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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strombegrenzungsvorrichtung für einen
Wechselrichter des Spannungstyps, und insbesondere auf eine
Strombegrenzungsvorrichtung, die den Ausgangsstrom des Wechselrichters begrenzt, der sich als Reaktion auf
irgendwelche Änderungen des Sollwerts für die Frequenz oder aufgrund irgendwelcher
unerwarteter oder plötzlicher Änderungen der Belastung des Wechselrichters erhöht.
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In der JP-A-62-141997 ist ein Strombegrenzungssystem für einen Wechselrichter offenbart,
bei dem eine Nullvektor-Unterbrechungsschaltung vorgesehen ist. Wenn der
Ausgangsstrom des Wechselrichters einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, unterdrückt die
Nullvektor-Unterbrechungsschaltung die Erhöhung des Stroms, indem die
Ausgangsspannung des Wechselrichters auf einen Nullvektor-Modus eingestellt wird. Wenn der
Ausgangsstrom des Wechselrichters auf einen Wert unterhalb des Grenzwerts zurückkehrt,
geht das System in den normalen Steuerbetrieb zurück.
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In der US-PS 4 722 042 ist ein Verfahren zum Steuern des Stroms eines Wechselrichters
offenbart, bei dem die Richtung der Änderung der Position des Endes eines
Stromabweichungsvektors und ein gegenwärtig eingestellter Schaltmodus erfaßt werden. Wenn die
erfaßte Richtung der Änderung der Stromabweichung nicht zu einem vorbestimmten
Bezugsbereich für die Richtung der Änderung gehört, wird der Schaltmodus auf einen
Schaltmodus umgestellt, der einen Bezugsbereich für die Änderungsrichtung, der der erfassten
Richtung der Änderung der Stromabweichung entspricht, aufweist, und in Abhängigkeit
von dem gegenwärtig vorliegenden Vektor der Ausgangsspannung festgelegt wird.
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In der Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 62-123965 ist ein
Strombegrenzungssystem vorgeschlagen, das bei Wechselrichtern mit Pulsbreitenmodulationssteuerung
(PWM-Steuerung) des Spannungstyps eingesetzt werden kann. Ein Beispiel für die
hauptsächliche Schaltung eines Wechselrichters mit Pulsbreitenmodulationssteuerung, bei dem
das Strombegrenzungssystem eingesetzt werden kann, ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4
bezeichnet E&sub1; eine Gleichspannungsquelle (Gleichstromquelle), INV einen Wechselrichter,
Tr&sub1; bis Tr&sub6; Transistoren, D&sub1; bis D&sub6; Rückkopplungsdioden, die umgekehrt parallel zu den
Transistoren Tr&sub1; bis Tr&sub6; geschaltet sind, und IM einen Induktionsmotor mit drei Phasen
(dieser wird einfach als "Motor" bezeichnet), der als eine Last dient.
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Der Wechselrichter INV stellt eine V/f-Konstantsteuerung (Steuerung mit konstantem V/f
= Spannung/Frequenz) in der bekannten Weise bereit: Ein geeigneter Sollwert für die
Ausgangsspannung des Wechselrichters INV wird auf der Grundlage des für die
Ausgangsspannung eingestellten Sollwerts für die Frequenz erzeugt; dieser Sollwert wird mit einer
Trägerwellenform verglichen, so daß ein pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt werden
kann; und dieses impulsbreitenmodulierte Signal aktiviert die Transistoren Tr&sub1; bis Tr&sub6; zur
Erzeugung einer Ausgangsspannung des Wechselrichters INV, die die Anforderungen
erfüllt, die durch den vorstehend angegebenen Sollwert für die Ausgangsspannung
vorgegeben sind.
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Das System zur Begrenzung des Ausgangsstroms des Wechselrichters INV ist mit einem
Stromwandler oder einer ähnlichen Komponente zur Messung der Größe der Ströme iu, iv
und iw der jeweiligen Phasen (u, v, w) ausgestattet, um hierdurch zu ermitteln, ob
irgendeiner der Ströme seinen spezifischen Grenzwert überschreitet. Falls einer der
Phasenströme iu, iv und iw seinen positiven Grenzwert überschreitet, wird der Transistor
in dem oberen Arm für die betreffende Phase abgeschaltet, wohingegen dann, wenn einer
der Ströme seinen negativen Grenzwert überschreitet, der Transistor in dem unteren Arm
für die Phase abgeschaltet wird. Dieses Strombegrenzungssystem wird im weiteren Text
noch genauer erläutert.
