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DE102023004903B3 - Method for operating an inverter - Google Patents

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DE102023004903B3
DE102023004903B3 DE102023004903.4A DE102023004903A DE102023004903B3 DE 102023004903 B3 DE102023004903 B3 DE 102023004903B3 DE 102023004903 A DE102023004903 A DE 102023004903A DE 102023004903 B3 DE102023004903 B3 DE 102023004903B3
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DE
Germany
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inverter
stage operation
overlap
neutral point
load
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DE102023004903.4A
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German (de)
Inventor
Maximilian Hepp
Wolfgang Wondrak
Johannes Häring
Mark Bakran
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters (100) für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei der Wechselrichter (100) steuerbar dreistufig ausgebildet ist und wenigstens einen Hauptstrompfad (20) mit wenigstens zwei Halbleiterschaltern (22, 24) und wenigstens einen, in den Hauptstrompfad (20) mündenden Neutralpunktpfad (30) mit wenigstens einem Halbleiterschalter (32, 34) aufweist. Der Neutralpunktpfad (30) ist ausgebildet, in einem dreistufigen Betrieb (1) Ausgangslastströme an dem Lastausgang (26) bereitzustellen, welche kleiner sind als die von dem Hauptstrompfad (20) in einem zweistufigen Betrieb (2) bereitgestellten Ausgangslastströme. Der Wechselrichter (100) wird in Abhängigkeit wenigstens einer von der elektrischen Maschine angeforderten elektrischen Last von dem dreistufigen Betrieb (1) in den zweistufigen Betrieb (2) und umgekehrt überführt. Der Wechselrichter (100) wird in einem Teillastbereich so angesteuert wird, dass ein gemischter Betrieb (3) zwischen dem dreistufigen Betrieb (1) und dem zweistufigen Betrieb (2) eingestellt wird.
Die Erfindung betrifft ferner einen Wechselrichter (100).

Figure DE102023004903B3_0000
The invention relates to a method for operating an inverter (100) for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, wherein the inverter (100) is designed to be controllable in three stages and has at least one main current path (20) with at least two semiconductor switches (22, 24) and at least one neutral point path (30) opening into the main current path (20) with at least one semiconductor switch (32, 34). The neutral point path (30) is designed to provide output load currents at the load output (26) in a three-stage operation (1) which are smaller than the output load currents provided by the main current path (20) in a two-stage operation (2). The inverter (100) is converted from the three-stage operation (1) to the two-stage operation (2) and vice versa depending on at least one electrical load required by the electrical machine. The inverter (100) is controlled in a partial load range so that a mixed operation (3) between the three-stage operation (1) and the two-stage operation (2) is set.
The invention further relates to an inverter (100).
Figure DE102023004903B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, sowie einen Wechselrichter für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating an inverter for an electrical machine, in particular an electrically operable vehicle, and to an inverter for an electrical machine, in particular an electrically operable vehicle, for carrying out such a method.

In batterieelektrischen Fahrzeugen werden üblicherweise zweistufige Wechselrichter verwendet. Dreistufige Wechselrichter sind bekannt und weisen signifikante Effizienzpotentiale im elektrischen Antrieb auf. Für eine Effizienzsteigerung in der elektrischen Maschine im zyklusrelevanten Bereich kann ein zweistufiger Wechselrichter zu einem dreistufigen Wechselrichter erweitert werden, beispielsweise durch einen sogenannten T-Zweig, der dann eine Ausführung eines dreistufigen Neutralpunktgekoppelten Wechselrichter darstellt.Two-stage inverters are usually used in battery-electric vehicles. Three-stage inverters are well known and have significant efficiency potential in electric drives. To increase the efficiency of the electric machine in the cycle-relevant area, a two-stage inverter can be expanded to a three-stage inverter, for example using a so-called T-branch, which then represents a version of a three-stage neutral-point-coupled inverter.

Dreistufige Wechselrichter ermöglichen eine besonders effiziente Energieumwandlung, benötigen jedoch mehr Halbleiterschalter als aktuell verwendete zweistufige Wechselrichter.Three-stage inverters enable particularly efficient energy conversion, but require more semiconductor switches than currently used two-stage inverters.

Die Neutralpunktschalter der unterschiedlichen dreistufigen Strukturen mit Neutralpunktverbindung ermöglichen einen effizienten Teillastbetrieb, müssen aber für das Anfahren mit niedriger Aussteuerung auf den vollen Strom des Bemessungspunkts ausgelegt werden.The neutral point switches of the different three-stage structures with neutral point connection enable efficient partial load operation, but must be designed for the full current of the rated point for start-up with low control.

Die DE 10 2021 003 941 B4 offenbart eine Verwendung eines steuerbaren drei- oder mehrstufigen Wechselrichters für elektrische Antriebssysteme von Kraftfahrzeugen, der in einem Drei- oder Mehrstufenbetrieb und in einem Zweistufenbetrieb betreibbar ist. Eine eigens dafür vorgesehene Betriebsmodus-Einstelleinrichtung stellt dabei den jeweiligen Betriebsmodus ein, indem die Leistungsschalter des Wechselrichters in geeigneter Weise angesteuert werden. Die Einstellung des Betriebsmodus erfolgt dabei nach Maßgabe der Gesamteffizienz des gesamten Antriebssystems und damit nicht nur auf der Basis der elektrischen Maschine und/oder des verwendeten Wechselrichters. Für die Gesamteffizienz werden dabei neben dem erfassten Phasenstrom der elektrischen Maschine zusätzlich auch weitere die Gesamteffizienz beeinflussenden Parameter und/oder Eigenschaften der elektrischen Maschine berücksichtigt.The DE 10 2021 003 941 B4 discloses the use of a controllable three- or multi-stage inverter for electric drive systems of motor vehicles, which can be operated in a three- or multi-stage operation and in a two-stage operation. A specially provided operating mode setting device sets the respective operating mode by controlling the power switches of the inverter in a suitable manner. The operating mode is set according to the overall efficiency of the entire drive system and thus not only on the basis of the electric machine and/or the inverter used. For the overall efficiency, in addition to the recorded phase current of the electric machine, other parameters and/or properties of the electric machine that influence the overall efficiency are also taken into account.

Die gattungsbildende Schrift DE 10 2013 202 649 A1 zeigt eine optimierte Ansteuerung einer Wechselrichtervorrichtung, wobei die Wechselrichtervorrichtung dabei alternativ im 2-Level-Betrieb oder im 3-Level-Betrieb angesteuert werden kann. Durch geeignete Auswahl des Ansteuerverfahrens können die Halbleiterverluste im Wechselrichter minimiert werden und die thermische Belastung der verwendeten Komponenten gezielt gesteuert werden. Mit einem solchen Betriebsverfahren für einen Wechselrichter ist ein effizienter und schonender Wechselrichterbetrieb auch bei kleinen Ausgangsspannungen und stark induktiven oder kapazitiven Belastungen möglich.The genre-defining script DE 10 2013 202 649 A1 shows an optimized control of an inverter device, whereby the inverter device can be controlled alternatively in 2-level operation or in 3-level operation. By selecting the appropriate control method, the semiconductor losses in the inverter can be minimized and the thermal load on the components used can be controlled in a targeted manner. With such an operating method for an inverter, efficient and gentle inverter operation is possible even with low output voltages and highly inductive or capacitive loads.

