CN101179255A - 用于交流电动机的h桥逆变器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于交流电动机的H桥逆变器，其中即使在输入电压变化的情况下也能够通过允许单元控制器补偿功率单元的输入电压来输出功率单元的输出电压。用户能够将每个单元控制器的工作模式选择为用于输入电压的补偿模式和根据简单指令频率的输出电压控制模式。由于单元控制器具有用于输入电压变化的补偿控制功能，因此可以减少主控制器和单元控制器之间的通信负荷。

Description

用于交流电动机的H桥逆变器

技术领域

本发明涉及一种交流电动机的驱动控制，该电动机用作工业大功率设备例如泵、风扇、压缩机、搅拌器以及传送器的驱动电源并且需要高电压的电源。

特别地，本发明涉及一种高电压逆变器，其具有2千伏(KV)至5KV的输出电压，而且尤其涉及一种高电压逆变器，其能够通过将多个低电压逆变器(例如，具有200V或400V输出电压的逆变器)的三相中的每相串联连接来获得高输出电压。

更特别地，本发明涉及一种逆变器***，其能够由单元控制器和主控制器来分布控制，其中该单元控制器用于每个功率单元的单个控制并且主控制器用于控制这些单元控制器。

更特别地，本发明涉及一种高电压逆变器***，其中输出电压不受每个功率单元输入电压变化的影响。

更特别地，本发明涉及一种高电压逆变器***，其中单元控制器能够不依靠主控制器就可以防止输出电压受到每个功率单元的输入电压变化的影响。

更特别地，本发明涉及一种高电压逆变器***，其使用用于在主控制器和多个单元控制器之间进行通信的串行通信，尤其特别的是使用控制器区域网络(CAN)通信。

背景技术

H桥逆变器***是一种高电压逆变器***，其包括每个功率单元的单个电源，以向每个功率单元供应直流电源。

变压器用于单个电源。整流器和电容器用于将由变压器所提供的交流电流转换为直流电流并因此将直流电流提供给功率单元的半导体开关。可以从电容器的两端检测由整流器所整流的并且由电容器所平滑的电压，同时作为功率单元的输入电压。该电压就是现有技术中所谓的DC链电压。

但是，每个功率单元的DC链电压可能由于变压器的输入交流电源、亦即商业交流电源的电压变化而变化。这不允许逆变器输出交流电动机所需的输出电压。

进而，若干用于功率单元的DC链电压可能由于变压器的百分比阻抗电压降、亦即变压器的次级输出电压误差或者电容器的单个电容差异而不同于其他的用于功率单元的DC链电压。因此，在逆变器每相的输出电压之间会发生不平衡。这会在再生期间引起特定相的半导体开关的过电压，由此会烧掉相应的半导体开关。

为了解决上述问题，功率单元可以连接到电路断路器，以便该电路断路器在过电压出现的时候可以被脱扣以保护功率单元。

然而，问题还是会发生，原因是如果与一相的功率单元连接的电路断路器被脱扣，则施加到其它相的功率单元上的电压增加，并且诸如电动机之类的负载装置的操作可能会随着逆变器的操作停止而停止。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于交流电动机的H桥逆变器，其中功率单元的输出电压和逆变器的最后输出电压甚至不受用于多个功率单元的DC链电压的集中变化或单个变化的影响。

本发明的另一个目的是提供用于交流电动机的H桥逆变器，其中多个单元控制器而不是主控制器能够控制各个功率单元以便不受功率单元输出电压的影响，从而降低主控制器的计算负荷和通信负荷。