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Zunächst sei angenommen, daß die jeweiligen Phasenströme positiv sind, wenn sie in der
in Fig. 4 gezeigten Richtung fließen, und zwar in demjenigen Fall, bei dem der Motor IM
durch den Wechselrichter INV angesteuert wird. Darüber hinaus sei weiterhin
angenommen, daß jedes Paar von Transistoren Tr&sub1; und Tr&sub4;, von Transistoren Tr&sub2; und Tr&sub5; und von
Transistoren Tr&sub3; und Tr&sub6; in den oberen und unteren Armen, die die Phase u, die Phase v
bzw. die Phase w bilden, ein Schaltmuster aufweisen, das mit (Su, Sv, Sw) bezeichnet ist.
Es ist festzustellen, daß sich die entsprechenden Transistoren in dem oberen Zweig in dem
eingeschalteten Zustand befinden, wenn Su, Sv und Sw jeweils den Wert "1" annehmen,
wohingegen die entsprechenden Transistoren in dem unteren Arm sich in dem
eingeschalteten Zustand befinden, wenn Su, Sv und Sw jeweils den Wert "0" besitzen.
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Falls der Strom in der Phase u seinen positiven Grenzwert überschreitet, wenn das
Schaltmuster (1 0 0) gegeben ist (dies bedeutet, daß sich die Transistoren Tr&sub1;, Tr&sub5; und Tr&sub6; in
dem eingeschalteten Zustand befinden), wird das Schaltmuster für die Phase u
zwangsweise von "1" auf "0" geändert. Das Ändern des Schaltmusters in (0 0 0) führt dazu, daß der
Transistor Tr&sub1; in dem oberen Arm für die Phase u abgeschaltet wird, wodurch der
Stromfluß in der Phase u verringert wird. Die Änderung des Schaltmusters von "1" auf "0" im
Hinblick auf die Phase u bedeutet, daß der Transistor Tr&sub1; in dem oberen Arm abgeschaltet
wird, während der Transistor Tr&sub4; in dem unteren Arm eingeschaltet wird. Das Abschalten
des Transistors Tr&sub1; bei dem Fließen des Stroms in der positiven Richtung führt dazu, daß
der Strom durch die Transistoren in den unteren Armen für die anderen Phasen und durch
die Diode D&sub4; in dem unteren Arm für die Phase u fließt. Die Tatsache, daß der Transistor
Tr&sub4; eingeschaltet wird, hat daher keine signifikante Bedeutung. Vielmehr führt das
Abschalten des Transistors Tr&sub1; des oberen Arms dazu, daß sich der Stromfluß verringert.
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Wenn der Stromfluß der Phase u seinen negativen Grenzwert überschreitet, wird der
Transistor Tr&sub4; abgeschaltet, wodurch der Stromfluß verringert wird.
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Die Rate der Änderung des Stromvektors i, der durch den Motor IM fließt, kann anhand
des Vektors V der Ausgangsspannung des Wechselrichters INV, des Vektors e der
gegenelektromotorischen Kraft des Motors IM, und der Motor-Leckinduktivität l erhalten
werden und läßt sich näherungsweise durch die nachstehend angegebene Gleichung
ausdrücken:
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l di/dt = (V - e) (1)
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Die Ausgangsspannung des Wechselrichters INV, die in Fig. 4 dargestellt ist, kann acht
Arten von Spannungsvektoren bereitstellen, da acht (2³) Schaltmuster vorhanden sind.
Diese Schaltmuster können durch die jeweiligen Spannungsvektoren, die aus den
Spannungsvektoren V&sub1; bis V&sub6; bestehen, und die Nullspannungsvektoren V&sub0; und V&sub7; repräsentiert
werden, die jeweils um π/3 (rad) beabstandet sind, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die jeweiligen
Phasenströme iu, iv und iw, die in Fig. 4 dargestellt sind, sind ebenfalls in Fig. 5 gezeigt.
