DE102012012048A1

DE102012012048A1 - Multi-phase inverter bridge for use in e.g. permanent magnet synchronous motor utilized in technical system, has output short circuit formed between phases of bridge and producing deceleration of rotary current generator

Info

Publication number: DE102012012048A1
Application number: DE201210012048
Authority: DE
Inventors: Andreas Selig; Volker Schueren
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-19

Abstract

The bridge (20) has a combination of self-conducting power transistors (21-23) and self-closing power transistors (24-26), which are interconnected with each other such that the self-conducting power transistors are optionally connected with fly-wheeling diodes. An output short circuit formed between phases (31-33) of the bridge produces deceleration of a rotary current generator (10). The self-conducting power transistors and the self-closing power transistors are connected in series with each other. Independent claims are also included for the following: (1) a technical system (2) a method for stopping an axis.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mehrphasige Wechselrichterbrücke und ein Verfahren zur Stillsetzung einer Achse. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine mehrphasige Wechselrichterbrücke und ein Verfahren zur Stillsetzung einer Achse, bei welchen zusätzlich eine Anlaufsperre der Achse realisiert wird.The present invention relates to a multi-phase inverter bridge and a method for stopping one axis. In particular, the present invention relates to a multi-phase inverter bridge and a method for stopping an axle, in which additionally a start-up lock of the axle is realized.

Bei technischen Anlagen mit Drehstrommaschinen kommt oft eine Sicherheitsfunktion STO (Save Torque Off) zum Einsatz, welche verhindert, dass der Drehstrommotor ein Beschleunigungsdrehmoment entwickeln kann. Hierbei wird bei einer Aktivierung der Sicherheitsfunktion STO die Drehstrommaschine drehstromfrei und trudelt aus. In den meisten Fällen wäre es jedoch besser, wenn die Drehstrommaschine nicht austrudeln würde, sondern gleich abbremsen würde.In technical systems with three-phase machines, a safety function STO (Save Torque Off) is often used, which prevents the three-phase motor from developing an acceleration torque. When the safety function STO is activated, the three-phase machine will be free of three-phase current and will spin out. In most cases, it would be better if the three-phase machine would not spin off, but would slow down immediately.

Als Lösung hierfür ist es bekannt, die Klemmen der Drehstrommaschine kurzzuschließen. Dies ist insbesondere bei einer Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM) möglich, wie sie üblicherweise als Servomotor verwendet wird.As a solution for this it is known to short the terminals of the three-phase machine. This is possible in particular in a permanent magnet synchronous machine (PMSM), as it is commonly used as a servo motor.

Herkömmlich wird der Kurzschluss der Drehstrommaschine durch ein zusätzliches mechanisches Relais oder Schütz realisiert. Da Relais und Schütz zusätzliche Bauteile sind, die verschleißen können, hat dies jedoch u. a. die Nachteile eines erhöhten Platzbedarfs, erhöhter Kosten durch das zusätzliche Bauteil, höhere Betriebskosten, die durch eine Notwendigkeit der Überwachung des Relais entstehen, und höhere Wartungskosten durch einen Verschleiß des Relais.Conventionally, the short circuit of the three-phase machine is realized by an additional mechanical relay or contactor. However, as the relay and contactor are additional components that may wear, this may have a. the disadvantages of increased space requirements, increased costs due to the additional component, higher operating costs resulting from a need to monitor the relay, and higher maintenance costs due to wear of the relay.

