本發(fā)明涉及用于變流器電路的控制裝置。此外本發(fā)明涉及具有變流器電路的變流器。此外本發(fā)明還涉及用于運行變流器的方法。

背景技術(shù)：
Dongsheng,Li等人的SensorlessControlforaThree-PhasePWMRectifier-InverterSystemwithSingle-ChipMicro-Controller）描述了一種用于變流器電路的控制裝置，用于執(zhí)行用于使變流器電路投入運行的啟動方法。Yoo,Hyunjae等人描述了一種用于變流器電路的運行序列，用于執(zhí)行變流器電路的投入運行?？刂蒲b置準備用于在啟動階段中將變流器電路從輸出電壓的參考值出發(fā)調(diào)整到0以獲得同步角的初始值。Malinowski,M.:SensorlessControlStrategiesforThree-PhasePWMRectifiers（WarsawUniversityofTechnology,Warsaw2001,S.52i.V.m.S.29,30）描述了一種在變流器的交流電壓側(cè)無電壓傳感器的情況下用于變流器的涉及電壓的調(diào)節(jié)（面向電壓的控制）。在此情況下，電流調(diào)節(jié)借助在虛構(gòu)的交流電動機的轉(zhuǎn)子的笛卡爾d-q坐標系中的虛構(gòu)的直流參量來進行，該虛構(gòu)的交流電動機在調(diào)節(jié)方案中代表變流器的交流電流側(cè)布線。雖然放棄交流電壓側(cè)的電壓傳感器具有成本優(yōu)點，但是有當在小電感情況下變流器起動時出現(xiàn)過高的電流（過電流）的缺點，所述過高的電流可能超過構(gòu)件的負荷極限。因為當在小電感情況下起動時起動電流可能如此快速地升高，使得起動電流不正確地或者不足夠準確地被測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的任務在于提供用于變流器電路的控制裝置以及變流器，利用該控制裝置或利用該變流器可以即使在變流器的交流電壓側(cè)僅使用小電感時也能避免在變流器電路起動時出現(xiàn)過高的電流。此外本發(fā)明的任務是提供用于運行變流器的方法，該方法具有所述優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明，該任務通過以下方式解決，即用于變流器的控制裝置具有用于使變流器電路投入運行的啟動功能，該啟動功能準備用于在變流器電路的啟動階段中向變流器電路的控制輸入端發(fā)送控制信號，利用該控制信號使3個第一半導體開關(guān)暫時地同時被切換到導通，所述3個第一半導體開關(guān)與變流器電路的直流電壓連接端的第一直流電壓極連接。對于變流器，該任務通過以下方式解決，即變流器包括根據(jù)本發(fā)明的控制裝置。相應地，本發(fā)明的用于運行變流器的方法包括以下步驟：-將與變流器的第二直流電壓極連接的第二半導體開關(guān)切換到非導通；-將至少三相的交流電壓施加在變流器的至少三相的交流電壓連接端（Wechselspannungsanschluss）上；-同時將3個與變流器的第一直流電壓極連接的第一半導體開關(guān)切換到導通；-在預先確定的時間段期間檢測至少三相的交流電流連接端（Wechselstromanschluss）的電流的強度；-在所述預先確定的時間段之后將第一半導體開關(guān)切換到非導通；-由直接在預先確定的時間段之后檢測的電流的強度以及在所述預先確定的時間段從估計的線路電壓中計算的所述電流的強度來計算校正因子；-在考慮直接在所述預先確定的時間段之前或直接在所述預先確定的時間段之后檢測的電流強度以及所述校正因子的條件下確定待施加的交流電壓的相位角值；以及-使用所確定的相位角值作為起始值用于計算變流器的脈寬調(diào)制信號。