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Damit ein gewünschter Spannungsvektor V erzeugt wird, bildet der vorstehend
beschriebene, pulsbreitenmoduliert, arbeitende Wechselrichter INV einen äquivalenten
Spannungsvektor V, der die gewünschte Größe und den gewünschten Winkel aufweist: Die
Spannungsvektoren, die dem Spannungsvektor V und den Nullspannungsvektoren V&sub0; und V&sub7;
benachbart sind (wenn der Spannungsvektor V zum Beispiel gemäß der Darstellung in Fig.
5 positioniert ist, sind die Spannungsvektoren V&sub3; und V&sub4; dem Vektor V benachbart),
werden aus den acht Spannungsvektoren V&sub0; bis V&sub7; in zeitteilender Weise bzw. im
Zeitmuliplex innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls ausgewählt, um hierdurch den gewünschten
Spannungsvektor V zu erzeugen. Folglich kann der Wechselrichter INV in Abhängigkeit
von den Schaltmustern gesteuert werden, die den Spannungsvektoren V&sub3;, V&sub4;, V&sub0; und V&sub7;
entsprechen.
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Unter nachfolgender Bezugnahme auf das in Fig. 6 gezeigte Vektordiagramm sei nun die
Art und Weise betrachtet, in der der Ausgangsstrom des Wechselrichters begrenzt wird,
wenn der in Fig. 4 gezeigte Motor IM durch den Wechselrichter angesteuert wird.
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Es sei angenommen, daß der Wechselrichter INV den Spannungsvektor V&sub1; (das
Schaltmuster gemäß (1 0 0)) in einer zeitteilenden Weise auswählt, um hierdurch eine in Fig. 6
gezeigte Ausgangsspannung Va zu erzeugen, während der Motor IM angetrieben wird, und
daß der Strom iu der Phase u seinen positiven Grenzwert während dieser Phase
überschreitet. In diesem Fall wird der Spannungsvektor V&sub0; ausgewählt, der dem Schaltmuster
(0 0 0) entspricht, bei dem Su auf "0" eingestellt ist. Als Ergebnis ist die Richtung von
di/dt gleich derjenigen von (l di/dt)&sub1;, die anhand der vorstehend angegebenen Gleichung
(1), der gegenelektromotorischen Kraft e&sub1; und V&sub0; ermittelt bzw. festgelegt ist. Hierdurch
wird der Strom iu der Phase u verringert.
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Auf der anderen Seite sei nun angenommen, daß der Wechselrichter INV den
Spannungsvektor V&sub3; (das Schaltmuster gemäß (0 1 0)) in einer zeitteilenden Weise auswählt, um
hierdurch eine Ausgangsspannung Vb zu erzeugen, während der Motor IM gebremst wird,
und daß der Strom iu der Phase u seinen positiven Grenzwert zu diesem Zeitpunkt
überschreitet. In diesem Fall ändert das herkömmliche System die der Phase u entsprechende
Größe Su des Schaltmusters auf "0". Jedoch ist das Su in diesem Muster bereits
ursprünglich "0", und es verbleibt daher das Schaltmuster bei (0 1 0). Anders ausgedrückt bedeutet
dies, daß durch dieses Schaltmuster weiterhin die Ausgangsspannung V&sub3; erzeugt wird. Die
Richtung von di/dt ist in diesem Fall diejenige von (l di/dt)&sub2;, die anhand der vorstehend
angegebenen Gleichung (1), der gegenelektromotorischen Kraft e&sub2; und V&sub3; festgelegt bzw.
ermittelt ist. Diese Richtung enthält die positive Komponente des Stroms iu der Phase u.
Hierdurch stellt sich das Problem, daß der Strom iu durch das vorstehend erläuterte
Verfahren nicht begrenzt (oder verringert) werden kann.
