用于操控逆變器的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于借助于空間矢量調(diào)制來操控逆變器(10)、尤其是用于操控電機(jī)(14)的方法(60)，其中逆變器(10)具有多個可控開關(guān)(S)并且被構(gòu)造為提供多相電流(IU,IV,IW)，尤其是以便給電機(jī)(14)多相地供應(yīng)電流，其中預(yù)先給定參考相角(alpha_R)，其中逆變器(10)被操控為使得開關(guān)(S)的多個彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài)(V0-V7)被設(shè)立為以電流空間矢量(I*)的形式提供所述電流(IU,IV,IW)。在此，逆變器(10)被操控為使得提供具有與參考相角(alpha_R)相偏離的相角(alpha_I)的電流空間矢量(I*)，其中相角(alpha_I)與參考相角(alpha_R)的偏差(delta_I)根據(jù)所述開關(guān)(S)至少之一的損耗功率(PA,PB,PC)和/或溫度(TA,TB,TC)來確定。
【專利說明】用于操控逆變器的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于借助于空間矢量調(diào)制來操控逆變器、尤其是用于操控電機(jī)的 方法，其中逆變器具有多個可控開關(guān)并且被構(gòu)造為提供多相電流，尤其是以便給電機(jī)多相 地供應(yīng)電流，其中預(yù)先給定參考相角，其中該逆變器被操控為使得開關(guān)的多個彼此相繼的 不同開關(guān)狀態(tài)被設(shè)立為以電流空間矢量形式提供電流。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種用于操控逆變器、尤其是用于操控電機(jī)的裝置，其中逆變器具 有多個可控開關(guān)，所述開關(guān)被連接為根據(jù)參考相角提供多相電流、尤其是以便給電機(jī)多相 地通電，該裝置具有控制設(shè)備，該控制設(shè)備被構(gòu)造為將逆變器操控為使得逆變器采取開關(guān) 的多個彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài)，以便以電流空間矢量形式提供電流。
[0003] 本發(fā)明還涉及一種機(jī)動車輛驅(qū)動系統(tǒng)，該機(jī)動車輛驅(qū)動系統(tǒng)具有至少一個用于提 供操控功率的電機(jī)、用于操控電機(jī)的逆變器、以及用于操控上述類型的逆變器的裝置。

【背景技術(shù)】
[0004] -般而言在旋轉(zhuǎn)電流耗電器的領(lǐng)域中以及尤其是在旋轉(zhuǎn)電流電機(jī)的領(lǐng)域中已知 不同操控方法。在此，當(dāng)前通常優(yōu)選用于操控旋轉(zhuǎn)電流耗電器的空間矢量調(diào)制方法。在該 操控方法情況下，通過彼此相繼地設(shè)定八個基本電壓矢量來形成空間矢量。為了提供支線 電壓，該基本電壓矢量以脈寬調(diào)制的方式被開關(guān)，使得生成相應(yīng)的操控電壓。
[0005] 在已知的操控方法中，耗電器借助于具有功率半導(dǎo)體開關(guān)的逆變器來操控。用于 生成電壓空間矢量的八個彼此相繼的基本電壓矢量的設(shè)定通過交替地接通和關(guān)斷逆變器 的確定的功率半導(dǎo)體開關(guān)來實現(xiàn)。在空間矢量的旋轉(zhuǎn)速度非常小的情況下或如果旋轉(zhuǎn)電流 耗電器是電機(jī)，在所操控的電機(jī)的轉(zhuǎn)速小的情況下，功率半導(dǎo)體開關(guān)中的個別功率半導(dǎo)體 開關(guān)被非常頻繁或非常長時間地開關(guān)，并且因此通過非常長時間或非常頻繁地流動的電流 而被加熱載荷。因此，功率半導(dǎo)體開關(guān)必須針對非常長的接通時間以及針對非常大的電流 來設(shè)計，由此逆變器一般而言是技術(shù)上耗費的。
[0006] 為了應(yīng)對功率半導(dǎo)體開關(guān)的尤其是熱的過載，例如在WO2010/000548A2中提出， 讓兩個無電壓地開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)之一在確定的脈寬調(diào)制周期中取消，以便減小功率半導(dǎo)體 開關(guān)的開關(guān)損耗。
[0007] 由于逆變器的各個功率半導(dǎo)體開關(guān)的尤其是熱的載荷依賴于所提供的電流空間 矢量的相角或逆變器的功率半導(dǎo)體開關(guān)中的個別功率半導(dǎo)體開關(guān)針對所提供的電流空間 矢量的確定的相角被不同地加載荷，因此例如在DE10393516Tl中提出，在所提供的電流 空間矢量的確定角范圍中使用確定的零矢量，以便減小功率半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)損耗。
[0008] 在此不利的是，在確定的操控情況下、尤其是在電流空間矢量的旋轉(zhuǎn)速度非常小 的情況下，功率半導(dǎo)體開關(guān)中的個別功率半導(dǎo)體開關(guān)被持續(xù)地加熱載荷，并且因此在確定 的情況下，逆變器被不均勻地加載荷并且功率半導(dǎo)體開關(guān)中的個別功率半導(dǎo)體開關(guān)的過載 不能被避免。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明，因此提供開頭所述類型的用于借助于空間矢量調(diào)制來操控逆變器的 方法，其中逆變器被操控為使得提供具有與參考相角相偏離的相角的電流空間矢量，其中 該相角同參考相角的偏差根據(jù)所述開關(guān)至少之一的損耗功率和/或溫度被確定。
