DE102016114445A1 - Dreiphasen-Wechselrichtersystem - Google Patents

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Abstract

In einem Dreiphasen-Wechselrichtersystem mit einem Wechselrichter-Hauptstromkreis 31 und einer Steuerschaltung 20 weist das Wechselrichtersystem Stromsensoren 7u und 7w auf, welche die Ausgangsströme in der U-Phase bzw. der W-Phase ermitteln, weist der Wechselrichter-Hauptstromkreis 31 eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung 4A auf, die in dem unteren Zweig in der V-Phase vorgesehen ist, und umfasst die Steuerschaltung 20 ein Treibersignal-Erzeugungsmittel 21, das die ermittelten Stromwerte, die von den Stromsensoren 7u und 7w in dieses eingegeben wurden, aufweist, um die Treibersignale der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1, 2, 3, 4A, 5 und 6 zu erzeugen, ein Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittel 22V, das einen Ausgangsstromwert in der V-Phase auf Basis eines erfassten Signals von der Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung 4A abschätzt, und ein Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23, das eine Fehlfunktion in mindestens einem von den Stromsensoren 7u und 7w auf der Basis der ermittelten Stromwerte aus den Stromsensoren 7u und 7w und des abgeschätzten Stromwertes aus dem Stromabschätzungsmittel 22V erkennt.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Ermitteln einer Fehlfunktion in einem Ausgangsstromsensor in einem Dreiphasen-Wechselrichtersystem.
  • 2. Stand der Technik
  • 3 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau des Motorantriebssystems darstellt, das in JP-A-2008-22645 (Abschnitte [0023] bis [0028], 1 und 2 usw.) beschrieben ist.
  • In 3 ist das Motorantriebssystem mit einer Gleichstrom-Leistungsversorgung 101, einem Wechselrichter 102 in drei Phasen, Stromsensoren 103u, 103v und 103w, welche die Ausgangsströme jeweils in den Phasen U, V und W im Wechselrichter 102 ermitteln, und einem Steuerungssystem 200 ausgestattet. Das Steuerungssystem 200 ist ferner mit einer Stromermittlungseinheit 201, einer Stromabschätzungseinheit 202, einer Stromsensor-Fehlfunktionsabschätzungseinheit 203 und einer Steuerschaltung 204 ausgestattet. Das Bezugszeichen M bezeichnet einen Motor.
  • Bei einem normalen Betrieb des Systems ermitteln die Stromsensoren 103u, 103v und 103w die Ausgangsströme jeweils in den Phasen U, V und W des Wechselrichters 102, und die ermittelten Ausgaben der Stromsensoren 103u, 103v und 103w werden durch die Stromermittlungseinheit 201 als die ermittelten Stromwerte iu, iv und iw in den jeweiligen Phasen U, V und W bereitgestellt. Die Steuerschaltung 204 erzeugt auf der Basis der ermittelten Stromwerte iu, iv und iw Schaltbefehle, um eine Ein-Aus-Steuerung von Halbleiter-Schaltvorrichtungen im Wechselrichter 102 auszuführen. Das führt dazu, dass der Wechselrichter 102 Dreiphasen-Wechselspannungen ausgibt, von denen jede einen festgelegten Betrag und eine festgelegte Frequenz aufweist, um den Motor M anzutreiben.
  • Die Stromabschätzungseinheit 202 schätzt unter Verwendung von beliebigen zwei der ermittelten Stromwerte iu, iv und iw, die von der Stromermittlungseinheit 201 ausgegeben wurden, so zum Beispiel von den ermittelten Stromwerten iu und iv in den jeweiligen Phasen U bzw. V, den verbleibenden ermittelten Stromwert in der W-Phase ab (auf der Grundlage der Beziehung iu + iv + iw = 0 muss der abgeschätzte Stromwert iwa durch iwa = –(iu + iv) gegeben sein) und gibt den abgeschätzten Stromwert iwa an die Stromsensor-Fehlfunktionsabschätzungseinheit 203 aus. Durch wiederholtes Ausführen des Verfahrens in einer konstanten Periode, nämlich der Auswahl von ermittelten Stromwerten in beliebigen zwei Phasen und des arithmetischen Berechnungsvorgangs des abgeschätzten Stromwertes in der verbleibenden einen Phase, sind die ermittelten Stromwerte iu, iv und iw, und die abgeschätzten Stromwerte iua, iva und iwa in den entsprechenden Phasen U, V und W nacheinander in die Stromsensor-Fehlfunktionsabschätzungseinheit 203 einzugeben.
