DE69230465T2

DE69230465T2 - Wechselrichtergerät und Verfahren zur Steuerung eines Wechselrichters mit einem Fehlerschutzsystem

Info

Publication number: DE69230465T2
Application number: DE69230465T
Authority: DE
Inventors: Mitsuyasu Kachi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: EP0571657A3; EP0571657A2; JPH05336759A; JP2903863B2; EP0571657B1; US5430636A; DE69230465D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselrichtervorrichtung und ein Wechselrichtersteuerverfahren mit Schutzfunktionen.
Fig. 6 von den beigefügten Zeichnungen stellt eine herkömmliche Wechselrichtervorrichtung dar. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Drei-Phasen-Wechselstromenergieversorgungsquelle, 2 bezeichnet eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten von Drei-Phasen-Wechselströmen, welche in den Gleichtrichter eingegeben werden, und 3 bezeichnet ein Drei-Phasen- Schalterelement, z. B. ein Drei-Phasen-Hauptrelais mit Kontakten 3a, 3b und 3c zum Verbinden oder Unterbrechen der Ausgänge der Drei-Phasen-Wechselstromenergieversorgungsquelle 1 und der Eingänge der Gleichrichterschaltung 2. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Glättungskondensator zum Glätten der gleichgerichteten Ausgangsgröße der Gleichrichterschaltung 2. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Halbleiterschaltkreis, welcher die von dem Glättungskondensator 4 geglätteten Ströme aufnimmt und den Ausgang einer Pulsbreitenmodulationsschaltung (PWM - pulse with modulation) bildet, welche die PWM- modulierten Drei-Phasen-Wechselströme ausgibt.
Der Halbleiterschaltkreis 5 enthält einen oberen Zweigtransistor 5a und einen unteren Zweigtransistor 5b. Diese bilden eine U-Phase. Der Halbleiterschaltkreis 5 enthält auch einen oberen Zweigtransistor 5c und einen unteren Zweigtransistor 5d, die eine V-Phase bilden. Schließlich enthält der Halbleiterschaltkreis 5 einen oberen Zweigtransistor 5e und einen unteren Zweigtransistor 5f, die eine W-Phase bilden. Freilaufdioden 5g, 5h; 5i, 5j; 5k und 5l sind antiparallel zu den oberen und unteren Zweigtransistoren 5a, 5b in der U- Phase, 5c und 5d in der V-Phase; bzw. 5e und 5f in der W- Phase geschaltet. Die Transistoren 5a bis 5f werden von einem aus einer Schaltsteuerungseinrichtung, beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Schaltsteuerungsabschnitt ausgegebenen Steuersignal gesteuert. Die Drei-Phasen-Wechselströme werden von den Verbindungspunkten der oberen und unteren Zweigtransistoren in den drei Phasen ausgegeben. Der Halbleiterschaltkreis 5 und der Schaltsteuerungsabschnitt bilden die PWM-Schaltung.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Überstrom-Detektorschaltung zum Detektieren eines Überstroms durch Überwachung der Größe eines Stroms, welcher in den Halbleiterschaltkreis 5 eingegeben wird, nachdem er durch die Gleichrichterschaltung 2 gleichgerichtet und durch den Glättungskondensator 4 geglättet wurde. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Motor, der durch die von dem Halbleiterschaltkreis 5 ausgegebenen PWM-modulierten Drei-Phasen-Wechselströme zum Drehen gebracht wird.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Zwei-Phasen-Schalterelement, wie z. B. ein Zwei-Phasen-Relais mit zwei Kontakten 8a und 8b. Das Bezugszeichen 9a bezeichnet einen in Reihe mit dem Kontakt 8a des Zwei-Phasen-Relais 8 geschalteten Widerstand, und 9b einen in Reihe mit dem Kontakt 8b des Zwei- Phasen-Relais 8 geschalteten Widerstand.
