DE10228988A1

DE10228988A1 - Resonant schaltender Umrichter

Info

Publication number: DE10228988A1
Application number: DE2002128988
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Furukawa; Sadao Shinohara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2022-06-29
Also published as: DE10228988B4; JP2003018854A; US20030002309A1; US6646898B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen resonant schaltenden Umrichter mit einer möglichst geringen Anzahl an Sensoren und dementsprechend reduzierten Kosten. Bei einem Umrichter, der eine Umrichterschaltung 2A, einen Resonanzkreis 2B und einen Steuerkreis 3 umfasst, sind eine Dreiphasen-Hauptschaltung, Kondensatoren C1 bis C6 und Laststrom-Sensoren Is1 bis Is3 in der Umrichterschaltung vorgesehen. Eine Dreiphasen-Hilfsschaltung und ein Induktor Lr sind im Resonanzkreis und eine Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 und ein Antriebssignalgenerator 6 in dem Steuerkreis vorgesehen. Ein Maximalwertdetektor 12, der den Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms erfasst, eine Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13, die den von dem Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms abhängigen Zählereinstellwert ausgibt, und eine Zählerrecheneinrichtung 14, die nach Ablauf eines von dem Zählereinstellwert, der von der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung ausgegeben wird, abhängigen Zeitintervalls nach Ausgabe eines vorgegebenen Schaltzeitsteuersignals durch den Antriebssignalgenerator ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt, sind in der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung vorgesehen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umrichter, der einen Elektromotor für Elektrofahrzeuge (EV, engl. electric vehicles), die durch einen Elektromotor angetrieben werden, Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV, engl. hybrid electric vehicles), die durch den kombinierten Einsatz einer Maschine und eines Elektromotors angetrieben werden, oder dergleichen antreibt. Insbesondere jedoch betrifft die Erfindung einen resonant schaltenden Umrichter zum weichen Schalten unter Verwendung eines Resonanzkreises.

Beschreibung der verwandten Technik

Fig. 19 ist ein Schaltschema, in dem der Aufbau eines kollektiven resonanten Umrichters mit Dämpfer dargestellt ist. Der resonante Umrichter konventioneller Art erfordert sechs Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3, Vs5 und Vs2, Vs4 und Vs6, die die Kreuzklemmenspannungen V1, V3 und V5 und V2, V4 und V6 der Plusseiten- Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 und der Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2, Q4 und Q6 erfassen; eine Nullspannungs-Detektorvorrichtung 8, die ermittelt, ob die mit Hilfe der Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 und Vs2, Vs4 und Vs6 erfassten Kreuzklemmenspannungen V1, V3, und V5 und V2, V4 und V6 Null sind; einen Resonanzstrom-Sensor Is4, der den in den resonanten Induktor Lr fließenden Resonanzstrom I4 ermittelt; Laststrom-Sensoren Is1, Is2 und Is3, die die in den Motor (Last) 1 fließenden Lastströme I1, I2 und I3 ermitteln, und eine Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung 7, die ermittelt, ob der Resonanzstrom I4 höher ist als ein Maximalwert unter den Lastströmen I1, I2 und I3.
Da jedoch nach der oben beschriebenen konventionellen Technologie sehr viele Sensoren benötigt werden, ergibt sich das Problem eines relativ komplexen Aufbaus der Schaltung, was auch vom Standpunkt der Kosten nachteilig ist.

Angesichts der vorstehend genannten Probleme liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen resonant schaltenden Umrichter mit einer möglichst geringen Anzahl von Sensoren und demzufolge entsprechend niedrigeren Kosten zu schaffen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Umrichter, umfassend eine Umrichterschaltung (z. B. die Hauptschaltung 2A in den Ausführungsformen), die einen von einer Stromquelle (z. B. die Gleichstromquelle VB in den Ausführungsformen) gelieferten Gleichstrom nach Konvertierung in den Dreiphasen-Wechselstrom in einen Motor (z. B. der Motor 1 in den Ausführungsformen) speist; einen Resonanzkreis (z. B. die Hilfsschaltung 2B in den Ausführungsformen), der mit dem Ausgang der Umrichterschaltung verbunden ist; und einen Steuerkreis (z. B. der Steuerkreis 3 in den Ausführungsformen), der den Resonanzkreis und die Umrichterschaltung steuert. Die Umrichterschaltung umfasst eine Dreiphasen-Hauptschaltung, in der drei Hauptkreise - einer für jede Phase - (z. B. der Hauptkreis für die 2U-Phase in den Ausführungsformen) parallel geschaltet sind, wobei in einem Hauptskreis ein Plusseiten-Hauptschaltelement (z. B. das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 in den Ausführungsformen), das mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist, und das Minusseiten- Hauptschaltelement (z. B. das Minusseiten-Schaltelement Q2 in den Ausführungsformen), das mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden ist, in Reihe geschaltet sind und wobei das Plusseiten-Schaltelement und das Minusseiten-Schaltelement mit Dioden (z. B. die Dioden D1 und D2 in den Ausführungsformen) parallel geschaltet sind; resonante Kondensatoren (z. B. die Kondensatoren C1 bis C6 in den Ausführungsformen), die mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement und dem Minusseiten- Hauptschaltelement in jedem Stromkreis für jede Phase parallel geschaltet sind; und Laststrom-Sensoren (z. B. die Laststrom-Sensoren Is1, Is2 und Is3 in den Ausführungsformen), die einen zwischen den Hauptverbindungspunkten (z. B. die Hauptverbindungspunkte PSU, PSV und PSW in den Ausführungsformen), an denen das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement in jedem Stromkreis für jede Phase zusammengeschaltet sind, und dem Motor fließenden Laststrom (z. B. I1, I2 und I3 in den Ausführungsformen) ermitteln. Der Resonanzkreis umfasst eine Dreiphasen-Hilfsschaltung, in der drei Hilfskreise - einer für jede Phase - (z. B. der Hilfskreis für die Phase 3U in den Ausführungsformen) parallel geschaltet sind, wobei in einem Hilfskreis die ausfluss- bzw. ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente (z. B. der ausgangsseitige Hilfsschaltelementblock B7 in den Ausführungsformen) und die zufluss- bzw. eingangsseitigen Hilfsschaltelemente (z. B. der eingangsseitige Hilfsschaltelementblock B8 in den Ausführungsformen), die den Strom nur in einer Richtung passieren lassen, in Reihe geschaltet sind und wobei die Hilfsverbindungspunkte (z. B. die Hilfsverbindungspunkte PHU, PHV und PHW in den Ausführungsformen), die die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente und die eingangsseitigen Hilfsschaltelemente in jedem Hilfskreis für jede Phase verbinden, mit den Hauptverbindungspunkten verbunden sind; und einen resonanten Induktor (z. B. der Induktor Lr in den Ausführungsformen), der mit den Hilfsschaltkreisen für jede Phase parallel geschaltet ist. Der Steuerkreis umfasst eine Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung (z. B. die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 in den Ausführungsformen), die bestimmt bzw. feststellt, ob der Resonanzstrom (z. B. der Resonanzstrom I4 in den Ausführungsformen) in dem Resonanzkreis höher ist als der mit Hilfe des Laststrom = Sensors erfasste Laststrom, und die zutreffendenfalls ein Ankunftsbestätigungssignal (z. B. das Ankunftsbestätigungssignal I in den Ausführungsformen) sendet; einen Antriebssignalgenerator (z. B. den Antriebssignalgenerator 6 in den Ausführungsformen), der ein Hauptantriebssignal (z. B. die Hauptantriebssignale S1 bis S6 in den Ausfühmngsformen) erzeugt, das die Plusseiten-Hauptschaltelemente und die Minusseiten-Hauptschaltelemente abschaltet, wenn die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung ein Ankunftsbestätigungssignal ausgegeben hat, der ein Hilfsantriebssignal (z. B. die Hilfsantriebssignale S7 bis S12 in den Ausführungsformen) erzeugt, welches das entsprechende ausgangsseitige Hilfsschaltelement und das eingangsseitige Hilfsschaltelement in dem Resonanzkreis an einem zeitgesteuerten Schaltpunkt anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hitfsschaltelement und das eingangsseitige Hilfsschaltelement abschaltet, nachdem ab dem Schaltpunkt eine AN-Zeit vorgegebener Dauer verstrichen ist. Eine Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung umfasst einen Maximalwertdetektor (z. B. der Maximalwertdetektor 12, der den Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms ermittelt), zur Ermittlung des Absolutwerts des Maximalwerts des Laststroms, eine Einrichtung zur Ausgabe eines Zählereinstellwerts (in den Ausführungsformen z. B. die Einrichtung 13 zur Ausgabe eines Zählereinstellwerts), die einen dem Maximalwert entsprechenden Zählereinstellwert ausgibt; und eine Zählerrecheneinrichtung (z. B. die Zähler-Recheneinrichtung 14), die das Ankunftsbestätigungssignal ausgibt, nachdem ein Zeitintervall verstrichen ist, das von dem Zählereinstellwert abhängt, der nach Ausgabe eines vorgegebenen Schaltzeitsteuersignals durch den Antriebssignalgenerator von der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung ausgegeben wird.

Aufgrund dieser Konstruktion erfasst der Maximalwertdetektor den Absolutwert des Maximalwerts des mit Hilfe der Laststrom-Sensoren in der Umrichterschaltung erfassten Laststroms, die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung gibt den von dem Absolutwert des Laststrom-Maximalwerts abhängigen Zählereinstellwert aus, und bei Ausgabe eines Schaltzeitsteuersignals durch den Antriebssignalgenerator erfolgt nach Verstreichen eines von der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung ausgegebenen und von dem Zählereinstellwert abhängigen Zeitintervalls die Ausgabe eines Ankunftsbestätigungssignals durch die Zählerrecheneinrichtung.

Außerdem erzeugt der Antriebssignalgenerator bei Ausgabe eines Ankunftsbestätigungssignals von der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung ein Hauptantriebssignal, das das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes nichtleitend zu machen sind, abschaltet.

Deshalb erübrigt sich der nach der konventionellen Technologie vorgesehene Resonanzstrom-Sensor für die Resonanzstromerfassung.

Hinzu kommt, dass es gemäß der konventionellen Methode aufgrund der sehr langsamen Ansprechgeschwindigkeit des Stromsensors (gleichbedeutend mit einigen µ-Sekunden) äußerst schwierig ist, diesen für die Messung eines im Bereich von einigen µ- Sekunden operierenden Resonanzkreises zu verwenden, und der Fehler hinsichtlich des tatsächlichen Stroms war erheblich.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion ergibt sich jedoch das Problem der Ansprechgeschwindigkeit des Stromsensors nicht, weil die Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung das Ankunftsbestätigungssignal basierend auf dem Laststrom liefert, der sich im Vergleich zu dem Resonanzbetrieb in dem Resonanzkreis extrem langsam ändert, und da außerdem die Analog/Digital-Umsetzung (A/D-Umsetzung) des Sensorausgangs reduziert wird und die Zeitsteuerung des Resonanzbetriebs mit digitaler Verarbeitung realisiert werden kann, wird die Integration einfach, und es wird eine Verringerung von Größe und Gewicht erreicht. Der geräuschbedingte Einfluss auf die Steuerung wird ebenfalls gering gehalten, nachdem die Anzahl der verwendeten Stromsensoren, durch die ohne weiteres Geräusche in Eingangssignale gelangen können, reduziert wird.

Der zweite Aspekt der Erfindung ist der resonant schaltende Umrichter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der Antriebssignalgenerator eine Verzögerungsschaltung (z. B. die Verzögerungsschaltung 11 in den Ausführungsformen) umfasst, die nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Ausgabe eines Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung ein Verzögerungssignal erzeugt, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten- Hauptschaltelement, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschaltet.

Gemäß dieser Konstruktion erzeugt die Verzögerungsschaltung ein Zeitverzögerungssignal, welches das in den leitenden Zustand zu versetzende Plusseiten- und das Minusseiten-Hauptschaltelement anschaltet, sobald nach erfolgter Ausgabe des Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung eine vorgegebene Zeit verstrichen ist.

Aus diesem Grund entfallen zusammen mit dem den Resonanzstrom erfassenden Resonanzstrom-Sensor und dem die Stromquellenspannung erfassenden Stromquellenspannungs-Sensor auch der die Kreuzklemmenspannung zwischen dem Plusseiten- Hauptschaltelement und dem Minusseiten-Hauptschaltelement in jedem Hauptkreis für jede Phase abgreifende Kreuzklemmenspannungs-Sensor und der Nullspannungsdetektor für den Nachweis, ob die mit Hilfe des Kreuzklemmenspannungs-Sensors erfasste Kreuzklemmenspannung Null ist oder nicht.

Deshalb müssen in dem Umrichter die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren und die Resonanzstrom-Sensoren für weiches Schalten nicht neu vorgesehen werden. Vielmehr kann der Umrichter unter Verwendung lediglich einer digitalen Schaltung, die ein der Zeitsteuerung des Resonanzbetriebs folgendes Signal erzeugt, gebildet werden.

Es lässt sich daher ein Umrichter zur Verfügung stellen, der leicht und kleinbauend ist und weniger kostet.

Der dritte Aspekt der Erfindung ist der resonant schaltende Umrichter gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt, wobei die Umrichterschaltung einen Stromquellenspannungs-Sensor (z. B. den Stromquellenspannungs-Sensor VBs in den Ausführungsformen) umfasst, der die von der Stromquelle ausgehende Spannung (z. B. die Stromquellenspannung Vx in den Ausführungsformen) erfasst, und wobei die Ausgabevorrichtung für den Zählereinstellwert den Zählereinstellwert basierend auf dem mit Hilfe des Maximalwertdetektors erfassten Maximalwert und der mit Hilfe des Stromquellenspannungs-Sensors erfassten Stromquellenspannung berechnet.

