Способ управления вращающейся электрической машиной

Способ управления вращающейся электрической машиной

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способам управления вращающимися электрическими машинами. В частности, настоящее изобретение относится к способу функционирования вращающейся электрической машины, управляющему устройству для электрического преобразователя частоты, системе двигателя, компьютерной программе и считываемому компьютером носителю данных.

Прямое управление по крутящему моменту (Direct Torque Control, DTC) является способом управления крутящим моментом и электромагнитным потоком во вращающихся электромагнитных машинах и двигателях, в частности, в области среднего напряжения. Типичный пример такого управления можно, например, найти в приводе ACS 6000 фирмы ABB. За последние 10 лет принцип DTC показал высокую надежность, безотказность и работоспособность.

Однако потери на коммутацию, возникающие вследствие коммутации полупроводников с помощью управляющего устройства, и представляющие собой значительную или большую часть суммарных потерь привода, в случае DTC могут быть значительными. Поэтому ищут возможности сократить эти потери на коммутацию. Известно, что подобное снижение потерь на коммутацию может быть достигнуто с помощью так называемого модельно-прогнозируемого прямого управления по крутящему моменту (Model Predictive Direct Torque Control, MPDTC), которое может базироваться на математической модели привода. Такой способ описан в публикациях US 7,256,561 и ЕР 1 670 135.

Наряду с минимизацией потерь на коммутацию преобразователя частоты, способы DTC и MPDTC могут иметь своей целью поддерживать в заданных пределах (гистерезиса) три выходные переменные или выходные величины вращающейся электрической машины, а именно, электромагнитный крутящий момент, величину потока статора и потенциал(-ы) нейтральной точки или средней точки.

Способ MPDTC основывается на алгоритме управления, который может включать в себя математическую модель, которая может быть адаптирована к коммутируемому преобразователю частоты и подключенной к нему машине или двигателю. При этом в частности, допустимые коммутирующие последовательности преобразователя частоты перечисляют на протяжении определенного горизонта коммутации, и вычисляют соответствующие траектории крутящего момента, потока статора и потенциала средней точки промежуточного контура с применением внутренней модели преобразователя частоты и машины. Существуют также преобразователи частоты с более, чем одной нейтральной точкой. Также существуют преобразователи частоты, для которых при необходимости нужно регулировать другие величины. При этом такие траектории экстраполируют до тех пор, пока не будет достигнут предел для соответствующих выходных величин. Допустимые коммутирующие последовательности оценивают с помощью заданного критерия добротности. Такой критерий добротности отражает, например, потери на коммутацию или частоту коммутации преобразователя частоты. На последнем этапе определяют оптимальную коммутирующую последовательность, минимизирующую такой критерий добротности, т.е. дающую, например, минимальные потери на коммутацию или минимальную частоту коммутации. Названные этапы, как правило, выполняют в каждом цикле управления, и для управления силовыми полупроводниковыми реле преобразователя частоты используют только первый этап из оптимальной коммутирующей последовательности, называемый первый коммутирующий переход или коммутирующее состояние.

Снижение потерь на коммутацию может привести к значительному сокращению расходов на эксплуатацию привода. Кроме того, подобное снижение потерь на коммутацию может привести к повышению надежности и безотказности системы и расширить область применения способа DTC, так как снижение потерь на коммутацию позволяет использовать то же оборудование с большей производительностью.

Задачей настоящего изобретения является создание электрических приводов с меньшими эксплуатационными расходами и большей производительностью.

Эта задача решается с помощью объектов, представленных в независимых пунктах формулы изобретения. Другие варианты изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Первый объект изобретения относится к способу функционирования вращающейся электрической машины.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения вращающаяся электрическая машина питается током посредством преобразователя частоты из коммутируемой схемы постоянного напряжения через, по меньшей мере, одну фазу. Преобразователь частоты предназначен для подключения, по меньшей мере, одной фазы к, по меньшей мере, двум уровням напряжения.