[0010] 因此，根據(jù)本發(fā)明還提供開頭所述類型的用于操控逆變器的裝置，其中控制設(shè)備 被構(gòu)造為將逆變器操控為使得提供具有與參考相角相偏離的相角的電流空間矢量，其中該 相角與參考相角的偏差基于所述開關(guān)至少之一的損耗功率和/或溫度被確定。
[0011] 最后，根據(jù)本發(fā)明提供一種機(jī)動車輛驅(qū)動系統(tǒng)，該機(jī)動車輛驅(qū)動系統(tǒng)具有至少一 個用于提供驅(qū)動功率的電機(jī)、用于操控電機(jī)的逆變器并且具有用于操控上述類型的逆變器 的裝置。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點 通過提供具有與參考相角不同的相角的電流空間矢量，可控開關(guān)之一可以在該可控開 關(guān)尤其是被熱過載或者存在過載危險的確定情況下被去載荷，其方式是，提供具有如下相 角的電流空間矢量：該相角對過載的可控開關(guān)去載荷并且對另一可控開關(guān)更強地加載荷。
[0013] 由此，可控開關(guān)或逆變器的相的載荷可以被改變并且因此逆變器可以按相均勻地 被加載荷。結(jié)果，因此也可以針對臨界相角提供不使逆變器或逆變器的相單側(cè)地過載的電 流空間矢量。因此，可控開關(guān)一般而言可以針對較小峰值載荷值來設(shè)計，由此逆變器一般而 言可以在技術(shù)上更低成本和更廉價地制造。另外，通過逆變器的開關(guān)或相的更均勻的載荷， 逆變器的壽命總體上可以延長。
[0014] 優(yōu)選地考慮具有所有開關(guān)的最大損耗和/或最大溫度的兩個或三個開關(guān)的損耗 功率和/或溫度。
[0015] 由此可以以簡單手段檢測并減小開關(guān)的載荷的峰值。
[0016] 在此特別優(yōu)選的是，將偏差設(shè)定為使得所述兩個或三個開關(guān)的最大損耗基本上相 等或者彼此最大相差預(yù)定義的值。
[0017] 由此可以設(shè)定逆變器的開關(guān)或相的均勻載荷。
[0018] 此外優(yōu)選的是，根據(jù)損耗功率的改變函數(shù)來確定偏差，并且其中該改變函數(shù)形成 至少一個開關(guān)的損耗功率根據(jù)相角的偏差的改變。
[0019] 由此可以考慮相角對可控開關(guān)的損耗功率以及由此溫度的改變的影響，并且有目 的地改變相角，以便實現(xiàn)均勻的載荷。
[0020] 此外優(yōu)選的是，如果所述開關(guān)中的一個開關(guān)的溫度大于另一開關(guān)的溫度并且改變 函數(shù)的值小于預(yù)定義的值范圍，則增大相角，并且其中如果改變函數(shù)的值大于預(yù)定義的值 范圍，則減小該偏差，并且其中如果改變函數(shù)的值處于預(yù)定義的值范圍之內(nèi)，則將該偏差保 持恒定。
[0021] 由此，可以快速和精確地匹配被最強地加載荷的可控開關(guān)的損耗功率和/或溫 度，因為不僅考慮損耗功率和/或溫度的絕對值，而且也考慮相角對可控開關(guān)中的損耗功 率的影響。
[0022] 在此特別優(yōu)選的是，改變函數(shù)形成兩個開關(guān)的損耗功率根據(jù)相角的偏差的改變。
[0023] 由此可以附加地考慮相角對所述開關(guān)中的兩個開關(guān)的相對載荷的影響，由此對損 耗功率和/或溫度的匹配變?yōu)樘貏e有效的，并且可以快速和有效地對抗逆變器的不均勻的 載荷。
[0024] 在此特別優(yōu)選的是，如果所述三個開關(guān)中的兩個開關(guān)的溫度基本上相等并且改變 函數(shù)的值小于預(yù)定義的值范圍，則增大該偏差，并且其中如果改變函數(shù)的值大于預(yù)定義的 值范圍，則減小該偏差，并且其中如果改變函數(shù)的值處于預(yù)定義的值范圍之內(nèi)，則將該偏差 保持恒定。
[0025] 由此可以單獨地對特殊的溫度分布作出反應(yīng)，由此該方法對于設(shè)定逆變器的均勻 載荷變?yōu)樘貏e有效的。
[0026] 此外優(yōu)選的是，改變函數(shù)形成具有最高溫度的開關(guān)的損耗功率根據(jù)相角的偏差的 改變。
[0027] 由此可以特別有效地減少或避免開關(guān)之一的峰值載荷。
[0028] 此外優(yōu)選的是，逆變器還具有多個空轉(zhuǎn)二極管，并且其中相角的偏差還根據(jù)所述 空轉(zhuǎn)二極管至少之一的損耗功率和/或溫度來確定。
[0029] 由此同樣可以考慮空轉(zhuǎn)二極管的載荷，由此可以總體上減少空轉(zhuǎn)二極管中的個別 空轉(zhuǎn)二極管的載荷并且可以針對較小的峰值載荷來設(shè)計空轉(zhuǎn)二極管。
[0030] 特別優(yōu)選的是，借助于逆變器來操控電機(jī)并且其中參考相角根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角來 確定、尤其是對應(yīng)于該轉(zhuǎn)子角。
[0031] 由此也可以針對小轉(zhuǎn)速借助于逆變器來操控電機(jī)，而不使可控開關(guān)中的個別開關(guān) 過載。
[0032] 因此，總體上可以給逆變器的相或可控開關(guān)中的個別開關(guān)和/或空轉(zhuǎn)二極管中的 個別空轉(zhuǎn)二極管去載荷并且總體上給逆變器更加均勻地加載荷，因為電流相角的偏差或電 流相角的改變對可控負(fù)載具有更小的作用。
