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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff
des selbständigen
Anspruchs 1. Ein Wechselrichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1 ist in der
EP
1 017 147 offenbart.
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Ein
Wechselrichter ist ein Bauteil, das gewöhnlich zum Steuern von Motoren
auf wirtschaftliche und zuverlässige
Weise verwendet wird. An seinem Ausgang erzeugt ein derartiger Wechselrichter eine
Spannung oder einen Strom mit einer steuerbaren Frequenz, wodurch
ein Motor auf optimale Weise gemäß einer
gewünschten
Frequenz des Ausgangs gesteuert werden kann.
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Ein
mit einem Spannungszwischenkreis ausgestatteter Frequenzwandler,
wobei einer als Beispiel in 7 dargestellt
ist, erzeugt mittels eines Wandlerelements 73 an seinem
Ausgang Spannungspulse, die im Hinblick auf die Basisfrequenz kurz
sind und deren Dauer eingestellt wird, um eine gewünschte Ausgangsspannung
erreichen zu können.
Ein derartiger Frequenzwandler mit einem Spannungszwischenkreis
ist mit einem Gleichspannungszwischenkreis Udc versehen, dessen
positive und negative Spannungen als Spannungspulse wie gewünscht an
phasengesteuerte Ausgänge
gekoppelt sind. Eine Phase ist somit mit einem oberen 71 und
einem unteren 72 Halbleiterschalter versehen, und die Ausgangsspannung
der Phase wird zwischen den Schaltern abgenommen. 7 zeigt
ferner einen durch einen Frequenzwandler gesteuerten Motor M und
einen Eingangstransformator 74.
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Diese
kurzen und schnellen Spannungspulse werden durch Leistungshalbleiter
erzeugt, die hohen Strömen
und Spannungen widerstehen können. Heutzutage
werden wegen ihrer guten Eigenschaften im allgemeinen IGB-Transistoren
(Insulated Gate Bipolar) verwendet. Ein IGBT kann selbst einen Strom von
Hunderten von Ampere abschneiden, wobei die Höchstspannung eines Bauteils
entsprechend bei Tausenden von Volt liegt.
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Bei
Hochstrom-Wechselrichtern jedoch müssen IGBT-Bauteile parallel
gekoppelt sein, um die erforderliche Stromstärke erreichen zu können. IGBT-Bauteile
sind oft derart in Module gepackt, dass ein Modul mehrere IGBT-Schalter
und deren Nulldioden umfasst. Eine selbstverständliche Alternative der Parallelkopplung
der Schalter des Ausgangs eines Wechselrichters besteht darin, dann
einige Schalter eines Moduls parallel zu koppeln. Anwendungen, die eine
Parallelkopplung mehrerer Bauteile erfordern, sind gewöhnlich Dreiphasen-Anwendungen.
Jede der Phasen umfasst dann parallel gekoppelte Bauteile, und diese
parallel gekoppelten Bauteile werden im allgemeinen Zweige genannt.
Eine Phase eines Ausgangs eines Wechselrichters besteht dann aus
mehreren Zweigen, die der Anzahl oberer und unterer parallel gekoppelter
Schalterbauteilen entsprechen.
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Bei
Frequenzwandlern von Spannungszwischenkreisen wird eine Ausgangsspannung
in einem Umwandlungsteil aus Spannungspulsen erzeugt, die, bei Verwendung
von bestehenden Schalterbauteilen, extrem hohe Steilheiten aufweisen.
In einem Kabel zwischen einem Wechselrichter und einer drehbaren
Maschine bewirken hohe Spannungssteilheiten Spannungsschwingungen,
welche die Isoliermaterialien der Maschine beanspruchen. Zusätzlich zu
der Spannungssteilheit werden Amplitude und Frequenz von Spannungsschwingungen
durch die Länge
eines derartigen Kabels und die Wellenimpedanz, die Wellenimpedanz
der Maschine sowie weitere elektrische Schnittstellen zwischen dem
Wechselrichter und der Maschine bestimmt. Die Mindestlänge eines
Kabels, die eine maximale Reflexion in einem Anschlussteil der Maschine
ermöglicht,
wird kritische Länge
eines Kabels genannt.