Вращающаяся электрическая машина может представлять собой электрический двигатель или электрический привод, который может включать в себя электрический двигатель и преобразователь частоты. Вращающаяся электрическая машина может включать в себя преобразователь частоты и/или управляющее устройство. Как правило, вращающаяся электрическая машина имеет три фазы (трехфазный ток). Однако возможно наличие только одной фазы или множества фаз.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ включает в себя следующие этапы: генерацию коммутирующих последовательностей, причем каждая коммутирующая последовательность включает в себя ряд коммутирующих переходов преобразователя частоты с первым коммутирующим переходом; оценку каждой коммутирующей последовательности с помощью коэффициента добротности; выбор коммутирующей последовательности с минимальным коэффициентом добротности; управление коммутирующими элементами преобразователя частоты с первым коммутирующим переходом выбранной коммутирующей последовательности в качестве выбранного коммутирующего перехода так, что, по меньшей мере, одна фаза подключается к соответствующему коммутирующему переходу уровню напряжения.

При этом коммутирующий переход может быть определен с помощью коммутирующих состояний коммутирующих элементов преобразователя частоты или с помощью комбинации отдельных коммутирующих состояний. Например, коммутирующий переход включает в себя комбинацию коммутирующих состояний коммутирующих элементов преобразователя частоты. Коммутирующие элементы преобразователя могут представлять собой силовые полупроводниковые реле, например, тиристоры, биполярные транзисторы с коммутируемым затвором (IGCT) или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

Коммутирующая последовательность может, например, являться вектором U=[u(k), u(k+1),…, u(k+N-1)], где коммутирующие переходы определены с помощью комбинации и коммутирующих переходов. Для каждого подлежащего управлению коммутирующего элемента и содержит элемент коммутирующего состояния, который описывает коммутирующее состояние, например, 1, 0 или -1. Это могут быть положения переключателя.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения коммутирующие последовательности генерируют следующим образом: (а) из более короткой коммутирующей последовательности генерируют более длинную коммутирующую последовательность, причем на более короткую коммутирующую последовательность подключают, по меньшей мере, один возможный коммутирующий переход с тем, чтобы получить более длинную коммутирующую последовательность; (b) вычисляют выходные величины электрической машины, преобразователя частоты и/или привода для более длинной коммутирующей последовательности на основании коммутирующих переходов более длинной коммутирующей последовательности; (с) отклоняют более длинную коммутирующую последовательность в случае, когда вычисленные выходные значения (или, по меньшей мере, одна выходная величина) лежат не внутри заданных пределов и/или вычисленные выходные величины со временем удаляются от заданного предела.

Короткая коммутирующая последовательность имеет, например, длину m, а более длинная коммутирующая последовательность, например, длину n, где n>=m+1. В случае когда коммутирующая последовательность содержит элементы прерывания, более длинная коммутирующая последовательность может быть на один шаг длиннее, чем короткая коммутирующая последовательность. Хотя возможен и случай, когда n=m+1.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения первую коммутирующую последовательность или стартовую коммутирующую последовательность (длиной 0) инициализируют с помощью предварительно выбранного коммутирующего перехода. В этом случае первой коммутирующей последовательностью является более длинная коммутирующая последовательность, для которой выполняют этапы (b) и (с).

В соответствии с вариантом осуществления изобретения для неотклоненной более длинной коммутирующей последовательности на этапах (а)-(с) генерируют дополнительные коммутирующие последовательности, которые, в частности, длиннее, чем п.

Другими словами, итерационно генерируют дерево коммутирующих переходов, где каждая коммутирующая последовательность может быть представлена посредством пути от корня дерева к одному из листьев дерева. При этом вычисляемые выходные величины могут являться крутящим моментом или потоком вращающейся электрической машины или потенциалом или потенциалами средней точки промежуточного контура постоянного тока в преобразователе частоты или напряжением(-ями) через конденсаторы или током или токами через катушки преобразователя частоты. Выходные величины могут быть зависимыми от времени и вычисляться для интервала, который начинается в текущий момент времени и продолжается до определенного времени в будущем.

