專利名稱：矩陣轉(zhuǎn)換器型變速設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器的控制方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的相應(yīng)變速驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器包括安排在包含三個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)矩陣內(nèi)的九個(gè)雙向開(kāi)關(guān)。這個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣一側(cè)與鏈接到AC (交流電)電壓源的三個(gè)輸入相U、V、w連接，且另一側(cè)與鏈接到負(fù)載的三個(gè)輸出相a、b、c連接。這些開(kāi)關(guān)被分別控制成將輸出相與任何一個(gè)輸入相連接。一般說(shuō)來(lái)，矩陣轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的控制命令可以通過(guò)諸如空間矢量調(diào)制(MVE)、矢量調(diào)制或交叉調(diào)制的各種過(guò)程生成。在IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS，vol. 38，NO. 3，1991 年 6 月中名為"A novel control method for forced commutatedcycloconverters using instantaneous values of input line- to-line voltages"(使用輸入線到線電壓瞬時(shí)值的強(qiáng)迫換流循環(huán)轉(zhuǎn)換器的新控制方法)并由AkioISHI⑶R0、Takeshi FURUHASHI和 Shigeru OKUMA撰寫(xiě)的文獻(xiàn)描述了循環(huán)轉(zhuǎn)換器的控制過(guò)程。這個(gè)過(guò)程在于將基準(zhǔn)輸出電壓表達(dá)成開(kāi)關(guān)的輸入電壓和開(kāi)關(guān)占空比的函數(shù)。該文獻(xiàn)尤其提出了在開(kāi)關(guān)周期上永久斷開(kāi)開(kāi)關(guān)單元的一個(gè)開(kāi)關(guān)，以便使調(diào)制深度增加到其最大。這樣就得到Vinput = 0. 86XVoutput, 而不是 Vinput = 0. 75XVoutput。零相的引入使得有可能在開(kāi)關(guān)周期上斷開(kāi)轉(zhuǎn)換器的單元之一。這使得有可能提高轉(zhuǎn)換器輸出端上的電性能(輸出端上的較高平均電壓)和在未斷開(kāi)的兩個(gè)單元的開(kāi)關(guān)周期上將有效狀態(tài)的數(shù)量(或開(kāi)關(guān)的次數(shù))限制成八個(gè)。這種在開(kāi)關(guān)周期上減少有效狀態(tài)的數(shù)量使得有可能將開(kāi)關(guān)的次數(shù)減少三分之一，并因此降低開(kāi)關(guān)損耗和共模電壓。但是，在開(kāi)關(guān)周期期間斷開(kāi)一個(gè)單元使得就如下而言不可能達(dá)到最佳-當(dāng)輸出電流和電壓同相時(shí)降低開(kāi)關(guān)損耗；以及-降低共模電壓。的確，斷開(kāi)一個(gè)單元不允許將輸入電壓在絕對(duì)值上的最低總和在開(kāi)關(guān)期間系統(tǒng)地施加在進(jìn)行開(kāi)關(guān)的其它兩個(gè)單元上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器的控制方法，這種控制方法使得就降低開(kāi)關(guān)損耗和共模電壓而言有可能達(dá)到最佳。這個(gè)目的是通過(guò)在矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器中實(shí)現(xiàn)的控制方法達(dá)到的，包含-與AC電壓源連接的三個(gè)輸入相和與電負(fù)載連接的三個(gè)輸出相；-九個(gè)電流和電壓雙向電子開(kāi)關(guān)，分布在三個(gè)開(kāi)關(guān)單元當(dāng)中和旨在分別受到控制， 以便將輸出相與任何一個(gè)輸入相連接，對(duì)服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的切換使得有可能獲得去往負(fù)載的輸出電壓；-所述占空比矩陣包含零相；-其特征在于，所述方法包含-從所述占空比矩陣中消除零相的步驟；-將新零相放置在所述占空比矩陣中，以便最大程度地降低開(kāi)關(guān)損耗和共模電壓的步驟。