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Eine
Drossel an einem Ausgang eines Wechselrichters ermöglicht eine
Verlängerung
der vorstehend offenbarten kritischen Kabellänge. Die gewünschte Spannungssteilheit
bestimmt die Größe der Induktivität der Drossel.
Die Größe der erforderlichen
Induktivität
kann durch einen RC-Kreis reduziert werden, wie in 2 dargestellt.
Jedoch wird durch die Verwendung eines RC-Kreises der Antriebsverlust
erhöht,
und der Betrieb der Steuerung einiger Wechselrichter kann dadurch
behindert werden.
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Gewöhnlich ist
somit die Spannungssteilheit durch Drosseln eingeschränkt worden,
die an einem Ausgang eines Wechselrichters eingebaut sind und entweder
ein- oder dreiphasig sind. 1 zeigt
die Basisstruktur sowohl einer einphasigen als auch einer dreiphasigen
Drossel. Eine Drossel umfasst eine Wicklung 1, die um einen
Kern 2 gewickelt ist. Der Kern ist gewöhnlich rechteckig und umfasst
wenigstens einen Luftspalt zur Vermeidung von Sättigung. In einigen Fällen werden
auch unterschiedliche Spannungsunterbrecher zur Reduzierung von
Höchstspannungen
verwendet, wie z.B. in 3 dargestellt. Hier ist eine
Diodenbrücke 31 mit
einem Ausgang eines Wechselrichters verbunden, um die Spannung des
Ausgangs zu unterbrechen, wenn sie höher wird als eine Spannung
Udc eines Zwischenkreises.
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Eine
starke Spannungssteilheit erhöht
auch einen Strom in einem geschlossenen Stromkreis, der durch Lager
fließt.
Man kann ganz allgemein sagen, dass der zirkulierende Lagerstreustrom
proportional ist zur Gleichtaktspannung eines Motors und zum sich
ergebenden Strom, der durch verteilte Kapazitäten fließt. Dieser Strom kann reduziert
werden, indem die Spannungssteilheit der Ausgangsspannung eines
Wechselrichters reduziert wird. Zusätzlich zu einer Ausgangsdrossel
L eines Wechselrichters umfasst ein spezieller Lagerstreustromfilter,
wobei einer in 8 gezeigt ist, eine Gleichtaktdrossel
Lcomm, z.B. in einem Gleichspannungszwischenkreis oder am Ausgang
des Wechselrichters, sowie eine Kapazität CE, die zwischen einem Sternpunkt
eines RC-Kreises und einer Masseebene installiert ist.
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Abgesehen
davon, ob ein Wechselrichter parallel gekoppelte IGBTs aufweist
oder nicht, besteht der Zweck einer Ausgangsdrossel darin, die Spannungssteilheit
und die Amplitude auf einen so niedrigen Pegel zu reduzieren, dass
Spannungsschwingungen die Isoliermaterialien einer drehbaren Maschine
nicht beschädigen
können
und dass der durch ein Lager fließende Strom das Lager nicht
beschädigen
kann.
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Bei
den bekannten Lösungen
sind, zusammen mit parallel gekoppelten IGB-Transistoren, die Ausgänge der
IGB-Transistoren direkt parallel gekoppelt, um einen Phasenausgang
zu bilden, wobei eine Drossel mit dem gemeinsamen Strompfad dieser
Parallelkopplung verbunden ist, um die Spannungssteigung einzugrenzen.
Damit eine Sättigung des
Drosselkerns verhindert und andererseits die notwendige Induktivität erreicht
werden kann, muss der Querschnittsbereich des Kerns groß genug
sein. Da der durch die parallel gekoppelten Bauteile erlaubte Strom
ebenfalls hoch ist, ist die erforderliche Drossel schließlich sehr
groß und
schwer.
