用于多電平線路再生驅(qū)動器的控制策略的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種控制系統(tǒng)(48)，所述控制系統(tǒng)(48)具有電動機(28)。所述控制系統(tǒng)(48)可包括：轉(zhuǎn)換器(32)，其操作性地連接至電源(36)；逆變器(34)，其操作性地連接至所述電動機(28)；以及控制器(50)，其操作性地連接至所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)。所述控制器(50)可被配置來接收控制命令信號，接收狀態(tài)反饋信號，并且至少部分基于所述控制命令信號和狀態(tài)反饋信號來生成用于所述電動機(28)的每個相(40)的上臂和下臂的工作周期信號。所述工作周期信號可最小化所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)中的中性點電流。
【專利說明】用于多電平線路再生驅(qū)動器的控制策略
[0001 ] 公開領(lǐng)域
[0002]本公開總體涉及電梯系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于電梯系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和方法。
[0003]公開背景
[0004]電梯系統(tǒng)通常包括電梯轎廂，所述電梯轎廂定位在電梯井中以用于在建筑物的各樓層之間運載乘客和負載。電梯系統(tǒng)還包括電動機，所述電動機提供必要的推力以在電梯井內(nèi)移動電梯轎廂。再生驅(qū)動器可用來實現(xiàn)所需要的電梯轎廂移動并且用來生成電力。
[0005]再生驅(qū)動器可通常包括輸入或電力市電電網(wǎng)側(cè)上的轉(zhuǎn)換器和電動機側(cè)上的逆變器。在再生驅(qū)動器的設(shè)計中，逆變器的電力需求由轉(zhuǎn)換器的適當(dāng)電力容量匹配。用于操作電梯的電力需求范圍從正到負。在正電力需求的情況下，使用外部生成的電力，如來自電力市電電網(wǎng)的電力。在負電需求的情況下，電梯中的負載驅(qū)動電動機，因此所述電動機作為發(fā)電機產(chǎn)生電力。使用電動機作為發(fā)電機來產(chǎn)生電力通常被稱為再生。再生驅(qū)動器可對三相電力輸入操作。
[0006]另外，再生驅(qū)動器可為具有多電平轉(zhuǎn)換器和多電平逆變器的多電平的。例如，三電平再生驅(qū)動器可具有三電平轉(zhuǎn)換器和三電平逆變器。然而，在使用三電平轉(zhuǎn)換器和三電平逆變器中存在一些問題。一個問題是中性點電壓平衡，并且另一挑戰(zhàn)是裝置中的熱管理。
[0007]因此，需要同時實現(xiàn)中性點電壓平衡和裝置熱平衡兩者的控制系統(tǒng)。
[0008]公開概述
[0009]根據(jù)一個實施方案，公開一種控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)具有電動機。所述控制系統(tǒng)可包括:轉(zhuǎn)換器，其操作性地連接至電源，所述轉(zhuǎn)換器具有處于與電源的每個相選擇性通信中的多個裝置;逆變器，其操作性地連接至電動機，所述逆變器具有處于與電動機的每個相選擇性通信中的多個裝置；以及控制器，其操作性地連接至轉(zhuǎn)換器或逆變器?？刂破骺杀慌渲脕斫邮湛刂泼钚盘枺邮諣顟B(tài)反饋信號，并且至少部分基于控制命令信號和狀態(tài)反饋信號來生成用于電動機的每個相的上臂和下臂的工作周期信號。工作周期信號可最小化轉(zhuǎn)換器或逆變器中的中性點電流。
[0010]在另一實施方案中，工作周期信號可跨于所述多個裝置減輕熱應(yīng)力。
[0011]在另一實施方案中，控制器可還被配置來至少部分基于狀態(tài)反饋信號來生成工作周期注入信號。
[0012]在另一實施方案中，控制器可還被配置來至少部分基于控制命令信號來生成三相工作周期信號。
[0013]在另一實施方案中，控制器可還被配置來使用三相工作周期信號生成工作周期參考?目號。
[0014]在另一實施方案中，控制器可還被配置來使用以下公式確定用于每個相的上臂和下臂的工作周期信號:
[0015]D*i = D*abc+0.5[max(D*abc)+min(D*abc)]
[0016]D*abc+ = 0.5(D*1-min(D*i))+D*offi+D*off2 對于上臂
[0017]D*abc-= |0.5(D*i_max(D*i))卜D*0ffi+D*0ff2 對于下臂
[0018]其中D*i為工作周期參考信號，D*ab。為三相工作周期信號，D*ab。+為用于上臂的工作周期信號，D*ab?！獮橛糜谙卤鄣墓ぷ髦芷谛盘?，并且Dtm和Dtff2為工作周期注入信號。