In der Veröffentlichung von Kim und Lee im Jahr 2017 auf der IEEE 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia zu „Mode transition scheme for optimal efficient operation of a 3-level T-type inverter “ wird auch bereits eine allgemeine Idee zu einem Mischbetrieb nahe gelegt, auch wenn diese dort für spezielle Anwendungsfälle ausgeführt ist.In the publication of Kim and Lee in 2017 at the IEEE 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia on “Mode transition scheme for optimal efficient operation of a 3-level T-type inverter “ already suggests a general idea of mixed operation, even if it is implemented there for specific applications.

In dem IEEE Beitrag von Wang, Zheng, Xu und Li aus dem Jahr 2020, Volume 35 Issue 9 zu „A Generalized Carrier-Overlapped PWM Method for Neutral-Point-Clamped Multilevel Converter “ wird ein Modulationsverfahren unter der Bezeichnung COPWM (carrier overlapped pwm) beschrieben, welches einen Überlappbereich der Trägerspannung aufweist.In the IEEE contribution by Wang, Zheng, Xu and Li from 2020, Volume 35 Issue 9 on “A Generalized Carrier-Overlapped PWM Method for Neutral-Point-Clamped Multilevel Converter “ describes a modulation method called COPWM (carrier overlapped pwm), which has an overlap range of the carrier voltage.

Auch in der Veröffentlichung der IEEE Konferenz „European Conference on Power Electronics and Applications“ aus dem Jahr 2007 von Far, Radan und Far zu „Introduction and evaluation of novel multi-level carrier-based PWM strategies using a generalized algorithm “ kann eine Überlappung der Trägerspannungen erkannt werden.Also in the publication of the IEEE conference “European Conference on Power Electronics and Applications” from 2007 by Far, Radan and Far on “Introduction and evaluation of novel multi-level carrier-based PWM strategies using a generalized algorithm “ an overlap of the carrier voltages can be detected.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum effizienten Betreiben eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, anzugeben.An object of the invention is to provide an improved method for efficiently operating an inverter for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen Wechselrichter für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zur Durchführung eines solchen verbesserten Verfahrens zu schaffen.A further object is to provide an inverter for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, for carrying out such an improved method.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The aforementioned objects are solved with the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, vorgeschlagen, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der an einem Lastausgang des Wechselrichters angeschlossenen elektrischen Maschine zu wandeln. Der Wechselrichter ist steuerbar dreistufig ausgebildet und weist wenigstens einen Hauptstrompfad mit wenigstens zwei Halbleiterschaltern und wenigstens einen, in den Hauptstrompfad mündenden Neutralpunktpfad mit wenigstens einem Halbleiterschalter auf.According to one aspect of the invention, a method for operating an inverter for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, is proposed, wherein the inverter is designed to convert a direct voltage into an alternating voltage for driving the to convert the electrical machine connected to a load output of the inverter. The inverter is designed to be controllable in three stages and has at least one main current path with at least two semiconductor switches and at least one neutral point path leading into the main current path with at least one semiconductor switch.

Der Neutralpunktpfad ist ausgebildet, in einem dreistufigen Betrieb Ausgangslastströme an dem Lastausgang bereitzustellen, welche kleiner sind als die von dem Hauptstrompfad in einem zweistufigen Betrieb bereitgestellten Ausgangslastströme. Der Wechselrichter wird in Abhängigkeit wenigstens einer von der elektrischen Maschine angeforderten elektrischen Last von dem dreistufigen Betrieb in den zweistufigen Betrieb und umgekehrt überführt. Dabei wird der Wechselrichter in einem Teillastbereich so angesteuert, dass ein gemischter Betrieb zwischen dem dreistufigen Betrieb und dem zweistufigen Betrieb eingestellt wird.The neutral point path is designed to provide output load currents at the load output in a three-stage operation that are smaller than the output load currents provided by the main current path in a two-stage operation. The inverter is converted from the three-stage operation to the two-stage operation and vice versa depending on at least one electrical load requested by the electrical machine. The inverter is controlled in a partial load range in such a way that a mixed operation between the three-stage operation and the two-stage operation is set.

Ab einer Überschreitung einer Belastungsgrenze, insbesondere bei sehr hohen Lasten, ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren vorteilhaft eine Entlastung der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads durch ein geeignetes Modulationsverfahren des Wechselrichters. Hierbei wird vorteilhaft bei Überschreitung einer Belastungsgrenze von einem dreistufigen Betrieb in den gemischten Betrieb übergegangen. Damit ist eine kleinere Dimensionierung der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads bei gleichzeitigem Vorteil im Teillastbetrieb möglich. Weiterhin kann, abhängig von einer angeforderten elektrischen Last, eine Umschaltung zwischen zweistufigem und dreistufigem Betrieb des Wechselrichters vorgenommen werden. Bei einer Volllast wird der Wechselrichter dann ausschließlich im zweistufigen Betrieb angesteuert.When a load limit is exceeded, particularly at very high loads, the proposed method advantageously enables the semiconductor switches of the neutral point path to be relieved by means of a suitable modulation method of the inverter. When a load limit is exceeded, the system advantageously switches from three-stage operation to mixed operation. This allows the semiconductor switches of the neutral point path to be smaller while at the same time providing an advantage in partial load operation. Furthermore, depending on the electrical load required, the inverter can be switched between two-stage and three-stage operation. At full load, the inverter is then controlled exclusively in two-stage operation.

So kann vorteilhaft eine Kosteneinsparung durch Reduktion der verbauten Halbleiterfläche des Wechselrichters ohne Reduktion im Teillastwirkungsgrad erreicht werden.In this way, cost savings can be advantageously achieved by reducing the installed semiconductor area of the inverter without reducing the partial load efficiency.

Das Verfahren kann für dreistufigen Neutralpunkt-Wechselrichter mit jeglicher Art der Neutralpunktverbindung angewendet werden, beispielsweise sogenannte Wechselrichter mit T-Zweig, NPC Wechselrichter oder ANPC Wechselrichter. Bei einem T-Type Wechselrichter kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein besonders großer Effekt erzielt werden, wobei dies aber auch bei den anderen Arten von Wechselrichterstrukturen einen positiven Einfluss haben kann, insbesondere auf eine benötigte Halbleiterfläche.The method can be used for three-stage neutral point inverters with any type of neutral point connection, for example so-called inverters with T-branch, NPC inverters or ANPC inverters. With a T-type inverter, a particularly large effect can be achieved with the help of the method according to the invention, although this can also have a positive influence on other types of inverter structures, in particular on the required semiconductor area.