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Ein
Problem der direkten Parallelkopplung von IGBT-Schaltern ist aufgrund
von Unterschieden zwischen den Strömen von parallel gekoppelten Zweigen,
die in normalen Schaltsituationen auftreten, gegeben. Stromunterschiede
zwischen Zweigen werden hervorgerufen durch Unterschiede zwischen
den wechselseitigen Leitfähigkeiten
und Gate-Kapazitäten
von IGBT-Schaltern sowie durch Faktoren aufgrund eines Gate-Treibers,
wie zum Beispiel der Zeitdiversity von Gate-Steuersignalen und Unterschieden
zwischen Gate-Spannungen und Gate-Widerständen. Aufgrund der Nachteile
der parallel gekoppelten Schalterbauteile und der diese Bauteile
steuernden Kreise, wird ein Ausgangsstrom einer Phase zwischen den
Bauteilen während
der Schaltsituationen uneinheitlich verteilt.
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Wenn
Schalter beispielsweise ausgeschaltet werden und wenn ein Schalter
beginnt, den Strom zu unterbrechen, bevor es die übrigen Schalter
in der gleichen Phase tun, wird ein Teil des Stroms zu anderen Schaltbauteilen
der speziellen Phase weitergeleitet. Es ist festgestellt worden,
dass diese Stromerhöhung
hinsichtlich des ausgelegten schalterspezifischen Phasenstroms etliche
Prozent beträgt.
Diese mögliche
Zunahme an Strom sollte bei der Konstruktion eines Wechselrichters
berücksichtigt
werden. Die Unterschiede zwischen Zweigströmen reduzieren die Höchstkapazität des Wechselrichters,
da der Ausgangsstrom auf einen Pegel begrenzt werden muss, der es
nicht erlaubt, dass die momentane Stromstärke von Schaltbauteilen überschritten
wird, selbst nicht in dem Zweig mit dem höchsten Strom. Somit können die
Schalter nicht nur auf der Basis eines Phasenstroms ausgelegt werden,
da eine derartige Auslegung aufgrund von Stromübertragungen in Schaltsituationen
zur Beschädigung
eines Schaltbauteils führen
könnte.
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Ein
weiteres Problem beim Anschluss mit den bestehenden, starr parallelgekoppelten
Zweigen besteht darin, dass ein irrtümlicherweise arbeitender Einzelzweig-Stromschalter, wie
z.B. ein IGBT-Schalter, nicht identifiziert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drosselanordnung
für einen
Ausgang eines Wechselrichters zu schaffen, welche die vorstehend genannten
Nachteile vermeidet und es ermöglicht, Drosseln
kleiner zu gestalten und Leistungshalbleiter eines Ausgangs eines
Wechselrichters besser nutzen zu können als vorher, obwohl sie
nicht ideal sind. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Anordnung
erzielt, die durch das gekennzeichnet ist, was im kennzeichnenden
Teil des unabhängigen
Anspruchs 1 offenbart worden ist.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
basiert auf dem Gedanken, dass Einphasen-Drosseln zusammen mit parallel gekoppelten
Ausgangszweigen so verwendet werden, dass der tatsächliche
Phasenausgang durch zweite Enden der parallel gekoppelten Drosseln
gebildet ist. Eine derartige Anordnung erlaubt es den parallel gekoppelten
Zweigen und ihren Leistungshalbleitern insbesondere, nicht fest
parallel miteinander verbunden zu werden, was bedeutet, dass die
Leistungshalbleiter wesentlich gleichförmiger parallel arbeiten. Ferner
erlaubt es die Anordnung der Ausgangsdrosseln, dass die selbst bei
normalen Ausgangsdrosseln erzielten Vorteile erzielt werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun zusammen mit bevorzugten Ausführungsformen und mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, wobei:
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1 zeigt
herkömmliche
Ein- und Dreiphasen-Drosselstrukturen;
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2 zeigt
einen LCR-Filter an einem Ausgang eines Wechselrichters;
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3 zeigt
einen Spannungsunterbrecher an einem Ausgang eines Wechselrichters;
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4 zeigt
