 스위치의 스위칭 손실을 줄이는 것이 제안된다.
특정한 제어 상황에서, 특히 전류 공간 벡터의 회전 속도가 매우 낮을 때 개별 파워 반도체 스위치들은 열에 의해 지속적으로 부하를 받고, 이로써 특정한 상황에서 인버터는 불균일하게 부하를 받고, 개별 파워 반도체 스위치들의 과부하가 방지될 수 없는 것이 단점이다.
본 발명의 과제는 개별 파워 반도체 스위치들의 과부하가 방지될 수 있도록 인버터를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 방법 및 청구항 제 12 항에 따른 장치에 의해 해결된다.
본 발명에 따라 전술한 방식의 공간 벡터 펄스 폭 변조를 이용해서 인버터를 제어하기 위한 방법이 제공되고, 이 경우 인버터는 기준 위상 각과는 다른 위상 각에서 전류 공간 벡터가 제공되도록 제어되고, 기준 위상 각과 위상 각의 편차는 적어도 하나의 스위치의 출력 손실 및/또는 온도에 따라 결정된다.
또한 본 발명에 따라 전술한 방식의 인버터를 제어하기 위한 장치가 제공되고, 이 경우 제어유닛은 기준 위상 각과는 다른 위상 각에서 전류 공간 벡터가 제공되는 방식으로 인버터를 제어하도록 형성되고, 기준 위상 각과 위상 각의 편차는 적어도 하나의 스위치의 출력 손실 및/또는 온도에 기초해서 결정된다.
또한 본 발명에 따라 구동 출력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전기 기계, 전기 기계를 제어하기 위한 인버터, 및 전술한 방식의 인버터를 제어하기 위한 장치를 포함하는 차량 구동 트레인이 제공된다.
기준 위상 각과는 다른 위상 각에서 전류 공간 벡터가 제공됨으로써, 제어 가능한 스위치들 중 하나의 스위치는 특히 열 과부하를 받거나 과부하를 받을 우려가 있는 특정한 상황에서 부하 경감될 수 있고, 이로써 과부하를 받은 제어 가능한 스위치의 부하를 경감하고 제어 가능한 다른 스위치에 더욱 부하를 가하는 위상 각에서 전류 공간 벡터가 제공된다.
이로 인해 제어 가능한 스위치들 또는 인버터의 위상들의 부하가 변동될 수 있고 이로써 인버터는 위상에 따라 더 균일하게 부하를 받을 수 있다. 그 결과 임계적 위상 각에 대해서도 인버터 또는 인버터의 위상의 한 면에 과부하를 가하지 않는 전류 공간 벡터가 제공될 수 있다. 따라서 제어 가능한 스위치들은 일반적으로 더 작은 피크 부하값에 대해 설계될 수 있으므로, 인버터는 일반적으로 기술적으로 덜 복잡하고, 더 저렴하게 제조될 수 있다. 또한 스위치들 또는 인버터의 위상들의 더 균일한 부하에 의해 인버터의 수명이 전반적으로 연장된다.
바람직하게는 모든 스위치들 중 최대 손실 및/또는 최대 온도를 갖는 2개 또는 3개의 스위치들의 출력 손실 및/또는 온도가 고려된다.
이로 인해 스위치들의 부하의 피크값들은 간단한 수단에 의해 검출되고 감소할 수 있다.
2개 또는 3개의 스위치들의 최대 손실은 실질적으로 동일하거나 또는 최대로 미리 규정된 값만큼 서로 상이하도록 편차가 설정될 수 있는 경우에 특히 바람직하다.
이로 인해 인버터의 스위치들 또는 위상들의 균일한 부하가 설정될 수 있다.
또한, 편차는 출력 손실의 변동 함수에 따라 결정되는 것이 바람직하고, 변동 함수는 위상 각의 편차에 따라 적어도 하나의 스위치의 출력 손실의 변동을 형성한다.
이로 인해 제어 가능한 스위치들의 출력 손실 및 온도의 변동에 미치는 위상 각의 영향이 고려될 수 있고, 위상 각은 목표 지향적으로 변경될 수 있으므로, 균일한 부하가 달성될 수 있다.
또한, 스위치들 중 하나의 스위치의 온도가 다른 스위치의 온도보다 높고 변동 함수의 값이 미리 규정된 값 범위보다 작으면, 위상 각이 커지고, 변동 함수의 값이 미리 규정된 값 범위보다 크면, 편차가 감소하고, 변동 함수의 값이 미리 규정된 값 범위 내에 있으면, 편차는 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
이로 인해 가장 심하게 부하를 받는 제어 가능한 스위치의 출력 손실 및/또는 온도는 신속하고 정확하게 조정될 수 있는데, 그 이유는 출력 손실 및/또는 온도의 절대값뿐만 아니라 제어 가능한 스위치 내의 출력 손실에 미치는 위상 각의 영향도 고려되기 때문이다.
변동 함수가 위상 각의 편차에 따라 2개의 스위치의 출력 손실의 변동을 형성하는 것이 특히 바람직하다.
이로 인해 추가로 2개의 스위치의 상대적 부하에 미치는 위상 각의 영향이 고려될 수 있고, 이로써 출력 손실 및/또는 온도의 조정은 특히 효과적이 되고, 인버터의 불균일한 부하가 신속하며 효과적으로 저지될 수 있다.
2개 또는 3개의 스위치의 온도가 실질적으로 동일하고 변동 함수의 값이 미리 규정된 값 범위보다 작으면 편차가 증가하는 것이, 그리고 변동 함수의 값이 미리 규정된 값 범위보다 크면 편차는 감소하는 것이, 그리고 변동 함수의 값이 값 범위 내에 있으면 편차는 일정하게 유지되는 것이 특히 바람직하다.
이로 인해 특수한 온도 분포에 개별적으로 반응할 수 있으므로, 인버터의 균일한 부하를 설정하기 위한 방법은 특히 효과적이 된다.