半導體開關(guān)在變流器起動期間在短的時間段內(nèi)的短暫接通使得可以測量電流的強度，所述強度的比例是實際的電網(wǎng)側(cè)相角的度量。通過該度量可以將變流器的空間矢量調(diào)制的相角提早與實際的電網(wǎng)側(cè)相角相匹配并且避免出現(xiàn)過高的起動電流。這尤其是在使用無電壓傳感器的空間矢量調(diào)節(jié)裝置的情況下是有益的，利用這種空間矢量調(diào)節(jié)裝置可以有利地節(jié)省電壓傳感器。為了避免直流電壓側(cè)的短路，通常在變流器分支的兩個半導體開關(guān)之一被切換到導通之前，變流器分支的兩個半導體開關(guān)（也就是第一半導體開關(guān)和第二半導體開關(guān)）通常首先被切換到非導通（也就是被截止），其中只要在兩個半導體開關(guān)之一被導通時，變流器分支的兩個半導體開關(guān)的另一個就被保持為非導通。但是如果在電壓側(cè)仍沒有施加電壓或者如果出于其它原因可能暫時要忍受直流電壓側(cè)的短路，則這并不是強制需要的。但是一般情況下需要控制裝置準備用于在第一半導體開關(guān)切換到導通期間保持第二半導體開關(guān)被切換到非導通，所述第二半導體開關(guān)與變流器電路的直流電壓連接端的第二直流電壓極連接。由此實現(xiàn)：當交流電壓側(cè)的相線被短路時，避免直流電壓側(cè)的短路。從而當在變流器的直流電壓側(cè)存在已充電的以及由此帶電壓的儲能器（典型的是已充電的電容和/或已充電的電池）時，變流器的起動也是可能的。特別優(yōu)選的是，校正因子是二維的。如果校正因子不僅關(guān)于電網(wǎng)電壓的相位角值給出信息，也就是不僅是一維的而且是二維的，則除了將空間矢量調(diào)制與電網(wǎng)電壓的相位角值匹配之外還可以將空間矢量調(diào)制與電網(wǎng)側(cè)電壓振幅匹配。該方法的一種改進方案規(guī)定，在檢測電流強度的步驟中在變流器的至少兩個相處分別檢測電流強度。由至少兩個相的實際電流強度可以借助開頭所描述的方法確定對變流器的空間矢量控制所需要的其余參量。有利的是，在計算脈寬調(diào)制信號的步驟中針對連接到交流電壓側(cè)的虛擬電動機的定子計算空間矢量。由此可以結(jié)合經(jīng)證明的空間矢量調(diào)制來應用根據(jù)本發(fā)明的方法。適宜的是，該方法包括以下步驟，在該步驟中為了計算脈寬調(diào)制信號針對連接在交流電壓側(cè)的虛擬電動機的轉(zhuǎn)子計算空間矢量。由此可以結(jié)合經(jīng)證明的空間矢量調(diào)制來應用根據(jù)本發(fā)明的方法。由此可以經(jīng)由涉及轉(zhuǎn)子的參量來調(diào)節(jié)變流器，這些參量與對應的涉及定子的參量相比是低頻的并且由此這些參量的處理與對應的涉及定子的參數(shù)相比明顯更少地耗費的和易于出錯的。此外可以有利的是，該方法包括以下步驟，在該步驟中在考慮在預先確定的時間段之后檢測的電流強度以及校正因子條件下計算所施加的交流電壓的振幅。由此可以將變流器的起動特性與不同的電網(wǎng)電壓、與不同的負載特性和/或與電感值的波動相匹配。一種同樣可能的改進方案規(guī)定，該方法包括以下步驟，在該步驟中在考慮在預先確定的時間段之后檢測的電流強度以及校正因子條件下計算所施加的交流電壓的頻率。