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In der EP-A 0 010 980 ist eine Überlastschutzschaltung für eine Antriebsschaltung für
einen Elektromotor offenbart, wobei die Antriebsschaltung eine erste
Stromerfassungsschaltung zur Erfassung eines maximal zulässigen Stroms enthält, der zu der
Treiberschaltung fließt. Die Schaltung ist derart ausgelegt, daß die Bereitstellung von Strom durch
die Treiberschaltung durch Abschaltung von den Strom bereitstellenden Transistoren
beendet wird, wenn ein maximal zulässiger Strom erfaßt wird. Die Schaltung weist auch
eine zweite Stromerfassungsschaltung für die Erfassung eines ausgewählten
Überstromwerts auf, der von der Treiberschaltung abgegeben wird. Wenn ein solcher vorab
ausgewählter Überstromwert detektiert wird, wird die Stromzuführung von der Treiberschaltung
begrenzt, indem die den Strom bereitstellenden Transistoren abgeschaltet werden, die dann
wiederholt durch einen Impulsgenerator eingeschaltet und ausgeschaltet werden, um
hierdurch einen begrenzten Strom durchzulassen. Wenn daher eine momentane Stoßwelle
eines zu der Treiberschaltung fließenden Eingangsstroms auftritt, wird die Treiberschaltung
gesperrt, um hierdurch eine Beschädigung zu verhindern. Wenn der Motor jedoch
überlastet ist, wird Strom weiterhin kontinuierlich zu dem Motor durchgeleitet, wobei der
Strom jedoch begrenzt wird, um hierdurch keine Beschädigung hervorzurufen.
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Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung der vorstehend angegebenen Probleme
vorgeschlagen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Strombegrenzungsvorrichtung für den Einsatz in einem Wechselrichter des Spannungstyps
bereitzustellen, durch die sichergestellt wird, daß unabhängig von der Position des ausgewählten
Spannungsvektors der Ausgangsstrom während des Antriebs oder des Bremsens des Motors
verringert werden kann.
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Zur Lösung der vorstehend angegebenen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine
Strombegrenzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Patentanspruch bereit.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung läßt sich der Ausgangsstrom des
Wechselrichters zuverlässig verringern, wenn die Strombegrenzung aktiviert wird: Die
Rate der Änderung des Stromvektors des Ausgangsstroms bewirkt eine Verringerung des
Stromflusses unabhängig von der Lokalisierung des Vektors der gegenelektromotorischen
Kraft, oder der Lokalisierung des zu diesem Zeitpunkt ausgewählten Spannungsvektors.
Dies liegt daran, daß der Spannungsvektor, der am nächsten bei dem Vektor liegt und die
zu dem Vektor des Ausgangsstroms entgegengesetzte Richtung aufweist, abgegeben wird,
wenn der Strombegrenzungsvorgang durchgeführt wird.
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Die Strombegrenzung wird durch die Strombegrenzungsschaltungseinrichtung
durchgeführt, wenn der Motor angetrieben wird. Darüber hinaus werden alle Schaltelemente für
den Wechselrichter abgeschaltet, wenn der Motor gebremst wird, wodurch der
Ausgangsstrom für jede Phase zwangsweise verringert wird.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, in dem eine Strombegrenzungsschaltung zusammen
mit einem Wechselrichter dargestellt ist, die bei einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen;
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Fig. 2 zeigt ein Logikschaltbild, in dem ein Beispiel für die Ausgestaltung einer in
Fig. 1 gezeigten UND-Schaltung dargestellt ist;
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Fig. 3 zeigt ein Logikschaltbild, in dem ein Beispiel für die Ausgestaltung einer
Strombegrenzungsschaltung dargestellt ist;
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Fig. 4 zeigt ein Schaltbild, in dem die Ausgestaltung der hauptsächlichen Schaltung
des Wechselrichters des Spannungstyps zur Erläuterung des relevanten Standes
der Technik dargestellt ist; und
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Fig. 5 und 6 zeigen ein Spannungsvektordiagramm bzw. ein Stromvektordiagramm gemäß
dem relevanten Stand der Technik.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Wie vorstehend erläutert, kann der Ausgangsstrom in einem Wechselrichter INV dann,
wenn ein Motor IM angetrieben wird, durch eine erste Strombegrenzungsschaltung 21
begrenzt werden. In gleicher Weise kann die vorliegende Erfindung die Strombegrenzung
auch dann erzielen, wenn der Motor IM gebremst wird.