또한 변동 함수가 위상 각의 편차에 따라 최고 온도를 갖는 스위치의 출력 손실의 변동을 형성하는 것이 바람직하다.
이로 인해 하나의 스위치의 피크 부하가 특히 효과적으로 감소하거나 또는 방지될 수 있다.
또한 인버터가 다수의 프리휠링 다이오드를 포함하고, 위상 각의 편차는 또한 적어도 하나의 프리휠링 다이오드의 출력 손실 및/또는 온도에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
이로 인해 프리휠링 다이오드의 부하도 고려될 수 있으므로, 개별 프리휠링 다이오드의 부하는 전반적으로 감소할 수 있고, 프리휠링 다이오드는 더 작은 피크 부하에 대해 설계될 수 있다.
인버터를 이용해서 전기 기계가 제어되고, 기준 위상 각은 전기 기계의 회전각에 따라 결정되고, 특히 회전자 각도에 상응하는 것이 특히 바람직하다.
이로 인해 전기 기계는 낮은 속도에 대해서도 인버터를 이용해서 제어될 수 있고, 이때 제어 가능한 개별 스위치들은 과부하를 받지 않는다.
이로써 전체적으로 인버터의 또는 제어 가능한 개별 스위치들 및/또는 개별 프리휠링 다이오드들의 위상은 부하 경감되고, 인버터는 전반적으로 더 균일하게 부하를 받을 수 있는데, 그 이유는 전류 위상 각의 편차 또는 전류 위상 각의 변경은 제어 가능한 부하에 오히려 더 작은 영향을 미치기 때문이다.
물론 본 발명에 따른 방법의 특징, 특성 및 장점들은 본 발명에 따른 장치에 대해서도 동일하게 관련되고 또는 적용될 수 있다.
도 1은 전기 부하를 제어하기 위한 인버터의 개략적인 형상을 도시한 도면.
도 2는 전기 부하의 인버터를 제어하기 위한 공간 벡터 펄스 폭 변조 방법을 설명하기 위한 복소 벡터다이어그램.
도 3은 상이한 전압 공간 벡터들의 설정을 위한 3개의 상전압의 특성곡선들을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 전기 기계의 회전자 각도와 전기 기계를 제어하기 위한 전류 공간 벡터 사이의 관련성을 설명하기 위한 복소 벡터다이어그램.
도 5는 전류 공간 벡터의 설정을 위한 복소 벡터다이어그램.
도 6은 대안적인 전류 공간 벡터의 설정을 위한 복소 벡터다이어그램.
도 7은 인버터의 제어 가능한 스위치들의 출력 손실 및/또는 온도에 기초해서 전류 공간 벡터를 결정하기 위한 순서를 개략적인 형태로 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 개략적인 플로우차트.
도 1에는 전기 부하, 특히 전기 기계를 제어하기 위한 인버터가 개략적으로 도시되고, 도면부호 10으로 도시된다.
인버터(10)는 직류 전압원(12)에 연결되고, 이 경우에 전기 기계(14), 특히 동기기(14)로서 형성된 전기 부하(14)에 3상 전류를 공급하기 위해 사용된다. 인버터(10)는 3개의 하프 브리지를 포함하고, 상기 브리지들은 직류 전압원(12)에 대해 병렬 접속되고, 각각 제어 가능한 2개의 스위치(S)를 포함한다. 스위치들(S) 사이에 각각 하프 브리지 탭(16)이 형성되고, 상기 하프 브리지 탭들은 각각 전기 기계(14)의 위상들(U, V, W)의 위상 도체에 접속된다.
스위치들(S)에 대해 각각 하나의 프리휠링 다이오드(D)가 병렬 접속되고, 상기 프리휠링 다이오드들은 반대 방향으로 전류 흐름을 가능하게 한다.
도 1에서 스위치들(S)은 스위치가 제공하는 위상(U, V, W)에 따라 그리고 직류 전압원(12)의 높은 전위에 할당 또는 직류 전압원(12)의 낮은 전위에 할당에 따라 SHA, SLA, SHB, SLB, SHC, SLC로 표시된다. 상응하게 프리휠링 다이오드도 DHA, DLA, DHB, DLB, DHC, DLC로 표시된다.
스위치들(S)이 교대로 개방 및 폐쇄됨으로써 위상 도체들(U, V, W) 사이에 각각 제어 전압이 인가되므로, 상응하게 전기 기계(14)를 구동하는 각각 하나의 상전류(IU, IV, IW)가 설정된다. 인버터(10)는 바람직하게 반도체 스위치에 의해 형성된다. 특정한 곡선을 갖는 상전압을 제공하고, 전압 공간 벡터를 제공하고, 전기 기계(14)에 적절하게 전류 공간 벡터 형태의 상전류들(IU, IV, IW)을 공급하기 위해, 인버터(10)의 스위치들(S)은 개략적으로 도시된 제어유닛(18)에 의해 교대로 개방 및 폐쇄된다. 이 경우 전압 벡터는 인버터(10)에 의해 제공되고, 따라서 전류 공간 벡터는 제어되는 부하에 따라 적절하게 설정된다.
도 2에는 전기 부하(14) 또는 전기 기계(14)를 제어하기 위한 공간 벡터 펄스 폭 변조를 설명하는 복소 벡터다이어그램이 도시되고, 도면부호 20으로 표시된다.
