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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrichtervorrichtung, insbesondere eine Stromrichtervorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem, ein elektrisches Antriebssystem mit einer Stromrichtervorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung.
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Für den Betrieb von elektrischen Maschinen, wie sie beispielsweise zum Antrieb von Elektro- oder Hybridfahrzeugen verwendet werden, sind Wechselrichter erforderlich. Aus Sicherheitsgründen müssen diese Wechselrichter einen sogenannten sicheren Zustand bereitstellen, der eingestellt wird, wenn beispielsweise ein Bauteil im Hochvoltsystem, in der Hochvoltbatterie, im Wechselrichter oder in der elektrischen Maschine ausfällt und so ein geregelter Betrieb der elektrischen Maschine nicht weiter möglich ist. Derartige sichere Zustände sind beispielsweise ein aktiver Kurzschluss (AKS) oder ein Freilauf. Bei Asynchronmaschinen wird durch den Wechselrichter in der Regel der Freilauf als sicherer Zustand gewählt, da sich aus bestimmten Betriebspunkten bei einem aktiven Kurzschluss im Wechselrichter gegebenenfalls sehr hohe Entmagnetisierungsströme einstellen könnten.
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Wird bei einer Asynchronmaschine aus dem laufenden Betrieb in den Freilauf gewechselt, so wird aufgrund der Entmagnetisierungsströme innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne je nach Maschinentyp und Betriebspunkt eine große Menge an elektrischer Energie in den Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters eingespeist. Dies führt zu einem Spannungsanstieg am Zwischenkreiskondensator.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2008 050 543 A1 offenbart eine Schutzschaltung für einen Zwischenkreis eines Wechselrichters gegen Überspannungen. Die Schutzschaltung weist ein dem Zwischenkreis vorgeschaltetes und mittels eines ansteuerbaren mechanischen Schaltmittels überbrückbares Vorschaltelement zur Spannungsbegrenzung des Zwischenkreises auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Stromrichtervorrichtung gemäß Patentanspruch 1, ein elektrisches Antriebssystem gemäß Patentanspruch 7 und ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung gemäß Patentanspruch 9.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- Eine Stromrichtervorrichtung mit einem Stromrichter, einer Funkenstrecke und einer Zündeinrichtung. Der Stromrichter umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss ist über einen Trennschalter mit einer elektrischen Energiequelle koppelbar. Der Ausgangsanschluss ist mit Phasenanschlüssen einer elektrischen Maschine koppelbar. Die Funkenstrecke ist mit dem Eingangsanschluss oder dem Ausgangsanschluss des Stromrichters elektrisch gekoppelt. Die Zündeinrichtung ist dazu ausgelegt, die Funkenstrecke zu zünden.
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Weiterhin ist vorgesehen:
- Ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Energiequelle, einer erfindungsgemäßen Stromrichtervorrichtung, einem Trennschalter und einer elektrischen Maschine. Der Trennschalter ist elektrisch zwischen der elektrischen Energiequelle und dem Eingangsanschluss des Stromrichters angeordnet. Der Trennschalter ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Energiequelle und der Stromrichtervorrichtung zu unterbrechen. Die elektrische Maschine ist mit dem Ausgangsanschluss des Stromrichters gekoppelt.
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Ferner ist vorgesehen:
- Ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung mit dem Schritt des Bereitstellens eines Stromrichters, der einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst. Der Eingangsanschluss des Stromrichters ist mit einem Trennschalter der elektrischen Energiequelle koppelbar und der Ausgangsanschluss des Stromrichters ist mit Phasenanschlüssen einer elektrischen Maschine koppelbar. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Anordnens einer Funkenstrecke an dem Eingangsanschluss oder dem Ausgangsanschluss des Stromrichters und des Zündens der Funkenstrecke, wenn ein vorbestimmter Betriebszustand des Stromrichters detektiert wird.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem elektrischen Antriebssystem mit einer von einem Stromrichter gespeisten elektrischen Maschine Betriebszustände auftreten können, welche zu einer Spannungsüberhöhung führen können. Derartige Spannungsüberhöhungen stellen für die Bauteile des elektrischen Antriebssystems, insbesondere für die Halbleiterschalter des Stromrichters, eine Gefahr dar. Sollen Beschädigungen der Bauteile zuverlässig verhindert werden, so ist entweder eine konservative Auslegung der verwendeten Komponenten erforderlich (hohe Spannungsfestigkeit) oder es sind aufwendige und kostenintensive Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Spannungsüberhöhungen erforderlich.
