DE102010062334A1 - Method and device for operating an inverter-controlled electric machine in the event of a fault - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer durch einen Wechselrichter (2) gesteuerten elektrischen Maschine (1) im Falle einer Störung, bei dem ein Kurzschluss-Modus für die elektrische Maschine (1) dadurch realisiert wird, dass die elektrische Maschine (1) durch eine Steuereinheit (5; 7) wechselweise in einen ersten Kurzschluss-Modus und in einen zweiten Kurzschluss-Modus geschaltet wird. Dabei sind in dem ersten Kurzschluss-Modus alle mit einem hohen Versorgungsspannungspotential (T+) verbundenen Schaltelemente (3a–3c) des Wechselrichters (2) geschlossen und alle mit einem niedrigen Versorgungsspannu (3d–3f) des Wechselrichters (2) geöffnet sind und in dem zweiten Kurzschluss-Modus alle mit dem hohen Versorgungsspannungspotential (T+) verbundenen Schaltelemente (3a–3c) des Wechselrichters (2) geöffnet und alle mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential (T–) verbundenen Schaltelemente (3d–3f) des Wechselrichters (2) geschlossen.The invention relates to a method and a device for operating an electrical machine (1) controlled by an inverter (2) in the event of a fault, in which a short-circuit mode for the electrical machine (1) is implemented in that the electrical machine ( 1) is switched alternately into a first short-circuit mode and into a second short-circuit mode by a control unit (5; 7). In the first short-circuit mode, all switching elements (3a-3c) of the inverter (2) connected to a high supply voltage potential (T +) are closed and all of the switching elements (3a-3c) of the inverter (2) are open and in which second short-circuit mode, all switching elements (3a-3c) of the inverter (2) connected to the high supply voltage potential (T +) are open and all switching elements (3d-3f) of the inverter (2) connected to the low supply voltage potential (T-) are closed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer durch einen Wechselrichter, insbesondere Pulswechselrichter, gesteuerten elektrischen Maschine im Falle einer Störung.The invention relates to a method and a device for operating an electric machine controlled by an inverter, in particular a pulse inverter, in the event of a fault.

Stand der TechnikState of the art

Für den Antrieb in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen werden in der Regel elektrische Maschinen in Form von Drehfeldmaschinen eingesetzt, welche in Verbindung mit Wechselrichtern – häufig auch als Inverter bezeichnet – betrieben werden. Die elektrischen Maschinen werden dabei wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben. Im Motorbetrieb erzeugt die elektrische Maschine ein Antriebsmoment, welches beim Einsatz in einem Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor, zum Beispiel in einer Beschleunigungsphase, unterstützt. Im Generatorbetrieb erzeugt die elektrische Maschine elektrische Energie, die in einem Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie oder einem Super-Cab gespeichert wird. Betriebsart und Leistung der elektrischen Maschine werden über den Wechselrichter eingestellt.For the drive in hybrid or electric vehicles electrical machines in the form of induction machines are usually used, which in conjunction with inverters - often referred to as inverter - are operated. The electrical machines are operated either in motor or generator mode. During engine operation, the electric machine generates a drive torque which, when used in a hybrid vehicle, supports an internal combustion engine, for example in an acceleration phase. In generator mode, the electric machine generates electrical energy that is stored in an energy storage such as a battery or a super-cab. Operating mode and power of the electrical machine are set via the inverter.