Это означает, что в случае вращающейся электрической машины или привода можно минимизировать потери на коммутацию с помощью итерационного способа управления, при котором предварительно вычисляют коммутирующие состояния или коммутирующие последовательности.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ включает в себя: генерацию одной (более длинной) из допустимых коммутирующих последовательностей из одной более короткой из допустимых коммутирующих последовательностей посредством сцепления коммутирующих переходов на короткую коммутирующую последовательность посредством рекурсивного или итерационного алгоритма. Алгоритм может быть инициализирован с помощью коммутирующей последовательности длиной 0 из предыдущего выбранного коммутирующего перехода (или текущего приложенного к преобразователю частоты коммутирующего перехода). Допустимость более длинной коммутирующей последовательности может осуществляться путем моделирования или аппроксимации, по меньшей мере, одной выходной величины, которая, например, должна удовлетворять вышеназванным правилам.

Такое итерационное определение наиболее оптимальной из коммутирующих последовательностей выполняется, как правило, в каждом цикле коммутации преобразователя частоты.

Алгоритм или способ может обрабатываться последовательно, т.е. вместо того, чтобы сначала генерировать коммутирующие последовательности, а затем соответствующие им траектории выходных величин, пошагово создают коммутирующие последовательности, разветвляя или прицепляя допустимые коммутирующие переходы.

Для этого, например, используют стековую память. При этом стек или стековая память может являться памятью, в которой с помощью одной функции «Push» объект (здесь коммутирующая последовательность) может быть помещен на верх стека, а с помощью другой функции «Pop» находящийся наверху стека объект может быть извлечен из стека. Алгоритм может быть реализован с помощью рекурсивной функции вместе со стековой памятью.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ или алгоритм MPDTC может базироваться на стековой модели магазинного типа (Last-In-First-Out). Алгоритм начинается с текущего временного такта k. Затем алгоритм предварительно итерационно просматривает дерево допустимых коммутирующих последовательностей. На каждом промежуточном такте все коммутирующие последовательности должны иметь траектории выходных величин, которые допустимы. Допустимые коммутирующие последовательности можно также называть возможными последовательностями или возможными коммутирующими последовательностями. Допустимые коммутирующие последовательности могут являться коммутирующими последовательностями, выходные величины которых лежат внутри соответствующих пределов, или указывают в правильном направлении, или приближаются к пределу. Последние два случая относятся к ситуации, когда выходная переменная или выходная величина не обязательно лежит внутри допустимых пределов, однако с каждым временным тактом внутри горизонта степень нарушения предела уменьшается.

Возможная коммутирующая последовательность, т.е. неотклоненная коммутирующая последовательность дает траектории выходных величин, которые на каждом временном такте удовлетворяют правилам этапа (с). Таким образом можно обеспечить соблюдение заданных пределов в любой момент стационарной работы вращающейся электрической машины. С помощью такой меры можно сократить полный коэффициент гармоник (THD) крутящего момента вращающейся электрической машины.

Для выходной переменной или выходных величин может быть справедлива комбинация вышеупомянутых условий или правил. Например, коммутирующая последовательность может быть допустима, когда крутящий момент и потенциал средней точки лежат внутри своих заданных пределов и поток статора указывает в правильном направлении.

Трудоемкость вычислений способа MPDTC напрямую зависит от количества допустимых коммутирующих переходов, коммутирующих переходов, задаваемых топологией преобразователя частоты (главным образом, числом уровней напряжения, которые может генерировать преобразователь частоты) и длиной горизонта коммутации или прогнозируемым горизонтом коммутирующей последовательности. При этом прогнозируемый горизонт можно определить как длину коммутирующей последовательности, т.е. количество временных тактов, необходимых для обработки коммутирующей последовательности.

Длинные горизонты коммутации существенно повышают производительность способа MPDTC благодаря сокращению потерь на коммутацию и/или суммарного гармонического искажения тока или крутящего момента (полного коэффициента гармоник, THD). Однако они могут приводить к большой вычислительной нагрузке, так как количество возможных коммутирующих последовательностей может комбинаторно резко увеличиваться. Поэтому до сих пор не представлялось возможным реализовать и осуществить способ MPDTC на аппаратной платформе при ограничении алгоритма очень короткими горизонтами коммутации, например, длиной 1 или 2. Настоящее изобретение позволяет снизить вычислительную нагрузку для способа MPDTC с длинными горизонтами коммутации.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения коэффициент добротности основывается на ожидаемых потерях преобразователя частоты при коммутации или ожидаемой частоте коммутации преобразователя частоты для соответствующей коммутирующей последовательности. Как правило, справедливо, что чем меньше коэффициент добротности, тем меньше проявляются потери при коммутации.

