[发明专利]直流矩阵变换器的控制

说明书

技术领域

本发明涉及控制一种直接的交流(AC)到直流(DC)矩阵变换器、以便利用精确控制的脉宽调制向负载提供DC电压。

背景技术

在与此同时提交的序列号为OT-2672的共有的、共同未决的美国专利申请中，直接的3相AC到DC矩阵变换器采用逐一控制的开关、直接在直流电动机的输入端合成所需的平均DC电压波形，同时把DC输出电流以与AC电压同相的正弦波形的形式在各AC输入线之间分配。所述共同未决的申请的直接的DC矩阵变换器与先有的DC-PWM(直流-脉宽调制)变换器之间的差异在于，先有的变换器产生固定电压的DC电力，与电池大致一样，然后按照需要、利用电压的某一部分、通过脉宽调制合成平均起来合适的DC电压，而在所述申请中，通过直接从AC电源进行脉宽调制合成在所需电流下的所需电压，同时保持正弦波平衡和AC输入电流的单位功率因数。

在所述申请的系统中，在每个调制周期中接通和断开每个开关。如众所周知的，仅在不导电与导电状态之间转换的过程中产生电力开关的开关损耗；因此，减小换向次数会明显降低开关中的功耗。

发明的公开

本发明的目的包括以最小的换向损失、以最少的计算(处理器步骤)、用保证DC电压和电流中脉动最小的高达10KHz或者更高的调制频率、直接从三相AC电源提供脉宽调制合成的DC电压，在AC电源处具有最小的失真和单位功率因数。

此项发明基于本人的以下发现：当以适当的次序来操作时、DC矩阵变换器中所有开关可以接通并且在同一或相邻脉宽调制周期的三个部分中的二个部分期间保持接通，这三部分包括每个脉宽调制周期的两个电压产生部分和一个非电压产生部分。

按照本发明，DC矩阵电力开关的接通时间由瞬时电压命令信号V*(反映出由所述DC矩阵变换器提供的电压)与固定dq坐标中三相AC电源的瞬时大小V之比、连同在固定dq坐标中所述AC电源电压的当前瞬时相位与跨过所述AC电源的一个周期的六个相位分区的超前和滞后界限之间的相位关系来决定。

而且按照本发明，利用三角的角-和关系、以dq量来表示所述相位关系，并且通过在正交dq坐标中表示的AC电源的电压与零之间的不相等性来识别上述相位关系。

进一步按照本发明，通过正交DQ坐标中AC电源电压的各分量间的关系来选择在脉宽调制周期的每个部分中使用的开关对。可以以提供单向电流、双向电流并且有或没有正反馈的DC矩阵变换器来实现本发明。

根据对附图中所说明的本发明的示例性实施例的以下详细描述，本发明的其他目的、特征和优点会变得更加清楚。

附图简介

图1是采用按照本发明控制的DC矩阵变换器的电梯系统的简要框图。

图2是可按照本发明控制的共射极、DC矩阵变换器的示意图。

图3是包括有关本发明的电流向量的表示的AC电源电压的曲线图。

图4是说明本发明的原理的空间向量图。

图5和6是说明在一个周期的各个分区中、本发明的各种参数的示意图。

图7是说明用于按照本发明控制DC矩阵的不等式的空间向量图。

图8是按照本发明、用于确定接通持续时间的示例性程序的简化逻辑流程图。

图9-12是说明可以在其中操作各种开关的周期的各分区的示意图。

图13是非零向量开关选择程序的逻辑流程图(简化的示例)。

图14是说明用于选择零向量的不等式的空间向量图。

图15是示例性的零向量开关选择程序的简化逻辑流程图。

图16是说明本发明原理的、在共相位基础上的一系列波形。

实现本发明的最佳方式

参照图1，DC矩阵变换器18向DC电动机19提供电流，在此实施例中DC电动机19以机械方式连接到滑轮20，滑轮通过绳索21连接电梯车厢22和平衡块23。DC矩阵变换器18选择性地把各对三相AC电力线a、b、c直接连接到变换器的输出端j、k。电压可能在j端为正而在k端为负并且常规正向电流从j端流到k端、例如当电梯携带重负载被向上驱动时，或者k端可能为正而j端为负并且常规正向电流从k流向j、例如当电梯携带轻负载被向下驱动时；这称为“电动机驱动”。无论何时电梯带轻负载向上移动、带重负载向下移动、或者减速，实际上滑动20驱动电动机19，使得电动机19起到发电机的作用。在这种情况下，流过电动机19的正向电流的极性与j、k端的电压极性相反；这称为“再生”。DC矩阵变换器18会根据提供给图1的DC矩阵变换器控制器的速度命令的大小和方向、以及电动机19工作在电动机驱动方式下还是再生方式下来适当地连接各开关。