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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Störungsunterdrückungseinrichtung.
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Stand der Technik
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Um Hochfrequenzstörungen zu verringern, die in einer Energieversorgungsleitung auftreten, die zwischen einer Wechselrichtereinrichtung und einem System ausgebildet ist, ist eine Störungsunterdrückungseinrichtung, die von einem herkömmlichen Störungsfilter repräsentiert wird, als eine Kombination aus einer Drosselspule, die in Reihe zu einem Störungspfad geschaltet ist, und einem Kondensator usw. gebildet, der parallel zum Störungspfad geschaltet ist.
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Bezüglich dieser Störungsunterdrückungseinrichtung gilt Folgendes:
- Um eine Verringerung der Größe oder des Gewichts zu erzielen, während ihre Störungsverringerungswirkung verbessert wird, gibt es eine aktive Störungsaufhebungstechnologie, bei der Hochfrequenzstörungen durch eine Hochfrequenzstörungs-Detektionseinrichtung, eine Hochfrequenz-Verstärkungseinrichtung zum Verstärken der detektierten Hochfrequenzstörungen und einen Überlagerungstransformator verringert werden, der mit einer Hilfswicklung zum elektromagnetischen Überlagern der verstärkten Hochfrequenzstörungen in entgegengesetzer Phase in eine Energieversorgungsleitung ausgestattet ist.
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Genauer gesagt: Es gibt eine Einrichtung, bei der Folgendes gilt: Eine Gleichtaktstrom-Detektionseinrichtung (z B. ein Nullphasen-Stromwandler (CT)), eine Kompensations-Berechnungseinheit, eine Stromerzeugungseinrichtung und ein Gleichtaktwandler sind zwischen einer Dreiphasen-Energieversorgungsleitung und einer Stromrichtereinrichtung angeordnet; der Gleichtaktstrom der Dreiphasen-Energieversorgungsleitung wird detektiert; und ein Aufhebungsstrom, der von der Kompensations-Berechnungseinheit berechnet wird, wird einer Hilfswicklung des Gleichtaktwandlers überlagert (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
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Außerdem gibt es eine Einrichtung, bei der Folgendes gilt: Eine Gleichtaktspannungs-Detektionseinrichtung, die einen Kondensator verwendet, eine Spannungserzeugungseinrichtung und ein Gleichtaktwandler sind zwischen einer Dreiphasen-Energieversorgungsleitung und einer Stromrichtereinrichtung angeordnet; die Gleichtaktspannung der Stromrichtereinrichtung wird detektiert; eine Kompensations-spannung zur Aufhebung wird von einer Kompensations-Berechnungseinheit berechnet; und die Kompensationsspannung zur Aufhebung wird einer Hilfswicklung des Gleichtaktwandlers überlagert (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
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Literaturverzeichnis
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: Japanisches Patent JP 4 238 638 B2
- Patentdokument 2: Japanisches Patent JP 5 263 663 B2
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Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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In einer Störungsunterdrückungseinrichtung, die ein aktives Element verwendet und bei der eine Kompensationsspannung oder ein Aufhebungsstrom über einen Gleichtaktwandler übertragen wird, wie in dem obigen Patentdokument 1 oder in dem Patentdokument 2 beschrieben, verursacht die magnetische Fluss-Sättigung des Transformatorkerns oder der Schutz der Störungsunterdrückungseinrichtung eine Beschränkung, so dass die Verringerung der Größe oder der Kosten der Einrichtung behindert werden.
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Genauer gesagt: In einem Fall, in dem eine plötzliche Überlast oder ein plötzliches Ungleichgewicht in einer Stromrichtereinrichtung aufgetreten ist, besteht das Problem, dass der magnetische Normalkomponenten-Fluss im Transformatorkern zeitweilig ansteigt, und zwar infolge eines zeitweiligen Anstiegs des Gegentaktstroms. Außerdem besteht das Problem, dass - um eine magnetische Sättigung des Transformatorkerns zu verhindern - die Größe des Transformatorkerns zunimmt.
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Die Erfindung offenbart eine Technologie zum Lösen der obigen Probleme. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Störungsunterdrückungseinrichtung unter Verwendung eines aktiven Elements bei kleiner Größe und geringen Kosten zu verwirklichen.
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Lösung der Probleme
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Eine Störungsunterdrückungseinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben wird, ist
eine Störungsunterdrückungseinrichtung, die zwischen einer AC-Energieversorgung und einer Steuerungsziel-Einrichtung angeordnet ist und zum Übertragen eines Signals an die Steuerungsziel-Einrichtung dient, wobei die Störungsunterdrückungseinrichtung Folgendes aufweist:
- eine Detektionsschaltung zum Detektieren eines spezifischen Signals;
- eine Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung zum Ausbilden eines vorbestimmten Wellenformsignals aus dem spezifischen Signal, das von der Detektionsschaltung detektiert wird;
- einen Signalübertrager zum Übertragen des Wellenformsignals, das von der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung gebildet wird, an die Steuerungsziel-Einrichtung;
- einen Zustandsdetektor zum Detektieren eines Zustandssignals, das einen Zustand der Steuerungsziel-Einrichtung oder der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung angibt; und
- einen Verstärkungs-Einsteller, der in die Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung eingebaut ist und zum Einstellen der Verstärkung des Wellenformsignals in Abhängigkeit von einem der Zustandssignale dient, das vom Zustandsdetektor detektiert wird,
- wobei das Wellenformsignal, das vom Verstärkungs-Einsteller eingestellt wird, an die Steuerungsziel-Einrichtung übertragen wird.