벡터다이어그램(20)에 전기 기계(14)의 제어각(α)을 갖는 전압 벡터(V*)가 도시된다. 벡터다이어그램(20)에 또한 6개의 기본 전압 벡터(V1, V2, V3, V4, V5, V6)가 도시되고, 상기 전압 벡터들은 인버터(10)의 하나 또는 2개의 스위치(S)가 폐쇄되고 전기 기계가 상응하게 제어되는 경우에 제공된다. 이 실시예에서 기본 전압 벡터들(V1, V2) 사이에 제어각(α)을 갖고 최대 길이를 갖는 전압 벡터(V*)를 설정하기 위해, 상기 전압 벡터는 기본 전압 벡터(V1, V2)에 따라 인버터(10)가 교대로 제어됨으로써 구현된다. 2개의 기본 전압 벡터(V1, V2)는 미리 규정된 스위칭 주파수에 의해 교대로 설정되므로, 기본 전압 벡터(V1, V2)의 스위치 온 지속시간이 동일한 경우에 30°의 위상 각을 갖는 전압 벡터(V*)가 주어진다. 더 큰 제어각(α)을 갖는 전압 벡터(V*)가 설정되어야 하는 경우에, 상응하게 기본 전압 벡터(V2)의 스위치 온 지속시간이 연장되고, 기본 전압 벡터(V1)의 스위치 온 지속시간은 단축된다. 이로 인해 인버터(10)의 스위치들(S)의 클록 방식의 제어에 의해 임의의 제어각(α)을 갖는 전압 공간 벡터(V*)가 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 경우처럼 기본 전압 공간 벡터(V1, V2)보다 더 작은 크기(더 작은 길이)를 갖는 전압 벡터(V*)가 설정되어야 하는 경우에, 상응하게 인버터(10)의 상부면에 있는 스위치들(SHA, SHB, SHC) 또는 하부면에 있는 스위치들(SLA, SLB, SLC)가 개방되는 제로 전압 벡터들(V0, V7) 중 하나의 벡터가 설정된다. 따라서, 각각의 다른 스위치들(S)은 폐쇄된다. 상응하게 전압 벡터(V*)는 기본 전압 공간 벡터(V1, V2)와 제로 전압 벡터들(V0, V7) 중 하나의 백터의 조합에 의해 구현될 수 있다.
전압 공간 벡터(V*)에 따라 전류 공간 벡터(I*)가 설정된다. 전류 공간 벡터(I*)는 제어되는 전기 부하(14)에 따라 설정되는 진폭과 위상 각을 갖는다. 전류 공간 벡터(I*)의 위상 각은 전압 공간 벡터(V*)의 위상 각(α)과 동일한 위상일 수 있거나 위상 변이를 포함할 수 있다.
부하(14) 또는 전기 기계(14)에 전류 공급을 위해 먼저 전압 공간 벡터(V*)가 제공되고, 이로써 상이한 기본 전압 공간 벡터들(V1-V16)과 제로 전압 벡터들(V0, V7)은 신속한 순서로 차례로 설정되고, 이로 인해 전류 공간 벡터(I*)가 설정된다. 인버터(10)의 상이한 스위치들(S) 및 상이한 프리휠링 다이오드들(D)은 전압 공간 벡터(V*)가 빠르게 회전하는 경우에 균일하게 부하를 받고, 특히 위상에 따라 더욱 균일하게 부하를 받는다. 전압 공간 벡터(V*)의 회전 주파수가 매우 낮거나 또는 제로인 경우에, 예를 들어 전기 기계(10)의 회전 속도가 낮을 때, 위상(U, V, W)의 인버터(10)의 해당 스위치(S) 및 프리휠링 다이오드(D)는 오랜 시간 범위에 걸쳐 부하를 받으므로, 해당 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)의 과부하가 발생할 수 있고, 인버터(10)의 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)은 전반적으로 불균일하게, 특히 위상에 따라 불균일하게 부하를 받는다. 개별 스위치(S) 및 프리휠링 다이오드(D)의 과부하를 방지하기 위해, 상이한 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)에 부하를 분배하기 위한 조치가 취해져야 한다.
도 3에는 기본 전압 공간 벡터들(V0, V1, V2, V7)을 차례로 설정하기 위한 펄스폭 변조 주기(T) 내의 3개의 위상들(U, V, W)의 상전압의 특성 곡선들이 도시된다. 펄스폭 변조 주기(T) 내에 개별 기본 전압 공간 벡터들(V0, V1, V2, V7)의 스위치 온 지속시간(t0, t1, t2, t7)이 변경될 수 있으므로, 전압 공간 벡터(V*)가 정확하게 설정될 수 있다.
스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)의 손실 및 온도는 단지 전압 공간 벡터(V*)의 크기(V), 위상 각(α_V), 전류 공간 벡터(I*)의 크기(I) 및 위상 각(α_I)의 함수이다.
도 4는 전기 기계(14)의 회전자 위치와 전기 기계(14)의 회전자를 구동하기 위한 전류 벡터(I*) 사이의 관련성을 설명하기 위한 복소 벡터다이어그램을 도시한다. 도 4에는 전기 회전자 위치가 개략적으로 도시되고, R로 표시된다. 회전자는 상기 위치에서 전기 회전자 각도(α_R)를 갖는다. 전류 벡터(I*)는 전기 기계(14)의 회전자를 구동하기 위해 전기 회전자 위치(R)에 선행해야 하고, 이로써 회전자에 적절한 토크가 가해질 수 있다. 이로 인해 전류 공간 벡터(I*)는 회전자 각도(α_R)보다 큰 위상 각(α_I)을 갖는다. 도 4에서 전류 공간 벡터(I*)는 편차각(δ_I)만큼 전기 기계(14)의 회전자에 선행한다. 전기 회전자 각도(α_R)와 편차각(δ_I) 사이의 관련성은 하기식에 의해 주어진다:
α_I =α_R + δ_I
상기 식에서, δ_I는 전기 기계(14)의 전기 회전자 각도(α_R)와 전류 공간 벡터(I*) 사이의 각도이다.
편차각(δ_I)은 일반적으로 전기 기계(14)의 작동점과 기계 유형에 따라 고정적으로 사전 설정된다. 다시 말해서 전기 회전자 위치(R)로부터 고정 편차각(δ_I)을 갖는 설정 전류 공간 벡터가 사전 설정된다. 설정 전류 공간 벡터는, 인버터(10)와 전기 기계(14)가 최적의 효율을 갖도록 설정 또는 결정된다. 특정한 전제 조건 하에서 편차각(δ_I)은 변경될 수 있고, 이 경우 이하에서 설명되는 바와 같이 전기 기계(14)의 출력 토크는 영향을 받지 않는다.