[0033] 能夠理解，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征、特點和優(yōu)點也可以相應(yīng)地適用于或應(yīng)用于 根據(jù)本發(fā)明的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 圖1以示意性形式示出了用于操控耗電器的逆變器； 圖2示出了闡述用于操控耗電器的逆變器的空間矢量調(diào)制方法的復(fù)矢量圖； 圖3以示意性形式示出了用于設(shè)定不同電壓空間矢量的三個支線電壓的變化曲線； 圖4示出了闡述電機(jī)的轉(zhuǎn)子角與用于驅(qū)動電機(jī)的電流空間矢量之間的關(guān)聯(lián)的復(fù)矢量 圖； 圖5以示意性形式示出了用于設(shè)定電流空間矢量的復(fù)矢量圖； 圖6示出了用于設(shè)定可替換的電流空間矢量的復(fù)矢量圖； 圖7以示意性形式示出了基于逆變器的可控開關(guān)的損耗功率和/或溫度確定電流空間 矢量的流程；以及 圖8示出了用于闡述根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性流程圖。

【具體實施方式】
[0035] 在圖1中示意性地示出了用于操控耗電器、尤其是電機(jī)的逆變器，并將其總體上 用10來表不。
[0036] 逆變器10與直流電壓源12連接，并且用于三相地給耗電器14通電，該耗電器14 在這種情況下被構(gòu)造成電機(jī)14、尤其是同步電機(jī)14。逆變器10具有半橋，該半橋與直流電 壓源12并聯(lián)并且分別具有兩個可控開關(guān)S。在開關(guān)S之間分別形成半橋分接頭16,所述半 橋分接頭16分別與電機(jī)14的相U、V、W的相導(dǎo)線連接。
[0037] 與開關(guān)S分別并聯(lián)有空轉(zhuǎn)二極管D，所述空轉(zhuǎn)二極管D實現(xiàn)相反方向的電流流動。
[0038] 圖1中根據(jù)開關(guān)S所提供的相U、V、W以及根據(jù)到直流電壓源12的高電勢或直流 電壓源12的低電勢的分配用SHA、SLA、SHB、SLB、SHC、SLC來表示開關(guān)S。相應(yīng)地用DHA、 DLA、DHB、DLB、DHC、DLC來表示空轉(zhuǎn)二極管。
[0039] 通過交替地斷開和閉合開關(guān)S，在相導(dǎo)線U、V、W之間分別施加操控電壓，使得相應(yīng) 地分別產(chǎn)生驅(qū)動電機(jī)14的相電流IU、IV、IW。逆變器10優(yōu)選地借助于半導(dǎo)體開關(guān)來構(gòu)造。 逆變器10的開關(guān)S借助于示意性示出的控制單元18被交替地斷開和閉合，以便提供具有 確定的變化曲線的相電壓并且提供電壓空間矢量以及相應(yīng)地給電機(jī)14接通電流空間矢量 形式的相電流IU、IV、IW。在此，電壓矢量由逆變器10來提供，然后根據(jù)所操控的負(fù)載相應(yīng) 地設(shè)定電流空間矢量。
[0040] 圖2中示出了闡述用于操控耗電器14或電機(jī)14的空間矢量調(diào)制的復(fù)矢量圖，并 將該復(fù)矢量圖總體上用20來表示。
[0041] 在矢量圖20中示出了電機(jī)14的具有操控角Alpha的電壓矢量V'在矢量圖20中 還示出了 6個基本電壓矢量VI、V2、V3、V4、V5、V6,所述電壓矢量VI、V2、V3、V4、V5、V6在 逆變器10的開關(guān)S中的個別或兩個被閉合并且電機(jī)被相應(yīng)地操控時得出。為了將電壓矢 量f設(shè)定為具有最大長度，該電壓矢量在本示例中具有基本電壓矢量Vl和V2之間的操控 角Alpha，該電壓矢量通過根據(jù)基本電壓矢量Vl和基本電壓矢量V2交替地操控逆變器10 而實現(xiàn)。兩個基本電壓矢量VI、V2交替地用預(yù)定義的開關(guān)頻率來設(shè)定，使得在基本電壓矢 量VI、V2的接通時長相等的情況下得出30°相角的電壓矢量V'如果必須將電壓矢量f 設(shè)定為具有較大操控角Alpha，則相應(yīng)地延長基本電壓矢量V2的接通時長并且縮短基本電 壓矢量Vl的接通時長。因此，可以通過時鐘控制地操控逆變器10的開關(guān)S來實現(xiàn)具有任 意操控角的電壓空間矢量V'
[0042] 如果電壓矢量V#如在圖2中所示情況下那樣應(yīng)當(dāng)被設(shè)定為具有比基本電壓空間 矢量VI、V2更小的數(shù)值(較小長度)，則相應(yīng)地設(shè)定零電壓矢量VO、V7之一，其中逆變器10 的上側(cè)上的開關(guān)SHA、SHB、SHC或下側(cè)上的開關(guān)SLA、SLB、SLC被斷開。開關(guān)S中的分別其 他開關(guān)被相應(yīng)地閉合。電壓矢量f可以相應(yīng)地通過基本電壓空間矢量Vl和V2以及零電 壓矢量VO、V7之一的組合來實現(xiàn)。
[0043] 根據(jù)電壓空間矢量V#產(chǎn)生電流空間矢量Γ。電流空間矢量Γ具有根據(jù)所操控的 耗電器14產(chǎn)生的幅度和相角。電流空間矢量Γ的相角可以與電壓空間矢量V#的相角α 同相，或者具有相移。