  • Die Stromsensor-Fehlfunktionsabschätzungseinheit 203 erhält unter Verwendung eines ermittelten Stromwertes in einer Periode bezüglich einer von den drei Phasen den gemittelten Wert eines Stromwertes in jeder Phase, und wenn der gemittelte Wert in einer bestimmten Phase nicht null ist, kommt sie zu einer Annahme, dass der Stromsensor in der Phase eine Fehlfunktion aufweist. Wenn die Fehlfunktion zum Beispiel im Stromsensor 103w in der W-Phase vermutet wird, dann wird eine derartige Information an die Stromermittlungseinheit 201 gesendet, von der die ermittelten Stromwerte iu und iv ein den entsprechenden Phasen U und V außer der Phase W an die Steuerschaltung 204 ausgegeben werden. Bezüglich der W-Phase wird der abgeschätzte Stromwert iwa, der von der Stromabschätzungseinheit 202 erhalten wurde, an die Steuerschaltung 204 ausgegeben.
  • Bei dem obigen Verfahren hat die Steuerschaltung 204 einen festgelegten arithmetischen Berechnungsvorgang auszuführen, indem die ermittelten Stromwerte iu und iv sowie der abgeschätzte Stromwert iwa verwendet werden, und die Schaltbefehle zu erzeugen.
  • Gemäß der Technologie, die in JP-A-2008-22645 beschrieben ist, ist es selbst dann, wenn ein bestimmter Stromsensor in einer bestimmten Phase eine Fehlfunktion aufweist, unter Verwendung des abgeschätzten Stromwertes in der Phase und der ermittelten Stromwerte in den anderen zwei Phasen möglich, den Motor M problemlos durch den Wechselrichter 102 anzutreiben.
  • In dem zugehörigen Dreiphasen-Wechselrichtersystem müssen jedoch Stromsensoren für die drei Phasen bereitgestellt werden, was ein Problem dahingehend verursacht, dass die Abmessung des Systems vergrößert wird, was eine Zunahme der Kosten desselben zur Folge hat.
  • Darüber hinaus ist für die Technologie zur Ermittlung einer Fehlfunktion in einem Stromsensor eine Technologie bekannt, in der für eine Phase zwei Stromsensoren verwendet werden und die ermittelten Werte der entsprechenden Sensoren miteinander verglichen werden. Mit einer derartigen redundanten Messung ist es jedoch unmöglich, eine Größenzunahme und eine Zunahme der Kosten wie in dem obigen artverwandten System zu vermeiden.
  • Dahingegen wird in dem Japanischen Patent Nr. 5304967 (Abschnitte [0005] bis [0007], 1 und 10 usw.) eine Technologie offenbart, bei der ein Strom in jeder Phase durch eine sogenannte Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung ohne Verwendung irgendeines Stromsensors ermittelt wird.
  • 4 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau des Motorantriebssystems darstellt, das in dem Japanischen Patent Nr. 5304967 beschrieben ist. In 4 ist das Motorantriebssystem mit einem Wechselrichter 300 in drei Phasen (Phasen U, V und W) ausgestattet, der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 301 bis 306 und einen Kondensator 307, Stromermittlungseinheiten 308a, 308b, 310a, 310b, 312a und 312b, Addierer 309, 311 und 313 und eine Steuerschaltung 400 aufweist. Das Bezugszeichen M bezeichnet einen Motor. Für jede der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 302, 304 und 306 wird in ihren jeweiligen unteren Zweigen in drei Phasen im Wechselrichter 300 eine Multiemitter-Vorrichtung als eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung verwendet, die mit einem Abtastemitter und einer Abtastdiode ausgestattet ist.
  • In dem obigen Wechselrichter 300 wird ein Strom, der in dem Abtastemitter fließt, und ein Strom, der in der Abtastdiode fließt, in der Halbleiter-Schaltvorrichtung 302 in der U-Phase durch die Stromermittlungseinheit 308a bzw. die Stromermittlungseinheit 308b ermittelt, und daran anschließend werden die Werte der ermittelten Ströme durch den Addierer 309 summiert. Außerdem wird ein Strom, der in dem Abtastemitter fließt, und ein Strom, der in der Abtastdiode fließt, in der Halbleiter-Schaltvorrichtung 304 in der V-Phase durch die Stromermittlungseinheit 310a bzw. die Stromermittlungseinheit 310b ermittelt, und daran anschließend werden die Werte der ermittelten Ströme durch den Addierer 311 summiert. Ferner wird ein Strom, der in dem Abtastemitter fließt, und ein Strom, der in der Abtastdiode fließt, in der Halbleiter-Schaltvorrichtung 306 in der W-Phase durch die Stromermittlungseinheit 312a bzw. die Stromermittlungseinheit 312b ermittelt, und daran anschließend werden die Werte der ermittelten Ströme durch den Addierer 313 summiert. Das hat zur Folge, dass der Ausgabestrom in jeder Phase des Wechselrichters 300 als eine diskrete sinusförmige Welle abgeschätzt wird.
    [Patentschrift 1] JP-A-2008-22645 (Abschnitte [0023] bis [0028], 1 und 2 usw.)
    [Patentschrift 2] Japanisches Patent Nr. 5304967 (Abschnitte [0005] bis [0007], 1 und 10 usw.)
  • Gemäß der Technologie, die in dem Japanischen Patent Nr. 5304967 beschrieben ist, werden die Stromsensoren 103u, 103v und 103w in ihren jeweiligen Phasen unnötig, sodass eine Verkleinerung und Kostenverringerung des Systems ermöglicht wird.