[0019]在另一實施方案中，控制器可還被配置來使用以下公式確定用于每個相的上臂和下臂的工作周期信號:
[0020]D*i = D*abc+0.5[max(D*abc)+min(D*abc)]
[0021]D*abc+ = D*i++D*0ffi+D*0ff2 對于上臂
[0022]D*abc- = D*1--D*0ffi+D*0ff2 對于下臂
[0023]其中D*i為工作周期參考信號，D*ab。為三相工作周期信號，D*ab。+為用于上臂的工作周期信號，D*ab。-為用于下臂的工作周期信號，Dtm為來自DC電壓差PI調(diào)節(jié)器的工作周期注入信號，Dtff2為來自諧波計算器的工作周期注入信號，D*1+為工作周期的對應(yīng)于i(=a、b或c)相的正側(cè)，并且Dt為工作周期的對應(yīng)于i(=a、b或c)相的負側(cè)。
[0024]在另一實施方案中，控制器可還被配置來使用以下公式確定用于每個相的死區(qū)時間補償:
[0025]Δ D*COmp = -sign(i) XTdtXFs
[0026]其中為死區(qū)時間補償，i為相電流方向，Tdt為死區(qū)時間持續(xù)時間，并且Fs為脈沖寬度調(diào)制頻率。
[0027]在另一實施方案中，轉(zhuǎn)換器或逆變器可具有二極管中性點鉗位拓撲或T型拓撲。
[0028]在另一實施方案中，控制系統(tǒng)可被應(yīng)用于電梯系統(tǒng)。
[0029]根據(jù)另一實施方案，公開一種用于控制轉(zhuǎn)換器或逆變器的方法。所述方法可包括接收狀態(tài)反饋信號和控制命令信號，至少部分基于狀態(tài)反饋信號來生成工作周期注入信號，至少部分基于控制命令信號來生成三相工作周期信號，和生成用于電動機的每個相的上臂和下臂的工作周期信號，所述工作周期信號同時平衡轉(zhuǎn)換器或逆變器中的中性點電壓和熱應(yīng)力。工作周期信號可至少部分基于工作周期注入信號和三相工作周期信號。
[0030]在另一實施方案中，方法可還包括至少部分基于相電流方向、死區(qū)時間持續(xù)時間和脈沖寬度調(diào)制頻率來確定用于每個相的死區(qū)時間補償。
[0031]在另一實施方案中，方法可還包括修改工作周期信號以并入死區(qū)時間補償。
[0032]在另一實施方案中，方法可還包括轉(zhuǎn)換器或逆變器具有二極管中性點鉗位拓撲或T型拓撲。
[0033]在另一實施方案中，方法可還包括至少部分基于狀態(tài)反饋信號和轉(zhuǎn)換器或逆變器的上DC總線與下DC總線之間的電壓差來確定工作周期注入信號的值。
[0034]根據(jù)又一實施方案，公開一種電梯系統(tǒng)。所述電梯系統(tǒng)可包括:電梯轎廂，其安置在電梯井中；以及電動機，其操作性地連接至電梯轎廂。電動機可生成推力以在電梯井內(nèi)移動電梯轎廂。所述電梯系統(tǒng)可還包括:電源，其操作性地連接至電動機，所述電源將電力供應(yīng)至電動機;轉(zhuǎn)換器，其操作性地連接至電源，所述轉(zhuǎn)換器具有處于與電源的每個相選擇性通信中的多個裝置；以及逆變器，其操作性地連接至電動機，所述逆變器具有處于與電動機的每個相選擇性通信中的多個裝置；以及控制器，其處于與轉(zhuǎn)換器或逆變器通信中。控制器可被配置來接收控制命令信號，接收狀態(tài)反饋信號，并且生成用于電動機的每個相的上臂和下臂的工作周期信號，所述工作周期信號同時平衡轉(zhuǎn)換器或逆變器中的中性點電壓和熱應(yīng)力。工作周期信號可至少部分基于控制命令信號和狀態(tài)反饋信號。
[0035]在另一實施方案中，控制器可還被配置來確定用于電動機的每個相的死區(qū)時間補償，并且修改工作周期信號以包括死區(qū)時間補償。
[0036]在另一實施方案中，轉(zhuǎn)換器或逆變器可具有二極管中性點鉗位拓撲或T型拓撲。
[0037]在另一實施方案中，控制器可還被配置來具有諧波計算器，所述諧波計算器生成工作周期注入信號，所述工作周期注入信號平衡轉(zhuǎn)換器或逆變器的中性點電壓。
[0038]在另一實施方案中，控制器可還被配置來具有電壓差調(diào)節(jié)器，所述電壓差調(diào)節(jié)器生成工作周期注入信號，所述工作周期注入信號跨于轉(zhuǎn)換器或逆變器中的所述多個裝置平衡熱應(yīng)力。
[0039]附圖簡述
[0040]圖1是根據(jù)本公開的一個實施方案的電梯系統(tǒng)的不意性表不；
[0041]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于圖1的電梯系統(tǒng)的二極管中性點鉗位(DNPC)再生驅(qū)動器的示意性表示；
[0042]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的圖2的再生驅(qū)動器的轉(zhuǎn)換器或逆變器的相腳的示意性表示；