[0044] 為了給耗電器14或電機(jī)14通電，首先通過如下方式來提供電壓空間矢量V%快速 連續(xù)地相繼設(shè)定不同的基本電壓空間矢量Vl-V6和零電壓矢量VO、V7,由此產(chǎn)生電流空 間矢量Γ。逆變器10的不同開關(guān)S和不同空轉(zhuǎn)二極管D在快地旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量Vi的 情況下被均勻地加載荷、尤其是按相均勻地加載荷。如果電壓空間矢量f的旋轉(zhuǎn)頻率非常 小或為零，例如在電機(jī)10的轉(zhuǎn)速小的情況下，則相U、V、W的逆變器10的相應(yīng)開關(guān)S和空轉(zhuǎn) 二極管D在長時期內(nèi)都被加載荷，使得可能出現(xiàn)相應(yīng)開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D的過載，并且逆 變器10的開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D-般而言非均勻地、尤其是按相非均勻地被加載荷。為了 防止開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D中的個別過載，必須采取措施以便將載荷分布到開關(guān)S和空轉(zhuǎn) 二極管D中的不同開關(guān)和空轉(zhuǎn)二極管上。
[0045] 在圖3中示出了脈寬調(diào)制周期T內(nèi)的三個相U、V、W的相電壓的變化曲線，以便相 繼設(shè)定基本電壓空間矢量V0、VI、V2、V7。在脈寬調(diào)制周期T內(nèi)，可以改變各個基本電壓空 間矢量V0、VI、V2、V7的接通時長t0、tl、t2、t7,以便能夠精確地設(shè)定電壓空間矢量V'
[0046] 開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D的損耗以及由此溫度僅僅是電壓空間矢量V#的數(shù)值V、相 角alpha_V、電流空間矢量Γ的數(shù)值I以及相角alpha_I的函數(shù)。
[0047] 圖4示出了用于闡述電機(jī)14的轉(zhuǎn)子位置與用于驅(qū)動電機(jī)14的轉(zhuǎn)子的電流矢量Γ 之間的關(guān)聯(lián)的復(fù)矢量圖。在圖4中示意性地示出并用R表示電轉(zhuǎn)子位置。轉(zhuǎn)子在該位置處 具有電轉(zhuǎn)子角alpha_R。電流矢量Γ為了驅(qū)動電機(jī)14的轉(zhuǎn)子必須超前于電轉(zhuǎn)子位置R，以 便向該轉(zhuǎn)子施加相應(yīng)轉(zhuǎn)矩。出于該原因，電流空間矢量Γ具有比轉(zhuǎn)子角alpha_R更大的相 角alpha_I。在圖4中，電流矢量Γ以偏差角delta_I超前于電機(jī)14的轉(zhuǎn)子。電轉(zhuǎn)子角 alpha_R與偏差角delta_I之間的關(guān)聯(lián)由下列公式給定： alpha J = alpha_R + detia_l 其中delta_I是電機(jī)14的電轉(zhuǎn)子角電流空間矢量Γ之間的角度。
[0048] 偏差角delta_I通常是根據(jù)機(jī)器類型和電機(jī)14的工作點固定地預(yù)先給定的。換 言之，從電轉(zhuǎn)子位置R出發(fā)預(yù)先給定具有固定偏差角delta_I的額定電流空間矢量。在此， 額定電流空間矢量被設(shè)定或確定為使得逆變器10和電機(jī)14具有最優(yōu)效率。在確定的前提 條件下，可以改變偏差角delta_I而不妨害電機(jī)14的輸出轉(zhuǎn)矩，這將在后面進(jìn)一步闡述。
[0049] 在圖5中示意性示出了電流空間矢量Γ的復(fù)矢量圖。電流空間矢量Γ具有數(shù)值 I和相角alpha_S。如果設(shè)定電流空間矢量Γ的逆變器10被用于操控電機(jī)14,則電機(jī)14 生成轉(zhuǎn)矩M。在來自圖5的復(fù)矢量圖中，示出了彼此成120°的各個相U、V、W。在此，電流 空間矢量Γ到相應(yīng)相U、V、W上的投影對應(yīng)于在所分配的開關(guān)S中設(shè)定的電流。通過由虛 線表明的該投影，因此可以直接讀出各個開關(guān)S或空轉(zhuǎn)二極管D的載荷。在來自圖5的所 示示例中，因此通過相U給開關(guān)SHA最強地加載荷，其中相W的開關(guān)SHC與開關(guān)SHA相比被 較少地加載荷，并且相V的開關(guān)SHB被非常少地加載荷。
[0050] 在圖6中作為曲線示出了所連接的電機(jī)14的所提供的轉(zhuǎn)矩M，其同時示出了恒定 轉(zhuǎn)矩M的曲線。由電機(jī)14輸出的轉(zhuǎn)矩M是電流矢量Γ超前于電機(jī)14的轉(zhuǎn)子的角度Delta_ I和電流空間矢量Γ的幅度的函數(shù)： M = _ellaj,〇。
[0051] 由此可以看出，如果電流空間矢量Γ遵循恒定轉(zhuǎn)矩M的在圖6中所示的線，則從 電機(jī)14輸出的轉(zhuǎn)矩M是恒定的。
[0052] 從圖6中可以看出，如果電流空間矢量Γ遵循恒定轉(zhuǎn)矩M的線，則相差角alpha_ I可以改變而電機(jī)14所輸出的轉(zhuǎn)矩不改變。
[0053] 電流空間矢量的這樣的改變在圖6中的復(fù)矢量圖中予以示意性示出。