Bekannte Wechselrichter umfassen eine Reihe von Schaltelementen, mit denen die einzelnen Phasen (U, V, W) der elektrischen Maschine wahlweise gegen ein hohes Versorgungsspannungspotential oder gegen ein niedriges Versorgungsspannungspotential geschaltet werden. Dabei bilden jeweils zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente einen Halbbrückenzweig, wobei ein erstes Schaltelement mit dem hohen Versorgungsspannungspotential und ein zweites Schaltelement mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential verbunden sind. Jede Phase der elektrischen Maschine ist dann mit jeweils einem Halbbrückenzweig verbunden. Die Schaltelemente werden im Normalbetrieb, das heißt ohne Auftreten einer Störung, von einer externen Steuereinheit angesteuert, welche in Abhängigkeit vom Fahrerwunsch (Beschleunigen oder Bremsen) einen Soll-Betriebspunkt für die elektrische Maschine berechnet. Der Wechselrichter ist mit der Steuereinheit verbunden und erhält von diesem die entsprechenden Betriebsdaten bzw. Steuerbefehle.Known inverters comprise a series of switching elements with which the individual phases (U, V, W) of the electric machine are selectively switched to a high supply voltage potential or to a low supply voltage potential. In each case, two series-connected switching elements form a half-bridge branch, wherein a first switching element with the high supply voltage potential and a second switching element with the low supply voltage potential are connected. Each phase of the electrical machine is then connected to one half-bridge branch each. The switching elements are controlled in normal operation, that is, without the occurrence of a fault, by an external control unit, which calculates a desired operating point for the electric machine depending on the driver's request (acceleration or braking). The inverter is connected to the control unit and receives from this the corresponding operating data or control commands.

Im Falle einer Störung, die z. B. durch einen zu hohen Batteriestrom oder einen zu hohen Zuleitungsstrom entstehen kann, wird der Wechselrichter in einen sicheren Zustand geschaltet, um eine mögliche Schädigung elektrischer Komponenten zu verhindern. Aus dem Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei verschiedene Abschaltverfahren bekannt, die alternativ angewendet werden. Bei einem ersten Verfahren werden sämtliche mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schalter (Low-Side-Schalter) geschlossen und alle mit dem hohen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schalter (High-Side-Schalter) geöffnet. Diese Betriebsart wird auch als Kurzschluss-Modus bezeichnet. Bei einem anderen Abschaltverfahren werden sämtliche Schalter des Wechselrichters geöffnet. Dies wird auch als Freischalt-Modus bezeichnet.In the case of a fault, the z. B. may arise from too high battery current or too high supply current, the inverter is switched to a safe state to prevent possible damage to electrical components. Essentially, two different turn-off methods are known from the prior art, which are used alternatively. In a first method, all switches connected to the low supply voltage potential (low-side switch) are closed and all switches (high-side switch) connected to the high supply voltage potential are opened. This mode is also referred to as a short circuit mode. In another shutdown procedure, all switches of the inverter are opened. This is also known as unlock mode.

Aus der DE 10 2006 003 254 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einem Pulswechselrichter im Falle einer Störung bekannt, bei dem die elektrische Maschine im Falle einer Störung zunächst in einen Freischalt-Modus und nachfolgend in einen Kurzschluss-Modus geschaltet wird.From the DE 10 2006 003 254 A1 a method for operating an electrical machine with a pulse inverter in the event of a fault is known, in which the electrical machine is switched in the event of a malfunction first in a disconnection mode and subsequently in a short-circuit mode.

Auch im Normalbetrieb treten aber Betriebsphasen auf, in welchen die elektrische Maschine nicht aktiv durch den Wechselrichter gesteuert wird. Während dieser Betriebsphasen wird die elektrische Maschine häufig auch in den Kurzschluss-Modus geschaltet.During normal operation, however, operating phases occur in which the electrical machine is not actively controlled by the inverter. During these phases of operation, the electric machine is often also switched to the short-circuit mode.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer durch einen Wechselrichter, insbesondere Pulswechselrichter, gesteuerten elektrischen Maschine, bei dem ein Kurzschluss-Modus für die elektrische Maschine dadurch realisiert wird, dass die elektrische Maschine wechselweise in einen ersten Kurzschluss-Modus und in einen zweiten Kurzschluss-Modus geschaltet wird. Dabei sind in dem ersten Kurzschluss-Modus alle mit einem hohen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geschlossen und alle mit einem niedrigen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geöffnet. In dem zweiten Kurzschluss-Modus sind alle mit dem hohen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geöffnet und alle mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geschlossen.The invention provides a method for operating an electrical machine controlled by an inverter, in particular pulse-controlled inverter, in which a short-circuit mode for the electrical machine is realized by alternately switching the electrical machine into a first short-circuit mode and a second short-circuit mode. Mode is switched. In the first short circuit mode, all are high Supply voltage potential connected switching elements of the inverter closed and all connected to a low supply voltage potential switching elements of the inverter open. In the second short-circuit mode, all switching elements of the inverter connected to the high supply voltage potential are opened, and all switching elements of the inverter connected to the low supply voltage potential are closed.