도 5에는 전류 공간 벡터(I*)의 복소 벡터다이어그램이 개략적으로 도시된다. 전류 공간 벡터(I*)는 크기(I)와 위상 각(α_S)을 갖는다. 전류 공간 벡터(I*)를 설정하는 인버터(10)가 전기 기계(14)의 제어를 위해 사용되는 경우에, 전기 기계(14)는 토크(M)를 형성한다. 도 5의 복소 벡터다이어그램에서 개별 위상들(U, V, W)은 서로 120°의 각도로 도시된다. 해당하는 위상(U, V, W)에 전류 공간 벡터(I*)의 투영은 할당된 스위치(S)에 설정된 전류에 상응한다. 파선으로 도시된 이러한 투영에 의해 개별 스위치들(S) 또는 프리휠링 다이오드들(D)의 부하가 직접 판독될 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, 스위치(SHA)는 위상(U)에 의해 가장 심하게 부하를 받고, 이 경우 위상(W)의 스위치(SHC)는 위상(V)의 스위치(SHB) 및 스위치(SHA)보다 부하를 덜 받는다.
도 6에는, 접속된 전기 기계(14)의 제공된 토크(M)가 곡선으로 도시되고, 상기 곡선은 동시에 일정한 토크(M)의 곡선을 나타낸다. 전기 기계(14)에 의해 출력된 토크(M)는 각도(δ_I)의 함수이고, 상기 각도만큼 전류 벡터(I*)는 전기 기계(14)의 회전자 및 전류 공간 벡터(I*)의 진폭을 앞선다:
M = f(δ_I, I).
상기 식으로부터 전기 기계(14)에 의해 출력된 토크(M)는, 전류 공간 벡터(I*)가 일정한 토크(M)의 도 6에 도시된 라인을 따르는 경우에 일정한 것을 알 수 있다.
도 6에서, 차이 각(α_I)이 변경될 수 있고, 전기 기계(14)에 의해 출력된 토크는 전류 공간 벡터(I*)가 일정한 토크(M)의 라인을 따르는 경우에 변경되지 않는 것을 알 수 있다.
전류 공간 벡터의 이러한 변동은 도 6의 복소 벡터다이어그램에 개략적으로 도시된다.
도 6에 도시된 복소 벡터다이어그램에는 위상 각(α_1)과 크기(I1)를 갖는 설정 전류 공간 벡터(I1*)가 도시되고, 위상 각(α_2)과 크기(I2)를 갖는 전류 공간 벡터(I2*)가 도시된다. 2개의 전류 공간 벡터(I1*, I2*)는 동일한 토크(M)를 출력하는데, 그 이유는 상기 벡터들은 동일한 토크(M)의 라인에서 연장되기 때문이다. 설정 전류 공간 벡터(I1*)는 도 5의 전류 벡터(I*)와 동일하다. 전류 공간 벡터(I2*)는 설정 전류 공간 벡터(I1*)의 위상 각(α_S)보다 큰 위상 각(α_I)을 갖는다. 위상 각들(α_S, α_I) 사이의 차이는 도 6에 δ_β로서 표시된다. δ_β는 위상 각(α_S)에 따라서 상이한 크기일 수 있고, 최대 +30° 내지 -30°에서 변동할 수 있다. 위상들(U, V, W)의 해당 위상축에 전류 공간 벡터(I2*)의 도 6에 도시된 투영에 의해, 위상(U)에서, 즉 스위치(SHA)에서 전류(IU)는 I1*에 비해 감소하고, 위상(W)에서, 즉 스위치(SHC) 및 프리휠링 다이오드(DLC)에서 전류(IW)는 증가하는 것을 알 수 있다. 전체적으로, 전류 공간 벡터(I2*)의 더 큰 크기에 의한 전류 부하는 설정 전류 공간 벡터(I1*)의 경우보다 크지만, 도 6에 도시된 상기 조치에 의해 가장 심하게 부하를 받는 스위치(SHA)) 및 프리휠링 다이오드(DLA)의 부하는 감소할 수 있다. 이로 인해 가장 심하게 부하를 받는 스위치(S) 및 가장 심하게 부하를 받는 프리휠링 다이오드(DLA)의 피크 부하는 감소할 수 있고, 다른 스위치(S) 또는 프리휠링 다이오드(D)에 부하가 분배될 수 있다. 이로 인해 인버터(10)는 위상에 따라 더 균일하게 부하를 받을 수 있다. 전류 벡터(I2*)는 동일한 토크(M)의 라인을 따르기 때문에, 전기 기계(14)에 의해 동일한 토크(M)가 제공되므로, 상기 조치는 전기 기계(14)의 사용자에게 제약을 형성하지 않고, 예를 들어 토크(M)의 장애(stuttering) 또는 급감이 발생하지 않는다. 설정 전류 공간 벡터(I1*)와는 다른 전류 공간 벡터(I2*)가 설정됨으로써 개별 위상(U, V, W)에 손실이 분배될 수 있고, 이로써 개별 위상들의 개별 부품들의 과부하가 방지될 수 있다. 다시 말해서 이와 같은 결과를 얻기 위해, 위상들(U, V, W)의 더 균일한 부하가 달성될 수 있다.
따라서, 결과적으로 설정 위상 각도(α_S)와는 다른 위상 각도(α_I)를 갖는 대안적인 전류 공간 벡터(I2*)가 제공됨으로써 가장 많은 부하를 받는 스위치(SHA) 및 프리휠링 다이오드(DLA) 또는 가장 심한 부하를 받는 위상(U)의 감소가 달성될 수 있고, 이로써 인버터(10)는 전반적으로 더 균일하게 부하를 받을 수 있다. 본 발명에 따른 방법 및 도 4에 적용하면 이는, +30° 내지 -30°의 차이 각(δ_β)이 설정 전류 공간 벡터(I1*)만큼 변동될 수 있는 경우에, 더 균일한 부하를 달성하기 위해 전류 공간 벡터(I*)의 편차각(δ_I)이 60°만큼 변경될 수 있는 것을 의미한다.