按照一種特征，放置新零相的步驟在于確定輸入電壓矢量(Vinput)，以及在于針對(duì)各種簡(jiǎn)單輸入電壓確定新零相的地點(diǎn)作為這個(gè)矢量的位置的函數(shù)。按照另一種特征，雙向電子開(kāi)關(guān)的控制命令通過(guò)交叉型調(diào)制來(lái)確定。按照另一種特征，所述交叉型調(diào)制是通過(guò)在兩個(gè)不同載波上以調(diào)制元的形式應(yīng)用占空比矩陣的占空比實(shí)現(xiàn)的。按照另一種特征，兩個(gè)載波具有三角形形狀，以及具有等于開(kāi)關(guān)頻率的頻率，一個(gè)載波是另一個(gè)載波的逆。按照另一種特征，一行占空比矩陣的調(diào)制元總是應(yīng)用于同一載波。按照另一種特征，占空比矩陣包含最高占空比的行不應(yīng)用于兩個(gè)載波的任何一個(gè)，并且將兩個(gè)未排除行的每一行與一個(gè)載波相比較。本發(fā)明還涉及矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器，其包含-與AC電壓源連接的三個(gè)輸入相和與電負(fù)載連接的三個(gè)輸出相；-九個(gè)電流和電壓雙向電子開(kāi)關(guān)，分布在三個(gè)開(kāi)關(guān)單元當(dāng)中和旨在分別受到控制， 以便將輸出相與任何一個(gè)輸入相連接，對(duì)服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的切換使得有可能獲得去往負(fù)載的輸出電壓；-所述占空比矩陣包含零相；-其特征在于，所述可變驅(qū)動(dòng)器包含-從所述占空比矩陣中消除零相的部件；-將新零相放置在所述占空比矩陣中以便最大程度地降低開(kāi)關(guān)損耗和共模電壓的部件。按照一種特征，所述可變驅(qū)動(dòng)器包含確定輸入電壓矢量以及針對(duì)各種簡(jiǎn)單輸入電壓確定新零相的地點(diǎn)作為這個(gè)矢量的位置的函數(shù)的部件。按照另一種特征，雙向電子開(kāi)關(guān)的控制命令通過(guò)交叉型調(diào)制來(lái)確定。按照另一種特征，所述交叉型調(diào)制是通過(guò)在兩個(gè)不同載波上以調(diào)制元的形式應(yīng)用占空比矩陣的占空比實(shí)現(xiàn)的。按照所述變速驅(qū)動(dòng)器的另一種特征，兩個(gè)載波具有三角形形狀，以及具有等于開(kāi)關(guān)頻率的頻率，一個(gè)載波是另一個(gè)載波的逆。


通過(guò)對(duì)通過(guò)例子給出和表示在附圖中的實(shí)施例進(jìn)行如下詳細(xì)描述，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)，在附圖中-圖1示意性地表示了矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例的原理；-圖2示意性地表示了本發(fā)明控制方法的操作原理；
-圖3例示了用在本發(fā)明的虛擬轉(zhuǎn)換器中的輸入選擇器的操作原理；-圖4例示了用在本發(fā)明的虛擬轉(zhuǎn)換器中的輸出選擇器的操作原理；-圖5A和圖5B示出了用于證明對(duì)零相地點(diǎn)的修改的輸入相電位之間的差異；-圖6表示了使得有可能指示新零相的地點(diǎn)的輸入電壓矢量的各種定位扇區(qū)；-圖7表示了用于定義脈寬調(diào)制的兩個(gè)倒置三角形載波χ和y；-圖8例示了選擇第一或第二載波的原則；-圖9表示了借助于為本發(fā)明選擇的兩個(gè)載波進(jìn)行的示范性交叉調(diào)制。
具體實(shí)施例方式參考圖1，矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器包括以包含三個(gè)開(kāi)關(guān)單元A、B、C的開(kāi)關(guān)矩陣的形式排列的類(lèi)型為串聯(lián)的雙IGBT (絕緣柵雙極晶體管)+反平行二極管或RB-IGBT (包含兩個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)的反向阻斷IGBT)的九個(gè)電流和電壓雙向開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元A、B、C含有三個(gè)開(kāi)關(guān)。該可變驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包含與AC電壓源連接的三個(gè)輸入相u、v、w、和與受控的電負(fù)載(未示出)連接的三個(gè)輸出相a、b、C。