Die Erfindung schafft außerdem eine Vorrichtung zum Betreiben einer durch einen Wechselrichter, insbesondere Pulswechselrichter, gesteuerten elektrischen Maschine im Falle einer Störung. Eine Steuereinheit steuert den Wechselrichter zur Realisierung eines Kurzschluss-Modus für die elektrische Maschine so an, dass dieser die elektrische Maschine wechselweise in einen ersten Kurzschluss-Modus und in einen zweiten Kurzschluss-Modus schaltet. Dabei sind in dem ersten Kurzschluss-Modus alle mit einem hohen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geschlossen und alle mit einem niedrigen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geöffnet. In dem zweiten Kurzschluss-Modus sind alle mit dem hohen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geöffnet und alle mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential verbundenen Schaltelemente des Wechselrichters geschlossen.The invention also provides an apparatus for operating an electric machine controlled by an inverter, in particular a pulse inverter, in the event of a fault. A control unit controls the inverter to implement a short circuit mode for the electrical machine so that it alternately switches the electrical machine in a first short-circuit mode and in a second short-circuit mode. In this case, in the first short-circuit mode all switching elements of the inverter connected to a high supply voltage potential are closed and all switching elements of the inverter connected to a low supply voltage potential are opened. In the second short-circuit mode, all switching elements of the inverter connected to the high supply voltage potential are opened, and all switching elements of the inverter connected to the low supply voltage potential are closed.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung basiert auf der Grundidee, eine übermäßige Belastung von Bauelementen des Wechselrichters und/oder von Stromschienen im ungeregelten Kurzschluss-Modus dadurch zu vermeiden, dass zwischen zwei Kurzschluss-Modus umgeschaltet wird, wobei der Kurzschlussstrom in dem ersten Kurzschluss-Modus über die High-Side-Schalter und in dem zweiten Kurzschluss-Modus über die Low-Side-Schalter fließt. Auf diese Weise werden die Strombelastung und damit auch die thermische Belastung der Bauelemente und der Stromschienen auf mehrere Komponenten verteilt, so dass eine einseitige Belastung der Wechselrichterkomponenten im Kurschluss-Modus vermieden wird. Dies hat sowohl auf die Dimensionierung der Leistungsbaugruppen des Wechselrichters als auch auf deren Lebensdauer positive Auswirkungen.The invention is based on the basic idea of avoiding excessive loading of components of the inverter and / or busbars in uncontrolled short-circuit mode by switching between two short-circuit modes, the short-circuit current being exceeded in the first short-circuit mode via the high-side mode. Side switch and in the second short-circuit mode flows through the low-side switch. In this way, the current load and thus the thermal load of the components and the busbars are distributed over several components, so that a one-sided load of the inverter components in the short-circuit mode is avoided. This has a positive effect both on the dimensioning of the power units of the inverter and on their service life.

