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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-058141 , die am 23. März 2017 eingereicht wurde, und beansprucht deren Prioritätsvorteil, wobei ihr gesamter Inhalt hier mittels Verweis aufgenommen wird.
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GEBIET
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Steuersystem, eine Steuereinrichtung und ein Steuerverfahren für eine gewickelte Induktionsmaschine.
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HINTERGRUND
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Mit einem Steuersystem einer gewickelten Induktionsmaschine trennt bei Eintritt eines Ausfalls bzw. Defekts, so wie einem Kurzschluss, eines Stromversorgungssystems ein mit der Statorseite (Primärseite) der gewickelten Induktionsmaschine verbundener Stromkreisunterbrecher die gewickelte Induktionsmaschine von dem Stromversorgungssystem. Zu dieser Zeit kann auf der Statorseite das Phänomen eines abnormalen Stroms (sogenanntes Current-Zero-Missing-Phänomen bzw. Strom-Null-fehlt-Phänomen) auftreten, bei dem es keinen Zeitpunkt gibt, wann der Wechselstrom (Primärstrom) null wird. In diesem Fall schaltet ein Wechselrichter, der mit der Rotorseite der gewickelten Induktionsmaschine verbunden ist (Sekundärseite), zu einem irregulären Operationsmodus.
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Demgemäß wird eine Gleichstromkomponente einem von dem Wechselrichter ausgegebenen Wechselstrom (Sekundärstrom) überlagert. Folglich wird ein Zeitpunkt, wann der Wechselstrom null wird (sogenannter Nulldurchgangspunkt) auf der Statorseite der gewickelten Induktionsmaschine erzeugt.
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Außerdem kann bei dem Eintritt eines Defekts des Stromversorgungssystems ein Defektstrom in die gewickelte Induktionsmaschine fließen. In diesem Fall wird ein als der Wechselrichter verwendetes Schaltelement sofort ausgeschaltet. Falls die Aus-Periode des Schaltelements lang ist, nimmt jedoch die an den Wechselrichter eingegebene Gleichspannung zu, was das Schaltelement beschädigen kann. Um dies zu vermeiden, wird ein Chopper zum Unterdrücken eines Spannungsanstiegs betrieben.
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Falls, bevor ein Defekt in dem Stromversorgungssystem auftritt, die gewickelte Induktionsmaschine derart arbeitet, dass eine hohe Blindleistung, d.h. starke Erregung, in der führenden Richtung auftritt, wenn von dem Stromversorgungssystem betrachtet, tritt ein hoher Defektstrom bei dem Defekt des Stromversorgungssystems auf. In diesem Fall wird die Aus-Periode des Schaltelements verlängert, und die Gleichspannung nimmt einfach zu. Aus diesem Grund ist es zum Unterdrücken eines derartigen Anstiegs der Gleichspannung erforderlich, dass der Chopper ein Widerstand mit hohem Leistungsverbrauch ist. Falls der Leistungsverbrauch dieses Widerstands hoch ist, können die Größe und Kosten der Vorrichtung zunehmen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm der Ausgestaltung eines Steuersystems einer gewickelten Induktionsmaschine gemäß dieser Ausführungsform.
- 2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Operationsmodus eines Pumpwasserkraftsystems und einem Auftritt von Zero-Missing.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das den Operationsfluss eines Steuersystems 1 im Fall eins Defekts eines Stromversorgungssystems zeigt.
- 4 ist ein Wellenformdiagramm, das Simulationsergebnisse bei einem Betriebspunkt A zeigt, bei dem die maximale Erregung erhalten wird.
- 5 ist ein Wellenformdiagramm, das Simulationsergebnisse bei einem Betriebspunkt B zeigt, der einer Zero-Missing-Grenze entspricht.
- 6 ist ein Wellenformdiagramm, das die Simulationsergebnisse bei einem Betriebspunkt C zeigt, bei dem die minimale Erregung erhalten wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen werden nun mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden.