由此可以根據(jù)電網(wǎng)頻率對變流器制導。附圖說明借助附圖更詳細闡述本發(fā)明，其中：圖1示出已知的變流器電路連同連接到其上的電池和連接電感的示意性框圖，圖2示出針對變流器的無電壓傳感器的調(diào)節(jié)方案的示意性框圖，圖3示出用于運行變流器的本發(fā)明方法的示意性流程圖，圖4示出在本發(fā)明方法的步驟期間的示意性等效電路圖，圖5示出在本發(fā)明變流器的交流電壓側(cè)上控制電壓以及通過相線的電流的時間變化曲線，圖6示出在具有本發(fā)明軟啟動功能的變流器的交流電壓側(cè)上交流電壓、相位和交流電流的時間變化曲線，以及圖7示出在無軟啟動功能的已知變流器的交流電壓側(cè)上交流電壓、相位和交流電流的時間變化曲線。具體實施方式下面更詳細描述的實施例是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。在圖1中所示的變流器電路10包括具有第一直流電壓連接端21和第二直流電壓連接端22的直流電壓測20。此外，在直流電壓連接端21,22之間典型地連接電容C，以減小通過切換過程引起的直流電壓波動。對每個相a，b，c都設置第一半導體開關(guān)T1，T3，T5和第二半導體開關(guān)T2，T4，T6的串聯(lián)電路。半導體開關(guān)T1，T2，T3，T4，T5，T6是具有并聯(lián)連接的空轉(zhuǎn)二極管的功率晶體管（例如N-MOSFET或IGBT）。在每個相a，b，c的兩個半導體開關(guān)之間分別存在抽頭24a，24b，24c。抽頭24a，24b，24c分別在相線26a，26b，26c處經(jīng)由各一個電感La，Lb，Lc與提供相電壓Ua，Ub，Uc的電壓源連接。電感La，Lb，Lc可以是相應相線26a，26b，26c的寄生電感。下面假設，電感La，Lb，Lc的電感值L是相等的。變流器10包括控制裝置30（參見圖2），該控制裝置準備用于經(jīng)由半導體開關(guān)T1，T2，T3，T4，T5，T6的柵極連接端G1，G2，G3，G4，G5，G6利用脈寬調(diào)制信號Sa，Sb，Sc來操控半導體開關(guān)T1，T2，T3，T4，T5，T6。在正常運行中，相線26a，26b，26c經(jīng)由其電感La，Lb，Lc與具有多個相線28a，28b，28c的三相電壓源連接。此外，在正常運行中在直流電壓連接端21,22之間并且與電容C并聯(lián)地連接電消耗器40（例如電池）。諸如PFC變流器（PFC=powerfactorcorrection，功率因子校正）的變流器11例如被用于向高壓電池（800V）充電。如圖1和圖2所示的變流器11典型地也可以在能量再生方向上運行，其中于是設備40至少暫時行使能量源的角色。在圖2中示出的針對無電壓傳感器的、涉及電壓的調(diào)節(jié)方案的框圖在開頭提到的Malinowski的出版物中詳盡地得以描述并且是專業(yè)人員已知的，從而為了引入?yún)⒖紭擞浀哪康南旅鎯H僅選取幾點來。因此就此而言Malinowski的出版物（尤其是還有所使用的電參量的名稱）屬于本發(fā)明的公開內(nèi)容，如這對于專業(yè)人員理解圖2所需要的。第一值變換塊31準備用于確定電感La，Lb，Lc處的笛卡爾電流值iLα,iLβ和電壓值uLα,uLβ，所述電感可以被解釋為虛擬的（也即假想的）電動機的定子繞組。第二值變換塊32準備用于確定虛擬電動機的轉(zhuǎn)子的笛卡爾電流值iLd,iLq。第三值變換塊33準備用于確定相電壓UL的所估計的相位γUL的正弦和余弦。第一比例積分調(diào)節(jié)器51產(chǎn)生參考電流值id_ref作為調(diào)節(jié)參量。