Несколько коммутирующих переходов генерируют множество операций коммутирующих элементов преобразователя частоты, вследствие чего нарастает частота переключений коммутирующих элементов. Однако такая высокая частота переключений вызывает утечки тепла (за счет потерь на коммутацию) в силовых полупроводниковых реле как коммутирующих элементах, вследствие чего силовые полупроводниковые реле могут быстрее изнашиваться, повреждаться или полностью разрушаться. В целом потери на коммутацию преобразователя частоты можно косвенно оценить также с помощью частоты коммутации.

Также возможно функция добротности, т.е. функция, с помощью которой вычисляется коэффициент добротности коммутирующей последовательности, т.е. длина коммутирующей последовательности и общее число коммутирующих переходов.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения функция добротности представляет собой функцию суммы потерь на коммутацию, возникающих вследствие отдельных коммутирующих переходов, и длины горизонта коммутации и/или прогнозируемого горизонта и/или длины коммутирующей последовательности. Потери на коммутацию могут вычисляться на основании токов статора вращающейся электрической машины и/или преобразователя, которые являются функцией потоков статора и ротора. В случае, когда управляющее устройство имеет внутреннюю математическую модель вращающейся электрической машины и/или преобразователя, эти потоки или токи статора могут составлять основную часть такой модели. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения можно существенно (до 22%) сократить потери на коммутацию по сравнению с простой функцией добротности, базирующейся на частоте коммутации. Такие вычисления можно осуществлять в автономном режиме, а результаты сохранять в справочной таблице, к которой может обращаться способ по время работы машины.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения коммутирующие последовательности содержат в ряду коммутирующих переходов элементы прерывания, причем элемент прерывания определяет перерыв коммутации после коммутирующего перехода. Благодаря перерывам между коммутирующими переходами можно еще больше сократить потери на коммутацию.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения перерывы коммутации определяют путем вычисления выходных величин. При этом вычисление выходных величин может основываться на математической модели вращающейся электрической машины, преобразователя частоты и/или привода или на аппроксимации. Как правило, во время перерыва коммутации выходные величины изменяются внутри своих пределов или удовлетворяют вышеупомянутым правилам.

Математическая модель привода преобразователя частоты и вращающейся электрической машины может применяться для вычисления количества тактов, при котором первая траектория выходной величины, например, крутящий момент, поток или потенциал средней точки, достигает одного из заранее заданных пределов или приближается к нему. Это может повысить точность прогнозирования и тем самым управляющие характеристики способа, например, в том, что касается потерь на коммутацию и крутящего момента.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: генерацию коммутирующей последовательности из коммутирующих переходов и элементов прерывания на основании обобщенного горизонта коммутации, который определяет, в какой очередности к коммутирующей последовательности присоединяют коммутирующие переходы и элементы прерывания.

Благодаря элементам прерывания достигается то, что выполняется как можно меньше коммутаций, чтобы как можно больше сократить потери на коммутацию. Поэтому добавляются перерывы коммутации с наибольшей длиной. Длина перерывов коммутации может определяться способом и ориентироваться на то, что выходные величины привода удовлетворяют вышеназванным заданным правилам.

Для генерации коммутирующих последовательностей может использоваться обобщенный горизонт коммутации. Обобщенный горизонт коммутации может включать в себя множество коммутирующих элементов, которые определяют, что на соответствующей позиции в коммутирующей последовательности может находиться коммутирующий переход. Между коммутирующими элементами, перед ними и после них обобщенный горизонт коммутации может включать в себя элементы прерывания. Для его описания используется нотация с «S» и «Е» или «е», элементы прерывания могут также толковаться как элементы экстраполяции или элементы увеличения. Примером обобщенного горизонта коммутации является «SSESE». С помощью обобщенного горизонта коммутации потери на коммутацию могут быть сокращены до 20% по сравнению с простым горизонтом коммутации длиной два.