  • In dem System, das in dem Japanischen Patent Nr. 5304967 offenbart ist, erschweren die verringerten Breiten der Treiberimpulse für die Halbleiter-Schaltvorrichtungen 302, 304 und 306 die Abschätzung des Ausgangsstroms, um die oberen Grenzwerte der Schaltfrequenz und des Spannungsamplitudenbefehls einzuschränken, wenn die PWM-Steuerung des Wechselrichters 300 ausgeführt wird.
  • Somit weist das System gemäß dem Japanischen Patent Nr. 5304967 Einschränkungen in den Bereichen der Schaltfrequenz usw. auf. Deshalb gab es das Problem, dass es bei einer Verwendung einer Schnellschaltvorrichtung, in der ein Halbleitermaterial mit einer großen Bandlücke, wie SiC (Siliziumcarbid), verwendet wird, unmöglich ist, die Vorteile der Vorrichtung, wie z. B. die hohe Geschwindigkeit und den geringen Verlust, in vollem Umfange zu nutzen.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dreiphasen-Wechselrichtersystem zu schaffen, dass es ermöglicht, die Fehlfunktion eines Stromsensors zu ermitteln, wobei die Abmessung des Systems bei verminderten Kosten verkleinert wird, indem die Anzahl der Stromsensoren verringert wird, und außerdem Schnellschaltvorrichtungen zu verwenden, ohne durch die Betriebsbedingungen, wie z. B. die Schaltfrequenzen, eingeschränkt zu sein.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine erste Ausbildung der Erfindung zum Lösen der genannten Aufgabe ist ein Dreiphasen-Wechselrichtersystem mit:
    einem Wechselrichter-Hauptstromkreis, in dem drei Reihenschaltungen parallel geschaltet sind, wobei in jedem von ihnen ein oberer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, und ein unterer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, in Reihe über eine Gleichstrom-Leistungszuführung hinweg geschaltet sind, um einen Wechselstrom für eine Phase als einen Ausgangsstrom auszugeben, wobei der Verbindungspunkt des oberen und unteren Zweigs als ein Wechselstrom-Ausgangsanschluss vorgesehen ist und wobei der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder von den Reihenschaltungen mit einer Verbindungsleitung als der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder Phase des Dreiphasen-Wechselstromausgangs an eine Last angeschlossen ist; und
    einer Steuerschaltung, welche die ermittelten Werte der Ausgangsströme des Wechselrichter-Hauptstromkreises, die in diese eingegeben wurden, aufweist, um die Treibersignale der Halbleiter-Schaltvorrichtungen zu erzeugen,
    wobei in diesem System
    zwei Verbindungsleitungen in zwei Phasen von den Verbindungsleitungen in den drei Phasen, die ihre jeweiligen Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse in den drei Phasen mit der Last verbinden, mit zwei Stromsensoren als ihren jeweiligen Stromsensoren ausgestattet sind, welche die Werte der Ausgangsströme ermitteln, die in den zwei Verbindungsleitungen fließen,
    der Wechselrichter-Hauptstromkreis eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung aufweist, wobei die Vorrichtung als die Halbleiter-Schaltvorrichtung in einem von dem oberen Zweig und dem unteren Zweig in einer anderen Phase als den zwei Phasen, in denen die Werte der Ausgangsströme durch die Stromsensoren ermittelt werden, vorgesehen ist und ferner den Strom ermittelt, der in der einen Phase fließt, und
    wobei die Steuerschaltung aufweist:
    ein Treibersignal-Erzeugungsmittel, das die ermittelten Stromwerte, die von den Stromsensoren in dieses eingeben wurden, aufweist, um die Treibersignale zu erzeugen;
    ein Stromabschätzungsmittel, das auf der Basis eines von der Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung ermittelten Signals einen Ausgangsstromwert in der einen Phase abschätzt, in der die schaltende Halbleitervorrichtung mit einer Stromabtastung versehen ist; und
    ein Fehlfunktionsnachweismittel, das die Fehlfunktion in mindestens einem von den Stromsensoren auf der Basis der ermittelten Stromwerte aus den zwei Stromsensoren und dem abgeschätzten Stromwert aus dem Stromabschätzungsmittel nachweist.