Dabei kann mit einer vorgebbaren Umschalt-Frequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kurzschluss-Modus gewechselt werden. Die Umschaltfrequenz kann dabei derart vorgegeben werden, dass jeweils nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne zwischen den beiden Kurzschluss-Modus gewechselt wird. Um einen besonders effektiven Schutz gegen dauerhafte Beschädigungen aufgrund thermischer Überlastungen zu erreichen, ist es aber vorteilhaft, die Umschalt-Frequenz in Abhängigkeit von einem thermischen Verhalten mindestens einer zu schützenden Baugruppe vorzugeben. Dazu kann eine entsprechende Sensorik eingesetzt werden, welche eine das thermische Verhalten der mindestens einen zu schützenden Baugruppe charakterisierende Größe erfasst. Die Steuereinheit kann dann die Umschaltfrequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kurzschluss-Modus in Abhängigkeit von dem thermischen Verhalten der mindestens einen zu schützenden Baugruppe einstellen. Die thermische Belastung der Bauelemente wird dabei im Wesentlichen durch die entsprechende Strombelastung bestimmt. Alternativ zu einer Sensorik kann das thermische Verhalten einer zu schützenden Baugruppe auch modellbasiert ermittelt werden.It can be changed with a predetermined switching frequency between the first and the second short-circuit mode. The switching frequency can be specified such that in each case after a predefined period of time between the two short-circuit mode is changed. In order to achieve a particularly effective protection against permanent damage due to thermal overloads, it is advantageous to specify the switching frequency as a function of a thermal behavior of at least one module to be protected. For this purpose, a corresponding sensor system can be used which detects a variable characterizing the thermal behavior of the at least one module to be protected. The control unit can then set the switching frequency between the first and the second short-circuit mode depending on the thermal behavior of the at least one module to be protected. The thermal load of the components is determined essentially by the corresponding current load. As an alternative to a sensor system, the thermal behavior of a module to be protected can also be determined model-based.

Die Sensorik kann dabei einen oder mehrere Temperatursensoren umfassen, welche die Temperatur im Bereich der zu schützenden Bauelemente, also insbesondere der Schaltelemente direkt erfassen. Die erfassten Temperaturen können dann durch eine Auswerteinheit dahingehend ausgewertet werden, dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Temperaturschwelle auf den jeweils anderen Kurzschlussmodus umgeschaltet wird.In this case, the sensor system can comprise one or more temperature sensors which directly detect the temperature in the region of the components to be protected, that is to say in particular of the switching elements. The detected temperatures can then be evaluated by an evaluation unit to the effect that is switched when a predeterminable temperature threshold to the other short circuit mode is exceeded.

Eine erforderliche Umschaltfrequenz kann aber auch z. B. dadurch ermittelt werden, dass eine Anzahl von Nulldurchgängen von zumindest einem der Phasenströme der elektrischen Maschine gezählt wird und die Umschaltfrequenz in Abhängigkeit von der Anzahl der Nulldurchgänge vorgegeben wird. Konkret kann dabei zwischen den beiden Kurzschluss-Modus umgeschaltet werden, sobald eine vorgebbare Anzahl von Nulldurchgängen erreicht ist. Dabei macht man sich zunutze, dass der Phasenstrom bei einem aktiven Kurzschluss um den Nullpunkt oszilliert.A required switching frequency but also z. B. be determined by counting a number of zero crossings of at least one of the phase currents of the electric machine and the switching frequency is predetermined in dependence on the number of zero crossings. Specifically, it can be switched between the two short-circuit mode, as soon as a predetermined number of zero crossings is reached. It makes use of the fact that the phase current oscillates at an active short circuit around the zero point.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist grundsätzlich in allen Betriebsphasen sinnvoll und vorteilhaft, in welchen die elektrische Maschine in einem Kurzschluss-Modus betrieben wird. Insbesondere sind davon Störungsfälle und Betriebsphasen, in welchen die elektrische Maschine nicht aktiv durch den Wechselrichter gesteuert wird, betroffen.The application of the method and the device according to the invention is basically useful and advantageous in all operating phases in which the electric machine is operated in a short-circuit mode. In particular, this includes cases of failure and operating phases in which the electrical machine is not actively controlled by the inverter.