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In einer Ausführungsform enthält ein Steuersystem einen Chopper, eine Kurzschlusseinheit, einen Spannungsdetektorschaltkreis und eine Steuereinrichtung. Der Chopper bzw. Zerhacker reduziert eine Gleichspannung zwischen einem Wandler (Engl.: converter), der mit einem Stator in einer gewickelten Induktionsmaschine bzw. Asynchronmaschine (Engl.: wound induction machine) verbunden ist, und einem Wechselrichter (Engl.: inverter), der mit einem Rotor in der gewickelten Induktionsmaschine verbunden ist. Die Kurzschlusseinheit schließt einen zur Verbindung zwischen dem Rotor und dem Wechselrichter verwendeten Draht kurz, und der Spannungsdetektorschaltkreis ist ausgebildet zum Erfassen der Gleichspannung. Die Steuereinrichtung veranlasst ein Ansteuern bzw. Antreiben des Choppers und ein gleichzeitiges Ausgeben, von dem Wechselrichter, eines Wechselstroms, dem eine Gleichstromkomponente überlagert ist, wenn ein Spannungswert einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und veranlasst ein Ansteuern bzw. Antreiben der Kurzschlusseinheit und ein gleichzeitiges Anhalten des Wechselrichters, wenn der Spannungswert einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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1 ist ein Blockdiagramm der Ausgestaltung eines Steuersystems einer gewickelten Induktionsmaschine gemäß dieser Ausführungsform. Ein in 1 gezeigtes Steuersystem 1 ist ein System zum Steuern einer gewickelten Induktionsmaschine 10 und enthält einen Wandler 20, einen Wechselrichter 30, einen Chopper 40, eine Kurzschlusseinheit 50, einen Spannungsdetektorschaltkreis 60, einen Stromsensor 61, Ansteuerschaltkreise 70 bis 73, eine Steuereinrichtung 80, Stromkreisunterbrecher 90, einen Haupttransformator 91 und einen Wandlertransformator 92.
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Die gewickelte Induktionsmaschine 10 enthält einen Stator 11 und einen Rotor 12. Der Stator 11 ist mit einem Stromversorgungssystem 100 durch den Haupttransformator 91 und die Stromkreisunterbrecher 90 verbunden. Der Rotor 12 ist in dem Stator 11 bereitgestellt.
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Der Wandler 20 ist mit dem Stator 11 verbunden. Der Wandler 20 enthält drei Zweige für die jeweiligen Phasen in dem Dreiphasen-Wechselstrom. Jeder Zweig enthält zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente 21 und zwei Dioden 22, die antiparallel zu den jeweiligen Schaltelementen 21 geschaltet sind. Der Wandler 20 wandelt eine von dem Stromversorgungssystem 100 gelieferte Dreiphasen-Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Diese Gleichspannung, d.h. Zwischenkreisspannung (Engl.: direct current link voltage), wird durch einen Kondensator C aufrechterhalten.
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Das Schaltelement 21 kann ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) sein, wie in dieser Ausführungsform, oder kann irgendein anderer Typ eines Schaltelements sein.
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Der Wechselrichter 30 ist mit dem Rotor 12 verbunden. Der Wechselrichter 30 und der Wandler 20 sind in einem Frequenzwandler (Engl.: frequency converter) enthalten, der die Frequenz der gewickelten Induktionsmaschine 10 steuert. Wie der Wandler 20 enthält der Wechselrichter 30 drei Zweige für die jeweiligen Phasen im Dreiphasen-Wechselstrom. Jeder Zweig enthält zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente 31 und zwei Dioden 32, die antiparallel zu den jeweiligen Schaltelementen 31 geschaltet sind. Wie das Schaltelement 21 kann das Schaltelement 31 ein IGBT oder irgendein anderer Typ eines Schaltelements sein, wie oben beschrieben.