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Wirkung der Erfindung
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Bei der Störungsunterdrückungseinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben wird, kann die Störungsunterdrückungseinrichtung unter Verwendung eines aktiven Elements bei kleiner Größe und geringen Kosten verwirklicht werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Schaltung eines Stromrichtersystems zeigt, bei welchem eine Störungsunterdrückungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
- 2 zeigt ein Beispiel einer Schaltung eines typischen Zweipegel-Dreiphasen-Wechselrichters.
- 3 zeigt eine Gleichtakt-Ersatzschaltung des Stromrichtersystems, bei welchem die Störungsunterdrückungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
- 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Schaltung der Störungsunterdrückungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1.
- 5 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Detektionsschaltung gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5.
- 6 zeigt ein Beispiel einer Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5.
- 7 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Signalübertragers gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5.
- 8 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Verstärkungs-Einstellers gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5.
- 9 zeigt ein Beispiel für den Betrieb des Verstärkungs-Einstellers mit einem Konfigurationsbeispiel gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5.
- 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Störungsunterdrückungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
- 11 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Zustandsdetektors gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5.
- 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Störungsunterdrückungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
- 13 zeigt ein Beispiel für Hardware, die sich auf die Signalverarbeitung der Störungsunterdrückungseinrichtung der vorliegenden Erfindung bezieht.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Störungsunterdrückungseinrichtung zum Verringern von Hochfrequenzstörungen, die infolge dessen erzeugt werden, dass eine Stromrichtereinrichtung oder dergleichen mit einer AC-Energieversorgung verbunden ist, und zum Ausgeben einer gewünschten AC-Spannung. Nachfolgend wird die Störungsunterdrückungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile, und dies gilt in der Gesamtheit der unten beschriebenen Ausführungsformen. Die Arten der Komponenten, die in der Beschreibung beschrieben sind, sind bloß Beispiele, und die vorliegende Anmeldung ist nicht auf jene beschränkt, die in der Beschreibung beschrieben sind. Insbesondere sind Kombinationen der Komponenten nicht auf bloß die Kombinationen in der jeweiligen Ausführungsform beschränkt, und die Komponenten, die bei einer anderen Ausführungsform beschrieben sind, können auch bei noch einer anderen Ausführungsform verwendet werden.
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Ausführungsform 1
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1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Schaltung eines Stromrichtersystems 100 zeigt, bei welcher eine Störungsunterdrückungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 1 zeigt das Stromrichtersystem 100, das Folgendes aufweist: eine AC-Energieversorgung 1; eine Stromrichtereinrichtung 80, die eine Steuerungsziel-Einrichtung ist; eine Last 90 davon; eine Energieversorgungsleitung 2 zwischen der AC-Energieversorgung und der Stromrichtereinrichtung, wobei die Energieversorgungsleitung 2 die eine AC-Energieversorgung 1 und die Stromrichterein-richtung 80 verbindet; und ein Störungsfilter 10, das vorgesehen ist, um Störungen zu unterdrücken, die infolge des Betriebs der Stromrichtereinrichtung 80 erzeugt werden und die zur AC-Energieversorgung 1 herausfließen, wobei das Störungsfilter 10 in die Energieversorgungsleitung zwischen der AC-Energieversorgung 1 und der Stromrichtereinrichtung 80 eingefügt ist.
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Als ein Beispiel für die Stromrichtereinrichtung 80 zeigt 2 ein Schaltungsdiagramm eines typischen Zweipegel-Dreiphasen-Wechselrichters. Als Last ist z. B. ein Elektromotor oder dergleichen angeschlossen. Eine Kombination aus einem Halbleiterschalter 82a und einem Halbleiterschalter 82b bildet einen oberen und unteren Zweig 83 der U-Phase. Ähnlich bildet eine Kombination aus einem Halbleiterschalter 84a und einem Halbleiterschalter 84b einen oberen und unteren Zweig 85 der V-Phase. Eine Kombination aus einem Halbleiterschalter 86a und einem Halbleiterschalter 86b bildet einen oberen und unteren Zweig 87 der W-Phase. Diese drei Arten von oberen und unteren Zweigen 83, 85, 87 führen einen Schaltvorgang aus, so dass AC-Energie an ein Wechselrichter-Ausgangsende 88 ausgegeben wird. Zu dieser Zeit ist das Ausgangspotential jedes Zweigs der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase eine von einer positiven Spannung oder negativen Spannung einer Wechselrichter-DC-Energieversorgung 89, und folglich wird die Gleichtaktspannung Vcm des Wechselrichters ausgedrückt als (Vu+Vv+Vw)/3, was ein gewisser Wert ist, der nicht Null ist.
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3 ist eine Gleichtakt-Ersatzschaltung des oben beschriebenen Stromrichtersystems 100. Die Gleichtaktspannung wird an eine Gleichtaktschleife angelegt, die Folgendes aufweist: eine Erdungsleitung 3, einen Erdungskondensator 11, der im Störungsfilter 10 enthalten ist, eine parasitäre Kapazität nach Erde 81 der Stromrichtereinrichtung 80 oder eine parasitäre Kapazität nach Erde 91 der Last 90. Dadurch fließt ein Gleichtaktstrom. Der Pfeil, der zwischen der AC-Energieversorgung 1 und dem Störungsfilter 10 gezeigt ist, zeigt die Gleichtaktstörungen 4 an, die erzeugt werden.
