用于控制以电感性为主导的负载的方法和应用这种方法的设备技术

一种用于控制以电感性为主导的负载的方法，其中为了给上述负载（３）的相馈电，使用由具有给定开关、调制或采样周期的一个或多个功率电子逆变器（１１，１２；３４，３５，３６）施加的至少两个开关输出电压，其特征在于，有关的输出电压的波形在时间上不同或已偏移，并且它们通过差模设备（６）被供给到所述负载（３），由此在每个完整的上述周期期间，上述输出电压中的至少一个保持恒定并且因此不被切换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于控制以电感性为主导的负载例如电动机、发电动 机等的方法，其中为了给上述负载的相馈电，使用由具有给定开关、 调制或采样周期的一个或多个功率电子逆变器如具有直流级间电路 的逆变器、降压(buck)逆变器或升压(boost)逆变器等施加的至少 两个开关输出电压。
技术介绍
一般地，已知具有直流级间电路的两种基本类型的逆变器，即， 采用DC连接电容并且提供开关输出电压的电压源逆变器(VSI)， 以及采用DC连接电感并且在其输出处提供开关电流波形的电流源逆 变器(CSI)。在本说明书下文中仅考虑电压源逆变器。在典型的电压源逆变器中，由于或是正或是负DC母线电压被短 时间施加到所述负载的一个相上，每个逆变器桥臂可被简化为将开关 电压波形施加到所述负栽的双向开关。如果负母线电压被施加到某个相，则这个相的电流将减小，并且 反之亦然，如果施加正电压，则相电流通常将增加。通过使用调制技术如脉冲宽度调制(PWM)或使用已知技术如 滞后控制，可以提供在每个PWM周期内等于参考电压的平均电压。 由于PWM频率比所述参考电压的频率高得多，由开关脉冲模式的基 波反映参考电压。除了这个基波之外，例如电动机端子处的电压谱包 括许多高次谐波。在电气驱动应用中，这种改变的输出产生附加的电 流谐波，这增加了产生速度改变以及损失的增加的扭矩脉动，导致电 动才几发热。用于减少由开关电压波形产生的电流脉动的已知方法包括使得逆变器的开关频率提高。然而，开关频率限于取决于功率电子器件和控制单元两者的最大值。另外，增加开关频率还导致逆变器损失的增加。减小电流脉动的另 一种已知措施是在逆变器输出处提供扼流圏或由扼流圈和电容器的组合形成的正弦滤波器。在逆变器输出处应用扼流圏的缺点是高成本价格、附加的损失和电压降。尤其对于高频应用如高速驱动器，由于电压降取决于基波频率，后一缺点是重要的。并联变换器供电是已知的，这应用于限制并联的每个变换器的额定功率，并且由此相应逆变器的桥臂被彼此直接并联。这种系统的一个缺点是并联逆变器桥臂的输出电压必须相同，这是由于输出电压的任何差异，诸如PWM脉冲的偏移，可能引起并联连接内的危险的高环流或短路。在其它已知系统中，给每个并联的逆变器提供单独的扼流圏，从而逆变器的这些相应并联输出桥臂中的每一个的电压脉冲可以偏移。一种用于并联逆变器输出桥臂的已知PWM策略在于应用相同的电压波形，但是电压脉冲偏移半个PWM周期。这种策略的主要缺点在于，每个扼流圏被加栽由逆变器的全输出电流产生的磁场，并且不能减小开关频率。这些已知方法的其它缺点在于，仅略微减小谐波含量，并且在高基频有高电压降。这些已知方法的另一个缺点在于，上述扼流圈在高功率下非常大且昂贵。在相同申请人的在先专利申请中，已经描述了一种补救上述缺点中的一些的设备，该设备被设计为一种差模设备，其确保由一个逆变器桥臂中的电流产生的磁通的主要部分被由一个或多个其它逆变器桥臂中的电流产生的磁通抵消。与具有相同允许功率的标准扼流圏相比，产生的磁通非常低，导致具有小尺寸的低成本差模设备。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种用于控制以电感性为主导的负载的方法，由此减小逆变器的开关频率，减小电流谐波和/或相对于用于控制负载的常规方法获得其它优点。为此，本专利技术涉及一种用于控制以电感性为主导的负载的方法，为了给上述负栽的相馈电，使用由具有给定开关、调制或采样周期的一个或多个功率电子逆变器施加的至少两个开关输出电压，这里有关的输出电压的波形在时间上不同或偏移，并且它们通过设计为差模设备的设备被施加到负载，在每个完整的上述周期期间，上述输出电压中的至少一个保持恒定并且因此不#_切换。