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Wenn das Stromversorgungssystem 100 in dem normalen Zustand ist, führt jedes Schaltelement 31 in dem Wechselrichter 30 eine reguläre Schaltoperation durch. Demgemäß wird die Zwischenkreisspannung in eine Dreiphasen-Wechselspannung umgewandelt. Die Frequenz dieser Wechselspannung entspricht einer Schlupffrequenz (Engl.: slip frequency), die ein Frequenzabstand zwischen dem durch den Stator 11 erzeugten rotierenden Magnetfeld und der Umdrehungszahl des Rotors 12 ist. Im Fall eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 führt im Gegensatz dazu jedes Schaltelement 31 in dem Wechselrichter 30 eine irreguläre Schaltoperation durch. Demgemäß wird eine Gleichstromkomponente dem von dem Wechselrichter 30 ausgegebenen Wechselstrom überlagert.
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Der Chopper 40 ist zwischen dem Wandler 20 und dem Wechselrichter 30 bereitgestellt. Der Chopper 40 enthält ein Schaltelement 41 (Chopper-Schaltelement) und einen Widerstand 42 (Chopper-Widerstand), der in Reihe mit dem Schaltelement 41 geschaltet ist. Falls das Schaltelement 41 angeschaltet ist/wird, fließt ein Gleichstrom in den Widerstand 42. Folglich fällt die Zwischenkreisspannung ab, so dass die Schaltelemente 21 und 31 geschützt werden können. Das Schaltelement 41 kann ein IGBT oder irgendein anderer Typ eines Schaltelements sein, so wie ein Gate-Turn-Off- (GTO) Thyristor oder ein Gate-Commutated-Turn-off-(GCT) Thyristor.
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Die Kurzschlusseinheit 50 enthält drei Schaltelemente 51 (Kurzschluss-Schaltelemente) und drei Widerstände 52 (Strombegrenzungswiderstände). Die Schaltelemente 51 sind zwischen Dreiphasendrähten U, V und W bereitgestellt, die zum Bereitstellen einer Verbindung zwischen dem Rotor 12 und dem Wechselrichter 30 verwendet werden. Die Widerstände 52 sind mit den Schaltelementen 51 in Reihe geschaltet. Falls die Schaltelemente 51 angeschaltet sind/werden, schließen die Drähte U, V und W der Kurzschlusseinheit 50 kurz, und ein Kurzschlussstrom fließt durch die Kurzschlusseinheit 50. Die Menge dieses Kurzschlussstroms kann durch die Widerstände 52 justiert werden.
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Der Spannungsdetektorschaltkreis 60 erfasst die Spannung des Kondensators C, d.h. die Zwischenkreisspannung. Der Spannungsdetektorschaltkreis 60 gibt beispielsweise den Wert der Spannung, die durch Teilen der Zwischenkreisspannung durch zwei Widerstände erhalten worden ist, an die Steuereinrichtung 80 aus. Der Stromsensor 61 erfasst den ausgegebenen Strom des Wechselrichters 30 und gibt den erfassten Stromwert an die Steuereinrichtung 80 aus.
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Die Ansteuerschaltkreise 70 bis 73 steuern den Wandler 20, den Wechselrichter 30, den Chopper 40 bzw. die Kurzschlusseinheit 50 unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 80 an. Genauer genommen steuern die Ansteuerschaltkreise die Schaltelemente 21, die Schaltelemente 31, das Schaltelement 41 und die Schaltelemente 51 an.
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Die Steuereinrichtung 80 enthält eine Bestimmungseinheit 81, eine Befehleinheit 82, einen Timer 83 und einen Zähler 84. Die Bestimmungseinheit 81 führt vielfältige Bestimmungsoperationen in Übereinstimmung mit dem durch den Spannungsdetektorschaltkreis 60 erfassten Spannungswert und dem durch den Stromsensor 61 erfassten Stromwert durch. Die Befehleinheit 82 sendet vielfältige Befehle an die Ansteuerschaltkreise 70 bis 73 in Übereinstimmung mit der Bestimmung durch die Bestimmungseinheit 81. Der Timer 83 misst die Ausfallzeit (Engl.: down-time) des Stromversorgungssystems 100. Der Zähler 84 misst die Häufigkeit eines Auftritts eines Defekts des Stromversorgungssystems 100.