Erfindungsgemäß wird der Wechselrichter in einem Pulsweitenmodulationsverfahren betrieben, wobei die Halbleiterschalter des Wechselrichters mittels wenigstens eines Trägersignals, insbesondere eines periodischen Dreieck-Signals, zur Definition von Schaltzeitpunkten angesteuert werden, wobei in dem zweistufigen Betrieb das wenigstens eine Trägersignal mit einem vorgegebenen Sollwertsignal verglichen wird, und wobei in dem dreistufigen Betrieb wenigstens zwei an einem Spannungsnullpunkt gespiegelte Trägersignale für zwei Halbwellen mit dem vorgegebenen Sollwertsignal verglichen werden. Dabei werden in dem gemischten Betrieb die wenigstens zwei Trägersignale in einem vorgegebenen Überlappspannungsbereich um den Spannungsnullpunkt überlappend eingestellt. Insbesondere kann dabei jeweils eines der wenigstens zwei Trägersignale einer Polarität bis zu einem Überlappwert der jeweils anderen Polarität skaliert werden, wobei eine Summe der wenigstens zwei Überlappwerte den Überlappspannungsbereich ergibt. Vorteilhaft werden hierzu die Trägersignale gestreckt und nicht einfach verschoben.According to the invention, the inverter is operated in a pulse width modulation method, wherein the semiconductor switches of the inverter are controlled by means of at least one carrier signal, in particular a periodic triangular signal, to define switching times, wherein in the two-stage operation the at least one carrier signal is compared with a predetermined setpoint signal, and wherein in the three-stage operation at least two carrier signals mirrored at a voltage zero point for two half-waves are compared with the predetermined setpoint signal. In the mixed operation, the at least two carrier signals are set to overlap in a predetermined overlap voltage range around the voltage zero point. In particular, one of the at least two carrier signals of one polarity can be scaled up to an overlap value of the other polarity, wherein a sum of the at least two overlap values results in the overlap voltage range. For this purpose, the carrier signals are advantageously stretched and not simply shifted.

Um im dreistufigen Betrieb das vorgegebene Sollwertsignal vergleichen zu können, werden wenigstens zwei an einem Spannungsnullpunkt gespiegelte Trägersignale für zwei Halbwellen benutzt. Die zwei an einem Spannungsnullpunkt gespiegelte Trägersignale für zwei Halbwellen können auch noch optional um einen Periodenanteil zeitlich verschoben sein, wobei der Periodenanteil beispielhaft eine Viertelperiode betragen kann.In order to be able to compare the specified setpoint signal in three-stage operation, at least two carrier signals for two half-waves mirrored at a voltage zero point are used. The two carrier signals for two half-waves mirrored at a voltage zero point can also optionally be shifted in time by a period component, whereby the period component can be, for example, a quarter period.

Erfindungsgemäß werden die Trägersignale über den Spannungsnullpunkt hinaus gestreckt. In dem Überlappspannungsbereich kann so günstigerweise der gemischte Betrieb mit einer zwischen der zweistufigen und der dreistufigen Modulation wechselnden Modulation des Wechselrichters eingestellt werden, während außerhalb des Überlappspannungsbereichs eine quasi-normale dreistufige Modulation verwendet wird. Eine Ausprägung des Überlappspannungsbereichs stellt die Belastung der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads ein.According to the invention, the carrier signals are stretched beyond the voltage zero point. In the overlap voltage range, mixed operation can thus be advantageously set with a modulation of the inverter alternating between the two-stage and the three-stage modulation, while outside the overlap voltage range a quasi-normal three-stage modulation is used. A characteristic of the overlap voltage range sets the load on the semiconductor switches of the neutral point path.

Erfindungsgemäß kann der gemischte Betrieb eingestellt werden, wenn das Sollwertsignal in dem Überlappspannungsbereich der wenigstens zwei Trägersignale liegt. So kann günstigerweise durch den gemischten Betrieb im Überlappspannungsbereich eine Entlastung der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads stattfinden.According to the invention, the mixed operation can be set when the setpoint signal is in the overlap voltage range of the at least two carrier signals. The mixed operation in the overlap voltage range can thus advantageously relieve the load on the semiconductor switches of the neutral point path.

Erfindungsgemäß wird der Überlappwert dynamisch im laufenden Betrieb des Wechselrichters, eingestellt. Auf diese Weise kann ein starkes Aufheizen der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads, welches die Lebensdauer ungünstig beeinflussen kann, vermieden werden.According to the invention, the overlap value is set dynamically during operation of the inverter. In this way, strong heating of the semiconductor switches of the neutral point path, which can have a negative impact on the service life, can be avoided.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der dreistufige Betrieb eingestellt werden, wenn das Sollwertsignal außerhalb des Überlappspannungsbereichs der wenigstens zwei Trägersignale liegt. So kann günstigerweise eine Entlastung der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads stattfinden.According to an advantageous embodiment of the method, the three-stage operation can be set when the setpoint signal is outside the overlap voltage range of the at least two carrier signals. In this way, the semiconductor switches of the neutral point path can be relieved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine elektrische Last des wenigstens einen Halbleiterschalters des Neutralpunktpfads durch den Überlappwert eingestellt werden. Dadurch kann die elektrische Last günstigerweise an die Auslegungswerte der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads angepasst werden.According to an advantageous embodiment of the method, an electrical load of the at least one semiconductor switch of the neutral point path can be adjusted by the overlap value. As a result, the electrical load can be advantageously adapted to the design values of the semiconductor switches of the neutral point path.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Anteil von Nullzuständen, in denen die Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads dauerhaft Strom führen, über den Überlappwert eingestellt werden. Dadurch kann der Betrieb der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads günstig gestaltet werden.According to an advantageous embodiment of the method, a proportion of zero states in which the semiconductor switches of the neutral point path permanently carry current can be set via the overlap value. This allows the operation of the semiconductor switches of the neutral point path to be designed favorably.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Ansteuersignale der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads mittels Vergleich der wenigstens zwei Trägersignale mit dem Sollwertsignal und einer Summenbildung der Vergleichsergebnisse bestimmt werden. So kann der gemischte Betrieb mit einer kombinierten zweistufigen und dreistufigen Ansteuerung des Wechselrichters auf einfache Weise eingestellt werden.According to an advantageous embodiment of the method, the control signals of the semiconductor switches of the neutral point path can be determined by comparing the at least two carrier signals with the setpoint signal and summing the comparison results. In this way, mixed operation with a combined two-stage and three-stage control of the inverter can be set up in a simple manner.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wechselrichter für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zur Durchführung eines Verfahrens vorgeschlagen, wobei der Wechselrichter in Abhängigkeit wenigstens einer von der elektrischen Maschine angeforderten Last von einem dreistufigen Betrieb in einen zweistufigen Betrieb und umgekehrt überführbar ist. Dabei ist der Wechselrichter in einem Teillastbereich so ansteuerbar, dass ein gemischter Betrieb zwischen dem dreistufigen Betrieb und dem zweistufigen Betrieb einstellbar ist. Hierbei kann jeder dreistufige Wechselrichter mit Neutralpunktverbindung von der Erfindung profitieren.According to a further aspect of the invention, an inverter for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, is proposed for carrying out a method, wherein the inverter can be converted from a three-stage operation to a two-stage operation and vice versa depending on at least one load required by the electrical machine. The inverter can be controlled in a partial load range so that a mixed operation between the three-stage operation and the two-stage operation can be set. Any three-stage inverter with a neutral point connection can benefit from the invention.