Um die Funktionsfähigkeit der Steuerung auch im Störungsfall sicher zu stellen, ist es vorteilhaft, zwei separate Steuereinheiten vorzusehen, von denen eine erste Steuereinheit den Wechselrichter im Normalbetrieb steuert und eine zweite Steuereinheit den Wechselrichter im Falle einer Störung steuert. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Figur, welche ein schematisches Blockschaltbild einer durch einen Wechselrichter gesteuerten elektrischen Maschine zeigt.In order to ensure the functionality of the controller even in case of failure, it is advantageous to provide two separate control units, of which a first control unit controls the inverter in normal operation and a second control unit controls the inverter in case of failure. Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figure, which shows a schematic block diagram of an inverter controlled by an electric machine.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung einer dreiphasigen elektrischen Maschine 1, welche beispielsweise als Synchron-, Asynchron- oder Reluktanz-Maschine ausgeführt sein kann, mit einem daran angeschlossenen Pulswechselrichter 2. Der Pulswechselrichter 2 umfasst Schaltelemente 3a3f in Form von Leistungsschaltern, welche mit einzelnen Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 1 verbunden sind und die Phasen U, V, W entweder gegen ein hohes Versorgungsspannungspotential T+ oder ein niedriges Versorgungsspannungspotential T– schalten. Die mit dem hohen Versorgungsspannungspotential T+ verbundenen Schaltelemente 3a3c werden dabei auch als „High-Side-Schalter” und die mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential T– verbundenen Schalter 3d3f als „Low-Side-Schalter” bezeichnet und können beispielsweise als Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) oder als Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) ausgeführt sein. Der Pulswechselrichter 2 umfasst ferner mehrere Freilaufdioden 4a4f, welche jeweils parallel zu einem der Schaltelemente 3a3f angeordnet sind. Die Schaltelemente 3a und 3d, 3b und 3e sowie 3c und 3f bilden dabei jeweils eine Halbbrücke 10a, 10b bzw. 10f, welche jeweils einer der Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 1 zugeordnet sind. 1 shows a schematic representation of a three-phase electric machine 1 which can be designed, for example, as a synchronous, asynchronous or reluctance machine with a pulse inverter connected thereto 2 , The pulse inverter 2 includes switching elements 3a - 3f in the form of circuit breakers, which with individual phases U, V, W of the electric machine 1 are connected and the phases U, V, W switch either against a high supply voltage potential T + or a low supply voltage potential T-. The switching elements connected to the high supply voltage potential T + 3a - 3c are also called "high-side switch" and connected to the low supply voltage potential T- switch 3d - 3f referred to as "low-side switch" and can be embodied for example as Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) or as Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET). Of the Pulse inverter 2 further includes a plurality of free-wheeling diodes 4a - 4f , which in each case parallel to one of the switching elements 3a - 3f are arranged. The switching elements 3a and 3d . 3b and 3e such as 3c and 3f each form a half bridge 10a . 10b respectively. 10f , which in each case one of the phases U, V, W of the electrical machine 1 assigned.

Der Pulswechselrichter 2 bestimmt Leistung und Betriebsart der elektrischen Maschine 1 und wird von einer lediglich schematisch dargestellten ersten Steuereinheit 5, welche auch in den Wechselrichter 2 integriert sein kann, entsprechend angesteuert. Die elektrische Maschine 1 kann dabei wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben werden.The pulse inverter 2 determines the power and operating mode of the electric machine 1 and is of a first control unit shown only schematically 5 which also in the inverter 2 can be integrated, driven accordingly. The electric machine 1 can be operated either in motor or generator mode.

Parallel zum Pulswechselrichter 2 ist ein so genannter Zwischenkreis-Kondensator 6 angeordnet, welcher auch in den Pulswechselrichter 2 integriert sein kann und welcher im Wesentlichen zur Stabilisierung einer Spannung eines Energiespeichers, also beispielsweise einer Batteriespannung dient.Parallel to the pulse inverter 2 is a so-called DC link capacitor 6 arranged, which also in the pulse inverter 2 can be integrated and which essentially serves to stabilize a voltage of an energy storage, so for example a battery voltage.

Die elektrische Maschine 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dreiphasig ausgeführt, kann aber auch weniger oder mehr als drei Phasen aufweisen.The electric machine 1 is designed in the illustrated embodiment, three-phase, but may also have fewer or more than three phases.