根据本专利技术的方法的主要优点在于，可以相当大地减小逆变器的开关频率，从而减少了这个逆变器中的损失。根据本专利技术用于控制以电感性为主导的负载的方法的另 一个优点是减小电流谐波，使得提高负载效率并且将只有较少的负栽发热。根据本专利技术的方法的一个附加优点是共模电压将相当低，从而例如减少了与电磁兼容性(EMC)有关的问题。本专利技术还涉及用于上述用于控制以电感性为主导的负载的方法的应用的设备，由此该设备包括具有给定开关、调制或采样周期的一个或多个功率电子逆变器，以提供至少两个开关输出电压；由此该设备包括至少一个差模设备，上述逆变器连接到该差模设备上，以便给上述负载的相馈电；并且上述逆变器设有控制器，该控制器确保有关的输出电压的波形在时间上不同或偏移；并且在每个完整的上述周期中，上述输出电压中的至少一个保持恒定，并且因此不切换。上述差模设备优选地设有一个或多个具有两个或更多个并联绕组的电感器组件，如扼流圈、变压器、环形变压器、铁氧体线圏、铁芯、共模扼流圏、电流补偿扼流圈等，使得可以分别抑制连接到这个设备的两个或更多个逆变器桥臂的电压、电流的差动模式。附图说明为了更好地解释本专利技术的特性，下面将参考附图仅以示例的方式而不是以限制的方式给出根据本专利技术的下列优选方法，其中图l表示两个并联的逆变器的逆变器桥臂的已知布置；图2表示差模设备的绕组方案；图3表示根据图2的绕组方案的等效电路；图4是根据图3的差模设备的示例方式的布置；图5和6表示根据图4的变型；图7表示根据图2的绕组方案的变型；图8和9表示根据图7的变型；图IO是用于三相应用的差模设备的示例方式的布置；图ll表示在根据本专利技术的方法中应用的开关逻辑；图12表示三相应用中的共模电压；图13表示低调制范围中的开关策略；图14表示低调制范围中的电压波形；图15表示用于不同系统的参考电压和三相电机的第一相中产生的电动才几输入电压；图16表示用于不同系统的三相应用的逆变器的输出电流；以及图17表示用于不同系统的三相电才几的输入电流的示例。具体实施例方式图l表示一种已知布置，借助该布置将图中未表示的两个逆变器的输出桥臂1和2并联连接，并且将这两个逆变器的输出桥臂1和2连接到以电感性为主导的负载3，这里，这个情况下负载3包括电动机4，并且具体地包括这个电动4几4的一个相。分别在相应逆变器的输出桥臂1和2中的每一个内设置一个扼流圏5，这一点是已知的。如在
技术介绍
中已经描述的那样，这种已知布置具有多种缺点，如高开关频率、谐波含量的有限减少、高基频情况下的大电压降、每个扼流圏中的强磁场-由于这个磁场是由逆变器的整个输出电流产生的、以及具有大尺寸的高成本扼流圈5，尤其是在高功率的情况下。图2表示如在同一申请人在先专利申请中描述的差模设备6的基本布置，这里在一个公共磁芯8如铁芯上设置两个反并联绕组7。上述两个绕组7用于连接提供相应电压仏和U2的两个逆变器桥臂1和2。绕组7的远端通过公共导体9连接到负载的一个相例如电动机的相上，负载可以包括具有电感性的有源或无源格栅。根据基而霍夫(Kirchoff)定律，流过导体9的负载电流i等于通过相应逆变器桥臂1和2提供的逆变器电流h和12的和。图3借助简化的等效电路表示与图2相同的布置。对于并联功率控制，在磁芯8中产生场的两个逆变器桥臂l和2的电流必须相等。取决于电流方向，由绕组7产生的磁通将是平行或是相反的。通过两个逆变器的相等输出电流和具有100°/。磁耦合的1: 1的绕组比，两个磁通将彼此完全抵消，并且差模设备6中产生的磁场将等于0。然而在存在差模电流时，这里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制以电感性为主导的负载的方法，其中为了给上述负载（３）的相馈电，使用由具有给定开关、调制或采样周期的一个或多个功率电子逆变器（１１，１２；３４，３５，３６）施加的至少两个开关输出电压，其特征在于，有关的输出电压的波形在时间上不同或已偏移，并且它们通过差模设备（６）被供给到所述负载（３），由此在每个完整的上述周期期间，上述输出电压中的至少一个保持恒定并且因此不被切换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G特罗德，
申请(专利权)人：艾拉斯科普库空气动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]