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So können zum Beispiel kritische Betriebspunkte gegebenenfalls durch eine Steuerung mit einer angepassten Betriebsstrategie vermieden werden. Beispielsweise können gezielt solche Betriebspunkte in Kennfeld einer elektrischen Maschine vermieden werden, bei welchen die von der elektrischen Maschine zurückgespeiste elektrische Energie besonders hoch ist. Solche Betriebspunkte sind insbesondere generatorische Betriebspunkte mit einem hohen Drehmoment. Wird in diesen Fällen zusätzlich oder alternativ eine Betriebsbremse eingesetzt, so verringert sich entsprechend die zurückgespeiste elektrische Energie und in der Folge sinkt die Gefahr von gefährlichen Spannungsüberhöhungen. Dabei wird jedoch die Bewegungsenergie der elektrischen Maschine durch die Betriebsbremse in Wärmeenergie umgewandelt und kann nicht weiter genutzt werden.
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Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Stromrichtervorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem vorzusehen, welches auf einfache und zuverlässige Weise Spannungsüberhöhungen in einem Stromrichter für ein elektrisches Antriebssystem unterbinden kann. Hierzu sieht die vorliegende Erfindung vor, an dem Eingangsanschluss und/oder dem Ausgangsanschluss des Stromrichters eine Funkenstrecke anzuordnen. Diese Funkenstrecke kann beim Auftreten von gefährlichen Betriebszuständen gezündet werden. Alternativ ist es auch möglich, das Betriebsverhalten des Stromrichters zu überwachen und bereits die Funkenstrecke zu zünden, bevor sich in dem Stromrichter ein kritischer Betriebszustand, wie zum Beispiel eine Spannungsüberhöhung o.ä. einstellen kann. Ferner kann auch bereits dann die Funkenstrecke gezündet werden, wenn aufgrund der aktuellen Ansteuerung des Stromrichters ein kritischer Betriebszustand zu erwarten wäre. Beispielsweise kann automatisch beim Einstellen eines Betriebszustands, wie z.B. dem Freilauf, die Funkenstrecke gezündet werden. Durch das Zünden der Funkenstrecke wird sehr rasch eine elektrische Verbindung geschaffen, über welche elektrische Energie abgebaut werden kann, die ansonsten zu einer gefährlichen Spannungsüberhöhung in dem Stromrichter führen könnte.
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Durch das Zünden der Funkenstrecke bildet sich zwischen den Elektroden der Funkenstrecke ein elektrisch leitfähiges Plasma. Somit wird die Funkenstrecke elektrisch leitfähig. Auf diese Weise können die Bauteile des elektrischen Antriebssystems, insbesondere des Stromrichters, sicher und zuverlässig vor auftretenden Spannungsüberhöhungen geschützt werden. Infolgedessen ist es möglich, beim Aufbau des elektrischen Antriebssystems, insbesondere des Stromrichters, Bauteile einzusetzen, welche eine geringere Spannungsfestigkeit aufweisen müssen. Derartige Bauteile sind in der Regel kostengünstiger und erfordern auch nur einen geringeren Bauraum. Hierdurch können die Kosten für die Stromrichter von elektrischen Antriebssystemen gesenkt werden. Darüber hinaus können die Stromrichter auch kompakter und mit weniger Bauraumvolumen realisiert werden.