프리휠링 다이오드(D)가 심하게 부하를 받을 수 있는 경우에, 소수의 스위치들(S)의 부하를 경감하기 위해 δ_β도 마이너스 값으로 설정될 수 있다. 도 7에 도시된 제어 상황에서 먼저 제로 전압 벡터(V0)의 선택에 의해 스위치(SHA)의 부하가 경감되고, 이로써 프리휠링 다이오드(DLA)는 더 부하를 받는다. 이로 인해 스위치(SLB, SLB)도 더 부하를 받는다. 위상 각(α_1)의 경우에 프리휠링 다이오드(DLA)는 가장 심하게 부하를 받고, 스위치(SLC)는 덜 심한 부하를 받고, 스위치(SLB)는 매우 작은 부하를 받는다. 이러한 상황에서 α_1보다 작은, 즉 마이너스 편차각(δ_β)을 갖는 위상 각(α_2)에 의해 프리휠링 다이오드(DLA)는 더 심하게 부하를 받고, 이로써 스위치(SLC)는 부하 경감되고 스위치(SLB)는 더 부하를 받는다. 이로 인해 스위치(SLB, SLC)의 부하는 더 균일하게 분배될 수 있다. 이는 물론 프리휠링 다이오드(DLA)의 더 심한 부하를 감수하고 이루어진다.
다시 말해서 먼저 상부 스위치(SH)의 부하는 제로 전압 벡터들(V0, V7)의 적절한 시간에 따른 분배의 선택에 의해 하부 프리휠링 다이오드(DL)로 이동되고, 이어서 제로 전압 벡터(V0, V7)에서 부하는 편차각(δ_β)의 설정에 의해 위상(U, V, W)으로 분배된다. 즉, 전반적으로 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)의 부하는 더 균일하게 설정될 수 있다.
도 6에는 2개의 부하 경우들이 도시된다. 도 7에 모든 부하 경우들을 커버하는 보편적인 방법이 도시된다.
도 7에는 위상 각(α_I)을 스위치들(S) 및/또는 프리휠링 다이오드들(D)의 평가된 또는 측정된 온도(TD, TS)에 기초해서 결정하고 새로운 전류 공간 벡터(I*)를 설정하기 위한 방법이 도시된다. 도 7에서 방법은 도면부호 40으로 표시된다.
입력 변수로서, 일반적으로 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드(D)의 온도(TD, TS)가 사용된다. 42에서 온도(TD, TS)를 통해, 가장 심하게 부하를 받는 상부 스위치(SH), 가장 심하게 부하를 받는 상부 프리휠링 다이오드(DH), 가장 심하게 부하를 받는 하부 스위치(SL) 및 가장 심하게 부하를 받는 하부 프리휠링 다이오드(DL)가 검출된다. 다시 말해서 최고 온도를 갖는 관련 소자가 검출된다. 이러한 온도로부터 44와 46에서 상부 스위치 및/또는 상부 프리휠링 다이오드의 최대 온도(T_H)와 하부면의 최대 온도(T_L)가 검출된다. 48에서 도시된 바와 같이 프리휠링 다이오드(D)의 온도(TD)는 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)의 온도를 비교할 수 있기 위해 인수분해된다. 합산점(50)에서, 상부면의 최대 온도(T_H)와 하부면의 최대 온도(T_L) 사이의 차이(dT)가 검출된다. 52에서 온도차(dT)를 적절하게 보상하기 위해, 온도차(dT)에 따라 변경된 부하 설정값(m)이 결정된다. 온도차 dT > 0인 경우에, 부하 설정값(m)은 감소하고, 온도차 dT < 0인 경우에, 부하 설정값(m)은 증가한다. 결정된 부하 설정값(m)에 따라, 54에서 후속하는 펄스폭 변조 주기(T)를 위한 새로운 스위치 온 지속시간(t0-t7)이 결정된다. 56에서 도시된 바와 같이 새로운 펄스폭 변조 주기(T)에 따라 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)의 변경된 온도들(TD, TS)이 검출되고, 피드백(58)으로 도시된 바와 같이 방법(14)을 위한 새로운 입력 변수로서 제공된다. 이로써 스위치들(S) 및/또는 프리휠링 다이오드들(D)의 측정된 또는 평가된 온도에 기초해서 각각의 펄스폭 변조 주기(T)에 대해 새로운 부하 설정값(m)이 결정될 수 있으므로, 인버터(10)의 상부면과 하부면 사이의 해당하는 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)은 더 균일하게 부하를 받을 수 있다.
위상들(U, V, W)의 균일한 부하가 달성되도록 전류 공간 벡터(I*)의 위상 각(α_I)을 설정하기 위해 먼저 가장 심하게 부하를 받는 3개의 소자들, 즉 스위치들 및/또는 프리휠링 다이오드들이 결정되고, 이들은 하기에서 SDA, SDB, SDC라고 한다.
스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDA, SDB, SDC)은 각각 출력 손실(PA, PB, PC)과 상응하는 온도(TA, TB, TC)를 갖고, 이 경우 프리휠링 다이오드들(D)의 손실과 온도는 적절하게 인수분해됨으로써, 스위치들(S)의 손실 및 온도와 비교될 수 있다. 스위치 또는 프리휠링 다이오드(SDA)의 출력 손실은 크기(I), 위상 각(α_R +δ_I), 부하 설정값(m), 토크(M) 및 회전 주파수(ω)의 함수이고:
PA = f(I, α_R + δ_I, m, M, ω).
따라서 제어 가능한 스위치(S) 또는 프리휠링 다이오드(SDB)의 출력 손실(PB)은 다음과 같다:
PB = f(I, α_R + δ_I, m, M, ω).