zweigspezifische Drosseln der Erfindung an einem Ausgang eines Wechselrichters;
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5 zeigt
den Durchbruch in einer Ausgangsphase eines Wechselrichters, wobei
Zweige starr parallel gekoppelt sind;
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6 zeigt
den Durchbruch in einer Ausgangsphase eines Wechselrichters, der
zweigspezifische Drosseln der Erfindung umfasst;
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7 zeigt
einen Frequenzwandler eines Spannungszwischenkreises;
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8 zeigt
einen Lagerstreustromfilter;
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9 zeigt
eine Ausgangsdrosseleinheit in Reihenstruktur; und
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10 zeigt
eine Ausgangsdrosseleinheit, deren Drosseln zueinander symmetrisch
angeordnet sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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4 zeigt
die Struktur einer erfindungsgemäßen Anordnung,
zusammen mit einem Wechselrichter. Bei der Struktur von 4 umfasst
ein Ausgang jeder Phase U, V, W drei Zweige, d.h. drei parallele
Schalterpaare, die gleichzeitig gesteuert werden, um den erforderlichen
Ausgangsstrom zu erzielen. 4 zeigt,
wie die Schalter jeder Phase aus Modulen 41, 42, 43 bestehen,
die drei Schalterpaare aufweisen, wobei die Module an einen Gleichspannungszwischenkreis
Udc gekoppelt sind. Erfindungsge mäß umfasst die Anordnung zweigspezifische
Einphasen-Drosseln LU1, LU2, LU3, LV1, LV2, LV3, LW1, LW2, LW3,
wobei erste Enden von Spulen der Drosseln so konfiguriert sind,
dass sie an Ausgänge UU1,
UU2, UU3, UV1, UV2, UV3, UW1, UW2, UW3 von Leistungshalbleiterbauteilen
der Zweige gekoppelt sind. Wie gewöhnlich bestehen diese zweigspezifischen
Ausgänge
aus Punkten zwischen oberen und unteren Leistungsschaltern. Das
Potential dieser Punkte wird durch die Leistungsschalter gesteuert, alternierend
zum positiven und negativen Potential des Spannungszwischenkreises.
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Erfindungsgemäß sind zweite
Enden der Einphasen-Drosseln ferner so konfiguriert, dass sie miteinander
verbunden sind, was zu einem Phasenausgang U, V, W des Wechselrichters
führt,
der ferner an Last gekoppelt ist, um diese steuern zu können.
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Der
Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung
wird im Folgenden mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. 5 zeigt
eine direkte Parallelkopplung von Zweigen nach dem Stand der Technik zum
Erhöhen
der Stromkapazität.
Ausgänge
der Leistungshalbleiterbauteile, die vorzugsweise IGBT-Schalter
oder entsprechende schnelle Bauteile sind, werden dann direkt parallelgekoppelt.
Die Punkte zwischen allen oberen V1, V3, V5 und unteren V2, V4,
V6 Leistungshalbleitern der Kopplung weisen daher exakt das gleiche
Potential auf.
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Da
sich trotz gleicher Steuerung Schaltbauteile und die Schaltbauteile
steuernde Steuerkreise immer etwas voneinander unterscheiden, können die Bauteile
zu unterschiedlichen Zeiten und unterschiedlichen Leistungen ein-
und ausgeschaltet werden. Dies führt
zu einer Situation, bei der z.B. im Zusammenhang mit dem Ausschalten
eines Bauteils, einer der Schalter vor einem der anderen ausgeschaltet
werden kann. Bei einer Ausschaltsituation kann sich zum Beispiel
bei einem IGBT-Schalter die Spannung über einem Bauteil erhöhen, bevor
der Strom abnimmt. Da jedoch die Spannung aller Zweige gleich ist,
darf die Spannung nicht wie erwünscht zunehmen,
und von dem Bauteil, das als erstes ausgeschaltet worden ist, wird
etwas Strom zu den Bauteilen anderer Zweige übertragen. Auch wenn typische
Verzögerungen
den Nanosekundenbereich nicht übersteigen,
wird dadurch ein erheblicher Stromtransfer zu anderen Bauteilen
bewirkt.