  • Eine zweite Ausbildung der Erfindung ist ein Dreiphasen-Wechselrichtersystem mit:
    einem Wechselrichter-Hauptstromkreis, in dem drei Reihenschaltungen parallel geschaltet sind, wobei in jedem von ihnen ein oberer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, und ein unterer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, in Reihe über eine Gleichstrom-Leistungszuführung hinweg geschaltet sind, um einen Wechselstrom für eine Phase als einen Ausgangsstrom auszugeben, wobei der Verbindungspunkt des oberen und unteren Zweigs als ein Wechselstrom-Ausgangsanschluss vorgesehen ist und wobei der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder von den Reihenschaltungen mit einer Verbindungsleitung als der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder Phase des Dreiphasen-Wechselstromausgangs an eine Last angeschlossen ist; und
    einer Steuerschaltung, welche die ermittelten Werte der Ausgangsströme des Wechselrichter-Hauptstromkreises, die in diese eingegeben wurden, aufweist, um die Treibersignale der Halbleiter-Schaltvorrichtungen zu erzeugen,
    wobei in diesem System
    zwei Verbindungsleitungen in zwei Phasen von den Verbindungsleitungen in drei Phasen, die ihre jeweiligen Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse in den drei Phasen mit der Last verbinden, mit zwei Stromsensoren als ihren jeweiligen Stromsensoren ausgestattet sind, welche die Werte der Ausgangsströme ermitteln, die in den zwei Verbindungsleitungen fließen,
    der Wechselrichter-Hauptstromkreis zwei Halbleiter-Schaltvorrichtungen mit ihren jeweiligen Stromabtastungen aufweist, wobei jede von diesen Vorrichtungen als die Halbleiter-Schaltvorrichtung in einem von dem oberen Zweig und dem unteren Zweig in ihrer eigenen einen Phase von den zwei Phasen vorgesehen ist, bei denen die Werte der Ausgangsströme darin durch die Stromsensoren ermittelt wurden, und ferner den Strom ermittelt, der in dem Zweig in ihrer eigenen einen Phase von den zwei Phasen fließt, und
    wobei die Steuerschaltung aufweist:
    ein Treibersignal-Erzeugungsmittel, das die ermittelten Stromwerte, die von den Stromsensoren in dieses eingeben wurden, aufweist, um die Treibersignale zu erzeugen;
    ein Stromabschätzungsmittel, das auf Basis ermittelter Signale aus den zwei Halbleiter-Schaltvorrichtungen mit ihren jeweiligen Stromabtastungen die Ausgangsstromwerte in den zwei Phasen abschätzt, in denen jeweils ihre eigene Halbleiter-Schaltvorrichtung von den zwei Halbleiter-Schaltvorrichtungen mit ihren jeweiligen Stromabtastungen vorgesehen ist; und
    ein Fehlfunktionsnachweismittel, das die Fehlfunktion in mindestens einem von den Stromsensoren auf der Basis der ermittelten Stromwerte aus den zwei Stromsensoren und den abgeschätzten Stromwerten aus dem Stromabschätzungsmittel nachweist.
  • Eine dritte Ausbildung der Erfindung ist ein Dreiphasen-Wechselrichtersystem gemäß der ersten oder der zweiten Ausbildung, wobei in dem System das Potential des Ausgangsanschlusses der Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung gleich einem Bezugspotential der Steuerschaltung gemacht wird.
  • Im Vergleich mit dem Fall, in dem alle Ausgangsströme in den drei Phasen durch Stromsensoren ermittelt werden, werden gemäß der Erfindung weniger Stromsensoren benötigt. Dies ermöglicht eine Größenreduktion des Dreiphasen-Wechselrichtersystems bei verringerten Kosten und im Zusammenhang damit eine einfache Ermittlung von Fehlfunktionen der Stromsensoren.
  • Darüber hinaus werden die Treibersignale der Halbleiter-Schaltvorrichtungen auf der Basis der ermittelten Stromwerte in zwei Phasen erzeugt. Somit gibt es im Vergleich mit dem Fall, in dem die Treibersignale auf der Basis von abgeschätzten Stromwerten erzeugt werden, die aus einer Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung erhalten werden, eine vorteilhafte Auswirkung dahingehend, dass eine Einschränkung durch die Schaltfrequenz und den Spannungsamplitudenbefehl schwierig ist, wenn die PWM-Steuerung des Wechselrichters ausgeführt wird. Deshalb können die Vorteile der Vorrichtungen ausreichend nachgewiesen werden, wenn schnelle und verlustarme Schaltvorrichtungen, die aus Halbleitermaterialien mit einer breiten Bandlücke ausgebildet werden, für das Dreiphasen-Wechselrichtersystem verwendet werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau eines Motorantriebssystems zeigt, auf welches eine erste Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
  • 2 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau eines Motorantriebssystems zeigt, auf welches eine zweite Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
  • 3 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau des Motorantriebssystems darstellt, das in JP-A-2008-22645 beschrieben ist; und
  • 4 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau des Motorantriebssystems darstellt, das in dem Japanischen Patent Nr. 530967 beschrieben ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau eines Motorantriebssystems zeigt, auf welches eine erste Ausführungsform der Erfindung angewendet wird. In 1 wird ein Wechselrichter-Hauptstromkreis 31 in drei Phasen aus einer Gleichstrom-Leistungsversorgung 10 und einer Brückenschaltung gebildet, die über die Gleichstrom-Leistungsversorgung 10 geschaltet ist und die Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1, 2, 3, 4A, 5 und 6 aufweist. Der Reihenschaltungspunkt der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1 und 2, der Reihenschaltungspunkt der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 3 und 4A sowie der Reihenschaltungspunkt der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 5 und 6 sind an einen Motor M, der eine Last ist, mit den jeweiligen Verbindungsleitungen als ein U-Phasen-Ausgangsanschluss, ein V-Phasen-Ausgangsanschluss und ein W-Phasen-Ausgangsanschluss angeschlossen. Auf dem Motor M ist ein Winkelsensor 8 angebracht, der den Drehwinkel vom Rotor des Motors M ermittelt.
