专利名称：控制逆变器的设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种控制逆变器(inverter)的设备及方法，尤其涉及这样一 种控制逆变器的设备及方法，即使当提供有效电压矢量的时间在低调制(low modulation)区域以及正常区域时，也能够提高相电流测量的可靠性。
背景技术：
由于功率半导体技术和控制技术的发展，已经能够连续地改变频率和电 压。因此，在交流(AC)系统中广泛地使用脉冲宽度调制(PWM)技术来 调节速度。特别地，现在有一种采用调制空间电压矢量的PWM技术来控制逆变器 的方法受到关注。与常用的比较三角波的PWM技术相比，这种调制空间电 压矢量的PWM技术能够很好地控制正常状态下的高频电流元件。在这种调制空间电压矢量的PWM技术中，仅当基于根据基准电压矢量 的位置提供有效电压矢量的时间并基于基准电压矢量的位置，而计算出相对 转换的实际开关时间之后，按照分区(sector)适当地产生选通信号。在使用单电流传感器的逆变器系统中，仅当提供的时间足以采样两个有 效矢量时，才能够从直流链路(DC-link)电流传感器恢复相电流。也就是说，两个有效电压矢量中的一个用于恢复一个相电流，而另一个 用于构造另一个相电流。这样的话，可能会出现如下问题为了获得可靠的 相电流，必须将有效电压矢量提供一最小时间。通常，应提供有效电压矢量的最小时间可以通过如下的方程式(1)计算。<formula>formula see original document page 6</formula>这里，^表示死区时间，L,表示由于开关而产生的直流链路振铃电流 (ringing current)的稳定时间，7^表示A/D转换时间。图1示出根据现有技术，当有效矢量位于低调制区域时测量相电流的方法。如图1所示，在现有技术采用的方法中，当使用空间电压矢量获得的T1/2 和T2/2的值都小于用于恢复电流的最小时间Tmin时，提供有效电压矢量的 时间被强制延长。特别是，当启动(激活)逆变器系统时或者在其低速驱动期间，T1/2和T2/2的值都小于最小时间Tmin的低调制区域。因此，如上所述，现有技术使用强制延长加压时间的方法来测量电流。 但是，在现有技术中，如果将提供空间电压矢量的时间强制延长，空间电压矢量将会产生误差。空间电压矢量的这种误差随后造成空间电压矢量失真，导致正常低速驱动的可靠性或者激活的可靠性下降。发明内容因此，本发明的目的在于提供一种控制逆变器的设备及方法，其能够根 据相电流和有效电压矢量的大小，通过保证提供用于检测三相电流的有效电 压矢量的最佳时间，从而提高电流测量的可靠性。为了实现上述及其它优点，根据本发明的目的，如同在此具体实施并广泛描述的，提供一种控制逆变器的设备，包括空间电压调节器，基于电压指令值产生并输出有效电压矢量；以及低调制确定器，确定所述有效电压矢量是否位于低调制区域，并根据确定的结果输出低调制开关控制信号或者正 常调制开关控制信号。在本发明的另一实施例中，提供一种控制逆变器的设备，包括空间电 压调节器，基于电压指令值产生并输出有效电压矢量；低调制确定器，确定所述有效电压矢量是否位于低调制区域，并根据确定的结果输出低调制开关控制信号或者正常调制开关控制信号；开关信号发生器，用于根据所述低调 制开关控制信号产生开关信号，以控制激活或者低速驱动，并根据所述正常 调制开关控制信号产生另一开关信号以控制正常驱动；以及逆变器，由所述 开关信号开关，并根据开关的结果输出相电压和相电流。为了实现上述及其它优点，根据本发明的目的，如同在此具体实施并广 泛描述的，提供一种控制逆变器的方法，包括基于电压指令值产生有效电 压矢量；以及确定所述有效电压矢量是否位于低调制区域，从而根据确定的