Дополнительно обобщенный горизонт коммутации может начинаться с элемента прерывания «е», который обозначает факультативное ожидание в начале коммутирующей последовательности. Аналогично может определяться ожидание для элемента прерывания «Е». Таким образом прогнозируемый горизонт может быть значительно удлинен так, что может осуществляться более точное прогнозирование. Вследствие этого, как правило, снижаются потери на коммутацию.

Обобщенный горизонт коммутации со своим верхним пределом на основе количества коммутирующих переходов и тактов ожидания может рассматриваться в качестве альтернативы жесткому простому горизонту прогнозирования с фиксированным количеством временных тактов.

Обобщенный горизонт коммутации может приводить к различной во времени длине коммутирующих последовательностей и, следовательно, к прогнозируемым горизонтам различной длины. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения при вычислении выходных величин определяют, в какой момент времени в будущем траектория выходной величины достигает верхнего или нижнего заданного предела.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения момент времени определяют аналитически, с применением метода оптимизации для вычисления нулевых значений, с помощью аппроксимации тригонометрической функции посредством рядов Тейлора и/или с помощью аппроксимации тригонометрической функции посредством кусочно-полиномиальных функций.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения при определении момента времени в расчете учитывают сопротивление потока статора.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения вычисление траекторий выходных величин базируется на математической модели вращающейся машины или привода и интерполяции. В отличие от экстраполяции интерполяция имеет то преимущество, что конечные точки траектории точнее совпадают с действительностью, чем при экстраполяции.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения выходные величины интерполируют во временном интервале, включающем в себя заданное количество, например, по меньшей мере, 10 дискретных временных тактов.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения в интервале или на его краях с помощью математической модели вычисляют выходные величины для, по меньшей мере, трех моментов времени.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения интерполяция производится с помощью квадратичного полинома.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: вычисление коэффициента добротности, в частности, неотклоненной коммутирующей последовательности длины n в ходе итерации.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: вычисление нижнего предела коэффициента добротности, базирующегося на уже вычисленных коэффициентах добротности полных коммутирующих последовательностей.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: отклонение коммутирующих последовательностей, коэффициент добротности которых превышает нижний предел для коэффициентов добротности или больше, чем нижний предел для коэффициентов добротности.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: вычисление коэффициента добротности с применением верхнего предела для коммутирующей последовательности наибольшей ожидаемой длины.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сначала, т.е. в начале или перед рекурсией вычисляют коэффициент добротности многообещающей коммутирующей последовательности. При этом многообещающая коммутирующая последовательность может представлять собой коммутирующую последовательность, которая уже перед итерацией получилась с хорошим коэффициентом добротности или для которой уже перед итерацией был вычислен хороший коэффициент добротности.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения многообещающая коммутирующая последовательность основывается на оптимальной коммутирующей последовательности из предыдущего цикла управления.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения многообещающая коммутирующая последовательность базируется на оптимальной коммутирующей последовательности, вычисленной на предыдущем этапе оптимизации с более коротким горизонтом коммутации, чем текущий горизонт коммутации.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения для этого может применяться двухступенчатый способ. Сначала (на первом этапе) решается задача оптимизации с коротким горизонтом коммутации, например, «eSE» например, с помощью выше и нижеописанного способа или алгоритма. Затем на втором этапе используют длинный горизонт коммутации, который длиннее короткого горизонта коммутации, например, «eSSESE». Выше и ниже описанный способ при этом применяют, например, так долго, пока не истечет доступное вычислительное время. На втором этапе в качестве стартового значения используют решение из первого этапа (также см. ниже алгоритм «теплого старта»).

