DE19831582A1 - Wechselrichter mit einfach änderbarer Spezifikation und Leistung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wech­ selrichter, mit denen ein Wechselstrommotor mit einstell­ barer Drehzahl betrieben werden kann, und insbesondere einen solchen Wechselrichter, dessen Spezifikation und Leistung einfach änderbar sind.

Ein Wechselrichter, der einen Induktionsmotor mit ein­ stellbarer Geschwindigkeit antreiben kann, wird in ver­ schiedenen Anwendungen verwendet, wobei abhängig von der jeweiligen Anwendung verschiedene Arten von Wechselrich­ tern mit unterschiedlichen Leistungen und Funktionen verwendet werden. Im folgenden wird ein herkömmlicher Wechselrichter am Beispiel eines Universalwechselrichters beschrieben.

Ein solcher Universalwechselrichter hat beispielsweise den in Fig. 11 gezeigten Aufbau. Ein Induktionsmotor 5 wird durch eine Wechselspannungs-Leistungsquelle 4 über eine Hauptschaltungseinheit 100 angetrieben. Die Haupt­ schaltungseinheit 100 enthält einen Stromrichter 101 (der, obwohl er in Wirklichkeit als Dreiphasen-Brücken­ schaltung aus Dioden konfiguriert ist, in der Figur um der Einfachheit willen schematisch dargestellt ist); einen Glättungskondensator 102; einen Gleich­ strom/Wechselstrom-Stromrichter 103 (der, obwohl er in Wirklichkeit als Dreiphasen-Brückenschaltung aus Schalt­ dioden (Leistungstransistoren oder dergleichen) konfigu­ riert ist, in der Figur um der Einfachheit willen schema­ tisch dargestellt ist); einen Thermistor 104; einen Widerstand 105 zur Stromerfassung; und dergleichen. Weiterhin enthält eine Leistungsquellen-Sensoreinheit 110 eine Leistungsquellenschaltung 111 zur Erzeugung ver­ schiedener Arten von Gleichspannungen, Erfassungseinhei­ ten wie etwa eine Stromerfassungseinheit 112 zur Erfas­ sung eines Stroms der Hauptschaltungseinheit 100, eine Spannungserfassungseinheit 114 zur Erfassung einer Span­ nung der Hauptschaltungseinheit 100 und eine Tempera­ turerfassungseinheit 115 zur Erfassung einer Temperatur der Hauptschaltungseinheit 100, eine Treiberschaltung 113 zur Lieferung eines Treibersignals an den Wechselrichter 103 und dergleichen.

Eine Steuer-Eingangs/Ausgangs-Einheit 120 enthält einen den Hauptabschnitt bildenden Mikrocomputer 121; eine Speichervorrichtung 122; eine Bedienungseinrichtung 126; und eine Eingangsschaltung 124 sowie eine Ausgangsschal­ tung 125 mit entsprechenden Verbindungsanschlüssen, die eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle bilden; und derglei­ chen. Eine Bedienungsperson bedient den Wechselrichter unter Verwendung der Bedienungseinrichtung 126 und schließt an die Signalverbindungsanschlüsse der Eingangs­ schaltung 124 bzw. der Ausgangsschaltung 125 Leitungen an, wodurch der Wechselrichter von der externen Steuer­ einrichtung gesteuert wird.

Der obengenannte Mikrocomputer 121 steuert den Betrieb des Wechselrichters 103 in Übereinstimmung mit den von der Eingangsschaltung 124 und der Bedienungseinrichtung 126 mit Hilfe ihres Steuerprogramms ausgegebenen Signa­ len. Diese Steuerung durch den Mikrocomputer 121 bestimmt beispielsweise die Frequenz und die Spannung, erzeugt das Treibersignal und dergleichen und wählt ferner das Be­ triebsverfahren. Ferner führt der Mikrocomputer 121 den Schutzbetrieb entsprechend den von verschiedenen Arten von Erfassungsschaltungen ausgegebenen Signalen aus. Andererseits werden in dem Fall, in dem die Frequenz, die Drehrichtung oder der Strom bestimmt sind und außerdem der Schutzbetrieb ausgeführt wird, die auf die Schutzfak­ toren bezogenen Daten und dergleichen an die Bedienungs­ einrichtung ausgegeben, um dort angezeigt zu werden.

Hierbei gibt es einen Wechselrichter des Typs, bei dem die obenerwähnte Bedienungseinrichtung 126 am zugeordne­ ten Substrat angebracht ist oder nur die Bedienungsein­ richtung von den anderen Einheiten getrennt ist, um an einer anderen Position installiert werden zu können.

Andererseits ist aus der JP 2-211039-A ein beispielhafter Wechselrichter bekannt, der in zwei Blöcke unterteilt ist. Der Wechselrichter dieses Typs ist so beschaffen, daß der Servomotor eine Komponente, d. h. die Leistungs­ vorrichtungen, bildet und der Basistreiber und die Stromerfassungseinheit, die als Peripherieschaltungen dienen, in Form eines Moduls in den Motorkörper eingebaut sind, ferner ist auf seiten der Steuerung eine Steuerein­ heit vorgesehen, wobei die Schnittstelle zwischen der Motorseite und der Steuereinheit unter Verwendung einer optischen Kommunikation verwirklicht ist.

Wie oben beschrieben worden ist, führt der Mikrocomputer 121 in dem herkömmlichen Universalwechselrichter sowohl die Steuerung der Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle als auch die Steuerung der Hauptschaltungseinheit 100 auf seiten des Wechselrichters 103 aus. Hierbei ist die Steuerung der Hauptschaltungseinheit dem Wechselrichter inhärent und hängt somit nicht von dem von einem Kunden geforderten Funktionen ab. Andererseits sind die Inhalte der Steuerung der Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle von den von einem Kunden ausgegebenen Anforderungen abhängig. Falls die Standardfunktionen und die Leistung, die von der Herstellerseite vorbereitet werden, die von einem bestimmten Kunden gestellten Anforderungen nicht erfül­ len, muß daher die Software des Mikrocomputers geändert werden, außerdem müssen gegebenenfalls die Bedienungsein­ richtung 126, die Eingangsschaltung 124 und die Ausgangs­ schaltung 125 geändert werden.