结果对输入电压进行低调制或者正常调制。在本发明的另一实施例中，提供一种控制逆变器的方法，包括根据负 载产生电流指令值，获取所述电流指令值与恢复的实际电流之间的差值，从 而基于所述差值产生电压指令值；基于所述电压指令值产生有效电压矢量； 确定所产生的有效电压矢量是否位于低调制区域内，从而根据确定的结果对 输入电压进行低调制或者正常调制；以及根据低调制或者正常调制检测从逆变器输出的相电流，然后根据检测出的相电流恢复实际电流。通过本发明的以下详细描述并结合附图，本发明的上述及其它目的、特 点、方案及优点将更加明显。
附图提供对本发明的进一步理解，合并入说明书并构成说明书的一部 分，示出本发明的实施例，和说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图1示出根据现有技术，当有效矢量位于低调制区域时测量相电流的方法；图2为示出根据本发明实施例的逆变器控制设备的结构的方块图； 图3为示出根据本发明实施例的逆变器控制设备的操作的流程图； 图4为根据本发明实施例的逆变器控制设备中的低调制开关信号的波形图；图5示出当使用根据本发明实施例的逆变器控制设备时空间电压矢量的 示意图，其中指出了电流可测量区域；以及图6为使用根据本发明实施例的逆变器控制设备时相电压的波形图。
具体实施方式
以下将参照图2至图6详细描述根据本发明实施例的控制逆变器的设备 和方法，当激活时或者在低速驱动期间，即使有效电压矢量位于低调制区域， 上述设备和方法也能够通过输出低调制开关控制信号来检测相电流，并且当 通过低调制开关信号发生器将有效电压矢量移位(shift)到开关信号周期的 中间部分时，能够降低开关马达时产生的噪声。 图2为示出根据本发明实施例的用于控制逆变器来测量可靠相电流的设 备的结构的方块图。如图2所示，根据本发明的用于控制逆变器的设备包括电流恢复单元250、电流控制器210、空间电压调节器220、低调制确定器230、开关信号 发生器240、逆变器260以及负载270。电流控制器210获取(计算出)从外部输入的电流指令值与恢复的实际 电流之间的差值，并产生与此差值对应的电压指令值。空间电压调节器220根据电流控制器210产生的电压指令值来产生有效 电压矢量Tl和T2，用于确定逆变器260的开关时间。低调制确定器230确定从空间电压调节器220输出的有效电压矢量Tl 和T2是否位于低调制区域，然后输出低调制开关控制信号或者正常调制开 关控制信号。这里，当有效电压矢量T1和T2位于低调制区域时，低调制确定器230 输出低调制开关控制信号，而当有效电压矢量T1和T2位于正常区域时，低 调制确定器230输出正常调制开关控制信号。开关信号发生器240根据低调制开关控制信号产生开关信号以控制激活 或者低速驱动，根据正常调制开关控制信号产生另一开关信号以控制正常驱 动。这里，开关信号发生器250设置有低调制开关信号产生单元241和正常 调制开关信号产生单元242。在本发明的一个方案中，根据低调制开关控制信号，开关信号发生器250 在一定时间Ts的半周期内产生用于导通(conduct)彼此同步的各个相位的 信号，并在另一半周期内提供零电压，从而在之后通过将用于导通各个相位 的信号移位一定程度后到达提供零电压的半周期，产生开关信号。逆变器260由开关信号开关，并根据开关的结果输出相电压和相电流。电流恢复单元250检测负载270的相电流，以根据检测到的相电流恢复 实际电流，并在之后将恢复的实际电流输出到电流控制器210。也就是说，电流恢复单元250检测从逆变器260输出的一定相位的实际 电流。以下详细描述根据本发明实施例的用于控制逆变器的设备及方法。