Es ist auch bekannt, einen Kurzschluss der Drehstrommaschine über gleichzeitiges Einschalten von mehreren Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor) herzustellen, die in einer Schaltung aus sechs Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode verschaltet sind. Hierbei werden jeweils drei Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode gleichzeitig sicher abgeschaltet, wodurch eine Realisierung der Sicherheitsfunktion STO ermöglicht wird. Eine solche Kurzschlussbremsung einer Drehstrommaschine ist jedoch nur möglich, wenn eine Steuerspannung vorhanden ist und die Steuerung keinen Fehler aufweist. Damit die Kurzschlussbremsung auch bei Spannungsausfall funktioniert, sind daher besondere aufwändige Vorkehrungen notwendig.It is also known to short-circuit the three-phase machine by simultaneously turning on a plurality of Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) bipolar transistors connected in a circuit of six insulated gate bipolar transistors. In this case, three bipolar transistors with insulated gate electrode are switched off safely at the same time, whereby a realization of the safety function STO is made possible. However, such a short-circuit braking of a three-phase machine is only possible if a control voltage is present and the controller has no error. Thus, the short-circuit braking also works in case of power failure, therefore special complex precautions are necessary.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine mehrphasige Wechselrichterbrücke und ein Verfahren zur Stillsetzung einer Achse bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll eine mehrphasige Wechselrichterbrücke und ein Verfahren zur Stillsetzung einer Achse bereitgestellt werden, mit welchem eine Bremsung der Achse auch bei Netzausfall oder Spannungsfehler einfach, platzsparend und kostengünstig möglich ist.Therefore, it is an object of the present invention to provide a multi-phase inverter bridge and a method for stopping an axle, with which the aforementioned problems can be solved. In particular, a multi-phase inverter bridge and a method for stopping an axis to be provided, with which a braking of the axis even in case of power failure or voltage error is simple, space-saving and cost-effective.

Diese Aufgabe wird durch eine mehrphasige Wechselrichterbrücke nach Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a multi-phase inverter bridge according to claim 1.

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke kann bei einer Drehstrommaschine Verwendung finden, wodurch die Drehstrommaschine nach Einsatz der mehrphasigen Wechselrichterbrücke drehmomentfrei wird und gleich abgebremst wird. Dadurch ist ein Austrudeln einer von der Drehstrommaschine angetriebenen Achse nicht mehr möglich.The multi-phase inverter bridge can be used in a three-phase machine, whereby the three-phase machine is torque-free after use of the multi-phase inverter bridge and braked immediately. As a result, a coasting of a driven by the three-phase machine axis is no longer possible.

Mit Hilfe der mehrphasigen Wechselrichterbrücke kann niemals ein geordnetes Drehfeld entstehen, das Voraussetzung für die Entstehung eines antreibenden Drehmoments ist.With the help of the polyphase inverter bridge, an ordered rotating field can never arise, which is a prerequisite for the generation of a driving torque.

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke kann insbesondere für eine Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM) in Verbindung mit der Sicherheitsfunktion STO (Save Torque Off) zum Einsatz kommen.The polyphase inverter bridge can be used in particular for a permanent magnet synchronous machine (PMSM) in conjunction with the safety function STO (Save Torque Off).

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke ist einfach aufgebaut und platzsparend. Dadurch ist eine Bremsung der Achse auch bei Netzausfall oder Spannungsfehler einfach und kostengünstig sowie sehr sicher möglich.The multi-phase inverter bridge is simple and space-saving. As a result, a braking of the axis is easy and inexpensive and very safe even in case of power failure or voltage error.

Wird die Kurzschlussbremsung nicht genutzt, stören bei der zuvor beschriebenen mehrphasigen Wechselrichterbrücke die selbstleitenden Leistungstransistoren nicht. Die selbstleitenden Leistungstransistoren führen nicht zu Verlusten und verursachen nur sehr geringe Kosten. Daher können die selbstleitenden Leistungstransistoren auch eingebaut werden, wenn die Kurzschlussbremsung nicht unmittelbar genutzt werden soll.If the short-circuit braking is not used, the self-conducting power transistors do not interfere with the previously described multi-phase inverter bridge. The self-conducting power transistors do not lead to losses and cause only very low costs. Therefore, the self-conducting power transistors can also be installed if the short-circuit braking is not to be used immediately.

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke kann überall dort zum Einsatz kommen, wo eine Achse stillgesetzt wird und ein Stillstand erreicht werden muss oder soll und nachgelagert eine Erhöhung der Eigenhemmung der Achse sinnvoll ist oder benötigt wird.The multi-phase inverter bridge can be used wherever an axis is stopped and a standstill must or must be achieved and downstream and an increase in the intrinsic resistance of the axis makes sense or is needed.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der mehrphasigen Wechselrichterbrücke sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous further embodiments of the polyphase inverter bridge are given in the dependent claims.

Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Stillsetzen einer Achse nach Patentanspruch 9 gelöst.The object is also achieved by a method for stopping an axle according to claim 9.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen. Further possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show it:

1 ein Blockschaltbild einer technischen Anlage mit einer Drehstrommaschine und einer mehrphasigen Wechselrichterbrücke gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und 1 a block diagram of a technical system with a three-phase machine and a polyphase inverter bridge according to a first embodiment; and

2 ein Blockschaltbild einer technischen Anlage mit einer Drehstrommaschine und einer mehrphasigen Wechselrichterbrücke gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 2 a block diagram of a technical system with a three-phase machine and a polyphase inverter bridge according to a second embodiment.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.

In 1 hat eine technische Anlage 1 eine Drehstrommaschine 10 und eine Vorrichtung 15, die über elektrische Leitungen 31, 32, 33 miteinander verbunden sind. Die Drehstrommaschine 10 ist eine elektronisch geregelte Drehstrommaschine, insbesondere eine drehzahlgeregelte Drehstrommaschine, welche eine nicht dargestellte Achse in eine Bewegung, insbesondere eine Drehbewegung, antreiben kann. Die Vorrichtung 15 umfasst eine mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, die nachfolgend beschrieben ist. Die elektrischen Leitungen 31, 32, 33 können auch als Phasen 31, 32, 33 der Wechselrichterbrücke 20 bezeichnet werden. Antiparallel zu den Transistoren geschaltete Freilaufdioden sind in 1 nicht dargestellt.In 1 has a technical facility 1 a three-phase machine 10 and a device 15 that have electrical wiring 31 . 32 . 33 connected to each other. The three-phase machine 10 is an electronically controlled three-phase machine, in particular a variable-speed three-phase machine, which can drive a shaft, not shown, in a movement, in particular a rotational movement. The device 15 includes a multi-phase inverter bridge 20 which is described below. The electrical wires 31 . 32 . 33 can also be called phases 31 . 32 . 33 the inverter bridge 20 be designated. Antiparallel to the transistors connected freewheeling diodes are in 1 not shown.

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15, hat einen ersten bis sechsten Transistor 21 bis 26. Hierbei sind der erste bis dritte Transistor 21, 22, 23 selbstleitend und der vierte bis sechste Transistor 24, 25, 26 selbstsperrend. Der erste bis dritte Transistor 21, 22, 23 ist beispielsweise ein Transistor, der ohne Gatespannung leitet, beispielsweise ein Siliciumcarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistor (SiC-SFET oder SiC-JFET), ein Galliumnitrid-Sperrschicht-Felldefekttransistor (GaN-SFET oder GaN-JFET), usw. Der vierte bis sechste Transistor 24, 25, 26 ist beispielsweise ein Silicium-Metalloxidhalbleiter-Feldefekttransistor (Si-MOSFET), usw.The multiphase inverter bridge 20 , and with it the device 15 , has a first to sixth transistor 21 to 26 , Here are the first to third transistor 21 . 22 . 23 self-conducting and the fourth to sixth transistor 24 . 25 . 26 self-locking. The first to third transistors 21 . 22 . 23 For example, a transistor that conducts no gate voltage such as a silicon carbide junction field effect transistor (SiC-SFET or SiC-JFET), a gallium nitride junction skin defect transistor (GaN-SFET or GaN-JFET), etc. The fourth to sixth transistors 24 . 25 . 26 For example, a silicon-metal oxide semiconductor field effect transistor (Si-MOSFET), etc.

Der erste Transistor 21 bildet mit dem vierten Transistor 24 eine Reihenschaltung. Zudem bildet der zweite Transistor 22 mit dem fünften Transistor 25 eine Reihenschaltung. Darüber hinaus bildet der dritte Transistor 23 mit dem sechsten Transistor 26 eine Reihenschaltung. Zwischen dem ersten Transistor 21 und dem vierten Transistor 24 ist ein Anschluss 27 vorhanden, an welchem die erste Leitung 31 angeschlossen ist. Zwischen dem zweiten Transistor 22 und dem fünften Transistor 25 ist ein Anschluss 28 vorhanden, an welchem die zweite Leitung 32 angeschlossen ist. Zwischen dem dritten Transistor 23 und dem sechsten Transistor 26 ist ein Anschluss 29 vorhanden, an welchem die dritte Leitung 33 angeschlossen ist.The first transistor 21 forms with the fourth transistor 24 a series connection. In addition, the second transistor forms 22 with the fifth transistor 25 a series connection. In addition, the third transistor forms 23 with the sixth transistor 26 a series connection. Between the first transistor 21 and the fourth transistor 24 is a connection 27 present at which the first line 31 connected. Between the second transistor 22 and the fifth transistor 25 is a connection 28 present at which the second line 32 connected. Between the third transistor 23 and the sixth transistor 26 is a connection 29 present at which the third line 33 connected.