  • Ein U-Phasen-Ausgangsstrom, der vom U-Phasen-Ausgangsanschluss ausgegeben wird, und ein W-Phasen-Ausgangsstrom, der vom W-Phasen-Ausgangsanschluss ausgegeben wird, werden durch Stromsensoren 7u und 7w ermittelt, die auf den jeweiligen Verbindungsleitungen in der U-Phase und W-Phase vorgesehen sind, um in eine Steuerschaltung 20 eingegeben zu werden, die im Weiteren erläutert wird. Die Steuerschaltung 20 erzeugt Gate-Signale G1 bis G6, durch welche die Ein-Aus-Steuerungen der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1, 2, 3, 4A, 5 und 6 mittels der entsprechenden Gate-Treiberschaltungen 11 bis 16 ausgeführt werden.
  • Hierbei wird für die Halbleiter-Schaltvorrichtung 4A im unteren Zweig in der V-Phase, in der kein Stromsensor vorgesehen ist, eine Multiemitter-Vorrichtung als eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung verwendet, die mit einem Abtastemitter 4e und einer Abtastdiode 4d versehen ist. Der Abtastemitter 4e und die Abtastdiode 4d sind mit einer Abtastermittlungssignal-Verarbeitungsschaltung 17 verbunden. Hierbei kann in dem unteren Zweig anstelle der Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung 4A eine normale Halbleiter-Schaltvorrichtung verwendet werden, und in dem oberen Zweig kann anstelle der Halbleiter-Schaltvorrichtung 3 eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung verwendet werden.
  • In der Ausführungsform kann die Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung in dem unteren Zweig oder in dem oberen Zweig in einer Phase (der V-Phase in der in 1 dargestellten Ausführungsform) vorgesehen sein, die anders als die zwei Phasen (die U-Phase und die W-Phase in der in 1 dargestellten Ausführungsform) ist, in welchen die Ausgangsströme durch Stromsensoren ermittelt werden. Wenn die Halbleiter-Schaltvorrichtung 4A in dem unteren Zweig als die Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung bereitgestellt ist, wie in 1 dargestellt ist, und ihr Emitteranschluss als ein Ausgangsanschluss ausgeführt ist, der auf ein Potential gelegt ist, das gleich dem Bezugspotential (Erdpotential) der Steuerschaltung 20 ist, dann wird hier keine Isolationsmaßnahme zwischen dem Wechselrichter-Hauptstromkreis 31 und der Steuerschaltung 20 benötigt, wodurch das System tatsächlich weniger aufwändig und kleiner gemacht wird.
  • Für die Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1, 2, 3, 4A, 5 und 6 ist der Einsatz von Vorrichtungen vorzuziehen, die für schnelle Betriebsabläufe mit einem geringen Verlust geeignet sind, wobei ein Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke, wie z. B. SiC, verwendet wird. Außerdem müssen nicht alle von den Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1, 2, 3, 4A, 5 und 6 vom Typ IGBT sein, wie in 1 dargestellt ist, sondern können auch ein FET und ein Bipolartransistor sein.
  • Die Steuerschaltung 20 ist mit einem Treibersignal-Erzeugungsmittel 21, einem Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittel 22V als einem Stromabschätzungsmittel und einem Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 versehen.
  • Das Treibersignal-Erzeugungsmittel 21 erzeugt auf der Basis eines in der U-Phase ermittelten Stromwertes iu, der durch den Stromsensor 7u ermittelt wurde, eines in der W-Phase ermittelten Stromwertes iw, der durch den Stromsensor 7w ermittelt wurde, eines ermittelten Winkelwertes, der durch den Winkelsensor 8 ermittelt wurde, und einer Drehmomentanweisung die Gate-Signale G1, G2, G3, G4, G5 und G6 der jeweiligen Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1, 2, 3, 4A, 5 und 6.
  • In das Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittel 22V wird das Ausgangssignal der Abtastermittlungssignal-Verarbeitungsschaltung 17 eingegeben, und in das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 wird zusammen mit dem in der V-Phase ermittelten Stromwert iv und dem in der W-Phase ermittelten Stromwert iw ein in der V-Phase abgeschätzter Stromwert iva als die Ausgabe des Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittels 22V eingegeben. Von dem Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 wird ein Stromsensor-Fehlfunktionserfassungssignal ausgegeben, das anzeigt, dass der Stromsensor 7u oder 7w eine Fehlfunktion aufweist, wenn das der Fall ist.