九個(gè)雙向開(kāi)關(guān)的每一個(gè)分別受到控制，以便將輸出相a、b、c與輸入相u、v、w的任何一個(gè)連接。雙向開(kāi)關(guān)的控制根據(jù)包含開(kāi)關(guān)矩陣的開(kāi)關(guān)的占空比的3X3控制矩陣來(lái)進(jìn)行。 每個(gè)開(kāi)關(guān)單元A、B、C根據(jù)與三個(gè)輸入相U、ν、w連接的三個(gè)開(kāi)關(guān)的占空比控制輸出相a、b 或c上的電壓?？梢詫⒚總€(gè)開(kāi)關(guān)單元A、B、C的單個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置成閉合狀態(tài)。在圖1中，指定點(diǎn) fau、fav、faw、fbu、fbv、fbw、feu、fev、few 每一個(gè)代表一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)。按照慣例，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)從1到3編號(hào)。因此，為了標(biāo)識(shí)開(kāi)關(guān)矩陣的有效狀態(tài)，要指出每個(gè)單元中閉合開(kāi)關(guān)的號(hào)碼。例如，有效狀態(tài)131表示單元A的頂部開(kāi)關(guān) (fau-No. 1)是閉合的，單元B的底部開(kāi)關(guān)(fbw-No. 3)是閉合的，以及單元C的頂部開(kāi)關(guān) (fcu-No. 1)是閉合的。3X3控制矩陣采用如下形式
aUbUcU
J\4 = < Vbyβ WbW其中-au, av、aw是開(kāi)關(guān)fau、fav、faw的各自占空比；_1^、1^、1^是開(kāi)關(guān)溈11、溈1溈《的各自占空比；-Cu, cv、Cw是開(kāi)關(guān)feu、fcv、few的各自占空比。在IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 38，NO. 3，1991 年 6 月中的名為"A novel control method for forced commutatedcycloconverters using instantaneous values of input line- to-line voltages"(使用輸入線到線電壓瞬時(shí)值的強(qiáng)迫換流循環(huán)轉(zhuǎn)換器的新控制方法)以及由AkioISHI⑶R0、Takeshi FURUHASHI和 Shigeru OKUMA撰寫(xiě)的現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)講明了三個(gè)開(kāi)關(guān)單元A、B、C之一應(yīng)該斷開(kāi)，以便使調(diào)制深度增加到0.86。為此，將斷開(kāi)開(kāi)關(guān)單元的占空比之一固定在1上。這是，例如，開(kāi)關(guān)
權(quán)利要求
1.一種在矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器中實(shí)現(xiàn)的控制方法，包含-與AC電壓源連接的三個(gè)輸入相(U，ν, w)和與電負(fù)載連接的三個(gè)輸出相(a，b，c)； -九個(gè)電流和電壓雙向電子開(kāi)關(guān)(fau，fav, faw, fbu, fbv, fbw, fcu, fcv, fcw)，分布在三個(gè)開(kāi)關(guān)單元(A，B, C)當(dāng)中和旨在分別受到控制，以便將輸出相與任何一個(gè)輸入相連接， 對(duì)服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的切換使得有可能獲得去往負(fù)載的輸出電壓； -所述占空比矩陣包含零相； -其特征在于，所述方法包含 -從所述占空比矩陣中消除零相的步驟；-將新零相放置在所述占空比矩陣中，以便最大程度地降低開(kāi)關(guān)損耗和共模電壓的步驟ο