Die Reihenschaltung aus erstem und viertem Transistor 21, 24 ist parallelgeschaltet zur Reihenschaltung aus zweitem Transistor 22 und fünftem Transistor 25. Zudem ist die Reihenschaltung aus drittem Transistor 23 und sechstem Transistor 26 parallelgeschaltet zur Reihenschaltung aus erstem Transistor 21 und viertem Transistor 24 und parallelgeschaltet zur Reihenschaltung aus zweitem Transistor 22 und fünftem Transistor 25.The series connection of first and fourth transistor 21 . 24 is connected in parallel to the series connection of the second transistor 22 and fifth transistor 25 , In addition, the series connection of third transistor 23 and sixth transistor 26 connected in parallel to the series connection of the first transistor 21 and fourth transistor 24 and connected in parallel to the series connection of the second transistor 22 and fifth transistor 25 ,

Sind der vierte bis sechste Transistor 24, 25, 26 gesperrt, wird durch den ersten bis dritten Transistor 21, 22, 23, die selbstleitende Transistoren sind, ein Kurzschluss der Drehstrommaschine 10 hergestellt. Somit kann der Kurzschluss für eine Kurzschlussbremsung in der mehrphasigen Wechselrichterbrücke 20, und damit der Vorrichtung 15, die auch als Leistungsendstufe bezeichnet werden kann, erzeugt werden. Hierbei bleibt der Kurzschluss auch bei ausgeschalteter Drehstrommaschine 10 bestehen. Dadurch kann eine Bremsung der mit der Drehstrommaschine 10 angetriebenen Achse auch bei Netzausfall oder Spannungsfehler bewerkstelligt werden.Are the fourth to sixth transistor 24 . 25 . 26 locked, is through the first to third transistor 21 . 22 . 23 , which are self-conducting transistors, a short circuit of the three-phase machine 10 produced. Thus, the short circuit for short-circuit braking in the multi-phase inverter bridge 20 , and thus the device 15 , which can also be referred to as a power amplifier, can be generated. Here, the short circuit remains even when the three-phase machine is switched off 10 consist. This can be a braking of the three-phase machine 10 driven axis can be accomplished even in case of power failure or voltage error.

Anders ausgedrückt, die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15 bewirkt ein Bremsen der Achse mittels Kurzschlussbremsung mittels der selbstleitenden Leistungstransistoren 21, 22, 23 und selbstsperrenden Leistungstransistoren 24, 25, 26 derart, dass die selbstleitenden Leistungstransistoren 21, 22, 23 einen Ausgangskurzschluss zwischen mindestens zwei Phasen 31, 32, 33 der Wechselrichterbrücke erzeugen, ohne dass dabei ein Zwischenkreiskurzschluss entsteht. Damit können die selbstleitenden Leistungstransistoren 21, 22, 23 auch bei der Ansteuerung der Drehstrommaschine 10 zum Einsatz kommen, auch wenn solche Transistoren bisher als untauglich für die Antriebstechnik, insbesondere eine Ansteuerung einer Drehstrommaschine, galten.In other words, the multiphase inverter bridge 20 , and with it the device 15 causes braking of the axle by means of short-circuit braking by means of the self-conducting power transistors 21 . 22 . 23 and self-blocking power transistors 24 . 25 . 26 such that the normally-on power transistors 21 . 22 . 23 an output short circuit between at least two phases 31 . 32 . 33 generate the inverter bridge, without creating a DC link short circuit. This allows the self-conducting power transistors 21 . 22 . 23 also when controlling the three-phase machine 10 are used, even if such transistors were previously considered unfit for the drive technology, in particular a control of a three-phase machine.