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6 zeigt
eine Verbindung einer erfindungsgemäßen Ausgangsphase mit drei
Zweigen. Drosseln sind mit einem Punkt zwischen jedem Schalterpaar
verbunden, wobei die zweiten Enden der Drosseln ferner miteinander
verbunden sind, um einen Phasenausgang zu bilden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung bewirken
die vorstehend genannten Nachteile der IGBTs und Gate-Treiber vorübergehende
Spannungsunterschiede zwischen den Ausgangszweigen von IGBT-Schaltern,
die über
die Drosseln wirken, wobei sich die Ströme der Zweige im Hinblick aufeinander
in einem Maß ändern, das durch
die vorstehend genannten Spannungsunterschiede und die Induktivität der Drosseln
bestimmt ist. Die Anwendung der Drosseln auf eine Art gemäß der Erfindung
erlaubt es, die Größe des zu
anderen Schaltern übertragenen
Stroms erheblich zu reduzieren, wodurch es möglich ist, die Schalter genauer auszulegen,
indem nur Laststrom berücksichtigt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ermöglicht
die Bestimmung einer bestimmten Fehlersituation. Diese Methode kann
zum Bestimmen eines bestimmten Fehlertyps im Zusammenhang mit parallel gekoppelten
Leistungshalbleitern verwendet werden. Diese Methode wird mit Bezug
auf die 5 und 6 weiter
beschrieben.
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In
Fehlersituationen, bei denen nur einer der parallel gekoppelten
IGBT-Schalter V2 irrtümlicherweise
als leitend übermittelt
wird oder irrtümlicherweise
leitend bleibt, wenn andere V4 und V6 ausgeschaltet werden, während die
Leistungsschalter V1, V3 und V5 eines gegenüberliegenden Zweiges als normal
leitend übermittelt
worden sind bzw. werden, fließt
ein Fehlerstrom in seiner Gesamtheit durch diesen einen Schalter
V2. Eine derartige Situation ist in 5 zusammen
mit einer herkömmlichen
direkten Parallelkopplung von Zweigen gezeigt. In so einem Fall
wird der Strom hoch genug, damit der IGBT V2 in einen ungesättigten
Zustand weitergeleitet wird, wodurch der Fehlerstrom auf einen Wert
gemäß seiner
Gate-Spannung eingegrenzt wird. 5 zeigt, wie
der Fehlerstrom ebenfalls durch die Schalter V3 und V5 und den Schalter
V2 zu einem Minuspol eines Gleichspannungszwischenkreises fließt.
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Wenn
die Ausgangszweige der IGBT-Schalter starr parallelgeschaltet sind,
fließt
der gleiche Fehlerstrom in den gegenüberliegenden Zweig, wobei der
Laststrom IM durch mehrere parallele IGBTs V1,
V3 und V5 hinzugefügt
oder davon abgezogen wird, wobei in diesem Fall der Strom jedes
einzelnen IGBTs entsprechend niedrig bleibt. Eine Abfallspannung
dieser IGBTs beträgt
dann auch weiterhin nur ein paar Volt, d.h. sie unterscheidet sich
nur geringfügig
von der Abfallspannung mit einem normalen Laststrom, wodurch das
Erfassen eines Fehlers erheblich erschwert wird.
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Der
Weg eines Fehlerstroms kann durch die erfindungsgemäße Anordnung
beeinflusst werden, wobei eine Drossel an jeden Ausgangszweig eines IGBT-Schalterpaares gekoppelt
wird und die Zweige nur hinter den Drosseln parallelgekoppelt sind,
wie in 6 gezeigt. Dadurch wird die Größe des Fehlerstroms nicht wesentlich
beeinflusst, sondern der Weg des Stroms wird insofern beeinflusst,
dass in dem Zweig, in dem alle parallelen Leistungsschalter V1, V3
und V5 als leitend übermittelt
worden sind, ein Fehlerstrom zunächst
nur durch einen Leistungsschalter V1 fließt, nur allmählich zu
den anderen parallel gekoppelten Schaltern V3 und V5 in einem Maß überträgt, das
durch Unterschiede zwischen den Induktivitäten der Drosseln und den Abfallspannungen der
Schalter bestimmt ist. In einem derartigen Fall ist die Ausfallspannung
des Leistungsschalters V1, durch den der gesamte Fehlerstrom fließt, nicht
mehr wesentlich höher,
als die einer entsprechenden Fehlersituation ohne zweigspezifische
Drosseln. Die Ausfallspannung des speziellen IGBTs nimmt allmählich ab,
während
der Strom auch zu den parallelen IGBTs V3 und V5 übermittelt,
eine geeignete Auslegung der Drosseln erlaubt es jedoch, dass die
Ausfallspannung hoch genug bleibt, um die Erfassung einer Fehlersituation
aufgrund der Messung einer Kollektorspannung des IGBTs zu erlauben.