首先，假定通过某一电流指令值而以一定的速度驱动负载270 (S30)。电流恢复单元250检测负载270的相电流，根据检测到的相电流恢复实 际电流，然后将恢复的实际电流输出(S36和S37)。接着，电流控制器210将电流恢复单元250恢复的实际电流值与通过和 负载270的相互作用(intenvork)而产生的电流指令值进行比较，并在之后 根据比较结果产生并输出电压指令值(S31)。空间电压调节器220根据电压指令值产生并输出有效电压矢量T1和T2， 用于确定逆变器260的开关时间(S32)。如果确定有效电压矢量Tl和T2位于低调制区域，那么低调制确定器 230输出低调制开关控制信号以正常驱动负载270，如果确定有效电压矢量 Tl和T2位于正常区域，那么低调制确定器230输出正常调制开关控制信号 (S33)。这里，低调制区域指的是能够可靠地检测相电流的区域，为了能够可靠 地检测相电流，该区域中有效电压矢量Tl和T2都小于最小有效电压矢量 Tmin，而根据现有技术这意味着在低调制区域不能正常地驱动马达。根据正常调制开关控制信号，正常调制开关产生单元242产生并输出正 常开关信号，用于正常驱动负载270 (S35)。根据低调制开关控制信号，低调制开关信号产生241产生并输出低调制 开关信号，用于控制负载270的激活或低速驱动(S34)。以下参照图4详细描述产生低调制开关信号的过程。图4为根据本发明实施例的逆变器控制设备中的低调制开关信号的波形图。当有效电压矢量T1和T2位于低调制区域时，如图4所示，通过仅在半 开关周期内完全地提供开关信号彼此同步的有效电压矢量T1和T2，并在另 一个半周期内提供零电压，而不是使用与有效电压矢量T1和T2的一半相对 应的T1/2和T2/2，使低调制开关信号产生单元241产生新的开关信号。之 后，低调制开关信号产生单元241输出通过将产生的开关信号的有效电压矢 量T1和T2移位到另一个半周期的某一时间而获得的低调制开关信号。也就是说，根据低调制开关控制信号，通过在一定时间Ts的半周期内 产生用于导通彼此同步的各个相位的信号，并在另一半周期内提供零电压， 低调制开关信号产生单元241产生开关信号，从而通过将用于导通所产生的 开关信号的各个相位的信号移位到已提供零电压一定时间的另一半周期，来 产生低调制开关信号。因此在本发明中，由于根据现有技术的不能测量电流的低调制区域被减 小到原来的一半，所以即使是在低调制区域内，也能够恢复可靠的相电流。 此外，由于有效电压矢量被移位到开关信号区域的中间部分，所以能够降低 开关马达时产生的噪声。具体而言，假定最小有效电压矢量Tmin为100，并且有效电压矢量Tl 和T2分别为100，则在现有技术中能够测量电流的时间T1/2和T2/2分别被 减少50，从而小于测量电流所要求的时间(即100)。因此，无法测量电流。但是，本发明仅在半周期内使用有效电压矢量T1和T2。因此，能够测 量电流的时间可对应于有效电压矢量Tl和T2，而不是对应于有效电压矢量 Tl和T2的一半T1/2和T2/2。因此，本发明通过利用能够测量电流的时间 (即100)就能够测量正常相电流。也就是说，如图5所示，根据本发明实施例的用于控制逆变器的设备利 用比现有技术更大的有效电压矢量来控制逆变器，从而增大了可以测量电流 的区域。此外，当使用根据本发明实施例的用于控制逆变器的设备时，与图6的 (a)部分所示的现有技术中的相电压波形相比，以低速输出到负载的D轴和Q 轴的相电压的波形(如图6的(b)部分所示)更接近于通过适当地控制逆变器 而获得的相电压的正弦波形。如上所述，根据本发明用于控制逆变器的设备和方法通过确保根据相电 流和有效电压矢量提供用于检测三相电流的有效电压矢量的最佳时间，能够 提高电流测量的可靠性。本发明可实施为多种形式而不脱离其精神或实质特点，应当理解的是， 除非另有规定，上述实施例不限于以上描述的任何细节，而是宽泛地解释为 落入所附权利要求书所确定的精神和范围内，因此任何落入权利要求书范围 和边界内或此范围或边界的等同物内的变型和改型都由所附权利要求书所 涵盖。