Folglich entsteht das Problem, daß die Software des Mikrocomputers und die Hardware der Eingangs/Ausgangs- Schnittstelle abhängig von den Inhalten der Kundenanfor­ derungen beschaffen sein müssen. Wenn die Software des Mikrocomputers geändert wird, muß, falls das Programm in einem internen Speicher (ROM) des Mikrocomputers gespei­ chert ist, ein Austausch des Mikrocomputers selbst erfol­ gen.

Weiterhin sind die Eingangsschaltung und die Ausgangs­ schaltung im Stand der Technik am Wechselrichter fest angebracht, so daß sie von anderen konstitutiven Elemen­ ten nicht getrennt werden können. Daher müssen die Haupt­ schaltungseinheit 100, die Eingangsschaltung 124 und die Ausgangsschaltung 125 am gleichen Ort installiert sein.

Andererseits wird in der obenerwähnten JP 2-211039-A lediglich die getrennte Konstruktion des Servomotors und die Technik der Aufteilung der Steuereinheit in die Leistungseinheit und in die Peripherieschaltungen offen­ bart. Obwohl die Steuereinheit eine neue Steuerung dar­ stellt, die die optische Schnittstelle mit der Leistungs­ einheit und den Peripherieschaltungen enthält, bezieht sich das obenerwähnte Beispiel nicht auf den Ein­ gang/Ausgang der Daten zwischen der externen Vorrichtung und der Steuerung. Aus der JP 2-65674-A und aus der JP 1-291693-A ist ein Wechselrichter bekannt, dessen Spezifikation und dessen Leistung nicht verändert werden können.

Die Erfindung ist angesichts dieses Standes der Technik gemacht worden, um die Probleme in Verbindung mit einem herkömmlichen Wechselrichter zu beseitigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter zu schaffen, bei dem die Steuerung der Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle sowie die Steuerung einer Hauptschaltungseinheit des Wechselrichters voneinander getrennt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wechselrichter, der die in einem der unabhängigen Ansprü­ che angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprü­ che sind auf zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gerichtet.

Der erfindungsgemäße Wechselrichter ist aus zwei oder mehr getrennten Blöcken gebildet. Ein Block ist in Form einer Wechselrichter-Basiseinheit konstruiert, in der ein Teil eines Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrichters und ein Teil einer Steuereinrichtung mit einem Mikrocomputer für die Steuerung des Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrichters in Form eines Leistungsmoduls enthalten sind, während der andere Block in Form einer E/A-Blockeinheit konstruiert ist, die eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelleneinheit mit Signalverbindungsanschlüssen enthält. Weiterhin ist das Leistungsmodul so beschaffen, daß daran mehrere Arten von E/A-Blockeinheiten angeschlossen werden können, wobei die Leistung und die Funktionen des Wechselrichters entspre­ chend dem jeweils angeschlossenen Typ der E/A-Blockein­ heit geändert werden können.

In einer Ausführung der Erfindung ist die Wechselrichter- Basiseinheit aus drei Arten von Substraten konstruiert. Genauer ist die Wechselrichter-Basiseinheit konstruiert als Kombination aus einem ersten Substrat, auf dem eine Wechselrichter-Hauptschaltungseinheit angebracht ist, aus einem zweiten Substrat, auf dem eine Steuereinrichtung mit einem Mikrocomputer und einer die E/A-Blockeinheit enthaltenden Kommunikationsschaltung angebracht ist, und aus einem dritten Substrat, auf dem wenigstens ein Kon­ densator zum Glätten einer Gleichspannung der Wechsel­ richter-Hauptschaltungseinheit angebracht ist, wobei das Leistungsmodul durch das erste und durch das zweite Substrat gebildet ist. Weiterhin ist die Software des obengenannten Mikrocomputers so beschaffen, daß in den Mikrocomputer von außerhalb des Leistungsmoduls geeignete Daten heruntergeladen werden können. Außerdem sind die Leistungshalbleitervorrichtungen, die einen Gleich­ strom/Wechselstrom-Stromrichter bilden, und die Steuer­ einrichtung, die den Mikrocomputer enthält, als Lei­ stungsmodul konstruiert, indem diese Elemente in einem Gehäuse angebracht sind, wobei im Leistungsmodul eine Endverbindung vorgesehen ist, über die die Steuereinrich­ tung und die Eingangs/Ausgangs-Schnittstelleneinheit über bidirektional miteinander verbunden sind.

Da die Wechselrichter-Steuereinrichtung erfindungsgemäß wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist die Wechsel­ richter-Basiseinheit sämtlichen zugeordneten Einheiten gemeinsam, wobei nur die E/A-Blockeinheit geändert werden muß, um die vom Kunden geforderte Spezifikation verwirk­ lichen zu können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 einen Blockschaltplan und teilweise einen Strom­ laufplan einer Konfiguration eines Wechselrich­ ters gemäß einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht des Aufbaus eines Hauptabschnitts des Wechselrichters nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittansicht des Aufbaus des Hauptab­ schnitts des Wechselrichters nach Fig. 1;

Fig. 4 einen Steuerblockschaltplan zur Erläuterung der Verarbeitungsinhalte eines Mikrocomputers nach Fig. 1;

Fig. 5 einen Stromlaufplan und teilweise einen Block­ schaltplan der genauen Konfiguration eines Hauptabschnitts (Minimal-E/A-Schaltung) nach Fig. 1;

Fig. 6 einen Blockschaltplan der genauen Konfiguration eines Hauptabschnitts (E/A-Einheit) nach Fig. 1;

Fig. 7 einen Stromlaufplan und teilweise einen Block­ schaltplan einer genauen Konfiguration eines Hauptabschnitts nach Fig. 1;

Fig. 8 einen Blockschaltplan und teilweise einen Strom­ laufplan einer Konfiguration eines Wechselrich­ ters gemäß einer weiteren Ausführung der Erfin­ dung;

Fig. 9 eine Draufsicht des Aufbaus eines Hauptabschnitts des Wechselrichters nach Fig. 8;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines Hauptabschnitts nach Fig. 8; und

Fig. 11 den bereits erwähnten Blockschaltplan und teil­ weise einen Stromlaufplan der Konfiguration einer herkömmlichen Wechselrichterschaltung.