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Als eine von mehreren alternativen Möglichkeiten für den Schutz des Wechselrichters des
Spannungstyps gegenüber beliebigen möglichen, unüblichen Ausgangsströmen durch eine
rasche Verringerung des Ausgangsstroms des Wechselrichters INV kann die Methode der
Abschaltung der Impulse für alle Phasen eingesetzt werden: Die Treiberimpulse für die
Schaltelemente von allen Phasen in dem Wechselrichter INV werden gleichförmig
abgeschaltet. Diese Methode der Abschaltung der Impulse für alle Phasen führt dann, wenn der
Motor IM angetrieben wird und diese Methode ausgeführt wird, zu einer größeren Rate
der Verringerung des Stroms als der Rate in einem Fall, bei dem die erste
Strombegrenzungsschaltung
21 den Strombegrenzungsvorgang durchführt. Hierdurch stellt sich das
neue Problem, daß die Welligkeit des Stroms bei der Methode der Abschaltung der
Impulse für alle Phasen größer ist als bei der ersten Strombegrenzungsschaltung 21, wenn die
Schaltzeit der Transistoren, die bei dem Strombegrenzungsvorgang aufgrund der Methode
der Abschaltung der Impulse für alle Phasen verwendet werden, so festgelegt ist, daß sie
gleich groß ist, wie diejenige in der ersten Strombegrenzungsschaltung 21. Der Stromfluß
sollte während des Strombegrenzungsvorgangs bei seinem Grenzwert gehalten werden.
Demzufolge kann die Methode der Abschaltung der Impulse für alle Phasen nicht in
gleicher Weise sowohl bei dem Antreiben als auch bei dem Bremsen des Motors IM eingesetzt
werden.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend angegebenen Tatsachen
konzipiert: Bei ihr wird die Strombegrenzung durch die erste Strombegrenzungsschaltung
21 herangezogen, wenn der Motor IM angetrieben wird; demgegenüber wird der Vorgang
der Strombegrenzung gemäß der Methode der Abschaltung der Impulse für alle Phasen,
bei der alle Schaltelemente gleichmäßig abgeschaltet werden, eingesetzt, wenn der Motor
IM gebremst wird.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird, genauer gesagt, ein Stromerfassungssignal i, das von
einer Stromerfassungsschaltung 4 abgegeben wird, an Vergleicher 11 angelegt, die
ermitteln, ob jeder Phasenstrom seinen positiven oder negativen Grenzwert überschreitet
oder nicht. Die Vergleicher 11 erzeugen sechs Steuersignale, die zu der
Strombegrenzungsschaltung 21 zu speisen sind, die einen gleichartigen Aufbau wie die in Fig. 3
gezeigte Schaltung besitzt. Alle sechs Steuersignale haben den logischen Wert "1", wenn
alle Phasenströme ihre Grenzwerte überschreiten. Daher leitet die erste
Strombegrenzungsschaltung 21 das von der mit Pulsbreitenmodulation arbeitenden Schaltung 1 abgegebene
Schaltmuster ohne Änderung desselben durch, es sei denn, daß die Phasenströme ihre
Grenzwerte überschreiten, wenn der Motor angetrieben wird oder wenn der Motor
gebremst wird.
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Wenn im Gegensatz hierzu irgendeines der sechs Steuersignale den logischen Wert "1"
annimmt, während der Motor gebremst wird, d.h. wenn irgendeiner der Phasenströme
seinen positiven oder negativen Grenzwert überschreitet, wird von einem ODER-Glied 25
ein Signal B für die Abschaltung der Impulse aller Phasen mit dem logischen Wert "0"
abgegeben, wobei an das ODER-Glied 25 die sechs von den Vergleichern 11 abgegebenen
Steuersignale angelegt werden. Folglich werden alle Schaltelemente gleichmäßig bzw.
einheitlich abgeschaltet.
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Die Ausgänge des ODER-Glieds 25 und der Strombegrenzungsschaltung 21 sind mit einer
Schaltschaltung 26 verbunden, die Schalter 26a und 26b aufweist. Diese Schaltschaltung
26 erzeugt ein Schaltmuster A oder ein Signal B für die Abschaltung der Impulse aller
Phasen, indem der Schalter 26A oder der Schalter 26B in Abhängigkeit von dem Signal
zur Ermittlung des Antriebs/Bremsens eingeschaltet wird. Das Signal zur Ermittlung des
Antriebs/Bremsens ist ein Signal, das zur Ermittlung bzw. Signalisierung des
Antriebs/Bremszustands des Motors IM dient und durch den Mikrocomputer oder durch
irgendeinen anderen gleichartigen Prozessor für die Verarbeitung und Erzeugung des
Spannungssollwerts V* abgegeben wird.