第二比例積分調(diào)節(jié)器52產(chǎn)生涉及轉(zhuǎn)子的電壓矢量uSd，uSq的第一分量uSd作為調(diào)節(jié)參量。第三比例積分調(diào)節(jié)器53產(chǎn)生涉及轉(zhuǎn)子的電壓矢量uSd，uSq的第二分量uSq作為調(diào)節(jié)參量。第四值變換塊34在考慮相電壓UL的所估計的相位γUL的正弦和余弦的條件下從涉及轉(zhuǎn)子的電壓矢量uSd，uSq中產(chǎn)生涉及定子的電壓矢量uSα,uSβ（空間矢量）。控制裝置30（其形成第五值變換塊）從涉及定子的電壓矢量uSα,uSβ中產(chǎn)生用于操控半導體開關(guān)T1，T2，T3，T4，T5，T6的脈寬調(diào)制信號Sa，Sb，Sc。為了節(jié)省電壓傳感器，在值變換塊31中借助從以下參量中的反算來確定為控制所需要的交流電壓值uLα,uLβ：電流（其在相線26a，26b，26c上被測量）的電流強度ia，ib，ic，連接電感的已知電感值L。如果連接電感La，Lb，Lc的電感值小，則在變流器11的起動期間對交流電壓值uLα,uLβ的估計仍然非常不準確。因此在變流器11起動時的已知調(diào)節(jié)允許可能損壞變流器電路10的電流Ia，Ib，Ic。如果例如以下適用：Ua是線路a上的電壓，是線路a上的所估計的電壓，ia是線路a上的相電流的強度，va，vb，vc是施加在變流器電路10上的電壓（變流器電壓）。在t0時的初始條件可能如下：Ua(t0)=325V,ia(t0)=0A,為了得到為0A的初始電流，線路電壓Ua,Ub,Uc必須與變流器電壓va,vb,vc一致：va(t0)=?a(t0)=0V。由于對線路電壓Ua,Ub,Uc的估計是有誤差的，因此假設電壓UL=Ua–va=325V。對于其它參數(shù)假設以下值：電感值：L=200μH，調(diào)節(jié)周期：Ts=128μs。對于在示例中給定的值來說，由Δi=(Ua–va)*Ts/L得出電流直至唯一的調(diào)節(jié)周期結(jié)束為止升高到208A。因此，利用常見的空間矢量調(diào)制不能毫無困難地在沒有高初始電流的情況下開動系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中使用避免過高起動電流的較大的電感。用于啟動變流器11的方法100可以在以下步驟中執(zhí)行（參見圖3）：在第一步驟110中，與變流器11的第二直流電壓極22連接的第二半導體開關(guān)T2，T4，T6被切換到非導通。在第二步驟120中，在變流器11的至少三相的交流電壓連接端28a，28b，28c上施加至少三相的交流電壓Ua，Ub，Uc。在第三步驟130中，在短的時間段Tp期間變流器電路10一側(cè)的半導體開關(guān)被短路。圖4示出在該短的時間段Tp內(nèi)變流器電路10的等效電路圖。在該短的時間段期間被短路的半導體開關(guān)例如可以是所有與正連接線路21連接的半導體開關(guān)T1，T3，T5，或者是所有與負連接線路22連接的半導體開關(guān)T2，T4，T6。小的脈沖61就足以為反算線路電壓Ua，Ub，Uc的振幅|?|以及尤其是相位θ獲得足夠準確的電流測量值ia，ib。圖5的上部示出用于操控晶體管T1，T3，T5的柵極G1，G3，G5（替換的也可以通過相同的方式僅操控晶體管T2，T4，T6的柵極G2，G4，G6）的控制電壓的時間變化曲線。在該示例中，在半導體開關(guān)T1，T3，T5（或T2，T4，T6）的柵極G1，G3，G5（或G2，G4，G6）上施加12μs的脈沖。