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Durch einen zuverlässigen Schutz des Stromrichters vor Spannungsüberhöhungen sinkt somit auch die Gefahr einer Beschädigung oder eines Ausfall des Stromrichters. Daher kann auch die Lebensdauer des Stromrichters und somit des Antriebssystems gesteigert werden. Die Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Antriebssystems und insbesondere des Stromrichters, ist durch den Schutz vor Spannungsüberhöhungen deutlich geringer.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Zündeinrichtung der Stromrichtervorrichtung dazu ausgelegt, die Funkenstrecke zu zünden, wenn ein vorbestimmter Betriebszustand des Stromrichters detektiert wird. Insbesondere kann die Zündeinrichtung die Funkenstrecke dann zünden, wenn eine elektrische Spannung in dem Stromrichter, beispielsweise an dem Eingangsanschluss des Stromrichters über dem Zwischenkreis, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Durch das Zünden der Funkenstrecke bei diesen definierten Betriebszuständen kann eine Spannungsüberhöhung in dem Stromrichter zuverlässig verhindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromrichtervorrichtung eine Überstromschutzeinrichtung. Insbesondere kann diese Überstromschutzeinrichtung in Serie mit der Funkenstrecke angeordnet sein. Durch eine solche Überstromschutzeinrichtung kann beispielsweise verhindert werden, dass die elektrische Energiequelle, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, aufgrund eines Fehlers oder ähnlichem über die Funkenstrecke entladen wird. In diesem Falle würde aufgrund des hohen elektrischen Stroms, der durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt würde, die Überstromschutzeinrichtung ansprechen und die Entladung verhindern.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Funkenstrecke eine Löscheinrichtung. Diese Löscheinrichtung ist dazu ausgelegt, einen Lichtbogen der Funkenstrecke zu löschen, wenn eine elektrische Spannung über der Funkenstrecke einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Insbesondere kann beispielsweise die Funkenstrecke durch die Löscheinrichtung dann zum Erlöschen gebracht werden, wenn die elektrische Spannung über der Funkenstrecke im Bereich der von der elektrischen Energiequelle bereitgestellten Spannung liegt bzw. diese nur noch geringfügig überschreitet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Ausgangsanschluss des Stromrichters mehrere Phasenanschlusspunkte, die jeweils mit einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine koppelbar sind. Hierbei kann zwischen jeweils zwei Phasenanschlusspunkten eine Funkenstrecke angeordnet sein. Auf diese Weise können sämtliche Phasenanschlüsse vor elektrischen Überspannungen durch die elektrische Maschine geschützt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Stromrichter einen Wechselrichter. Darüber hinaus sind grundsätzlich auch beliebige weitere Stromrichter möglich, die zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine geeignet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektrischen Antriebssystems ist die Zündeinrichtung dazu ausgelegt, die Funkenstrecke zu zünden, wenn der Trennschalter die elektrische Verbindung zwischen der elektrischer Energiequelle und der Stromrichtervorrichtung unterbricht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die elektrische Energie, die von der elektrischen Maschine in einem Generatorbetrieb in die Stromrichtervorrichtung eingespeist wird, über die Funkenstrecke zuverlässig abgebaut werden kann und es somit zu keinen Spannungsüberhöhungen kommt.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform;
- 2: eine schematische Darstellung einer Stromrichteranordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 3: eine schematische Darstellung einer Stromrichteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4: eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung für eine Zündvorrichtung der Funkenstrecke in einer Stromrichteranordnung gemäß einer Ausführungsform; und
- 5: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Antriebssystem umfasst eine elektrische Energiequelle 2. Beispielsweise kann es sich bei dieser elektrischen Energiequelle 2 um eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges handeln. Aber auch weitere elektrische Energiequellen, insbesondere elektrische Gleichspannungsquellen, sind darüber hinaus möglich. Die elektrische Energiequelle 2 ist über einen Trennschalter 3 mit einer Stromrichtervorrichtung 1 verbunden. Die Stromrichtervorrichtung 1 steuert mittels der elektrischen Energie von der elektrischen Energiequelle 2 eine mit der Stromrichtervorrichtung 1 elektrisch gekoppelte elektrische Maschine 4 an. Bei der elektrischen Maschine 4 kann es sich beispielsweise um eine Asynchronmaschine handeln. Darüber hinaus sind jedoch auch weitere elektrische Maschinen, wie beispielsweise permanenterregte Synchronmaschinen oder ähnliches möglich.