제어 가능한 스위치 또는 프리휠링 다이오드들의 균일한 부하를 달성하기 위해, 먼저 최고 온도(TA, TB, TC)를 갖는 3개의 스위치 또는 프리휠링 다이오드(SDA, SDB, SDC)가 선택된다. 이 경우, TA >= TB >= TC가 성립되는 것이 전제된다. 또한, 스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDA, SDB), 즉 2개의 최고 온도(TA, TB)를 갖는 스위치들 및/또는 프리휠링 다이오드들의 출력 손실로부터 변동 함수가 결정된다:
Figure 112014123109588-pct00001
상기 변동 함수 GPS는 편차각(δ_I)에 따라 2개의 스위치 또는 프리휠링 다이오드(SDA, SDB)에서 전체 출력 손실(PA+PB)의 변동을 나타낸다. 상응하게 제 2 변동 함수(GPA)가 결정될 수 있다:
Figure 112014123109588-pct00002
상기 식에서 변동 함수(GPA)는 편차각(δ_I)에 따라 스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDA)에서 출력 손실의 변동을 나타낸다.
스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDA, SDB, SDC)에서 출력 손실 및 관련 온도(TA, TB, TC)에 따라 편차각(δ_I)을 설정하기 위해 3개의 경우들로 분류된다.
먼저, 온도 범위(δ_T)가 규정되고, 상기 온도 범위만큼 제어 가능한 스위치들(SDA, SDB)의 온도가 서로 상이할 수 있으므로, 온도들(TA, TB)은 동일한 것으로 간주된다. 또한, 경계값(+GP, -GP)을 갖는 범위(δ_GP)가 규정되므로, 변동 함수 GPS, GPA가 양, 음 또는 0으로 간주되는지의 여부가 결정될 수 있다.
경우 1 : TA <= TB + δ_T 및 TA > TC + δ_T가 성립되는 경우에, 제어 가능한 스위치 또는 프리휠링 다이오드(SDA, SDB)는 동일한 온도를 갖는 것이 가정된다. 이러한 경우에 3개의 변형예들로 분류된다: GPS < - GP인 경우에, δ_I는 증가한다: GPS > GP인 경우에, δ_I는 감소한다: 그리고 - GP <= GPS <= + GP인 경우에, δ_I는 일정하게 유지된다. 다시 말해서, 편차각(δ_I)이 커짐에 따라 전체 출력 손실(PA + PB)이 감소하는 경우에 편차각(δ_I)은 커지고, 편차각(δ_I)이 커짐에 따라 전체 손실(PA + PB)이 증가하는 경우에 편차각(δ_I)은 작아지고, 따라서 전체 손실(PA + PB)이 감소할 수 있고, 변동 함수(GPS)가 편차 범위(δ_GP) 내에 있는 경우에, 편차각(δ_I)은 일정하게 유지되는데, 그 이유는 이 경우 목표가 이미 달성되었기 때문이다.
경우 2: TA <= TB + δ_T 및 TA <= TC +δ_T인 경우에, 제어 가능한 3개의 스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDA, SDB, SDC)의 온도가 동일한 것이 가정된다. 이러한 경우에 편차각(δ_I)은 일정하게 유지된다.
경우 3: TA > TB +δ_T인 경우에, 제어 가능한 스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDA)의 온도(TA)는 제어 가능한 스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDB, SDC)의 온도(TB, TC)보다 높은 것이 가정된다. 이는, 부하 설정값(m)이 경계값 1 또는 2에 이미 도달한 것을 전제로 할 수 있다. 이러한 경우에 3개의 변형예들로 분류된다: GPA < -GP인 경우에, 편차각(δ_I)은 커진다; GPA > +GP인 경우에, 편차각(δ_I)은 감소하고, -GP <= GPA <= +GP인 경우에, 편차각(δ_I)은 일정하게 유지된다. 다시 말해서 편차각(δ_I)이 커짐에 따라 최고 온도를 갖는 제어 가능한 스위치 또는 프리휠링 다이오드(SDA)의 출력(PA)이 감소하는 경우에, 편차각(δ_I)은 커지고, 편차각(δ_I)이 커짐에 따라 출력(PA)이 증가하는 경우에, 편차각(δ_I)은 작아지고, 따라서 출력 손실(PA)은 감소할 수 있다. GPA가 편차 범위(δGP)의 한계 내에 있는 경우에, 편차각(δ_I)은 일정하게 유지되는데, 그 이유는 이 경우 목표가 이미 달성되었기 때문이다.
도 6을 참고로, 전류 공간 벡터(I1*)가 스위치(SHA)와 프리휠링 다이오드(DLA)에 가장 심하게 부하를 가하고, 이러한 경우에 편차각(δ_I)이 증가하고, 따라서 전류 공간 벡터(I2*)의 위상 각(α_I)이 설정되면, 스위치(SHA)와 프리휠링 다이오드(DLA)의 부하가 감소하고, 위상(W), 즉 스위치(SLC)와 프리휠링 다이오드(DHC)의 부하는 증가하는 것을 알 수 있다. 이로 인해 편차각(δ_I)이 변경됨으로써 인버터의 하나의 스위치(S)는 부하 경감될 수 있고, 인버터(W)의 다른 스위치(S)가 부하를 받으므로, 결과적으로 인버터(10)는 더 균일하게 부하를 받는다.
방법(40)의 대안적 실시예에서, 부하 설정값(m)을 결정하기 위해 소자(S, D)의 온도 대신 손실값이 사용되고, 상기 손실값은 미리 규정된 시간에 걸쳐 관련 소자(S, D)의 출력 손실의 적분 또는 관련 소자(S, D) 내의 전류(I)의 적분 및/또는 관련 소자(S, D) 내의 전류의 제곱 (I2)의 적분에 의해 검출 또는 결정될 수 있다.
방법(40)의 다른 실시예에서 부하 설정값(m)을 결정하기 위해 소자(S, D)의 온도 대신 저역 패스 필터에 의해 필터링된 관련 소자(S, D) 내의 전기적 손실(P) 또는 전류(I) 및/또는 관련 소자(S, D) 내의 전류의 제곱(I2)이 사용된다.