权利要求
1、一种用于控制逆变器的设备，包括空间电压调节器，基于电压指令值产生并输出有效电压矢量；以及低调制确定器，确定所述有效电压矢量是否位于低调制区域，并根据确定的结果输出低调制开关控制信号或者正常调制开关控制信号。
2、 如权利要求1所述的设备，其中，所述低调制确定器在所述有效电压矢量位于低调制区域时输出低调制开关控制信号，在所述有效电压矢量位 于正常区域时输出正常调制开关控制信号。
3、 如权利要求1所述的设备，还包括开关信号发生器，用于根据所述低调制开关控制信号产生开关信号以控 制激活或者低速驱动，以及根据所述正常调制开关控制信号产生另一开关信 号以控制正常驱动。
4、 如权利要求3所述的设备，还包括逆变器，由所述开关信号开关，并根据开关的结果输出相电压和相电流。
5、 如权利要求1所述的设备，还包括电流恢复单元，用于检测所述相电流，以根据检测到的相电流恢复实际 电流。
6、 如权利要求l所述的设备，还包括电流控制器，基于和负载相互作用的电流指令值与恢复的实际电流值之 间的差值，输出电压指令值。
7、 如权利要求3所述的设备，其中，所述开关信号发生器在一定时间的半周期内产生用于导通彼此同步的各个相位的信号，并在另一半周期内提 供零电压，从而通过将用于导通各个相位的所述信号移位一定程度后到达已 提供零电压的所述另一半周期，来产生开关信号。
8、 一种用于控制逆变器的设备，包括空间电压调节器，基于电压指令值产生并输出有效电压矢量；低调制确定器，确定所述有效电压矢量是否位于低调制区域，并根据确定的结果输出低调制开关控制信号或者正常调制开关控制信号；开关信号发生器，用于根据所述低调制开关控制信号产生开关信号以控 制激活或者低速驱动，以及根据所述正常调制开关控制信号产生另一开关信号以控制正常驱动；以及逆变器，由所述开关信号开关，并根据开关的结果输出相电压和相电流。
9、 如权利要求8所述的设备，还包括电流恢复单元，用于检测所述相电流，并根据检测到的相电流恢复实际电流。
10、 如权利要求8所述的设备，还包括电流控制器，基于和负载相互作用的电流指令值与恢复的实际电流值之 间的差值，输出电压指令值。
11、 如权利要求8所述的设备，其中，所述低调制确定器在所述有效电压矢量位于低调制区域时输出低调制开关控制信号，在所述有效电压矢量位 于正常区域时输出正常调制开关控制信号。
12、 如权利要求8所述的设备，其中，所述开关信号发生器在一定时间 的半周期内产生用于导通彼此同步的各个相位的信号，并在另一半周期内提 供零电压，从而通过将用于导通各个相位的所述信号移位一定程度后到达已 提供零电压的所述另一半周期，来产生开关信号。
13、 一种用于控制逆变器的方法，包括步骤 基于电压指令值产生有效电压矢量；以及确定所产生的有效电压矢量是否位于低调制区域，并根据确定的结果对 输入电压进行低调制或者正常调制。
14、 如权利要求13所述的方法，其中，进行所述低调制或者所述正常 调制的步骤包括当所述有效电压矢量位于低调制区域时，对提供给逆变器的输入电压进行低调制；以及当所述有效电压矢量位于正常区域时，对提供给逆变器的输入电压进行 正常调制。