为了获得这些和其它优点并且与本发明的目的相对应，正如这里所具体呈现并且概括描述的那样，提供一种用于交流电动机的H桥逆变器，其包括：多个每三相串联连接的功率单元，其每一个具有半导体开关、整流电路和平滑电容器，半导体开关能够切换控制，整流电路和平滑电容器用于将DC链电压作为输入电压提供给半导体开关；相移变压器，其具有初级线圈和多个次级线圈，次级线圈连接到每个功率单元以供应单个三相交流电源；主控制器，用于根据预定速度指令提供输出频率指令信号，该输出频率指令信号代表逆变器的输出频率；多个单元控制器，其与主控制器可通信地连接并且每一个对应于功率单元中的每一个提供，用于根据来自主控制器的输出频率指令信号与交流电动机的预定额定频率相比较来确定每个功率单元的输入电压与输出电压的比率作为指令频率的比率，用于根据交流电动机的额定电压来产生参考电压，用于根据关于参考电压和检测的DC链电压之间的差的输入电压与输出电压的比率来计算补偿电压，用于将所计算出的补偿电压补偿到参考电压，并且用于产生具有根据补偿的参考电压所确定的脉冲宽度的脉宽调制信号以控制功率单元中的半导体开关的切换；以及连接在主控制器和单元控制器之间的网络，用于在主控制器和单元控制器之间提供通信路径。

结合附图，本发明的前述和其它目的、特征、方面以及优点将会从本发明以下详细的描述中更加显而易见。

附图说明

所包含的用以进一步理解本发明并且包含在内作为本说明书一部分的附图阐明了本发明的实施例并且与该描述一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是示出了根据本发明的用于交流电动机的H桥逆变器的整个结构的方框图；

图2是示出了根据本发明的用于交流电动机的H桥逆变器中的主控制器和单元控制器之间的通信的方框图；

图3是示出了根据本发明一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的详细结构的方框图；

图4是示出了根据本发明另一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的详细结构的方框图；

图5是示出了用于调制根据本发明的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器中包括的脉宽调制信号发生器的脉冲宽度的方法的波形图；

图6是示出了根据本发明一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的操作的流程图；以及

图7是示出了根据本发明另一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的操作的流程图。

具体实施方式

现在详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。

图1示出了根据本发明的用于交流电动机的H桥逆变器的整个结构的方框图。

如图1所示，根据本发明的用于交流电动机的H桥逆变器包括相移变压器71。

相移变压器71包括初级线圈71A和多个次级线圈71B1～71Bn。初级线圈71A由接收三相AC电源例如AC220V和频率60Hz的三相三角形线圈形成。次级线圈71B1～71Bn例如将初级线圈71A的AC220V的电压转换成24V并且将24V提供给功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn中的每一个，而且由三角形线圈形成。TAB是位于初级线圈71A和次级线圈71B1～71Bn之间的中心抽头。

U相功率单元U1～Un、V相功率单元V1～Vn以及W相功率单元W1～Wn每相串联连接，以便将每相串联连接的功率单元的输出电压总和提供给交流电动机73作为每个对应相U、V和W的输出电压。如上所述，交流电动机73用作工业大功率设备例如泵、风扇、压缩机、搅拌器以及传送器的驱动电源，并且需要2KV到5KV的高压电源。

如图1的虚线框所示，示出了W相第n个功率单元Wn的放大内部结构来作为功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn的例子，根据本发明的每个功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn包括整流电路CON和电容器C，其中整流电路CON将次级线圈71B1～71Bn之中的三相交流电流中的任何一个整流为直流电流，电容器C使得由整流电路CON所整流的直流电流平滑并且将平滑的直流电流提供给半导体开关SW。穿过电容器C的电压是提供给功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn的电压，详细地说是提供给功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn中的半导体开关SW的输入电压。在下文中，将该电压称为DC链电压。

例如，半导体开关SW例如是指绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者硅控整流器(SCR)，其能够通过栅极驱动信号、亦即本发明的逆变器中的脉宽调制信号发生器的输出信号来开启或关闭。

每个功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn是低压逆变器，用于通过将输入电压、亦即电容器C的DC链电压转换为交流电压来驱动交流电动机73。

为了控制每个功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn，单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn的数目对应于功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn的数目，并且单元控制器分别连接到功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn。

主控制器72控制所有单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn，并且根据预定速度指令提供输出频率指令信号，其中输出频率指令信号代表逆变器、亦即功率单元U1～Un、V1～Vn、W1～Wn的输出频率。预定速度指令是指诸如程序装入程序之类的程序输入装置所输入的程序设置的、诸如只读存储器(ROM)之类的程序存储装置中存储的速度指令数据，所述程序输入装置能够通过数据传输线连接到主控制器72。

