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CN108075679A - 用于控制至少两个采用异步脉冲宽度调制的三相功率转换器的方法 - Google Patents

用于控制至少两个采用异步脉冲宽度调制的三相功率转换器的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于控制至少两个采用异步脉冲宽度调制的三相功率转换器的方法。所述方法还包括以下步骤：对于每个转换器的每个相，确定用来生成每个转换器的每个相的每个控制信号的调制信号和载波信号的信号的特性，对于每个转换器，在用来生成转换器的相控制信号的载波信号之间插入相移，对于每个相，在用来生成转换器的控制信号的载波信号之间插入相移，对于每个转换器的每个相，确定由调制信号和载波信号的相交产生的通过相交的脉冲宽度调制控制信号，以及将控制信号传送到转换器。

Description

用于控制至少两个采用异步脉冲宽度调制的三相功率转换器 的方法
技术领域
本发明的技术领域是电功率的转换，且更具体地是用于这类功率转换器的控制信号的生成。
背景技术
三相电马达是由功率转换器(也称为逆变器)电力驱动的，该功率转换器将通常源自车载电池的DC电压变换成用于马达的每个相的AC电压。
在其它情况下，功率转换器将AC或DC输入电压修改为分别具有增加或减小的电压的AC或DC输出电压。
在某些应用中，能够并联使用多个功率转换器以提供增加的功率。
在那种情况下，异步控制信号能够与脉冲宽度调制一起使用。控制信号称为异步，因为它们的频率不依赖于由转换器供应的电马达的旋转频率。
这类控制信号的现有技术的示例是Toggle型控制信号或H3型控制信号。Toggle型控制信号允许启动损耗被最小化，而H3型控制信号被优化以用于马达高于其最大旋转速度的40％的操作。
根据现有技术，由同相载波信号导出转换器的每个相的异步PWM控制信号。
PWM H3和Toggle信号是相交的PWM信号，即由通过锯齿信号类型的载波信号的表示预期信号的调制信号的相交产生的PWM信号。
图1图示用于功率转换器的相的PWM H3信号的调制信号及其分量;图2示出通过调制信号和载波信号相交而生成PWM信号;且图3示出因此获得的PWM信号。
如图1所示，标记为1的PWM H3信号的调制信号由标记为2的在频率Fpwm的基波正弦信号和标记为3的在频率Fpwm/3的也为正弦类型的第三谐波信号之和导出。在该示例中对于第三谐波信号所选择的幅值等于基波信号的幅值的1/6。然而，也可以选择其它幅值。
图2示出调制信号1与正幅值的在频率Fpwm的第一锯齿载波信号4a以及与负幅值的在频率Fpwm的第二锯齿载波信号4b的相交，其中两个载波信号是同步的。图3示出由该相交产生的PWM信号。
控制信号PWM H3具有大于根据现有技术由PWM信号控制的功率转换器的功率的接收从该调制信号生成的PWM信号的功率转换器的输出功率的优点。
图4图示用于功率转换器的相的PWM Toggle信号的调制信号及其分量;图5示出通过调制信号和载波信号的相交而生成PWM信号;且图6示出因此获得的PWM信号。
如图4所示，标记为6的PWM Toggle信号的调制信号由标记为7的在频率Fpwm的正弦信号和标记为8的在频率Fpwm的方波信号之和导出。
在给出的示例中，方波信号的幅值为0.5。然而，也可以使用其它幅值。
图5示出PWM Toggle信号的调制信号6与正幅值的在频率Fpwm的标记为9a的第一锯齿载波信号，以及与负幅值的也在频率Fpwm的第二锯齿载波信号9b的相交，其中两个载波信号是反相的（in phase opposition）。图6示出由该相交产生的标记为10的PWM信号。
然而，使用异步控制信号来控制并联的功率转换器能够生成特定的、潜在的负面影响，例如出现差分谐波和零序谐波。
在现有技术中，只有通过使用大量的（massive）电感器和相间变压器电抗器(ITR)才能够使这类效果最小化。这导致总体上功率转换系统的实质上大的尺寸和重量。
因此，存在对于更有效的功率转换器控制的需要，以便减小电感器和相间变压器电抗器(ITR)的尺寸和重量。
发明内容
本发明的目的是一种用于控制至少两个采用异步脉冲宽度调制的三相功率转换器的方法，每个功率转换器能够递送三个功率供应相，每个转换器的每个供应相通过由调制信号和载波信号的相交产生的相交脉冲宽度调制控制信号控制。
该方法包括某个步骤，其中，对于每个转换器的每个相，确定用来生成每个转换器的每个相的每个控制信号的调制信号和载波信号的信号的特性。
该方法还包括以下步骤：
对于每个转换器，在用来生成转换器的相控制信号的载波信号之间插入相移。
对于每个相，在用来生成转换器的控制信号的载波信号之间插入相移。
对于每个转换器的每个相，确定由调制信号和载波信号的相交产生的通过相交的脉冲宽度调制控制信号，以及
将控制信号传送到转换器。
控制信号可以是由调制信号与用于调制信号的正幅值的第一锯齿载波信号和用于调制信号的负幅值的第二锯齿载波信号之间的相交导出的异步脉冲宽度调制控制信号，其中调制信号由均为正弦型的基波信号和第三谐波信号之和导出。
控制信号可以是由调制信号与用于调制信号的正幅值的第一锯齿载波信号与用于调制信号的负幅值的第二锯齿载波信号之间的相交导出的异步脉冲宽度调制控制信号，其中调制信号由正弦信号和方波信号之和导出，由此在对于每个转换器的每个相的每个控制信号的载波信号和方波信号之间另外插入相移。
当控制两个转换器时，对于每个转换器，在方波信号和载波信号之间的相移对于第一相可以为零，对于第二相可以等于p，而对于第三相可以为零。