Gemäß einer Modifikation des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels sind der erste bis dritte Transistor 21, 22, 23 selbstsperrend und nicht selbstleitend, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Zudem sind bei der Modifikation des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der vierte bis sechste Transistor 24, 25, 26 selbstleitend und nicht selbstsperrend, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall wird der Motorkurzschluss durch den vierten bis sechsten Transistor 24, 25, 26 hergestellt, während der erste bis dritte Transistor 21, 22, 23 gesperrt sind.According to a modification of the in 1 The first embodiment shown are the first to third transistor 21 . 22 . 23 self-locking and not self-conducting, as in the first embodiment. In addition, in the modification of in 1 illustrated first embodiment of the fourth to sixth transistor 24 . 25 . 26 self-conducting and not self-locking, as in the first embodiment. In this case, the motor short circuit is through the fourth to sixth transistor 24 . 25 . 26 produced while the first to third transistor 21 . 22 . 23 are locked.

2 zeigt eine technische Anlage 2 mit einer Drehstrommaschine 10 und einer Vorrichtung 15. Die Vorrichtung 15 ist in 2 ein, 3-Level-Wechselrichter mit einer mehrphasigen Wechselrichterbrücke 20. Diese Wechselrichterbrücke 20 umfasst wiederum den ersten bis sechsten Transistor 21 bis 26. Hierbei ist der erste bis sechste Transistor 21 bis 26 jeweils mit einer ersten bis sechsten Freilaufdiode 21A bis 26A parallel verschaltet, wie in 2 gezeigt. Die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15, hat bei diesem Ausführungsbeispiel zudem einen siebten bis zwölften Transistor 41 bis 46 und eine siebte bis zwölfte Freilaufdiode 41A bis 46A. Die siebte bis zwölfte Freilaufdiode 41A bis 46A ist jeweils dem siebten bis zwölften Transistor 41 bis 46 parallelgeschaltet, wie in 2 dargestellt. 2 shows a technical system 2 with a three-phase machine 10 and a device 15 , The device 15 is in 2 one, 3-level inverter with a polyphase inverter bridge 20 , This inverter bridge 20 again comprises the first to sixth transistor 21 to 26 , Here, the first to sixth transistor 21 to 26 each with a first to sixth free-wheeling diode 21A to 26A connected in parallel, as in 2 shown. The multiphase inverter bridge 20 , and with it the device 15 , In this embodiment also has a seventh to twelfth transistor 41 to 46 and a seventh to twelfth freewheeling diode 41A to 46A , The seventh to twelfth freewheeling diode 41A to 46A is in each case the seventh to twelfth transistor 41 to 46 connected in parallel, as in 2 shown.

Darüber hinaus hat die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15, in 2 eine erste bis sechste Diode 51 bis 56. Die erste Diode 51 ist mit der vierten Diode 54 in Reihe geschaltet. Zudem ist die zweite Diode 52 mit der fünften Diode 55 in Reihe geschaltet. Darüber hinaus ist die dritte Diode 53 mit der sechsten Diode 56 in Reihe geschaltet. Die erste Diode 51 ist zudem zur Parallelschaltung aus erstem Transistor 21 und erster Freilaufdiode 21A parallelgeschaltet. Die zweite Diode 52 ist zur Parallelschaltung aus zweitem Transistor 22 und zweiter Freilaufdiode 22A parallelgeschaltet. Zudem ist die vierte Diode 54 zur Parallelschaltung aus zehntem Transistor 44 und zehnter Freilaufdiode 44A parallelgeschaltet. Die fünfte Diode 55 ist zur Parallelschaltung aus elftem Transistor 45 und elfter Freilaufdiode 45A parallelgeschaltet. Zudem ist eine Reihenschaltung aus dritter Diode 53 und sechster Diode 56 parallelgeschaltet zu einer Reihenschaltung aus zwölftem Transistor und drittem Transistor 23.In addition, the multi-phase inverter bridge has 20 , and with it the device 15 , in 2 a first to sixth diode 51 to 56 , The first diode 51 is with the fourth diode 54 connected in series. In addition, the second diode 52 with the fifth diode 55 connected in series. In addition, the third diode 53 with the sixth diode 56 connected in series. The first diode 51 is also for parallel connection of the first transistor 21 and first freewheeling diode 21A connected in parallel. The second diode 52 is for parallel connection of second transistor 22 and second freewheeling diode 22A connected in parallel. In addition, the fourth diode 54 for parallel connection of tenth transistor 44 and tenth freewheeling diode 44A connected in parallel. The fifth diode 55 is for parallel connection of eleventh transistor 45 and eleventh freewheeling diode 45A connected in parallel. In addition, a series connection of third diode 53 and sixth diode 56 connected in parallel to a series connection of twelfth transistor and third transistor 23 ,