Bei dem vorgeschlagenen Wechselrichter kann vorteilhaft eine Entlastung der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads bei Volllast durch ein geeignetes Modulationsverfahren des Wechselrichters stattfinden. Damit ist eine kleinere Dimensionierung der Halbleiterschalter des Neutralpunktpfads bei gleichzeitigem Vorteil im Teillastbetrieb möglich. Weiterhin kann, abhängig von einer angeforderten elektrischen Last, eine Umschaltung zwischen zweistufigem und dreistufigem Betrieb des Wechselrichters vorgenommen werden.With the proposed inverter, the load on the semiconductor switches of the neutral point path can be reduced at full load by means of a suitable modulation method of the inverter. This allows the semiconductor switches of the neutral point path to be smaller while at the same time providing an advantage in partial load operation. Furthermore, depending on the electrical load required, the inverter can be switched between two-stage and three-stage operation.

So kann vorteilhaft eine Kosteneinsparung durch Reduktion der verbauten Halbleiterfläche des Wechselrichters ohne Reduktion im Teillastwirkungsgrad erreicht werden.In this way, cost savings can be advantageously achieved by reducing the installed semiconductor area of the inverter without reducing the partial load efficiency.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Wechselrichter eine T-Typ Neutralpunkt-geklemmte Wechselrichterarchitektur umfassen, wobei ein Hauptstrompfad wenigstens zwei seriell verschaltete Halbleiterschalter mit einem Mittelabgriff aufweist, welche mit einer positiven und einer negativen Betriebsspannung elektrisch verbunden sind. Der Mittelabgriff ist mit einem Lastausgang elektrisch verbunden. Dabei ist ein Neutralpunktpfad mit wenigstens einem Halbleiterschalter mit einem Neutralpunkt der positiven und negativen Betriebsspannungen und dem Mittelabgriff elektrisch verbunden.According to an advantageous embodiment, the inverter can comprise a T-type neutral point clamped inverter architecture, wherein a main current path has at least two series-connected semiconductor switches with a center tap, which are electrically connected to a positive and a negative operating voltage. The center tap is electrically connected to a load output. In this case, a neutral point path with at least one semiconductor switch is electrically connected to a neutral point of the positive and negative operating voltages and the center tap.

Der Wechselrichter kann vorteilhaft mit dem oben beschriebenen Verfahren betrieben werden, welches einen gemischten Betrieb mit einer kombinierten zweistufigen und dreistufigen Ansteuerung des Wechselrichters vorsieht und damit einen effizienten und lebensdauerschonenden Betrieb erlaubt.The inverter can advantageously be operated using the method described above, which provides for mixed operation with a combined two-stage and three-stage control of the inverter and thus allows efficient and service-saving operation.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. The drawings show an embodiment of the invention. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further useful combinations.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Schaltungsanordnung eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, für ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 Sollwertsignal und Trägersignal für einen zweistufigen Betrieb des Wechselrichters nach 1;
  • 3 Ansteuersignale des Wechselrichters beim zweistufigen Betrieb nach 2;
  • 4 Sollwertsignal und Trägersignale für einen dreistufigen Betrieb des Wechselrichters;
  • 5 Ansteuersignale des Wechselrichters beim dreistufigen Betrieb nach 4;
  • 6 Sollwertsignal und Trägersignale für einen gemischten Betrieb des Wechselrichters nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 Ansteuersignale des Wechselrichters beim gemischten Betrieb nach 6;
  • 8 einen zeitlichen Ausschnitt von Sollwertsignal und Trägersignalen aus 6;
  • 9 einen zeitlichen Ausschnitt der Ansteuersignale nach 7;
  • 10 Sollwertsignal und Trägersignale für einen gemischten Betrieb des Wechselrichters mit geänderten Überlappwerten;
  • 11 Ansteuersignale des Wechselrichters beim gemischten Betrieb nach 10;
  • 12 Sollwertsignal und Trägersignale für einen gemischten Betrieb des Wechselrichters mit geänderten Überlappwerten; und
  • 13 Ansteuersignale des Wechselrichters beim gemischten Betrieb nach 12.
The following show:
  • 1 a circuit arrangement of an inverter for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, for a method according to an embodiment of the invention;
  • 2 Setpoint signal and carrier signal for a two-stage operation of the inverter according to 1 ;
  • 3 Control signals of the inverter in two-stage operation according to 2 ;
  • 4 Setpoint signal and carrier signals for three-stage operation of the inverter;
  • 5 Control signals of the inverter in three-stage operation according to 4 ;
  • 6 Setpoint signal and carrier signals for a mixed operation of the inverter according to an embodiment of the invention;
  • 7 Control signals of the inverter in mixed operation according to 6 ;
  • 8 a temporal section of setpoint signal and carrier signals from 6 ;
  • 9 a temporal section of the control signals after 7 ;
  • 10 Setpoint signal and carrier signals for mixed operation of the inverter with modified overlap values;
  • 11 Control signals of the inverter in mixed operation according to 10 ;
  • 12 Setpoint signal and carrier signals for mixed operation of the inverter with modified overlap values; and
  • 13 Control signals of the inverter in mixed operation according to 12 .

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with identical reference symbols. The figures merely show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines Wechselrichters 100 für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, für ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows a circuit arrangement of an inverter 100 for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, for a method according to an embodiment of the invention.