[0054] 在圖6中所示的復(fù)矢量圖中，示出了具有相角alphal和數(shù)值Il的電流空間矢量 11'以及具有相角alpha2和數(shù)值12的電流空間矢量12'兩個電流空間矢量11'12#都輸 出相同轉(zhuǎn)矩M，因為其在相同轉(zhuǎn)矩M的線上延伸。額定電流空間矢量If與來自圖5的電流 矢量Γ相同。電流空間矢量12#具有相角alpha_I，其大于額定電流空間矢量If的相角 alpha_S。相角 3]^1^_3與3]^113_1 之差在圖 6 中表不成delta_beta。delta_beta可以根 據(jù)相角為不一樣大的，并且最大在+30°與-30°之間波動。通過圖6中所示的 電流空間矢量I2l_U、V、W的相應(yīng)相軸線上的投影，變得明顯的是，相U中、即開關(guān)SHA中 的電流IU與If相比被減小，并且相W中、即開關(guān)SHC和空轉(zhuǎn)二極管DLC中的電流IW被提 高。總體上，電流載荷由于電流空間矢量12#的較大數(shù)值而比在電流空間矢量If的情況下 更大，但是通過該措施如從圖6中可以看出的，最強地加載荷的開關(guān)SHA和空轉(zhuǎn)二極管DLA 的載荷可以被減小。由此，可以減小最強地加載荷的開關(guān)S以及最強地加載荷的空轉(zhuǎn)二極 管D的峰值載荷，并且將載荷分布到其它開關(guān)S或空轉(zhuǎn)二極管D上。由此可以按相更均勻 地給逆變器10加載荷。由于電流矢量12#遵循相同轉(zhuǎn)矩M的線，因此由電機(jī)14提供相同 轉(zhuǎn)矩M，使得這些措施不對電機(jī)14的用戶構(gòu)成限制，并且例如不出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩M的拖行或擾動。 通過設(shè)定與額定電流空間矢量If相偏離的電流空間矢量12%可以將損耗分布在各個相U、 V、W中，并且因此避免各個相的各個構(gòu)件的過載。換言之，因此可以實現(xiàn)相U、V、W的更均勻 載荷，以便實現(xiàn)相同結(jié)果。
[0055] 結(jié)果，因此可以通過提供具有與額定相角alpha_S相偏離的相角alpha_I的可替 換的電流空間矢量12#來實現(xiàn)最大加載荷的開關(guān)SHA和空轉(zhuǎn)二極管DLA或最強地加載荷的 相U的減小，并且因此總體上對逆變器10更均勻地加載荷。轉(zhuǎn)用到根據(jù)本發(fā)明的方法和圖 4意味著，如果相差角delta_beta可以在額定電流空間矢量If周圍在+30°與-30°之間 波動，則電流空間矢量Γ的偏差角delta_I可以波動60°，以便實現(xiàn)更均勻的載荷。
[0056] 如果空轉(zhuǎn)二極管D可強烈地加載荷，則也可以設(shè)定具有負(fù)值的delta_beta，以便 給開關(guān)S中的個別開關(guān)去載荷。在圖7中所示的操控情況下，首先通過選擇零電壓矢量VO 來給開關(guān)SHA去載荷并且因此給空轉(zhuǎn)二極管DLA更強地加載荷。由此也給開關(guān)SLB、SLB更 強地加載荷。針對相角alpha_l，于是空轉(zhuǎn)二極管DLA被最強地加載荷，開關(guān)SLC被不那么 強地加載荷，并且開關(guān)SLB非常小地被加載荷。在該情況下，可以通過比alpha_l小的相角 alpha_2、即用負(fù)偏差角delta_beta來給空轉(zhuǎn)二極管DLA更強地加載荷，但是由此給開關(guān) SLC去載荷并給開關(guān)SLB更強地加載荷。因此，可以更均勻地分布開關(guān)SLB和SLC的載荷。 但是這以空轉(zhuǎn)二極管DLA的更強載荷為代價進(jìn)行。
[0057] 換言之，首先將載荷從上面的開關(guān)SH轉(zhuǎn)移、具體而言通過選擇零電流矢量VO、V7 的合適時間分布轉(zhuǎn)移到下面的空轉(zhuǎn)二極管DL，并且然后將零電壓矢量V0、V7情況下的載荷 通過設(shè)定偏差角delta_beta分布到相U、V、W上。因此，總體上可以更均勻地設(shè)定開關(guān)S和 空轉(zhuǎn)二極管D的載荷。
[0058] 在圖6中示出了兩種載荷情況。在圖7中示出了覆蓋所有載荷情況的一般性方法。
[0059] 在圖7中示出了一種方法，用于基于開關(guān)S和/或空轉(zhuǎn)二極管D的所估計或所測 量的溫度TD、TS來確定相角alpha_I并設(shè)定新的電流空間矢量Γ。在圖7中總體上用40來 表示該方法。
[0060] 開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D的溫度TD、Ts總體上用作輸入?yún)⒘?。?2,通過溫度TD、 Ts來確定最強地加載荷的上面的開關(guān)SH、最強地加載荷的上面的空轉(zhuǎn)二極管DH、最強地記 載和的下面的開關(guān)SL以及最強地加載荷的下面的空轉(zhuǎn)二極管DL。換言之，確定具有最高 溫度的相應(yīng)器件。在44和46,從這些溫度中確定上面的開關(guān)和/或上面的空轉(zhuǎn)二極管的 最大溫度T_H以及下側(cè)的最大溫度T_L。在此，空轉(zhuǎn)二極管D的溫度Td被作為因素分析 (faktorisieren)，以便能夠比較開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D的溫度，這如在48所示。在加法點 50,確定上側(cè)的最大溫度T_H與下側(cè)的最大溫度T_L之差。在52,根據(jù)溫度差dT確定經(jīng)改 變的載荷額定值，以便相應(yīng)地均衡溫度差dT。如果溫度差dT>0,則載荷額定值m被減小，并 且如果溫度差dT〈0,則載荷額定值m被提高。根據(jù)這樣確定的載荷額定值m，在54為后面 的脈寬調(diào)制周期T確定新的接通時長t〇-t7。根據(jù)該新的脈寬調(diào)制周期T，確定開關(guān)S和空 轉(zhuǎn)二極管D的經(jīng)改變的溫度TD、Ts，這如在56所示，并且將其作為方法14的新的輸入?yún)⒘?來提供，這如通過返回58所表明的那樣。由此可以基于開關(guān)S和/或空轉(zhuǎn)二極管D的所測 量或所估計的溫度來為每個脈寬調(diào)制周期T確定新的載荷額定值m，以便更均勻地給逆變 器10的上側(cè)和下側(cè)之間的相應(yīng)開關(guān)S和空轉(zhuǎn)二極管D加載荷。