主控制器72可以具有控制功能，例如在瞬时功率故障之后的重启、电动机速度搜索、紧急制动、自动节能、自诊断以及自调整。但是，由于主控制器72的这些控制功能与本发明无关，因此省略对它们的详细描述。

主控制器72通过通信网络N与单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn连接以便能够进行相互通信。从主控制器72传递到单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn的数据可以包括信息例如输出电压指令、同步信号、电动机过热、变压器过热、风扇错误以及输出相缺失。从单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn传递到主控制器72的数据可以包括信息，例如过电压、短路电压、过电流、半导体开关的臂短路、接地漏电、功率单元的相缺失。由于这些数据与本发明无关，所以省略对它们的详细描述。

如图2所示，主控制器72和单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn之间的通信通过通信网络N来实现。优选地，通信网络N的例子包括具有快速数据传输速度和良好噪音隔声性能的光纤电缆。

进而，主控制器72和单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn之间的通信网络使用在快速数据传输和噪音隔声方面具有卓越特性的控制器区域网络(CAN)。

参考图2，在主控制器72中所示的CAN模块表示使主控制器72中的CAN通信成为可能的结构。同样，在图2中，延伸到主控制器72的通信网络N包括光纤上的用绝缘材料涂覆的光连接器。除了上述结构以外，CAN驱动器可以分离地连接到主控制器72和单元控制器U1CC1～UnCCn、V1CC1～VnCCn、W1CC1～WnCCn的外部以便能够通过通信网络N在CAN驱动器之间通信。

与此同时，示出根据本发明的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的详细结构的方框图将会参考图3来描述。

由于根据本发明的单元控制器相互之间的结构相同，因此参考图3详细描述串联连接的U相单元控制器U1CC1～UnCCn中的第一单元控制器U1CC1。

与交流电动机73的预定的额定频率相比，根据主控制器72(参见图1)的输出频率指令信号，单元控制器U1CC1将功率单元U1(参见图1)的输出电压与输入电压的比率确定为指令频率比率。换句话说，如果该交流电动机的额定频率为60Hz并且根据输出频率指令信号的指令频率为30Hz，则单元控制器U1CC1将输出电压与输入电压的比率确定为50％。

单元控制器U1CC1根据交流电动机73的额定电压来产生参考电压。例如，如果交流电动机的额定电压为200V，则单元控制器U1CC1根据200V的10％计算出20V来作为参考电压值并且将该计算出的值存储在其内。在这种情况下，预定并且存储了10％的比率。

关于参考电压和检测的DC链电压之间的差，根据输出电压与输入电压的比率，单元控制器U1CC1计算补偿电压，并且补偿计算的关于参考电压的补偿电压。例如，由于参考电压为20V，所以若所检测到的DC链电压为18V，则电压差为18V-20V＝-2V，并且通过将输入电压与输出电压的比率50％乘以电压差-2V所得到的补偿电压为-1V。单元控制器U1CC1将通过将-1V加到参考电压20V而得到的19V确定为新的参考电压，其中输入电压的变化被补偿了。换句话说，如果功率单元的输入电压、亦即DC链电压降低，则参考电压降低，反之亦然。尽管如下所述，参考电压的升高会降低用于驱动功率单元的半导体开关SW的脉宽调制信号的脉冲宽度，以便降低半导体开关的开启时间，借此从功率单元提供到交流电动机的电压会降低。另一方面，参考电压的降低增加了用于驱动功率单元的半导体开关SW的脉宽调制信号的脉冲宽度，以便增加半导体开关的开启时间，借此从功率单元提供到交流电动机的电压会增加。