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Wenn der Motor IM angetrieben wird, nimmt das Signal zur Ermittlung des
Antriebs/Bremsens den logischen Wert "1" an, und es nehmen die Schalter 26A und 26B die
jeweiligen Positionen an, die in Fig. 1 gezeigt sind. In diesem Fall erzeugt die
Schaltschaltung 26 das Schaltmuster A, das aus den von der Impulbreitenmodulation 1 abgegebenen
Ausgangssignalen besteht, wenn keiner der Phasenströme seinen Grenzwert überschreitet,
oder aber das von der Strombegrenzungsschaltung 21 abgegebene Ausgangssignal, wenn
irgendeiner der Phasenströme seinen Grenzwert überschreitet. Wenn der Motor IM auf der
anderen Seite gebremst wird, besitzt das Signal zur Bestimmung des Antriebs/Bremsens
den logischen Wert "0", und es nehmen die Schalter 26A und 26B jeweilige Positionen
ein, die entgegengesetzt zu den in Fig. 1 gezeigten Positionen sind. In diesem Fall wird
das von der Pulsbreitenmodulationsschaltung 1 stammende Schaltmuster direkt als das
Schaltmuster A ausgegeben, wenn keiner der Phasenströme seinen Grenzwert
überschreitet,
wohingegen das von der ODER-Schaltung 25 stammende Signal B zur Abschaltung der
Impulse aller Phasen erzeugt wird, wenn irgendeiner der Phasenströme seinen Grenzwert
überschreitet, wie es vorstehend erläutert ist.
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Dieses Schaltmuster A und das Signal B zur Abschaltung der Impulse für alle Phasen
werden an eine UND-Gliedschaltung 27 der nachfolgenden Stufe angelegt. Die ODER-
Schaltung 25, die Schaltschaltung 26 und die UND-Schaltung 27 bilden eine Schaltung
zum Abschalten aller Elemente, die zum Ausschalten aller Schaltelemente dient, wenn der
Ausgangsstrom irgendeiner Phase seinen positiven oder negativen Grenzwert überschreitet.
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Die UND-Schaltung 27 kann zum Beispiel gemäß der Darstellung in Fig. 2 ausgestaltet
sein. Die UND-Schaltung 27 enthält drei NICHT-Schaltungen 271, 271(272) und 273,
UND-Glieder 274, 276 und 278, und UND-Glieder 275, 277 und 279. Die
Eingangsanschlüsse der NICHT-Schaltungen 271, 272 und 273 sind jeweils mit den
Ausgangsleitungen Pu, Pv bzw. Pw des Schaltmusters A verbunden. Die ersten Eingangsanschlüsse der
UND-Glieder 274, 276 und 278 sind jeweils mit den Ausgangsleitungen Pu, Pv bzw. Pw
verbunden. An die zweiten Eingangsanschlüsse der UND-Glieder 274, 276 und 278 ist das
Signal B zur Abschaltung der Impulse für alle Phasen angelegt. Die ersten
Eingangsanschlüsse der UND-Glieder 275, 277 und 279 sind jeweils mit den Ausgangsanschlüssen der
NICHT-Schaltungen 271, 272 bzw. 273 verbunden. An die zweiten Eingangsanschlüsse
der UND-Glieder 275, 277 und 279 ist das Signal B zur Abschaltung der Impulse für alle
Phasen angelegt. Die sechs, von den UND-Gliedern 274 bis 279 abgegebenen,
UND-verknüpften Ausgangssignale werden an die Treiberschaltung 28 angelegt, die die
Schaltelemente in dem oberen und dem unteren Arm für jede Phase in dem Wechselrichter INV
ansteuert.
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Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels wird nun in Verbindung mit dem Betrieb der
in Fig. 2 gezeigten UND-Schaltung 27 erläutert.