[0061] 為了設(shè)定電流空間矢量Γ的相角alpha_I以便實現(xiàn)相U、V、W的均勻載荷，首先 確定三個最強地加載荷的器件、即開關(guān)和/或空轉(zhuǎn)二極管，其在下面總體上被表示成SDA、 SDB、SDC。
[0062] 開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA、SDB、SDC分別具有損耗功率PA、PB、PC和相應(yīng)溫度TA、TB、 TC,其中空轉(zhuǎn)二極管D的損耗和溫度被相應(yīng)地作為因素分析，以便能夠與開關(guān)S的損耗和溫 度進(jìn)行比較。開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA的損耗功率PA是數(shù)值I、相角（alpha_R+delta_I)、 載荷額定值m、轉(zhuǎn)矩M和旋轉(zhuǎn)頻率omega的函數(shù)： PA=f(I,a!pha__R+delta_l.m,M.,omega) 并且相應(yīng)地，可控開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDB的損耗功率PB為： PB=f(l,alpha_R+deltaJ,m,M,omega)。
[0063] 為了實現(xiàn)可控開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管的均勻載荷，首先選擇開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管中的 具有最高溫度ΤΑ、TB、TC的三個開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA、SDB、SDC。在此假定有下式成立： TA>=TB>=TC。另外，從開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA、SDB、即具有兩個最高溫度TA、TB的開關(guān) 和/或空轉(zhuǎn)二極管的損耗功率中確定改變函數(shù)： iil'SU,alpha H ^ iklki I jn,M,omega)---C/J.4 + /W) fiiklm _ I)。
[0064] 該改變函數(shù)GPS反映了兩個開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA和SBD中的總損耗功率PA+PB 根據(jù)偏差角delta_I的改變。相應(yīng)地可以確定第二改變函數(shù)GPA: (iP/Uf ,alpha Mh-delki Ijn. M.umega) --(PA), - ++ vUteiia-I). 其中改變函數(shù)GPA反映了開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA中的損耗功率根據(jù)偏差角delta_I的 改變。
[0065] 為了根據(jù)開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA、SDB、SDC中的損耗功率和相應(yīng)溫度TA、TB、TC設(shè) 定偏差角delta_I，區(qū)分三種情況。
[0066] 首先，定義溫度范圍delta_T，以便允許可控開關(guān)SDA、SDB的溫度彼此偏離，使得 溫度TA、TB被視為相等的。另外，定義具有極限+GP和-GP的范圍delta_GP，以便區(qū)分改 變函數(shù)GPS、GPA是否被視為正、負(fù)還是零。
[0067] 情況1 :如果TA< =TB+de丨ta_T并且TA>TC 丨ta_T成立，則假定：可控開關(guān) 或空轉(zhuǎn)二極管SDA和SDB具有相等溫度。針對這種情況下，區(qū)分三種變型：如果GPS< -GP，則提高delta_I;如果GPS>GP，則減小delta_I;以及如果-GP〈=GPS〈= +GP，則delta_ I保持恒定。換言之，如果總損耗功率PA+PB隨著偏差角delta_I增加而下降，則提高偏 差角；如果總損耗功率PA+PB隨著偏差角delta_I增加而升高，則減小偏差角delta_I， 以便能夠減小總損耗PA+PB;以及如果改變函數(shù)GPS處于偏差范圍delta_GP中，則偏差 角delta_I保持恒定，因為在此已經(jīng)實現(xiàn)該目標(biāo)。
[0068] 情況2 :如果TA<=TB + delta_T并且TA<=TC+ctelte_T,則假定：三個可控開關(guān) 或空轉(zhuǎn)二極管SDA、SDB、SDC的溫度是相等的。在該情況下，偏差角delta_I保持恒定。[0069]情況3:如果TA>TB+delta_T,則假定：可控開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA的溫度TA高 于可控開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDB和SDC的溫度TB、TC。這可以以載荷額定值m已經(jīng)達(dá)到極限 1或〇為條件。在這種情況下，區(qū)分三種變型：如果GPA〈 -GP，則提高偏差角delta_I;如 果GPA> +GP，則減小偏差角delta_I;以及如果-GP〈=GPA〈= +GP，則偏差角delta_I 保持恒定。換言之，如果具有最高溫度的可控開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA的功率PA隨著偏差角 delta_I增加而下降,則提高偏差角delta_I,并且如果功率PA隨著偏差角delta_I增加而 升高，則減小偏差角delta_I，以便能夠減小損耗功率PA。如果GPA處于偏差范圍deltaGP 的極限內(nèi)，則偏差角delta_I可以保持恒定，因為在此已經(jīng)實現(xiàn)了該目標(biāo)。