进而，单元控制器U1CC1产生具有根据补偿参考电压所确定的脉冲宽度的脉宽调制信号以控制在功率单元U1中的半导体开关SW的切换。换句话说，单元控制器U1CC1使用提供给半导体开关SW的栅极的脉冲信号的脉宽来确定在功率单元U1中的半导体开关SW的开启时间。如图5所示，通过在两个虚线之间的时间间隔、亦即大于或等于100V参考电压的具有200V峰值的三角形载波的时间间隔，来确定脉冲宽度。具有高电平矩形输出波形的输出信号在该时间间隔中从单元控制器U1CC1输出到在功率单元U1中的半导体开关SW的栅极。不像图5所示的例子那样，如果补偿参考电压是19V，则三角形载波的峰值可以是20V。参考电压的电压被事先计算出来作为这样的电压值，其具有根据连接到逆变器的交流电动机的额定电压值所预先确定的比率，同时是常规DC链电压，亦即通过图1的电容器C的常规充电电压所预先确定的值。因此，参考电压值没有变化，除非电容器C与另一个具有不同电容值的电容器替换并且交流电动机的额定电压值发生变化。同样，三角形载波的峰值电压被预定为比参考电压大的预定值的电压，并且事先选择生成具有相应峰值电压的三角形载波信号的三角形载波产生电路。因此，三角形载波电路的峰值电压没有变化，除非该三角形载波产生电路与另一个替换。

在图5中，为了方便描述，示意性地将三角形载波的峰值电压和参考电压分别设定为200V和100V，而不是20V和19V。因此，这与电压值无关。

在大于或等于19V的参考电压的三角形载波的时间间隔中，具有高电平矩形输出波形的输出信号能够从单元控制器U1CC1输出到在功率单元U1中的半导体开关SW的栅极。

以下描述根据图3的单元控制器U1CC1的详细结构和单元控制器U1CC1的操作。

单元控制器U1CC1包括输出电压比率计算单元81。根据对应于例如60Hz的交流电动机73的预定额定频率的50％的例如30Hz的比率的来自主控制器72的输出频率指令信号，输出电压比率计算单元81计算指令频率比率，并且确定关于DC链电压的功率单元U1的输出电压的比率为计算比率，即50％。

单元控制器U1CC1包括参考电压发生器82。参考电压发生器82根据交流电动机的预定额定电压产生参考电压。假设用户事先输入200V的额定电压，参考电压发生器82对应200V的10％计算出20V并且将所计算出的值存储在内部。在这种情况下，由逆变器的制造者来预定10％的比率并且通过输入装置例如程序装入程序事先将其存储在程序中。

单元控制器U1CC1包括电压差计算单元83。电压差计算单元83计算出在所检测出的DC链电压和从参考电压发生器中所提供的参考电压之间的电压差。例如，由于参考电压是20V，所以若所检测的DC链电压是18V，则电压差是18V-20V＝-2V。电压差计算单元83提供电压差-2V作为结果值。

单元控制器U1CC1包括补偿电压计算单元84。补偿电压计算单元84通过由输出电压比率计算单元81所提供的功率单元输出电压与DC链电压的比率即50％乘以电压差计算单元83所提供的电压差-2V来得到补偿电压-1V。

单元控制器U1CC1包括脉宽调制信号发生器86。为了控制功率单元U1的半导体开关的切换，脉宽调制信号发生器86产生脉宽调制信号，其具有根据通过将-1V的补偿电压补偿到参考电压发生器82的20V的参考电压所获得的19V电压所确定的脉冲宽度。

详细地说，脉宽调制信号发生器86使用向半导体开关SW的栅极供应的脉冲信号的脉冲宽度来确定功率单元U1中的半导体开关SW的开启时间。图5所示的脉冲宽度由在两个虚线之间的时间间隔即一个具有大于或等于100V参考电压的峰值电压的三角形载波的时间间隔所确定。在该时间间隔中，具有高电平的矩形输出波形的输出信号从单元控制器U1CC1输出到功率单元U1中的半导体开关SW的栅极。不像图5所示的例子，若补偿参考电压为19V，则三角形载波的峰值电压可以是20V。在大于等于19V参考电压的三角形载波的时间间隔中，具有高电平的矩形输出波形的输出信号能够从单元控制器U1CC1输出到功率单元U1中的半导体开关SW的栅极。

因此，功率单元U1在脉宽调制信号发生器86所发出的脉宽调制信号的高电平时间间隔被开启。这样，功率单元U1将DC链电压逆变为交流电压以便将该交流电压提供给交流电动机73。