在第四步驟140中，在預先確定的時間段Tp之內(nèi)檢測至少三相的交流電流連接端28a，28b，28c的電流Ia，Ib，Ic的強度ia，ib，ic和相位角值θ。圖5的下部為此示出在三個相線26a，26b，26c上的電流強度ia，ib，ic的時間變化曲線。電流強度ia，ib，ic一直升高到12A并由此還處于容許的范圍內(nèi)。在脈沖61的時間Tp內(nèi)確定平均電流。在執(zhí)行了克拉克（Clark）變換之后，從中得出電壓的以下笛卡爾向量分量：uα=L*diα/dt和uβ=L*diβ/dt。uα和uβ（或iα和iβ）是笛卡爾坐標系（克拉克表示）中的線路電壓的強度（或線路電流的強度）。在脈沖期間的電流的線性平均值是：iα平均=uα/L*Tp/2和iβ平均=uβ/L*Tp/2，其中Tp是脈沖的持續(xù)時間。在第五步驟150中，第一半導體開關(guān)T1，T3，T5在預先確定的時間段Tp之后被切換到非導通?，F(xiàn)在可以如下來估計周期Ts內(nèi)的線路電壓Ua，Ub，Uc。在第六步驟160中，由在預先確定的時間段Tp之后檢測的電流Ia，Ib，Ic的強度ia，ib，ic以及在預先確定的時間段Tp之內(nèi)檢測的電流Ia，Ib，Ic的強度ia，ib，ic來計算校正因子zα,zβ。為此首先在預先確定的時間段Tp（也就是在導通時間段）計算平均電流值：α(n+1)=?α/L*Tp/2；β(n+1)=?β/L*Tp/2。對于電流誤差計算以下校正因子：zα(n+1)=Iα(n+1)-?α(n+1)；zβ(n+1)=Iβ(n+1)-?β(n+1)。在第七步驟170中，（在考慮在預先確定的時間段Tp之后檢測的電流強度ia，ib，ic以及校正因子zα,zβ的條件下）確定所施加的交流電壓U的相位角值θ。為了進行校正，在考慮放大因子K的條件下旋轉(zhuǎn)所估計的線路電壓α(n)：α(n+1)=?α(n)*cos(ω*Ts)-?β(n)*sin(ω*Ts)-K*zα；β(n+1)=?β(n)*cos(ω*Ts)+?α(n)*sin(ω*Ts)-K*zβ。借助極坐標中的變換，計算所估計的交流電壓的振幅和相位θ。可選地，可以借助相位θ的導數(shù)和低通濾波器來計算頻率ω。在第八步驟180中，將所確定的相位角值θ用作用于計算變流器11的脈寬調(diào)制信號Sa，Sb，Sc的起始值。在確定了電壓的振幅|?|以及尤其是相位θ之后，可以利用有效的起始向量（線路電壓Ua，Ub，Uc的頻率ω，相位θ和振幅|?a|,|?b|,|?c|）來起動無電壓傳感器的空間矢量調(diào)節(jié)裝置12。圖6和圖7示出在軟啟動和無軟啟動的情況下對比。由于軟起動，針對線路26a，26b，26c確定的交流電壓Ua，Ub，Uc足夠準確用以在變流器11的起動期間避免電流尖峰62（參見圖7）。圖6的上部針對軟啟動方法示出在相線26a上的估計的和實際的交流電壓振幅的時間變化曲線。圖6的中部示出在相線26a上的估計的和實際的交流電壓相位的對應時間變化曲線。圖6的下部示出相線26a，26b，26c上的電流的對應時間變化曲線。圖7的上部針對在無軟啟動方法情況下變流器11的起動示出相線28a上的交流電壓Ua的估計的和實際的振幅的時間變化曲線。圖7的中部示出在相線26a上的估計的和實際的交流電壓相位的對應時間變化曲線。圖7的下部示出相線26a，26b，26c上的電流的對應時間變化曲線。所建議的本發(fā)明使得可以使用已知的無電壓傳感器的空間矢量調(diào)節(jié)裝置12，利用這種空間矢量調(diào)節(jié)裝置可以有利地節(jié)省電壓傳感器。