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15, hat zudem einen ersten Kondensator 61 und einen zweiten Kondensator 62, die in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltung auf erstem und zweitem Kondensator 61, 62 ist wiederum parallel zu der Schaltung aus erstem bis zwölftem Transistor 21 bis 26 und 41 bis 46 und den zugehörigen Freilaufdioden 21A bis 26A und 41A bis 46A geschaltet, wie in 2 gezeigt.The multiphase inverter bridge 20 , and with it the device 15 , also has a first capacitor 61 and a second capacitor 62 which are connected in series. The series connection on the first and second capacitor 61 . 62 is in turn parallel to the circuit of first to twelfth transistor 21 to 26 and 41 to 46 and the associated freewheeling diodes 21A to 26A and 41A to 46A switched as in 2 shown.

In 2 sind der erste bis dritte Transistor 21, 22, 23 und der zehnte bis zwölfte Transistor 44, 45, 46 selbstleitende Transistoren, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Somit sind der erste bis dritte Transistor 21, 22, 23 und der zehnte bis zwölfte Transistor 44, 45, 46 jeweils beispielsweise ein Transistor, der ohne Gatespannung leitet, beispielsweise ein Siliciumcarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistor (SiC-SFET oder SiC-JFET), ein Galliumnitrid-Sperrschicht-Felldefekttransistor (GaN-SFET oder GaN-JFET), usw.In 2 are the first to third transistors 21 . 22 . 23 and the tenth to twelfth transistor 44 . 45 . 46 normally-on transistors as described in the first embodiment. Thus, the first to third transistors 21 . 22 . 23 and the tenth to twelfth transistor 44 . 45 . 46 For example, a transistor that conducts no gate voltage, for example, a silicon carbide junction field effect transistor (SiC-SFET or SiC-JFET), a gallium nitride junction skin defect transistor (GaN-SFET or GaN-JFET), etc.

Die anderen Transistoren in 2, das heißt der vierte bis sechste Transistor 24, 25, 26 und der siebte bis neunte Transistor 41, 42, 43 sind selbstsperrende Transistoren. Der vierte bis sechste Transistor 24, 25, 26 und der siebte bis neunte Transistor 41, 42, 43 sind jeweils beispielsweise ein Silicium-Metalloxidhalbleiter-Feldefekttransistor (Si-MOSFET), usw.The other transistors in 2 that is the fourth to sixth transistor 24 . 25 . 26 and the seventh to ninth transistor 41 . 42 . 43 are self-blocking transistors. The fourth to sixth transistor 24 . 25 . 26 and the seventh to ninth transistor 41 . 42 . 43 are each, for example, a silicon-metal oxide semiconductor field effect transistor (Si-MOSFET), etc.

Somit sind die Transistoren innerhalb des gestrichelt gezeichneten Rahmens 80 in 2 selbstleitende Transistoren und die Transistoren außerhalb des Rahmens 80 sind selbstsperrende Transistoren.Thus, the transistors are within the dashed frame 80 in 2 normally-on transistors and the transistors outside the frame 80 are self-blocking transistors.

Der Anschluss 27 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem ersten Transistor 21 und dem zehnten Transistor 44 angeordnet. Der zweite Anschluss 28 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem zweiten Transistor 22 und dem elften Transistor 45 angeordnet. Der dritte Anschluss 29 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem dritten Transistor 23 und dem zwölften Transistor 46 angeordnet. Auch mit der mehrphasigen Wechselrichterbrücke 20, und damit der Vorrichtung 15, der technischen Anlage 2 kann ein Kurzschluss der Drehmaschine 10 hergestellt werden, bei welchem der Kurzschluss auch bei ausgeschalteter Drehstrommaschine 10 bestehen bleibt.The connection 27 is between the first transistor in this embodiment 21 and the tenth transistor 44 arranged. The second connection 28 is between the second transistor in this embodiment 22 and the eleventh transistor 45 arranged. The third connection 29 is between the third transistor in this embodiment 23 and the twelfth transistor 46 arranged. Also with the multiphase inverter bridge 20 , and thus the device 15 , the technical facility 2 can cause a short circuit of the lathe 10 be produced, in which the short circuit even when switched off three-phase machine 10 persists.