参考图6简要描述根据本发明一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的操作。

图6是示出了根据本发明一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的操作的流程图。

在步骤1中，单元控制器U1CC1的输出电压比率计算单元81计算根据来自主控制器72的输出频率指令信号的例如30Hz的指令频率对交流电动机73的例如60Hz的预定额定频率的比率，即50％，并且确定功率单元U1的输出电压与DC链电压的比率为计算出的比率，即50％。

在步骤2中，单元控制器U1CC1的电压差计算单元83计算出所检测到的DC链电压和由参考电压发生器82所提供的参考电压之间的电压差。例如，由于参考电压是20V，所以若所检测到的DC链电压是18V，则电压差是18V-20V＝-2V。电压差计算单元83将电压差-2V作为结果值。

往下走，在步骤3中，单元控制器U1CC1的补偿电压计算单元84通过将功率单元的输出电压与DC链电压的比率即50％乘以由电压差计算单元83所提供的电压差-2V而得到-1V的补偿电压。

在步骤4中，单元控制器U1CC1的脉宽调制信号发生器86产生新的参考电压，即通过将由补偿电压计算单元84所提供的-1V的补偿电压加入到由参考电压发生器82所提供的20V参考电压所补偿得到的参考电压19V。

接下来，在步骤5中，单元控制器U1CC1的脉宽调制信号发生器86产生脉宽调制信号，其通过比较具有20V的峰值电压的三角形载波与新的参考电压来在大于等于新的参考电压的三角形载波的时间间隔内输出高电平矩形波，并且将该脉宽调制信号提供给功率单元U1中的半导体开关SW的栅极作为驱动信号。因此，功率单元U1将恒定交流输出电压输出到交流电动机，即使功率单元U1的输入电压即DC链电压发生变化。

与此同时，参考图4详细描述根据本发明另一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的操作。

由于根据本发明另一个实施例的单元控制器彼此间具有相同的结构，因此参考图4详细描述串联连接的U相单元控制器U1CC1～UnCCn的第一单元控制器U1CC1。

根据本发明另一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器U1CC1与根据本发明一个实施例的单元控制器的不同在于该单元控制器的操作依靠用户的选择信息。因此，根据本发明另一个实施例的单元控制器U1CC1基于与根据本发明一个实施例的单元控制器的差异来描述以便避免重复描述。

取决于用户的选择信息，亦即输入电压变化补偿模式或根据简单的频率指令的输出电压指令模式的选择信息，更加具体地即逆变器的初始值设置期间输入的用户选择信息，单元控制器U1CC1选择性地执行如下所述的两个控制操作中的任一个。

首先，当用户在逆变器的初始值设定期间输入与逆变器相连的交流电动机的额定电压值并且同时用户的选择是输入电压变化补偿模式的时候，单元控制器U1CC1根据输出电压与输入电压的比率关于在参考电压与DC链电压之间的差异来计算出补偿电压，并且将所计算出的补偿电压补偿到参考电压。

为了控制功率单元U1的半导体开关的切换，脉宽调制信号发生器产生脉宽调制信号，其脉宽根据被补偿的参考电压来确定。

第二，当用户不能在逆变器的初始值设定期间输入与逆变器相连的交流电动机的额定电压值或者用户的选择是根据简单的频率指令的输出电压指令模式的时候，与交流电动机的预定额定频率相比，根据来自主控制器的输出频率指令信号，单元控制器U1CC1确定功率单元U1的输入电压与输出电压的比率作为指令频率的比率，并根据所确定的比率和具有依靠第二参考电压而确定的脉冲宽度的脉宽调制信号来产生与第一参考电压不同的第二参考电压。

与此同时，参考图4详细描述根据本发明另一个实施例的单元控制器的详细结构和操作。

将要基于与根据本发明的一个实施例的单元控制器的不同点来详细描述根据本发明另一个实施例的单元控制器的详细结构和操作以便避免重复描述。

根据本发明另一个实施例的单元控制器另外包括选择器85，其根据用户的预定选择模式提供输出电压比率单元所提供的输出电压比率或者由补偿电压计算单元所提供的补偿电压。

位于选择器85内部的接点85a根据预定选择模式连接到输出电压比率计算单元所输出的输出电压比率，而且选择器85内部的另一个接点85b根据预定选择模式连接到补偿电压计算单元所输出的补偿电压。