[0043]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于圖1的電梯系統(tǒng)的T型再生驅(qū)動器的示意性表不;
[0044]圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的圖4的再生驅(qū)動器的轉(zhuǎn)換器或逆變器的相腳的示意性表示；
[0045]圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于圖2和圖4的轉(zhuǎn)換器/逆變器的控制器的示意性表示；
[0046]圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于圖6的控制器的熱和中性點平衡調(diào)節(jié)器的示意性表示；
[0047]圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于圖6的控制器的PffM調(diào)制器內(nèi)的三角比較的圖表；
[0048]圖9是例示根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的用于控制轉(zhuǎn)換器或逆變器的示例性過程的流程圖；
[0049]圖10是例示歸因于死區(qū)時間效應(yīng)的電流失真的現(xiàn)有技術(shù)的電流波形的圖表；
[0050]圖11是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的具有使用本公開的調(diào)制技術(shù)的死區(qū)時間補償?shù)碾娏鞑ㄐ蔚膱D表；
[0051]圖12是示出現(xiàn)有技術(shù)的三相電流的模擬結(jié)果的圖表；
[0052]圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的使用調(diào)制技術(shù)的中性點電流的模擬結(jié)果的圖表；
[0053]圖14是示出用于現(xiàn)有技術(shù)的DNPC和T型拓撲兩者中的最大裝置j-c溫度上升ATjc的模擬結(jié)果的圖表;以及
[0054]圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實施方案的用于使用調(diào)制技術(shù)的DNPC和T型拓撲兩者中的最大裝置j_c溫度上升A Ty的模擬結(jié)果的圖表。
[0055]雖然本公開易受各種修改和替代性構(gòu)造的影響，但是以下將詳細地展示并描述本公開的某些例示性實施方案。然而，應(yīng)理解，不意圖限于所公開的特定實施方案，并且意圖覆蓋處于本公開的精神和范圍內(nèi)的所有修改、替代性構(gòu)造和等效物。
[0056]詳細描述
[0057]現(xiàn)在參考附圖，并且特別參考圖1，提供根據(jù)一個示例性實施方案的電梯系統(tǒng)20的示意圖。將理解，圖1中所示的電梯系統(tǒng)20的版本僅用于例示性目的，并且用來幫助公開本發(fā)明的各種實施方案。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，圖1沒有描繪示例性電梯系統(tǒng)的部件中的全部，所描繪的特征也未必包括于全部電梯系統(tǒng)中。
[0058]如圖1中所示，電梯系統(tǒng)20可以完全或部分地駐留于垂直地安置在建筑物內(nèi)的電梯井22中。電梯井22可提供垂直路徑，電梯轎廂24可通過所述垂直路徑在建筑物的樓層或樓梯平臺26之間行時。電動機28或其他原動機可操作性地連接至電梯轎廂24，以便產(chǎn)生推力來在電梯井22內(nèi)移動電梯轎廂24。電動機28也可以被稱為機器，或在替代性配置中，電動機28可以是用來移動電梯轎廂24的機器的一部分。
[0059]電源36(如圖2中所示)可操作性地連接至電動機28，以便將電力供應(yīng)至電動機28。電源36可為外部生成的電力，如來自電力市電電網(wǎng)。電動機28和電源36可各自為三相的。另夕卜，再生驅(qū)動器30可聯(lián)接至電動機28和電源36，以便操作電動機28來實現(xiàn)所需要的電梯轎廂移動。
[0060]現(xiàn)在參考圖2至圖5，并且繼續(xù)參考圖1，再生驅(qū)動器30可包括輸入或電力市電電網(wǎng)側(cè)上的轉(zhuǎn)換器32和電動機側(cè)上的逆變器34。更具體地說，轉(zhuǎn)換器32可操作性地連接至電源36，并且具有用于電源36的每一相40的相腳42。逆變器34可操作性地連接至轉(zhuǎn)換器32和電動機28，并且可具有用于電動機28的每一相40的相腳42。在這個實例中，因為電源36和電動機28各自為三相的，所以轉(zhuǎn)換器32和逆變器34可各自具有三個相腳42。