Allgemeiner Aufbau

Im folgenden wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 7 eine erste Ausführung der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltplan und teilweise ein Strom­ laufplan, der den allgemeinen Aufbau einer Wechselrich­ ter-Steuereinrichtung gemäß einer Ausführung der Erfin­ dung zeigt. Allgemein ist die Wechselrichter-Steuerein­ richtung aus einer Wechselrichter-Basiseinheit COR und einer E/A-Blockeinheit IOB gebildet.

Die Wechselrichter-Basiseinheit COR enthält ein erstes Substrat 1, ein zweites Substrat 2 und ein drittes Substrat 3. Hiervon bilden das erste Substrat und das zweite Substrat ein Leistungsmodul ISPM. Die E/A-Block­ einheit IOB ist an das im Leistungsmodul ISPM enthaltene zweite Substrat 2 angeschlossen.

In Fig. 1 sind in der E/A-Blockeinheit IOB eine Minimal- E/A-Schaltung 6, über die Daten jeglicher Signalart parallel übertragen werden, ein E/A-Block 7 des Typs A, ein E/A-Block 8 des Typs B sowie ein Personalcomputer 9 gezeigt, wovon jede als E/A-Blockeinheit dient, über die eine serielle Kommunikation erfolgt.

Übersicht über die einzelnen Einheiten

Am obengenannten dritten Substrat 3 sind eine Anschluß­ stufe 31, ein Überstrom-Unterdrückungswiderstand 33 zum Unterdrücken eines Überstroms, der beim Einschalten der Leistungsquelle fließen kann, sowie ein Glättungskonden­ sator 32 angebracht. Diese Komponenten sind mit dem Leistungsmodul ISPM auf seiten des ersten Substrats 1 verbunden. Die Anschlußstufe 31 enthält Leistungsquellen- Verbindungsanschlüsse R, S und T, Induktionsmotor-Verbin­ dungsanschlüsse U, V und W, Anschlüsse PD, P und N, an die eine externe Drossel oder eine Gleichspannungs-Lei­ stungsquelle angeschlossen sind, sowie zwei Anschlüsse G1 und G2, an die ein Erdungskabel angeschlossen ist. In der Figur sind die beiden Anschlüsse P und PD miteinander verbunden.

Das erste Substrat 1 enthält: einen Stromrichter 11 zum Umrichten einer von der Wechselspannungsquelle 4 eingege­ benen Wechselspannung in eine Gleichspannung (obwohl der Stromrichter 11 in Wirklichkeit durch eine Dreiphasen- Brückenschaltung aus Dioden und dergleichen gebildet ist, ist er in der Figur um der Einfachheit willen schematisch dargestellt; wenn eine Leistungsrückgewinnungsfunktion gefordert ist, werden Vorrichtungen verwendet, wovon jede die verwendete EIN/AUS-Steuerung ausführen kann); einen Thyristor 12 zum Kurzschließen des obengenannten Über­ strom-Unterdrückungswiderstandes 33; einen Wechselrichter 13, der als Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrichter dient (obwohl der Wechselrichter 13 in Wirklichkeit als Drei­ phasen-Brückenschaltung aus Schaltvorrichtungen wie etwa Leistungstransistoren oder dergleichen gebildet ist, ist er in der Figur um der Einfachkeit willen schematisch dargestellt; er bildet die Umsetzungseinrichtung für elektrische Leistung, die elektrische Gleichspannungslei­ stung in elektrische Dreiphasen-Wechselspannungsleistung umsetzt), einen Thermistor 14 und einen Widerstand 15 zur Stromerfassung.

Auf dem zweiten Substrat sind Schaltungen angebracht, die der Leistungsquellen-Sensoreinheit 110 und der Steuer- Eingangs/Ausgangs-Einheit 120 entsprechen, die in Verbin­ dung mit Fig. 11 bereits für den Stand der Technik be­ schrieben worden sind. Was die der Leistungsquellen- Sensoreinheit 110 entsprechenden Elemente betrifft, so umfassen sie eine Leistungsquellenschaltung 22 zur Erzeu­ gung verschiedener Gleichspannungen, eine Stromerfas­ sungseinheit 23, eine Spannungserfassungseinheit 24, eine Temperaturerfassungseinheit 25 und eine Treiberschaltung 26 zum Liefern eines Treibersignals sowohl an den Wech­ selrichter 13 als auch an den Thyristor 12, wobei die Einheiten 23, 24 und 25 und die Schaltung 26 die Haupt­ schaltungen bilden. Was andererseits die Elemente be­ trifft, die der Steuer-Eingangs/Ausgangs-Einheit 120 entsprechen, so umfassen sie einen Kern-Mikrocomputer 21, eine Speichervorrichtung 27 und eine Kommunikationsschal­ tung 28. Weiterhin sind auf dem zweiten Substrat 2 An­ schlüsse CN1, CN2 und CN3 angebracht.

Die Kommunikationsschaltung 28 ist an den Anschluß CN1 angeschlossen, über den ein Sendesignal TX und ein Emp­ fangssignal RX zwischen dem E/A-Block 7 des A-Typs, dem E/A-Block 8 des B-Typs oder dem Personalcomputer 9, die die obengenannten verschiedenen Arten von E/A-Blockein­ heiten bilden, und der Kommunikationsschaltung 28 über­ tragen werden. Weiterhin wird die Leistungsquellenspan­ nung PW von der Leistungsquellenschaltung 22 über den Verbinder CN1 an diese E/A-Blockeinheiten geliefert.