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4 ist eine Schaltung einer Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß Ausführungsform 1. Die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 (siehe den Rahmen, der durch die gepunktete Linie auf der Innenseite in 4 angezeigt ist) ist auf das Verringern von Gleichtaktstörungen des Stromrichtersystems gerichtet und bildet einen Teil oder die Gesamtheit des Störungsfilters 10 (siehe den Rahmen, der durch die gepunktete Linie auf der Außenseite in 4 angezeigt ist). Bei der vorliegenden Ausführungsform bilden der Erdungskondensator 11 und die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 das Störungsfilter 10.
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Die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 weist Folgendes auf: eine Detektionsschaltung 30 zum Detektieren eines spezifischen Signals, wie z. B. Störungen; eine Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 zum Bilden eines gewünschten Wellenformsignals auf der Basis einer Komponente, die von der Detektionsschaltung 30 detektiert wird; einen Signalübertrager, der von einem Überlagerungstransformator 50 oder dergleichen implementiert wird, zum Übertragen des gebildeten Wellenformsignals auf Gleichtakt; einen Zustandsdetektor 60 zum Detektieren des Betriebszustands der Stromrichtereinrichtung 80 oder der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40; und einen Verstärkungs-Einsteller 70 zum Einstellen der Verstärkung um einen vorbestimmten Wert oder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem detektierten Signal.
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5 ist ein Konfigurationsbeispiel der Detektionsschaltung 30 gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5, und sie zeigt einen Fall, in dem die Detektionsschaltung von einem Gleichtaktwandler implementiert wird. Der Detektionstransformator ist in die RST-Phasenleitungen zwischen der AC-Energieversorgung 1 und der Stromrichtereinrichtung 80 eingefügt, die eine Steuerungsziel-Einrichtung ist, und eine R-Phasenwicklung 31, eine S-Phasenwicklung 32 und eine T-Phasenwicklung 33 sind so gewickelt, dass sie in der gleichen Phase sind.
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Zu dieser Zeit werden die erzeugten magnetischen Flüsse im Gegentakt aufgehoben, und die erzeugten magnetischen Flüsse im Gleichtakt verstärken einander. Daher hat die Detektionsspule nur für den Gleichtakt einen hohen Induktivitätswert und wirkt als eine Gleichtakt-Drosselspule. Infolge der Gleichtaktstörungen 4, die durch den Detektionstransformator gehen, wird außerdem ein Störungs-Detektionssignal 35 über beide Enden der Hilfswicklung 34 hinweg erzeugt. Beide Enden des Ausgangs der Hilfswicklung sind mit der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 verbunden.
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6 ist ein Beispiel für eine Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung gemäß Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5 und zeigt einen Fall, in dem die Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung durch eine Bandbegrenzungsschaltung 41 und eine Hochfrequenz-Verstärkungsschaltung 42 implementiert ist. Die Bandbegrenzungsschaltung 41 dämpft eine Niederfrequenzkomponente zur Störungskompensation mittels eines passiven Filters, das beispielsweise durch einen Widerstand und einen Kondensator implementiert wird. Die Hochfrequenz-Verstärkungsschaltung 42 bildet eine invertierende oder nichtinvertierende Verstärkerschaltung, indem sie beispielsweise einen Operationsverstärker 45 verwendet, und sie verstärkt ein Signal, aus dem die unnötige Komponente von der Bandbegrenzungsschaltung 41 herausgeschnitten bzw. herausgefiltert ist, in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen dem Eingangswiderstand 43 und dem Rückkopplungswiderstand 44.
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7 ist ein Konfigurationsbeispiel eines Signalübertragers gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5, und sie zeigt den Fall, in dem der Signalübertrager von einem Gleichtaktwandler implementiert wird. Der Überlagerungstransformator 50 ist in RST-Phasenleitungen zwischen der Detektionsschaltung 30 und der Stromrichtereinrichtung 80 gefügt, und eine R-Phasenwicklung 51, eine S-Phasenwicklung 52 und eine T-Phasenwicklung 53 sind so gewickelt, dass sie in der gleichen Phase sind. Hier wird ein Störungs-Überlagerungssignal 55 in die Hilfswicklung 54 eingegeben, und eine Gleichtakt-Überlagerungsspannung 56, die Gleichtaktstörungen (nicht dargestellt) aufhebt, wird in die Gleichtaktmode eingegeben, die die R-Phasenwicklung 51, die S-Phasenwicklung 52 und die T-Phasenwicklung 53 aufweist.
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In einem Fall, in dem die Stromrichtereinrichtung 80 infolge einer plötzlichen Laständerung oder dergleichen in eine zeitweilige Überlast oder einen unausgeglichenen Zustand eintritt, nimmt der Laststromwert zeitweilig zu. Demzufolge nimmt der magnetische Fluss der Normalkomponente, der im Signalübertrager erzeugt wird, zeitweilig zu. Der magnetische Fluss, der im Überlagerungstransformator 50 erzeugt wird, der ein Signalübertrager ist, ist die Summe des magnetischen Flusses der Normalkomponente, erzeugt in Abhängigkeit von dem Produkt aus Streuinduktivität und Normalstrom, und dem magnetischen Fluss der Gleichtaktkomponente, erzeugt infolge des aktiven Betriebs der Störungsunterdrückungseinrichtung. Von diesen nimmt der magnetische Fluss der Normalkomponente zu, so dass die magnetische Flussdichte im Kern zunimmt.
