控制逆變器的設備及方法

2023-09-23 17:41:00

專利名稱：控制逆變器的設備及方法
技術領域：
本發明涉及一種控制逆變器(inverter)的設備及方法，尤其涉及這樣一 種控制逆變器的設備及方法，即使當提供有效電壓矢量的時間在低調製(low modulation)區域以及正常區域時，也能夠提高相電流測量的可靠性。
背景技術：
由於功率半導體技術和控制技術的發展，已經能夠連續地改變頻率和電 壓。因此，在交流(AC)系統中廣泛地使用脈衝寬度調製(PWM)技術來 調節速度。特別地，現在有一種採用調製空間電壓矢量的PWM技術來控制逆變器 的方法受到關注。與常用的比較三角波的PWM技術相比，這種調製空間電 壓矢量的PWM技術能夠很好地控制正常狀態下的高頻電流元件。在這種調製空間電壓矢量的PWM技術中，僅當基於根據基準電壓矢量 的位置提供有效電壓矢量的時間並基於基準電壓矢量的位置，而計算出相對 轉換的實際開關時間之後，按照分區(sector)適當地產生選通信號。在使用單電流傳感器的逆變器系統中，僅當提供的時間足以採樣兩個有 效矢量時，才能夠從直流鏈路(DC-link)電流傳感器恢復相電流。也就是說，兩個有效電壓矢量中的一個用於恢復一個相電流，而另一個 用於構造另一個相電流。這樣的話，可能會出現如下問題為了獲得可靠的 相電流，必須將有效電壓矢量提供一最小時間。通常，應提供有效電壓矢量的最小時間可以通過如下的方程式(1)計算。formula see original document page 6這裡，^表示死區時間，L,表示由於開關而產生的直流鏈路振鈴電流 (ringing current)的穩定時間，7^表示A/D轉換時間。圖1示出根據現有技術，當有效矢量位於低調製區域時測量相電流的方法。如圖1所示，在現有技術採用的方法中，當使用空間電壓矢量獲得的T1/2 和T2/2的值都小於用於恢復電流的最小時間Tmin時，提供有效電壓矢量的 時間被強制延長。特別是，當啟動(激活)逆變器系統時或者在其低速驅動期間，T1/2和T2/2的值都小於最小時間Tmin的低調製區域。因此，如上所述，現有技術使用強制延長加壓時間的方法來測量電流。 但是，在現有技術中，如果將提供空間電壓矢量的時間強制延長，空間電壓矢量將會產生誤差。空間電壓矢量的這種誤差隨後造成空間電壓矢量失真，導致正常低速驅動的可靠性或者激活的可靠性下降。發明內容因此，本發明的目的在於提供一種控制逆變器的設備及方法，其能夠根 據相電流和有效電壓矢量的大小，通過保證提供用於檢測三相電流的有效電 壓矢量的最佳時間，從而提高電流測量的可靠性。為了實現上述及其它優點，根據本發明的目的，如同在此具體實施並廣泛描述的，提供一種控制逆變器的設備，包括空間電壓調節器，基於電壓指令值產生並輸出有效電壓矢量；以及低調製確定器，確定所述有效電壓矢量是否位於低調製區域，並根據確定的結果輸出低調製開關控制信號或者正 常調製開關控制信號。在本發明的另一實施例中，提供一種控制逆變器的設備，包括空間電 壓調節器，基於電壓指令值產生並輸出有效電壓矢量；低調製確定器，確定所述有效電壓矢量是否位於低調製區域，並根據確定的結果輸出低調製開關控制信號或者正常調製開關控制信號；開關信號發生器，用於根據所述低調 制開關控制信號產生開關信號，以控制激活或者低速驅動，並根據所述正常 調製開關控制信號產生另一開關信號以控制正常驅動；以及逆變器，由所述 開關信號開關，並根據開關的結果輸出相電壓和相電流。為了實現上述及其它優點，根據本發明的目的，如同在此具體實施並廣 泛描述的，提供一種控制逆變器的方法，包括基於電壓指令值產生有效電 壓矢量；以及確定所述有效電壓矢量是否位於低調製區域，從而根據確定的