[0070] 參考圖6變得明顯的是，電流空間矢量If最強地對開關(guān)SHA和空轉(zhuǎn)二極管DLA 加載荷，并且如果在這種情況下提高偏差角delta_I使得產(chǎn)生電流空間矢量12#的相角 alpha_I，則開關(guān)SHA和空轉(zhuǎn)二極管DLA的載荷減小并且相W、即開關(guān)SLC和空轉(zhuǎn)二極DHC的 載荷提高。由此可以通過改變偏差角delta_I來給逆變器的一個開關(guān)S去載荷，并且給逆 變器W的另一開關(guān)S加載荷，使得結(jié)果更均勻地給逆變器10加載荷。
[0071] 在方法40的一個可替換的實施方式中，為了確定載荷額定值m，替代于器件S、D的 溫度而使用損耗值，所述損耗值通過在預(yù)定義的時期內(nèi)對相應(yīng)器件S、D的損耗功率進(jìn)行積 分或者通過對相應(yīng)器件S、D中的電流I進(jìn)行積分和/或?qū)ο鄳?yīng)器件S、D中的電流平方I2 進(jìn)行積分來求得或確定。
[0072] 在方法40的另一實施方式中，為了確定載荷額定值m，替代于器件S、D的溫度而 使用相應(yīng)器件S、D中的電損耗P或電流I和/或相應(yīng)器件S、D中的電流平方I2,這些參數(shù) 分別借助于低通濾波器進(jìn)行濾波。
[0073] 在圖8中示出了用于闡述根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性流程圖并總體上用60來表 /Jn〇
[0074] 方法60以選擇三個被最強地加載荷的開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA、SDB、SDC開始，并且 確定溫度TA、TB、TC的比例，這如在62所示。如果可控開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管中的兩個SDA和 SDB具有相等的溫度，則該方法60在64處繼續(xù)。針對這種情況，在66,確定偏差函數(shù)GPS 與偏差范圍delta_GP的比例。如果GPS〈 -delta_GP，則在68提高偏差角delta_I。如果 GPS大于delta_GP，則在70減小偏差角delta_I，并且如果GPS處于偏差范圍delta_GP內(nèi)， 則在72將偏差角delta_I保持恒定。
[0075] 針對第二種情況下，在74確定三個可控開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管SDA、SDB、SDC的溫度 ΤΑ、TB、TC為相等的并且在76將偏差角delta_I保持恒定。
[0076] 在78確定：所選開關(guān)之一的溫度是否高于另外兩個所選開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管的溫 度。針對該第三種情況，在80確定具有最高溫度的開關(guān)或空轉(zhuǎn)二極管的改變函數(shù)GPA，并且 使其與偏差范圍delta_GP成比例。如果改變函數(shù)GPA〈 -GP，則在82提高偏差角delta_ I。如果改變函數(shù)GPA大于+GP，則在84減小偏差角delta_I。如果改變函數(shù)GPA處于偏 差范圍delta_GP內(nèi)，則在86使偏差角delta_I保持恒定。
[0077] 由此可以根據(jù)三個被最強地加載荷的可控開關(guān)和/或被最強地加載荷的空轉(zhuǎn)二 極管SDA、SDB、SDC的溫度來設(shè)定偏差角delta_I和載荷額定值m，以便實現(xiàn)逆變器10的更 均勻的載荷。
【權(quán)利要求】
1. 用于借助于空間矢量調(diào)制來操控逆變器（10)、尤其是用于操控電機(jī)（14)的方法 (60)，其中逆變器（10)具有多個可控開關(guān)（S)并且被構(gòu)造為提供多相電流（IU，IV，IW)， 尤其是以便給電機(jī)（14)多相地供應(yīng)電流，其中預(yù)先給定參考相角（alpha_R)，其中逆變器 (10)被操控為使得開關(guān)（S)的多個彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài)（V0-V7)被設(shè)立為以電流空間 矢量（r)的形式提供所述電流（IU，IV，IW)， 其特征在于， 逆變器（10)被操控為使得提供具有與參考相角（alpha_R)相偏離的相角（alpha_I) 的電流空間矢量（D，其中相角（alpha_I)與參考相角（alpha_R)的偏差（delta_I)根據(jù) 所述開關(guān)（S)至少之一的損耗功率（PA，PB，PC)和/或溫度（TA，TB，TC)來確定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中考慮具有所有開關(guān)（S)的最大損耗（PA，PB，PC) 