[0061]此外，轉(zhuǎn)換器32的每個相腳R、S、T可具有處于與電源36的每個相40選擇性通信中的多個裝置38，并且逆變器34的每個相腳W、V、U可具有處于與電動機28的每個相40選擇性通信中的多個裝置38。再生驅(qū)動器30可以是具有多電平轉(zhuǎn)換器32和多電平逆變器34的多電平驅(qū)動器。在這個實例中，再生驅(qū)動器30可以是具有三電平轉(zhuǎn)換器32和三電平逆變器34的三電平驅(qū)動器。更具體地說，轉(zhuǎn)換器32和逆變器34的每個相腳42可輸出電壓的三個電平，例如，正電壓、中性點電壓和負電壓。
[0062]如圖2和圖3中最好地所示，轉(zhuǎn)換器32和逆變器34的每個相腳42可具有二極管中性點鉗位(DNPC)拓撲44。在圖4和圖5中所示的實施方案中，轉(zhuǎn)換器32和逆變器34的每個電平或相腳42可具有T型拓撲46。將理解，用于轉(zhuǎn)換器32和逆變器34的相腳42的其他拓撲當(dāng)然是可能的。
[0063]控制系統(tǒng)48可用來控制再生驅(qū)動器30。更具體地說，控制器50可操作性地連接至轉(zhuǎn)換器32和逆變器34并且用來控制轉(zhuǎn)換器32和逆變器34。雖然控制器50被示出并且描述為適用于轉(zhuǎn)換器32和逆變器34兩者，但將理解，可存在兩個單獨的控制器而不是一個控制器，例如，用于轉(zhuǎn)換器32的一個控制器和用于逆變器34的一個控制器?？刂破?0可包括處理器(例如，“計算機處理器”)或基于處理器的裝置，所述處理器或基于處理器的裝置可包括非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)或與非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)相關(guān)聯(lián)，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機可執(zhí)行指令。應(yīng)理解，控制系統(tǒng)48和控制器50可包括其他硬件、軟件、固件或其組合。
[0064]如圖6中最好地所示，控制器50可包括彼此通信的模塊52、54、56、58、60、62。更具體地說，外調(diào)節(jié)器52可接收控制命令信號和狀態(tài)反饋信號，以生成直接正交(D-Q)電流命令信號i*q、i*d。控制命令信號可以是真實和無效電力、直流電(DC)鏈路電壓等。狀態(tài)反饋信號可以是真實和無效電力、DC鏈路電壓等。
[0065]D-Q電流調(diào)節(jié)器54可接收來自外調(diào)節(jié)器52的D-Q電流命令信號i*q、i*d，以及測量的D-Q電流信號iq、id，以生成D-Q工作周期命令信號D*q、D*d<3DQ/ABC變換模塊56接收D-Q工作周期命令信號D*q、D*d和相角0JQ/ABC變換模塊56將二相D-Q工作周期命令信號D*q、D*d轉(zhuǎn)換成三相的量，從而生成三相工作周期信號D*abc。
[0066]三相工作周期信號D*ab。和狀態(tài)反饋信號被饋送至熱和中性點(NP)平衡模塊58。熱和NP平衡模塊58生成用于電動機的每個相的上臂和下臂的工作周期信號D*abc+、D*ab。—，所述工作周期信號平衡轉(zhuǎn)換器和/或逆變器中的中性點電壓和熱應(yīng)力。更具體地說，如圖7中最好地所示，熱和NP平衡模塊58可包括以下模塊:諧波計算器64、DC電壓差比例-積分(PI)調(diào)節(jié)器66和調(diào)制器68。
[0067]諧波計算器64接收狀態(tài)反饋信號。基于狀態(tài)反饋信號，諧波計算器64生成工作周期注入信號Dtm，所述工作周期注入信號平衡轉(zhuǎn)換器和/或逆變器的NP電壓。為確定工作周期注入信號Dtm的值，諧波計算器64可使用例如但不限于查找表、線性方程組、非線性方程組等的技術(shù)加以實施。
[0068]工作周期注入信號Dtff2的較高值指示施加至轉(zhuǎn)換器和/或逆變器的增加的注入。因此，增加的電流流過外絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和二極管，而較小電流流過中性點路徑。當(dāng)輸出電流為高并且頻率為低時，可選取Dtff2的較高值。當(dāng)轉(zhuǎn)換器/逆變器具有減小的負載時，則Dtm的較低值可適合于開關(guān)損耗降低。在如此進行時，諧波計算器64最小化NP電流，以便維持轉(zhuǎn)換器/逆變器的所需要的NP電壓。