Bei einer Störung des Systems, die z. B. in zu hohen Strom- oder Spannungswerten oder in einer zu hohen Temperatur begründet sein kann, schaltet der Pulswechselrichter 2, getriggert von einer zweiten Steuereinheit 7, die elektrische Maschine 1 automatisch in einen ersten Kurzschlussmodus, um eine Schädigung der elektrischen Maschine 1 oder spannungsempfindlicher Bauteile zu vermeiden. In dem ersten Kurzschluss-Modus sind alle High-Side-Schalter 3a3c des Pulswechselrichters 2 geschlossen und alle Low-Side-Schalter 3d3f des Pulswechselrichters 2 geöffnet.In a fault of the system, the z. B. may be due to too high current or voltage values or in too high a temperature, the pulse inverter switches 2 triggered by a second control unit 7 , the electric machine 1 automatically in a first short circuit mode to damage the electric machine 1 or voltage-sensitive components. In the first short-circuit mode, all are high-side switches 3a - 3c of the pulse inverter 2 closed and all low-side switches 3d - 3f of the pulse inverter 2 open.

Um die Strombelastung an den High-Side-Schaltern 3a3c sowie weiteren in einem sich ergebenden Kurzschlussstromkreis liegenden Bauelementen aber nicht zu groß werden zu lassen, ist ein zweiter Kurschluss-Modus vorgesehen, in welchem alle High-Side-Schalter 3a3c des Pulswechselrichters 2 geöffnet und alle Low-Side-Schalter 3d3f des Pulswechselrichters 2 geschlossen sind. Die zweite Steuereinheit 7 steuert dann den Pulswechselrichter 2 so an, dass dieser die elektrische Maschine 1 wechselweise in einen ersten Kurzschluss-Modus und in einen zweiten Kurzschluss-Modus schaltet. Insofern kann selbstverständlich zunächst auch in den zweiten Kurzschluss-Modus geschaltet werden.To the current load on the high-side switches 3a - 3c as well as other components lying in a resulting short-circuit circuit but not to be too large, a second short-circuit mode is provided, in which all high-side switch 3a - 3c of the pulse inverter 2 open and all low-side switches 3d - 3f of the pulse inverter 2 are closed. The second control unit 7 then controls the pulse inverter 2 so on, that this is the electric machine 1 alternately in a first short-circuit mode and in a second short-circuit mode switches. In this respect, of course, initially also be switched to the second short-circuit mode.

Die Umschaltfrequenz wird dabei durch die zweite Steuereinheit 7 in Abhängigkeit von der Strombelastung der zu schützenden elektrischen Bauelemente vorgegeben. Zur Bestimmung der Strombelastung und damit der thermischen Belastung werden Phasenströme mit Hilfe einer Sensorik in Form von Stromsensoren 11-U, 11-V und 11-W erfasst. In der zweiten Steuereinheit 7 werden dann Nulldurchgänge der Phasenströme oder zumindest eines Phasenstroms gezählt und ein Wechsel des Kurzschlussmodus initiiert, sobald die Anzahl der Nulldurchgänge einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht.The switching frequency is by the second control unit 7 given as a function of the current load of the electrical components to be protected. To determine the current load and thus the thermal load phase currents with the aid of a sensor in the form of current sensors 11-U . 11-V and 11-W detected. In the second control unit 7 then zero crossings of the phase currents or at least one phase current are counted and a change of the short circuit mode is initiated as soon as the number of zero crossings reaches a predetermined threshold value.

Alternativ oder zusätzlich zur Erfassung der Phasenströme kann auch die Temperatur an den zu schützenden elektrischen Bauelementen gemessen werden. Durch die zweite Steuereinheit 7 kann dann ein Wechsel des Kurzschlussmodus initiiert werden, sobald ein vorgebbarer Temperaturschwellwert überschritten wird.Alternatively or in addition to the detection of the phase currents, the temperature at the electrical components to be protected can also be measured. Through the second control unit 7 then a change of the short circuit mode can be initiated as soon as a predeterminable temperature threshold is exceeded.