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Die Stromkreisunterbrecher 90 sind zwischen dem Stromversorgungssystem 100 und dem Haupttransformator 91 bereitgestellt. Obwohl mehrfache Stromkreisunterbrecher 90 mit dem Stromversorgungssystem 100 in dieser Ausführungsform verbunden sind, kann die Anzahl der Stromkreisunterbrecher 90 eins sein. Im Fall eines Defekts, so wie einem Kurzschluss, in einem Draht zwischen den in Reihe geschalteten Stromkreisunterbrechern 90 wird irgendeiner der mehrfachen Stromkreisunterbrecher 90 von dem Stromversorgungssystem 100 getrennt. Der Zustand jedes Stromkreisunterbrechers 90 wird durch die Steuereinrichtung 80 überwacht.
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Der Haupttransformator 91 wandelt die Primärspannung der Stator 11 Seite in eine Spannung um, die äquivalent zu der des Stromversorgungssystems 100 ist. Ferner wandelt der Wandlertransformator 92 die Primärspannung in die Ansteuerspannung des Wandlers 20 um.
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Das Steuersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise für ein Pumpwasserkraftsystem (Engl.: pumped hydropower system) verwendet werden. Eine Beziehung zwischen dem Betriebszustand eines Pumpwasserkraftsystems und einem Auftritt von Zero-Missing wird nun mit Verweis auf 2 erläutert werden.
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2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Operationsmodus des Pumpwasserkraftsystems und einem Auftritt von Zero-Missing. In 2 gibt die horizontale Achse eine Wirkleistung an, und die vertikale Achse gibt eine Blindleistung an. Wenn das Stromversorgungssystem 100 in dem normalen Zustand ist, wird die Spannung der gewickelten Induktionsmaschine 10, von der Systemseite betrachtet, durch die Erregungsintensität bestimmt. In 2 ist die Erregung bei dem Betriebspunkt A die höchste, und die Erregung bei dem Betriebspunkt C ist die niedrigste.
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Im Fall eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 wird der in die gewickelte Induktionsmaschine 10 fließende Defektstrom durch die Erregungsintensität bestimmt. Zu dieser Zeit nimmt in dem Operationsmodus, in dem die Erregungsintensität höher als eine gewisse Grenze ist, eine Wechselstromkomponente in dem Primärstrom der Stator 11 Seite zu, wodurch Zero-Missing verhindert wird. Diese Grenze wird hier im Nachfolgenden als eine Zero-Missing-Grenze bezeichnet.
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Falls im Gegensatz dazu die Kurzschlusseinheit 50 in dem Operationsmodus arbeitet, in dem die Erregungsintensität niedriger als die Zero-Missing-Grenze ist, werden die Drähte U, V und W kurzgeschlossen, so dass die Schaltelemente 31 in dem Wechselrichter 30 ausgeschaltet sind. In diesem Fall kann der Wechselrichter 30 nicht einen Wechselstrom ausgeben, der einer Gleichstromkomponente überlagert ist. Folglich tritt Zero-Missing auf.
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Um dieses Phänomen zu vermeiden, wird in dieser Ausführungsform in dem Operationsmodus, in dem die Erregungsintensität niedriger als die Zero-Missing-Grenze ist, bis die Spannung des Spannungsdetektorschaltkreises 60 einen zweiten vorbestimmten Wert (der später beschrieben werden wird) überschreitet, die Kurzschlusseinheit 50 nicht angesteuert, und der Chopper 40 und der Wechselrichter 30 werden gleichzeitig betrieben. Demgemäß ist der Widerstand 42 in dem Chopper 40 derart festgelegt, dass der durch den Spannungsdetektorschaltkreis 60 erfasste Spannungswert nicht den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Wie das Steuersystem 1 im Fall eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 arbeitet, wird nun im Detail mit Verweis auf 3 erläutert werden. 3 ist ein Flussdiagramm, das den Operationsfluss des Steuersystems 1 im Fall eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 zeigt.