結果對輸入電壓進行低調製或者正常調製。在本發明的另一實施例中，提供一種控制逆變器的方法，包括根據負 載產生電流指令值，獲取所述電流指令值與恢復的實際電流之間的差值，從 而基於所述差值產生電壓指令值；基於所述電壓指令值產生有效電壓矢量； 確定所產生的有效電壓矢量是否位於低調製區域內，從而根據確定的結果對 輸入電壓進行低調製或者正常調製；以及根據低調製或者正常調製檢測從逆變器輸出的相電流，然後根據檢測出的相電流恢復實際電流。通過本發明的以下詳細描述並結合附圖，本發明的上述及其它目的、特 點、方案及優點將更加明顯。


附圖提供對本發明的進一步理解，合併入說明書並構成說明書的一部 分，示出本發明的實施例，和說明書一起用於解釋本發明的原理。在附圖中圖1示出根據現有技術，當有效矢量位於低調製區域時測量相電流的方法；圖2為示出根據本發明實施例的逆變器控制設備的結構的方塊圖； 圖3為示出根據本發明實施例的逆變器控制設備的操作的流程圖； 圖4為根據本發明實施例的逆變器控制設備中的低調製開關信號的波形圖；圖5示出當使用根據本發明實施例的逆變器控制設備時空間電壓矢量的 示意圖，其中指出了電流可測量區域；以及圖6為使用根據本發明實施例的逆變器控制設備時相電壓的波形圖。
具體實施方式
以下將參照圖2至圖6詳細描述根據本發明實施例的控制逆變器的設備 和方法，當激活時或者在低速驅動期間，即使有效電壓矢量位於低調製區域， 上述設備和方法也能夠通過輸出低調製開關控制信號來檢測相電流，並且當 通過低調製開關信號發生器將有效電壓矢量移位(shift)到開關信號周期的 中間部分時，能夠降低開關馬達時產生的噪聲。 圖2為示出根據本發明實施例的用於控制逆變器來測量可靠相電流的設 備的結構的方塊圖。如圖2所示，根據本發明的用於控制逆變器的設備包括電流恢復單元250、電流控制器210、空間電壓調節器220、低調製確定器230、開關信號 發生器240、逆變器260以及負載270。電流控制器210獲取(計算出)從外部輸入的電流指令值與恢復的實際 電流之間的差值，並產生與此差值對應的電壓指令值。空間電壓調節器220根據電流控制器210產生的電壓指令值來產生有效 電壓矢量Tl和T2，用於確定逆變器260的開關時間。低調製確定器230確定從空間電壓調節器220輸出的有效電壓矢量Tl 和T2是否位於低調製區域，然後輸出低調製開關控制信號或者正常調製開 關控制信號。這裡，當有效電壓矢量T1和T2位於低調製區域時，低調製確定器230 輸出低調製開關控制信號，而當有效電壓矢量T1和T2位於正常區域時，低 調製確定器230輸出正常調製開關控制信號。開關信號發生器240根據低調製開關控制信號產生開關信號以控制激活 或者低速驅動，根據正常調製開關控制信號產生另一開關信號以控制正常驅 動。這裡，開關信號發生器250設置有低調製開關信號產生單元241和正常 調製開關信號產生單元242。在本發明的一個方案中，根據低調製開關控制信號，開關信號發生器250 在一定時間Ts的半周期內產生用於導通(conduct)彼此同步的各個相位的 信號，並在另一半周期內提供零電壓，從而在之後通過將用於導通各個相位 的信號移位一定程度後到達提供零電壓的半周期，產生開關信號。逆變器260由開關信號開關，並根據開關的結果輸出相電壓和相電流。電流恢復單元250檢測負載270的相電流，以根據檢測到的相電流恢復 實際電流，並在之後將恢復的實際電流輸出到電流控制器210。也就是說，電流恢復單元250檢測從逆變器260輸出的一定相位的實際 電流。以下詳細描述根據本發明實施例的用於控制逆變器的設備及方法。