Ziel der Drosselauslegung ist es, eine Ausfallspannung zu erzielen,
die um z.B. 7 bis 10 Volt über
der Ausfallspannung mit einem normalen Laststrom liegt.
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Somit
arbeitet die Methode derart, dass eine Grenzspannung und eine Zeitgrenze
vorab zur Verwendung bei der Anzeige einer Fehlersituation bestimmt
werden. Eine Grenzspannung ist die Spannung, über der eine Ausfallspannung
eines Bauteils bleiben sollte, damit eine zu erfassende Fehlersituation
in zuverlässiger
Weise erfasst werden kann. Eine Zeitgrenze wird verwendet, um zu
verhindern, dass eine Fehlersi tuation irrtümlicherweise bei normalen Schaltsituationen
angezeigt wird, wenn die Ausfallspannung eines IGBTs für einen
kurzen Zeitraum über
der vorstehend genannten Grenzspannung liegt. Ferner werden gemäß der Methode
Steuerdaten über
Leistungshalbleiterbauteile der Zweige bestimmt. Die Steuerdaten
der Bauteile werden z.B. direkt von dem Prozessor erhalten, durch
den die Steuerung erfolgt.
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Ferner
wird gemäß der Methode
eine Kollektorspannung der Leistungshalbleiterbauteile der Zweige
in jenen Leistungshalbleiterbauteilen bestimmt, die in einen leitenden
Zustand gebracht worden sind. Die Kollektorspannung, d.h. die Ausfallspannung,
kann auf normale Weise unter Verwendung von Messkreisen gemessen
werden, die gewöhnlich
in Steuerkreisen oder Gate-Treibern bereits existieren. Nach der
Methode wird eine Fehlersituation im Leistungshalbleiterbauteil
erfasst, wenn die Kollektorspannung eines damit in Reihe gekoppelten Leistungshalbleiterbauteils
die vorab bestimmte Spannungsgrenze für einen Zeitraum übersteigt,
der länger
ist als die vorab bestimmte Zeitgrenze. Somit kann durch Bestimmen
der Kollektorspannung von gesteuerten Schaltern gefolgert werden,
ob ein Schalter unter oder über
dem speziellen Schalter in unbeabsichtigter Weise in einem leitenden
Zustand ist oder nicht oder in unbeabsichtigter Weise in einen derartigen
Zustand gebracht worden ist.
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Nach
einer Ausführungsform
der Methode werden die Leistungsschalter ausgeschaltet, nachdem
ein Fehler erfasst worden ist, wobei in diesem Fall ein Fehlerstrom
unterbrochen worden ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch ein Alarmsignal zur
Anzeige eines Fehlers erzeugt werden, das an einen Wechselrichter
weiter geleitet wird, oder es wird ein Bediener eines vom Wechselrichter
verwendeten Prozesses über
ein derartiges Alarmsignal informiert.
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Nach
der erfindungsgemäßen Anordnung bestehen
die Drosseln aus jochfreien Einphasen-Drosseln. In anderen Worten:
die Wicklung einer Drossel ist um einen Kern gebildet, der nicht
geschlossen ist. 1 zeigt herkömmliche Ein- und Dreiphasen-Drosseln, bei denen
das Material des Magnetkerns ein Joch aufweist, d.h. ein im Kernmaterial
gebildeter magnetischer Fluss muss entlang des Kerns geschlossen
sein.