优选地，图4所示的选择器85的开关和接点可以通过存储在单元控制器U1CC1中的选择数据和根据选择数据的处理程序来实现。

在根据本发明另一个实施例的单元控制器中所包括的脉宽调制信号发生器86可以根据选择器85的输出来产生脉宽调制信号，其所具有的脉冲宽度是根据通过将补偿电压计算单元84的补偿电压补偿到参考电压发生器82的第一参考电压所得到的新参考电压来确定的。同样，脉宽调制信号发生器86可以根据选择器85所提供的输出电压比率来产生第二参考电压并且也会产生具有根据第二参考电压而确定的脉冲宽度的脉冲调制信号。第二参考电压通过将输出电压比率乘以另一个参考电压而不是参考电压发生器82所提供的第一参考电压来得到，其中该另一个参考电压是所检测到的输入电压即DC链电压，并且可能会由于商用交流电源的电压变化、电容器C的电容差异或者在相移变压器中的每个功率单元的次级电压之间的差异而产生变化。

与此同时，参考图7简要描述了根据本发明另一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的操作。

图7是示出了根据本发明另一个实施例的用于交流电动机的H桥逆变器的单元控制器的操作的流程图。

参考图7的流程图和图4描述根据本发明另一个实施例的H桥逆变器的单元控制器的操作。

首先，根据本发明另一个实施例的H桥逆变器的单元控制器U1CC1检查是否设置了逆变器将要控制的交流电动机的额定电压，即由用户所输入的额定电压的数据是否在步骤10中被存储。如果交流电动机的额定电压在步骤10中被设定，则单元控制器U1CC1从诸如存储器这样的数据存储装置(未示出)中读取所设定的额定电压值并且前进到步骤11。

如果在步骤10中没有设定交流电动机的额定电压，则单元控制器U1CC1前进到步骤12。

在步骤11，单元控制器U1CC1使用选择器85检查对于单元控制器U1CC1的工作模式的用户选择是输入电压变化补偿模式还是根据简单频率指令的输出电压指令模式。

如果单元控制器U1CC1的工作模式在步骤11中已经选择为输入电压变化补偿模式，则单元控制器U1CC1前进到步骤14。否则，如果单元控制器U1CC1的工作模式已经选择为根据简单频率指令的输出电压指令模式，则单元控制器U1CC1前进到步骤12。

如果单元控制器U1CC1前进到步骤14，则与交流电动机的预定额定频率相比较，根据来自主控制器的输出频率指令信号，单元控制器U1CC1的输出电压比率计算单元81计算指令频率的比率，并且确定功率单元的输出电压与DC链电压的比率作为结果比率。

之后，单元控制器U1CC1前进到步骤15，以便单元控制器U1CC1的电压差计算单元83根据参考电压发生器82所提供的额定电压来计算出在所检测到的DC链电压和参考电压之间的电压差。

然后，单元控制器U1CC1前进到步骤16，以便单元控制器U1CC1的补偿电压计算单元84通过将由输出电压比率计算单元81所提供的功率单元的输出电压与DC链电压的比率乘以从电压差计算单元83所提供的电压差而得到补偿电压。

接下来，单元控制器U1CC1前进到步骤17，以便单元控制器U1CC1的脉宽调制信号发生器86通过向从参考电压发生器82提供的参考电压添加从补偿电压计算单元84提供的补偿电压，产生新的参考电压，亦即补偿参考电压。

下一步，单元控制器U1CC1前进到步骤18，以便单元控制器U1CC1的脉宽调制信号发生器86产生脉宽调制信号，其通过比较图5所示的三角形载波和新参考电压在大于或等于新参考电压的三角形载波的时间间隔中输出高电平的矩形波。

之后，尽管图7未示出，功率单元中的半导体开关的栅极在脉宽调制信号的高电平时间间隔内被驱动，以便开启半导体开关，借此来自电容器C的DC链电压被转换为交流电流，并且将每相串联连接的功率单元的输出电压提供给交流电动机。