도 8에는 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 개략적인 플로우 차트가 도시되고, 도면부호 60으로 표시된다.
방법(60)은 가장 심하게 부하를 받는 3개의 스위치들 또는 프리휠링 다이오드들(SDA, SDB, SDC)의 선택으로 시작되고, 62에서 도시된 바와 같이, 온도들(TA, TB, TC)의 관계들이 검출된다. 제어 가능한 2개의 스위치 또는 프리휠링 다이오드(SDA, SDB)가 동일한 온도를 갖는 경우에, 64에서 방법(60)이 속행된다. 이러한 경우에 66에서 편차 범위(δ_GP)에 대한 편차 함수(GPS)의 관계가 결정된다. GPS < - δ_GP인 경우에, 68에서 편차각(δ_I)은 증가한다. GPS가 δ_GP보다 큰 경우에, 70에서 편차각(δ_I)은 감소하고, GPS가 편차 범위(δ_GP) 내에 있는 경우에, 72에서 편차각(δ_I)은 일정하게 유지된다.
제 2 경우에 74에서, 제어 가능한 3개의 스위치 또는 프리휠링 다이오드(SDA, SDB, SDC)의 온도(TA, TB, TC)는 동일하고, 76에서 편차각(δ_I)이 일정하게 유지되는 것이 확인된다.
78에서, 선택된 하나의 스위치의 온도가 다른 2개의 선택된 스위치 또는 프리휠링 다이오드의 온도보다 높은지 여부가 확인된다. 이러한 제 3 경우에 80에서 최고 온도를 갖는 스위치 또는 프리휠링 다이오드를 위한 변동 함수(GPA)가 검출되고, 편차 범위(δ_ GP)와 관련해서 고려된다. 변동 함수 GPA < -GP 의 경우에, 82에서 편차각(δ_ I)은 증가한다. 변동 함수(GPA)가 +GP보다 큰 경우에, 84에서 편차각(δ_ I)은 감소한다. 변동 함수(GPA)가 편차 범위(δ_ GP) 내에 있는 경우에, 86에서 편차각(δ_ I)은 일정하게 유지된다.
이로써, 가장 심하게 부하를 받는 제어 가능한 3개의 스위치 및/또는 가장 심하게 부하를 받는 프리휠링 다이오드(SDA, SDB, SDC)의 온도에 따라 편차각(δ_ I)과 부하 설정값(m)이 설정될 수 있으므로, 인버터(10)의 더 균일한 부하가 달성될 수 있다.
10 인버터
12 직류 전압원
14 전기 기계
16 하프 브리지 탭
60 방법
D 프리휠링 다이오드
S 스위치

Claims (13)

  1. 공간-벡터 펄스 폭 변조를 이용해서 인버터(10)를 제어하기 위한 방법(60)으로서, 상기 인버터(10)는 제어 가능한 다수의 스위치(S)를 포함하고, 다상 전류(IU, IV, IW)를 제공하도록 형성되며, 기준 위상 각(α_R)은 미리 정해지고, 상기 인버터(10)는, 상기 전류(IU, IV, IW)를 전류 공간 벡터(I*)의 형태로 제공하기 위해 스위치들(S)의 연속하는 상이한 다수의 스위칭 상태들(V0-V7)이 설정되도록 제어되는 방법에 있어서,
    상기 인버터(10)는 상기 기준 위상 각(α_R)과는 다른 위상 각(α_I)에서 상기 전류 공간 벡터(I*)가 제공되도록 제어되고, 상기 기준 위상 각(α_R)과 상기 위상 각(α_I)의 편차(δ_I)는 적어도 하나의 스위치(S)의 출력 손실(PA, PB, PC) 및/또는 온도(TA, TB, TC)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 모든 스위치들(S) 중 최대 손실(PA, PB, PC) 및/또는 최대 온도(TA, TB, TC)를 갖는 2개 또는 3개의 스위치들(S)의 출력 손실(PA, PB, PC) 및/또는 온도(TA, TB, TC)가 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 편차(δ_I)는, 2개 또는 3개의 스위치들(S)의 최대 손실(PA, PB, PC)이 실질적으로 동일하거나 또는 최대로 미리 규정된 값(δ_T)만큼 서로 상이하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편차(δ_I)는 출력 손실의 변동 함수(GPS, GPA)에 따라 결정되고, 상기 변동 함수(GPS, GPA)는 상기 위상 각(α_I)의 편차(δ_I)에 따라 적어도 하나의 스위치(S)의 출력 손실의 변동을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스위치들(S) 중 하나의 스위치 온도(TA, TB, TC)가 다른 스위치(S)의 온도(TA, TB, TC)보다 높고 상기 변동 함수(GPA, GPS)의 값이 미리 규정된 값 범위(δ_GP)보다 작으면, 상기 편차(δ_I)가 증가하고, 상기 변동 함수(GPA, GPS)의 값이 미리 규정된 값 범위(δ_GP)보다 크면, 상기 편차(δ_I)는 감소하고, 상기 변동 함수(GPS, GPA)의 값이 미리 규정된 값 범위(δ_GP) 내에 있으면, 상기 편차(δ_I)는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 변동 함수(GPA, GPS)는 상기 위상 각의 편차(δ_I)에 따라 2개의 스위치(S)의 출력 손실의 변동을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 3개의 스위치들 중 2개의 스위치들의 온도가 실질적으로 동일하고 상기 변동 함수(GPS, GPA)의 값이 미리 규정된 값 범위(δ_GP)보다 작으면, 상기 편차(δ_I)가 증가하고, 상기 변동 함수(GPA, GPS)의 값이 미리 규정된 값 범위(δ_GP)보다 크면, 상기 편차(δ_β)는 감소하고, 상기 변동 함수(GPA, GPS)의 값이 미리 규정된 값 범위(δ_GP) 내에 있으면, 상기 편차(δ_I)는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 변동 함수(GPA, GPS)는 상기 위상 각의 편차(δ_I)에 따라 최고 온도를 갖는 스위치의 출력 손실의 변동을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 변동 함수(GPA, GPS)는 상기 편차(δ_I)에 따라 최고 온도를 갖는 2개의 스위치(S)의 출력 손실의 변동을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터(10)는 다수의 프리휠링 다이오드(D)를 더욱 포함하고, 상기 위상 각(α_I)의 편차(δ_I)는 적어도 하나의 프리휠링 다이오드(D)의 출력 손실(PA, PB, PC) 및/또는 온도(TA, TB, TC)에 따라 더욱 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터(10)를 이용해서 전기 기계(14)가 제어되고, 상기 기준 위상 각(α_R)은 상기 전기 기계(14)의 회전자 각도(α_R)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 인버터(10)를 제어하기 위한 장치(18)로서, 상기 인버터(10)는 제어 가능한 다수의 스위치(S)를 포함하고, 상기 스위치들은 기준 위상 각에 따라 다상 전류(IU, IV, IW)를 제공하도록 접속되고, 상기 장치는 제어 유닛(18)을 포함하며, 상기 제어 유닛은 전류 공간 벡터(I*)의 형태로 전류(IU, IV, IW)를 제공하기 위해 상기 인버터(10)가 스위치들(S)의 연속하는 상이한 다수의 스위칭 상태(V0-V7)를 취하도록 상기 인버터(10)를 제어하는 방식으로 형성되는, 상기 장치에 있어서,
