[发明专利]控制设备、逆变器、具有逆变器和电机的组件、用于操作逆变器的方法和计算机程序

说明书

一种用于为电机(3)馈电的逆变器(2)的控制设备(8)，其中控制设备(8)被配置为提供具有载波频率的脉宽调制开关信号(15)以驱动逆变器(2)的开关元件(12)，其中控制设备(8)被配置为根据描述由电机(3)的转速和扭矩定义的操作点的操作点信息来确定载波频率，并且随着转速增加和扭矩幅度下降，在操作区域(22)内增加载波频率，该操作区域(22)在转速区间内延伸，该转速区间具有不同于零的转速下限(23)以及位于功率限制操作区域(21)或弱磁操作区域内的转速上限(24)。

技术领域

本发明涉及一种用于为电机馈电的逆变器的控制设备，其中该控制设备被配置为提供具有载波频率的脉宽调制开关信号，以驱动逆变器的开关元件。

本发明还涉及逆变器、具有逆变器和电机的组件、用于操作逆变器的方法和计算机程序。

背景技术

电驱动车辆的日益增加的重要性使得用于此类应用领域的逆变器及其相关控制设备成为工业发展努力的焦点。提供具有恒定载波频率的脉宽调制开关信号以驱动逆变器的开关元件的类型的控制设备是已知的。

在这种切换操作的背景下产生脉冲输出电压，并且特别是在低扭矩的特定区域中，会导致电机的相电流的较高的总谐波失真(THD)。然而，结果是在电机中产生不希望的机械振动。

发明内容

因此，本发明基于减少逆变器的操作中的谐波失真的目的。

该目的是通过在开头处提到的类型的控制设备根据本发明来实现的，该类型的控制设备被配置为根据描述由电机的转速和扭矩限定的操作点的操作点信息来确定载波频率，并且，随着转速的增加和扭矩的幅度下降，在操作区域内增加载波频率，该操作区域在转速区间内延伸，该转速区间具有不同于零的转速下限，以及位于功率限制(power-limiting)操作区域或弱磁(field-weakening)操作区域中的转速上限。

本发明基于这样的认识，即逆变器的输出电压的总谐波失真一方面取决于在增加时会导致总谐波失真下降的载波频率，并且另一方面取决于电机的操作点。在(第一)操作区域中，如果假设载波频率保持恒定，则取决于扭矩的幅度，仍然只出现低开关损耗，但是随着转速的升高和扭矩的幅度下降，会产生增加的总谐波失真。因此，载波频率有增加的空间，因为与在恒定载波频率下操作相比，可以接受更高的开关损耗，以减少或限制总谐波失真。因此有利地减少了总谐波失真并因此减少了不希望的机械振动。

针对本发明的目的，输出电压的总谐波失真典型地通过失真度量来描述，该失真度量是逆变器的输出电压的频率分量的加权组合。一般来说，这样的失真度量m_THD可以用以下公式来表示：

这里，N_AC描述了电机的电频率f_AC与逆变器的输出电压u_x的基频f_f之间的比率，并且α_n是加权因子。作为时间t的函数的输出电压被描述为：

对于具有三个输出相的逆变器的特别实际的相关情况，x∈{RS，ST，TR}将关于通常的相标识符R、S和T进行设置。

作为失真量度m_THD的可能的特殊情况(本发明不限于此)，加权的总谐波失真(WTHD)将被视为其中频率分量根据它们的阶而被加权。在这种情况下，

并且，

在根据本发明的控制设备的情况下，优选地是转速下限位于基本转速操作区域中。