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In einem weiteren Betriebsmodus kann beispielsweise die rotierende elektrische Maschine 4 elektrische Energie in Richtung der Stromrichtervorrichtung 1 einspeisen. Die Stromrichtervorrichtung 1 kann diese von der elektrischen Maschine 4 eingespeiste elektrische Energie konvertieren und über den Trennschalter 3 in die elektrische Energiequelle 2 einspeisen. Auf diese Weise kann beispielsweise die elektrische Energiequelle 2 aufgeladen werden.
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In einem weiteren Betriebsmodus kann die Stromrichtervorrichtung 1 einen sogenannten sicheren Zustand einstellen. Ein solcher sicherer Zustand kann beispielsweise ein Freilauf oder ein aktiver Kurzschluss der elektrischen Maschine 4 sein. Wird eine Asynchronmaschine aus dem laufenden Betrieb in den Freilauf geschaltet, so fließen sogenannte Entmagnetisierungsströme von der Asynchronmaschine in Richtung der Stromrichtervorrichtung 1. Hierbei kann die Asynchronmaschine je nach Maschinentyp innerhalb einer sehr kurzen Zeit eine große Menge elektrischer Energie in einen Zwischenkreiskondensator der Stromrichtervorrichtung 1 einspeisen. Dies kann zu einer unerwünschten Spannungsüberhöhung am Zwischenkreis der Stromrichtervorrichtung 1 führen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichtervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Stromrichtervorrichtung 1 umfasst einen Stromrichter 10. Ein Eingangsanschluss 11 des Stromrichters 10 kann mit der elektrischen Energiequelle 2 über den Trennschalter 3 gekoppelt werden. Ein Ausgangsanschluss 12 des Stromrichters 10 kann mit den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine 4 elektrische gekoppelt werden. Bei dem Stromrichter 10 kann es sich beispielsweise um einen Wechselrichter handeln. Der Stromrichter 10 kann beispielsweise mittels der elektrischen Energie von der elektrischen Energiequelle 2 die elektrische Maschine 4 ansteuern. Beispielsweise kann ein Wechselrichter eine von einer Batterie bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertieren, die dazu geeignet ist, die elektrische Maschine 4 anzusteuern. Wird die elektrische Maschine 4 in einem Generator-Betriebsmodus betrieben, so kann der Stromrichter 10 die von der elektrischen Maschine 4 bereitgestellte elektrische Energie ebenfalls konvertieren und die konvertierte elektrische Energie in die elektrische Energiequelle 2 einspeisen und so beispielsweise eine Batterie aufladen. Darüber hinaus kann der Stromrichter 10 einen sogenannten sicheren Zustand bereitstellen, in dem die elektrische Maschine 4 in den Freilauf oder einen aktiven Kurzschluss geschaltet wird.