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In dem Stromversorgungssystem 100 tritt beispielsweise ein Kurzschluss auf, die Zwischenkreisspannung nimmt zu. Somit nimmt der durch den Spannungsdetektorschaltkreis 60 erfasste Spannungswert zu. Demgemäß bestimmt die Bestimmungseinheit 81 in der Steuereinrichtung 80 zuerst, ob der Spannungswert von dem Spannungsdetektorschaltkreis 60 den ersten vorbestimmten Wert überschreitet (Schritt S1).
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Falls der Spannungswert den ersten vorbestimmten Wert überschreitet, weist die Befehleinheit 82 in der Steuereinrichtung 80 den Ansteuerschaltkreis 72 an, den Chopper 40 anzusteuern bzw. anzutreiben (Schritt S2). Der Ansteuerschaltkreis 72 gibt ein Ansteuersignal zum An-Schalten des Schaltelements 41 aus, in Ansprechen auf die Anweisung von der Befehleinheit 82. Zusätzlich weist die Befehleinheit 82 den Ansteuerschaltkreis 71 an, den Operationsmodus des Wechselrichters 30 umzuschalten (Schritt S2). Der Ansteuerschaltkreis 71 ändert die Schaltoperation jedes Schaltelements 31 in Ansprechen auf die Anweisung von der Befehleinheit 82.
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Wenn beispielsweise eine Gleichstromkomponente dem Strom überlagert ist, der durch den Draht U in der Normalrichtung fließt, gibt der Ansteuerschaltkreis 71 ein Ansteuersignal zum Behalten der AN-Zustände der High-Seite-Schaltelemente 31, die mit dem Draht U verbunden sind, und der Low-Seite-Schaltelemente 31 aus, die mit den Drähten V und W verbunden sind. Es sollte beachtet werden, dass der Ansteuerschaltkreis 70 den Wechselrichter 30 veranlasst, normal zu arbeiten, ohne den Spannungswert zu ändern.
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Anschließend bestimmt die Bestimmungseinheit 81, ob der Spannungswert den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet (Schritt S3). Falls der Spannungswert den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet, weist die Befehleinheit 82 den Ansteuerschaltkreis 73 an, die Kurzschlusseinheit 50 anzusteuern bzw. anzutreiben (Schritt S4). Der Ansteuerschaltkreis 73 gibt ein Ansteuersignal zum AnSchalten der Schaltelemente 51 aus, in Ansprechen auf die Anweisung von der Befehleinheit 82. Zusätzlich weist die Befehleinheit 82 den Ansteuerschaltkreis 71 an, den Wechselrichter 30 anzuhalten (Schritt S4). Der Ansteuerschaltkreis 71 gibt ein Ansteuersignal zum Aus-Schalten sämtlicher der Schaltelemente 31 aus, in Ansprechen auf die Anweisung von der Befehleinheit 82. Im Schritt S4 setzt der Chopper 40 den Betrieb fort.
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Anschließend bestimmt die Bestimmungseinheit 81, ob die Ausfallzeit eine vorbestimmte Zeit überschreitet (Schritt S5). Die Ausfallzeit wird durch den Timer 83 in der Steuereinrichtung 80 gemessen. Der Timer 83 startet das Zeitmessen bei dem Hochfahren der Kurzschlusseinheit 50. Falls die Ausfallzeit kurz ist, gibt es eine Möglichkeit, dass der Ausfallpunkt nicht durch den Stromkreisunterbrecher 90 entfernt wird, die Zwischenkreisspannung wieder zunimmt, wenn die Kurzschlusseinheit 50 freigegeben wird, die Kurzschlusseinheit 50 erneut startet, und ein kontinuierlicher Betrieb deshalb schwierig wird. Deshalb prüft im Schritt S5 die Bestimmungseinheit 81 die Ausfallzeit.
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Falls die Ausfallzeit die vorbestimmte Zeit überschreitet, bestimmt die Bestimmungseinheit 81, ob der durch den Stromsensor 61 erfasste Stromwert unter einem vorbestimmten Stromwert ist (Schritt S6). Der vorbestimmte Stromwert ist durch die Stromtoleranz des Wechselrichters 30 bestimmt.