首先，假定通過某一電流指令值而以一定的速度驅動負載270 (S30)。電流恢復單元250檢測負載270的相電流，根據檢測到的相電流恢復實 際電流，然後將恢復的實際電流輸出(S36和S37)。接著，電流控制器210將電流恢復單元250恢復的實際電流值與通過和 負載270的相互作用(intenvork)而產生的電流指令值進行比較，並在之後 根據比較結果產生並輸出電壓指令值(S31)。空間電壓調節器220根據電壓指令值產生並輸出有效電壓矢量T1和T2， 用於確定逆變器260的開關時間(S32)。如果確定有效電壓矢量Tl和T2位於低調製區域，那麼低調製確定器 230輸出低調製開關控制信號以正常驅動負載270，如果確定有效電壓矢量 Tl和T2位於正常區域，那麼低調製確定器230輸出正常調製開關控制信號 (S33)。這裡，低調製區域指的是能夠可靠地檢測相電流的區域，為了能夠可靠 地檢測相電流，該區域中有效電壓矢量Tl和T2都小於最小有效電壓矢量 Tmin，而根據現有技術這意味著在低調製區域不能正常地驅動馬達。根據正常調製開關控制信號，正常調製開關產生單元242產生並輸出正 常開關信號，用於正常驅動負載270 (S35)。根據低調製開關控制信號，低調製開關信號產生241產生並輸出低調製 開關信號，用於控制負載270的激活或低速驅動(S34)。以下參照圖4詳細描述產生低調製開關信號的過程。圖4為根據本發明實施例的逆變器控制設備中的低調製開關信號的波形圖。當有效電壓矢量T1和T2位於低調製區域時，如圖4所示，通過僅在半 開關周期內完全地提供開關信號彼此同步的有效電壓矢量T1和T2，並在另 一個半周期內提供零電壓，而不是使用與有效電壓矢量T1和T2的一半相對 應的T1/2和T2/2，使低調製開關信號產生單元241產生新的開關信號。之 後，低調製開關信號產生單元241輸出通過將產生的開關信號的有效電壓矢 量T1和T2移位到另一個半周期的某一時間而獲得的低調製開關信號。也就是說，根據低調製開關控制信號，通過在一定時間Ts的半周期內 產生用於導通彼此同步的各個相位的信號，並在另一半周期內提供零電壓， 低調製開關信號產生單元241產生開關信號，從而通過將用於導通所產生的 開關信號的各個相位的信號移位到已提供零電壓一定時間的另一半周期，來 產生低調製開關信號。因此在本發明中，由於根據現有技術的不能測量電流的低調製區域被減 小到原來的一半，所以即使是在低調製區域內，也能夠恢復可靠的相電流。 此外，由於有效電壓矢量被移位到開關信號區域的中間部分，所以能夠降低 開關馬達時產生的噪聲。具體而言，假定最小有效電壓矢量Tmin為100，並且有效電壓矢量Tl 和T2分別為100，則在現有技術中能夠測量電流的時間T1/2和T2/2分別被 減少50，從而小於測量電流所要求的時間(即100)。因此，無法測量電流。但是，本發明僅在半周期內使用有效電壓矢量T1和T2。因此，能夠測 量電流的時間可對應於有效電壓矢量Tl和T2，而不是對應於有效電壓矢量 Tl和T2的一半T1/2和T2/2。因此，本發明通過利用能夠測量電流的時間 (即100)就能夠測量正常相電流。也就是說，如圖5所示，根據本發明實施例的用於控制逆變器的設備利 用比現有技術更大的有效電壓矢量來控制逆變器，從而增大了可以測量電流 的區域。此外，當使用根據本發明實施例的用於控制逆變器的設備時，與圖6的 (a)部分所示的現有技術中的相電壓波形相比，以低速輸出到負載的D軸和Q 軸的相電壓的波形(如圖6的(b)部分所示)更接近於通過適當地控制逆變器 而獲得的相電壓的正弦波形。如上所述，根據本發明用於控制逆變器的設備和方法通過確保根據相電 流和有效電壓矢量提供用於檢測三相電流的有效電壓矢量的最佳時間，能夠 提高電流測量的可靠性。本發明可實施為多種形式而不脫離其精神或實質特點，應當理解的是， 除非另有規定，上述實施例不限於以上描述的任何細節，而是寬泛地解釋為 落入所附權利要求書所確定的精神和範圍內，因此任何落入權利要求書範圍 和邊界內或此範圍或邊界的等同物內的變型和改型都由所附權利要求書所 涵蓋。