[0069]狀態(tài)反饋信號可包括轉(zhuǎn)換器和逆變器的上DC總線與下DC總線之間的電壓差。上DC總線與下DC總線之間的電壓差被饋送至DC電壓差PI調(diào)節(jié)器66 AC電壓差PI調(diào)節(jié)器66生成工作周期注入信號Dtm，所述工作周期注入信號消除穩(wěn)態(tài)NP電壓失衡并且具有緩慢的動態(tài)以便防止不穩(wěn)定性。在如此進行時，DC電壓差PI調(diào)節(jié)器66生成工作周期注入信號Dtm，所述工作周期注入信號平衡或減輕跨於轉(zhuǎn)換器/逆變器中的多個裝置的不均勻熱應(yīng)力。
[0070]連同三相工作周期信號D*abc—起，來自模塊64、66的工作周期注入信號Dtffl和Dtm被饋送至調(diào)制器68中。調(diào)制器68確定用于電動機的每個相的上臂和下臂的工作周期，從而生成工作周期信號D*abc+、D*ab。—。為計算用于每個相腳的上臂和下臂的工作周期，調(diào)制器68可使用以下公式:
[0071 ] D*i = D*abc+0.5[max(D*abc)+min(D*abc)]
[0072]D*abc+ = 0.5(D*1-min(D*i))+D*offi+D*off2 對于上臂
[0073]D*abc-= |0.5(D*i_max(D*i))卜D*0ffi+D*0ff2 對于下臂
[0074]其中0七為工作周期參考信號，D*ab。為三相工作周期信號，D*ab。+為用于上臂的工作周期信號，D*ab。-為用于下臂的工作周期信號，Dtm為來自DC電壓差PI調(diào)節(jié)器的工作周期注入信號，并且Dtff2為來自諧波計算器的工作周期注入信號。
[0075]將理解，來自具有輸出Dtm的DC電壓差PI調(diào)節(jié)器66的中性點平衡算法和來自具有輸出Dtff2的諧波計算器64的熱平衡算法可獨立地與各種基本脈沖寬度調(diào)制(PffM)技術(shù)一起使用。例如，在另一實施方案中，可修改以上方程組，并且調(diào)制器68可使用以下公式以便計算用于每個相腳的上臂和下臂的工作周期:
[0076]D*i = D*abc+0.5[max(D*abc)+min(D*abc)]
[0077]D*abc+ = D*i++D*0ffi+D*0ff2 對于上臂
[0078]D*abc- = D*1--D*0ffi+D*0ff2 對于下臂
[0079]其中0七為工作周期參考信號，D*ab。為三相工作周期信號，D*ab。+為用于上臂的工作周期信號，D*ab。-為用于下臂的工作周期信號，Dtm為來自DC電壓差PI調(diào)節(jié)器的工作周期注入信號，Dtff2為來自諧波計算器的工作周期注入信號，D*1+為工作周期的對應(yīng)于i(=a、b或c)相的正側(cè)，并且Dt為工作周期的對應(yīng)于i(=a、b或c)相的負側(cè)。
[0080]可使用的其他基本PffM技術(shù)包括但不限于空間向量PffM(SPffM)、具有三次諧波注入的正弦三角(8；[11-1:1^&1^16)?￥1、開關(guān)在交流電波形(例如，轉(zhuǎn)換器/逆變器)中的一個大電流時段期間不切換的不連續(xù)PWM( DPffM)等。
[0081]參考回圖6，死區(qū)時間補償器60可從熱和中性點(NP)平衡模塊58接收工作周期信號D*abc+、D*abc-。死區(qū)時間補償器60可修改工作周期信號D*abc+、D*abc-以補償死區(qū)時間，從而生成修改后工作周期信號D**abc+、D**abc-。可采用死區(qū)時間以防止跨於DC鏈路的擊穿，以及保證交流電(AC)端子處的低電壓變化率(dV/dt)應(yīng)力。此外，適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時間補償?shù)膽?yīng)用可防止由采用死區(qū)時間引入的電流失真。死區(qū)時間補償可基于相電流方向、死區(qū)時間持續(xù)時間和PffM頻率。死區(qū)時間補償器60可使用以下公式確定用于每個相腳的死區(qū)時間補償:
[0082]Δ D*COmp = -sign(i) XTdtXFs
[0083]D**abc+ = D*abc++Δ D*Comp 對于上臂
[0084]D**abc- = D*abc-- A D*comp 對于下臂
[0085]其中Δ D*_P為死區(qū)時間補償，i為相電流方向，Tdt為死區(qū)時間持續(xù)時間，F(xiàn)s為P麗頻率，D*ab。+為用于上臂的工作周期信號，D*ab。-為用于下臂的工作周期信號，D**ab。+為用于上臂的修改后工作信號，并且D**ab。-為用于下臂的修改后工作信號。