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Wenn der Motor IM angetrieben wird, werden die Schalter 26A und 26B in der
Schaltschaltung
26 ursprünglich in ihren jeweiligen Positionen eingestellt, wie es in Fig. 1
gezeigt ist, und es wird daher derjenige Strombegrenzungsmodus ausgewählt, der durch die
Strombegrenzungsschaltung 21 bereitgestellt wird. Wie vorstehend angegeben, ist der
Schalter 26A in der Schaltschaltung 26 mit der Strombegrenzungsschaltung 21 oder mit der
Pulsbreitenmodulationsschaltung 1 in Abhängigkeit von dem Signal zur Ermittlung bzw.
Bestimmung des Antriebs/Bremsens verbunden. Wenn, genauer gesagt, keiner der
Phasenströme seinen Strombegrenzungswert überschreitet, wird das von der
Pulsbreitenmodulationsschaltung 1 abgegebene Schaltmuster direkt an die UND-Schaltung 27 als das
Schaltmuster über die Strombegrenzungsschaltung 21 angelegt. Wenn auf der anderen Seite
irgendeiner der Phasenströme, zum Beispiel der Strom der Phase U, seinen positiven
Grenzwert überschreitet, wird das Schaltmuster, das von der Strombegrenzungsschaltung 21
abgegeben wird, an die UND-Schaltung 27 als das Schaltmuster A angelegt, so daß das
Schaltelement für die Phase u in dem oberen Arm abgeschaltet wird. Falls der Strom der
Phase u den negativen Grenzwert überschreitet, wird das Schaltmuster, das von der
Strombegrenzungsschaltung 21 erzeugt wird, an die UND-Schaltung 27 als das Schaltmuster A
angelegt, so daß das Schaltelement für die Phase u in dem unteren Arm abgeschaltet wird.
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Falls alle Phasenströme sich innerhalb ihrer Grenzwerte befinden, nimmt das von der
ODER-Schaltung 25 abgegebene Signal B zur Abschaltung der Impulse für alle Phasen den
logischen Wert "1" an, der aber nicht zu dem UND-Glied 27 übertragen wird, da sich der
Schalter 26B in seinem geöffneten Zustand befindet. Der offene Zustand des Schalters 26B
stellt jedoch den logischen Wert "1" bereit, der an das UND-Glied 27 angelegt wird. Als
Ergebnis erzeugt die UND-Schaltung 27 sechs Signale, die aus dem vorstehend
beschriebenen Schaltmuster A und den invertierten Signalen des Musters A bestehen, die an die
Treiberschaltung 28 angelegt werden. Die Treiberschaltung 28 spricht auch auf diese
Signale an und steuert die Schaltelemente jeder Phase in den oberen und den unteren
Armen an. Falls somit der Strom seinen Grenzwert überschreitet, während der Motor IM
angetrieben wird, wird "l di/dt" auf "l (di/dt)&sub1;" gemäß Fig. 6 durch das von der
Strombegrenzungsschaltung 21 abgegebene Schaltmuster A eingestellt, wodurch die
Verringerung des Stroms sichergestellt wird.
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Wenn der Motor auf der anderen Seite gebremst wird, werden die Schalter 26A und 26B
in der Schaltschaltung 26 in ihre jeweiligen Positionen gebracht, die entgegengesetzt sind
zu den in Fig. 1 gezeigten Positionen. Somit wird der Strombegrenzungsmodus
ausgewählt, der auf dem von der ODER-Schaltung 25, die die Schaltung zur Abschaltung aller
Elemente bildet, abgegebenen Signal B zur Abschaltung der Impulse für alle Phasen
basiert. Falls irgendeiner der Phasenströme seinen positiven oder negativen Grenzwert bei
diesem Zustand überschreitet, nimmt das Signal B zur Abschaltung der Impulse für alle
Phasen, das von der ODER-Schaltung 25 erzeugt wird, den logischen Wert "0" an. Als
Folge hiervon kann das Schaltmuster A nicht durch die UND-Schaltung 27
hindurchgelangen, und es nehmen alle von der UND-Schaltung 27 abgegebenen Ausgangssignale
den Wert "0" an, wodurch die Impulse für alle Phasen abgeschaltet werden. Als Folge
hiervon werden alle Schaltelemente in dem Wechselrichter INV zwangsweise abgeschaltet,
wodurch irgendein unüblicher Ausgangsstrom, der in dem Wechselrichter dann, wenn der
Motor IM gebremst wird, auftreten kann, rasch verringert wird.