  • Die Funktion des Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittels 22V ist gleichwertig der Funktion, die von den Stromermittlungseinheiten 308a und 308b und dem Addierer 309 in 4 ausgeführt wird. Das heißt, das Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittel 22V liefert auf Basis des Ergebnisses der Addition der Informationen vom Strom, der im Abtastemitter 4e fließt, und der Informationen vom Rückstrom (regenerativer Strom), der in der Abtastdiode 4d fließt, den abgeschätzten Wert iva eines diskreten sinusförmigen V-Phasen-Stroms.
  • Das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 erfasst die Fehlfunktion des Stromsensors 7u oder 7w auf der Basis des in der U-Phase ermittelten Stromwertes iu, des in der W-Phase ermittelten Stromwertes iw und des in der V-Phase abgeschätzten Stromwertes iva, die dorthin eingegeben werden. Wenn die Summe der Ströme iu, iw und iva zum Beispiel nicht null ist, dann trifft das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 eine Entscheidung, dass entweder der Stromsensor 7u oder der Stromsensor 7w eine Fehlfunktion aufweist. Anstelle dessen kann das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 einen in einer Periode gemittelten Wert sowohl mit Bezug auf den in der U-Phase ermittelten Stromwert iu als auch mit Bezug auf den in der W-Phase ermittelten Stromwert iw beschaffen, und wenn es eine Phase gibt, in welcher der gemittelte Wert nicht null ist, eine Entscheidung treffen, dass der Stromsensor in der betreffenden Phase (der Stromsensor 7u oder der Stromsensor 7w) eine Fehlfunktion aufweist.
  • Nachfolgend wird die Funktion der Ausführungsform erläutert.
  • Werden die Stromsensoren 7u und 7w im Normalfall betrieben, dann führt das Treibersignal-Erzeugungsmittel 21 den festgelegten arithmetischen Berechnungsvorgang auf der Basis von aktuellen Informationen über den in der U-Phase ermittelten Stromwert iu, den in der W-Phase ermittelten Stromwert iw und einen in der V-Phase unterhaltenen Stromwert iv aus, der durch den Arbeitsschritt iv = –(iu + iw) erhalten wird, ferner mit einer Drehmomentanweisung und einem ermitteltem Winkelwert, um dadurch die Gate-Signale G1 bis G6 zu erzeugen.
  • Während des vorangehenden Arbeitsschrittes wird durch das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 keine Fehlfunktion des Stromsensors 7u oder 7w ermittelt.
  • Tritt in einem der Stromsensoren 7u und 7w eine Fehlfunktion auf, dann entscheidet das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 anhand des Umstandes, dass die Summe aus dem in der U-Phase ermittelten Stromwert iu, dem in der W-Phase ermittelten Stromwert iw und dem in der V-Phase abgeschätzten iva nicht null wird, dass irgendeiner der Stromsensoren 7u und 7w eine Fehlfunktion aufweist, um das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungssignal auszugeben. Anstelle dessen entscheidet das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 23 anhand des Umstandes, dass der in einer Periode gemittelte Wert des ermittelten Stromwertes iu oder iw in der Phase mit einem fehlerhaften Stromsensor nicht null wird, dass der Stromsensor 7u oder 7w in der entsprechenden Phase eine Fehlfunktion aufweist, um das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungssignal auszugeben.
  • 2 ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau eines Motorantriebssystems zeigt, auf welches eine zweite Ausführungsform der Erfindung angewendet wird. Komponenten, welche die gleichen Funktionen wie die von den Komponenten aufweisen, die in 1 dargestellt sind, werden mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen gekennzeichnet. Nachfolgend wird das System mit besonderer Hinwendung auf die Bereiche erläutert, die sich von den in 1 dargestellten unterscheiden.
  • In einem Wechselrichter-Hauptstromkreis 32, der in 2 dargestellt ist, ist eine Halbleiter-Schaltvorrichtung 2A als eine Multiemitter-Vorrichtung in dem unteren Zweig in der U-Phase eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung, die mit einem Abtastemitter 2e und einer Abtastdiode 2d versehen ist, und eine Halbleiter-Schaltvorrichtung 6A als eine Multiemitter-Vorrichtung in dem unteren Zweig in der W-Phase ist eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung, die mit einem Abtastemitter 6e und einer Abtastdiode 6d versehen ist. In keiner weiteren von den Halbleiter-Schaltvorrichtungen 1, 3, 4 und 5 ist eine Stromabtastfunktion vorgesehen. Der Abtastemitter 2e und die Abtastdiode 2d sind zu einer Abtastermittlungssignal-Verarbeitungsschaltung 18 verbunden, und der Abtastemitter 6e und die Abtastdiode 6d sind zu einer Abtastermittlungssignal-Verarbeitungsschaltung 19 verbunden.