与此同时，如果单元控制器U1CC1前进到步骤12，则单元控制器U1CC1的脉宽调制信号发生器86根据选择器85所提供的输出电压比率来产生第二参考电压。在这种情况下，第二参考电压是所检测到的输入电压即DC链电压，并且可能会由于商用交流电源的电压变化、电容器C的电容差异或者在相移变压器中的每个功率单元的次级电压之间的差异而产生变化。同样，如果DC链电压小于或大于期望电压电平，则由用户所设定的正(+)或负(-)的升压电压可以被加到第二参考电压上以产生新的第二参考电压。

之后，单元控制器U1CC1前进到步骤13以便单元控制器U1CC1的脉宽调制信号发生器86产生脉宽调制信号，其脉冲宽度根据新产生的第二参考电压来确定，并且提供所产生的脉宽调制信号作为相应功率单元U1的半导体开关的栅极驱动信号。

如上所述，本发明的优点如下。

根据用于交流电动机的H桥逆变器，功率单元的输出电压和逆变器的最后输出电压甚至不会受用于功率单元的DC链电压的集中变化或单个变化的影响。

同样，根据用于交流电动机的H桥逆变器，用户能够选择单元控制器处于输入电压变化补偿模式或者根据简单频率指令的输出电压指令模式。

最后，根据用于交流电动机的H桥逆变器，多个单元控制器而不是单个主控制器能够控制各个功率单元以便不会受功率单元输出电压的影响，因此降低了主控制器的计算负荷和通信负荷。

当在不脱离本发明的精神或者本质特征的情况下本发明可以以几种形式具体化的时候，可以理解，上述实施例不限于前述任何细节，除非特别指出，而是应该在其所附权利要求所定义的精神和范围内作出广泛的解释，并且因此落入权利要求范围内的所有变化和修改或者该范围的等同物趋于被所附权利要求所包括。

Claims (8)

1.一种用于交流电动机的H桥逆变器，包括：

多个每三相串联连接的功率单元，其每一个具有半导体开关、整流电路和平滑电容器，所述半导体开关能够切换控制，并且所述整流电路和所述平滑电容器用于将DC链电压作为输入电压提供给所述半导体开关；

相移变压器，其具有初级线圈和多个次级线圈，所述次级线圈连接到所述功率单元中的每一个，用于提供单个三相交流电源；

主控制器，用于根据预定速度指令提供输出频率指令信号，所述输出频率指令信号代表所述逆变器的输出频率；

多个单元控制器，其与所述功率单元中的每一个相对应地提供并且可通信地连接到所述主控制器，用于与所述交流电动机的预定额定频率相比，根据来自所述主控制器的输出频率指令信号，确定每个功率单元的输入电压对输出电压的比率作为指令频率的比率，用于根据所述交流电动机的额定电压来产生参考电压，用于关于所述参考电压和所述检测的DC链电压，根据所述输入电压对输出电压的比率，计算补偿电压，用于将所述计算的补偿电压补偿到所述参考电压，并且用于产生具有根据所述补偿的参考电压确定的脉冲宽度的脉宽调制信号以控制所述功率单元中的所述半导体开关的切换；以及

连接在所述主控制器和所述单元控制器之间的网络，用于在所述主控制器和所述单元控制器之间提供通信路径。

2.如权利要求1所述的用于交流电动机的H桥逆变器，其中所述单元控制器包括：

输出电压比率计算单元，用于与所述交流电动机的预定额定频率相比，根据来自所述主控制器的输出频率指令信号，计算指令频率的比率，并且用于使用所述计算的比率来确定所述功率单元的输出电压对所述DC链电压的比率；

参考电压发生器，用于根据所述交流电动机的预定额定电压来产生参考电压；

电压差计算单元，用于计算所述检测的DC链电压和从所述参考电压发生器提供的参考电压之间的电压差；

补偿电压计算单元，用于通过将从所述输出电压比率计算单元提供的所述功率单元的输出电压对所述DC链电压的比率乘以从所述电压差计算单元提供的电压差来得到补偿电压；以及

脉宽调制信号发生器，用于产生具有根据这样的参考电压所确定的脉冲宽度的脉宽调制信号，所述参考电压通过将来自所述补偿电压计算单元的补偿电压补偿到来自所述参考电压发生器的参考电压而获得，从而用于控制所述功率单元中的所述半导体开关的切换。