[0086]Pmi調(diào)制器62可接收用于三角比較的修改后工作信號D**abc+、D**ab?！Ｈ潜容^控制電力電路中的半導(dǎo)體裝置，并且可實施于P麗調(diào)制器62中，如圖8中所例示。在P麗調(diào)制器62中可存在用于每個相腳的一個比較器，所述比較器針對(i = a、b、c)接收修改后正工作周期信號D#1+和修改后負工作周期信號D^1-。比較器隨后可輸出邏輯信號Tu?Tl4，所述邏輯信號控制轉(zhuǎn)換器/逆變器中的對應(yīng)IGBT(圖2至圖5)(其中I =打開并且0 =關(guān)閉)。分別將來自調(diào)制器的修改后正工作周期信號D**1 +和修改后負工作周期信號D*h—與兩個載波Carrier+、Carrier-進行比較。兩個載波Carrier+Xarririer-相移了一百八十度(180°)。以下示出邏輯計算:
[0087]若D*1.> Carrier+，則Tii = I，Ti3 = 0;否則Tii = O，Ti3= I
[0088]若D*i—> Carrier-，則Ti4= I，Ti2 = 0;否貝ljTi4 = 0，Ti2= I
[0089]其中D*i—為工作周期的對應(yīng)于i( = a、b或c)相的負側(cè)，D*i—為工作周期的對應(yīng)于i(=a、b或c)相的正側(cè)，Carrier+為載波的正側(cè)，Carrier-為載波的負側(cè)，并且Tii?Ti4為控制圖2至圖5中的對應(yīng)IGBT的輸出邏輯信號。
[0090]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9，并且繼續(xù)參考圖1至圖8，示出用于控制聯(lián)接至電動機28的轉(zhuǎn)換器32和/或逆變器34的示例性過程80。在方框82處，控制器50可接收狀態(tài)反饋信號和控制命令信號。在方框84處，控制器50可至少部分基于狀態(tài)反饋信號來生成工作周期注入信號Dtm、D*off2。在方框86處，控制器50可至少部分基于控制命令信號來生成三相工作周期信號D*abc。在方框88處，控制器50可生成用于電動機28的每個相的上臂和下臂的工作周期信號D*abc;+、D*ab。-。工作周期信號D*abc;+、D*ab。-可至少部分基于工作周期注入信號D*offl、D*off2和三相工作周期信號D*abc。此外，工作周期信號D*abc+、D*abc—平衡轉(zhuǎn)換器/逆變器中的中性點電壓和熱應(yīng)力。
[0091]工業(yè)適用性
[0092]從前述內(nèi)容，可看出，本公開的教義可發(fā)現(xiàn)工業(yè)或商業(yè)應(yīng)用，如包括但不限于用于再生驅(qū)動器的控制系統(tǒng)。這類控制系統(tǒng)可用于例如牽引應(yīng)用中，所述牽引應(yīng)用如包括但不限于電梯系統(tǒng)。
[0093]所描述的公開內(nèi)容供應(yīng)用于再生驅(qū)動器中的三電平轉(zhuǎn)換器和/或逆變器的控制系統(tǒng)和方法。用于控制系統(tǒng)和方法的所公開的調(diào)制公式對于數(shù)字控制器中的實施是便利的。適當(dāng)?shù)厥褂盟_的調(diào)制公式，有可能控制中性點電流，以便平衡中性點電壓，從而最小化DC鏈路電容要求。同時，轉(zhuǎn)換器/逆變器中的熱應(yīng)力可在所有裝置之間均勻地分布，這轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)換器/逆變器電力吞吐量的顯著增大和預(yù)期裝置壽命的實質(zhì)性增強。
[0094]所公開的控制器便利地管理裝置的熱應(yīng)力，因為所公開的調(diào)制技術(shù)僅與一個控制變量(工作周期注入信號D*Qff2)有關(guān)，并且控制邏輯是簡單的。此外，所公開的熱平衡調(diào)制技術(shù)考慮到控制變量(工作周期注入信號D^ff2)的連續(xù)變化，從而消除對在中性點平衡PWM與雙極PffM之間來回切換的需要并且改進電壓總諧波失真。
[0095]此外，所公開的調(diào)制技術(shù)包括死區(qū)時間補償。與圖10中所示的現(xiàn)有技術(shù)電流波形相比，本公開的死區(qū)時間補償改進歸回于死區(qū)時間效應(yīng)的電流失真，如圖11中所示。
[0096]本文所公開的調(diào)制技術(shù)可在DNPC和T型拓撲兩者中用于三電平轉(zhuǎn)換器和/或三電平逆變器。圖12至圖15描繪與現(xiàn)有技術(shù)相比的所公開調(diào)制技術(shù)的模擬結(jié)果。與圖12中的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)果相比，使用所公開的調(diào)制技術(shù)顯著地最小化中性點電流，如圖13中所示。與圖14中的現(xiàn)有技術(shù)相比，使用所公開的調(diào)制技術(shù)也顯著地降低最大裝置j_c溫度上升Δ?^，如圖15中所示。另外，所公開方法的益處是在不使用較高額定值的裝置或增添額外電路部件的情況下實現(xiàn)，并且實行所描述的方法所需要的增加的計算電力是最小的。