Der Wechselrichter 100 ist ausgebildet, eine Gleichspannung 10, 12 in eine Wechselspannung 16 zum Antreiben der an einem Lastausgang 26 des Wechselrichters 100 angeschlossenen elektrischen Maschine zu wandeln. Der Wechselrichter 100 ist steuerbar dreistufig ausgebildet und weist wenigstens einen Hauptstrompfad 20 mit wenigstens zwei Halbleiterschaltern 22, 24 und wenigstens einen Neutralpunktpfad 30 mit wenigstens einem Halbleiterschalter 32, 34 auf. Der Neutralpunktpfad 30 mündet in den Hauptstrompfad 20.The inverter 100 is designed to convert a direct voltage 10, 12 into an alternating voltage 16 for driving the electrical machine connected to a load output 26 of the inverter 100. The inverter 100 is designed to be controllable in three stages and has at least one main current path 20 with at least two semiconductor switches 22, 24 and at least one neutral point path 30 with at least one semiconductor switch 32, 34. The neutral point path 30 opens into the main current path 20.

Der Hauptstrompfad 20 der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung stellt eine sogenannte Halbbrücke des Wechselrichters 100 dar. Wechselrichter 100 für dreiphasige elektrische Maschinen weisen üblicherweise drei solcher Halbbrücken zur Ansteuerung der elektrischen Maschinen auf.The main current path 20 of the 1 The circuit arrangement shown represents a so-called half-bridge of the inverter 100. Inverters 100 for three-phase electrical machines usually have three such half-bridges for controlling the electrical machines.

Der Wechselrichter 100 umfasst eine sogenannte T-Typ Neutralpunkt-geklemmte Wechselrichterarchitektur. Dabei weist ein Hauptstrompfad 20 wenigstens zwei seriell verschaltete Halbleiterschalter 22, 24 mit einem Mittelabgriff 36 auf, welche mit einer positiven und einer negativen Betriebsspannung 10, 12 elektrisch verbunden sind. Der Mittelabgriff 36 ist mit dem Lastausgang 26 elektrisch verbunden.The inverter 100 comprises a so-called T-type neutral point clamped inverter architecture. A main current path 20 has at least two series-connected semiconductor switches 22, 24 with a center tap 36, which are electrically connected to a positive and a negative operating voltage 10, 12. The center tap 36 is electrically connected to the load output 26.

Ein Neutralpunktpfad 30 mit wenigstens einem Halbleiterschalter 32, 34 ist mit einem Neutralpunkt 14 der positiven und negativen Betriebsspannungen 10, 12 und dem Mittelabgriff 36 elektrisch verbunden.A neutral point path 30 with at least one semiconductor switch 32, 34 is electrically connected to a neutral point 14 of the positive and negative operating voltages 10, 12 and the center tap 36.

Der Neutralpunktpfad 30 ist ausgebildet, in einem dreistufigen Betrieb 1 Ausgangslastströme an dem Lastausgang 26 bereitzustellen, welche kleiner sind als die von dem Hauptstrompfad 20 in einem zweistufigen Betrieb 2 bereitgestellten Ausgangslastströme.The neutral point path 30 is designed to provide output load currents at the load output 26 in a three-stage operation 1 which are smaller than the output load currents provided by the main current path 20 in a two-stage operation 2.

Der Wechselrichter 100 ist in Abhängigkeit wenigstens einer von der elektrischen Maschine angeforderten Last von einem dreistufigen Betrieb 1 in einen zweistufigen Betrieb 2 und umgekehrt überführbar. Dabei ist der Wechselrichter 100 in einem Teillastbereich so ansteuerbar, dass ein gemischter Betrieb 3 zwischen dem dreistufigen Betrieb 1 und dem zweistufigen Betrieb 2 einstellbar ist (in den 6 und 7 dargestellt).The inverter 100 can be converted from a three-stage operation 1 to a two-stage operation 2 and vice versa depending on at least one load required by the electrical machine. The inverter 100 can be controlled in a partial load range such that a mixed operation 3 between the three-stage operation 1 and the two-stage operation 2 can be set (in the 6 and 7 shown).

2 zeigt ein Sollwertsignal 44 und ein Trägersignal 40 für einen zweistufigen Betrieb 2 des Wechselrichters 100 nach 1. 3 zeigt die dazu gehörigen Ansteuersignale 60, 62, 64 des Wechselrichters 100 beim zweistufigen Betrieb 2. Die Signale 44, 40, 60, 62, 64 sind ebenso wie in den weiteren 4 bis 13 jeweils als Spannung U, skaliert von -1 V bis +1 V, als Funktion der Zeit 70 aufgetragen. 2 shows a setpoint signal 44 and a carrier signal 40 for a two-stage operation 2 of the inverter 100 according to 1 . 3 shows the associated control signals 60, 62, 64 of the inverter 100 in two-stage operation 2. The signals 44, 40, 60, 62, 64 are the same as in the other 4 to 13 each plotted as voltage U, scaled from -1 V to +1 V, as a function of time 70.

Der Wechselrichter 100 wird in einem Pulsweitenmodulationsverfahren betrieben. Dabei werden die Halbleiterschalter 22, 24, 32, 34 des Wechselrichters 100 mittels wenigstens eines Trägersignals 40, 42, insbesondere eines periodischen Dreieck-Signals, zur Definition von Schaltzeitpunkten angesteuert. Dabei wird das Sollwertsignal 44 für die gewünschte Ansteuerung der elektrischen Maschine mit einem oder mehreren Trägersignalen 40, 42 verglichen, um die Schaltzeitpunkte der Halbleiterschalter 22, 24, 32, 34 zu definieren.The inverter 100 is operated using a pulse width modulation method. The semiconductor switches 22, 24, 32, 34 of the inverter 100 are controlled by means of at least one carrier signal 40, 42, in particular a periodic triangular signal, to define switching times. The setpoint signal 44 for the desired control of the electrical machine is compared with one or more carrier signals 40, 42 to define the switching times of the semiconductor switches 22, 24, 32, 34.

In dem in den 2 und 3 dargestellten zweistufigen Betrieb 2 wird das eine Trägersignal 40 mit dem vorgegebenen Sollwertsignal 44 (einem Sinussignal) verglichen und daraus die Schaltzeitpunkte für die beiden Halbleiterschalter 22, 24 des Hauptstrompfads 20 abgeleitet. So ergeben sich die in 3 dargestellten Ansteuersignale 60, 62, 64 der elektrischen Maschine.In the 2 and 3 In the two-stage operation 2 shown, the carrier signal 40 is compared with the specified setpoint signal 44 (a sinusoidal signal) and the switching times for the two semiconductor switches 22, 24 of the main current path 20 are derived from this. This results in the 3 shown control signals 60, 62, 64 of the electrical machine.

4 zeigt Sollwertsignal 44 und Trägersignale 40, 42 für einen dreistufigen Betrieb 1 des Wechselrichters 100, während in 5 die dazu gehörigen Ansteuersignale des Wechselrichters 100 dargestellt sind. 4 shows setpoint signal 44 and carrier signals 40, 42 for a three-stage operation 1 of the inverter 100, while in 5 the corresponding control signals of the inverter 100 are shown.

