[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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载的双向开关。

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 动机发热。

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圈 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圈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圈，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，每个扼流圈被加载由逆变器的全输出 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圈相比，产生的磁通非常低，导 致具有小尺寸的低成本差模设备。

发明内容

本发明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，本发明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被切换。

根据本发明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。

根据本发明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载发热。

根据本发明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。