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Mit anderen Worten: Um das Auftreten der magnetischen Sättigung des Kerns zu verhindern, muss der Magnetismus des Kerns im Gleichtaktwandler unter Berücksichtigung des magnetischen Normalkomponenten-Flusses bei zeitweiliger Überlast oder im unausgeglichenen Zustand konzipiert werden. Dies wirft das Problem auf, dass die Größe des Kerns zunimmt und eine Verkleinerung oder Kostenverringerung behindert wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Stromzustandssignal 68a des Überlagerungsstroms, ausgegeben aus einem Überlagerungsstrom-Sensor (nicht dargestellt), der der Störungsunterdrückungseinrichtung zugeordnet ist, in den Zustandsdetektor 60 eingegeben, und wenn der Eingangswert einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat (beispielsweise im Fall eines Überstroms), kann die Verstärkung für eine vorbestimmte Zeit unter Verwendung des Verstärkungs-Einstellers 70 verringert werden.
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Demzufolge nimmt aus den magnetischen Flüssen, die im Kern erzeugt werden, der magnetische Fluss der Gleichtaktkomponente, erzeugt infolge des aktiven Betriebs der Störungsunterdrückungseinrichtung, zeitweilig ab, so dass die magnetische Sättigung des Kerns vermieden werden kann. Das oben erwähnte Stromzustandssignal, ein Schutzzustand-Signal, ein spezifisches Zustandssignal und ein Betriebszustandssignal, die später noch beschrieben werden, werden gemeinsam als ein Zustandssignal bezeichnet.
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Unter Bezugnahme auf 8 und 9, die Komponenten der vorliegenden Erfindung zeigen, wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform 1 beschrieben. 8 ist ein Konfigurationsbeispiel des Verstärkungs-Einstellers 70 gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5, und sie zeigt den Fall, in dem der Verstärkungs-Einsteller 70 mittels eines digitalen Potentiometers vom Aufwärts-Abwärts-Typ implementiert wird. Hier ist der Verstärkungs-Einsteller 70 von einem Steuerungs-IC 71 und einem digitalen Potentiometer 72 implementiert.
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9 zeigt ein Beispiel für den Betrieb des Verstärkungs-Einstellers 70, der das in 8 gezeigte Konfigurationsbeispiel aufweist, gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5. In 8 und 9, das ein Zustandsdetektionssignal 60a ist, das eines der Signale ist, die vom Zustandsdetektor 60 detektiert wird, wird als Niedrigpegel-Aktiv-Signal (lowactive-Signal) DETECT (das bei niedrigem Pegel wirksam wird) ausgedrückt. Das lowactive-Signal DETECT geht zum Zeitpunkt 11 von hoch zu niedrig über, so dass es einen gewissen Zustand detektiert, und es geht zum Zeitpunkt t2 von niedrig zu hoch über, so dass es einen gewissen Zustand detektiert.
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Hier schaltet zum Zeitpunkt 11 die Steuerung IC 71 ein Chip-Auswahl-Signal 73 für das digitale Potentiometer 72 von hoch (einem Zustand, in dem eine Widerstandswert-Umschaltung nicht zulässig ist) nach niedrig (einem Zustand, in dem eine Widerstandswert-Umschaltung zulässig ist) um, und sie schaltet die Aufwärts-Abwärts-Steuerungseingang 74 von hoch (aufwärts zählen) nach niedrig (abwärts zählen) um. Hier sind die Logiken der drei Signale des Steuerungs-ICs 71 sämtlich negative Logiken, und sie werden bei einem niedrigen Pegel wirksam.
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Zu dieser Zeit nimmt im digitalen Potentiometer 72 synchron mit dem Abfallen von hoch nach niedrig eines Inkrementsteuerungseingangs 75 ein Widerstandswert 76 zu oder ab, und zwar um eine vorbestimmte Auflösungsbreite in Abhängigkeit von dem hohen Zustand oder dem niedrigen Zustand des Aufwärts-Abwärts-Steuerungseingangs 74.
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Da die Aufwärts-Abwärts-Steuerungseingang 74 bei niedrig ist (abwärts zählen), nimmt hier der Widerstandswert 76 ab, und der Verstärkungswert der Hochfrequenz-Verstärkungsschaltung 42 nimmt ab. Dann wird zum Zeitpunkt t2, nachdem der Inkrementsteuerungseingang 75 hoch mit gestopptem Zählen hoch geworden ist, das Chip-Auswahlsignal um eine vorbestimmte Wiederherstellungszeit 77 verzögert und dann von niedrig nach hoch umgeschaltet, und es wird ein Betrieb zum Veranlassen durchgeführt, dass der Widerstandswert 76 so wiederhergestellt ist, dass er einen Anfangswert hat, ohne dass der verringerte Widerstandswert 76 in einem nichtflüchtigen Speicher des digitalen Potentiometers gespeichert wird. Infolge dieses Wiederherstellungsvorgangs wird der Verstärkungswert, der zeitweilig erhöht war, so wiederhergestellt, dass er nach der vorbestimmten Wiederherstellungszeit wieder den Ursprungswert hat, einhergehend mit der Aufhebung des Überstrom-Zustands.
