[发明专利]控制过调制模式与六步脉宽调制模式之间的转变的方法

说明书

提供了一种用于在具有由功率逆变器的多相输出电压驱动的多相电机的电气系统中控制过调制模式和六步脉宽调制(PWM)模式之间的转变的方法。该方法包括经由PWM控制器接收输入值，其包括保持角、电机的转速以及功率逆变器的当前电压角。该方法包括使用输入值来计算逆变器的未来电压角，并且基于功率逆变器的占空比来调整基线PWM脉冲串的脉冲宽度。在转变期间使用调整的基线PWM脉冲串来控制功率逆变器的输出电压，使得该转变是连续的。电气系统包括电源、功率逆变器、电机以及PWM控制器，后者被配置为执行该方法。

技术领域

本发明涉及用于调制模式之间的转变的技术，具体涉及一种控制过调制模式与六步脉宽调制模式之间的转变的方法。

背景技术

电动机、发电机以及其它类型的电机通常被实施为交流(AC)转矩产生装置。当电机由来自多电池组或其它DC电源的直流(DC)电压激励时，功率逆变器产生期望的多相AC输出电压。例如，三相AC功率逆变器使用三个单独的相位逆变器，每个相位逆变器具有半导体开关部件，例如IGBT、MOSFET或晶闸管。控制给定电相位的开关部件的接通/断开状态以产生期望的AC输出电压。此后将AC输出电压供应给电机的对应相绕组。

脉宽调制(PWM)是用于调整被传递到连接的电气负载的功率水平的技术。PWM涉及与期望的AC输出电压对应的模拟参考信号的数字编码。在典型的PWM过程中，调制器调整与模拟参考信号的幅度成比例的一系列数字脉冲的脉冲宽度。结果，通过调整DC电源的占空比，功率逆变器的AC输出电压在可用DC输入电压的0％到100％之间变化。

发明内容

本文公开了一种用于在具有电机的系统中平滑过调制模式与六步脉宽调制(PWM)模式之间的模式转变的方法和相关系统。电机由来自功率逆变器的多相电压电驱动。特别是在电机的高速操作期间，该方法旨在优化所述模式转变的整体效率和平滑度。

如本文所使用，术语“六步PWM”是指开关控制模式，其中功率逆变器针对电机的每个循环而在六个非零电压状态中循环。六个非零电压状态的电压角彼此间隔开60度的相移。在PWM控制的整体背景中，术语“调制指数”是指调制波形的幅度与载波波形(例如三角形脉冲波)的振幅的比率。当0MI1时，功率逆变器的输入与输出电压之间存在线性关系，其中“MI”表示调制指数。同样如本文所使用，“过调制”是当调制指数超过1时发生的模式，并且通常通过引入校准的谐波信号来处理。特别是在电机的较高转速期间，过调制模式与六步PWM模式之间的转变可能导致非期望的电流纹波和/或潜在的过电流故障。根据本方法在转变范围内的操作在本文中称为“准六步PWM”。该方法的执行将DC功率的占空比塑形为功率逆变器，使得预期的电压角与其理想角匹配，由此平滑转变。

根据示例性实施例，该方法可以包括经由PWM控制器接收输入值，其包括保持角、电机的转速以及功率逆变器的当前电压角。该方法还包括经由PWM控制器使用接收的输入值来计算功率逆变器的未来电压角，并且从未来电压角识别上坡或下坡PWM曲线。此后，该方法包括确定所识别的上坡或下坡PWM曲线内的操作区作为功率逆变器的当前操作区域，然后基于所确定的上坡或下坡操作区来调整来自控制器的基线PWM脉冲串的脉冲宽度。该方法可以进一步包括在转变期间使用调整的基线PWM脉冲串来控制功率逆变器的输出电压，使得转变是连续的。

当调制指数在98％到100％之间时，根据所公开的方法，可以在转变期间控制功率逆变器的输出电压。

电机可以被实施为三相牵引电动机。在这样的实施例中，控制功率逆变器的输出电压可以包括将来自功率逆变器的三相AC输出电压输出到电牵引电动机的相绕组。

PWM控制器可以基于功率逆变器的占空比来调整基线PWM脉冲串的脉冲宽度。例如，PWM控制器可以识别上坡或下坡PWM曲线，其中上坡和下坡曲线分别对应于功率逆变器的增加和降低占空比。该方法然后可以包括确定所识别的上坡或下坡PWM曲线上的操作区作为功率逆变器的当前操作区域，并且基于增加或降低占空比来调整脉冲宽度。