[0097]雖然已關(guān)于某些特定實施方案給出并且提供了先前詳細描述，但是將理解，本公開的范圍不應(yīng)限于這類實施方案，并且所述實施方案被提供來僅用于實現(xiàn)方式和最佳模式目的。本公開的廣度和精神比具體公開的實施方案更寬，并且涵蓋在所附權(quán)利要求書內(nèi)。應(yīng)理解，在可實踐的情況下，關(guān)于特定實施方案所描述的特征可與替代實施方案一起使用。
【主權(quán)項】
1.一種控制系統(tǒng)(48)，其具有電動機(28)，所述控制系統(tǒng)包括: 轉(zhuǎn)換器(32)，其操作性地連接至電源(36)，所述轉(zhuǎn)換器(32)具有處于與所述電源(36)的每個相(40)選擇性通信中的多個裝置(38); 逆變器(34)，其操作性地連接至所述電動機(28)，所述逆變器(34)具有處于與所述電動機(28)的每個相(40)選擇性通信中的多個裝置(38);以及 控制器(50)，其操作性地連接至所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)，所述控制器(50)被配置來: 接收控制命令信號； 接收狀態(tài)反饋信號;并且 至少部分基于所述控制命令信號和狀態(tài)反饋信號來生成用于所述電動機(28)的每個相(40)的上臂和下臂的工作周期信號，所述工作周期信號最小化所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)中的中性點電流。2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述工作周期信號跨于所述多個裝置(38)減輕熱應(yīng)力。3.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來至少部分基于所述狀態(tài)反饋信號來生成工作周期注入信號。4.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來至少部分基于所述控制命令信號來生成三相工作周期信號。5.如權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來使用所述三相工作周期信號生成工作周期參考信號。6.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來使用以下公式確定用于每個相的所述上臂和下臂的所述工作周期信號:D*i = D*abc+0.5[max(D*abc)+min(D*abc)] D*abc+ = 0.5(D*i_min(D*i))+D*offi+D*off2 對于上臂 D*abc-= |0.5(D*i_max(D*i)) -D*0ffi+D*0ff2 對于下臂 其中Dh為所述工作周期參考信號，D*ab。為所述三相工作周期信號，D*ab。+為用于所述上臂的所述工作周期信號，D*ab。—為用于所述下臂的所述工作周期信號，并且Dtm和Dtff2為所述工作周期注入信號。7.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來使用以下公式確定用于每個相的所述上臂和下臂的所述工作周期信號:D*i = D*abc+0.5[max(D*abc)+min(D*abc)]D*abc+ = D*i++D*of f l+D*of f 2 對于上臂D*abc- = D*1--D*of f l+D*of f 2 對于下臂 其中Dh為所述工作周期參考信號，D*ab。為所述三相工作周期信號，D*ab。+為用于所述上臂的所述工作周期信號，D*ab。-為用于所述下臂的所述工作周期信號，Dtm為來自DC電壓差PI調(diào)節(jié)器的所述工作周期注入信號，Dtff2為來自諧波計算器的所述工作周期注入信號，D*1+為所述工作周期的對應(yīng)于i( =a、b或c)相的正側(cè)，并且Dt-為所述工作周期的對應(yīng)于i(=8、13或(3)相的負側(cè)。8.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來使用以下公式確定用于每個相的死區(qū)時間補償: A D*COmp = -sign(l) XTdtXFs 其中△ 0*。_為所述死區(qū)時間補償，i為相電流方向，Tdt為死區(qū)時間持續(xù)時間，并且Fs為脈沖寬度調(diào)制頻率。9.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)具有二極管中性點鉗位拓撲(44)或T型拓撲(46)。10.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)(48)被應(yīng)用于電梯系統(tǒng)(20)。