Die Minimal-E/A-Schaltung 6 bildet im weiteren Sinn ebenfalls eine Art E/A-Blockeinheit. Hierbei werden die Signale zwischen der Minimal-E/A-Schaltung 6 und dem Kern-Mikrocomputer 21 unter Umgehung der Kommunikations­ schaltung 28 über den Anschluß CN3 übertragen. Eines die­ ser Signale ist ein Eingangssignal 6S1, während das andere Signal ein Ausgangssignal 6S2 ist. Ähnlich wird die Leistungsquellenspannung 6S3 von der Leistungsquel­ lenschaltung 22 an die Minimal-E/A-Schaltung 6 geliefert.

Hardwaremäßig enthält der Kern-Mikrocomputer 21 einen Flash-Speicher 21A, der als ROM zum Speichern des Pro­ gramms vorgesehen ist, einen RAM 21B, einen Zeitgeber 21C und dergleichen. Hierbei kann für den Flash-Speicher 21A der Schreibmodus anhand der Leistungsquellenspannung (zwischen VPP und GND) und der Signale RES und MD, die über den Anschluß CN2 geliefert werden, gewählt werden, wobei die Programmdaten vom Personalcomputer 9 an den Flash-Speicher 21A beispielsweise sowohl über den An­ schluß CN1 als auch über die Kommunikationsschaltung 28 seriell übertragen werden, um den Schreibmodus, d. h. den sogenannten Herunterladebetrieb, auszuführen.

Aufbau der Wechselrichter-Basiseinheit

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Längsschnittansicht bzw. eine Querschnittsansicht des longitudinalen bzw. des transversalen Aufbaus der Wechselrichter-Basiseinheit COR.

Die Dioden und die Leistungshalbleitervorrichtungen (in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel die IGBTs), die den Stromrichter 11 und den Wechselrichter 13 bilden, werden in Form eines freiliegenden Chips auf dem ersten Substrat 1 angebracht, woraufhin in den zugehörigen Raum, der zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 1 bzw. 2 definiert ist, ein Gel gefüllt wird, um die Halbleiter­ oberflächen zu schützen. Weiterhin werden an der Oberflä­ che gegenüber der Anbringungsfläche des ersten Substrats 1 (nicht gezeigte) Kühlrippen befestigt, so daß die Wärme, die durch die internen Halbleitervorrichtungen erzeugt wird, hiervon abgeführt werden kann.

Das zweite Substrat 2 ist oberhalb des ersten Substrats 1 angeordnet. Wie oben bereits beschrieben worden ist, sind auf dem zweiten Substrat 2 typischerweise der Kern-Mikro­ computer 21, die Treiberschaltung 24 und ein Transforma­ tor 22T, die die Leistungsquellenschaltung 22 bilden, und weiterhin die Anschlüsse CN1 und CN2 und dergleichen angebracht. Die obere Fläche des zweiten Substrats 2 ist zum Schutz und zur Isolation mit Harz beschichtet. Hier­ bei sind das erste Substrat 1 zusammen mit dem darüber angeordneten zweiten Substrat 2 in einem Gehäuse unterge­ bracht, das zum Leistungsmodul ISPM gehört.

Weiterhin ist oberhalb des obenerwähnten zweiten Substrats 2 das dritte Substrat 3 angeordnet. Auf dem dritten Substrat 3 sind die Anschlußstufe 31, der Über­ strom-Unterdrückungswiderstand 33, der Glättungskondensa­ tor 32 und dergleichen angebracht.

Verarbeitung im Kern-Mikrocomputer

Da das Programm für den Kern-Mikrocomputer 21 im Flash- Speicher 21A gespeichert ist, kann seine Änderung durch Schreiben von außerhalb in den auf dem zweiten Substrat 2 angebrachten Kern-Mikrocomputer 21 beliebig ausgeführt werden. Mit Bezug auf Fig. 4 wird eine Ausführung der Programminhalte beschrieben.

Der Kern-Mikrocomputer 21 enthält, ohne darauf einge­ schränkt zu sein: eine Rücksetz-/Start-Verarbeitungsein­ heit 211, die zu dem Zeitpunkt betrieben wird, zu dem die Leistungsquellenschaltung 22 eingeschaltet wird oder das Programm neu gestartet wird; eine Schutzsteuerungseinheit 212, die zu dem Zeitpunkt betrieben wird, zu dem ein Überstrom oder eine Überspannung erzeugt werden; eine Schutzsteuereinheit 213 für den Laufmodus, die den Lauf­ modus des Wechselrichters 13 steuert; eine Speichervor­ richtungskommuniktations-Verarbeitungseinheit 214, die eine Kommunikation mit der Speichervorrichtung 27 aus­ führt; eine Strom/Spannung/Temperatur-Holeinheit 215 zum Auslesen der auf den Strom, die Spannung und die Tempera­ tur bezogenen Daten aus der Stromerfassungseinheit 23, der Spannungserfassungseinheit 24 bzw. der Temperaturer­ fassungseinheit 25; und eine PWM-Erzeugungseinheit 216 zum Erzeugen eines Signals, das zum Ansteuern der den Wechselrichter 13 bildenden Leistungshalbleitervorrich­ tungen verwendet wird.