In dem in den 4 und 5 dargestellten dreistufigen Betrieb 1 werden die zwei an einem Spannungsnullpunkt 46 gespiegelten Trägersignale 40, 42 für zwei Halbwellen mit dem vorgegebenen Sollwertsignal 44 verglichen und daraus die Schaltzeitpunkte für die beiden Halbleiterschalter 32, 34 des Neutralpunktpfads 30 sowie für die beiden Halbleiterschalter 22, 24 des Hauptstrompfads abgeleitet. So ergeben sich die in 5 dargestellten Ansteuersignale 60, 62, 64 der elektrischen Maschine.In the 4 and 5 In the three-stage operation 1 shown, the two carrier signals 40, 42 mirrored at a voltage zero point 46 are compared for two half-waves with the specified setpoint signal 44 and the switching times for the two semiconductor switches 32, 34 of the neutral point path 30 and for the two semiconductor switches 22, 24 of the main current path are derived from this. This results in the 5 shown control signals 60, 62, 64 of the electrical machine.

Der Wechselrichter 100 kann in Abhängigkeit wenigstens einer von der elektrischen Maschine angeforderten elektrischen Last von dem dreistufigen Betrieb 1 in den zweistufigen Betrieb 2 und umgekehrt überführt werden.The inverter 100 can be converted from the three-stage operation 1 to the two-stage operation 2 and vice versa depending on at least one electrical load required by the electrical machine.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird dabei der Wechselrichter 100 in einem Teillastbereich so angesteuert, dass ein gemischter Betrieb 3 zwischen dem dreistufigen Betrieb 1 und dem zweistufigen Betrieb 2 eingestellt wird.According to the proposed method, the inverter 100 is controlled in a partial load range such that a mixed operation 3 between the three-stage operation 1 and the two-stage operation 2 is set.

6 zeigt Sollwertsignal 44 und Trägersignale 40, 42 für einen gemischten Betrieb 3 des Wechselrichters 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 7 die Ansteuersignale 60, 62, 64 des Wechselrichters 100 beim gemischten Betrieb 3 dargestellt sind. 8 zeigt dazu einen zeitlichen Ausschnitt von Sollwertsignal 44 und Trägersignalen 40, 42 aus 6, während in 9 der dazu gehörige zeitliche Ausschnitt der Ansteuersignale 60 dargestellt ist. 6 shows setpoint signal 44 and carrier signals 40, 42 for a mixed operation 3 of the inverter 100 according to an embodiment of the invention, while in 7 the control signals 60, 62, 64 of the inverter 100 are shown in mixed operation 3. 8 shows a temporal section of setpoint signal 44 and carrier signals 40, 42 from 6 , while in 9 the corresponding temporal section of the control signals 60 is shown.

In dem gemischten Betrieb 3 werden die zwei Trägersignale 40, 42 in einem vorgegebenen Überlappspannungsbereich 50 um den Spannungsnullpunkt 46 überlappend eingestellt. Dabei wird jeweils eines der wenigstens zwei Trägersignale 40, 42 einer Polarität bis zu einem Überlappwert 48, 49 (gestrichelte Linien in 8) der jeweils anderen Polarität skaliert, wobei eine Summe der wenigstens zwei Überlappwerte 48, 49 den Überlappspannungsbereich 50 ergibt.In the mixed operation 3, the two carrier signals 40, 42 are set to overlap in a predetermined overlap voltage range 50 around the voltage zero point 46. In this case, one of the at least two carrier signals 40, 42 of one polarity is assigned up to an overlap value 48, 49 (dashed lines in 8 ) of the other polarity, whereby a sum of the at least two overlap values 48, 49 results in the overlap voltage range 50.

Der gemischte Betrieb 3 wird dabei eingestellt, wenn das Sollwertsignal 44 in dem Überlappspannungsbereich 50 der wenigstens zwei Trägersignale 40, 42 liegt (gestrichelter Kasten in den 6 und 7), während der dreistufige Betrieb 1 eingestellt wird, wenn das Sollwertsignal 44 außerhalb des Überlappspannungsbereichs 50 der wenigstens zwei Trägersignale 40, 42 liegt (durchgezogene Kästen in den 6 und 7).The mixed operation 3 is set when the setpoint signal 44 is in the overlap voltage range 50 of the at least two carrier signals 40, 42 (dashed box in the 6 and 7 ), while the three-stage operation 1 is set when the setpoint signal 44 is outside the overlap voltage range 50 of the at least two carrier signals 40, 42 (solid boxes in the 6 and 7 ).

Ein Anteil von Nullzuständen, in denen die Halbleiterschalter 32, 34 des Neutralpunktpfads 30 dauerhaft Strom führen, kann hierbei über den Überlappwert 48, 49 eingestellt werden.A proportion of zero states in which the semiconductor switches 32, 34 of the neutral point path 30 permanently carry current can be set via the overlap value 48, 49.

Die Ansteuersignale 60, 62, 64 der Halbleiterschalter 32, 34 des Neutralpunktpfads 30 können auf einfache Weise mittels Vergleich der wenigstens zwei Trägersignale 40, 42 mit dem Sollwertsignal 44 und einer Summenbildung der Vergleichsergebnisse bestimmt werden. Dabei ergibt sich, wie aus den 8 und 9 ersichtlich, wenn das Sollwertsignal 44 größer als das erste Trägersignal 40 ist, ein positives Ansteuersignal 60, wenn das Sollwertsignal 44 kleiner als das zweite Trägersignal 42 ist, ein negatives Ansteuersignal 60 und ein Ansteuersignal 60 von Null, wenn das Sollwertsignal 44 zwischen den beiden Trägersignalen 40, 42 liegt.The control signals 60, 62, 64 of the semiconductor switches 32, 34 of the neutral point path 30 can be determined in a simple manner by comparing the at least two carrier signals 40, 42 with the setpoint signal 44 and summing the comparison results. This results, as can be seen from the 8 and 9 visible when the setpoint signal 44 is greater than the first carrier signal 40, a positive control signal 60 when the setpoint signal 44 is smaller than the second carrier signal 42, a negative control signal 60 and a control signal 60 of zero when the setpoint signal 44 is between the two carrier signals 40, 42.

Eine elektrische Last der Halbleiterschalter 32, 34 des Neutralpunktpfads 30 kann durch den Überlappwert 48, 49 eingestellt werden. Dabei kann der Überlappwert 48, 49 dynamisch, insbesondere im laufenden Betrieb des Wechselrichters 100, eingestellt werden.An electrical load of the semiconductor switches 32, 34 of the neutral point path 30 can be set by the overlap value 48, 49. The overlap value 48, 49 can be set dynamically, in particular during operation of the inverter 100.