当控制三个转换器时，对于第一和第三转换器，在方波信号和载波信号之间的相移对于第一相可以为零，对于第二相可以等于p，而对于第三相可以为零，而对于第二转换器，在方波信号和载波信号之间的相移对于第一相可以等于p，对于第二相可以为零，而对于第三相可以等于p。
对于每个转换器，用来生成第一相的控制信号的载波信号和第二相控制信号之间的相移可以等于2p/3，且用来生成第一相的控制信号的载波信号和第三相的控制信号之间的相移可以等于4p/3。
当针对每个相控制两个转换器时，用来生成第一转换器的控制信号的载波信号的相移和用来生成第二转换器的控制信号的载波信号的相移可以等于p。
当针对每个相控制三个转换器时，用来生成第一转换器的控制信号的载波信号的相移和用来生成第二转换器的控制信号的载波信号的相移能够等于2p/3，且用来生成第二转换器的控制信号的载波信号的相移和用来生成第三转换器的控制信号的载波信号的相移也可以等于2p/3。
附图说明
在参考附图阅读仅通过非限制性示例给出的以下描述时，本发明的其它目的、特性和优点将变得显而易见，其中：
- 图1示出功率转换器的相的PWM H3信号的调制信号及其分量，
- 图2示出通过调制信号和载波信号的相交而生成PWM信号，
- 图3示出获得的PWM H3信号，
- 图4示出功率转换器的相的PWM Toggle信号的调制信号及其分量，
- 图5示出通过调制信号和载波信号的相交而生成Toggle信号，
- 图6示出所获得的PWM Toggle信号，以及
- 图7示出根据本发明的控制方法的主要步骤。
具体实施方式
根据本发明的控制方法是具有至少两个功率转换器的异步三相脉冲宽度调制(PWM)控制方法。因此生成的控制信号在相U、V和W之间具有相移载波信号，使得有可能限制差分谐波和零序谐波。
第一控制信号是H3型的异步PWM三相控制信号。第二控制信号是Toggle型的异步PWM三相控制信号。
在PWM Toggle型控制信号的具体情况下，信号处理也受益于与基波信号求和以获得调制信号的同极信号的新的、所谓的“平衡”管理。该管理根据并联控制的功率转换器的数量而不同。
针对每个功率转换器的每个相确定PWM H3和Toggle控制信号。对于允许产生它们本身的电流的这些信号，与每个相相关的信号是相移的。
对于转换器的每个相，在相邻相(例如，对于三相系统U、V、W，相邻相是U相和V相或V和W相或W相和U相)的载波信号之间插入2p/3的相移。
换句话说，U相的载波信号在频率Fpwm，V相的载波信号在相移2p/3的频率Fpwm，而W相的载波信号在相移4p/3的频率Fpwm。
在Toggle PWM信号的情况下，除了用于第一转换器的调制外，还关于第二功率转换器的载波信号插入方波信号的不同调制。
在引言中限定的示例中，在分别生成三相(U1，V1，W1)和(U2，V2，W2)的两个三相转换器的情况下，将相U1的信号PWM Toggle作为参考，允许生成PWM Toggle信号的方波信号对于相V1相对于对应的载波信号相移p，对于相W1相移0，对于相U2相移0，对于相V2相移p，且对于相W相移0。
当并联控制多个功率转换器时，关于其它功率转换器的相移，插入载波信号相对于第一功率转换器的附加相移。所述相移取决于转换器的数量。例如，对于两个转换器，其等于p，而对于三个转换器，其等于2p/3，且对于n个转换器，其等于2p/n。
在具有各生成三相(U1，V1，W1)和(U2，V2，W2)的两个三相功率转换器(C1，C2)的系统的示例中，关于等于p的第一功率转换器的那些相移，相对于第二功率转换器插入载波信号的附加相移。
因此，对于具有两个三相转换器的系统，将相U1的载波信号作为参考，对于相V1的载波信号存在2p/3的相移，对于相W1的载波信号存在4p/3的相移，对于相U2的载波信号存在p的相移，对于相V2的载波信号存在5p/3的相移，且对于相W2的载波信号存在p/3的相移。
另外，在PWM Toggle控制信号的情况下，在方波信号和用来生成两个功率转换器的相的控制信号的对应的载波信号之间添加特定的相移。
对于每个相，该特定相移等于p，使得第二转换器的相U的方波信号与第一转换器的相U的方波信号反相。
对于不同于上面所示的功率转换器的多个功率转换器，与其它功率转换器的载波信号相比，在与第一功率转换器相关的载波信号之间使用不同的附加相移。
例如，在用于PWM H3控制信号的三个功率转换器的情况下，在第二转换器的相的载波信号和第一转换器的相的载波信号之间使用p/3的相移，且在第三转换器的相的载波信号和第一转换器的相的载波信号之间使用4p/3的相移。
仍在三个功率转换器的情况下，对于PWM Toggle控制信号，在方波信号和载波信号之间使用特定的相移，对于第一和第三转换器，相移对于第一相为零，对于第二相等于p，且对于第三相为零，且对于第二转换器，在方波信号和载波信号之间的特定相移对于第一相可以等于p，对于第二相可以为零，且对于第三相可以等于p。
方波信号的这种相移具有平衡功率转换器的相之间的零序分量的优点。
用于控制至少两个采用异步脉冲宽度调制的三相功率转换器的方法在图7中示出。
在第一步骤11期间，对于每个转换器的每个相，我们确定用来生成每个转换器的每个相的每个控制信号的调制信号和载波信号的信号的特性，如在现有技术中所述，特别是对于H3和Toggle型的信号。
在第二步骤12期间，对于每个转换器，在用来生成转换器的相控制信号的载波信号之间插入相移。
在第三步骤13期间，对于每个相，在用来生成转换器的相控制信号的载波信号之间插入相移。
在第四步骤14期间，确定由调制信号和载波信号的相交产生的通过相交的脉冲宽度调制控制信号。
在第五步骤15期间，将控制信号传送到转换器。