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Falls der Stromwert unter dem vorbestimmten Stromwert ist, weist die Befehleinheit 82 den Ansteuerschaltkreis 73 an, die Kurzschlusseinheit 50 anzuhalten (Schritt S7). Der Ansteuerschaltkreis 73 gibt ein Ansteuersignal zum Aus-Schalten sämtlicher der Schaltelemente 51 aus, in Ansprechen auf die Anweisung von der Befehleinheit 82. Zusätzlich weist die Befehleinheit 82 den Ansteuerschaltkreis 71 an, den Wechselrichter 30 erneut zu starten (Schritt S7). Der Ansteuerschaltkreis 71 steuert jedes Schaltelement 31 in dem normalen Operationsmodus an, in Ansprechen auf die Anweisung von der Befehleinheit 82.
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In der Kurzschlusseinheit 50 dieser Ausführungsform sind die Widerstände 52 in Reihe mit den Schaltelementen 51 geschaltet. Deshalb nimmt die Konstante der dämpfenden Gleichstromkomponente ab, die in dem Strom enthalten ist, der durch die Kurzschlusseinheit 50 fließt. Folglich wird die Zeit, die der Stromwert benötigt, unter den vorbestimmten Stromwert zu fallen, verkürzt, so dass die Kurzschlusseinheit 50 früher angehalten werden kann. Falls der Widerstand 52 einen hohen elektrischen Widerstand hat, wird jedoch eine hohe Spannung an den Wechselrichter 30 während des Betriebs der Kurzschlusseinheit 50 angelegt. Deshalb ist es vorzuziehen, dass der elektrische Widerstand des Widerstands 52 auf einen Wert gesetzt sein soll, bei dem diese Spannung nicht den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Nach Schritt S7 bestimmt die Bestimmungseinheit 81, ob der Betrieb der gewickelten Induktionsmaschine 10 fortgesetzt werden soll (Schritt S8). In dem Fall, wo beispielsweise die gewickelte Induktionsmaschine 10 mit einem Stromversorgungssystem 300 durch einen einzelnen Stromkreisunterbrecher 90 verbunden ist, kann eine Energieübertragung nicht erreicht werden, wenn der Stromkreisunterbrecher 90 die gewickelte Induktionsmaschine 10 von dem Stromversorgungssystem 300 trennt. Aus diesem Grund wählt die Bestimmungseinheit 81 das Anhalten des Betriebs der gewickelten Induktionsmaschine 10 aus. In diesem Fall weist die Befehleinheit 82 die Ansteuerschaltkreise 70 bis 72 an, den Wandler 20, den Wechselrichter 30 und den Chopper 40 anzuhalten.
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In dem Fall, wo im Gegensatz dazu mehrfache Stromkreisunterbrecher 90 mit dem Stromversorgungssystem 300 parallelgeschaltet sind, wird im Fall eines Kurzschlusses des Stromversorgungssystems 300 einer der mehrfachen Stromkreisunterbrecher 90 von dem Stromversorgungssystem 300 getrennt, während die anderen Stromkreisunterbrecher 90 mit dem Stromversorgungssystem 300 verbunden bleiben. Wenn das Stromversorgungssystem 300 zu dem normalen Zustand zurückkehrt, wählt demgemäß die Bestimmungseinheit 81 das Fortsetzen des Betriebs der gewickelten Induktionsmaschine 10 aus.
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Die Simulationsergebnisse des oben beschriebenen Operationsflusses werden nun für jeden der in 2 gezeigten Betriebspunkte A bis C erläutert werden. 4 ist ein Wellenformdiagramm, das die Simulationsergebnisse bei dem Betriebspunkt A zeigt, bei dem die maximale Erregung erhalten wird. 5 ist ein Wellenformdiagramm, das die Simulationsergebnisse bei dem Betriebspunkt B zeigt, der der Zero-Missing-Grenze entspricht. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das die Simulationsergebnisse bei dem Betriebspunkt C zeigt, bei dem die minimale Erregung erhalten wird.