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Am Eingangsanschluss 11 des Stromrichters 10 ist eine Funkenstrecke 14-1 zwischen den beiden Anschlusspunkten des Eingangsanschlusses 11 angeordnet. Bei dieser Funkenstrecke 14-1 kann es sich beispielsweise um eine Funkenstrecke mit einem festen Funkenabstand handeln. Alternativ ist auch eine Funkenstrecke mit einem anpassbaren Abstand zwischen den beiden Funkenelektroden möglich. Vorzugsweise handelt es sich bei der Funkenstrecke 14-1 um eine gekapselte Funkenstrecke. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass das Plasma der Funkenstrecke 14-1 keine Gefahr für weitere Bauelemente in der Umgebung der Funkenstrecke 14-1 darstellen kann. Beispielsweise kann es sich bei der Funkenstrecke 14-1 um eine Funkenstrecke handeln, wie sie auch für Blitzlampen in Fotogeräten, Stroboskopen oder ähnlichem eingesetzt werden. Darüber hinaus kann auch eine beliebige weitere Funkenstrecke eingesetzt werden, die die erforderlichen Eigenschaften aufweist. Der Abstand der Funkenelektroden der Funkenstrecke 14-i und die damit verbundenen Zündeigenschaften sind vorzugsweise individuell auf die jeweilige Konfiguration des elektrischen Antriebssystems und insbesondere auf auch die angeschlossene elektrische Maschine 4 und/oder die angeschlossene elektrische Energiequelle 2 angepasst. Beispielsweise kann die Funkenstrecke 14-1 derart angepasst sein, dass beim Anliegen einer elektrischen Spannung in Höhe der Leerlaufspannung der elektrischen Energiequelle 2 und gegebenenfalls eines zusätzlichen Grenzwertes, noch kein Zünden der Funkenstrecke 14-1 erfolgt.
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Die Funkenstrecke 14-i ist mit einer Zündeinrichtung 15 gekoppelt. Diese Zündeinrichtung 15 ist dazu ausgelegt, die Funkenstrecke 14-1 zu zünden. Hierzu kann die Zündeinrichtung 15 beispielsweise ein Triggersignal an der Funkenstrecke 14-1 bereitstellen, wodurch die Funkenstrecke 14-1 gezündet wird und eine elektrische leitfähige Verbindung zwischen den Funkenelektroden der Funkenstrecke 14-1 entsteht. Daraufhin kann über diese elektrisch leitfähige Verbindung innerhalb der Funkenstrecke 14-1 elektrische Energie abgebaut werden. Insbesondere kann auf diese Weise elektrische Energie abgebaut werden, die ansonsten zu einer Spannungsüberhöhung innerhalb der Stromrichtervorrichtung 1, beispielsweise am Zwischenkreis des Stromrichters 10, führen könnte.
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Die Funkenstrecke 14-1 kann beispielsweise dann durch die Zündeinrichtung 15 gezündet werden, wenn die elektrische Maschine 4 mittels des Stromrichters 10 in einen sicheren Zustand geschaltet wird. In diesem Fall kann die elektrische Energie, welche eventuell von der elektrischen Maschine 4 während dieses Betriebszustandes in den Stromrichter 10 eingespeist wird, über die Funkenstrecke 14 abgebaut werden. Während dieses Betriebszustands ist der Trennschalter 3 zwischen der elektrischen Energiequelle 2 und dem Stromrichter 10 in der Regel geöffnet.
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Ferner kann die Zündeinrichtung 15 auch mittels geeigneter Sensoren, z.B. Strom- und/oder Spannungssensoren, den Betrieb des Stromrichters 10 überwachen. Wird bei dieser Überwachung ein kritischer Betriebspunkt, wie zum Beispiel eine Spannungsüberhöhung o.ä. detektiert, so kann zur Vermeidung bzw. zur Beseitigung eines solchen kritischen Betriebspunktes die Funkenstrecke 14-1 gezündet werden.