Um die Verfügbarkeit der Steuerung auch im Störungsfall sicher zu stellen, ist die zweite Steuereinheit 7 separat zu der ersten Steuereinheit 5 realisiert, welche den Pulswechselrichter 2 im Normalbetrieb steuert. Grundsätzlich kann die zweite Steuereinheit 7 auch in die erste Steuereinheit 5 integriert sein.To ensure the availability of the control even in case of failure, is the second control unit 7 separate to the first control unit 5 realized, which the pulse inverter 2 in normal operation controls. In principle, the second control unit 7 also in the first control unit 5 be integrated.

Auch ist es für die Anwendbarkeit der Erfindung unerheblich, ob die elektrische Maschine 1 nach Erkennen eines Störungsfalls unmittelbar in einen Kurzschlussbetrieb geschaltet wird oder ob dem Kurzschlussbetrieb eine andere Betriebsweise, wie bspw. ein Freilaufbetrieb vorgeschaltet ist.Also, it is irrelevant to the applicability of the invention, whether the electric machine 1 is switched immediately after detection of a malfunction in a short-circuit operation or whether the short-circuit operation another mode, such as, a freewheeling operation is connected upstream.

Auch im Normalbetrieb treten Betriebsphasen auf, in welchen die elektrische Maschine nicht aktiv durch den Wechselrichter gesteuert wird. Während dieser Betriebsphasen wird die elektrische Maschine ebenfalls in den Kurzschluss-Modus geschaltet. Analog zur zweiten Steuereinheit 7 im Störungsfall steuert dann die erste Steuereinheit 5 den Pulswechselrichter 2 so an, dass dieser die elektrische Maschine 1 wechselweise in den ersten Kurzschluss-Modus und in einen zweiten Kurzschluss-Modus schaltet.Even in normal operation, operating phases occur in which the electrical machine is not actively controlled by the inverter. During these operating phases, the electric machine is also switched to the short-circuit mode. Analogous to the second control unit 7 in case of failure then controls the first control unit 5 the pulse inverter 2 so on, that this is the electric machine 1 alternately in the first short-circuit mode and in a second short-circuit mode switches.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Verfahren zum Betreiben einer durch einen Wechselrichter (2), insbesondere Pulswechselrichter, gesteuerten elektrischen Maschine (1), bei dem ein Kurzschluss-Modus für die elektrische Maschine (1) dadurch realisiert wird, dass die elektrische Maschine wechselweise in einen ersten Kurzschluss-Modus und in einen zweiten Kurzschluss-Modus geschaltet wird, wobei in dem ersten Kurzschluss-Modus alle mit einem hohen Versorgungsspannungspotential (T+) verbundenen Schaltelemente (3a3c) des Wechselrichters (2) geschlossen und alle mit einem niedrigen Versorgungsspannungspotential (T–) verbundenen Schaltelemente (3d3f) des Wechselrichters (2) geöffnet sind und in dem zweiten Kurzschluss-Modus alle mit dem hohen Versorgungsspannungspotential (T+) verbundenen Schaltelemente (3a3c) des Wechselrichters (2) geöffnet und alle mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential (T–) verbundenen Schaltelemente (3d3f) des Wechselrichters (2) geschlossen sind.Method for operating an inverter ( 2 ), in particular pulse-controlled inverter, controlled electrical machine ( 1 ), in which a short circuit mode for the electric machine ( 1 ) is realized by alternately switching the electric machine into a first short-circuit mode and a second short-circuit mode, wherein in the first short-circuit mode all switching elements (A +) connected to a high supply voltage potential (T +) 3a - 3c ) of the inverter ( 2 ) and all switching elements connected to a low supply voltage potential (T-) ( 3d - 3f ) of the inverter ( 2 ) are open and in the second short-circuit mode all switching elements connected to the high supply voltage potential (T +) ( 3a - 3c ) of the inverter ( 2 ) and all switching elements connected to the low supply voltage potential (T-) ( 3d - 3f ) of the inverter ( 2 ) are closed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mit einer vorgebbaren Umschalt-Frequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kurzschluss-Modus gewechselt wird.The method of claim 1, wherein is switched with a predetermined switching frequency between the first and the second short-circuit mode. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Umschalt-Frequenz in Abhängigkeit von einem thermischen Verhalten mindestens einer zu schützenden Baugruppe vorgegeben wird.The method of claim 2, wherein the switching frequency is predetermined in dependence on a thermal behavior of at least one module to be protected. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Umschaltfrequenz in Abhängigkeit von einer Temperatur an mindestens einer zu schützenden Baugruppe vorgegeben wird.The method of claim 3, wherein the switching frequency is predetermined in dependence on a temperature at least one module to be protected. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Umschaltfrequenz in Abhängigkeit von einer Anzahl von Nulldurchgängen von zumindest einem der Phasenströme der elektrischen Maschine (1) vorgegeben wird.Method according to claim 3, wherein the switching frequency is dependent on a number of zero crossings of at least one of the phase currents of the electrical machine ( 1 ) is given. Vorrichtung zum Betreiben einer durch einen Wechselrichter (2), insbesondere Pulswechselrichter, gesteuerten elektrischen Maschine (1) mit einer Steuereinheit (5; 7), welche den Wechselrichter (2) zur Realisierung eines Kurzschluss-Modus für die elektrische Maschine (1) so ansteuert, dass dieser die elektrische Maschine (1) wechselweise in einen ersten Kurzschluss-Modus und in einen zweiten Kurzschluss-Modus schaltet, wobei in dem ersten Kurzschluss-Modus alle mit einem hohen Versorgungsspannungspotential (T+) verbundenen Schaltelemente (3a3c) des Wechselrichters (2) geschlossen und alle mit einem niedrigen Versorgungsspannungspotential (T–) verbundenen Schaltelemente (3d3f) des Wechselrichters (2) geöffnet sind und in dem zweiten Kurzschluss-Modus alle mit dem hohen Versorgungsspannungspotential (T+) verbundenen Schaltelemente (3a3c) des Wechselrichters (2) geöffnet und alle mit dem niedrigen Versorgungsspannungspotential (T–) verbundenen Schaltelemente (3d3f) des Wechselrichters (2) geschlossen sind.Device for operating an inverter ( 2 ), in particular pulse-controlled inverter, controlled electrical machine ( 1 ) with a control unit ( 5 ; 7 ), which the inverter ( 2 ) for realizing a short circuit mode for the electric machine ( 1 ) so that this the electric machine ( 1 ) alternately switches into a first short-circuit mode and a second short-circuit mode, wherein in the first short-circuit mode all switching elements connected to a high supply voltage potential (T +) ( 3a - 3c ) of the inverter ( 2 ) and all switching elements connected to a low supply voltage potential (T-) ( 3d - 3f ) of the inverter ( 2 ) are open and in the second short-circuit mode all switching elements connected to the high supply voltage potential (T +) ( 3a - 3c ) of the inverter ( 2 ) and all switching elements connected to the low supply voltage potential (T-) ( 3d - 3f ) of the inverter ( 2 ) are closed. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Sensorik (11a11c) zum Erfassen einer das thermische Verhalten mindestens einer zu schützenden Baugruppe charakterisierenden Größe vorgesehen ist und die Steuereinheit (5; 7) eine Umschaltfrequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kurzschluss-Modus in Abhängigkeit von dem thermischen Verhalten der mindestens einen zu schützenden Baugruppe einstellt.Apparatus according to claim 6, wherein a sensor system ( 11a - 11c ) is provided for detecting a characterizing the thermal behavior of at least one module to be protected size and the control unit ( 5 ; 7 ) sets a switching frequency between the first and the second short-circuit mode depending on the thermal behavior of the at least one module to be protected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei eine zweite Steuereinheit (7), welche den Wechselrichter (2) im Falle einer Störung steuert, separat von einer ersten Steuereinheit (5) realisiert ist, welche den Wechselrichter (2) im Normalbetrieb steuert.Device according to one of claims 6 or 7, wherein a second control unit ( 7 ), which the inverter ( 2 ) in the event of a fault, separately from a first control unit ( 5 ) is realized, which the inverter ( 2 ) in normal operation.
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