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4 bis 6 zeigen die Simulationswellenformen von Wirkleistung Q, Blindleistung P, Übertragungsendespannungen, Übertragungsendeströmen, Leitungsströmen und Zwischenkreisspannung. Die Übertragungsendespannungen sind die Spannungen bei Enden von Dreiphasen-Übertragungsleitungen u, v und w zur Verbindung zwischen dem Stator 11 und dem Stromversorgungssystem 100. Die Übertragungsendeströme sind die Ströme bei den Enden der Übertragungsdrähte u, v und w. Die Leitungsströme bzw. Netzströme sind die Ströme, die durch die Drähte U, V und W fließen, d.h. die durch den Stromsensor 61 erfassten Ströme.
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Gemäß den Simulationsergebnissen mit Bezug zu dem in 4 gezeigten Betriebspunkt A tritt ein Defekt des Stromversorgungssystems 100 in dem Zeitpunkt t1 auf, und die Zwischenkreisspannung nimmt zu. Danach, falls die Zwischenkreisspannung den ersten vorbestimmten Wert V1 in dem Zeitpunkt t2 überschreitet, wird der Chopper 40 angesteuert. Zu derselben Zeit wird die Schaltoperation des Schaltelements 31 geändert. Somit wird Zero-Missing verhindert.
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Danach, falls die Zwischenkreisspannung den zweiten vorbestimmten Wert V2 in dem Zeitpunkt t3 überschreitet, wird die Kurzschlusseinheit 50 angesteuert. Zu derselben Zeit hält der Wechselrichter 30 an. Danach, in dem Zeitpunkt t4, hält die Kurzschlusseinheit 50 an, und der Wechselrichter 30 startet zu derselben Zeit neu. Anschließend, falls die Zwischenkreisspannung den zweiten vorbestimmten Wert V2 erneut in dem Zeitpunkt t5 überschreitet, wird die Kurzschlusseinheit angesteuert. Schließlich wird in dem Zeitpunkt t6 ein Nulldurchgang über den Übertragungsendeströmen gebildet, und die gewickelte Induktionsmaschine 10 wird von dem Stromversorgungssystem 100 getrennt.
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Gemäß den Simulationsergebnissen mit Bezug zu dem in 5 gezeigten Betriebspunkt B sind die Verhalten in den Zeitpunkten t1 und t2 im Wesentlichen dieselben wie diese des Betriebspunkts A. Jedoch ist die Erregungsintensität bei dem Betriebspunkt B niedriger als die bei dem Betriebspunkt A, so dass die Zwischenkreisspannung nicht bis zu dem zweiten vorbestimmten Wert V2 zunimmt. Deshalb wird die Kurzschlusseinheit 50 nicht angesteuert. Folglich wird in dem Zeitpunkt t6 ein Nulldurchgang über den Übertragungsendeströmen gebildet, und die gewickelte Induktionsmaschine 10 wird von dem Stromversorgungssystem 100 getrennt.
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Gemäß den Simulationsergebnissen mit Bezug zu dem in 6 gezeigten Betriebspunkt C sind die Verhalten in den Zeitpunkten t1 und t2 im Wesentlichen dieselben wie diese des Betriebspunkts A. Jedoch ist die Erregungsintensität bei dem Betriebspunkt C niedriger als die bei dem Betriebspunkt B. Somit nimmt die Zwischenkreisspannung nicht bis zu dem zweiten vorbestimmten Wert V2 zu. Deshalb wird die Kurzschlusseinheit 50 nicht angesteuert. Wie bei dem Betriebspunkt B wird demgemäß in dem Zeitpunkt t6 ein Nulldurchgang über den Übertragungsendeströmen gebildet, und die gewickelte Induktionsmaschine 10 wird von dem Stromversorgungssystem 100 getrennt.
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Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird innerhalb des Betriebsbereichs von dem Betriebspunkt B, bei dem Zero-Missing einfach auftritt, bis zu dem Betriebspunkt C der Chopper 40 angesteuert, und der Wechselrichter 30 gibt einen Strom aus, dem eine Gleichstromkomponente überlagert ist. Dies verhindert Zero-Missing.