Gemäß dieser Konstruktion berechnet die Ausgabevorrichtung für den Zählereinstellwert einen Einstellwert des Zählers, der nicht nur von dem mit Hilfe des Maximalwertdetektors erfassten Maximalwert abhängig ist, sondern auch von der Stromquellenspannung. Mit anderen Worten: Der Einstellwert des Zählers, der basierend auf dem Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms eingestellt wurde, wird abhängig von der Stromquellenspannung kompensiert.

Deshalb kann die Größe des Anfangs-Resonanzstroms, der während des Resonanzbetriebs eine Leitung in der Hilfsschaltung erzwingt, dahingehend gesteuert werden, dass der von der Stromquellenspannung abhängige optimale Wert erreicht wird. Das heißt, falls der Wert des Induktors festgelegt ist, ändert sich die Flanke des in den Induktor fließenden Stroms, wenn der Resonanzstrom aufgrund der Stromquellenspannung ansteigt. Somit kann die Leitungszeit, die der Induktor benötigt, um den für die Resonanz erforderlichen Anfangs-Resonanzstrom zu erreichen, auf den optimalen Wert eingestellt werden. Dadurch lässt sich zuverlässiges Nullspannungsschalten realisieren. Falls eine Batterie als Energiequelle für ein EV (Elektrofahrzeug), HEV (Hybrid-Elektrofahrzeug) oder dergleichen verwendet wird, ist der Stromquellenspannungs-Sensor zur Verwendung bei der Restladungssteuerung der Batterie bereits installiert, weshalb der Stromspannungs-Sensor nicht neu vorgesehen werden muss und sich demzufolge nicht auf die Vorrichtungskosten auswirkt.

Ein vierter Aspekt der Erfindung ist ein Umrichter, umfassend eine Umrichterschaltung, die einen Gleichstrom liefert, der nach Umwandlung in einen Dreiphasen-Wechselstrom von einer Stromquelle abgegeben wird, einen Resonanzkreis, der mit dem Ausgang dieser Umrichterschaltung verbunden ist, und einen Steuerkreis, der den Resonanzkreis und die Umrichterschaltung steuert. Die Umrichterschaltung umfasst eine Dreiphasen-Hauptschaltung, in der drei Hauptkreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei in einem Hauptkreis ein mit dem Pluspol der Stromquelle verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement und ein mit dem Minuspol der Stromquelle verbundenes Minusseiten-Hauptschaltelement in Reihe geschaltet sind und wobei Dioden mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement und dem Minusseiten-Hauptschaltelement parallel geschaltet sind; Resonanzkondensatoren, die mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement und dem Minusseiten-Hauptschaltelement in jeder Phase für jeden Stromkreis verbunden sind, sind parallel geschaltet; und einen Laststrom-Sensor, der den zwischen den Hauptverbindungspunkten, die das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement in jeder Phase eines jeden Stromkreises verbinden, und dem Motor fließenden Strom erfasst. Der Resonanzkreis umfasst eine Dreiphasen-Hilfsschaltung, in der drei Hilfskreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei in einem Hilfskreis ein ausgangsseitiges Hilfsschaltelement und ein eingangsseitiges Hilfsschaltelement, die einen Stromfluss nur in einer Richtung bewirken, in Reihe geschaltet sind, und wobei die Hilfsverbindungspunkte, die das ausfluss- bzw. ausgangsseitige Hilfsschaltelement und das zufluss- bzw. eingangsseitige Hilfsschaltelement in jedem Hilfskreis für jede Phase verbinden, mit dem Hauptverbindungspunkt verbunden sind; einen Resonanzinduktor, der mit jedem Hilfskreis für jede Phase parallel geschaltet ist, und einen Resonanzstrom-Sensor (z. B. der Resonanzstrom-Sensor Is4 in den Ausführungsformen), der den in den Induktor fließenden Resonanzstrom erfasst. Der Steuerkreis umfasst eine Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung, die feststellt, ob der mit Hilfe des Resonanzstrom-Sensors erfasste Resonanzstrom höher ist als der mit Hilfe des Laststrom-Sensors erfasste Laststrom, und die, falls dies zutrifft, ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt; und einen Antriebssignalgenerator, der ein Hauptantriebssignal erzeugt, welches das Plusseiten- Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes nichtleitend zu machen sind, abschaltet, wenn die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement und das eingangsseitige Hilfsschaltelement des Resonanzkreises an einem vorgegebenen zeitgesteuerten Schaltpunkt anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, das die leitenden Hilfsschaltelemente auf der Ausflussseite und der Zuflussseite in dem Resonanzkreis abschaltet, nachdem eine AN-Zeit mit vorgegebener Dauer ab dem vorgegebenen Schaltzeitpunkt verstrichen ist. Der Antriebssignalgenerator umfasst eine Verzögerungsschaltung, die ein Verzögerungssignal erzeugt, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschaltet, sobald nach der Ausgabe eines Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung ein vorgegebenes Zeitintervall verstrichen ist.

Aufgrund dieser Konstruktion erzeugt die Verzögerungsschaltung ein Verzögerungssignal, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschaltet, nachdem ab dem Zeitpunkt der Ausgabe des Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung ein bestimmtes Zeitintervall verstrichen ist.

Aus diesem Grund können der Kreuzklemmenspannungs-Sensor für die Erfassung der Kreuzklemmenspannung des Plusseiten-Hauptschaltelements und des Minusseiten- Hauptschaltelements in jedem Hauptkreis für jede Phase und der Nullspannungsdetektor, der ermittelt, ob die mit Hilfe des Kreuzklemmenspannungs-Sensors erfasste Kreuzklemmenspannung Null ist oder nicht, entfallen, wodurch die Kosten für den resonant schaltenden Umrichter gesenkt werden.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist ein Umrichter, umfassend eine Umrichterschaltung, die einen Gleichstrom liefert, der nach Konvertierung in einen Dreiphasen-Wechselstrom von einer Energiequelle ausgegeben wird, einen Resonanzkreis, der mit den Ausgängen dieser Umrichterschaltung verbunden ist, und einen Steuerkreis, der diesen Resonanzkreis und die Umrichterschaltung steuert. Die Umrichterschaltung umfasst eine Dreiphasen-Hauptschaltung hat, in der drei Hauptkreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei in einem Hauptkreis ein mit dem Pluspol der Stromquelle verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement und das mit dem Minuspol der Stromquelle verbundene Minusseiten-Hauptschaltelement in Reihe geschaltet sind und wobei das Plusseiten-Schaltelement und das Minusseiten-Schaltelement mit Dioden parallel geschaltet sind; Resonanzkondensatoren, die mit dem Plusseiten- Hauptschaltelement und dem Minusseiten-Hauptschaltelement in jedem Hauptkreis für jede Phase parallel geschaltet sind; Laststrom-Sensoren, die einen zwischen den Hauptverbindungspunkten, an den das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement in jedem Kreis für jede Phase zusammengeschaltet sind, und dem Motor fließenden Laststrom erfassen; Kreuzklemmenspannungs-Sensoren (z. B. die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 in den Ausführungsformen), die die Kreuzklemmenspannungen (z. B. die Kreuzklemmenspannungen V1, V3 und V5 in den Ausführungsformen) des Plusseiten-Hauptschaltelements und des Minusseiten-Hauptschaltelements in jedem Hauptkreis für jede Phase erfassen; und einen Stromquellenspannungs-Sensor, der die von der Stromquelle abgegebene Spannung erfasst. Der Resonanzkreis umfasst eine Dreiphasen-Hilfsschaltung, in der drei Hilfskreise - einer für jede Phase - in Reihe geschaltet sind, wobei in jedem Hilfskreis die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente und die eingangsseitigen Hilfsschaltelemente, die Strom nur in einer Richtung hindurchfließen lassen, parallel geschaltet sind und wobei die Hilfsverbindungspunkte, die die eingangsseitigen Hilfsschaltelemente und die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente in jedem Hilfskreis für jede Phase verbinden, mit den Hauptverbindungspunkten verbunden sind; und einen Resonanzinduktor, der mit den Hilfskreisen für jede Phase parallel geschaltet ist. Der Steuerkreis umfasst eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung (z. B. die Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung 10 in den Ausführungsformen), die die Differenzspannung berechnet, welche die Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der mit Hilfe eines jeden Kreuzklemmenspannungs-Sensors erfassten Kreuzklemmenspannung ist; einen Nullspannungsdetektor (z. B. den Nullspannungsdetektor 8 in den Ausführungsformen), der feststellt, ob die Differenzspannung und die Kreuzklemmenspannung Null sind oder nicht, und der, wenn die Spannungen Null sind, ein Nullspannungs-Nachweissignal (z. B. die Nullspannungs-Nachweissignale z1 bis z6) ausgibt; und einen Antriebssignalgenerator, der ein Hauptantriebssignal erzeugt, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes leitend zu machen sind, anschaltet, wenn der Nullspannungsdetektor das Nullspannungsnachweissignal ausgibt, der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement und das eingangsseitige Hilfsschaltelement an einem vorgegebenen Schaltzeitpunkt anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, der das leitende ausgangsseitige Hilfsschaltelement und das eingangsseitige Hilfsschaltelement abschaltet, nachdem ab der vorgegebenen Schaltzeit eine vorgegebene Dauer der AN-Zeit verstrichen ist.

Aufgrund dieser Konstruktion erfasst der Kreuzklemmenspannungs-Sensor für jede Phase die Kreuzklemmenspannung des Plusseiten-Hauptschaltelements und des Minusseiten-Hauptschaltelements in jedem Hauptkreis für jede Phase, der Stromquellenspannungs-Sensor erfasst die von der Stromquelle abgegebene Stromquellenspannung, und die Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet die Differenzspannung, welche die Differenz zwischen der mit Hilfe des Stromquellenspannungs- Sensors in der Umrichterschaltung erfassten Stromquellenspannung und der mit Hilfe des Kreuzklemmenspannungs-Sensors in jeder Phase erfassten Kreuzklemmenspannung ist.

Demzufolge kann die Anzahl an Sensoren im Vergleich zur konventionellen Technologie um zwei verringert werden.

Ein sechster Aspekt der Erfindung ist ein resonant schaltender Umrichter gemäß Anspruch 1, bei welchem die Umrichterschaltung einen Kreuzklemmenspannungs-Sensor aufweist, der die Kreuzklemmenspannung des Plusseiten-Hauptschaltelements und des Minusseiten-Hauptschaltelements in jedem Hauptkreis für jede Phase erfasst, und einen Stromquellenspannungs-Sensor, der die von der Stromquelle abgegebene Spannung erfasst. Der Steuerkreis umfasst eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung, die die Differenzspannung berechnet, welche die Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der mit Hilfe eines jeden Kreuzklemmenspannungs-Sensors erfassten Kreuzklemmenspannung ist, und einen Nullspannungsdetektor, der ermittelt, ob die Differenzspannung und die Kreuzklemmenspannung Null sind oder nicht, und die ein Nullspannungs-Nachweissignal ausgibt, falls die beiden Spannungen Null sind. Ein Antriebssignalgenerator, der ein Hauptantriebssignal erzeugt, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringen sind, abschaltet, wenn die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt, und der ein Hauptantriebssignal erzeugt, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes in den leitenden Zustand gebracht werden sollen, anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement und das eingangsseitige Hilfsschaltelemente an einem vorgegebenen Schaltzeitpunkt anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement und das eingangsseitige Hilfsschaltelement, die als nächstes in den nichtleitenden Zustand gebracht werden sollen, nach einer AN-Zeit vorgegebener Dauer ab dem vorgegebenen Schaltzeitpunkt abschaltet.

Gemäß dieser Konstruktion erfasst der Kreuzklemmenspannungs-Sensor für jede Phase die Kreuzklemmenspannung des Plusseiten-Hauptschaltelements und des Minusseiten-Hauptschaltelements in dem Hauptkreis für jede Phase, der Stromquellenspannungs-Sensor erfasst die von der Stromquelle abgegebene Stromquellenspannung, und die Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet die Differenzspannung, die die Differenz zwischen der mit Hüfe des Stromquellenspannungs-Sensors in der Umrichterschaltung erfassten Stromquellenspannung und der mit Hilfe des Kreuzklemmenspannungs-Sensors für jede Phase erfassten Kreuzklemmenspannung ist.

Deshalb kann die Anzahl an Spannungssensoren im Vergleich zur konventionellen Technologie um zwei verringert werden.

Außerdem erzeugt der Antriebssignalgenerator wie unter dem ersten Aspekt ein Hauptantriebssignal, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement und das Minusseiten-Hauptschaltelement, die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringen sind, abschaltet, wenn die Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt.

Aus diesem Grund können die nach der konventionellen Technologie für die Erfassung des Resonanzstroms notwendigen Resonanzstrom-Sensoren entfallen.

Ein siebter Aspekt der Erfindung ist ein resonant schaltender Umrichter nach dem sechsten Aspekt der Erfindung, wobei der Einstellwert des Zählers auf der Basis des mit Hilfe des Maximalwertdetektors erfassten Maximalwerts und der mit Hilfe des Stromquellenspannungs-Sensors erfassten Stromquellenspannung berechnet wird.

Gemäß dieser Konstruktion berechnet die Ausgabevorrichtung für den Zählereinstellwert in der Ausführung nach dem sechsten Aspekt der Erfindung einen Zählereinstellwert, der von der maximalen Stromquellenspannung und nicht nur von dem mit Hilfe des Maximalwertdetektors erfassten Maximalwert abhängt. Mit anderen Worten: Der auf der Basis des Absolutwerts des Maximalwerts des Laststroms eingestellte Zählereinstellwert wird abhängig von der Stromquellenspannung kompensiert.