15、 如权利要求14所述的方法，其中，进行所述低调制的步骤包括 当所述有效电压矢量位于低调制区域时，产生低调制开关控制信号，然后基于所产生的低调制开关控制信号产生开关信号，用于控制激活和低速驱 动；以及通过所产生的开关信号开关所述逆变器，并根据开关的结果对提供给所述逆变器的输入电压进行低调制。
16、 如权利要求15所述的方法，其中，产生所述开关信号的步骤包括 根据所述低调制开关控制信号，在一定时间的半周期内产生用于导通彼此同步的各个相位的信号，并在另一半周期内提供零电压；以及通过将用于导通各个相位的所述信号移位一定程度后到达已提供零电 压的所述另一半周期，产生开关信号。
17、 如权利要求14所述的方法，其中，进行所述正常调制的步骤包括 当所述有效电压矢量位于正常调制区域时产生正常调制开关控制信号，然后根据所产生的正常调制开关控制信号产生开关信号，用于控制激活和低 速驱动；以及通过所产生的开关信号开关所述逆变器，并根据开关的结果对提供给所 述逆变器的输入电压进行正常调制。
18、 如权利要求13所述的方法，还包括根据所述低调制或者正常调制检测从所述逆变器输出的相电流，并根据 检测出的相电流恢复实际电流。
19、 如权利要求13所述的方法，还包括根据负载产生电流指令值，计算出所述电流指令值与恢复的实际电流之 间的差值，从而基于所述差值产生电压指令值。
20、 一种用于控制逆变器的方法，包括根据负载产生电流指令值，计算出所述电流指令值与恢复的实际电流之间的差值，从而基于所述差值产生电压指令值；基于所述电压指令值产生有效电压矢量； 确定产生的有效电压矢量是否位于低调制区域内，并根据确定的结果对输入电压进行低调制或者正常调制；以及根据低调制或者正常调制检测逆变器输出的相电流，根据检测出的相电 流恢复实际电流。
21、 如权利要求19所述的方法，其中，进行所述低调制或者所述正常 调制的步骤包括当所述有效电压矢量位于低调制区域时，对提供给所述逆变器的输入电压进行低调制；以及 当所述有效电压矢量位于正常区域时，对提供给所述逆变器的输入电压 进行正常调制。
22、 如权利要求21所述的方法，其中，进行所述低调制的步骤包括当所述有效电压矢量位于低调制区域时产生低调制开关控制信号，然后 基于所产生的低调制开关控制信号产生开关信号，用于控制激活和低速驱动；以及通过所产生的开关信号开关所述逆变器，并根据开关的结果对提供给所 述逆变器的所述输入电压进行低调制。
23、 如权利要求22所述的方法，其中，产生所述开关信号的步骤包括: 根据所述低调制开关控制信号，在一定时间的半周期内产生用于导通彼此同步的各个相位的信号，并在另一半周期内提供零电压；以及通过将用于导通各个相位的所述信号移位一定程度后到达已提供零电 压的所述另一半周期，来产生开关信号。
24、 如权利要求21所述的方法，其中，进行所述正常调制的步骤包括 当所述有效电压矢量位于正常调制区域时产生正常调制开关控制信号，然后根据所产生的正常调制开关控制信号产生开关信号，用于控制激活和低 速驱动；以及通过所产生的开关信号开关所述逆变器，并根据开关的结果对提供给所 述逆变器的输入电压进行正常调制。
全文摘要
一种控制逆变器的设备及方法，能够根据相电流和有效电压矢量的大小，通过确保提供用于检测三相电流的有效电压矢量的最佳时间，从而提高电流测量的可靠性，所述设备包括空间电压调节器，基于电压指令值产生并输出有效电压矢量；以及低调制确定器，确定所述有效电压矢量是否位于低调制区域，并根据确定的结果输出低调制开关控制信号或者正常调制开关控制信号。
文档编号H02P21/00GK101213736SQ200680023686
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月28日 优先权日2005年12月30日
发明者朴晟闵, 金兑暻 申请人:Lg电子株式会社