Первая задача может быть решена сравнительно быстро, и может быть найдено сравнительно хорошее решение (коммутирующая последовательность). Это решение обеспечивает передачу на преобразователь частоты коммутирующего состояния, которое является коммутируемым, т.е., например, удовлетворяет ограничениям коммутации преобразователя частоты, обеспечивает отсутствие удаления выходных величин от заданных пределов (нестабильность) и удовлетворительные эксплуатационные характеристики (сравнительно низкие потери на коммутацию и т.п.). Можно обеспечить решение малых задач в рамках доступного вычислительного времени. Как правило, на втором этапе находят лучшее решение, которое можно передать на преобразователь частоты.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения определяют просматриваемую коммутирующую последовательность с наиболее высоким приоритетом, причем в ходе следующей итерации, т.е. во время следующего этапа итерации или того же этапа итерации, просматривают коммутирующую последовательность с наиболее высоким приоритетом.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения просматриваемые коммутирующие последовательности сортируются согласно их приоритетам.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения назначение приоритетов выполняется на основании, по меньшей мере, одного из следующих правил: Назначение приоритета коммутирующих последовательностей, для которых существует более высокая вероятность того, что они ведут к низкому коэффициенту добротности; назначение приоритета коммутирующих последовательностей, для которых существует более высокая вероятность того, что они позволяют удерживать выходные величины в заданных пределах и/или выходные величины со временем приближаются к заданному пределу; назначение приоритета коммутирующих последовательностей, которые имеют коммутирующий переход, для которого существует более высокая вероятность того, что он приводит к допустимой коммутирующей последовательности или к коммутирующей последовательности с высокой добротностью; назначение приоритета коммутирующих последовательностей, для которых на основании оценки можно ожидать, что они приводят к длинным перерывам коммутации без коммутирующих переходов; назначение приоритета (неполных) коммутирующих последовательностей на основании их коэффициентов добротности; назначение приоритета коммутирующих последовательностей на основании их длины.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: завершение генерации коммутирующих последовательностей, когда сгенерированы все коммутирующие последовательности до заданной длины. Заданная длина при этом может являться длиной горизонта коммутации или заданного горизонта прогнозирования.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: завершение генерации коммутирующих последовательностей, когда достигнут верхний предел количества сгенерированных коммутирующих последовательностей или истекло доступное время вычислений.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения способ также включает в себя: завершение генерации коммутирующих последовательностей, когда определена коммутирующая последовательность, коэффициент добротности которой превышает нижний предел для коэффициентов добротности менее чем на определенный процент, например, на 5%. Другими словами, может осуществляться также субоптимальный способ MPDTC, в котором определяют не оптимальные, но хорошие коммутирующие последовательности. Причина, по которой применяют субоптимальный способ MPDTC, понятна из нижеследующего.

Длинные горизонты коммутации приводят к отличным показателям. В случае поиска методом ветвей и границ, который будет подробно описан ниже, с помощью дерева поиска достаточно быстро находят оптимальное или близкое к нему решение даже в узком диапазоне пределов. Однако значительная часть вычислительного времени расходуется на подтверждение того, что найдено действительно оптимальное значение.

Таким образом, получается, что при остановке алгоритма до того, как получено такое подтверждение или сертификат, т.е. не осталось непроверенных узлов с коэффициентом добротности ниже, чем текущий минимальный коэффициент добротности, вероятно, что оптимальное значение уже найдено.

В случае способа MPDTC к приводу или его преобразователю частоты применяется только первое коммутирующее положение или первый коммутирующий переход из коммутирующей последовательности. Поэтому только первый элемент, а не остальная часть коммутирующей последовательности должен быть оптимальным.

Кроме того, можно быстро найти хорошую возможную коммутирующую последовательность с коротким горизонтом коммутации. Такая короткая коммутирующая последовательность может использоваться для того, чтобы с помощью далее подробно описанного алгоритма «теплого старта» начать поиск в дереве с длинным горизонтом коммутации.

В целом, может быть более предпочтительно вместо использования коротких горизонтов коммутации и гарантии нахождения оптимального решения во всех случаях, в отдельных случаях использовать длинные (возможно обобщенные) горизонты коммутации и довольствоваться субоптимальными решениями, которые в отдельных случаях ведут к способу MPDTC, который может демонстрировать лучшие характеристики.

Другой аспект изобретения относится к управляющему устройство для электрического преобразователя частоты, предназначенному для осуществления выше и ниже описанного способа.

Другой аспект изобретения относится к электрическому преобразователю частоты с управлением, предназначенному для осуществления выше и ниже описанного способа.