Im Übrigen ist die Funktion der mehrphasigen Wechselrichterbrücke 20, und damit der Vorrichtung 15, bei diesem Ausführungsbeispiel ähnlich wie die Funktion der mehrphasigen Wechselrichterbrücke 20, und damit der Vorrichtung 15, bei dem ersten Ausführungsbeispiel oder seiner Modifikation.Incidentally, the function of the multi-phase inverter bridge 20 , and thus the device 15 in this embodiment, similar to the function of the polyphase inverter bridge 20 , and thus the device 15 in the first embodiment or its modification.

Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die selbstleitenden Transistoren ideal geeignet für eine Realisierung eines Motorkurzschlusses, da der Kurzschluss bei Spannungsausfall aufrechterhalten bleibt.In both embodiments, the normally-on transistors are ideally suited for realizing a motor short-circuit, since the short circuit is maintained in the event of power failure.

Die Vorrichtung 15 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels kann ein Wechselrichter sein, in den die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20 eingebaut ist. Für die Eigensicherheit des Wechselrichters ist es vorteilhaft, dass entweder die drei oberen oder die drei unteren Transistoren beim Beispiel von 1 selbstleitende Transistoren sind, wobei die anderen Transistoren selbstsperrende Transistoren sind. In Bezug auf die Vorrichtung 15 von 2 sind die Transistoren in selbstleitender Bauart gewählt, welche die Verbindung zur Mittelpunktspannung herstellen, also zu den Anschlüssen 27, 28, 29. Demgegenüber sind die äußeren Transistoren in selbstsperrender Bauart ausgeführt.The device 15 of the first and second embodiments may be an inverter into which the polyphase inverter bridge 20 is installed. For the intrinsic safety of the inverter, it is advantageous that either the three upper or the three lower transistors in the example of 1 are self-conducting transistors, the other transistors are self-blocking transistors. In terms of the device 15 from 2 the transistors are selected in self-conducting type, which connect to the midpoint voltage, so to the terminals 27 . 28 . 29 , In contrast, the outer transistors are designed in self-locking design.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der mehrphasigen Wechselrichterbrücke 20, der Vorrichtung 15 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.All previously described embodiments of the polyphase inverter bridge 20 , the device 15 and the method can be used individually or in all possible combinations. In particular, all features and / or functions of the embodiments described above can be combined as desired. In addition, the following modifications are conceivable, in particular.

Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.The parts shown in the figures are shown schematically and may differ in the exact embodiment of the shapes shown in the figures, as long as their functions described above are guaranteed.

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15, für die technische Anlage 1, 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und/oder seiner Modifikation und/oder dem zweiten Ausführungsbeispiel bietet neben dem Kurzschluss der Drehstrommaschine 10 auch eine Anlaufsperre der Drehstrommaschine 10. Somit ist ein Antriebsregelgerät, insbesondere für eine Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM), mit Anlaufsperre und Maschinenkurzschluss bereitgestellt.The multiphase inverter bridge 20 , and with it the device 15 , for the technical system 1 . 2 according to the first embodiment and / or its modification and / or the second embodiment offers in addition to the short circuit of the three-phase machine 10 also a start-up lock of the three-phase machine 10 , Thus, a drive control device, in particular for a permanent magnet synchronous machine (PMSM), provided with start-up lock and machine short circuit.

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder seiner Modifikation und/oder dem zweiten Ausführungsbeispiel kann auch andere Schaltungsvarianten als die in 1 und 2 gezeigten aufweisen, solange die zuvor beschriebene Funktion der Kurzschlussbremsung mit Anlaufsperre für eine Drehstrommaschine realisiert wird.The multiphase inverter bridge 20 , and with it the device 15 , according to the first embodiment or its modification and / or the second embodiment, other circuit variants than those in 1 and 2 have shown, as long as the previously described function of the short-circuit braking with start-up lock for a three-phase machine is realized.

Die Drehstrommaschine 10 kann auch als drehzahlvariabler Antrieb bezeichnet werden.The three-phase machine 10 can also be referred to as a variable speed drive.

Die mehrphasige Wechselrichterbrücke 20, und damit die Vorrichtung 15, kann beispielsweise bei Handmaschinen, Windkraftmaschinen, Hauptspindel- und Servoantrieben von Fräsmaschinen, usw. zum Einsatz kommen.The multiphase inverter bridge 20 , and with it the device 15 , For example, in manual machines, wind turbines, main spindle and servo drives of milling machines, etc. are used.