權利要求
1、一種用於控制逆變器的設備，包括空間電壓調節器，基於電壓指令值產生並輸出有效電壓矢量；以及低調製確定器，確定所述有效電壓矢量是否位於低調製區域，並根據確定的結果輸出低調製開關控制信號或者正常調製開關控制信號。
2、 如權利要求1所述的設備，其中，所述低調製確定器在所述有效電壓矢量位於低調製區域時輸出低調製開關控制信號，在所述有效電壓矢量位 於正常區域時輸出正常調製開關控制信號。
3、 如權利要求1所述的設備，還包括開關信號發生器，用於根據所述低調製開關控制信號產生開關信號以控 制激活或者低速驅動，以及根據所述正常調製開關控制信號產生另一開關信 號以控制正常驅動。
4、 如權利要求3所述的設備，還包括逆變器，由所述開關信號開關，並根據開關的結果輸出相電壓和相電流。
5、 如權利要求1所述的設備，還包括電流恢復單元，用於檢測所述相電流，以根據檢測到的相電流恢復實際 電流。
6、 如權利要求l所述的設備，還包括電流控制器，基於和負載相互作用的電流指令值與恢復的實際電流值之 間的差值，輸出電壓指令值。
7、 如權利要求3所述的設備，其中，所述開關信號發生器在一定時間的半周期內產生用於導通彼此同步的各個相位的信號，並在另一半周期內提 供零電壓，從而通過將用於導通各個相位的所述信號移位一定程度後到達已 提供零電壓的所述另一半周期，來產生開關信號。
8、 一種用於控制逆變器的設備，包括空間電壓調節器，基於電壓指令值產生並輸出有效電壓矢量；低調製確定器，確定所述有效電壓矢量是否位於低調製區域，並根據確定的結果輸出低調製開關控制信號或者正常調製開關控制信號；開關信號發生器，用於根據所述低調製開關控制信號產生開關信號以控 制激活或者低速驅動，以及根據所述正常調製開關控制信號產生另一開關信號以控制正常驅動；以及逆變器，由所述開關信號開關，並根據開關的結果輸出相電壓和相電流。
9、 如權利要求8所述的設備，還包括電流恢復單元，用於檢測所述相電流，並根據檢測到的相電流恢復實際電流。
10、 如權利要求8所述的設備，還包括電流控制器，基於和負載相互作用的電流指令值與恢復的實際電流值之 間的差值，輸出電壓指令值。
11、 如權利要求8所述的設備，其中，所述低調製確定器在所述有效電壓矢量位於低調製區域時輸出低調製開關控制信號，在所述有效電壓矢量位 於正常區域時輸出正常調製開關控制信號。
12、 如權利要求8所述的設備，其中，所述開關信號發生器在一定時間 的半周期內產生用於導通彼此同步的各個相位的信號，並在另一半周期內提 供零電壓，從而通過將用於導通各個相位的所述信號移位一定程度後到達已 提供零電壓的所述另一半周期，來產生開關信號。
13、 一種用於控制逆變器的方法，包括步驟 基於電壓指令值產生有效電壓矢量；以及確定所產生的有效電壓矢量是否位於低調製區域，並根據確定的結果對 輸入電壓進行低調製或者正常調製。
14、 如權利要求13所述的方法，其中，進行所述低調製或者所述正常 調製的步驟包括當所述有效電壓矢量位於低調製區域時，對提供給逆變器的輸入電壓進行低調製；以及當所述有效電壓矢量位於正常區域時，對提供給逆變器的輸入電壓進行 正常調製。
15、 如權利要求14所述的方法，其中，進行所述低調製的步驟包括 當所述有效電壓矢量位於低調製區域時，產生低調製開關控制信號，然後基於所產生的低調製開關控制信號產生開關信號，用於控制激活和低速驅 動；以及通過所產生的開關信號開關所述逆變器，並根據開關的結果對提供給所述逆變器的輸入電壓進行低調製。