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Wenn ein zeitweiliger Überlast-Zustand in der Stromrichtereinrichtung 80 infolge von Faktoren, wie z. B. einer Lastschwankung auftritt, nimmt hier der magnetische Fluss des Gegentaktstroms zeitweilig zu, und zwar bezogen auf den magnetischen Kernfluss im Überlagerungstransformator 50, der ein Signalübertrager ist. Um eine magnetische Fluss-Sättigung des Kerns zu vermeiden, muss die Konzipierung des magnetischen Flusses des Kerns auch unter Berücksichtigung eines zeitweiligen Überlast-Zustands vorgenommen werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Stromzustandssignal 68b, das von der Stromrichtereinrichtung 80 erhalten wird, die eine Steuerungsziel-Einrichtung ist, in den Zustandsdetektor 60 eingegeben, und wenn der Eingabewert einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat, wird die Verstärkung für eine vorbestimmte Zeit verringert, indem der Verstärkungs-Einsteller 70 verwendet wird.
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Nachdem der Schutzzustand aufgehoben ist, kann dann der Verstärkungswert so wiederhergestellt werden, dass er nach der vorbestimmten Wiederherstellungszeit wieder den Ursprungswert aufweist. Bei der Konzipierung des magnetischen Flusses des Kerns des Überlagerungstransformators 50, der ein Signalübertrager ist, kann demzufolge ein Störungskompensationsbetrieb verwirklicht werden, ohne eine Entwurfsbeschränkung infolge eines zeitweiligen Überlast-Zustands zu verursachen.
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Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn die Stromrichtereinrichtung 80 einen zeitweiligen Überlast-Zustand annimmt und im magnetischen Kern-Fluss, der durch die Summe der magnetischen Flüsse im Gleichtakt und im Gegentakt dargestellt wird, der magnetische Fluss der Gegentakt-Komponente zeitweilig zugenommen hat, dann wird der magnetische Fluss der Gleichtaktkomponente, die an den Überlagerungstransformator durch die Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung übertragen wird, zeitweilig verringert, so dass die maximale magnetische Flussdichte des Kerns verringert wird. Daher kann der Kern verkleinert werden, und eine Verkleinerung und Kostenverringerung der Störungsunterdrückungseinrichtung können verwirklicht werden.
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Die Stromsensor-Ausgabe kann in der Störungsunterdrückungseinrichtung vorgesehen sein. Die Stromsensor-Ausgabe braucht nicht notwendigerweise ein direkt gemessener Stromdetektionswert zu sein und kann auch ein I/O-Signal (z. B. Überstrom-Zustand-Benachrichtigungssignal, Benachrichtigungssignal für plötzliche Laständerung oder dergleichen) aus einer Einrichtung sein.
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Ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, kann die Bandbegrenzungsschaltung nicht bloß als ein Hochpassfilter frei konfiguriert werden, das niedrige Frequenzen unterdrückt, sondern auch als ein Tiefpassfilter, das hohe Frequenzen unterdrückt, ein Kerbfilter, das ein spezifisches Band unterdrückt, ein Bandpassfilter, das ein spezifisches Band durchlässt, oder dergleichen. Ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, kann außerdem die Hochfrequenz-Verstärkungsschaltung frei als eine invertierende Verstärkerschaltung, eine nichtinvertierende Verstärkerschaltung oder dergleichen unter Verwendung eines Operationsverstärkers konfiguriert sein.
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Die vorliegende Ausführungsform braucht nicht notwendigerweise eine Konfiguration eines Stromrichtersystems vom dreiphasigen Dreileitungstyp anzunehmen, sondern kann auch eine Konfiguration eines Stromrichtersystems vom Typ mit drei Phasen und vier Leitungen annehmen. Ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, kann außerdem der Verstärkungs-Einsteller wie folgt konfiguriert sein: Eine Kombination aus einem Steuerungs-IC und einem digitalen Potentiometer mit einer Kommunikationsschnittstelle; oder eine Kombination aus einer Analogschaltung und einem digitalen Potentiometer vom Aufwärts-Abwärts-Typ.
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Oder sie kann so konfiguriert sein, dass sie Folgendes durchführt: Umschalten eines Widerstands und eine Kapazitätswerts eines Kondensators, verwirklicht durch Umschalten eines Widerstands-Kurzschlusses unter Verwendung eines Halbleiterschalters, oder eines Lastschalters für verschiedene Analogsteuerungsschaltungen; Umschalten eines Widerstandswerts mittels eines elektronischen Widerstands, der zum Variieren eines Widerstandswerts imstande ist; oder dergleichen.
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Ausführungsform 2
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10 ist eine Schaltung einer Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß Ausführungsform 2. Die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß der Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß der Ausführungsform 1 darin, dass das Signal, das in den Zustandsdetektor 60 eingegeben wird, ein Schutzzustand-Signal 65 ist, anstelle des Stromzustandssignals 68a.
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Wenn aus irgendeinem Grund der Überlagerungsstrom zum Überstrom wird (beispielsweise in dem Fall, in dem eine plötzliche magnetische Sättigung im Gleichtaktwandler des Signalübertragers aufgetreten ist, der eine Störungs-Überlagerungseinrichtung ist, infolge eines Eintretens von äußeren Störungen, wie z. B. einer Blitzentladung) und zwar in der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40, ist es notwendig, den Betrieb der Einrichtung zu stoppen, um die Schaltungskomponenten der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 zu schützen.