  • Die Ausgangssignale der Abtastermittlungssignal-Verarbeitungsschaltungen 18 und 19 werden in das Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittel 22U bzw. 22W eingegeben, von denen jedes ein Stromabschätzungsmittel in einer Steuerschaltung 25 ist. Ein abgeschätzter Stromwert in der U-Phase iua und ein abgeschätzter Stromwert in der W-Phase iwa, die vom Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittel 22U bzw. 22W ausgegeben wurden, werden in ein Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 24 eingegeben. Wie in dem System, das in 1 dargestellt ist, werden hierbei der in der U-Phase ermittelte Stromwert iu und der in der W-Phase ermittelte Stromwert iw in das Treibersignal-Erzeugungsmittel 21 und das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 24 eingegeben.
  • Das heißt, in der Ausführungsform ist die Phase, in der die Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung 2A verwendet wird, die gleiche Phase, in welcher der Stromsensor 7u vorgesehen ist (d. h. die U-Phase), und die Phase, in der die Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung 6A verwendet wird, ist die gleiche Phase, in welcher der Stromsensor 7w vorgesehen ist (d. h. die W-Phase).
  • Der Betrieb des Treibersignal-Erzeugungsmittels 21 ist ähnlich zum Betrieb des Treibersignal-Erzeugungsmittels 21, das in 1 dargestellt ist. Beim Betrieb führt das Treibersignal-Erzeugungsmittel 21 auf der Basis von aktuellen Informationen über den in der U-Phase ermittelten Stromwert iu, den in der W-Phase ermittelten Stromwert iw und einen in der V-Phase unterhaltenen Stromwert iv den festgelegten arithmetischen Berechnungsvorgang aus mit einer Drehmomentanweisung und einem ermitteltem Winkelwert, um dadurch die Gate-Signale G1 bis G6 zu erzeugen.
  • Das Ermittlungskenngrößen-Korrekturmittel 22U bzw. 22W nimmt den in der U-Phase abgeschätzten Stromwert iua bzw. den in der W-Phase abgeschätzten Stromwert iwa auf, um sie an das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 24 auszugeben. Das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 24, das über den in der U-Phase ermittelten Stromwert iu und den in der W-Phase ermittelten Stromwert iw verfügt, die dort auch eingegeben wurden, kann eine Fehlfunktion in mindestens einem von den Stromsensoren 7u und 7w erfassen, um ein Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel auszugeben, indem der in der U-Phase ermittelte Stromwert iu mit dem in der U-Phase abgeschätzten Stromwert iua verglichen wird und indem der in der W-Phase ermittelte Stromwert iw mit dem in der W-Phase abgeschätzten Stromwert iwa verglichen wird. Anstelle dessen kann das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungsmittel 24 einen in einer Periode gemittelten Wert sowohl von dem in der U-Phase ermittelten Stromwert iu als auch von dem in der W-Phase ermittelten Stromwert iw erhalten und dann, wenn es eine Phase gibt, in welcher der gemittelte Wert nicht null ist, entscheiden, dass der Stromsensor in der betreffenden Phase (der Stromsensor 7u oder der Stromsensor 7w) eine Fehlfunktion aufweist.
  • Das Stromsensor-Fehlfunktionserfassungssignal wird verwendet, um eine Überprüfung eines Stromsensors mit einer Fehlfunktion anzufordern, indem zum Beispiel einige von den Gate-Signalen G1 bis G6 über das Treibersignal-Erzeugungsmittel 21 abgeschaltet werden oder ein Alarm erzeugt wird. Es gibt jedoch bei der Verwendung keine spezielle Beschränkung.
  • Außerdem kann das erfindungsgemäße Fehlfunktionserfassungsmittel auch in einem Dreiphasen-Wechselrichtersystem eingesetzt werden, das in allen drei Phasen in seinem Wechselrichter-Hauptstromkreis Stromsensoren aufweist.