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Sollte der Trennschalter 3 zwischen der elektrischen Energiequelle 2 und dem Stromrichter 10 beim Zünden der Funkenstrecke 14-i geschlossen sein, so würde auch die elektrische Energiequelle 2 elektrische Energie in Richtung des Stromrichters 10 einspeisen, die dann ebenfalls über die Funkenstrecke 14-1 fließen würde. Dies würde zu einem Entladen der elektrischen Energiequelle 2 führen und dabei eventuell zu einem thermischen Ereignis führen. Um einen größeren Schaden aufgrund eines thermischen Ereignisses zu verhindern, kann in Serie zu der Funkenstrecke 14-1 eine Überstromschutzeinrichtung 16 angeordnet sein. Die Serienschaltung aus Überstromschutzeinrichtung 16 und Funkenstrecke 14-1 ist dabei zwischen den Anschlusspunkten des Eingangsanschlusses 11 angeordnet. Wird nun die Funkenstrecke 14-1 gezündet, während die elektrische Energiequelle 2 mit dem Stromrichter 10 über den geschlossenen Trennschalter 3 gekoppelt ist, so wird eine deutlich größere Menge an elektrischer Energie umgesetzt, als dies alleine bei einer Einspeisung von elektrischer Energie durch die elektrische Maschine 4 bei geöffnetem Trennschalter 3 der Fall wäre. Dieser höhere elektrische Energie führt zu einem Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 16. Auf diese Weise wird die elektrische Verbindung zwischen den Anschlusspunkten am Eingangsanschluss 11 des Stromrichters 10 geöffnet und ein Kurzschluss der elektrischen Energiequelle 2 verhindert werden.
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Die Funkenstrecke 14-1 kann darüber hinaus eine Löscheinrichtung 17 umfassen. Die Löscheinrichtung 17 kann dazu ausgelegt sein, einen Lichtbogen der gezündeten Funkenstrecke 14-1 zu löschen. Insbesondere kann dabei die Löscheinrichtung 17 den Lichtbogen in der Funkenstrecke 14-1 dann löschen, wenn eine elektrische Spannung in dem Stromrichter 10 oder ein elektrischer Strom durch die Funkenstrecke 14-1 einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Beispielsweise kann die Funkenstrecke 14-1 dann gelöscht werden, wenn die elektrische Spannung über der Funkenstrecke bzw. am Zwischenkreis des Stromrichters 10 die von der elektrischen Energiequelle 2 bereitgestellte Spannung (gegebenenfalls zusätzlich eines vorgegebenen Schwellwertes) unterschreitet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichtervorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Stromrichtervorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere dadurch, dass anstelle der Funkenstrecke 14-1 am Eingangsanschluss des Stromrichters 10 hier mehrere Funkenstrecken 14-2, 14-3, 14-4 zwischen den Anschlusspunkten des Ausgangsanschlusses 12 des Stromrichters vorgesehen sind. Darüber hinaus ist der Aufbau dieser Stromrichtervorrichtung analog zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel und - soweit sinnvoll - auch mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kombinierbar.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine dreiphasige elektrische Maschine 4 mit dem Ausgangsanschluss 12 des Stromrichters 10 gekoppelt Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere mehrphasige elektrische Maschinen 4 an einem entsprechend konfigurierten Stromrichter 10 anschließbar. Zwischen jeweils zwei Anschlusspunkten für die Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine 4 ist eine Funkenstrecke 14-2, 14-3, 14-4 angeordnet. Hierbei können beispielsweise zwischen jeweils zwei Anschlusspunkten separate Funkenstrecken 14-2, 14-3, 14-4 vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, eine gemeinsame Funkenstreckenanordnung mit einer geeigneten Anzahl von Funkenstrecken 14-2, 14-3, 14-4 vorzusehen. Insbesondere ist es auch möglich, alle Funkenstrecken 14-2, 14-3, 14-4 von einer gemeinsamen Zündeinrichtung 15 zu zünden.
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Da die Funkenstrecken 14-2, 14-3, 14-4 nicht unmittelbar mit der elektrischen Energiequelle 2 verbunden sind, sondern über den Stromrichter 10 von der elektrischen Energiequelle 2 entkoppelt sind, ist es auch möglich, gegebenenfalls auf eine Überstromschutzeinrichtung 16 und/oder eine Löscheinrichtung 17 zu verzichten. Darüber hinaus können die Funkenstrecken 14-2, 14-3, 14-4 bei einer entsprechenden Ansteuerung des Stromrichters 10 (zum Beispiel Freilauf) auch dann gezündet werden, wenn die elektrische Energiequelle 2 über den Trennschalter 3 mit dem Stromrichter verbunden ist. In diesem Fall verursachen die gezündeten Funkenstrecken 14-2, 14-3, 14-4 auch bei einer angeschlossenen elektrischen Energiequelle 2 keinen Kurzschluss der elektrischen Energiequelle 2.