Например, преобразователь частоты на входе подключен к постоянному напряжению. На выходе (несколько или три фазы, трехфазный ток) преобразователь частоты генерируют переменное напряжение. Для этого могут использоваться коммутирующие элементы (например, тиристоры, биполярные транзисторы с коммутируемым затвором или биполярные транзисторы с изолированным затвором), переключаемые с помощью управляющего устройства. При этом напряжения могут составлять от 100 В до 200 кВ. Т.е. преобразователь частоты может являться низко-, средне- и высоковольтным преобразователем частоты. Коммутируемые преобразователем частоты токи могут составлять до 10000 А.

В частности, управляющий алгоритм или способ MPDTC может применяться для каждого многопозиционного преобразователя частоты.

Другой аспект изобретения относится к системе двигателя, которая включает в себя вращающуюся электрическую машину и электрический преобразователь частоты с управляющим устройством, предназначенным для снабжения током вращающейся электрической машины и осуществления выше и ниже описанного способа.

Другой аспект изобретения относится к компьютерной программе, которая при выполнении на процессоре управляет процессором для осуществления этапов способа, как описано выше и ниже.

Компьютерная программа или управляющий алгоритм MPDTC может быть реализована на любом аппаратном обеспечении, включающем в себя цифровые сигнальные процессоры (DSP) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

Другой аспект изобретения относится к считываемому компьютером носителю данных, на котором записана компьютерная программа.

При этом считываемым компьютером носителем данных может быть дискета, жесткий диск, USB-накопитель, ОЗУ, ПЗУ, CD-диск, DVD-диск, СППЗУ. Также считываемым компьютером носителем данных может быть сеть передачи данных, например, Интернет, позволяющая загружать программный код.

В целом, описанные варианты осуществления могут предоставить следующие преимущества: варианты осуществления способа из изобретения допускают достаточно длинные горизонты коммутации, состоящие из множества коммутирующих переходов, которые могут быть связаны с помощью элементов прерывания. Первые попытки делают очевидным тот факт, что с помощью комбинации вариантов осуществления изобретения можно на 60% снизить потери на коммутацию, одновременно улучшая на 20% суммарные гармонические искажения (полный коэффициент гармоник, THD) крутящего момента. Эти опыты выполнялись на так называемом трехфазном трехточечном преобразователе частоты среднего напряжения, приводящем в действие индукционную машину. По сравнению с простым алгоритмом MPDTC с простым горизонтом коммутации из только двух этапов, потери на коммутацию сократились на 40%, в то время как полный коэффициент гармоник крутящего момента оставался постоянным.

С помощью этих вариантов осуществления описывается, как возможно избежать генерации и просмотра коммутирующих последовательностей в случае, когда они субоптимальны. Тем самым можно значительно сократить среднее вычислительное время. Кроме того, можно задать критерии останова, позволяющие удостовериться в том, что найдено хорошее решение для коммутирующей последовательности. Таким образом ограничивают максимальное время вычислений.

В целом варианты осуществления описывают способы модификации и улучшения алгоритма MPDTC с тем, чтобы повысить его техническую эффективность для реализации способа с длинными горизонтами коммутации на доступном в текущий момент вычислительном аппаратном обеспечении. Результаты моделирования показывают, что в худшем случае вычислительные затраты можно сократить на 1 или 2 порядка при, в основном, неизменных характеристиках управления, прежде всего потерях на коммутацию и полном коэффициенте гармоник.

Далее со ссылками на сопроводительные фигуры подробно описаны примеры вариантов осуществления изобретения.

На фиг.1 показана трехфазная схема преобразователя частоты для переключения трех уровней напряжения в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.2а показаны траектории крутящего момента в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.2b показаны траектории потока статора в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.2с показаны коммутирующие последовательности в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.3 показано дерево поиска в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.4 показана блок-схема способа MPDTC в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.5 показан вариант вычисления траекторий выходных величин в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.6 показана блок-схема вычисления точек пересечения траекторий с пределами в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения

На фиг.7 показана траектория выходной величины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.8 показана блок-схема определения точки пересечения траектории с пределом в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.9 показана динамика коэффициентов добротнос