Claims (8)

1.一种用于控制至少两个采用异步脉冲宽度调制的三相功率转换器的方法，
其中每个功率转换器能够递送三个功率相，
其中每个功率转换器的每个功率供应相通过由调制信号和载波信号的相交产生的通过所述相交的脉冲宽度调制控制信号控制，
并且所述方法还包括以下步骤：
对于每个转换器的每个相，确定用来生成每个转换器的每个相的每个控制信号的所述调制信号和载波信号的信号的特性，
其中所述方法的特征在于其包括以下步骤：
对于每个转换器，在用来生成所述转换器的相控制信号的所述载波信号之间插入相移，
对于每个相，在用来生成所述转换器的所述控制信号的所述载波信号之间插入相移，
对于每个转换器的每个相，确定由调制信号和载波信号的相交产生的通过所述相交的脉冲宽度调制控制信号，以及
将所述控制信号传送到所述转换器。
2.根据权利要求1所述的方法，由此所述控制信号是由调制信号与所述调制信号的正幅值的第一锯齿载波信号和所述调制信号的负幅值的第二锯齿载波信号之间的相交导出的异步脉冲宽度调制控制信号，
其中所述调制信号由均为正弦类型的基波信号和第三谐波信号之和导出。
3.根据权利要求1所述的方法，由此所述控制信号是由调制信号与所述调制信号的正幅值的第一锯齿载波信号和所述调制信号的负幅值的第二锯齿载波信号之间的相交导出的异步脉冲宽度调制控制信号，
其中所述调制信号由正弦信号和方波信号之和导出，
由此在对于每个转换器的每个相的每个控制信号的所述载波信号和所述方波信号之间另外插入相移。
4. 根据权利要求3的方法，由此当控制两个转换器时，对于每个转换器，在所述方波信号和载波信号之间的相移对于第一相为零，对于第二相等于π，而对于第三相等于零。
5.根据权利要求3的方法，由此当三个转换器被控制时，对于第一和第三转换器，所述方波信号和载波信号之间的相移对于第一相可以为零，对于第二相可以等于π，而对于第三相可以等于零，以及
对于第二转换器，所述方波信号和所述载波信号之间的相移对于第一相等于π，对于第二相等于零，而对于第三相等于π。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，由此对于每个转换器，用来生成所述第一相的控制信号的所述载波信号和第二相控制信号之间的相移等于2π/ 3，且用来生成所述第一相的控制信号的所述载波信号和所述第三相的控制信号之间的相移等于4π/ 3。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，由此当对于每个相控制两个转换器时，用来生成第一转换器的控制信号的所述载波信号的相移和用来生成第二转换器的控制信号的所述载波信号的相移等于π。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，由此当对于每个相控制三个转换器时，用来生成第一转换器的控制信号的所述载波信号的相移以及用来生成第二转换器的控制信号的所述载波信号的相移等于2π/ 3，且用来生成第二转换器的控制信号的所述载波信号的相移和用来生成第三转换器的控制信号的所述载波信号的相移也等于2π/ 3。
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