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，放置新零相的步驟在于確定輸入電壓矢量 (Vinput),以及在于針對(duì)各種簡(jiǎn)單輸入電壓(Vun, Vvn，Vwn)確定新零相的地點(diǎn)作為這個(gè)矢量的位置的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，雙向電子開(kāi)關(guān)的控制命令通過(guò)交叉型調(diào)制來(lái)確定。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述交叉型調(diào)制是通過(guò)在兩個(gè)不同載波(X， y)上以調(diào)制元(ml-m3，ml0-m30)的形式應(yīng)用占空比矩陣的占空比實(shí)現(xiàn)的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，兩個(gè)載波(x，y)具有三角形形狀，以及具有等于開(kāi)關(guān)頻率的頻率，一個(gè)載波是另一個(gè)載波的逆。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，一行占空比矩陣的調(diào)制元總是應(yīng)用于同一載波(χ，y)。
7.如權(quán)利要求4到6的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，占空比矩陣包含最高占空比的行不應(yīng)用于兩個(gè)載波(χ，y)的任何一個(gè)，并且將兩個(gè)未排除行的每一行與一個(gè)載波(χ， y)相比較。
8.一種矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器，包含-與AC電壓源連接的三個(gè)輸入相(U，ν, w)和與電負(fù)載連接的三個(gè)輸出相(a，b，c)； -九個(gè)電流和電壓雙向電子開(kāi)關(guān)(fau，fav, faw, fbu, fbv, fbw, fcu, fcv, fcw)，分布在三個(gè)開(kāi)關(guān)單元(A，B, C)當(dāng)中和旨在分別受到控制，以便將輸出相與任何一個(gè)輸入相連接， 對(duì)服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的切換使得有可能獲得去往負(fù)載的輸出電壓； -所述占空比矩陣包含零相； -其特征在于，所述可變驅(qū)動(dòng)器包含 -從所述占空比矩陣中消除零相的部件；-將新零相放置在所述占空比矩陣中以便最大程度地降低開(kāi)關(guān)損耗和共模電壓的部件。
9.如權(quán)利要求8所述的變速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包含確定輸入電壓矢量(Vinput)以及針對(duì)各種簡(jiǎn)單輸入電壓(vm，Vvn，VJ確定新零相的地點(diǎn)作為這個(gè)矢量的位置的函數(shù)的部件。
10.如權(quán)利要求8或9所述的變速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，雙向電子開(kāi)關(guān)的控制命令通過(guò)交叉型調(diào)制來(lái)確定。
11.如權(quán)利要求10所述的變速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述交叉型調(diào)制是通過(guò)在兩個(gè)不同載波(X，y)上以調(diào)制元(ml-m3，ml0-m30)的形式應(yīng)用占空比矩陣的占空比實(shí)現(xiàn)的。
12.如權(quán)利要求11所述的變速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，兩個(gè)載波(x，y)具有三角形形狀， 以及具有等于開(kāi)關(guān)頻率的頻率，一個(gè)載波是另一個(gè)載波的逆。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動(dòng)器中實(shí)現(xiàn)的控制方法，包含與AC電壓源連接的三個(gè)輸入相(u，v，w)和與電負(fù)載連接的三個(gè)輸出相(a，b，c)；以及九個(gè)電流和電壓雙向電子開(kāi)關(guān)(fau，fav，faw，fbu，fbv，fbw，fcu，fcv，fcw)，旨在分別受到控制，以便將輸出相與任何一個(gè)輸入相連接，服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的切換操作用于獲得負(fù)載上的輸出電壓；所述占空比矩陣包括零相；所述方法包含從占空比矩陣中消除零相的步驟；以及將新零相放置在占空比矩陣中，以便最大程度地降低開(kāi)關(guān)損耗和共模電壓的步驟。
文檔編號(hào)H02M5/297GK102257715SQ200980151082
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者弗朗索瓦·格魯森, 菲利普·勒莫伊格尼, 菲利普·德拉魯, 菲利普·鮑德森 申請(qǐng)人:施耐德東芝換流器歐洲公司