Weiterhin enthält der Kern-Mikrocomputer 21 als Einheiten zum schrittweisen Erhöhen der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsspannung des Wechselrichters 13, um die Drehzahl des Induktionsmotors 5 zu erhöhen, und zum schrittweisen Erniedrigen der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsspan­ nung, um die Drehzahl des Induktionsmotors 5 zu erniedri­ gen, jedoch ohne darauf eingeschränkt zu sein: eine automatische Beschleunigungs/Verzögerungs-Verarbeitungs­ einheit 218, eine Verarbeitungseinheit 219 zum Setzen der Beschleunigung/Verzögerung, eine Überlast-Begrenzungsein­ heit 21D und weiterhin einen Schalter 217, der software­ mäßig vorgesehen ist, um zwischen diesen Einheiten geeig­ net umzuschalten. Hierbei führt die automatische Be­ schleunigung/Verzögerung-Verarbeitungseinheit 218 die Verarbeitung der automatischen Bestimmung des Beschleuni­ gungszeitpunkts oder des Verzögerungszeitpunkts aus, so daß während der Beschleunigung oder der Verzögerung kein Überstrom und keine Überspannung erzeugt werden. Anderer­ seits führt die Verarbeitungseinheit 219 zum Setzen der Beschleunigung/Verzögerung eine Drehzahlerhöhung/Dreh­ zahlerniedrigung-Verarbeitung für den Induktionsmotor 5 entsprechend dem Beschleunigungszeitpunkt oder dem Ver­ zögerungszeitpunkt, der vorher von einem Benutzer unter Verwendung der E/A-Blockeinheit (z. B. der E/A-Block­ einheit 7 des Typs A) festgelegt worden ist, aus, ferner führt die Überlast-Begrenzungseinheit 21A eine Drehzahl­ erniedrigungsverarbeitung für den Induktionsmotor 5 in der Weise aus, daß der Strom gleich oder niedriger als ein vorgegebener Stromwert wird.

Weiterhin enthält der Kern-Mikrocomputer 21 eine Minimal- E/A-Schnittstelleneinheit 21E zum Steuern des Ein­ gangs/Ausgangs der Daten von der Minimal-E/A-Schaltung 6 bzw. an diese Schaltung 6, eine Sende/Empfang-Verarbei­ tungseinheit 21F zum Ausführen der Verarbeitung des Eingebens/Ausgebens der Daten von den verschiedenen E/A- Blockeinheiten (der E/A-Blockeinheit 7 des Typs A in Fig. 4) über die Kommunikationsschaltung 28 bzw. von diesen E/A-Blockeinheiten. Hierbei wird angenommen, daß für die Sende/Empfang-Verarbeitung eine Sende/Empfang- Schaltung verwendet wird, die im Kern-Mikrocomputer 21 selbst enthalten ist.

Minimal-E/A-Schaltung

Fig. 5 zeigt den Aufbau der Minimal-E/A-Schaltung 6. Diese Minimal-E/A-Schaltung 6 ist ein E/A-Block eines Typs, bei dem das Eingangs/Ausgangs-Signal direkt, d. h. unter Umgehung der Kommunikationsschaltung 28, an den Kern-Mikrocomputer 21 gesendet bzw. direkt von diesem empfangen wird. Die Eingangssignale 6S1 bestehen aus den folgenden drei Arten von Signalen: Frequenzbefehl, der von einer Volumeneinrichtung 61 ausgegeben wird, ein Laufstopp-Rücksetzsignal, das über einen Tastschalter 62 ausgegeben wird, und ein Freilaufsignal von den Verbin­ dungsinformationen, das zwischen den an der Anschlußstufe 65 vorgesehenen Anschlüssen FR und CM vorgesehen ist und durch einen Photokoppler 63 eingegeben wird (das Frei­ laufsignal läuft zu der Zeit, zu der der Schalter zwi­ schen den Anschlüssen FR und CM geschlossen ist, und hält an, wenn der Schalter zwischen den Anschlüssen FR und CM geöffnet ist). Weiterhin werden an die Minimal-E/A-Schal­ tung 6 zwei Arten von Leistungsquellenspannungen (PV12- PV12G (DC12V) und PV5-PV5G (DC5V)) 6S3 geliefert.

Andererseits wird das Ausgangssignal zu dem Zeitpunkt, zu dem der Betrieb des Wechselrichters 13 aufgrund des Auftretens eines Überstroms oder einer Überspannung angehalten worden ist, in Form eines Alarmausgangssignals über ein IC-Relais 64 und über Anschlüsse AL0, AL1 und AL2, die an der Anschlußstufe 65 vorgesehen sind, an die äußere Umgebung des Wechselrichters 13 gesendet.

Der Wechselrichter gemäß der Erfindung ist so beschaffen, daß, falls die Minimal-E/A-Schaltung 6 an den Anschluß CN3 angeschlossen ist (genauer, falls irgendeine der E/A- Blockeinheiten wie etwa die Blockeinheiten 7, 8 oder 9 nicht angeschlossen ist, so daß die Kommunikation zwi­ schen irgendeiner der E/A-Blockeinheiten und dem Kern- Mikrocomputers 1 nicht ausgeführt wird), die automatische Beschleunigung/Verzögerung-Verarbeitung der beiden Be­ schleunigung/Verzögerung-Verarbeitungen im Kern-Mikrocom­ puter 21 durch die Beschleunigung/Verzögerung-Verarbei­ tungseinheit 218 ausgeführt wird.

Falls die Anschlüsse FR und CM nicht miteinander verbun­ den sind, bedient ein Benutzer, der die Minimal-E/A- Schaltung 6 verwenden möchte, den Wechselrichter durch Drücken des Tastschalters 62, während er die Frequenz durch Einstellen der Volumeneinrichtung 61 einstellt. Weiterhin kann durch Drücken des Tastschalters 62 während des Laufs des Wechselrichters dessen Betrieb angehalten werden, nachdem der Wechselrichter automatisch in die Nähe von 0 Hz verzögert worden ist. Während des Betriebs können das Anhalten und das Ändern des Frequenzbefehls sowie die Beschleunigung und die Verzögerung durch die automatische Beschleunigung/Verzögerung-Verarbeitungsein­ heit 218 automatisch ausgeführt werden.

Der Betrieb und das Anhalten des Wechselrichters kann jedoch auch unter Verwendung der beiden Anschlüsse FR und CM erfolgen. Falls nämlich die beiden Anschlüsse FR und CM miteinander verbunden sind, läuft der Wechselrichter mit der Frequenz, die durch die Volumeneinrichtung 61 eingestellt worden ist. Falls jedoch die beiden An­ schlüsse voneinander getrennt sind, wird der Wechselrich­ ter sofort angehalten, ohne daß der Induktionsmotor 5 einer Verzögerung unterworfen wird.

