專利名稱：控制中性點鉗位型逆變器的方法
技術領域：
本發明涉及控制NPC( “中性點鉗位”)型多電平逆變器的方法。本發明還涉及包括本發明的NPC型逆變器的變速驅動器。
背景技術：
NPC型逆變器在現有技術中是眾所周知的。它尤其包含連接在DC(直流)總線的正線與負線之間的三條平行開關臂。每條開關臂都裝有串聯的四個功率開關，為了控制電負載，變速驅動器的控制模塊根據控制電壓向量控制這些功率開關。該變速驅動器還包含在串聯在DC總線的正線與負線之間的兩個電容器之間實現的中點，電流通過所述中點。在控制NPC逆變器時，主要困難在于調節中點的電位。的確，中點的電位通過劃分兩個電容器端子的電壓獲得，因此隨輸送給負載的電流的數量而變。現在，如果中點的電位變化很大，則在電容器的端子上出現過電壓，這可能引起不穩定，或甚至損害這些電容器。專利US6795323，US6490185或US7495938提出了調節中點電位的各種方案。然而，當逆變器必須工作在滿電壓上，或換句話說，工作在過調制下，這些方案都不適用。
發明內容
因此，本發明的目的是提出一種控制NPC型逆變器的方法，其中控制模塊能夠使逆變器工作在過調制下而不損傷電容器。這個目的通過控制NPC (中性點鉗位)型多電平逆變器的方法來實現，所述NPC型多電平逆變器包含-連接在總線的正線與負線之間的三條平行開關臂，每條開關臂都裝有串聯的四個功率開關，為了控制電負載，變速驅動器的控制模塊根據控制電壓向量控制所述功率開關；-使用六角形向量空間的控制模塊，所述六角形向量空間定義可通過開關臂的各種控制組合實現的電壓向量，所述各種控制組合定義在覆蓋所述向量空間的六個相同三角形中，所述向量空間的每個三角形尤其包含定義三角形的第一邊的兩個頂點和位于所述第一邊上的中間點，所述兩個頂點和所述中間點每一個都對應于所述開關臂的單種控制組合；以及-串聯在總線的正線與負線之間的兩個電容器和定義在所述兩個電容器之間的中點，電流通過所述中點，所述方法包含-在覆蓋所述六角形向量空間的六個相同三角形之一中確定所述控制電壓向量的位置的步驟；以及-調節所述中點的電位的步驟，其特征在于，當所述逆變器工作在過調制下時，調節所述中點的電位的步驟包含
-確定通過所述中點的電流與它的電位的乘積的正號或負號的步驟；-當所述乘積的符號是負號時，通過主要使用連接所述三角形的所述中間點的向量空間的電壓向量，或當所述乘積的符號是正號時，通過使用連接所述三角形的所述兩個頂點的兩個電壓向量分解所述控制電壓向量的步驟。按照一種特定特征，當通過所述中點的電流與它的電位的乘積的符號是正號時， 分解所述控制電壓向量的步驟小部分地使用連接所述三角形的所述中間點的向量空間的電壓向量。按照所述控制方法的另一種特定特征-每個三角形包含第二邊和第三邊，當所述中點的電位非零時，在所述第二邊和第三邊的每一邊上定義形成所述開關臂的兩個控制組合的兩個中間點；以及-關閉調制(off-modulation)，對于所述三角形的第二邊和/或第三邊，調節所述中點的步驟包含根據連接所述邊的中間點的電壓向量引入分解向量的步驟。按照另一個特定特征，按照所述控制電壓向量在所述向量空間的所述三角形之一中的位置，所述方法包含總是使所述控制電壓向量回到所述向量空間的同一個三角形中的步驟。
本發明的其它特征和優點將顯而易見地出現在對通過例子給出和通過附圖表示的實施例的如下詳細描述中，在附圖中-圖1示出NPC型的逆變器；-圖2以簡化方式示出本發明的逆變器的每條開關臂并指示中點起作用時每條臂生成的中點電流；-圖3示出定義可通過NPC逆變器的開關臂的各種控制組合實現的電壓向量的六角形向量空間；-圖4示出劃分成六角形向量空間的三角形；-圖5示出中點的電位是零時應用控制電壓向量的向量空間的三角形；-圖6示出中點的電位非零時應用控制電壓向量的向量空間的三角形；以及-圖7示出中點的電位是零時向量空間的三角形并示出了針對開關臂的每種控制組合獲得的中點電流值。