  • Außer in dem Motorantriebssystem kann die Erfindung auf Dreiphasen-Wechselrichtersysteme angewendet werden, die verschiedenartige Wechselstromlasten antreiben.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, wird für Fachpersonen verständlich sein, dass in ihr die vorhergehenden und weitere Abänderungen in der Form und den Einzelheiten ausgeführt werden können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (3)

  1. Dreiphasen-Wechselrichtersystem mit: einem Wechselrichter-Hauptstromkreis, in dem drei Reihenschaltungen parallel geschaltet sind, wobei in jedem von ihnen ein oberer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, und ein unterer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, in Reihe über eine Gleichstrom-Leistungszuführung hinweg geschaltet sind, um einen Wechselstrom für eine Phase als einen Ausgangsstrom auszugeben, wobei der Verbindungspunkt des oberen und unteren Zweigs als ein Wechselstrom-Ausgangsanschluss vorgesehen ist, wobei der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder von den Reihenschaltungen mit einer Verbindungsleitung als der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder Phase des Dreiphasen-Wechselstromausgangs an eine Last angeschlossen ist; und einer Steuerschaltung, welche die ermittelten Werte der Ausgangsströme des Wechselrichter-Hauptstromkreises, die in diese eingegeben wurden, aufweist, um die Treibersignale der Halbleiter-Schaltvorrichtungen zu erzeugen, wobei zwei Verbindungsleitungen in zwei Phasen von den Verbindungsleitungen in den drei Phasen, die ihre jeweiligen Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse in den drei Phasen mit der Last verbinden, mit zwei Stromsensoren ausgestattet sind, die eingerichtet sind, die Werte der Ausgangsströme zu ermitteln, die in den zwei Verbindungsleitungen fließen, der Wechselrichter-Hauptstromkreis eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, die zum Abtasten eines Stromes in der Lage ist, die als die Halbleiter-Schaltvorrichtung in einem von dem oberen Zweig und dem unteren Zweig in einer Phase vorgesehen ist, die eine andere als die zwei Phasen ist, in denen die Werte der Ausgangsströme durch die Stromsensoren ermittelt werden, und die ferner derart eingerichtet ist, dass sie den Strom ermittelt, der in der einen Phase fließt, und wobei die Steuerschaltung aufweist: ein Treibersignal-Erzeugungsmittel, das derart eingerichtet ist, dass es ermittelte Stromwerte aufweist, die von den Stromsensoren aus in dieses eingeben wurden, um die Treibersignale zu erzeugen; ein Stromabschätzungsmittel, das eingerichtet ist, auf der Basis eines von der Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung ermittelten Signals einen Ausgangsstromwert in der einen Phase abzuschätzen, in der die Halbleiterschaltvorrichtung mit einer Stromabtastung versehen ist; und ein Fehlfunktionsnachweismittel, das eingerichtet ist, eine Fehlfunktion in mindestens einem von den Stromsensoren auf der Basis der ermittelten Stromwerte aus den zwei Stromsensoren und des abgeschätzten Stromwertes aus dem Stromabschätzungsmittel nachzuweisen.
  2. Dreiphasen-Wechselrichtersystem mit: einem Wechselrichter-Hauptstromkreis, in dem drei Reihenschaltungen parallel geschaltet sind, wobei in jedem von ihnen ein oberer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, und ein unterer Zweig, der eine Halbleiter-Schaltvorrichtung aufweist, in Reihe über eine Gleichstrom-Leistungszuführung hinweg geschaltet sind, um einen Wechselstrom für eine Phase als einen Ausgangsstrom auszugeben, wobei der Verbindungspunkt des oberen und unteren Zweigs als ein Wechselstrom-Ausgangsanschluss vorgesehen ist, wobei der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder von den Reihenschaltungen mit einer Verbindungsleitung als der Wechselstrom-Ausgangsanschluss in jeder Phase des Dreiphasen-Wechselstromausgangs an eine Last angeschlossen ist; und einer Steuerschaltung, welche die ermittelten Werte der Ausgangsströme des Wechselrichter-Hauptstromkreises, die in diese eingegeben wurden, aufweist, um die Treibersignale der Halbleiter-Schaltvorrichtungen zu erzeugen, wobei zwei Verbindungsleitungen in zwei Phasen von den Verbindungsleitungen in den drei Phasen, die ihre jeweiligen Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse in den drei Phasen mit der Last verbinden, mit zwei Stromsensoren ausgestattet sind, die eingerichtet sind, die Werte der Ausgangsströme zu ermitteln, die in den zwei Verbindungsleitungen fließen, der Wechselrichter-Hauptstromkreis zwei Halbleiter-Schaltvorrichtungen aufweist, die zum Abtasten eines Stromes in der Lage sind, die als die Halbleiter-Schaltvorrichtung in einem von dem oberen Zweig und dem unteren Zweig in ihrer eigenen einen Phase von den zwei Phasen vorgesehen sind, bei denen die Werte der Ausgangsströme darin durch die Stromsensoren ermittelt wurden, und die ferner derart eingerichtet sind, dass sie den Strom ermitteln, der in ihrer eigenen einen Phase von den zwei Phasen fließt, und wobei die Steuerschaltung aufweist: ein Treibersignal-Erzeugungsmittel, das derart eingerichtet ist, dass es ermittelte Stromwerte aufweist, die von den Stromsensoren aus in dieses eingeben wurden, um die Treibersignale zu erzeugen; ein Stromabschätzungsmittel, das eingerichtet ist, auf der Basis ermittelter Signale aus den zwei Halbleiter-Schaltvorrichtungen mit ihren jeweiligen Stromabtastungen die Ausgangsstromwerte in den zwei Phasen abzuschätzen, in denen jeweils ihre eigene Halbleiter-Schaltvorrichtung von den zwei Halbleiter-Schaltvorrichtungen mit ihren entsprechenden Stromabtastungen vorgesehen ist; und ein Fehlfunktionsnachweismittel, das eingerichtet ist, eine Fehlfunktion in mindestens einem von den Stromsensoren auf der Basis der ermittelten Stromwerte aus den zwei Stromsensoren und der abgeschätzten Stromwerte aus dem Stromabschätzungsmittel nachzuweisen.
  3. Dreiphasen-Wechselrichtersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Potential des Ausgangsanschlusses der Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einer Stromabtastung gleich einem Bezugspotential der Steuerschaltung gemacht wird.
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