3.如权利要求1所述的用于交流电动机的H桥逆变器，其中所述网络由光纤电缆组成。

4.如权利要求1所述的用于交流电动机的H桥逆变器，其中，通过控制器区域网络(CAN)通信来执行通过所述网络的所述主控制器和所述单元控制器之间的通信。

5.一种用于交流电动机的H桥逆变器，包括：

多个每三相串联连接的功率单元，其每一个具有半导体开关、整流电路和平滑电容器，所述半导体开关能够切换控制，并且所述整流电路和所述平滑电容器用于将DC链电压作为输入电压提供给所述半导体开关；

相移变压器，其具有初级线圈和多个次级线圈，所述次级线圈连接到所述功率单元中的每一个，用于提供单个三相交流电源；

主控制器，用于根据预定速度指令提供输出频率指令信号，所述输出频率指令信号代表所述逆变器的输出频率；

多个单元控制器，其与所述功率单元相对应地提供并且与所述主控制器可通信地连接，用于与所述交流电动机的预定额定频率相比，根据来自所述主控制器的输出频率指令信号，确定所述功率单元的输入电压对输出电压的比率作为指令频率的比率，用于如果用户事先选择输入电压变化补偿模式，则根据所述交流电动机的额定电压来产生第一参考电压，用于关于所述第一参考电压和所述检测的DC链电压之间的差，根据所述输入电压对输出电压的比率，计算补偿电压，用于将所述计算的补偿电压补偿到所述第一参考电压，用于产生具有根据所述补偿的第一参考电压所确定的脉冲宽度的脉宽调制信号，或者，如果用户事先选择根据简单频率指令的输出电压指令模式，则用于与所述交流电动机的预定额定频率相比，根据来自所述主控制器的输出频率指令信号，确定所述功率单元的输入电压对输出电压的比率作为指令频率的比率，用于根据所述确定的比率来产生第二参考电压并且产生具有由所述第二参考电压所确定的脉冲宽度的脉宽调制信号，从而控制所述功率单元中的所述半导体开关的切换；以及

连接在所述主控制器和所述单元控制器之间的网络，用于在所述主控制器和所述单元控制器之间提供通信路径。

6.如权利要求5所述的用于交流电动机的H桥逆变器，其中所述单元控制器包括：

输出电压比率计算单元，用于与所述交流电动机的预定额定频率相比，根据来自所述主控制器的输出频率指令信号，计算指令频率的比率，并且用于使用所述计算的比率来确定所述功率单元的输出电压对所述DC链电压的比率；

参考电压发生器，用于根据所述交流电动机的预定额定电压来产生第一参考电压；

电压差计算单元，用于计算所述检测的DC链电压和从所述参考电压发生器提供的所述第一参考电压之间的电压差；

补偿电压计算单元，用于通过将从所述输出电压比率计算单元提供的所述功率单元的输出电压对DC链电压的比率乘以从所述电压差计算单元提供的电压差来得到补偿电压；

选择器，用于根据用户的预定选择模式来提供来自所述输出电压比率计算单元的输出电压比率或者来自所述补偿电压计算单元的补偿电压；以及

脉宽调制信号发生器，用于产生具有根据这样的参考电压所确定的脉冲宽度的脉宽调制信号，所述参考电压通过将从所述选择器提供的补偿电压补偿到来自所述参考电压发生器的参考电压而获得，或者用于根据从所述选择器提供的输出电压比率来产生第二参考电压，以便产生具有根据所述第二参考电压所确定的脉冲宽度的脉宽调制信号，从而控制所述功率单元中的所述半导体开关的切换。

7.如权利要求5所述的用于交流电动机的H桥逆变器，其中所述网络的介质是光纤电缆。

8.如权利要求5所述的用于交流电动机的H桥逆变器，其中所述网络使用串行通信的CAN通信来减少所述主控制器和所述单元控制器之间的通信线路。

Images