具體實施例方式本發明涉及NPC型的逆變器以及當這種逆變器工作在滿電壓上時實現的控制方法。與輸入端上的整流器相聯系，NPC型的逆變器可以應用在變速驅動器中以控制電負載。眾所周知，NPC型的逆變器包含連接在DC電源總線的正線⑴與負線㈠之間的三條開關臂1、2、3。每條開關臂包含，例如，IGBT (絕緣柵雙極晶體管)型的四個串聯開關。 在每條臂上，連接中點將位于頂部的兩個開關與位于底部的兩個開關分開。在每條臂上，連接中點與連接在逆變器的輸出端上的電負載的U、V、W相線之一連接。該逆變器進一步包含串聯在DC電源總線的正線與負線之間的兩個電容器C1、C2。 在位于兩個電容器Cl、C2之間的中點0上生成電位\。
對于脈寬調制控制，實現NPC逆變器的十二個開關的控制順序的方案由如下詳細描述的步驟組成1)復數表示在每條開關臂上，根據四個開關的操作，按照如下圖表獲取相線與中點0之間的輸出電壓Vs
權利要求
1.一種控制NPC (中性點鉗位)型多電平逆變器的方法，所述NPC型多電平逆變器包含-連接在總線的正線與負線之間的三條平行開關臂(1，2，3)，每條開關臂都裝有串聯的四個功率開關(Tl1-TS4),為了控制電負載，變速驅動器的控制模塊根據控制電壓向量控制所述功率開關；-使用六角形向量空間的控制模塊，所述六角形向量空間定義可通過開關臂的各種控制組合實現的電壓向量，所述各種控制組合定義在覆蓋所述向量空間的六個相同三角形 (S1-S6)中，所述向量空間的每個三角形尤其包含定義三角形的第一邊的兩個頂點和位于所述第一邊上的中間點，所述兩個頂點和所述中間點每一個都對應于所述開關臂的單種控制組合；以及-串聯在總線的正線與負線之間的兩個電容器(C1，C2)和定義在所述兩個電容器之間的中點(0)，電流通過所述中點，所述方法包含-在覆蓋所述六角形向量空間的六個相同三角形之一中確定所述控制電壓向量(U)的位置的步驟；以及-調節所述中點的電位(V的步驟，其特征在于，當所述逆變器工作在過調制下時，調節所述中點的電位的步驟包含-確定通過所述中點的電流(I0)與它的電位(V的乘積的正號或負號的步驟；以及-當所述乘積的符號是負號時，通過主要使用連接所述三角形的所述中間點的向量空間的電壓向量，或當所述乘積的符號是正號時，通過使用連接所述三角形的所述兩個頂點的兩個電壓向量分解所述控制電壓向量(υ)的步驟。
2.按照權利要求1所述的控制方法，其特征在于，當通過所述中點的電流(I0)與它的電位(V的乘積的符號是正號時，分解所述控制電壓向量的步驟小部分地使用連接所述三角形的所述中間點的向量空間的電壓向量。
3.按照權利要求1或2所述的控制方法，其特征在于-每個三角形包含第二邊和第三邊，當所述中點的電位非零時，在所述第二邊和第三邊的每一邊上定義形成所述開關臂的兩個控制組合的兩個中間點；以及-關閉調制(off-modulation)，對于所述三角形的第二邊和/或第三邊，調節所述中點的電位的步驟包含根據連接所述邊的中間點的電壓向量引入分解向量的步驟。
4.按照權利要求1至3之一所述的控制方法，其特征在于，按照所述控制電壓向量在所述向量空間的所述三角形之一中的位置，所述方法包含總是使所述控制電壓向量回到所述向量空間的同一個三角形(Si)中的步驟。
全文摘要
本發明涉及控制NPC(中性點鉗位)型多電平逆變器的方法。該方法尤其在于當逆變器工作在滿電壓上，也就是說，工作在過調制下時，調節中點的電位。在這種情況下，該方法首先在于在覆蓋六角形向量空間的六個相同三角形之一中確定控制電壓向量(U)的位置，然后在于通過考慮開關臂的定義在這個三角形中的控制組合，分解三角形中的控制電壓向量(U)。
文檔編號H02M7/487GK102215006SQ20111008318
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月2日 優先權日2010年4月7日
發明者弗朗索瓦·馬爾雷特, 斯蒂芬·卡皮塔尼亞努, 皮埃爾·魯喬恩 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司