16、 如權利要求15所述的方法，其中，產生所述開關信號的步驟包括 根據所述低調製開關控制信號，在一定時間的半周期內產生用於導通彼此同步的各個相位的信號，並在另一半周期內提供零電壓；以及通過將用於導通各個相位的所述信號移位一定程度後到達已提供零電 壓的所述另一半周期，產生開關信號。
17、 如權利要求14所述的方法，其中，進行所述正常調製的步驟包括 當所述有效電壓矢量位於正常調製區域時產生正常調製開關控制信號，然後根據所產生的正常調製開關控制信號產生開關信號，用於控制激活和低 速驅動；以及通過所產生的開關信號開關所述逆變器，並根據開關的結果對提供給所 述逆變器的輸入電壓進行正常調製。
18、 如權利要求13所述的方法，還包括根據所述低調製或者正常調製檢測從所述逆變器輸出的相電流，並根據 檢測出的相電流恢復實際電流。
19、 如權利要求13所述的方法，還包括根據負載產生電流指令值，計算出所述電流指令值與恢復的實際電流之 間的差值，從而基於所述差值產生電壓指令值。
20、 一種用於控制逆變器的方法，包括根據負載產生電流指令值，計算出所述電流指令值與恢復的實際電流之間的差值，從而基於所述差值產生電壓指令值；基於所述電壓指令值產生有效電壓矢量； 確定產生的有效電壓矢量是否位於低調製區域內，並根據確定的結果對輸入電壓進行低調製或者正常調製；以及根據低調製或者正常調製檢測逆變器輸出的相電流，根據檢測出的相電 流恢復實際電流。
21、 如權利要求19所述的方法，其中，進行所述低調製或者所述正常 調製的步驟包括當所述有效電壓矢量位於低調製區域時，對提供給所述逆變器的輸入電壓進行低調製；以及 當所述有效電壓矢量位於正常區域時，對提供給所述逆變器的輸入電壓 進行正常調製。
22、 如權利要求21所述的方法，其中，進行所述低調製的步驟包括當所述有效電壓矢量位於低調製區域時產生低調製開關控制信號，然後 基於所產生的低調製開關控制信號產生開關信號，用於控制激活和低速驅動；以及通過所產生的開關信號開關所述逆變器，並根據開關的結果對提供給所 述逆變器的所述輸入電壓進行低調製。
23、 如權利要求22所述的方法，其中，產生所述開關信號的步驟包括: 根據所述低調製開關控制信號，在一定時間的半周期內產生用於導通彼此同步的各個相位的信號，並在另一半周期內提供零電壓；以及通過將用於導通各個相位的所述信號移位一定程度後到達已提供零電 壓的所述另一半周期，來產生開關信號。
24、 如權利要求21所述的方法，其中，進行所述正常調製的步驟包括 當所述有效電壓矢量位於正常調製區域時產生正常調製開關控制信號，然後根據所產生的正常調製開關控制信號產生開關信號，用於控制激活和低 速驅動；以及通過所產生的開關信號開關所述逆變器，並根據開關的結果對提供給所 述逆變器的輸入電壓進行正常調製。
全文摘要
一種控制逆變器的設備及方法，能夠根據相電流和有效電壓矢量的大小，通過確保提供用於檢測三相電流的有效電壓矢量的最佳時間，從而提高電流測量的可靠性，所述設備包括空間電壓調節器，基於電壓指令值產生並輸出有效電壓矢量；以及低調製確定器，確定所述有效電壓矢量是否位於低調製區域，並根據確定的結果輸出低調製開關控制信號或者正常調製開關控制信號。
文檔編號H02P21/00GK101213736SQ200680023686
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優先權日2005年12月30日
發明者樸晟閔, 金兌暻 申請人:Lg電子株式會社