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Falls jedoch dieser Vorgang verwirklicht wird, indem eine Komponente inklusive einer Schutzschaltung ausgewählt wird, und zwar als eine Schaltungskomponente der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40, ist eine solche Komponente, die eine Schutzschaltung einschließt, im Allgemeinen teuer, und es gibt eine Aufstellungsbeschränkung. Dies wirft das Problem auf, dass eine Designbeschränkung besteht.
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11 ist ein Konfigurationsbeispiel des Zustandsdetektors 60 gemäß den Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5, und sie zeigt einen Fall, in dem der Zustandsdetektor 60 durch eine einzelne Überstrom-Detektionsschaltung für den Überlagerungsstrom implementiert ist. Hier weist der Zustandsdetektor 60 Folgendes auf: einen Shunt-Widerstand 61, der in Reihe bezüglich des Ausgangs der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 und des Eingangs des Überlagerungstransformators 50 eingefügt ist, der ein Signalübertrager ist; einen Komparator 62, der mit einem vorbestimmten Schwellenwert eine Überlagerungsstrom-Detektionsspannung vergleicht, die über beide Enden des Shunt-Widerstands hinweg auftritt, und zwar proportional zum Überlagerungsstromwert; und eine Schwellenwert-Erzeugungsschaltung 63, die den vorbestimmten Schwellenwert dem Komparator 62 zuführt. Die Ausgabe des Komparators 62 dient als ein Überstrom-Detektionssignal des Überlagerungsstroms.
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Im Übrigen kann der Zustandsdetektor 60 zusätzlich eine Schnittstellenschaltung aufweisen, die - durch einen EO-Anschluss - ein spezifisches Zustandssignal 66 empfängt (beispielsweise ein Überlast-Zustandsdetektionssignal, das angibt, dass sich die Einrichtung im Überlast-Zustand befindet), das einen spezifischen Zustand angibt, und zwar von der Stromrichtereinrichtung 80, die eine Steuerungsziel-Einrichtung ist. Außerdem kann eine Schnittstellenschaltung hinzugefügt sein, die ein Überhitzungs-Zustandsdetektionssignal von einem Thermistor empfängt, der an einer Kühlrippe zum Kühlen einer wärmeerzeugenden Komponente in einer Überlagerungsschaltung angeordnet ist.
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Bei der Störungsunterdrückungseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird das Schutzzustand-Signal 65, das mittels einer geeigneten Einrichtung erfasst wird, wie z. B. einem billigen Shunt-Widerstand 61, der an der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 angeordnet ist, in den Zustandsdetektor 60 eingegeben. Wenn der Eingangswert einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat, kann veranlasst werden, dass die Verstärkung für einen vorbestimmten Zeitraum abnimmt, indem der Verstärkungs-Einsteller 70 verwendet wird, und nachdem der Schutzzustand aufgehoben ist, kann der Verstärkungswert so wiederhergestellt werden, dass er nach einer vorbestimmten Wiederherstellungszeit den Ursprungswert hat.
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Demzufolge kann bei der Auswahl einer Schaltungskomponente der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 ein Schutzbetrieb verwirklicht werden, ohne eine Entwurfsbeschränkung hervorzurufen.
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Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn der Überlagerungsstrom zur Störungskompensation ein Überstrom geworden ist, weil eine magnetische Sättigung des Kerns aufgetreten ist, werden der magnetische Fluss der Gleichtaktkomponente im magnetischen Kernfluss, dargestellt durch die Summe der magnetischen Flüsse der Gleichtaktkomponente und der Gegentaktkomponente, zeitweilig verringert, so dass die maximale magnetische Flussdichte des Kerns verringert wird. Daher kann der Kern verkleinert werden, und eine Verkleinerung und Kostenverringerung der Störungsunterdrückungseinrichtung können verwirklicht werden.
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Ausführungsform 3
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Die Ausführungsform 3 ist eine Modifikation der Ausführungsform 2, die in 10 gezeigt ist. Die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß Ausführungsform 3 unterscheidet sich von der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß der Ausführungsform 2 darin, dass - bezogen auf den Betrieb des Verstärkungs-Einstellers 70, nachdem das Schutzzustand-Signal detektiert worden ist - der Verstärkungswert nicht unmittelbar nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Wiederherstellungszeit auf den ursprünglichen Verstärkungswert wiederhergestellt wird, und der Verstärkungswert wird schrittweise auf einen sehr kleinen Wert verringert und dann wieder erhöht, so dass er wiederhergestellt wird.
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Hier wird der Fall beschrieben, wo die Ausgabe der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 infolge irgendeines Schutzvorgangs der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 unterbrochen wird. Zu dieser Zeit wird in Abhängigkeit von den Hysteresekennlinien des Kern-Magnetmaterials unmittelbar vor der Unterbrechung der Ausgabe ein magnetischer Restfluss innerhalb des Kerns hervorgerufen. Wenn der Grund der Ausführung des Schutzvorgangs beseitigt ist und die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 wieder mit der Ausgabe beginnt, gilt Folgendes: Falls die Störungsunterdrückungseinrichtung mit gewöhnlicher Verstärkung arbeitet, besteht das Risiko, dass eine magnetische Sättigung des Gleichtaktwandler-Transformatorkerns auftritt, weil zusätzlich zum magnetischen Restfluss ein gewöhnlicher magnetischer Fluss hinzugefügt wird. Unter den Kern-Magnetmaterialien ist im Fall eines Kerns mit hoher magnetischer Permeabilität, z. B. einem Nanokristall-Magnetmaterial mit hoher magnetischer Permeabilität, wie z. B. FINEMET, der magnetische Restfluss größer als derjenige von allgemeinem Ferritmaterial. Dies wirft ein Problem auf.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird beim erneuten Starten der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 und wenn die Kompensationsverstärkung der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 so wiederhergestellt wird, dass sie den Wert vor dem Auftreten des Schutzvorgangs hat, der Betrieb zum schrittweisen Verringern des Verstärkungswerts auf einen sehr kleinen Wert durchgeführt. Demzufolge kann der magnetische Restfluss beseitigt werden.