In den 10 und 11 ist dazu ein Beispiel mit relativ großem Überlappspannungsbereich 50 dargestellt, während in den 12 und 13 ein Beispiel mit relativ kleinem Überlappspannungsbereich 50 dargestellt ist. Dabei sind jeweils die Überlappwerte 48, 49 gestrichelt eingezeichnet.In the 10 and 11 An example with a relatively large overlap voltage range 50 is shown, while in the 12 and 13 an example with a relatively small overlap voltage range 50 is shown. The overlap values 48, 49 are shown in dashed lines.

Wie in den 11 und 13 ersichtlich ist, unterscheiden sich die resultierenden Ansteuersignale 60, 62, 64 sehr stark. Bei dem in den 10 und 11 dargestellten großen Überlappspannungsbereich 50 ist der Anteil des gemischten Betriebs 3, wo das Sollwertsignal 44 zwischen den Überlappwerten 48, 49 liegt, relativ zu dem dreistufigen Betrieb 1 groß, während bei dem in den 12 und 13 dargestellten kleinen Überlappspannungsbereich 50 der Anteil des gemischten Betriebs 3 aufgrund der niedrigen Überlappwerte 48, 49 relativ zu dem dreistufigen Betrieb 1 sehr klein ist.As in the 11 and 13 As can be seen, the resulting control signals 60, 62, 64 differ greatly. In the 10 and 11 In the large overlap voltage range 50 shown, the proportion of mixed operation 3, where the setpoint signal 44 lies between the overlap values 48, 49, is large relative to the three-stage operation 1, while in the 12 and 13 In the small overlap voltage range 50 shown, the proportion of mixed operation 3 is very small due to the low overlap values 48, 49 relative to the three-stage operation 1.

Der Einfluss auf die Dauer der Nullzustände der Ansteuersignale 60, 62, 64 ist demzufolge abhängig von der Modulation. Je größer der Überlappspannungsbereich 50, desto weniger werden die Halbleiterschalter 32, 34 des Neutralpunktpfads 30 belastet, da ein größerer Grad der quasi-zweistufigen Modulation vorliegt und kürzere Null-Zwischenzustände sich ergeben.The influence on the duration of the zero states of the control signals 60, 62, 64 is therefore dependent on the modulation. The larger the overlap voltage range 50, the less the semiconductor switches 32, 34 of the neutral point path 30 are loaded, since there is a greater degree of quasi-two-stage modulation and shorter zero intermediate states result.

Vorteilhaft gehört das Ansteuersignal 60 immer zum Sollwertsignal 40 und die Ansteuersignale 62 und 64 zu einem jeweiligen, nicht dargestellten Sollwertsignal der beiden anderen Phasen eines dreiphasigen Wechselrichters. Jede Phase hat damit seinen eigenes Sollwertsignal und ein dazu resultierendes Ansteuersignal.Advantageously, the control signal 60 always belongs to the setpoint signal 40 and the control signals 62 and 64 belong to a respective setpoint signal (not shown) of the other two phases of a three-phase inverter. Each phase therefore has its own setpoint signal and a resulting control signal.

Durch Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens zum Betrieb des Wechselrichters 100 können die Halbleiterschalter 32, 34 des Neutralpunktpfads 30 kleiner dimensioniert werden, was eine Kostenersparnis ermöglicht.By applying the proposed method for operating the inverter 100 the semiconductor switches 32, 34 of the neutral point path 30 can be dimensioned smaller, which enables cost savings.

Für einen symmetrischen Wechselrichterbetrieb ergibt sich hierbei auch zwingend notwendig ein symmetrischer Überlappungsbereich und damit betragsmäßig gleiche Überlappwerte 48, 49.For symmetrical inverter operation, this also necessarily results in a symmetrical overlap area and thus equal overlap values 48, 49.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
dreistufiger Betriebthree-stage operation
22
zweistufiger Betriebtwo-stage operation
33
gemischter Betriebmixed operation
1010
positive Gleichspannungpositive direct current
1212
negative Gleichspannungnegative DC voltage
1414
Neutralpunktneutral point
1616
Wechselspannungalternating current
2020
Hauptstrompfadmain current path
2222
Halbleiterschaltersemiconductor switches
2424
Halbleiterschaltersemiconductor switches
2626
Lastausgangload output
3030
Neutralpunktpfadneutral point path
3232
Halbleiterschaltersemiconductor switches
3434
Halbleiterschaltersemiconductor switches
3636
Mittelabgriffcenter tap
4040
Trägersignalcarrier signal
4242
Trägersignalcarrier signal
4444
Sollwertsignalsetpoint signal
4646
Spannungsnullpunktvoltage zero point
4848
Überlappwertoverlap value
4949
Überlappwertoverlap value
5050
Überlappspannungsbereichoverlap voltage range
6060
Ansteuersignalcontrol signal
6262
Ansteuersignalcontrol signal
6464
Ansteuersignalcontrol signal
7070
ZeitTime
100100
Wechselrichterinverter

