[发明专利]脉宽调制控制方法和减轻过调制区域中反射波效应的系统

说明书

技术领域

本公开涉及逆变器脉冲宽度调制技术，其中如果一个或者更多个相信号或值转变入或转变出脉冲宽度调制载波波形的范围以外的过调制范围，则选择性地调整PWM调制信号以减轻反射波。

背景技术

电动机驱动器和其他形式的电力转换系统将电力从一种形式转换为另一种形式，可以用在各种应用中，诸如为使用从单相或多相交流(AC)输入源转换的电力的电动机供电、转换来自风力发电机的AC电力以将电力供应给输电线路等。电力转换器可以包括针对不同类型的转换应用的多级，转换应用诸如用于具有脉冲宽度调制(PWM)的有源电流源整流器的电动机的AC/DC(直流)/AC驱动器，其中选择性地开关AC输入电力以产生DC输出总线电压，通过PWM受控逆变器级从DC输出总线电压来驱动负载。这种类型的转换器在具有变化的电动机负载的情况下驱动需要可变速度控制的工业应用中的电动机时尤其有用。逆变器通常针对每个输出相采用一对高/低驱动器，用于选择性地将输出线与上或下DC总线中的一条耦合，其中通常使用诸如可控硅整流器(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、门极换流晶闸管(GCT，诸如集成门极换流晶闸管(IGCT)或对称门极换流晶闸管(SGCT))等的基于半导体的开关实施相对高频的逆变器开关。

很多用于电动机驱动应用的脉冲宽度调制方案采用逆变器中的最小暂停和极性反转时间来将电动机峰值电压限制达到主导(lead)长度的某一期望值，其中暂停时间描述任何开关保持在开或关状态的最小时间，极性反转时间是当从正极性向负极性转变时输出线线间电压保持在0的最小时间，反之亦然。已经开发了各种脉宽调制方案来解决电动机驱动转换器中的过载电动机电压、反射波效应和共模电压问题。

2006年4月25日公布的授予Thunes等的并转让给本申请的受让人的美国专利第7,034,501号描述了以低速度空间调制信号以防止电流调节驱动器中通过反射波的过电压，其中通过电流调节器补偿伏秒失真。该专利的整体内容通过引用合并于此，如同在本文中完全阐述一样。

2007年1月16日公布的授予Kerkman等的也转让给本申请的受让人的美国专利第7,164,254号公开了共模电压减小技术，其中修改开关序列以避免使用零向量从而减小电动机中的共模电压。该专利的整体内容通过引用合并于此，如同在本文中完全阐述一样。

2006年9月12日公布的授予Yin等的并转让给本申请的受让人的美国专利第7,106,025号公开了用于消除算法中的死区效应以减小整流器/逆变器可变频率驱动器(VFD)中的三相电力转换装置产生的共模电压的技术，该专利的整体内容通过引用合并于此，如同在本文中完全阐述一样。

2007年4月25日公布的授予Thunes等的并转让给本申请的受让人的美国专利第7,034,501号公开了用于减轻AC电动机驱动器中的反射波的选通脉冲时间间隔调整技术，该专利的整体内容通过引用合并于此，如同在本文中完全阐述一样。

2009年2月27日提交的序号为12/394,613和2009年4月24日提交的序号为12/429,309的、两者均转让给本申请的受让人的共同未决的美国专利申请公开了使用仅具有活动(active)向量的开关序列控制AC电动机中的共模电压，但是这会增大输出电流失真，尤其是在低速度时，该方法可能无法在所有的PWM波形发生器中容易地实施。

2004年11月16日公布的授予Kerkman等的并转让给本申请的受让人的第6,819,070号美国专利公开了控制AC电动机驱动器中的反射电压的逆变器开关控制技术，该专利的整体内容通过引用合并于此，如同在本文中完全阐述一样。该专利描述了调整选通脉冲以最小化由于反射波现象引起的峰值电动机过电压的方法。这些技术包括通过针对每个相独立地限制占空因数的最小和最大值来执行最小暂停时间并防止施加到电动机的线线间电压的极性反转。当不处于脉冲下降时，独立限制相的最大和最小占空因数以PWM开关模式执行了暂停时间和极性反转时间，从而在不处于脉冲下降时限制峰值电动机过电压。然而，当PWM方案的调制波形超过载波波形的最大值或当调制波形在最小载波波形值以下时，在向过调制状况的转变期间可能减小暂停时间，导致在电动机端子处的高电压。另外，在向过调制的转变期间可能减小极性反转时间，也引起高电动机端子电压。而且，在两个相上向或从过调制的同时转变可以导致极性反转，即使对于短线缆长度也潜在地在电动机端子处生成很高的电压(例如，高达大约4倍的DC总线水平)。因此，需要改进的逆变器脉冲宽度调制技术和系统来避免或减轻过调制情况中的这些问题。