Claims

Polyphase inverter bridge ( 20 ), with a combination of normally-on power transistors ( 21 . 22 . 23 ; 21 . 22 . 23 . 44 . 45 . 46 ) and self-blocking power transistors ( 24 . 25 . 26 ; 24 . 25 . 26 . 41 . 42 . 43 ), wherein the self-conducting power transistors ( 21 . 22 . 23 ; 21 . 22 . 23 . 44 . 45 . 46 ) and self-blocking power transistors ( 24 . 25 . 26 ; 24 . 25 . 26 . 41 . 42 . 43 ) are connected such that the self-conducting power transistors ( 21 . 22 . 23 ; 21 . 22 . 23 . 44 . 45 . 46 ), optionally in conjunction with freewheeling diodes ( 21A . 22A . 23A . 44A . 45A . 46A ), an output short circuit between at least two phases ( 31 . 32 . 33 ) of the inverter bridge, which is used to decelerate a three-phase machine ( 10 ) can be used without causing a DC link short circuit.

Polyphase inverter bridge ( 20 ) according to claim 1, wherein in each case a self-conducting power transistor ( 21 . 22 . 23 ; 21 . 22 . 23 . 44 . 45 . 46 ) and a self-blocking power transistor ( 24 . 25 . 26 ; 24 . 25 . 26 . 41 . 42 . 43 ) are connected in series.

Polyphase inverter bridge ( 20 ) according to claim 1 or 2, wherein three series circuits consist of a self-conducting and a self-blocking power transistor ( 21 . 24 ; 22 . 25 ; 23 . 26 ) are connected in parallel to one another, or wherein three series circuits each comprise a self-blocking power transistor ( 41 ; 42 . 43 ), a self-conducting power transistor ( 21 ; 22 ; 23 ), another self-conducting power transistor ( 44 ; 45 ; 46 ) and another self-blocking power transistor ( 24 ; 25 ; 26 ) are connected in parallel with each other.

Polyphase inverter bridge ( 20 ) according to any one of the preceding claims, further comprising at least one connection ( 27 . 28 . 29 ), for connecting a three-phase machine ( 10 ), with which the axis is drivable, wherein the connection ( 27 . 28 . 29 ) between a self-conducting power transistor ( 21 ; 22 ; 23 ) and a self-blocking power transistor ( 24 ; 25 ; 26 ), or wherein the connection between two self-conducting power transistors ( 21 . 44 ; 22 . 45 ; 23 . 46 ) is arranged.

Three-phase machine ( 10 ) for driving an axle, with a polyphase inverter bridge ( 20 ) according to one of the preceding claims.

Three-phase machine ( 10 ) according to claim 5, wherein the three-phase machine ( 10 ) is a permanent magnet synchronous motor or a permanent magnet synchronous generator.

Technical installation ( 1 ; 2 ), with an axis, a three-phase machine ( 10 ) for driving the axis into a movement, and a polyphase inverter bridge ( 20 ) according to one of the preceding claims.

Technical installation ( 1 ; 2 ) according to claim 7, further comprising a safety device for preventing the synchronous machine can develop an acceleration torque.

A method for stopping an axle, comprising the steps of driving the axle via a multi-phase inverter bridge comprising a combination of normally-on power transistors ( 21 . 22 . 23 ; 21 . 22 . 23 . 44 . 45 . 46 ) and self-blocking power transistors ( 24 . 25 . 26 ; 24 . 25 . 26 . 41 . 42 . 43 ) and braking the axle by means of short-circuit braking by means of the self-conducting power transistors ( 21 . 22 . 23 ; 21 . 22 . 23 . 44 . 45 . 46 ) and self-blocking power transistors ( 24 . 25 . 26 ; 24 . 25 . 26 . 41 . 42 . 43 ) such that the self-conducting power transistors ( 21 . 22 . 23 ; 21 . 22 . 23 . 44 . 45 . 46 ) an output short circuit between at least two phases ( 31 . 32 . 33 ) of the inverter bridge without generating a DC link short circuit.

The method of claim 9, wherein the step of braking is performed in combination with a safety device that prevents the three-phase machine ( 10 ) can develop an acceleration torque.