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters (100) für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei der Wechselrichter (100) ausgebildet ist, eine Gleichspannung (10, 12) in eine Wechselspannung (16) zum Antreiben der an einem Lastausgang (26) des Wechselrichters (100) angeschlossenen elektrischen Maschine zu wandeln, wobei der Wechselrichter (100) steuerbar dreistufig ausgebildet ist und wenigstens einen Hauptstrompfad (20) mit wenigstens zwei Halbleiterschaltern (22, 24) und wenigstens einen, in den Hauptstrompfad (20) mündenden Neutralpunktpfad (30) mit wenigstens einem Halbleiterschalter (32, 34) aufweist, wobei der Neutralpunktpfad (30) ausgebildet ist, in einem dreistufigen Betrieb (1) Ausgangslastströme an dem Lastausgang (26) bereitzustellen, welche kleiner sind als die von dem Hauptstrompfad (20) in einem zweistufigen Betrieb (2) bereitgestellten Ausgangslastströme, wobei der Wechselrichter (100) in Abhängigkeit wenigstens einer von der elektrischen Maschine angeforderten elektrischen Last von dem dreistufigen Betrieb (1) in den zweistufigen Betrieb (2) und umgekehrt überführt wird, wobei der Wechselrichter (100) in einem Teillastbereich so angesteuert wird, dass ein gemischter Betrieb (3) zwischen dem dreistufigen Betrieb (1) und dem zweistufigen Betrieb (2) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (100) in einem Pulsweitenmodulationsverfahren betrieben wird, wobei die Halbleiterschalter (22, 24, 32, 34) des Wechselrichters (100) mittels wenigstens eines Trägersignals (40, 42), insbesondere eines periodischen Dreieck-Signals, zur Definition von Schaltzeitpunkten angesteuert werden, wobei in dem zweistufigen Betrieb (2) das wenigstens eine Trägersignal (40, 42) mit einem vorgegebenen Sollwertsignal (44) verglichen wird, wobei in dem dreistufigen Betrieb (1) wenigstens zwei an einem Spannungsnullpunkt (46) gespiegelte Trägersignale (40, 42) für zwei Halbwellen mit dem vorgegebenen Sollwertsignal (44) verglichen werden, wobei in dem gemischten Betrieb (3) die wenigstens zwei Trägersignale (40, 42) in einem vorgegebenen Überlappspannungsbereich (50) um den Spannungsnullpunkt (46) überlappend eingestellt werden, insbesondere wobei jeweils eines der wenigstens zwei Trägersignale (40, 42) einer Polarität bis zu einem Überlappwert (48, 49) der jeweils anderen Polarität skaliert wird, wobei eine Summe der wenigstens zwei Überlappwerte (48, 49) den Überlappspannungsbereich (50) ergibt, wobei der gemischte Betrieb (3) eingestellt wird, wenn das Sollwertsignal (44) innerhalb des Überlappspannungsbereich (50) der wenigstens zwei Trägersignale (40, 42) liegt und der Überlappwert (48, 49) dynamisch im laufenden Betrieb des Wechselrichters (100) eingestellt wird.Method for operating an inverter (100) for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, wherein the inverter (100) is designed to convert a direct voltage (10, 12) into an alternating voltage (16) for driving the electrical machine connected to a load output (26) of the inverter (100), wherein the inverter (100) is designed to be controllable in three stages and has at least one main current path (20) with at least two semiconductor switches (22, 24) and at least one neutral point path (30) opening into the main current path (20) with at least one semiconductor switch (32, 34), wherein the neutral point path (30) is designed to provide output load currents at the load output (26) in a three-stage operation (1) which are smaller than the output load currents provided by the main current path (20) in a two-stage operation (2), wherein the inverter (100) is designed to provide output load currents at the load output (26) in a three-stage operation (1) depending on at least one electrical load requested by the electrical machine is transferred from the three-stage operation (1) to the two-stage operation (2) and vice versa, wherein the inverter (100) is controlled in a partial load range such that a mixed operation (3) between the three-stage operation (1) and the two-stage operation (2) is set, characterized in that the inverter (100) is operated in a pulse width modulation method, wherein the semiconductor switches (22, 24, 32, 34) of the inverter (100) are controlled by means of at least one carrier signal (40, 42), in particular a periodic triangular signal, to define switching times, wherein in the two-stage operation (2) the at least one carrier signal (40, 42) is compared with a predetermined setpoint signal (44), wherein in the three-stage operation (1) at least two carrier signals (40, 42) mirrored at a voltage zero point (46) for two half-waves with the predetermined setpoint signal (44), wherein in the mixed operation (3) the at least two carrier signals (40, 42) are set to overlap in a predetermined overlap voltage range (50) around the voltage zero point (46), in particular wherein one of the at least two carrier signals (40, 42) of one polarity is scaled up to an overlap value (48, 49) of the other polarity, wherein a sum of the at least two overlap values (48, 49) results in the overlap voltage range (50), wherein the mixed operation (3) is set when the setpoint signal (44) is within the overlap voltage range (50) of the at least two carrier signals (40, 42) and the overlap value (48, 49) is set dynamically during ongoing operation of the inverter (100). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dreistufige Betrieb (1) eingestellt wird, wenn das Sollwertsignal (44) außerhalb des Überlappspannungsbereichs (50) der wenigstens zwei Trägersignale (40, 42) liegt.procedure according to claim 1 , whereby the three-stage operation (1) is set when the setpoint signal (44) is outside the overlap voltage range (50) of the at least two carrier signals (40, 42). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine elektrische Last des wenigstens einen Halbleiterschalters (32, 34) des Neutralpunktpfads (30) durch den Überlappwert (48, 49) eingestellt wird.procedure according to claim 1 or 2 , wherein an electrical load of the at least one semiconductor switch (32, 34) of the neutral point path (30) is adjusted by the overlap value (48, 49). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Anteil von Nullzuständen, in denen die Halbleiterschalter (32, 34) des Neutralpunktpfads (30) dauerhaft Strom führen, über den Überlappwert (48, 49) eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a proportion of zero states in which the semiconductor switches (32, 34) of the neutral point path (30) permanently carry current is set via the overlap value (48, 49). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ansteuersignale (60, 62, 64) der Halbleiterschalter (32, 34) des Neutralpunktpfads (30) mittels Vergleich der wenigstens zwei Trägersignale (40, 42) mit dem Sollwert (44) und einer Summenbildung der Vergleichsergebnisse bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein control signals (60, 62, 64) of the semiconductor switches (32, 34) of the neutral point path (30) are determined by comparing the at least two carrier signals (40, 42) with the desired value (44) and summing the comparison results. Wechselrichter (100) für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (100) in Abhängigkeit wenigstens einer von der elektrischen Maschine angeforderten Last von einem dreistufigen Betrieb (1) in einen zweistufigen Betrieb (2) und umgekehrt überführbar ist, wobei der Wechselrichter (100) in einem Teillastbereich so ansteuerbar ist, dass ein gemischter Betrieb (3) zwischen dem dreistufigen Betrieb (1) und dem zweistufigen Betrieb (2) einstellbar ist.Inverter (100) for an electrical machine, in particular an electrically operated vehicle, for carrying out a method according to one of the preceding claims, wherein the inverter (100) can be converted from a three-stage operation (1) to a two-stage operation (2) and vice versa depending on at least one load required by the electrical machine, wherein the inverter (100) can be controlled in a partial load range such that a mixed operation (3) between the three-stage operation (1) and the two-stage operation (2) can be set. Wechselrichter nach Anspruch 6, umfassend eine T-Typ Neutralpunkt-geklemmte Wechselrichterarchitektur, wobei ein Hauptstrompfad (20) wenigstens zwei seriell verschaltete Halbleiterschalter (22, 24) mit einem Mittelabgriff (36) aufweist, welche mit einer positiven und einer negativen Betriebsspannung (10, 12) elektrisch verbunden sind, wobei der Mittelabgriff (36) mit einem Lastausgang (26) elektrisch verbunden ist, wobei ein Neutralpunktpfad (30) mit wenigstens einem Halbleiterschalter (32, 34) mit einem Neutralpunkt (14) der positiven und negativen Betriebsspannungen (10, 12) und dem Mittelabgriff (36) elektrisch verbunden ist.inverter to claim 6 , comprising a T-type neutral point clamped inverter architecture, wherein a main current path (20) has at least two series-connected semiconductor switches (22, 24) with a center tap (36) which are electrically connected to a positive and a negative operating voltage (10, 12), wherein the center tap (36) is electrically connected to a load output (26), wherein a neutral point path (30) with at least one semiconductor switch (32, 34) is electrically connected to a neutral point (14) of the positive and negative operating voltages (10, 12) and the center tap (36).
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