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Da die Erzeugung eines Einschaltstroms infolge der magnetischen Sättigung vermieden werden kann, kann folglich ein Kern-Magnetmaterial mit einem großen magnetischen Restfluss verwendet werden. Wenn die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 die Ausgabe nach der Unterbrechung infolge des Schutzvorgangs wieder beginnt, wird die Kompensationsverstärkung schrittweise über einen vorbestimmten Zeitraum erhöht. Daher wird ein sanfter Start der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 zugelassen, ein Überschwingen des Schaltungs-Aufnahmestroms kann unterbunden werden, und die Schaltungs-Energieversorgungskapazität kann verringert werden.
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Ausführungsform 4
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12 ist eine Schaltung einer Störungsunterdrückungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4. Die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß Ausführungsform 4 unterscheidet sich von der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 gemäß Ausführungsform 2 darin, dass das Signal, das in den Zustandsdetektor 60 eingegeben wird, ein Betriebszustandssignal 69a anstelle des Schutzzustand-Signals 65 ist.
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In einem Fall, in dem die Stromrichtereinrichtung 80 mehrere Betriebsmodi hat, gilt hier Folgendes: Wenn der Betriebsmodus der Einrichtung umgeschaltet wird, ändert sich das Schaltmuster der Halbleiterschalter, so dass sich die Amplitude und die Erzeugungsfrequenz der Störungen im Allgemeinen ändern. Demzufolge ändert sich der Dämpfungswert oder die Frequenzkennlinie, den bzw. die die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 haben muss, um eine Störungs-Spezifikation zu erfüllen.
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Daher ist es schwierig, die Störungsunterdrückungseinrichtung 20 so zu konzipieren, dass sie sämtlichen Betriebsmodi entspricht. Folglich wird die Verringerung der Schaltungs-Energieversorgungskapazität und der Schaltungskomponenten-Einstufung der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 oder die Maximierung der Störungsunterdrückungswirkung beeinträchtigt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Betriebszustandssignal 69b, das von der Stromrichtereinrichtung 80 erhalten wird, in den Zustandsdetektor 60 eingegeben, und unter Verwendung des Verstärkungs-Einstellers 70 kann der Verstärkungswert der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 auf einen vorbestimmten Verstärkungswert entsprechend dem Wert des Betriebszustandssignals 69b geändert werden.
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Demzufolge kann beim Konzept des magnetischen Flusses des Kerns des Überlagerungstransformators 50, der ein Signalübertrager ist, und der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 ein Störungskompensationsbetrieb verwirklicht werden, ohne eine Entwurfsbeschränkung der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 infolge der Betriebsmodi hervorzurufen.
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Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: In dem Fall, in dem die Stromrichtereinrichtung 80 eine Mehrzahl von Betriebsmodi mit unterschiedlichen Störungsamplituden und Erzeugungsfrequenzen hat, ändert sich der Verstärkungswert der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 auf einen vorbestimmten Verstärkungswert entsprechend dem Wert des Betriebszustandssignals 69a, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweiligen Muster der Störungsamplitude und der Erzeugungsfrequenz. Daher können der Kern des Überlagerungstransformators 50, der ein Signalübertrager ist, und die Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 verkleinert werden, die Schaltungs-Energieversorgungskapazität und die Schaltungskomponenten-Bewertung der Störungsunterdrückungseinrichtung 20 können verringert werden, und zusätzlich kann die Störungsunterdrückungswirkung maximiert werden.
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Ausführungsform 5
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Die Ausführungsform 5 ist eine Modifikation der Ausführungsformen 1, 2, 3, 4. Bezogen auf den obigen Schutzbetrieb der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 gemäß der Ausführungsform 1 gilt Folgendes: Wenn - typischerweise infolge von Wärmeerzeugung der Einrichtung oder des Transformators - der Wert der Störungen oder das Frequenzband der Störungen in ein anderes übergegangen ist, besteht das Risiko, dass der Schutzbetrieb durchgehend durchgeführt wird, und zwar infolge einer Änderung der optimalen Kompensationsverstärkung.
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Um dies zu vermeiden, muss typischerweise der Störungsdämpfungswert oder die Schaltungs-Energieversorgungskapazität unter Berücksichtigung der Wärme oder auch der Robustheit in Form der elektrischen Bedingungen konzipiert sein. Dies war ein Hinderungsgrund für die Verkleinerung oder Kostenverringerung.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform gilt Folgendes: Wenn ein Schutzbetrieb durchgehend durchgeführt wird, und zwar nicht weniger als eine vorbestimmte Anzahl von Malen in einer vorbestimmten Zeitbreite, dann wird dies so betrachtet, dass sich der optimale Verstärkungswert auf einen niedrigen Wert geändert hat, und der Verstärkungswert wird vom Verstärkungs-Einsteller 70 permanent auf eine vorbestimmte Breite verringert.
