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)動器的控制方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的相應(yīng)變速驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動器包括安排在包含三個開關(guān)單元的開關(guān)矩陣內(nèi)的九個雙向開關(guān)。這個開關(guān)矩陣一側(cè)與鏈接到AC (交流電)電壓源的三個輸入相U、V、w連接，且另一側(cè)與鏈接到負(fù)載的三個輸出相a、b、c連接。這些開關(guān)被分別控制成將輸出相與任何一個輸入相連接。一般說來，矩陣轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的控制命令可以通過諸如空間矢量調(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撰寫的文獻(xiàn)描述了循環(huán)轉(zhuǎn)換器的控制過程。這個過程在于將基準(zhǔn)輸出電壓表達(dá)成開關(guān)的輸入電壓和開關(guān)占空比的函數(shù)。該文獻(xiàn)尤其提出了在開關(guān)周期上永久斷開開關(guān)單元的一個開關(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關(guān)周期上斷開轉(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)和在未斷開的兩個單元的開關(guān)周期上將有效狀態(tài)的數(shù)量(或開關(guān)的次數(shù))限制成八個。這種在開關(guān)周期上減少有效狀態(tài)的數(shù)量使得有可能將開關(guān)的次數(shù)減少三分之一，并因此降低開關(guān)損耗和共模電壓。但是，在開關(guān)周期期間斷開一個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降低開關(guān)損耗；以及-降低共模電壓。的確，斷開一個單元不允許將輸入電壓在絕對值上的最低總和在開關(guān)期間系統(tǒng)地施加在進(jìn)行開關(guān)的其它兩個單元上。

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)動器的控制方法，這種控制方法使得就降低開關(guān)損耗和共模電壓而言有可能達(dá)到最佳。這個目的是通過在矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)的控制方法達(dá)到的，包含-與AC電壓源連接的三個輸入相和與電負(fù)載連接的三個輸出相；-九個電流和電壓雙向電子開關(guān)，分布在三個開關(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輸入相連接，對服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開關(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)，以及在于針對各種簡單輸入電壓確定新零相的地點(diǎn)作為這個矢量的位置的函數(shù)。按照另一種特征，雙向電子開關(guān)的控制命令通過交叉型調(diào)制來確定。按照另一種特征，所述交叉型調(diào)制是通過在兩個不同載波上以調(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，兩個載波具有三角形形狀，以及具有等于開關(guān)頻率的頻率，一個載波是另一個載波的逆。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)用于兩個載波的任何一個，并且將兩個未排除行的每一行與一個載波相比較。本發(fā)明還涉及矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動器，其包含-與AC電壓源連接的三個輸入相和與電負(fù)載連接的三個輸出相；-九個電流和電壓雙向電子開關(guān)，分布在三個開關(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輸入相連接，對服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開關(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)動器包含確定輸入電壓矢量以及針對各種簡單輸入電壓確定新零相的地點(diǎn)作為這個矢量的位置的函數(shù)的部件。按照另一種特征，雙向電子開關(guān)的控制命令通過交叉型調(diào)制來確定。按照另一種特征，所述交叉型調(diào)制是通過在兩個不同載波上以調(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)動器的另一種特征，兩個載波具有三角形形狀，以及具有等于開關(guān)頻率的頻率，一個載波是另一個載波的逆。


通過對通過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，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)動器包括以包含三個開關(guān)單元A、B、C的開關(guān)矩陣的形式排列的類型為串聯(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IGBT開關(guān)的反向阻斷IGBT)的九個電流和電壓雙向開關(guān)，每個開關(guān)單元A、B、C含有三個開關(guān)。該可變驅(qū)動器進(jìn)一步包含與AC電壓源連接的三個輸入相u、v、w、和與受控的電負(fù)載(未示出)連接的三個輸出相a、b、C。九個雙向開關(guān)的每一個分別受到控制，以便將輸出相a、b、c與輸入相u、v、w的任何一個連接。雙向開關(guān)的控制根據(jù)包含開關(guān)矩陣的開關(guān)的占空比的3X3控制矩陣來進(jìn)行。 每個開關(guān)單元A、B、C根據(jù)與三個輸入相U、ν、w連接的三個開關(guān)的占空比控制輸出相a、b 或c上的電壓?？梢詫⒚總€開關(guān)單元A、B、C的單個開關(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 每一個代表一個雙向開關(guān)。按照慣例，每個開關(guān)單元的開關(guān)從1到3編號。因此，為了標(biāo)識開關(guān)矩陣的有效狀態(tài)，要指出每個單元中閉合開關(guān)的號碼。例如，有效狀態(tài)131表示單元A的頂部開關(guān) (fau-No. 1)是閉合的，單元B的底部開關(guān)(fbw-No. 3)是閉合的，以及單元C的頂部開關(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是開關(guān)fau、fav、faw的各自占空比；_1^、1^、1^是開關(guān)溈11、溈1溈《的各自占空比；-Cu, cv、Cw是開關(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撰寫的現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)講明了三個開關(guān)單元A、B、C之一應(yīng)該斷開，以便使調(diào)制深度增加到0.86。為此，將斷開開關(guān)單元的占空比之一固定在1上。這是，例如，開關(guān)
權(quán)利要求
1.一種在矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)的控制方法，包含-與AC電壓源連接的三個輸入相(U，ν, w)和與電負(fù)載連接的三個輸出相(a，b，c)； -九個電流和電壓雙向電子開關(guān)(fau，fav, faw, fbu, fbv, fbw, fcu, fcv, fcw)，分布在三個開關(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輸入相連接， 對服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開關(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),以及在于針對各種簡單輸入電壓(Vun, Vvn，Vwn)確定新零相的地點(diǎn)作為這個矢量的位置的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，雙向電子開關(guān)的控制命令通過交叉型調(diào)制來確定。
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)制是通過在兩個不同載波(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，兩個載波(x，y)具有三角形形狀，以及具有等于開關(guān)頻率的頻率，一個載波是另一個載波的逆。
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)用于兩個載波(χ，y)的任何一個，并且將兩個未排除行的每一行與一個載波(χ， y)相比較。
8.一種矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動器，包含-與AC電壓源連接的三個輸入相(U，ν, w)和與電負(fù)載連接的三個輸出相(a，b，c)； -九個電流和電壓雙向電子開關(guān)(fau，fav, faw, fbu, fbv, fbw, fcu, fcv, fcw)，分布在三個開關(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輸入相連接， 對服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開關(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)動器，其特征在于，包含確定輸入電壓矢量(Vinput)以及針對各種簡單輸入電壓(vm，Vvn，VJ確定新零相的地點(diǎn)作為這個矢量的位置的函數(shù)的部件。
10.如權(quán)利要求8或9所述的變速驅(qū)動器，其特征在于，雙向電子開關(guān)的控制命令通過交叉型調(diào)制來確定。
11.如權(quán)利要求10所述的變速驅(qū)動器，其特征在于，所述交叉型調(diào)制是通過在兩個不同載波(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)動器，其特征在于，兩個載波(x，y)具有三角形形狀， 以及具有等于開關(guān)頻率的頻率，一個載波是另一個載波的逆。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在矩陣轉(zhuǎn)換器型變速驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)的控制方法，包含與AC電壓源連接的三個輸入相(u，v，w)和與電負(fù)載連接的三個輸出相(a，b，c)；以及九個電流和電壓雙向電子開關(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輸入相連接，服從占空比矩陣的轉(zhuǎn)換器的開關(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關(guān)損耗和共模電壓的步驟。
文檔編號H02M5/297GK102257715SQ200980151082
公開日2011年11月23日 申請日期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 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司