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Außerdem wird während des Betriebs bei dem Betriebspunkt A, bei dem die Zwischenkreisspannung einfach zunimmt, die Kurzschlusseinheit 50 angesteuert. Dies unterdrückt eine Zunahme der Zwischenkreisspannung. Da Zero-Missing nicht bei dem Betriebspunkt A auftritt, gibt es keinen Nachteil beim Anhalten des Wechselrichters 30 während der Betätigung bzw. Ingangsetzung der Kurzschlusseinheit 50.
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Ein Ansteuern der Kurzschlusseinheit 50 auf diese Weise unterdrückt eine Zunahme der Zwischenkreisspannung während eines Reduzierens des Leistungsverbrauchs des Widerstands 42 in dem Chopper 40, wodurch der Wandler 20 und der Wechselrichter 30 geschützt werden. Das Reduzieren des Leistungsverbrauchs des Widerstands 42 erzielt Reduzierungen der Größe und der Kosten der Vorrichtung. Besonders in dieser Ausführungsform werden im Fall eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 der Chopper 40 und der Wechselrichter 30 angesteuert bzw. angetrieben, bevor die Kurzschlusseinheit 50 angesteuert wird. Dies ermöglicht eine schnelle Handhabung des Zero-Missing.
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In dieser Ausführungsform ist die Länge der Zeit, die der Defektstrom durch den Wechselrichter 30 fließt, so kurz wie einige zehn bis hundert Millisekunden. Aus diesem Grund kann die Steuereinrichtung 80 temporär den vorbestimmten Stromwert nur in der Periode erhöhen, in der der Wechselrichter 30 einen Wechselstrom ausgibt, dem eine Gleichstromkomponente überlagert ist, d.h. die Periode zwischen Schritt S2 und Schritt S3. Wenn der vorbestimmte Stromwert hoch ist, ist der von dem Wechselrichter 30 ausgegebene Strom wirksamer beim Vermeiden von Zero-Missing. Eine Zunahme der Zwischenkreisspannung wird auch unterdrückt, was zur Reduzierung des Leistungsverbrauchs des Choppers 40 beiträgt.
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Außerdem können in dem Chopper 40 mehrfache Schaltelemente 41 parallelgeschaltet sein, und jedes Schaltelement 41 kann mit dem Widerstand 42 in Reihe geschaltet sein. In dieser Ausführungsform ist der Widerstandswert des Widerstands 42 auf einen Wert gesetzt, der nicht bewirkt, dass die Kurzschlusseinheit 50 bei dem Betriebspunkt B angesteuert wird, der der Zero-Missing-Grenze-Linie entspricht. Aus diesem Grund kann bei dem Betriebspunkt C, bei dem die minimale Erregung erhalten wird, der elektrische Widerstand des Widerstands 42 übermäßig hoch sein. Deshalb weist bei dem Betriebspunkt C die Befehleinheit 82 in der Steuereinrichtung 80 den Ansteuerschaltkreis 72 an, das Schaltelement 41 partiell anzusteuern. Der zu dieser Zeit verwendete Widerstand 42 kann bei einer hohen Temperatur sein. In dem Fall, wo ein defektes Stromversorgungssystem 100 zweimal in einer Reihe auftritt, wird demgemäß ein Widerstand 42, der nicht bei dem ersten Defekt verwendet wird, bei dem zweiten Defekt verwendet, was eine schnelle Handhabung eines Systemdefekts ermöglicht. Die Häufigkeit eines Auftritts eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 wird durch den Zähler 84 in der Steuereinrichtung 80 gemessen. Im Fall eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 ändert sich der Zustand des Stromkreisunterbrechers 90. Demgemäß misst der Zähler 84 die Auftrittshäufigkeit eines Defekts des Stromversorgungssystems 100 in Übereinstimmung mit Änderungen des Zustands des Stromkreisunterbrechers 90.
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Während gewisse Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur anhand von Beispielen präsentiert worden und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung beschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuen Vorrichtungen in einer Vielfalt von anderen Formen verkörpert sein; darüber hinaus können vielfältige Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Vorrichtungen getätigt werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen derartige Formen oder Modifizierungen erfassen, soweit sie in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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