Deshalb kann die Größe des Anfangs-Resonanzstroms, der während des Resonanzbetriebs in den Hilfskreis geleitet wird, auf einen von der Stromquellenspannung abhängigen optimalen Wert eingestellt werden. Das heißt, falls der Wert des Induktors ein Festwert ist, steigt die Flanke des in den Induktor fließenden Resonanzstroms aufgrund der Stromquellenspannung an. Indem man also den Maximalstromwert des Laststroms zusammen mit der Stromquellenspannung erfasst, kann man die Leitungszeit, die der Induktor benötigt, damit der für die Resonanz erforderliche Anfangs-Resonanzstrom erreicht wird, auf einen Optimalwert einstellen. Dadurch lässt sich eine zuverlässige Nullspannungsschaltung realisieren.

FIGURENKURZBESCHREIBUNG

Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau eines Umrichters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 4A-J jeweils eine Darstellung des Betriebs des Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in jedem Modus;
Fig. 5 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Steuerkreises des Umrichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Steuerkreises des Umrichters gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Umrichter-Steuerkreises gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Steuerkreises des Umrichters gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den detaillierten Betrieb des Umrichters gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das die detaillierte innere Struktur der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Umrichters gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 15 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 16 ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Umrichters gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 17 ein Blockdiagramm, das die detaillierte innere Struktur der Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 18 ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Steuerkreises des Umrichters gemäß einer sieben Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 19 ein Schaltdiagramm, das den Aufbau eines konventionellen kollektiven resonanten Dämpferumrichters.

DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm gezeigt, das den Aufbau des resonant schaltenden Umrichters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der resonante Umrichter nach dieser ersten Ausführungsform umfasst eine Hauptschaltung 2A, die einen von einer Gleichstromquelle VB gelieferten Gleichstrom nach Umsetzung in einen Dreiphasen-Wechselstrom in einen Motor 1 speist, eine Hilfsschaltung 2B die mit dem Ausgang der Hauptschaltung 2A verbunden ist, und einen Steuerkreis, der die Hilfsschaltung 2B und die Hauptschaltung 2A steuert. Ein Glättungskondensator CB ist zwischen den Pluspol und den Minuspol der Gleichstromquelle VB geschaltet.
Die Hauptschaltung 2A umfasst einen Dreiphasen-Hauptkreis, sechs resonante Kondensatoren C1 bis C6, drei Phasen-Laststromsensoren Is1 bis Is3, drei Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 und den Stromquellenspannungs-Sensor VBs.
Die Dreiphasen-Hauptschaltung ist aus drei Hauptkreisen 2U, 2V, 2W - einer pro Phase - aufgebaut, die parallel geschaltet sind.
Der Hauptkreis für die Phase 2U ist durch ein mit dem Pluspol der Stromquelle VB verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement Q1, ein mit dem Minuspol der Stromquelle verbundenes Minusseiten-Hauptschaltelement Q2, eine mit dem Plusseiten- Hauptschaltelement Q1 parallel geschaltete Diode D1 und eine mit dem Minusseiten- Hauptschaltelement Q2 parallel geschaltete Diode D2 gebildet. Insbesondere das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs, engl. insulated gate bipolar transistors). Das heißt, der Kollektor des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1 ist mit dem Pluspol der Gleichstromquelle VB und der Emitter des Minusseiten-Hauptschaltelements Q2 mit dem Minuspol der Gleichstromquelle VB verbunden. Das Plusseiten-H~ uptschaltelement Q1 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 sind mit dem Hauptverbindungspunkt PSU in Reihe geschaltet. Das heißt, der Emitter des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1 und der Kollektor des Minusseiten-Hauptschaltelements Q2 sind mit dem Hauptverbindungspunkt PSU verbunden. Außerdem ist die Anode der Diode D1 mit der Emitterseite des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1 und die Kathode der Diode D1 mit dem Kollektor des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1 verbunden.
Der Hauptkreis für die Phase 2V umfasst ein mit dem Pluspol der Gleichstromquelle VB verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement Q3, ein mit dem Minuspol der Gleichstromquelle VB verbundenes Minusseiten-Hauptschaltelement Q4, eine mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q3 parallel geschaltete Diode D3 und eine mit dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q4 parallel geschaltete Diode D4. Insbesondere das Plusseiten-Hauptschaltelement Q3 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q4 sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Die Schaltungsverhältnisse zwischen dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q3, dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q4 und den Dioden D3 und D4 in dem Hauptkreis für die Phase 2V sind identisch mit den oben beschriebenen Verhältnissen, so dass sich deren weitergehende Beschreibung erübrigt.
Der Hauptkreis für die Phase 2W umfasst ein mit dem Pluspol der Gleichstromquelle VB verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement Q5, ein mit dem Minuspol der Gleichstromquelle VB verbundenes Minusseiten-Hauptschaltelement Q6, eine mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 parallel geschaltete Diode D5 und eine mit dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 parallel geschaltete Diode D6. Speziell das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Die Schaltungsverhältnisse zwischen dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q5, dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 und den Dioden D5 und D6 in dem Hauptkreis für die Phase 2W sind identisch mit den oben beschriebenen Verhältnissen, so dass sich deren weitergehende Beschreibung erübrigt.
Die sechs Kondensatoren C1 bis C6 sind mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement und dem Minusseiten-Haupschaltelement in jedem Hauptkreis für die Phasen 2U, 2V und 2W parallel geschaltet.
Insbesondere ist der Kondensator C1 mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 in dem Hauptkreis für die Phase 2U und der Kondensator C2 mit dem Minusseiten- Hauptschaltelement Q2 in dem Hauptkreis für die Phase 2U parallel geschaltet. Das heißt konkret, dass der Kondensator C1 über den Kollektor und den Emitter des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1 und der Kondensator C2 über den Kollektor und den Emitter des Minusseiten-Hauptschaltelements Q2 geschaltet ist.
Die Schaltverhältnisse zwischen dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q3, dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q4 und den Kondensatoren C3 und C4 im Hauptkreis für die Phase 2V sind gleich mit den bereits beschriebenen Schaltverhältnissen, so dass deren weitergehende Beschreibung entfallen kann. Das gleiche gilt für die Schaltverhältnisse zwischen dem Plusseiten-Hauptschaftelement Q5, dem Minusseiten- Hauptschaltelement Q6 und den Kondensatoren C5 und C6 im Hauptkreis für die Phase 2W.
Die Laststrom-Sensoren für jede Phase Is1 bis Is3 erfassen die Lastströme I1, I2 und I3, die zwischen den die Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 und die Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2, Q4 und Q6 in den Hauptkreisen für die Phasen 2U, 2V und 2W verbindenden Hauptverbindungspunkten PSU, PSV und PSW und dem Motor fließen, und liefern ein Laststromsignal. Das heißt, die Laststrom-Sensoren Is1 bis Is3 sind zwischen die die Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 und die Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2, Q4 und Q6 in den Hauptkreisen für die Phasen 2U, 2V und 2W verbindenden Hauptverbindungspunkte PSU, PSV und PSW und den Motor geschaltet.
Die drei Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 erfassen die Kreuzklemmenspannung der Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 in den Hauptkreisen für die Phasen 2U, 2V und 2W. Das heißt, die Kreuzklemmenspannungs- Sensoren Vs1, Vs2 und Vs5 sind über den Kollektor und den Emitter der Plusseiten- Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 in den Hauptkreisen für die Phasen 2U, 2V und 2W geschaltet.
Der Stromquellenspannungs-Sensor VBs erfasst die Stromquellenspannung Vx, die von der Gleichstromquelle VB geliefert wird. Das heißt, der Stromquellenspannungs- Sensor VBs ist über den Pluspol und den Minuspol der Gleichstromquelle VB geschaltet.
Die Hilfsschaltung 2B umfasst einen Dreiphasen-Hilfskreis, einen resonanten Induktor Lr und einen Resonanzstrom-Sensor Is4.
Die Dreiphasen-Hilfsschaltung wird von drei Hilfskreisen 3U, 3V und 3W - einer pro Phase - gebildet, die parallel geschaltet sind.
Der Hilfskreis für die Phase 3U wird durch den ausgangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B7, der einen Stromfluss aus dem Hilfskreis 3 erzwingt, und den eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B8, der einen Stromfluss in den Hilfskreis 3 erzwingt, gebildet. Der ausgangsseitige Hilfs-Schaltelementblock B7 und der eingangsseitige Hilfs-Schaltelementblock B8 sind an dem Hilfsverbindungspunkt PHU in Reihe geschaltet.
Der ausgangsseitige Hilfs-Schaltelementblock B7 ist durch das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q7 und die Diode D7 gebildet. Die Diode D7 und das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q7 sind hintereinander geschaltet. Insbesondere das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q7 ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). Das heißt, die Kathode der Diode D7 und der Kollektor des ausgangsseitigen Hilfsschaltelements Q7 sind verbunden, weshalb dieser ausgangsseitige Hilfs-Schaltelementblock B7 einen Stromfluss in einer Richtung erzwingt.
Der eingangsseitige Hilfs-Schaltelementblock B8 ist durch das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q8 und die Diode D8 gebildet. Das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q8 und die Diode D8 sind in Reihe geschaltet. Speziell das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q8 ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). Das heißt, der Emitter des eingangsseitigen Hilfsschaltelements Q8 und die Anode der Diode D8 sind verbunden, weshalb dieser eingangsseitige Hilfs-Schaltelementblock B8 die Leitung von elektrischem Strom in einer Richtung erzwingt.
Außerdem ist der Emitter des ausgangsseitigen Hilfsschaltelements Q7 in dem ausgangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B7 an dem Hilfsverbindungspunkt PHU mit dem Kollektor des eingangsseitigen Hilfsschaltelements Q8 in dem eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B8 verbunden. Dieser Hilfsverbindungspunkt PHU ist mit dem Hauptverbindungspunkt PSU in dem Hauptkreis für die Phase 2U in der Hauptschaltung 2A verbunden.
Der Hilfskreis für die Phase 3V ist durch den ausgangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B9 und den eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B10 gebildet. Die Anschlussverhältnisse zwischen dem ausgangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B9 und dem eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B10 sowie deren innere Struktur sind identisch mit den vorausgehenden Verhältnissen und Strukturen, so dass sich deren weitere Beschreibung erübrigt.
Der Hilfskreis für die Phase 3W ist durch den ausgangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B11 und den eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B12 gebildet. Die Anschlussverhältnisse zwischen dem ausgangsseitigen Hiifs-Schaltelementblock B11 und dem eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblock B12 sowie deren innere Struktur sind identisch mit den vorausgehenden Verhältnissen und Strukturen, weshalb deren weitere gehende Beschreibung entbehrlich ist.