11.一種用于控制轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)的方法(80)，所述方法(80)包括: 接收狀態(tài)反饋信號和控制命令信號； 至少部分基于所述狀態(tài)反饋信號來生成工作周期注入信號； 至少部分基于所述控制命令信號來生成三相工作周期信號；以及 生成用于所述電動機(28)的每個相(40)的上臂和下臂的工作周期信號，所述工作周期信號同時平衡所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)中的中性點電壓和熱應(yīng)力，所述工作周期信號至少部分基于所述工作周期注入信號和所述三相工作周期信號。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其還包括至少部分基于相電流方向、死區(qū)時間持續(xù)時間和脈沖寬度調(diào)制頻率來確定用于每個相的死區(qū)時間補償。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其還包括修改所述工作周期信號以并入所述死區(qū)時間補償。14.如權(quán)利要求11所述的方法，其還包括所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)具有二極管中性點鉗位拓撲(44)或T型拓撲(46)。15.如權(quán)利要求11所述的方法，其還包括至少部分基于所述狀態(tài)反饋信號和所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)的上DC總線與下DC總線之間的電壓差來確定所述工作周期注入信號的值。16.—種電梯系統(tǒng)(20)，其包括: 電梯轎廂(24)，其安置在電梯井(22)中； 電動機(28)，其操作性地連接至所述電梯轎廂(24)，所述電動機(28)生成推力以在所述電梯井(22)內(nèi)移動所述電梯轎廂(24); 電源(36)，其操作性地連接至所述電動機(28)，所述電源(36)將電力供應(yīng)至所述電動機(28); 轉(zhuǎn)換器(32)，其操作性地連接至所述電源(36)，所述轉(zhuǎn)換器(32)具有處于與所述電源(36)的每個相(40)選擇性通信中的多個裝置(38); 逆變器(34)，其操作性地連接至所述電動機(28)，所述逆變器(34)具有處于與所述電動機(28)的每個相(40)選擇性通信中的多個裝置(38);以及 控制器(50)，其處于與所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)通信中，所述控制器(50)被配置來: 接收控制命令信號； 接收狀態(tài)反饋信號;并且 生成用于所述電動機的每個相的上臂和下臂的工作周期信號，所述工作周期信號同時平衡所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)中的中性點電壓和熱應(yīng)力，所述工作周期信號至少部分基于所述控制命令信號和所述狀態(tài)反饋信號。17.如權(quán)利要求16所述的電梯系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置來確定用于所述電動機(28)的每個相(40)的死區(qū)時間補償，并且修改所述工作周期信號以包括所述死區(qū)時間補mIz? O18.如權(quán)利要求16所述的電梯系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)具有二極管中性點鉗位拓撲(44)或T型拓撲(46)。19.如權(quán)利要求16所述的電梯系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來具有諧波計算器，所述諧波計算器生成工作周期注入信號，所述工作周期注入信號平衡所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)的中性點電壓。20.如權(quán)利要求16所述的電梯系統(tǒng)，其中所述控制器(50)還被配置來具有電壓差調(diào)節(jié)器，所述電壓差調(diào)節(jié)器生成工作周期注入信號，所述工作周期注入信號跨于所述轉(zhuǎn)換器(32)或逆變器(34)中的所述多個裝置(38)平衡熱應(yīng)力。
【文檔編號】H02P3/14GK105830332SQ201380081741
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2013年12月18日
【發(fā)明人】I.阿吉爾曼, 王洋, S.克里什納默蒂
【申請人】奧的斯電梯公司