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Das Zünden der Funkenstrecken 14-i durch die Zündeinrichtung 15 erfolgt in allen Ausführungsformen insbesondere dann, wenn eine Spannungsüberhöhung in dem Stromrichter 10 detektiert wird und/oder aufgrund eines eingestellten Schaltzustands im Stromrichter 10 zu erwarten ist. Beispielsweise kann die Zündeinrichtung 15 mit einem Spannungsdetektor (nicht dargestellt) gekoppelt werden, der eine elektrische Spannung am Eingangsanschluss 11 (über dem Zwischenkreis) und/oder zwischen den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine 4 überwacht. Überschreitet die überwachte elektrische Spannung einen vorgegebenen Grenzwert, so kann die Zündeinrichtung 15 die entsprechen Funkenstrecken 14-i zünden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Funkenstrecken 14-i mittels der Zündeinrichtung 15 stets dann zu zünden, wenn in dem Stromrichter 10 ein vorgegebener Betriebszustand, beispielsweise ein Freilauf, eingestellt wird.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Schaltungskonfiguration einer Zündeinrichtung 15. Soll die Funkenstrecke 14-i mittels der Zündeinrichtung 15 gezündet werden, so wird hierbei das Schaltelement S geschlossen. Hierdurch wird der Kondensator C entladen, wobei ein Energiepuls über den Zündtransformator T übertragen wird. Dieser Energiepuls wird über die Zündelektrode Z an der Funkenstrecke 14-i angelegt. Da das Grundprinzip einer solchen Zündung aus Blitzlampen für Stroboskope oder ähnliches bereits bekannt ist, wird auf eine weitergehende Ausführung hier verzichtet.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung 1, wie es einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt S1 wird ein Stromrichter 10 bereitgestellt. Der Stromrichter 10 umfasst einen Eingangsanschluss 11 und einen Ausgangsanschluss 12. Der Eingangsanschluss 11 ist über einen Trennschalter 3 mit einer elektrischen Energiequelle 2 koppelbar. Der Ausgangsanschluss 12 ist mit Phasenanschlüssen einer elektrischen Maschine 4 koppelbar. In Schritt S2 wird eine Funkenstrecke 14-i an dem Eingangsanschluss 11 und/oder dem Ausgangsanschluss 12 des Stromrichters 10 angeordnet. In Schritt S5 erfolgt ein Zünden der Funkenstrecke 14-i, wenn ein vorbestimmter Betriebszustand des Stromrichters 10 detektiert wird. Der detektierte Betriebszustand des Stromrichters 10 kann beispielsweise das Einstellen eines vorgegebenen Zustands, beispielsweise Freilauf oder aktiver Kurzschluss, umfassen. Darüber hinaus kann der vorbestimmte Betriebszustand auch das Detektieren, insbesondere das Überschreiten, eines vorbestimmten Spannungswertes in dem Stromrichter 10, beispielsweise am Zwischenkreis des Stromrichters 10, umfassen.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Stromrichtervorrichtung mit einem Überspannungsschutz. Hierzu ist an dem Eingang und/oder dem Ausgang eines Stromrichters eine Funkenstrecke vorgesehen. Diese Funkenstrecke kann beim Einstellen eines vorgegebenen Betriebszustands des Stromrichters gezündet werden. Durch das Zünden der Funkenstrecke kann elektrische Energie in dem Stromrichter abgebaut werden. Auf diese Weise kann eine Spannungsüberhöhung vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008050543 A1 [0004]