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Zur Verwirklichung gilt im Unterschied zum Betriebsbeispiel gemäß Ausführungsform 1, wie in 9 gezeigt, Folgendes: Nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Wiederherstellungszeit wird veranlasst, dass das Chip-Auswahlsignal 73 ansteigt, wobei der Inkrementsteuerungseingang 75 nicht im niedrigen Zustand, sondern im hohen Zustand ist. Dadurch wird die Einstellung eines vorgegebenen Widerstandswerts des digitalen Potentiometers 72 (siehe 8) des Verstärkungs-Einstellers 70 in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben. Dadurch sinkt der Verstärkungswert permanent um eine vorbestimmte Breite.
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Wenn der Schutzbetrieb in einer vorbestimmten Zeitbreite überhaupt nicht durchgeführt wird, kann dies ferner so betrachtet werden, dass der optimale Verstärkungswert auf einem höheren Wert ist, und der Verstärkungswert kann vom Verstärkungs-Einsteller permanent um eine vorbestimmte Breite erhöht werden. Demzufolge kann eine kleine, preiswerte und robuste Störungsunterdrückungseinrichtung verwirklicht werden.
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13 zeigt ein Beispiel für Hardware 92, die sich auf die Signalverarbeitung der Störungsunterdrückungseinrichtung der vorliegenden Erfindung bezieht. Wie in 13 gezeigt, weist die Hardware 92 (genauer gesagt entspricht dies zumindest einem Teil der Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung 40 oder des Zustandsdetektors 60, wie in 4, 10 und 12 gezeigt), die sich auf die Signalverarbeitung dieser Einrichtung bezieht, einen Prozessor 93 und eine Speichereinrichtung 94 auf. Die Speichereinrichtung weist - obwohl nicht gezeigt - eine flüchtige Speichereinrichtung, wie z. B. einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff und eine nichtflüchtige Hilfs-Speichereinrichtung, wie z. B. Flash-Speicher auf.
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Anstelle des Flash-Speichers kann eine Hilfs-Speichereinrichtung einer Festplatte vorgesehen sein. Der Prozessor 93 führt ein Programm aus, das von der Speichereinrichtung 94 eingegeben wird. In diesem Fall wird das Programm von der Hilfs-Speichereinrichtung über die flüchtige Speichereinrichtung in den Prozessor 93 eingegeben. Der Prozessor 93 kann Daten von Berechnungsergebnissen oder dergleichen an die flüchtige Speichereinrichtung der Speichereinrichtung 94 ausgeben, oder sie kann Daten in der Hilfs-Speichereinrichtung über die flüchtige Speichereinrichtung speichern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- AC-Energieversorgung
- 2
- Energieversorgungsleitung zwischen AC-Energieversorgung und Stromrichtereinrichtung
- 3
- Erdungsleitung
- 4
- Gleichtaktstörungen
- 10
- Störungsfilter
- 11
- Erdungskondensator
- 20
- Störungsunterdrückungseinrichtung
- 30
- Detektionsschaltung
- 31, 51
- R-Phasenwicklung
- 32, 52
- S-Phasenwicklung
- 33, 53
- T-Phasenwicklung
- 34, 54
- Hilfswicklung
- 35
- Störungs-Detektionssignal
- 40
- Wellenformsignal-Erzeugungsschaltung
- 41
- Bandbegrenzungsschaltung
- 42
- Hochfrequenz-Verstärkungsschaltung
- 43
- Eingangswiderstand
- 44
- Rückkopplungswiderstand
- 45
- Operationsverstärker
- 50
- Überlagerungstransformator
- 55
- Störungs-Überlagerungssignal
- 56
- Gleichtakt-Überlagerungsspannung
- 60
- Zustandsdetektor
- 60a
- Zustandsdetektionssignal
- 61
- Shunt-Widerstand (Strom-Detektionswiderstand)
- 62
- Komparator
- 63
- Schwellenwert-Erzeugungsschaltung
- 65
- Schutzzustand-Signal
- 66
- spezifisches Zustandssignal
- 68a, 68b
- Stromzustandssignal
- 69a, 69b
- Betriebszustandssignal
- 70
- Verstärkungs-Einsteller
- 71
- Steuerungs-IC
- 72
- digitales Potentiometer
- 73
- Chip-Auswahl-Signal
- 74
- Aufwärts-Abwärts-Steuerungseingang
- 75
- Inkrementsteuerungseingang
- 76
- Widerstandswert
- 77
- Wiederherstellungszeit
- 80
- Stromrichtereinrichtung
- 81, 91
- parasitäre Kapazität nach Erde
- 82a, 82b, 84a, 84b, 86a, 86b
- Halbleiterschalter
- 83
- oberer und unterer Zweig der U-Phase
- 85
- oberer und unterer Zweig der V-Phase
- 87
- oberer und unterer Zweig der W-Phase
- 88
- Wechselrichter-Ausgangsende
- 89
- Wechselrichter-DC-Energieversorgung
- 90
- Last
- 92
- Hardware
- 93
- Prozessor
- 94
- Speichereinrichtung
- 100
- Stromrichtersystem
- Vcm
- Gleichtaktspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4238638 B2 [0005]
- JP 5263663 B2 [0005]