Wenn ferner das Alarmausgangssignal erzeugt worden ist, wird der Tastschalter 62 gedrückt, um den Alarm zurückzu­ setzen, so daß der Wechselrichter erneut in Betrieb gehen kann.

E/A-Blockeinheit

Fig. 6 zeigt die Konfiguration der E/A-Blockeinheit 7 des Typs A. Die E/A-Blockeinheit 7 des Typs A enthält eine 0,5 V-Leistungsquellenschaltung 71, die mit einer 12 V-Leistungsquellenspannung (PV12-PV12G) versorgt wird, um eine 5 V-Leistungsquellenspannung zu erzeugen, eine Kommunikationsschaltung 72 für die Herstellung einer Kommunikation mit dem Kern-Mikrocomputer 21, einen Mikro­ computer 73, eine Bedienungseinrichtung 74, eine Spei­ chervorrichtung 75 und eine Eingangsschaltung 76 sowie eine Ausgangsschaltung 77 zum Eingeben bzw. Ausgeben der Signale von der äußeren Umgebung des Wechselrichters bzw. an diese Umgebung. Wenigstens die Eingangsschaltung 76 unterscheidet sich von der herkömmlichen Eingangsschal­ tung 124 dadurch, daß sie unter Umgehung der Isolations­ schaltung 123 direkt an den Mikrocomputer 73 angeschlos­ sen ist.

In der Bedienungseinrichtung 74 werden die Anzeige der Daten bezüglich der Lauffrequenz und der Daten bezüglich des Stroms in den Induktionsmotor 5, die Eingabe der verschiedenen Arten von Laufdaten wie etwa des Frequenz­ befehls, der Beschleunigungszeit, der Verzögerungszeit und der Wechselrichter-Ausgangsspannung sowie die Eingabe des Laufstopp-Befehls ausgeführt.

Ein Benutzer, der die E/A-Blockeinheit 7 des Typs A verwendet, gibt den Frequenzbefehl und den Laufstopp- Befehl unter Verwendung der Bedienungseinrichtung 74 ein. Alternativ führt ein Benutzer auf der Grundlage des Schaltens durch Einstellen der Bedienungseinrichtung 74 die Eingabe des Frequenzbefehls und des Laufstopp-Befehls über die Eingabeschaltung 76 von außerhalb des Wechsel­ richters aus.

Im Mikrocomputer 73 werden hauptsächlich die Eingangsver­ arbeitung und die Ausgangsverarbeitung ausgeführt. In der Eingangsverarbeitung werden die Eingangssignale von der Bedienungseinrichtung 74 und von der Eingangsschaltung 76 in Form serieller Daten geholt, die ihrerseits in Form eines Empfangssignals RX über die Kommunikationsschaltung 72 an den Kern-Mikrocomputer 21 übertragen werden. Bei­ spielsweise wird der Frequenzbefehl, der entweder über die Bedienungseinrichtung 74 oder über die Eingangsschal­ tung 76 eingegeben worden ist, in den Mikrocomputer 73 eingegeben, indem er in serielle Daten verarbeitet wird, die an den Kern-Mikrocomputer 21 übertragen werden. Dann betreibt der Kern-Mikrocomputer 21 den Wechselrichter 13 in der Weise, daß er die dem Frequenzbefehl entsprechende gewünschte Frequenz liefert.

Andererseits werden bei der Ausgabeverarbeitung des Mikrocomputers 73 serielle Sendedaten TX, die über die Kommunikationsschaltung 72 vom Kern-Mikrocomputer 21 geschickt worden sind, geholt, um in parallele Daten verarbeitet zu werden. Dann werden die so erhaltenen parallelen Daten entweder auf der Bedienungseinrichtung 74 angezeigt oder über die Ausgangsschaltung 77 an die äußere Umgebung des Wechselrichters ausgegeben. Bei­ spielsweise werden die Daten bezüglich des in den Induk­ tionsmotor 5 fließenden Stroms und die Daten bezüglich der Wechselrichterausgangsfrequenz zu diesem Zeitpunkt im Kern-Mikrocomputer 21 in serielle Daten umgesetzt, die vom Mikrocomputer 73 über die Kommunikationsschaltung 28 und über die Kommunikationsschaltung 72 geholt werden. Dann werden die seriellen Daten in parallele Daten umge­ setzt und entweder auf der Bedienungseinrichtung 74 angezeigt oder an die äußere Umgebung des Wechselrichters über die Ausgangsschaltung 77 ausgegeben.

Falls für den obenerwähnten Mikrocomputer 73 ein Mikro­ computer verwendet wird, dessen Speicher einen Flash- Speicher umfaßt, kann hierfür der Schreibmodus gewählt werden. Ähnlich wie in dem bereits in Verbindung mit dem Kern-Mikrocomputer beschriebenen Fall kann die Software für den Mikrocomputer 73 bei am zugeordneten Substrat angebrachtem Mikrocomputer 73 heruntergeladen werden.

Kommunikationsschaltung

Fig. 7 ist ein Stromlaufplan und teilweise ein Block­ schaltplan, der den Aufbau der Kommunikationsschaltung 28 zeigt, die auf dem zweiten Substrat 2 angebracht ist. Die seriellen Daten TX, die vom Kern-Mikrocomputer 21, ge­ nauer von der Sende/Empfang-Verarbeitungseinheit (ein­ schließlich der Sende/Empfang-Schaltung) 21F, ausgegeben worden sind, werden an die äußere Umgebung der Wechselrichter-Basiseinheit COR über einen Photokoppler 281 und einen Treiber IC 282, die die Kommunikations­ schaltung 28 bilden, sowie einen Verbinder CN1 gesendet. Weiterhin werden die seriellen Empfangsdaten RX, die von der E/A-Blockeinheit ausgegeben worden sind, in ähnlicher Weise an die Sende/Empfang-Verarbeitungseinheit (ein­ schließlich der Sende/Empfang-Schaltung) 21F, die im Kern-Mikrocomputer 21 vorgesehen ist, über einen Photo­ koppler 283 und einen Empfänger IC 284, die die Kommuni­ kationsschaltung 28 bilden, sowie über den Verbinder CN1 gesendet. Das heißt, daß diese seriellen Sende/Empfang- Signale zwischen der Seite der E/A-Blockeinheit und der Seite der Kern-Steuereinheit über die beiden Photokoppler 281 und 283 getrennt sind.