Der resonante Induktur Lr ist mit den Hilfskreisen 3U, 3V und 3W für jede Phase in Reihe geschaltet und ist insbesondere zwischen die oberen Anschlüsse der eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblöcke B7, B9 und B11 und die unteren Anschlüsse der eingangsseitigen Hilfs-Schaltelementblöcke B8, B10 und B12 in den Hilfskreisen 3U, 3V und 3W für jede Phase geschaltet. Das heißt, der Induktor Lr ist zwischen die Anode der Dioden D7, D9 und D11 in den ausgangsseitigen Hilfs-Schaltelementblöcken B7, B9 und B11 und die Kathoden der Dioden D8, D10 und D12 der eingangsseitigen Hilfs- Schaltelementblöcke B8, B10 und B12 geschaltet.
Der Resonanzstrom-Sensor Is4 erfasst den in den Induktor Lr fließenden Resonanzstrom, weshalb der Resonanzstrom-Sensor Is4 mit dem Induktor Lr in Reihe geschaltet ist.
Der Steuerkreis 3 umfasst die Spannungsdifferenz-Berechnungsvorrichtung 10, den Nullspannungsdetektor 8, die Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung 7, die Steuer-Zentraleinheit (CPU, engl. central processing unit) 5, den Antriebssignalgenerator 6 und die Antriebsschaltung 9.
Die Vorrichtung 10 zur Berechnung der Spannungsdifferenz berechnet die Differenzspannungen Vx-V1, Vx-V3 und Vx-V5, welche jeweils die Differenz zwischen der mit Hilfe des Stromquellenspannungs-Sensors VBs erfassten Stromquellenspannung Vx und den mit Hilfe der Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 erfassten Kreuzklemmenspannungen V1, V3 und V5 sind, und sie berechnet die Kreuzklemmenspannungen V2, V4 und V6 der Minusseiten-Schaltelemente Q2, Q4 und Q6.
Der Nullspannungsdetektor 8 ermittelt, ob die mit Hilfe der jeweiligen Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 in der Hauptschaltung 2A erfassten Kreuzklemmenspannungen V1, V3 und V5 und die mit Hilfe der Spannungsdifferenz- Berechnungsvorrichtung 10 ermittelten Kreuzklemmenspannungen V2, V4 und V6 Null sind oder nicht, wobei den Kreuzklemmenspannungen V1 bis V6 jeweils entsprechende Nullspannungsnachweissignale z1 bis z6 ausgegeben werden, falls die Kreuzklemmenspannungen Null sind.
Die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 bestimmt bzw. stellt fest, ob der mit Hilfe des Resonanzstrom-Sensors Is4 in der Hilfsschaltung 2B erfasste Resonanzstrom I4 höher ist als die Lastströme I1, I2 und I3, die mittels der Laststrom-Sensoren Is1, Is2 und Is3 in der Hauptschaltung 2A ermittelt wurden, und sie gibt ein Ankunftsbestätigungssignal I aus, wenn der Resonanzstrom höher ist.
Die Steuer-CPU 5 liefert die PWM-Signale (Impulsbreitenmodulationssignale, engl. pulse width modulation signals) Us, V5 und Ws basierend auf den ausgegebenen Befehlssignalen Os und dem von dem Rotationssensor 4, der die Drehposition und -geschwindigkeit des Motors 1 erfasst, ausgegebenen Drehpositions- und Drehgeschwindigkeitssignal Ps.
Der Antriebssignalgenerator 6 liefert die Hauptantriebssignale S1 bis S6 und die Hilfsantriebssignale S7 bis S12 basierend auf den PWM-Signalen Us, V5, Ws, die von der Steuer-CPU 5 ausgegeben werden. Die Hauptantriebssignale S1 bis S6 und die Hilfsantriebssignale S7 bis S12 werden von der Antriebsschaltung 9 in Hauptantriebssignale Sd1 bis Sd6 und Hilfsantriebssignale Sd7 bis Sd12 umgewandelt.
Die Hauptantriebssignale Sd1, Sd2, Sd3, Sd4, Sd5 und Sd6 werden an die jeweiligen Gates des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1, des Minusseiten-Hauptschaltelements Q2, des Plusseiten-Hauptschaltelements Q3, des Minusseiten-Hauptschaltelements Q4, der Plusseiten-Hauptschaltelements Q5 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q8 in der Hauptschaltung 2A angelegt, und diese Hauptschaltelemente werden geschaltet (d. h. auf AN und auf AUS gestellt).
Die Hilfsantriebssignale Sd7, Sd8, Sd9, Sd10, Sd11 und Sd12 werden jeweils an die Gates des ausgangsseitigen Hilfeschaltelements Q7, des eingangsseitigen Hilfsschaltelements Q8, des ausgangsseitigen Hilfsschaltelements Q9, des eingangsseitigen Hilfsschaltelements Q10, des ausgangsseitigen Hilfsschaltelements Q11 und des eingangsseitigen Hilfsschaltelements Q12 in der Hilfsschaltung 2B angelegt, und diese Hilfsschaltelemente werden geschaltet (d. h. auf AN und auf AUS gestellt).
Außerdem erzeugt der Antriebssignalgenerator 6 in der Hauptschaltung 2A die Hauptantriebssignale S1 bis S6, die die entsprechenden Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 und die Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2, Q4 und Q6 als diejenigen Plusseiten- und Minusseiten-Hauptschaltelemente, die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringen sind, abschalten, wenn die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 ein Ankunftsbestätigungssignal I ausgibt.
Darüber hinaus erzeugt der Antriebssignalgenerator 6 in der Hauptschaltung 2A die Hauptantriebssignale S1 bis S6, die die entsprechenden Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 und die Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2, Q4 und Q6 als diejenigen Plusseiten- und Minusseiten-Hauptschaltelemente, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschalten, wenn der Nullspannungsdetektor 8 die den jeweiligen Kreuzklemmenspannungen V1 bis V6 entsprechenden Nullspannungsnachweissignale z1 bis z6 ausgibt.
Darüber hinaus erzeugt der Antriebssignalgenerator 6 in der Hilfsschaltung 2A gleichlaufend mit einer vorgegebenen Schaltzeitsteuerung des PWM-Signals geführt von der Steuer-CPU 5 die Hilfsantriebssignale S7 bis S12, welche die entsprechenden ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente Q7, Q9 und Q11 und eingangsseitigen Hilfsschaltelemente Q8, Q10 und Q12 als diejenigen ausfluss- und eingangsseitigen Hilfsschaltelemente, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschalten.
Der Antriebssignalgenerator 6 erzeugt auch die Hilfsantriebssignale S7 bis S12, welche die entsprechenden leitenden ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente Q7, Q9 und Q11 und eingangsseitigen Hilfsschaltelemente Q8, Q10 und Q12 als diejenigen ausgangs- und eingangsseitigen Hilfsschaltelemente, die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringen sind, abschalten, nachdem eine vorgegebene AN-Dauer beendet ist, die mittels der Speichereinheit und der Berechnungseinheit (nicht dargestellt) basierend auf der vorgegebenen Schaltzeit des durch die Steuer-CPU befohlenen PWM-Signals eingestellt wurde.
Gemäß dieser Konstruktion verringert sich die Anzahl der Spannungssensoren im Vergleich zur konventionellen Technologie um zwei.
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Umrichters in der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Bei dem kollektiven resonanten Umrichter mit Dämpfer muss eine Zwei- oder Dreiphasen-Simultanumschaltung durchgeführt werden. Dies erfordert eine Steuerung in einer Weise, in der der Betrieb des Hauptschaltelements derart geschaltet wird, dass in einer Phase das Plusseiten-Hauptschaltelement aus dem AN-Zustand (leitender Zustand) in den AUS-Zustand und das Minusseiten-Hauptschaltelement aus dem AUS-Zustand (nichtleitender Zustand) in den AN-Zustand gebracht werden. In der anderen Phase wird das Minusseiten-Hauptschaltelement von AN auf AUS und das Plusseiten-Hauptschaltelement von AUS auf AN geschaltet. Bei der Dreiphasen-Simultanumschaltung muss die Steuerung z. B. so erfolgen, dass, wenn in der ersten Phase das Plusseiten- Hauptschaltelement im AN-Zustand und das Minusseiten-Hauptschaltelement im AUS- Zustand ist, in einer der beiden anderen Phasen (zweite Phase) das Minusseiten- Hauptschaltelement von AN auf AUS und das Plusseiten-Hauptschaltelement von AUS auf AN geschaltet wird. Der Betrieb der dritten Phase ist identisch mit jenem der zweiten Phase. In dem Flussdiagramm ist hinsichtlich der Durchführung der Zweiphasen- Simultanumschaltung lediglich der Betrieb einer Phase dargestellt. Was den Betrieb der anderen Phase anbelangt, so wird das Minusseiten-Hauptschaltelement einfach gegen das Plusseiten-Hauptschaltelement ausgetauscht, weshalb die Beschreibung in diesem Zusammenhang entfallen kann.
Als repräsentatives Beispiel zeigt das Flussdiagramm die Übergänge in der Hauptschaltung 2A, wobei die U-Phase von Q1 von AN auf AUS, von Q2 von AUS auf AN, die W-Phase von Q6 von AN auf AUS und von Q5 von AUS auf AN übergeht.
Der Betrieb wird nachstehend anhand des Flussdiagramms erläutert, wobei Bezugszeichen wie zum Beispiel "A1" Schritte in dem Flussdiagramm bezeichnen.
Die Steuer-CPU 5 sendet PWM-Signale Us, Vs und Ws an den Antriebssignalgenerator 6 (A1), dann folgt von der Steuer-CPU an den Antriebssignalgenerator der Befehl zum Umschalten des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1 von AN auf AUS und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q2 von AUS auf AN in der U-Phase und zum Umschalten des Plusseiten-Hauptschaltelements Q5 von AUS auf AN und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q6 von AN auf AUS in der W-Phase.
Dadurch wird in der U-Phase das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q8 der Hilfsschaltung 2B angeschaltet (A2). Gleichzeitig wird in der W-Phase das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q11 der Hilfsschaltung 2B angeschaltet.
Im nächsten Schritt erfasst die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7, ob ein Ankunftsbestätigungssignal I ausgegeben wurde oder nicht (A3). Außerdem liefert die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungeinrichtung 7 ein Ankunftsbestätigungssignal I, wenn der Resonanzstrom I4 höher ist als ein Maximalwert des Absolutwerts von einem der Lastströme I1, I2 und I3. Wurde das Ankunftsbestätigungssignal I nicht ausgegeben (Nein), wird dieser Schritt wiederholt.
Ist die Ausgabe des Ankunftsbestätigungssignals (dagegen erfolgt (Ja), sendet der Antriebssignalgenerator 6 über die Antriebsschaltung 9 ein Antriebssignal Sd1 an das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 in der U-Phase der Hauptschaltung 2A und schaltet das leitende Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 ab (A4). Gleichzeitig sendet der Antriebssignalgenerator 6 ein Hauptantriebssignal Sd6 an das Minusseiten-Hauptschaltelment Q6 in der W-Phase der Hauptschaltung 2A und schaltet das leitende Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 ab.
Als nächstes ermittelt der Antriebssignalgenerator 6, ob von dem Nullspannungsdetektor 8 ein Nullspannungsnachweissignal z2 ausgegeben wurde oder nicht, das heißt, der Detektor 8 ermittelt, ob die Kreuzklemmenspannung V2 Null ist (A5). Ist diese Spannung nicht auf Null abgefallen (Nein), erfolgt die Wiederholung dieses Schritts.
Ist die Spannung dagegen auf Null abgefallen (Ja), wird das Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 in der U-Phase der Hauptschaltung 2A, das als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen ist, angeschaltet (A6). Fällt die Kreuzklemmenspannung V5 auf Null, wird das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 in der W-Phase der Hauptschaltung 2A, das als nächstes anzuschalten ist, auf AN geschaltet.
Dann ermittelt der Antriebssignalgenerator 6, ob die Dauer der AN-Zeit des eingangsseitigen Hilfsschaltelements Q8 in der U-Phase der Hilfsschaltung 2B beendet ist oder nicht (A7). Ist die Dauer der AN-Zeit nicht beendet (Nein), wird der Schritt wiederholt.
Bei Beendigung der Dauer der AN-Zeit (Ja) wird das leitende eingangsseitige Hilfsschaltelement Q8 in der U-Phase der Hilfsschaltung 2B abgeschaltet (A8), während gleichzeitig damit auch das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q8 in der W-Phase der Hilfsschaltung 2B abgeschaltet wird.
Fig. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Der Betrieb des Umrichters wird unter Bezugnahme auf diese Figur erläutert, wobei aber die Spannung und der Strom in jedem Schaltdiagramm von Fig. 1 und der AN/AUS-Begriff für jedes Schaltelement vorab erklärt werden. Im Folgenden zunächst die Definition der Spannung und des Stroms für jeden Bereich:

1. V1 wird als die Spannung definiert, die an beide Anschlüsse des Parallelkreises des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1, der Diode D1 und des Kondensators C1 angelegt wird, wobei der Kollektor von Q1 als normale Richtung dient, und ähnlich wird
2. V2 als die Spannung definiert, die an beiden Anschlüssen der Parallelkreise Q2, D2 und C2 angelegt wird, wobei der Kollektor von Q2 als normale Richtung dient.
3. V3 wird als die Spannung definiert, die an beiden Anschlüssen der Parallelkreise Q3, D3 und C3 angelegt wird, wobei der Kollektor von Q3 als normale Richtung dient.
4. V4 wird als die Spannung definiert, die an beiden Anschlüssen der Parallelkreise Q4, D4 und C4 angelegt wird, wobei der Kollektor von Q4 als normale Richtung dient.
5. V5 wird als die Spannung definiert, die an beiden Anschlüssen der Parallelkreise Q5, D5 und C5 angelegt wird, wobei der Kollektor als normale Richtung dient.
6. V6 wird als die Spannung definiert, die an beiden Anschlüssen der Parallelkreise Q6, D6 und C6 angelegt wird, wobei der Kollektor von Q6 als normale Richtung dient.

Als normale Richtung gilt die Richtung, in der die drei Phasenströme I1, I2 und I3 in den Motor (Last) 1 fließen.
Die Begriffe AN/AUS im Zusammenhang mit den Plusseiten-Hauptschaltelementen Q1, Q3 und Q5 und den Minusseiten-Hauptschaltelementen Q2, Q4 und Q6 werden wie folgt definiert. In der U-Phase der Hauptschaltung 2A wird der Zustand, in dem das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 AN und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 AUS ist, mit "1" bezeichnet; der Zustand, in dem das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 der U-Phase AUS und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 AN ist, wird mit "0" bezeichnet. In der V-Phase wird der Zustand, in dem das Plusseiten-Hauptschaltelement Q3 AN und das Minusseiten-Hauptschalteiement Q4 AUS ist mit "1" bezeichnet, wohingegen "0" den Zustand bezeichnet, in dem das Plusseiten-Hauptschaltelement Q3 AUS und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q4 AN ist. In der W-Phase steht "1" für den Zustand, in dem das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 AN und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 AUS ist, wohingegen "0" für den Zustand steht, in dem das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 AUS und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 AN ist. Wenn also beispielsweise das von der Steuer-CPU 5 ausgegebene PWM-Steuersignal (Us, V5, Ws) mit (1, 0, 0) bezeichnet wird, gibt dies den Zustand an, in dem das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 AN, das Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 AUS, das Plusseiten-Hauptschaltelement Q3 AUS, das Minusseiten- Hauptschaltelement Q4 AN, das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 AUS und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 AN ist.
Was das von dem Antriebssignalgenerator 6 an das Schaltelement ausgegebene Antriebssignal anbelangt, so bedeutet dessen logischer Wert "0" eine Unterbrechung der Leitung und dessen logischer Wert "1" die Leitung.
Femer wird der in Fig. 3 dargestellte Betrieb im Zusammenhang mit dem Fall erläutert, in dem das PWM-Signal (Us, Vs, Ws) von (1, 0, 0) auf (0, 0, 1) und dann auf (1, 1, 0) wechselt, wobei dies ein Beispiel für die Veranschaulichung des Steuermodus des Umrichters ist. Der Betrieb ist der gleiche für andere Fälle als dem vorgenannten.
Bei der folgenden Beschreibung des Betriebs des Umrichters wird auf Fig. 3 und auf die Fig. 4A bis 4J Bezug genommen, wobei für jeden Bereich die vorstehenden Definitionen von Spannung und Strom und für jedes Schaltelement die vorstehenden Definitionen von AN/AUS zugrunde gelegt werden.
Da bei Zeit t1 der stationäre Zustand von (U, V, W) = (1, 0, 0) ist, wie im Modus 1 von Fig. 4A gezeigt, kehrt der von der Gleichstromquelle VB über das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 in Richtung auf den U-Phasenanschluss des Motors 1 fließende Strom zur Gleichstromquelle VB zurück, indem er von dem V-Phasenelement und dem W-Phasenelement des Motors 1 jeweils durch jedes der Minusseiten-Hauptschaltelemente Q4 und Q6 fließt. Im stationären Zustand von Modus 1 befinden sich die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente Q7, Q9 und das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q12 der Hilfsschaltung 2B außerdem im AN-Zustand und die eingangsseitigen Hilfsschaltelemente Q8, Q10 und das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q11 im AUS-Zustand. Weil aber keine Speicherung von Energie in dem resonanten Induktor Lr stattfindet, fließt der Strom nicht zu dem resonanten Induktor Lr.
Wenn die Steuer-CPU 5 das PWM-Steuersignal vom stationären Zustand, in dem (Us, Vs, Ws) gleich (1, 0, 0) ist, in den Zustand von (Us, Vs, Ws) ist gleich (0, 0, 1) ändert, wie in Modus 2 von Fig. 4B gezeigt, schaltet der Antriebssignalgenerator 6 das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q8 und das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q11 an, indem es den logischen Wert der Schaltsteuersignale S8 und S11 für die eingangsseitigen Hilfsschaltelemente Q8 und die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente Q11 der Hilfsschaltung 2B von "0" in "1" ändert. Zu dieser Zeit fließt ein Teil des von dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 zum U-Phasenanschluss des Motors 1 fließenden Stroms durch den resonanten Induktor Lr und fließt über die Minusseiten- Hauptschaltelemente Q4 und Q6 zurück zur Gleichstromquelle VB, und die Energie, die der als Anfangsstrom dienende Strom Ilr ist, wird in dem resonanten Induktor Lr gespeichert.
Das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q8 und das ausgangsseitige Hilfsschaltelement Q11 werden angeschaltet, der induzierte Strom fließt aus und bei Zeit t2, wenn der induzierte Strom I4 höher wird als der Absolutwert des Maximalwerts (I1 in dem Beispiel von Fig. 3) des Laststroms, gibt die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 den logischen Wert "1" als Ankunftsbestätigungssignal I aus, so dass der Antriebssignalgenerator 6 bei Empfang dieses Signals, wie in Modus 3 von Fig. 4C gezeigt, den logischen Wert der Schaltsteuersignale S1 und S5 für das Plusseiten- Hauptschaltelement Q1 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 der Hauptschaltung 2A von "1" in "0" ändert, wodurch das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 auf AUS geschaltet werden.
Zu diesem Zeitpunkt können die Spannungen V1 und V6 der Kollektoranschlüsse und der Emitteranschlüsse des Plusseiten-Hauptschaltelements Q1 und des Minusseiten- Hauptschaltelements Q6 an den Plusseiten-Hauptschaltelementen Q1 und den Minusseiten-Hauptschaltelementen Q6 wegen der Zeitkonstanten für jeden der Kondensatoren C1 bis C6 nicht rasch sprungartig ansteigen, so dass also eine ZVS (Nullspannungsschaltung, engl. zero voltage switching) in dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 und dem Minusseiten-Schaltelement Q6 realisiert werden kann.
Wenn das Plusseiten-Hauptschaltelement Q1 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 abgeschaltet werden, fallen zusammen mit dem Laden der Kondensatoren C1 und C6 die Spannungen V2 und V5 an beiden Anschlüssen der Kondensatoren C2 und C5, an die bis zu diesem Zeitpunkt annähernd die gleiche Spannung wie die Stromquellenspannung Vx angelegt war, da nämlich die Entladung der Kondensatoren C2 und C5 begonnen hat, weil diese mit den Dämpferkondensatoren C1 und C6 verbunden sind. Der Ladestrom dieser Kondensatoren C1 und C6 und der Entladestrom von C2 und C5 schaffen einen Resonanzmodus, in welchem sie in dem Stromkreis zirkulieren, indem sie als Resonanzstrom durch den resonanten Induktor Lr fließen.
Wenn dieser Resonanzstrom-Modus andauert, fließt aufgrund der in dem resonanten Induktor Lr gespeicherten Energie mehr Resonanzstrom, und an dem Zeitpunkt, an dem die beiden Klemmenspannungen V2 und V5 der Kondensatoren C2 und C5 im wesentlichen auf "Null" abgefallen sind, fließt die in dem resonanten Induktor Lr gespeicherte Energie über die Dioden D2 und D5.
Bei Zeit t3 dann weisen die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs2 und Vs5, die die Spannung über dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss des Plusseiten- Hauptschaltelements Q2 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q5 der Hauptschaltung 2A messen, nach, dass die Spannung über dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss des Plusseiten-Hauptschaltelements Q2 und des Minusseiten- Hauptschaltelements Q5 "Null" geworden ist, und die logischen Werte der Ausgänge z2 und z5 des Nullspannungsdetektors 8 schalten von "0" auf "1 ". Nach dem Empfang dieser Signale schaltet der Antriebssignalgenerator 6 den logischen Wert der Schaltsteuersignale S2 und S5 des Plusseiten-Hauptschaltelements Q2 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q5 der Hauptschaltung 2A von "0" auf "1 ", das Plusseiten- Hauptschaltelement Q2 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q5 werden angeschaltet, und es erfolgt der Übergang in den Regenerierungsmodus 4 in Fig. 4D von (Us, V5, Ws) ist gleich (0, 0,1), der als Spannungsvektor V4 ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Spannungen V2 und V5 über dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss des Plusseiten-Hauptschaltelements Q2 und des Minusseiten- Hauptschaltelements Q5 an dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q2 und dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q5 "Null", und aufgrund des Zustands, in dem eine Spannung zu jeder der Dioden D2 und D5 fließt, kann eine ZVS (Nullspannungsschaltung, engl. zero voltage switching) und eine ZCS (Nullstromschaltung, engl. zero current switching) in dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q2 und dem Minusseiten- Hauptschaltelement Q5 realisiert werden.
Im Regenerierungsmodus von Modus 4 werden dann aufgrund der Regenerierungsenergie des Motors 1 und der in dem resonanten Induktor Lr gespeicherten Energie ein von dem W-Phasenanschluss des Motors 1 über das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 zur Plusseite der Gleichstromquelle VB fließender Regenerierungsstrom, ein von dem V-Phasenanschluss des Motors 1 über das Minusseiten-Hauptschaltelement Q4 zur Minusseite der Gleichstromquelle VB fließender Regenerierungsstrom, ein durch das Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 zu dem U-Phasenanschluss des Motors fließender Regenerierungsstrom und ein zu dem eingangsseitigen Hilfsschaltelement Q8, dem resonanten Induktor Lr und dem ausgangsseitigen Hilfsschaltelement Q11 fließender Regenerierungsstrom erzeugt.
Da aber die Stromquellenspannung der Gleichstromquelle VB als Gegenspannung in einer den Strom ILr reduzierenden Richtung an den resonanten Induktor Lr angelegt wird, verringert sich der Strom ILr langsam auf Null. Wenn der Strom ILr Null wird, wird der Strom, der aufgrund der Stromquellenspannung der Gleichstromquelle VB zur Emitterseite der eingangsseitigen Hilfsschaltelemente Q8 und Q11 zu fließen versucht, durch die Dioden D8 und D11 blockiert, und der Modus geht über in den stationären Modus des in Fig. 4E gezeigten Modus 5.
Dann ändert der Antriebssignalgenerator 6 ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Betrieb bei Zeit t4, wenn die Steuer-CPU das PWM-Signal von dem stationären Zustand, in dem (Us, Vs, Ws) gleich (0, 0,1) ist, in den Zustand von (Us, Vs, Ws) gleich (1, 1, 0) ändert, wie in Modus 6 in Fig. 4F gezeigt, den logischen Wert der Antriebssignale S7 und S9 der ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente Q7 und Q9 und des eingangsseitigen Hilfsschaltelements Q12 der Hilfsschaltung 2B von "0" in "1", und die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente Q7 und Q9 und das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q12 werden auf AN geschaltet. Wenn die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente Q7 und Q9 und das eingangsseitige Hilfsschaltelement Q12 angeschaltet sind, fließt die Induktivitätsspannung I4 aus, und bei Zeit t5 wird der induzierte Strom I4 größer als der Absolutwert des Maximalwerts (I1 in dem Beispiel von Fig. 6) des Laststroms, der Modus wird zu dem in Fig. 4G gezeigten Modus, und der logische Wert des Ausgangs I der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 wird von "0" auf "1" geschaltet. Nach Empfang dieses Signals schaltet der Antriebssignalgenerator 6 den logischen Wert der Schaltsteuersignale S2 und S4 für die Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2 und Q4 und das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 der Hauptschaltung 2A von "1" auf "0", die Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2 und Q4 und das Plusseiten-Hauptschalteiement Q5 werden auf AUS geschaltet, und der Modus geht über in den Modus 8, der in Fig. 4H dargestellt ist.
Zu dieser Zeit können die Spannungen V2, V4 und V5 über dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss der Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2 und Q4 und des Plusseiten-Hauptanschlusselements Q5 an den Minusseiten-Hauptschaltelementen Q2 und Q4 und dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 wegen der Zeitkonstanten der Kondensatoren C2, C4 und C5 nicht rasch stoßartig ansteigen, und daher wird eine ZVS (Nullspannungsschaltung) in den Minusseiten-Hauptschaltelementen Q2 und Q4 und in dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 realisiert.
Wenn die Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2 und Q4 und das Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 abgeschaltet werden, fallen wegen der beginnenden Entladung der Kondensatoren C1, C3 und C6 und wegen der Verbindung mit den Kondensatoren C2, C4 und C5 zusammen mit der Ladespannung der Dämpferkondensatoren C2, C4 und C5 die Spannungen V1, V3 und V6 beider Anschlüsse der Kondensatoren C1, C3 und C6, an die eine Spannung angelegt worden war, die bis zu diesem Zeitpunkt etwa gleich der Stromquellenspannung Vx war. Der Ladestrom dieser Kondensatoren C2, C4 und C5 und der Entladestrom der Kondensatoren C1, C3 und C6 schaffen einen Resonanzmodus, in welchem sie in dem Stromkreis zirkulieren, indem sie als Resonanzstrom durch den resonanten Induktor Lr fließen.
Wenn dieser Resonanzmodus fortgesetzt wird, fließt aufgrund der in dem resonanten Induktor Lr gespeicherten Energie mehr Resonanzstrom, und an dem Zeitpunkt, an dem die Spannungen V1, V3 und V6 an beiden Anschlüssen der Kondensatoren C1, C3 und C6 "Null" geworden sind, fließt die in dem resonanten Induktor Lr gespeicherte Energie über die Dioden D1, D3 und D6, wie das in Modus 9 von Fig. 41 dargestellt ist.
Als nächstes ermitteln bei Zeit t6 die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs6, die die Spannung über dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss der Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1 und Q3 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q6 der Hauptschaltung 2A messen, dass die Spannung über dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss der Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1 und Q3 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q6 "Null" geworden ist, und die logischen Werte der Ausgänge z1, z3 und z6 des Nullspannungsdetektors 8 wechseln von "0" auf "1 ". Nachdem der Antriebssignalgenerator 6 diese Signale empfangen hat, schaltet er die logischen Werte der Antriebssignale S1, S3 und S6 der Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1 und Q3 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q6 der Hauptschaltung 2A von "0" auf "1", die Plusseiten-Hauptschalteiemente Q1 und Q3 und das Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 werden auf AN geschaltet, und es erfolgt der Übergang in den stationären Modus von (Us, Vs, Ws) ist gleich (1, 1, 0), der in Modus 10 von Fig. 4J dargestellt ist.
An den Plusseiten-Hauptschaltelementen Q1 und Q3 und an dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 sind zu diesem Zeitpunkt die Spannungen V1, V3 und V6 über dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss der Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1 und Q3 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q6 "Null", und wegen des Zustands, in dem die in dem Induktor Lr gespeicherte Energie als Strom zu jeder der Dioden D1, D3 und D5 fließt, findet keine Stromfluss zu den Plusseiten-Hauptschaltelementen Q1 und Q3 und zu dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 statt, wodurch eine ZVS (Nullspannungsschaltung) und ZCS (Nullstromschaltung) in den Plusseiten- Hauptschaltelementen Q1 und Q3 und in dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 realisiert werden.
Fig. 5 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Umrichter-Steuerkreises gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der ersten Ausführungsform liegt darin, dass anstelle der Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5, Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs2, Vs4 und Vs6, die die Kreuzklemmenspannungen V2, V4 und V6 erfassen, zwischen die Kollektoren und Emitter der Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2, Q4 und Q6 in den drei Phasen U, V und W geschaltet sind. Ansonsten ist diese Ausführungsform in Aufbau und Wirkung identisch mit der ersten Ausführungsform.
Fig. 6 ist ein Schaltdiagramm des Aufbaus des Umrichter-Steuerkreises gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen dieser und der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Kreuzklemmenspannungs- Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5, der Stromquellenspannungs-Sensor VBs, die Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung 10 und der Nullspannungsdetektor 8 entfallen und stattdessen eine Verzögerungsschaltung 11 in dem Antriebssignalgenerator 6 vorgesehen ist.
Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ab Ausgabe des Ankunftsbestätigungssignals I durch die Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 erzeugt die Verzögerungsschaltung 11 ein Verzögerungssignal, das die entsprechenden Plusseiten-Hauptschaltelemente und Minusseiten-Hauptschaltelemente als diejenigen Plusseiten- und Minusseiten-Hauptschaltelemente, die in der Hauptschaltung 2A als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, auf AN schaltet, und gibt an den Antriebssignalgenerator 6a ein Verzögerungssignal DL aus. In dem Antriebssignalgenerator 6a wird zum Zeitpunkt des Empfangs des AN-Signals des Verzögerungssignals DL das Hauptantriebssignal an die Plusseiten-Hauptschaftelemente und die Minusseiten-Hauptschaltelemente ausgegeben, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind.
Dadurch werden die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren, die die Kreuzklemmenspannungen (die Spannung zwischen den Kollektoren und Emittern) der Plusseiten-Hauptschaltelemente und der Minusseiten-Hauptschaltelemente und die Nullspannungsdetektoren, die ermitteln, ob die durch die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren angezeigte Spannung Null ist oder nicht, überflüssig. Es können also einige Sensoren entfallen, so dass der Schaltungsaufbau zugunsten eines weniger teueren Umichters entsprechend vereinfacht werden kann.
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Umrichter-Steuerkreises gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Dieses Flussdiagramm unterscheidet sich von jenem der ersten Ausführungsform insofern, als anstelle von Schritt A5 die Schritte E1 und E2 vorgesehen sind, während die Steuerung von Schritt A1 bis A4 mit jener der ersten Ausführungsform identisch ist.
In Schritt E1 wird ein von der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 erzeugtes Ankunftsbestätigungssignal I in die Verzögerungsschaltung 11 eingegeben. In Schritt E2 wird auf die Ausgabe eines Verzögerungssignals gewartet, das die entsprechenden Plusseiten-Hauptschaltelemente und Minusseiten-Hauptschaltelemente als diejenigen Plusseiten- und Minusseiten-Hauptschaltelemente, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschaltet. An dem Zeitpunkt der Ausgabe des Verzögerungssignals wird außerdem ein Hauptantriebssignal an die in den leitenden Zustand zu versetzenden Plusseiten- und Minusseiten-Hauptschaltelemente ausgegeben. Die Steuerung von Schritt A6 bis A8, unter der das Hauptantriebssignal ausgegeben wird, erfolgt identisch mit jener der ersten Ausführungsform, wodurch die Hauptschaltelemente und die Hilfsschaltelemente gesteuert werden.
Fig. 8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Bei Zeit t2, wenn die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 das Ankunftsbestätigungssignal I ausgegeben hat und dieses Signal I in die Verzögerungsschaltung 11 im Antriebssignalgenerator 6 eingegeben worden ist, setzt die Verzögerungsschaltung 11 einen Timer für ein vorgegebenes Verzögerungszeitintervall in Gang. Bei Zeit t3, wenn das in dem Timer voreingestellte Verzögerungszeitintervall beendet ist, schaltet die Verzögerungsschaltung 11 das Verzögerungssignal an den Antriebssignalgenerator 6a von dem AUS-Zustand "0" in den AN-Zustand "1". Der Antriebssignalgenerator 6 erzeugt gleichlaufend mit der Schaltzeitsteuerung dieses Verzögerungssignals Hauptantriebssignale S2 und S5 zum Anschalten des Minusseiten- Hauptschaltelements Q2 und des Plusseiten-Hauptschaltelements Q5, die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, und dadurch werden eine ZVS (Nullspannungsschaltung) und ZCS (Nullstromschaltung) in dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q2 und in dem Plusseiten-Hauptschaltelement Q5 realisiert.
Bei Zeit t5, wenn die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 das Ankunftsbestätigungssignal I ausgegeben hat und wenn dieses Signal I in die Verzögerungsschaltung 11 in dem Antriebssignalgenerator 6 eingegeben worden ist, setzt diese Verzögerungsschaltung 11 einen Timer für ein vorgegebenes Verzögerungszeitintervall in Gang. Wenn dann bei Zeit t6 dieses vorab in dem Timer eingestellte Verzögerungszeitintervall zu Ende ist, schaltet die Verzögerungschaltung 11 das Verzögerungssignal an den Antriebssignalgenerator 6a von dem AUS-Zustand "0" in den AN-Zustand "1". Der Antriebssignalgenerator 6 liefert synchron mit der Schaltzeitsteuerung dieses Verzögerungssignals Hauptantriebssignale S1, S3 und S6 zum Anschalten der als nächstes in den leitenden Zustand zu versetzenden Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1 und Q3 und des Minusseiten-Hauptschaltelements Q6, wodurch eine ZVS (Nullspannungsschaltung) und ZCS (Nullstromschaltung) in den Plusseiten- Hauptschaltelementen Q1 und Q3 und in dem Minusseiten-Hauptschaltelement Q6 realisiert werden.
Fig. 9 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Umrichter Steuerkreises gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Unterschied zwischen dieser und der ersten Ausführungsform ist wie folgt.
Zunächst sind Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs2, Vs4 und Vs6 zwischen den Kollektoren und Emittem der Minusseiten-Schalteelemente Q2, Q4 und Q6 und nicht nur zwischen den Kollektoren und Emittem der Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 vorgesehen. Der Stromquellenspannungs-Sensor VBs und der Resonanzstrom-Sensor Is4 für die Erfassung des Resonanzstroms (in den Induktor Lr fließender Strom) sind nicht vorgesehen, und schließlich fehlt auch die Einrichtung 10 für die Berechnung der Spannungsdifferenz.
Ferner umfasst die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 einen Maximalwertdetektor 12, der den Maximalwert des Absolutwerts des Laststroms erfasst, eine Einrichtung 13 für die Ausgabe eines Zählereinstellwerts und eine Zählerrecheneinrichtung 14.
Der Maximalwertdetektor 12 erfasst die Maximalwerte der Absolutwerte der mit Hilfe der Laststrom-Sensoren Is1, Is2 und Is3 in der Hauptschaltung 2A erfassten Absolutwerte der Lastströme I1, I2 und I3.
Die Einrichtung 13 für die Ausgabe eines Zählereinstellwerts gibt einen Zählereinstellwert aus, der von dem mit Hilfe des Maximalwertdetektors 12 erfassten Maximalwert abhängt.
Die Zählerrecheneinrichtung 14 gibt nach dem Ablauf eines Zeitintervalls, das von dem von der Einrichtung 13 für die Ausgabe eines Zählereinstellwerts ausgegebenen Zählereinstellwert abhängt, nach Ausgabe des vorgegebenen Schaltsteuersignals ST das Ankunftsbestätigungssignal I aus.
Die Zählerrecheneinrichtung 14 wird mit einer Frequenz aktiviert, die höher ist als die Schaltfrequenz für ein Schaltelement, und erhöht oder verringert den Zählwert. Falls eine Aufwärtszählmethode angewandt wird, gibt die Zählerrecheneinrichtung 14 ein Ankunftsbestimmungssignal I aus, das das Ende des Zählvorgangs anzeigt, wenn ein bei Null beginnender Zählwert den Zählereinstellwert erreicht. Wird dagegen eine Abwärtszählmethode gewählt, gibt die Zählerrecheneinrichtung 14 ein Ankunftsbestimmungssignal I aus, das das Ende des Zählvorgangs anzeigt, wenn ein bei dem eingestellten Wert beginnender Zählwert den Wert Null erreicht. Das von der Zählerrecheneinrichtung 14 ausgegebene Ankunftsbestimmungssignal I wird zum Ausgangssignal der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7.
Die den Zählvorgang startende Zeitsteuerung wird durch das vorgegebene Schaltzeitsteuersignal ST bestimmt, das von diesem Antriebssignalgenerator 6 ausgegeben wird, wenn sich die in den Antriebssignalgenerator 6 eingegebenen PWM-Signale Us, Vs und Ws ändern.
Bei dieser Ausführungsform werden die Resonanzstrom-Sensoren für die Erfassung des Resonanzstroms überflüssig.
Hinzu kommt, dass nach der konventionellen Vorgehensweise die Ansprechgeschwindigkeit der Sensoren mit einigen µ-Sekunden extrem langsam ist, so dass die Verwendung einer Hilfsschaltung 2B, die mit einer Messgeschwindigkeit von einigen µ-Sekunden arbeitet, extrem schwierig ist. Der Fehler im Vergleich zu dem tatsächlichen Strom ist extrem groß.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt die Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 jedoch das Ankunftsbestätigungssignal I basierend auf den Lastströmen I1, I2 und I3 aus, die sich im Vergleich zu dem Resonanzbetrieb in der Hilfsschaltung 2B extrem langsam ändern, so dass der Einfluss der Ansprechverzögerung des Stromsensors zugunsten einer präziseren Bestimmung durch die Resonanzstrom- Ankunftsbestimmungseinrichtung beseitigt werden kann.
Fig. 10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Dieses Flussdiagramm unterscheidet sich von jenem der ersten Ausführungsform, indem Schritt F1 zwischen den Schritten A1 und A2 liegt.
In Schritt F1 erfolgt durch den Antriebssignalgenerator 6 im Gleichlauf mit der AN/AUS- Zeitsteuerung des PWM-Signals die Ausgabe des vorgegebenen Schaltzeitsteuersignals ST, welches wiederum in die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 eingegeben wird, und die Zählerrecheneinrichtung 14 startet den Zählvorgang basierend auf dem mittels der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 eingestellten Zählerwert.
Wie in der ersten Ausführungsform ermittelt die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 in Schritt 3A, ob das Ankunftsbestätigungssignal I ausgegeben worden ist oder nicht. Die Resonanzstrom-Ankunftsbestätigungseinrichtung 7 der vorliegenden Ausführungsform jedoch gibt dieses Ankunftsbestätigungssignal I aus, wenn die Zählerrecheneinrichtung 14 in der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 das Ankunftsbestätigungssignal I ausgibt, das das Ende des Zählvorgangs anzeigt.
Fig. 11 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Umrichters gemäß vorliegender Ausführungsform darstellt.
Bei Zeit t1 gibt der Antriebssignalgenerator 6 zeitgleich mit der Änderung der von der Steuer-CPU 5 gesandten PWM-Signale Us und Ws das vorgegebene Schaltzeitsteuersignal ST (wobei ST "1" ist) aus, welches in die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 der Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 eingegeben wird. Dadurch sendet die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 den Zählereinstellwert an die Zählerrecheneinrichtung 14, die den Zählvorgang schließlich startet.
Bei Zeit t2, wenn der Zählvorgang durch die Zählerrecheneinrichtung 14 beendet ist, erfolgt durch letztere die Ausgabe des das Ende des Zählvorgangs anzeigenden Ankunftsbestätigungssignals I, welches schließlich in den Antriebssignalgenerator 6 eingegeben wird. Dadurch schaltet der Antriebssignalgenerator 6 die Hauptantriebssignale S1 und S6 aus.
Die von Zeit t4 bis Zeit t5 ausgeführten Operationen sind ähnlich jenen, die zwischen Zeit t1 und t2 ausgeführt werden.
Fig. 12 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den detaillierten Betrieb des Umrichters gemäß dieser Ausführungsform zeigt. In diesem Zeitablaufdiagramm werden die Operationen in dem Zeitraum zwischen t1 und t2 dargestellt.
Bei Zeit t1 erfolgt durch den Antriebssignalgenerator 6 gleichlaufend mit der Änderung der von der Steuer-CPU 5 gesandten PWM-Signale Us und Ws die Ausgabe des vorgegebenen Schaltsignals ST (wobei ST "1" ist), das in die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 eingegeben wird. Dadurch sendet die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 den Zählereinstellwert an die Zählerrecheneinrichtung 14.
Abhängig von dem Laststrom (z. B. I1) wird der Zählereinstellwert durch den Maximalwertdetektor 12 für die Erfassung des Absolutwerts des Maximalwerts des Laststroms bestimmt.
Die Zählerrecheneinrichtung 14 startet den Zählvorgang basierend auf dem mittels des Maximalwertdetektors 12 bestimmten Zählereinstellwert. Im Fall der Verwendung eines Abwärtszählers zum Beispiel dient der Zählereinstellwert als Ausgangswert für die Zählerrecheneinrichtung 14, die dann abwärts zählt.
Bei Zeit t2, wenn der Abwärtszählvorgang durch die Zählerrecheneinrichtung 14 beendet ist (der Zählerwert ist "0"), erfolgt durch die Zählerrecheneinrichtung 14 die Ausgabe des das Ende des Zählvorgangs anzeigenden Ankunftsbestätigungssignals I, welches in den Antriebssignalgenerator 6 eingegeben wird. Dadurch schaltet der Antriebssignalgenerator 6 die Hauptantriebssignale S1 und S6 ab.
Von Zeit t1 bis Zeit t2 steigt der durch den Induktor Lr fließende Resonanzstrom I4 an und übersteigt bei Zeit t2 den Laststrom I1.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das die interne Struktur der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 in der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die den Absolutwert des Laststrom-Maximalwerts bestimmende Maximalwert-Bestimrnungseinrichtung 12 umfasst die Absolutwert-Konvertierungsschaltung 12a, die den Absolutwert des zwischen Plus und Minus altemierenden Laststroms ausgibt, und eine Maximalwert-Selektionsschaltung 12b, die den maximalen Ausgabewert wählt, und die Ausgabe der Maximalwert-Selektionsschaltung 12b wird an die Zählereinstellwert-Ausgabeschaltung 13 (die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung) gesandt. Der von der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 zur Zählerrecheneinrichtung 14 gesandte Zählereinstellwert ist der Wert, der der Zeit entspricht, die der Resonanzstrom für das Erreichen eines Werts benötigt, der ausreicht, damit die Kreuzklemmenspannung des Hauptschaltelements nach dem Anschalten des Hilfsschaltelements bei der der niedrigsten Betriebsspannung entsprechenden Stromquellenspannung Null wird (der Wert, der dem Laststrom einen Toleranzwert hinzufügt). Das heißt, der Wert, der dieses Zeitintervall bei der Taktfolge zuteilt, wenn die Zählerrecheneinrichtung 14 den Zählvorgang durchführt, ist der Zählereinstellwert. Insbesondere wird dieser Zählereinstellwert für jeden Laststrom eingestellt.
Fig. 14 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Umrichters gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dem Umrichter nach dieser Ausführungsform sind die Verzögerungsschaltung in dem Antriebssignalgenerator 6 gemäß der in Fig. 6 gezeigten dritten Ausführungsform, der den Absolutwert des Laststrom-Maximalwerts in der Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 erfassende Maximalwertdetektor 12, die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 und die Zählerrecheneinrichtung 14 gemäß der in Fig. 9 gezeigten fünften Ausführungsform zusammen vorgesehen.
Deshalb entfallen bei dem Umrichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Resonanzstrom-Sensor Is4 für die Erfassung des Resonanzstroms I4 und der Stromquellenspannungs-Sensor VBs für die Erfassung der Stromquellenspannung Vx und zusätzlich in jedem Hauptkreis für die Phasen 2U, 2V und 2W die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 und Vs2, Vs4 und Vs6 für die Erfassung der Kreuzklemmenspannungen V1, V3 und V5 und V2, V4 und V6 der Plusseiten-Hauptschaltelemente Q1, Q3 und Q5 und der Minusseiten-Hauptschaltelemente Q2, Q4 und Q6 sowie der Nullspannunsdetektor 8, der ermittelt, ob die mit Hilfe der Kreuzklemmenspannungs-Sensoren Vs1, Vs3 und Vs5 und Vs2, Vs4 und /s6 erfassten Kreuzklemmenspannungen V1, V3 und V5 und V2, V4 und V6 Null sind oder nicht.
Aus diesem Grund müssen die Sensoren für weiches Schalten in dem Umrichter nicht neu vorgesehen werden. Nur die für den Antrieb des Motors verwendeten Lastsensoren müssen montiert werden, so dass der Umrichter für den Resonanzbetrieb bzw. für resonantes Schalten ausgelegt werden kann, indem lediglich digitale Schaltungen verwendet werden, die Signale erzeugen, die der Leitungszeitsteuerung der Hauptschaltelemente und der Hilfsschaltelemente basierend auf dem Laststrom folgen.
Fig. 15 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des erfindungsgemäßen Umrichters darstellt.
Wie in der vierten Ausführungsform startet bei Zeit t1, wenn der Antriebssignalgenerator 6 das vorgegebene Schaltzeitsteuersignal ST (wobei ST "1" ist) ausgibt, die Zählerrecheneinrichtung 14 den Zählvorgang. Bei Zeit t2, wenn die Zählerrecheneinrichtung 14 den Zählvorgang beendet, gibt die Zählerrecheneinrichtung 14 ein Ankunftsbestätigungssignal I aus, welches das Ende des Zählvorgangs anzeigt.
Wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit bei Zeit t3 dieses Ankunftsbestätigungssignal I in die Verzögerungsschaltung I1 eingegeben wird, ändert der Antriebssignalgenerator 6 die Hauptantriebssignale S2 und S5 in AN. Von Zeit t4 bis Zeit t5 werden Operationen durchgeführt, die mit den von Zeit t1 bis Zeit t2 durchgeführten Operationen identisch sind.
Fig. 16 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Umrichters gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bei dem Umrichter in dieser Ausführungsform entfallen die Minusseiten-Kreuzklemmenspannungssensoren Vs2, Vs4 und Vs6 der in Fig. 9 gezeigten vierten Ausführungsform, während ein Stromquellenspannungs-Sensor VBs zur Erfassung der Stromquellenspannung Vx und eine Spannungsdifferenz- Berechnungseinrichtung 10 zur Berechnung der Differenz zwischen der Stromquellenspannung Vx und den Kreuzklemmenspannungen V1, V3 und V5 hinzukommen, und es wird die Ausgabe des Stromquellenspannungs-Sensors VBs in die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung der Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 eingegeben.
Die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 nach dieser Ausführungsform berechnet einen Zählereinstellwert abhängig von dem Absolutwert des mit Hilfe des Maximalwertdetektors 12 erfassten Maximalwerts des Laststroms und von der mit Hilfe des Stromquellenspannungs-Sensors VBs erfassten Stromquellenspannung Vx und sendet den berechneten Zählereinstellwert an die Zählerrecheneinrichtung 14.
Insbesondere berechnet die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 aus dem Absolutwert des Laststrom-Maximalwerts und aus der Stromquellenspannung Vx den in den resonanten Induktor Lr fließenden Resonanzstrom, und das von dem berechneten Wert abhängige Zeitintervall wird durch den Taktzyklus zugemessen, wenn die Zählerrecheneinrichtung 14 den Zählvorgang durchführt, und sie berechnet den Zählereinstellwert. Die Zählerrecheneinrichtung 14 gibt den mit Hilfe der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 berechneten Zählereinstellwert ein und führt den Zählvorgang auf der Basis des eingegebenen Zählereinstellwerts durch.
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das in detaillierter Form die innere Struktur der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Die Zählereinstellwert-Berechungseinrichtung 13 ermittelt die Ankunftszeit t, während der der Resonanzstrom den Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms erreicht, anhand der folgenden Formel:

Ir = Vx/Lxt,

wobei Ir der Zielwert des Resonanzstroms ist (ersetzt durch den Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms), Vx die Stromquellenspannung und L der Wert des Induktors Lr. Außerdem verwendet die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13 als Zählereinstellwert den Wert, der der Ankunftszeit t entspricht, die bei Durchführung eines Zählvorgangs durch die Zählerrecheneinrichtung 14 durch den Taktzyklus zugemessenen wurde.
Insbesondere ermöglicht die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung 13, dass an die Zählerrecheneinrichtung 14 ein Zählereinstellwert gesandt wird, der von der Schwankung der Stromquellenspannung Vx abhängt. Wie in der vierten Ausführungsform kann die Zählerrecheneinrichtung 14 als Aufwärtszähler oder als Abwärtszähler konfiguriert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Anfangs-Resonanzstrom ein von der Stromquellenspannung Vx abhängiger Optimalwert sein. Speziell in dem Fall, in dem der Wert des Induktors Lr ein fester Wert ist, ändert sich die Flanke des in den Induktor Lr fließenden Resonanzstroms, wenn der Resonanzstrom I4 ansteigt. Daher erhält man den für die Resonanz benötigten Anfangsstrom zusammen mit der Stromquellenspannung Vx durch die Erfassung des Maximalwerts des Laststroms I4, wodurch der Anfangs-Resonanzwert zu einem Optimalwert gemacht werden kann. Dadurch wiederum wird eine zuverlässige Nullspannungsschaltung möglich. Darüber hinaus kann die Stromquellenspannung VBs für eine andere Steuerung verwendet werden, zum Beispiel in einem EV (Elektrofahrzeug), HEV (Hybrid-Elektrofahrzeug) oder dergleichen, so dass der Stromquellenspannungs-Sensor VBx nicht neu vorgesehen werden muss und demzufolge auch keine zusätzliche Kosten entstehen.
Fig. 15 ist ein Schaltdiagramm, das den Aufbau des Umrichter-Steuerkreises gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bei dem Umrichter dieser Ausführungsform ist die in der fünften Ausführungsform beschriebene und in Fig. 14 gezeigte Verzögerungsschaltung 11 in dem Antriebssignalgenerator 6 der sechsten Ausführungsform des in Fig. 16 gezeigten Umrichters vorgesehen, wodurch ein Aufbau realisiert wird, bei dem die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren zur Erfassung der Kreuzklemmenspannungen zwischen den Plusseiten-Hauptschaltelementen und den Minusseiten-Hauptschaltelementen unnötig werden, wie das in Fig. 17 gezeigt ist.
Darüber hinaus sind in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen drei Laststrom-Sensoren vorgesehen. Jedoch ist auch ein Aufbau bzw. eine Konfiguration mit zwei Laststrom-Sensoren denkbar, wobei ein Zweiphasen-Laststrom erfasst und die verbleibende Phase anhand der Differenz zwischen den erfassten Werten der zwei Phasen ermittelt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in deren erster Ausführungsform der Absolutwert des mit Hilfe des Laststrom-Sensors in der Umrichterschaltung erfassten Maximalwerts des Laststroms ermittelt, die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung gibt einen von dem Absolutwert des Laststrom-Maximalwerts abhängigen Zählereinstellwert aus, und die Zählerrecheneinrichtung gibt nach Ablauf eines Zeitintervalls, das von dem nach Ausgabe eines vorgegebenen Schaltzeitsteuersignals durch den Antriebssignalgenerator von der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung ausgegebenen Zählereinstellwert abhängig ist, ein Ankunftsbestätigungssignal aus.
Wenn die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung das Ankunftsbestätigungssignal ausgibt, erzeugt der Antriebssignalgenerator ein Hauptantriebssignal, das die entsprechenden Plusseiten-Hauptschaltelemente und Minusseiten-Hauptschaltelemente in der Umrichterschaltung abschaltet.
Deshalb werden die nach der konventionellen Technologie für die Erfassung des Resonanzstroms erforderlichen Resonanzstrom-Sensoren nicht mehr benötigt.
In der zweiten Ausführungsform erzeugt die Verzögerungsschaltung ein Hauptantriebssignal, das die entsprechenden Plusseiten-Hauptschaltelemente und Minusseiten-Hauptschaltelemente in der Umrichterschaltung anschaltet, nachdem nach der Ausgabe des Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung ein vorgegebenes Zeitintervall abgelaufen ist. Deshalb erübrigen sich neben dem Resonanzstrom-Sensor für die Erfassung des Resonanzstroms und dem Stromquellenspannungs-Sensor für die Erfassung der Stromquellenspannung auch die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren für die Erfassung der Kreuzklemmenspannungen der Plusseiten-Hauptschaltelemente und der Minusseiten-Hauptschaltelemente in jedem Hauptkreis jeder Phase und der Nullspannungsdetektor, der ermittelt, ob die mit Hilfe der Kreuzklemmenspannungs-Sensoren erfassten Kreuzklemmenspannungen Null sind oder nicht.
In der dritten Ausführungsform kann die Größe des Anfangs-Resonanzstroms, der während des Resonanzbetriebs die Leitung in der Hilfsschaltung erzwingt, durch einen von der Stromquellenspannung abhängigen optimalen Wert gesteuert werden.
In der vierten Ausführungsform erzeugt die Verzögerungsschaltung ein Hauptantriebssignal, das die entsprechenden Plusseiten-Hauptschaltelemente und Minusseiten- Hauptschaltelemente in der Umrichterschaltung nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Ausgabe des Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom- Ankunftsbestimmungseinrichtung anschaltet. Somit erübrigen sich die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren zur Erfassung der Kreuzklemmenspannungen zwischen den Plusseiten-Hauptschaltelementen und den Minusseiten-Hauptschaltelementen in dem Hauptkreis für jede Phase und der Nullspannungsdetektor, der ermittelt, ob die mit Hilfe der Kreuzklemmenspannungs-Sensoren erfasste Kreuzklemmenspannung Null ist oder nicht. Auf diese Weise können die Kosten für den Umrichter reduziert werden.
In der fünften Ausführungsform erfassen die Kreuzklemmenspannungs-Sensoren die Kreuzklemmenspannungen der Plusseiten-Hauptschaltelemente und Minusseiten- Hauptschaltelemente in jedem Hauptkreis für jede Phase, der Stromquellenspannungs- Sensor erfasst die von der Stromquelle gelieferte Spannung, und die Einrichtung zur Berechnung der Spannungsdifferenz berechnet die Differenzspannung, welche die Differenz zwischen der mit Hilfe der Stromquellenspannungs-Sensoren in der Umrichterschaltung erfassten Stromquellenspannung und der mit Hilfe der Kreuzklemmenspannungs-Sensoren erfassten Kreuzklemmenspannung ist. Daher wird im Vergleich zur konventionellen Technologie die Anzahl der Sensoren um zwei verringert.
In der sechsten Ausführungsform wird die Anzahl der Spannungssensoren im Vergleich zur konventionellen Technologie um zwei reduziert, und es entfällt der Resonanzstrom-Sensor für die Erfassung des Resonanzstroms.
Gemäß der siebten Ausführungsform kann bei einem Umrichter nach der sechsten Ausführungsform die Größe des Anfangs-Resonanzstroms, der während des Resonanzbetriebs eine Leitung in der Hilfsschaltung erzwingt, als ein von der Stromquellenspannung abhängiger Optimalwert gestaltet werden.
Kurz zusammengefasst betrifft die Erfindung einen resonant schaltenden Umrichter mit einer möglichst geringen Anzahl an Sensoren und dementsprechend geringeren Kosten. Bei einem Umrichter, der eine Umrichterschaltung, einen Resonanzkreis und einen Steuerkreis umfasst, sind eine Dreiphasen-Hauptschaltung, Kondensatoren bis und Laststrom-Sensoren in der Umrichterschaltung vorgesehen. Eine Dreiphasen- Hilfsschaltung und ein Induktor sind im Resonanzkreis und eine Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung und ein Antriebssignalgenerator in dem Steuerkreis vorgesehen. Ein Maximalwertdetektor, der den Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms erfasst, eine Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung, die den von dem Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms abhängigen Zählereinstellwert ausgibt, und eine Zählerrecheneinrichtung, die nach Ablauf eines von dem Zählereinstellwert, der von der Zählereinstellwert Ausgabeeinrichtung ausgegeben wird, abhängigen Zeitintervalls nach Ausgabe eines vorgegebenen Schaltzeitsteuersignals durch den Antriebssignalgenerator ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt, sind in der Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung vorgesehen.