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Auch wenn das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Zugrundelegung der Annahme beschrieben ist, daß der Strom der Phase u seinen
Grenzwert überschreitet, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls in dem Fall eingesetzt
werden, daß die Ströme der Phase v oder der Phase w den negativen Grenzwert
überschreiten.
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Die vorliegende Erfindung kann darüber hinaus nicht nur durch die in Verbindung mit dem
Ausführungsbeispiel beschriebene hardwaremäßige Ausgestaltung realisiert werden,
sondern kann auch durch Programme (Software) verwirklicht werden, die einen solchen
Ablauf hervorrufen, daß dasjenige Schaltmuster, das dem vorab gespeicherten
Spannungsvektor entspricht, ausgewählt wird, wenn irgendeiner der Phasenströme seinen Grenzwert
überschreitet.
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Dieser Wechselrichter des Spannungstyps kann ferner nicht nur bei einem
Induktionsmotor, sondern auch bei einem Synchronmotor eingesetzt werden.
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In Fig. 3 ist ein Beispiel für die Realisierung der Strombegrenzungsschaltung 21
dargestellt. In Fig. 3 entsprechen die Ausgangsleitungen Lu&sub1;, Lu&sub2;; Lv&sub1;, Lv&sub2;; und Lw&sub1;, Lw&sub2;
jeweils den positiven bzw. den negativen Polaritäten des Ausgangsstroms in jeder Phase
in dem Wechselrichter INV. Die jeweiligen Ausgangsleitungen (Lu&sub1; und Lu&sub2;), (Lv&sub1; und
Lv&sub2;), und (Lw&sub1; und Lw&sub2;) nehmen drei Zustände (0, 0), (1, 0) und (0, 1) für jede Phase an,
wenn angenommen wird, daß der Vergleicher eine "1" erzeugt, wenn der
Strombegrenzungsvorgang gerade aktiviert ist. Von diesen Vergleicherausgangsleitungen sind Lu&sub1;, Lv&sub1;
und Lw&sub1; mit den jeweiligen invertierenden Eingangsanschlüssen von UND-Gliedern 211,
212 und 213 verbunden. Die übrigen Ausgangsleitungen Lu&sub2;, Lv&sub2; und Lw&sub2; sind an die
jeweiligen, nicht invertierenden Eingangsanschlüsse von ODER-Gliedern 214, 215 und 216
angeschlossen.
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Auf der anderen Seite wird jeder Satz der von der Pulsbreitenmodulationsschaltung 1
bereitgestellten Schaltmuster durch die Ausgangsanschlüsse der jeweiligen UND-Glieder 211,
212 und 213 übertragen bzw. weitergeleitet. Jeder Ausgangsanschluß der UND-Glieder
211, 212 und 213 ist an den anderen Eingangsanschluß der jeweiligen ODER-Glieder 214,
215 und 216 angeschlossen. Jeder Ausgangsanschluß der ODER-Glieder 214, 215 und 216
ist mit der Schaltung 22 zur Auswahl des Strombegrenzungsmodus verbunden.
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Wie vorstehend erläutert, wird durch die vorliegende Erfindung sichergestellt, daß der
Wechselrichter den Ausgangsstrom ohne Berücksichtigung des Antriebs- oder
Bremszustands des Motors und ohne Berücksichtigung der Position des ausgewählten
Spannungsvektors verringern kann.
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Bei der vorliegenden Erfindung werden zwei Strombegrenzungsarten selektiv eingesetzt:
Wenn der Motor angetrieben wird, wird die Strombegrenzungsart eingesetzt, die durch die
erste Strombegrenzungsschaltung durchgeführt wird; wenn der Motor gebremst wird, wird
die Strombegrenzungsart benutzt, die durch das System zur Abschaltung der Impulse für
alle Phasen gesteuert wird. Mit diesem System läßt sich die Rate der Verringerung des
Ausgangsstroms effektiv reduzieren, und es kann folglich die Welligkeit des Stroms
während des Strombegrenzungsvorgangs verringert werden. Dies stellt einen Vorteil
gegenüber der herkömmlichen Strombegrenzungsart dar, bei der lediglich die
Strombegrenzung aufgrund des Systems zur Abschaltung der Impulse aller Phasen sowohl bei dem
Antrieb als auch bei dem Bremsen des Motors ausgeführt wird.