Weitere Ausführung der Erfindung

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 8 bis 10 eine weitere Ausführung der Erfindung beschrieben. Ein Unterschied der weiteren Ausführung zu der obenbeschriebenen ersten Ausführung besteht darin, daß die momentane Ausführung für einen Wechselrichter mit verhältnismäßig großer Kapazität geeignet ist. Da im allgemeinen die Kapazität des Glättungskondensators 32 und folglich auch dessen Größe zunimmt, wenn die Kapazität des Wechselrichters weiter erhöht wird, muß, wenn der Glättungskondensator mit erhöhter Kapazität auf dem zugeordneten Substrat angebracht wird, der hierfür geeignete Raum sicherge­ stellt sein. Die in den Fig. 8 und 10 gezeigte Ausführung ist so beschaffen, daß dieser Aspekt berücksichtigt ist. Die folgende Beschreibung ist hauptsächlich auf diesen Unterschied der momentanen Ausführung gegenüber der weiter oben beschriebenen und in den Fig. 1 bis 7 gezeig­ ten Ausführung gerichtet.

Fig. 8 ist ein Blockschaltplan, teilweise ein Stromlauf­ plan, der den Grundaufbau des Wechselrichters gemäß der weiteren Ausführung der Erfindung zeigt.

Sowohl der Überstrom-Unterdrückungswiderstand 33 als auch die Glättungskondensatoren 32 sind auf dem dritten Substrat 3 angebracht. In diesem Beispiel sind zwei Glättungskondensatoren 32 zueinander parallel geschaltet. Andererseits besitzt eine Anschlußstufe 31B die An­ schlüsse PD, P und N sowie den Anschluß G2, an den ein Erdungskabel angeschlossen ist. Die Leistungsquellen- Verbindungsanschlüsse R, S und T und die Induktionsmotor- Verbindungsanschlüsse U, V und W sowie ein weiterer Erdungskabel-Verbindungsanschluß G1 sind sämtlich auf dem zweiten Substrat 2 angebracht, um den erforderlichen Raum im Bereich des dritten Substrats 3 einzusparen, so daß die beiden Glättungskondensatoren 32 auf dem dritten Substrat angebracht werden können.

Fig. 9 ist eine Draufsicht des Aufbaus der oberen Fläche der Wechselrichter-Basiseinheit in der in Fig. 8 gezeig­ ten weiteren Ausführung der Erfindung, während Fig. 10 eine Querschnittsansicht der Wechselrichter-Basiseinheit gemäß der weiteren Ausführung der Erfindung ist. In diesen Figuren sind die Gel-Schicht und die Harz-Schicht um der Einfachkeit willen weggelassen.

Auf dem zweiten Substrat 2 ist eine Anschlußstufe 31A angebracht, während auf dem dritten Substrat 3 die An­ schlußstufe 31B angebracht ist.

Wie oben anhand von Ausführungen der Erfindung beschrie­ ben worden ist, ist der Wechselrichter gemäß der Erfin­ dung so konstruiert, daß im Hinblick auf die Mikrocompu­ ter-Verarbeitungen zur Steuerung des gesamten herkömmli­ chen Wechselrichters die Steuerung der Eingangs/Ausgangs- Schnittstelle und die Steuerung der Hauptschaltungsein­ heit auf seiten des Wechselrichters voneinander getrennt werden können. Daher ist es möglich, einen Wechselrichter zu schaffen, der Kundenspezifikationen einfach erfüllen kann, indem lediglich die E/A-Blockeinheit geändert wird, ohne daß die Wechselrichter-Basiseinheit geändert werden muß.

Da weiterhin die Konstruktion so beschaffen ist, daß die Software des Mikrocomputers zum konkreten Ausführen der Steuerung der Hauptschaltungseinheit auf seiten des Wechselrichters bei auf dem zugeordneten Substrat ange­ brachtem Mikrocomputer und folglich auch für die Wechsel­ richter-Basiseinheit geändert werden kann, können die Spezifikation und die Leistung einfach geändert werden.

Da weiterhin die Wechselrichter-Basiseinheit einteilig in Form des Leistungsmoduls konstruiert ist, kann die Anzahl der Komponenten reduziert werden und können die Zuverläs­ sigkeit und die Miniaturisierung des Wechselrichters ohne weiteres erzielt werden.

Da weiterhin für die Signalübertragung zwischen der Wechselrichter-Basiseinheit und der E/A-Blockeinheit die serielle Kommunikation verwendet wird, kann der allge­ meine Personalcomputer an die Wechselrichter-Basiseinheit angeschlossen werden, wobei selbst dann, wenn die Hard­ ware der E/A-Blockeinheit nicht neu entwickelt wird, lediglich durch Entwicklung der Software des Personalcom­ puters ohne weiteres die Wechselrichter-Steuereinrichtung verwirklicht werden kann.

Die Wechselrichter-Basiseinheit und die E/A-Blockeinheit können getrennt voneinander installiert werden, weshalb die Anzahl der Freiheitsgrade bei der Installation erhöht werden kann.

Da weiterhin eine Isolation in Form der seriellen Über­ tragung zwischen der Wechselrichter-Basiseinheit und der E/A-Blockeinheit geschaffen wird, muß die Eingangsschal­ tung der E/A-Blockeinheit nicht von irgendwelchen exter­ nen Vorrichtungen des Wechselrichters isoliert sein.

Wie oben beschrieben worden ist, ist es erfindungsgemäß möglich, einen Wechselrichter zu schaffen, der die Kun­ denspezifikationen lediglich durch Ändern der E/A-Block­ einheit ohne Änderung der Wechselrichter-Basiseinheit erfüllen kann.