和/或最大溫度（TA，TB，TC)的兩個或三個開關(guān)⑶的損耗功率（PA，PB，PC)和/或溫 度（TA，TB, TC)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將偏差（delta_I)設(shè)定為使得所述兩個或三個開 關(guān)（S)的最大損耗（PA，PB，PC)基本上相等或者彼此最大相差預(yù)定義的值（delta_T)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中根據(jù)損耗功率的改變函數(shù)（GPS, GPA)來 確定偏差（delta_I)，并且其中改變函數(shù)（GPS, GPA)形成至少一個開關(guān)（S)的損耗功率根 據(jù)相角（alpha_I)的偏差（delta_I)的改變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中如果所述開關(guān)（S)中的一個開關(guān)的溫度（TA，TB， TC)大于另一開關(guān)（S)的溫度（TA，TB，TC)并且改變函數(shù)（GPA，GPS)的值小于預(yù)定義的 值范圍（delta_GP)，則增大偏差（delta_I)，并且其中如果改變函數(shù)（GPA, GPS)的值大于 預(yù)定義的值范圍（delta_GP)，則減小偏差（delta_I)，并且其中如果改變函數(shù)（GPA，GPS) 的值處于預(yù)定義的值范圍（delta_GP)之內(nèi)，則將偏差（delta_I)保持恒定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中改變函數(shù)（GPA，GPS)形成兩個開關(guān)⑶的損 耗功率根據(jù)相角的偏差（delta_I)的改變。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中如果所述三個開關(guān)中的兩個開關(guān)的溫度基本上相 等并且改變函數(shù)（GPS，GPA)的值小于預(yù)定義的值范圍（delta_GP)，則增大偏差（delta_ I)，并且其中如果改變函數(shù)（GPA，GPS)的值大于預(yù)定義的值范圍（delta_GP)，則減小偏差 (delta_beta)，并且其中如果改變函數(shù)（GPA，GPS)的值處于預(yù)定義的值范圍（delta_GP) 之內(nèi)，則將偏差（delta_I)保持恒定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中改變函數(shù)（GPA，GPS)形成具有最高溫度的開 關(guān)的損耗功率根據(jù)相角的偏差（delta_I)的改變。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中改變函數(shù)（GPA，GPS)形成所述開關(guān)（S)中具 有最高溫度的兩個開關(guān)的損耗功率根據(jù)所述偏差（delta_I)的改變。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法，其中逆變器（10)還具有多個空轉(zhuǎn)二極管 (D)，并且其中相角（alpha_I)的偏差（delta_I)還根據(jù)所述空轉(zhuǎn)二極管（D)至少之一的損 耗功率（PA，PB，PC)和/或溫度（TA，TB，TC)來確定。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中借助于逆變器（10)來操控電機(jī)（14) 并且其中參考相角（alpha_R)根據(jù)電機(jī)（14)的轉(zhuǎn)子角（alpha_R)來確定、尤其是對應(yīng)于轉(zhuǎn) 子角（alpha_R)。
12. 用于操控逆變器（10)、尤其是用于操控電機(jī)（14)的裝置（18)，其中逆變器（10)具 有多個可操控開關(guān)（S)，所述開關(guān)（S)被連接為根據(jù)參考相角提供多相電流（IU，IV，IW)、 尤其是以便給電機(jī)（14)多相地通電，該裝置具有控制設(shè)備（18)，所述控制設(shè)備（18)被構(gòu) 造為將逆變器（10)操控為使得逆變器（10)采取開關(guān)（S)的多個彼此相繼的不同開關(guān)狀態(tài) (V0-V7)，以便以電流空間矢量的形式提供所述電流（IU，IV，IW)， 其特征在于， 控制設(shè)備（18)被構(gòu)造為將逆變器（10)操控為使得提供具有與參考相角（alpha_R)相 偏離的相角（alpha_I)的電流空間矢量（D，其中相角（alpha_I)與參考相角（alpha_R) 的偏差（delta_I)基于所述開關(guān)⑶至少之一的損耗功率（PA，PB，PC)和/或溫度（TA， TB，TC)來確定。
13. 機(jī)動車輛驅(qū)動系統(tǒng)，其具有至少一個用于提供驅(qū)動功率的電機(jī)（14)、用于操控 電機(jī)（14)的逆變器（10)、并且具有根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于操控逆變器（10)的裝置 (18)。
【文檔編號】H02M1/32GK104365006SQ201380032330
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】A.德弗洛里奧, T.默克爾, U.舒斯特, M.希爾施 申請人:羅伯特·博世有限公司