    상기 제어 유닛(18)은, 기준 위상 각(α_R)과는 다른 위상 각(α_I)에서 전류 공간 벡터(I*)가 제공되는 방식으로 상기 인버터(10)를 제어하도록 형성되고, 상기 기준 위상 각(α_R)과 상기 위상 각(α_I)의 편차(δ_I)는 상기 스위치들 중 적어도 하나의 스위치(S)의 출력 손실(PA, PB, PC) 및/또는 온도(TA, TB, TC)에 기초해서 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 구동 출력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전기 기계(14), 상기 전기 기계(14)를 제어하기 위한 인버터(10) 및 제 12 항에 따른 상기 인버터(10)를 제어하기 위한 장치(18)를 포함하는 차량 구동 트레인.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012210641A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters
DE102012210652A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters
JP6279898B2 (ja) * 2013-12-26 2018-02-14 株式会社東芝 スイッチング制御装置
DE102014007593A1 (de) * 2014-05-26 2015-11-26 Schneider Electric Industries Sas Verfahren zur Ansteuerung eines Motors, Frequenzumrichter und Umrichtermotor
DE102014108667A1 (de) * 2014-06-20 2015-12-24 Technische Universität Braunschweig Stromrichter und Computerprogramm
KR20180106543A (ko) * 2017-03-21 2018-10-01 엘에스산전 주식회사 인버터 제어방법
WO2020206004A1 (en) * 2019-04-01 2020-10-08 Rivian Ip Holdings, Llc Methods and systems for improving current capability for electric motors
US11374514B2 (en) 2019-04-25 2022-06-28 Black & Decker Inc. Sensorless variable conduction control for brushless motor
EP3959806B1 (de) * 2019-06-06 2023-08-16 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Umrichter und verfahren zu dessen betrieb
US11374519B2 (en) 2019-06-10 2022-06-28 Black & Decker Inc. Field-oriented sensorless brushless motor control in a power tool
KR20210136237A (ko) * 2020-05-07 2021-11-17 현대자동차주식회사 친환경 차량의 오일 승온 시스템 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011045214A (ja) 2009-08-24 2011-03-03 Daikin Industries Ltd インバータ装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3236983B2 (ja) * 1995-04-17 2001-12-10 株式会社日立製作所 電力変換装置
CN100411284C (zh) * 2002-10-15 2008-08-13 国际整流器公司 用于永磁电机驱动装置的空间矢量脉宽调制装置
US6819078B2 (en) 2002-10-15 2004-11-16 International Rectifier Corporation Space vector PWM modulator for permanent magnet motor drive
US7061134B2 (en) * 2003-08-01 2006-06-13 General Motors Corporation Method and system for improved thermal management of a voltage source inverter operating at low output frequency utilizing a zero vector modulation technique
US7888905B2 (en) * 2008-01-11 2011-02-15 GM Global Technology Operations LLC Method and system for controlling a power inverter in electric drives
CN201256377Y (zh) * 2008-06-26 2009-06-10 上海日立电器有限公司 一种直流变频冰箱驱动模块
DE102008040144A1 (de) 2008-07-03 2010-01-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung einer Raumzeigerpulsweitenmodulation
WO2010119526A1 (ja) * 2009-04-15 2010-10-21 三菱電機株式会社 インバータ装置、電動機駆動装置、冷凍空調装置、及び発電システム
JP5428749B2 (ja) * 2009-10-22 2014-02-26 ダイキン工業株式会社 インバータの制御方法
JP5437334B2 (ja) * 2011-09-06 2014-03-12 日産自動車株式会社 電力変換装置
DE102012210641A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters
DE102012210650A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechelrichters
DE102012210652A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters
US9479084B2 (en) * 2013-02-20 2016-10-25 Infineon Technologies Ag Pseudo zero vectors for space vector modulation and enhanced space vector modulation
JP6067105B2 (ja) * 2013-04-12 2017-01-25 三菱電機株式会社 電力変換装置、およびそれを備えたモータ駆動装置、およびそれを備えた送風機、圧縮機、およびそれらを備えた空気調和機、冷蔵庫、ならびに冷凍機
US9274159B2 (en) * 2013-07-16 2016-03-01 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring an electric power circuit
US9369071B2 (en) * 2014-02-20 2016-06-14 Ford Global Technologies, Llc Discontinuous pulse width modulation
GB201506183D0 (en) * 2015-04-23 2015-05-27 Rolls Royce Plc Inverter control method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011045214A (ja) 2009-08-24 2011-03-03 Daikin Industries Ltd インバータ装置

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Publication number Publication date
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