Da weiterhin die Software des Mikrocomputers bei auf dem zugeordneten Substrat angebrachtem Mikrocomputer für die Wechselrichter-Basiseinheiten geändert werden kann, können die Spezifikation und die Leistung hiervon ohne weiteres geändert werden.

Da ferner die Wechselrichter-Basiseinheit einteilig in Form des Leistungsmoduls konstruiert ist, kann die Anzahl der Komponenten reduziert werden, ferner können die Zuverlässigkeit und die Miniaturisierung des Wechselrich­ ters ohne weiteres erzielt werden.

Obwohl die Erfindung anhand zweckmäßiger Ausführungen gezeigt und beschrieben worden ist, können Fachleute selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlun­ gen vornehmen, ohne vom Umfang der Erfindung und vom Er­ findungsgedanken abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist daher nur durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.

Claims (9)

1. Wechselrichtervorrichtung, mit
einem Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrichter (13), der Leistungshalbleitervorrichtungen und wenigstens einen Glättungskondensator (32) zum Glätten einer Gleichspan­ nung enthält,
einer Steuereinrichtung (2) zum Steuern des Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrichters (13) und
einer Eingangs/Ausgangs-Schnittstelleneinheit (IOB) mit Signalanschlüssen (CN1, CN2, CN3), über die Eingangs/Ausgangs-Signale an die Steuereinrichtung (2) gesendet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Wechselrichtervorrichtung zwei oder mehr trennbare Blöcke enthält, wovon einer eine Wechselrich­ ter-Basiseinheit (COR) ist, in der ein Teil des Gleich­ strom/Wechselstrom-Stromrichters (13) und ein Teil der Steuereinrichtung in Form eines Leistungsmoduls (ISPM) vorhanden sind, und ein weiterer Block eine E/A-Blockein­ heit (IOB) ist, die die Eingangs/Ausgangs-Schnittstellen­ einheit mit den Signalanschlüssen enthält, und
alternativ verschiedene E/A-Blockeinheiten an das Leistungsmodul (ISPM) angeschlossen werden können, so daß die Leistung und die Funktionen des Wechselrichters in Abhängigkeit vom Typ der jeweils angeschlossenen E/A- Blockeinheit geändert werden können.

2. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß
die Wechselrichter-Basiseinheit (COR) ein erstes Substrat (1), auf dem mehrere Leistungshalbleitervorrich­ tungen angebracht sind, ein zweites Substrat (2), auf dem zwischen einem Mikrocomputer (21) und der E/A-Blockein­ heit eine Kommunikationsschaltung (28) angebracht ist, sowie ein drittes Substrat (3), auf dem der wenigstens eine Glättungskondensator (32) angebracht ist, enthält, und
von diesen drei Substraten das erste Substrat (1) und das zweite Substrat (2) in Form des Leistungsmoduls (ISPM), das in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist, konstruiert sind.

3. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das zweite Substrat (2) mit einem Verbinder (CN1, CN3) versehen ist, über den Software des Mikrocomputers (21) von außerhalb des Leistungsmoduls (ISPM) geladen werden kann.

4. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß
die Signalübertragung zwischen dem Leistungsmodul (ISPM) und der E/A-Blockeinheit in einer seriellen Kommu­ nikation erfolgt und
die Frequenzbefehldaten von der E/A-Blockeinheit an das Leistungsmodul (ISPM) übertragen werden und außer­ dem Stromdaten vom Leistungsmodul (ISPM) an die E/A- Blockeinheit gesendet werden.

5. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Signalübertragung zwischen dem Leistungsmodul (ISPM) und der E/A-Blockeinheit über eine isolierte serielle Kommunikation erfolgt.

6. Wechselrichtervorrichtung, mit
einem Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrichter (13), der Leistungshalbleitervorrichtungen und wenigstens einen Glättungskondensator (32) zum Glätten einer Wechselspan­ nung enthält,
einer Steuereinrichtung mit einem Mikrocomputer (21) zum Steuern des Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrich­ ters (13) und
einer Eingangs/Ausgangs-Schnittstelleneinheit mit Signalanschlüssen (CN1, CN2, CN3), über die Ein­ gangs/Ausgangs-Signale an die Steuereinrichtung gesendet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Leistungshalbleitervorrichtungen, die im Gleichstrom/Wechselstrom-Stromrichter (13) enthalten sind, und die Steuereinrichtung, die den Mikrocomputer (21) enthält, in Form eines Leistungsmoduls (ISPM) kon­ struiert sind, das in einem einzigen Gehäuse unterge­ bracht ist, und
das Leistungsmodul (ISPM) mit einem Endverbinder (CN1, CN3) versehen ist, über den die Steuereinrichtung und die Eingangs/Ausgangs-Schnittstelleneinheit bidirek­ tional miteinander verbunden sind.

7. Wechselrichtervorrichtung, mit
einer Umsetzungseinrichtung (13) für elektrische Leistung, die Schaltvorrichtungen zum Umsetzen einer Gleichspannungsleistung in eine Wechselspannungsleistung enthält, und
einer Steuereinrichtung zum Steuern der Umset­ zungseinrichtung (13) für elektrische Leistung,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die Umsetzungseinrichtung (13) für elektrische Leistung und die Steuereinrichtung in Form eines Leistungsmoduls (ISPM) konstruiert sind, das in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist, und
das Leistungsmodul (ISPM) mit Verbindungseinrich­ tungen (CN1, CN3) versehen ist, über die ein Ein­ gangs/Ausgangs-Signal zwischen dem Leistungsmodul (ISPM) und der äußeren Umgebung der Wechselrichtervorrichtung übertragen werden.

8. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß
die Steuereinrichtung mit einem Mikrocomputer (21) versehen ist, in dessen Speicher ein Programm ge­ speichert ist, wobei der Speicherinhalt durch Neuschrei­ ben geändert werden kann, und
die Programmdaten des Mikrocomputers (21) in den Speicher (21A) über die Verbindungseinrichtungen (CN1, CN3) geladen werden können.

9. Wechselrichter nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Speicher ein Flash-Speicher (21A) ist.