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Die 9 und 10 zeigen
Drosselstrukturen, die für
die Verwendung bei der erfindungsgemäßen Anordnung geeignet sind. 9 offenbart
die Struktur einer jochfreien Einphasen-Drossel, obwohl die Figur
eine gesamte Drosseleinheit sowohl von oben als auch von der Seite
zeigt. Die Figur zeigt, wie eine einzelne Drossel durch Wickeln
einer Spule 92 um einen säulenförmigen Kern 91 gebildet
wird. Anschlusselemente 94 der Drossel werden von einem länglichen
Ende der Drossel versorgt, und eine Metallschicht 93 ist
um die Wicklung angeordnet, um ein Austreten von Streufluss zu verhindern.
Die in 9 dargestellte Drosseleinheit umfasst insgesamt
neun Einphasen-Drosseln. Eine derartige Anzahl von Drosseln ist
für einen
Ausgang eines Dreiphasen-Systems erforderlich, wenn jede Phase drei
separate Zweige aufweist, wie bei dem Beispiel von 4.
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Der
mechanische Aufbau einer Drossel sollte so beschaffen sein, dass
keine wesentliche magnetische Kopplung zwischen den zweigspezifischen Drosseln
vorhanden ist, oder so, dass keine magnetische Kopplung zwischen
verschiedenen Ausgangsphasen vorhanden ist, so dass die magnetische Kopplung
zwischen parallelen Zweigen der gleichen Phase gering und symmetrisch
ist. Eine derartige Ausführung
wird z.B. durch die in 9 gezeigte Reihenstruktur erreicht,
wobei alle einzelnen Drosseln durch eine Metallschicht 93 geschützt sind.
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Eine
weitere Möglichkeit,
unerwünschte
magnetische Kopplungen zu vermeiden besteht in dem symmetrischen
Aufbau, wie er als Ansicht von oben in 10 dargestellt
ist. Die Figur offenbart einen Kern 101, eine um den Kern
gewickelte Spule 102 und eine Metallschicht 103.
Bei dieser Lösung
sind die Drosseln paralleler Zweige der gleichen Ausgangsphase zu
einer symmetrischen Form miteinander verbunden. Die Ausgangsdrosseleinheit
von 10 ist für
einen Wechselrichter konstruiert worden, der drei parallele Zweige
in allen drei Phasen aufweist. Bei dieser Lösung wird die magnetische Kopplung
zwischen den Drosseln unterschiedlicher Phase durch eine Metallschicht
verhindert, d.h. die einzelnen Drosseln einer Phase, die im Hinblick
aufeinander symmetrisch angeordnet sind, befinden sich innerhalb
einer Metallschicht 103.
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Die
Verwendung der erfindungsgemäßen jochfreien
Drosseln ist durch die Tatsache ermöglicht worden, dass, zusammen
mit herkömmlichen
Drosseln mit Joch, ein hochfrequenter Magnetfluss nicht durch ein
Joch geschlossen ist. Folglich ermöglicht es eine jochfreie Drossel,
dass eine ausreichend hohe Induktivität bei hohen Frequenzen erreicht
werden kann. Verglichen mit den früheren Einrichtungen besteht
ein wichtiger Vorteil einer jochfreien Drossel in der geringen Größe und der
leichten Konstruktion. Folglich sind die Herstellungskosten ebenfalls
erheblich geringer als früher.
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Die
Erfindung ist im Vorstehenden zusammen mit Wechselrichtern beschrieben
worden, die drei parallele Zweige umfassen. Es ist jedoch offensichtlich,
dass die Erfindung auch in einem derartigen Zusammenhang verwendet
werden kann, bei dem die Anzahl der Zweige nicht drei beträgt. Darüber hinaus
ist es dem Fachmann klar, dass der Grundgedanke der Erfindung auf
viele unterschiedliche Arten eingesetzt werden kann. Die Erfindung
und ihre Ausführungsformen
sind somit nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern
können
innerhalb des Umfangs der Ansprüche
variieren.