Claims

1. Resonant schaltender Umrichter, umfassend eine Umrichterschaltung, die einen von einer Stromquelle (VB) gelieferten Gleichstrom nach Konvertierung in einen Dreiphasen-Wechselstrom einem Motor (1) zuleitet; einen Resonanzkreis, der mit dem Ausgang der Umrichterschaltung verbunden ist; und einen Steuerkreis (3), der den Resonanzkreis und die Umrichterschaltung steuert,
wobei die Umrichterschaltung eine Dreiphasen-Hauptschaltung (2A) umfasst, in der drei Hauptkreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei in einem Hauptkreis ein mit dem Pluspol der Stromquelle (VB) verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und ein mit dem Minuspol der Stromquelle verbundenes Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) in Reihe geschaltet sind und wobei das Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und das Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) mit Dioden (D1, D2) parallel geschaltet sind; resonante Kondensatoren (C1-C6), die mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und dem Minusseiten- Haupschaltelement (Q2, Q4, Q6) in jedem Kreis für jede Phase parallel geschaltet sind; und Laststrom-Sensoren (Is1, Is2, Is3), die einen zwischen Hauptverbindungspunkten (PSU, PSV, PSW), an denen das Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und das Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) in jedem Kreis für jede Phase zusammengeschaltet sind, und dem Motor (1) fließenden Laststrom erfassen;
wobei der Resonanzkreis eine Dreiphasen-Hilfsschaltung (2B) umfasst, in der drei Hilfskreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei die ausfluss- bzw. ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente (B7, B9, B11) und die zufluss- bzw. eingangsseitigen Hilfsschaltelemente (B8, B10, B12), die erzwingen, dass Strom nur in einer Richtung passiert, parallel geschaltet sind, wobei die Hilfsverbindungspunkte (PHU, PHV, PHW), die das eingangsseitige Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) und das ausgangsseitige Hilfsschaltelement (B8, B10, B12) in jedem Hilfskreis für jede Phase verbinden, mit den Hauptverbindungspunkten (PSU, PSV, PSW) verbunden sind; und einen resonanten Induktor (Ir), der mit den Hilfskreisen für jede Phase parallel geschaltet ist; wobei der Steuerkreis (3) eine Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) umfasst, die feststellt, ob ein Resonanzstrom in dem Resonanzkreis größer ist als ein mit Hilfe der Laststrom-Sensoren (Isl, Is2, Is3) erfasster Laststrom oder nicht, und die, falls der Resonanzstrom größer ist, ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt; und einen Antriebssignalgenerator (6), der ein Hauptantriebssignal erzeugt, welches die bei Ausgabe eines Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu versetzenden Plusseiten-Hauptschaltelemente (Q1, Q3, Q5) und Minusseiten-Hauptschaltelemente (Q2, Q4, Q6) abschaltet, der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) und das eingangsseitige Hilfsschaltelement (B8, B10, B12) mit vorgegebener Schaltzeitsteuerung anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) und das eingangsseitige Hilfsschaltelement (B8, B10, B12) nach Ende einer vorgegebenen AN-Dauer ab dem vorgegebenen Schaltzeitpunkt abschaltet, und
eine Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung (7), umfassend einen Maximalwertdetektor (12), der den Absolutwert des Maximalwerts des Laststroms erfasst, eine Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung (13), die einen Zählereinstellwert entsprechend dem Maximalwert ausgibt; und eine Zählerrecheneinrichtung (14), die nach Ablauf eines Zeitintervalls, das von dem Zählereinstellwert abhängig ist, der nach Ausgabe des vorgegebenen Schaltzeitsteuersignals durch den Antriebssignalgenerator (6) von der Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung (13) ausgegeben wird, das Ankunftsbestätigungssignal ausgibt.

2. Resonant schaltender Umrichter nach Anspruch 1, wobei der Antriebssignalgenerator (6) eine Verzögerungsschaltung (11) umfasst, die nach Ablauf eines vorgegebenen Intervalls nach Ausgabe des Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) ein Verzögerungssignal erzeugt, das die Plusseiten-Hauptschaltelemente (Q1, Q3, Q5) und die Minusseiten-Hauptschaltelemente (Q2, Q4, Q6), die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschaltet.

3. Resonant schaltender Umrichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umrichterschaltung einen Stromquellenspannungs-Sensor (VBs) aufweist, der die von der Stromquelle (VB) abgegebene Spannung (Vx) erfasst, und wobei die Zählereinstellwert-Ausgabeeinrichtung (13) den Zählereinstellwert basierend auf dem mit Hilfe des Maximalwertdetektors (12) erfassten Maximalwert und auf der mit Hilfe des Stromquellenspannungs-Sensors (VBs) erfassten Stromquellenspannung (Vx) berechnet.

4. Resonant schaltender Umrichter, umfassend eine Umrichterschaltung, die einen von einer Stromquelle (VB) gelieferten Gleichstrom nach Konvertierung in einen Dreiphasen Wechselstrom einem Motor (1) zuleitet; einen Resonanzkreis, der mit dem Ausgang dieser Umrichterschaltung verbunden ist; und einen Steuerkreis (3), der diesen Resonanzkreis und die Umrichterschaltung steuert, wobei die Umrichterschaltung eine Dreiphasen-Hauptschaltung (2A) umfasst, in der drei Hauptkreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei in einem Hauptkreis ein mit dem Pluspol der Stromquelle (VB) verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und ein mit dem Minuspol der Stromquelle (VB) verbundenes Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) in Reihe geschaltet sind und wobei das Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und das Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) mit Dioden (D1, D2) parallel geschaltet sind; resonante Kondensatoren (C1-C6), die mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und mit dem Minusseiten- Haupschaltelement (Q2, Q4, Q6) in jedem Kreis für jede Phase parallel geschaltet sind; und Laststrom-Sensoren (Is1, Is2, Is3), die einen zwischen Hauptverbindungspunkten (PSU, PSV, PSW), an denen das Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q2, Q3) und das Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) in jedem Kreis für jede Phase zusammengeschaltet sind, und dem Motor (1) fließenden Laststrom erfassen;
wobei der Resonanzkreis eine Dreiphasen-Hilfsschaltung (2B) umfasst, in der drei Hilfskreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei ein ausfluss- bzw. ausgangsseitiges Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) und ein zufluss- bzw. eingangsseitiges Hilfsschaltelement (B8, B10, B12), die einen Stromfluss nur in einer Richtung bewirken, in Reihe geschaltet sind, und wobei die Hilfsverbindungspunkte (PHU, PHV, PHW), an denen das eingangsseitige Hilfsschaltelement (B8, B10, B12) und das ausgangsseitige Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) in jedem Hilfskreis für jede Phase verbunden sind, mit den Hauptverbindungspunkten (PSU, PSV, PSW) verbunden sind; einen resonanten Induktor (Lr), der mit den Hilfskreisen für jede Phase parallel geschaltet ist; und einen Resonanzstrom-Sensor (Is4), der den in den Induktor (Lr) fließenden Resonanzstrom erfasst;
wobei der Steuerkreis (3) eine Resonanzstrom Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) umfasst, die feststellt, ob der mit Hilfe des Resonanzstrom-Sensors (Is4) erfasste Resonanzstrom größer ist als der mit Hilfe des Laststrom-Sensors (Is1, Is2, Is3) erfasste Laststrom oder nicht, und die, falls der Resonanzstrom größer ist, ein Ankunftsbestätigungssignal ausgibt; und einen Antriebssignalgenerator (6), der ein Hauptantriebssignal erzeugt, welches die bei Ausgabe eines Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu versetzenden Plusseiten-Hauptschaltelemente (Q1, Q3, Q5) und Minusseiten-Hauptschaltelemente (Q2, Q4, Q6) abschaltet, die ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente (B7, B9, B11) und die eingangsseitigen Hilfsschaltelemente (B8, B10, B12) des Resonanzkreises mit vorgegebener Schaltzeitsteuerung anschaltet, und die ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) und das eingangsseitige Hilfsschaltelement (B8, B10, B12) in dem Resonanzkreis, die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringen sind, nach Ende einer vorgegebenen AN-Dauer ab dem vorgegebenen Schaltzeitpunkt abschaltet;
wobei der Antriebssignalgenerator (6) eine Verzögerungsschaltung (11) aufweist, die ein Verzögerungssignal erzeugt, welches das als nächstes in den leitenden Zustand zu bringende Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls nach der Ausgabe eines Ankunftsbestätigungssignals durch die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) anschaltet.

5. Resonant schaltender Umrichter, umfassend eine Umrichterschaltung, die einen von einer Stromquelle (VB) gelieferten Gleichstrom nach Konvertierung in einen Dreiphasen-Wechselstrom einem Motor (1) zuleitet; einen Resonanzkreis, der mit dem Ausgang dieser Umrichterschaltung verbunden ist; und einen Steuerkreis (3), der diesen Resonanzkreis und die Umrichterschaltung steuert, wobei die Umrichterschaltung eine Dreiphasen-Hauptschaltung (2A) umfasst, in der drei Hauptkreise - einer für jede Phase - parallel geschaltet sind, wobei in einem Hauptkreis ein mit dem Pluspol der Stromquelle (VB) verbundenes Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und ein mit dem Minuspol der Stromquelle (VB) verbundenes Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) in Reihe geschaltet sind und wobei das Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und das Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) mit Dioden (D1, D2) parallel geschaltet sind; resonante Kondensatoren (C1-C6), die mit dem Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und mit dem Minusseiten- Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) in jedem Kreis für jede Phase parallel geschaltet sind; einen Laststrom-Sensor (Is4), der einen zwischen Hauptverbindungspunkten (PSU, PSV, PSW), an denen das Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und das Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6) in jedem Kreis für jede Phase zusammengeschaltet sind, und dem Motor (1) fließenden Laststrom erfasst; Kreuzklemmenspannungs-Sensoren (Vs1-Vs6), die die Kreuzklemmenspannungen des Plusseiten-Hauptschaltelements (Q1, Q3, Q5) und des Minusseiten-Hauptschaltelements (Q2, Q4, Q6) in jedem Hauptkreis für jede Phase erfassen; und einen Stromquellenspannungs-Sensor (VBs), der die von der Stromquelle (VB) abgegebene Spannung (Vx) erfasst;
wobei der Resonanzkreis eine Dreiphasen-Hilfsschaltung (2B) umfasst, in der drei Hilfskreise - einer für jede Phase - mit den ausfluss- bzw. ausgangsseitigen Hilfsschaltelementen (B7, B9, B11) und den zufluss- bzw. eingangsseitigen Hilfsschaltelementen (B8, B10, B12), die Strom nur in einer Richtung durchfließen lassen und die parallel geschaltet sind, in Reihe geschaltet sind, und wobei die Hilfsverbindungspunkte (PHU, PVU, PWU), die das eingangsseitige Hilfsschaltelement (B8, B10, B12) und das ausgangsseitige Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) in jedem Hilfskreis für jede Phase verbinden, mit den Hauptverbindungspunkten (PSU, PSV, PSW) verbunden sind, und einen resonanten Induktor (Lr), der mit den Hilfskreisen für jede Phase parallel geschaltet ist; und wobei der Steuerkreis (3) umfasst:
eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung (10), die die Differenzspannung berechnet, welche die Differenz zwischen der Stromquellenspannung (VB) und den mit Hilfe eines jeden Kreuzklemmenspannungs-Sensors (Vs1-Vs6) erfassten Kreuzklemmenspannung ist;
einen Nullspannungsdetektor (8), der ermittelt, ob die Differenzspannung und die Kreuzklemmenspannung Null sind oder nicht, und die ein Nullspannungsnachweissignal ausgibt, wenn die Spannungen Null sind; und
einen Antriebssignalgenerator (6), der ein Hauptantriebssignal erzeugt, das die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringenden Plusseiten-Hauptschaltelemente (Q1, Q3, Q5) und Minusseiten-Hauptschaltelemente (Q2, Q4, Q6) anschaltet, wenn der Nullspannungsdetektor (8) das Nullspannungsnachweissignal ausgibt, der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches das ausgangsseitige Hilfsschaltelement (B7, B9, B11) und das eingangsseitige Hilfsschaltelement (B8, B10, B12) mit vorgegebener Schaltzeitsteuerung anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringenden ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente (B7, B9, B11) und eingangsseitigen Hilfsschaltelemente (B8, B10, B12) nach Ende einer vorgegebenen AN-Dauer ab der vorgegebenen Schaltsteuerzeit abschaltet.

6. Resonant schaltender Umrichter nach Anspruch 1,
wobei die Umrichterschaltung einen Kreuzklemmenspannungs-Sensor (Vs1-Vs6) aufweist, der die Kreuzklemmenspannung des Plusseiten-Hauptschaltelements (Q1, Q3, Q5) und des Minusseiten-Hauptschaltelements (Q2, Q4, Q6) in jedem Hauptkreis für jede Phase erfasst, und einen Stromquellenspannungs- Sensor (VBs), der die von der Stromquelle (VB) abgegebene Spannung (Vx) erfasst;
wobei der Steuerkreis (3) eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinrichtung (10) aufweist, die die Differenzspannung berechnet, welche die Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der mit Hilfe eines jeden Kreuzklemmenspannungs-Sensors (Vs1-Vs6) erfassten Kreuzklemmenspannung ist, und einen Nullspannungsdetektor (8), der feststellt, ob die Differenzspannung und die Kreuzklemmenspannung Null sind, und der, falls diese Spannungen Null sind, ein Nullspannungsnachweissignal ausgibt;
und wobei die Resonanzstrom-Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) ein Hauptantriebssignal erzeugt, welches das Plusseiten-Hauptschaltelement (Q1, Q3, Q5) und das Minusseiten-Hauptschaltelement (Q2, Q4, Q6), die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringen sind, ausschalten, wenn ein Ankunftsbestätigungssignal ausgegeben wurde;
und einen Antriebssignalgenerator (6), der ein Hauptantriebssignal ausgibt, das die Plusseiten-Hauptschaltelemente (Q1, Q3, Q5) und die Minusseiten-Hauptschaltelemente (Q2, Q4, Q6), die als nächstes in den leitenden Zustand zu bringen sind, anschaltet, wenn die Resonanzspannungs-Ankunftsbestimmungseinrichtung (7) das Nullspannungsnachweissignal ausgibt, der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches die Plusseiten-Hauptschaltelemente (Q1, Q3, Q5) und die Minusseiten-Hauptschaltelemente (Q2, Q4, Q6) mit vorgegebener Schaltzeitsteuerung anschaltet, und der ein Hilfsantriebssignal erzeugt, welches die ausgangsseitigen Hilfsschaltelemente (B7, B9, B11) und die eingangsseitigen Hilfsschaltelemente (B8, B10, B12), die als nächstes in den nichtleitenden Zustand zu bringen sind, abschaltet, nachdem eine vorgegebene AN-Dauer ab der vorgegebenen Schaltzeit verstrichen ist.

7. Resonant schaltender Umrichter nach Anspruch 6, wobei der Zählereinstellwert basierend auf dem mit Hilfe des Maximalwertdetektors (12) ermittelten Maximalwert und auf der mit Hilfe des Stromquellenspannungs-Sensors (VBs) erfassten Stromquellenspannung berechnet wird.