Eine Reihenschaltung des Kontaktes 8a und des Widerstandes 9a ist zu dem Kontakt 3a des Drei-Phasen-Hauptrelais 3 parallelgeschaltet, und eine Reihenschaltung des Kontaktes 8b und des Widerstandes 9b ist zu dem Kontakt 3b des Drei- Phasen-Hauptrelais 3 parallelgeschaltet.
Eine die Gleichrichterschaltung 2 und den Glättungskondensator 4 umfassende Schaltung wird als ein Umrichter beschrieben.
Der Betriebsablauf der in Fig. 6 dargestellten Schutzfunktionen der Wechselrichtervorrichtung nach dem Stand der Technik wird nun beschrieben.
Zuerst wird vor dem Einschalten des Drei-Phasen-Hauptrelais 3 das Zwei-Phasen-Relais 8 von dem nicht dargestellten Schaltsteuerungsabschnitt eingeschaltet. Zwei-Phasen- Wechselstöme werden über die Widerstände 9a und 9b in den Gleichrichter 2 eingegeben und die von der Gleichrichterschaltung 2 gleichgerichteten Spannungen werden über dem Glättungskondensator 4, angelegt und dadurch der Glättungskondensator 4 allmählich geladen. Wenn die Ladung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer abgeschlossen ist, wird das Drei-Phasen-Hauptrelais 3 von dem Schaltsteuerungsabschnitt eingeschaltet. Es sei angemerkt, daß zu diesem Zeitpunkt alle Transistoren des Halbleiterschaltkreises 5 ausgeschaltet sind.
Wenn ein Überstrom von dem Detektionsausgangssignal des Überstromdetektors 6 unmittelbar nach dem Einschalten des Drei-Phasen-Hauptrelais 3 detektiert wurde, wird entschieden, daß ein Kurzschluß zwischen dem Eingangsanschluß der positiven Spannung und dem Eingangsanschluß der negativen Spannung des Halbleiterschaltkreises 5 (hierin nachstehend als P/N- Kurzschluß bezeichnet) aufgetreten ist, und das Drei-Phasen- Hauptrelais 3 und das Zwei-Phasen-Relais 8 ausgeschaltet und damit das Auftreten eines zweiten Fehler verhindert.
Andererseits werden dann, wenn kein P/N-Kurzschluß detektiert wird, die oberen Zweigtransistoren 5a, 5c, 5e des Halbleiterschaltkreises 5 eingeschaltet, und dann detektiert die Überstromdetektorschaltung 6 noch einmal, ob ein Überstrom vorliegt. Wenn nun ein Überstrom vorliegt, wird entschieden, daß ein Masseschlußfehler aufgetreten ist, und der Schaltsteuerungsabschnitt schaltet die oberen Zweigtransistoren 5a, 5c, 5e des Halbleiterschaltkreises 5 aus und schaltet auch das Drei-Phasen-Hauptrelais 3 und das Zwei-Phasen-Relais 8 aus.
Wenn kein Masseschlußfehler aufgetreten ist, bewirkt das Einschalten nur der oberen Zweigtransistoren 5a, 5c, 5e keinen Stromfluß in den Halbleiterschaltkreis 5.
Statt einem Einschalten der oberen Zweigtransistoren in den U-, V- und W-Phasen zum selben Zeitpunkt für die Masseschlußfehlerdetektion gemäß vorstehender Beschreibung, kann auch die Frage, ob ein Masseschlußfehler aufgetreten ist oder nicht, durch ein aufeinanderfolgendes Einschalten der oberen Zweigtransistoren in den U-, V- und W-Phasen entschieden wer den, um zu prüfen, ob ein Masseschlußfehler in irgendeiner von den Phasen aufgetreten ist.
Wenn kein P/N-Kurzschluß und kein Masseschlußfehler detektiert werden, wird der Halbleiterschaltkreis 5 so betrieben, daß er in den tatsächlichen Betriebszustand eintritt, um einen Fluß von Strömen in den Motor 7 zu bewirken.
Bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung gibt es ein Problem. Insbesondere gibt es bis dahin keine Detektion, ob der obere oder der untere Zweigtransistor in dem Halbleiterschaltkreis 5 kurzgeschlossen ist, bis ein Überstrom von dem Überstromdetektor 6 detektiert. Somit muß der Halbleiterschaltkreis 5 eine hohe Strombelastung aushalten.
Da die bekannten Wechselrichtervorrichtungen und Wechselrichtersteuerverfahren mit ihren Schutzfunktionen wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, fließen ferner in die oberen Zweigtransistoren 5a, 5c, 5e und in die unteren Zweigtransistor 5b, 5d, 5f große Ströme, wenn ein Masseschlußfehler und ein Transistorfehler detektiert werden. Daher können die Transistoren beschädigt und/oder überbeansprucht werden.
Da auch kein P/N-Impedanzfehler detektiert wird, bis tatsächlich eine Überstromzustand auftritt, können ferner der Halbleiterschaltkreis 5 oder damit verbundene Schaltungsteile nicht geschützt werden und sind somit anfällig für eine Beschädigung und/oder Überbeanspruchung. In dieser Situation wird der Steuereingang jedes Transistors so gesetzt, daß die Transistoren ausgeschaltet bleiben.
Ferner ist es bei der vorstehenden beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung schwierig, den Fehler zu suchen. D. h., es ist schwierig zu detektieren, ob ein Fehler ein P/N-Impedanzfehler, ein Masseschlußfehler oder ein in einem der Transistoren auftretender Fehler ist. Wenn es ein in einem der Transistoren auftretender Fehler ist, ist es schwierig zu wissen, welcher von den Transistoren defekt ist.
GB-A-2 206 299 stellt ein Durchlagfehler-Schutzsystem für Bipolar-Transistoren in einem Spannungsquellen-Transistorwechselrichter dar. Ein Glättungskondensator ist in Reihe mit einer Drossel und einer Diode zur Umgehung der Drossel geschaltet. Ein Sensor detektiert die Veränderungsrate der Spannung über diesen kombinierten Elementen, und stellt fest, wenn ein Fehlerstrom irgendeinen der Transistoren durchtritt.
JP-A-56-031 376 zeigt einen Glättungskondensator in einer Schutzschaltung für einen Wechselrichter. Überströme aufgrund von Umkehrströmen werden über dem Kondensator detektiert und ein Leistungsschalter betätigt, um einen Durchbruch zu verhindern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des vorstehend diskutierten Stands der Technik zu überwinden.
Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wechselrichtervorrichtung und ein Wechselrichtersteuerverfahren bereitzustellen, welches die Beschädigung und Überbeanspruchung von Transistoren verhindert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches eine spezifische Fehleridentifikation erlaubt, um so die Fehlerbeseitigung zu unterstützen.
Erfindungsgemäß wird eine Wechselrichtervorrichtung gemäß Beschreibung in Anspruch 1 bereitgestellt und ein Wechselrichtersteuerverfahren gemäß Beschreibung in Anspruch 12 bereitgestellt. Verbesserungen der Vorrichtung und des Verfahrens werden in den von Anspruch 1 bzw. Anspruch 12 abhängigen Unteransprüchen spezifiziert.
Insbesondere dann, wenn die Spannung über dem Kondensator niedriger als eine vorbestimmte Spannung ist, kann ein P/N- Impedanzfehler detektiert werden. Ferner kann, wenn eine Spannung über dem Widerstand mit einer höheren Rate als einer vorbestimmten Rate ansteigt, ein Masseschlußfehler detektiert werden. Des weiteren kann ein fehlerhafter Transistor detektiert werden, wenn die Spannung über dem Kondensator absinkt. Somit können durch exakte Beobachtung der Spannung und Spannungsveränderung über dem Glättungskondensator 4 Fehler schnell detektiert werden, so daß eine schnelle Fehlerbehebung ermöglicht wird. Ferner werden die Fehler ohne Beanspruchung der Transistoren in dem Halbleiterschaltkreis 5 detektiert, da die Fehler durch die Spannung über dem Glättungskondensator 4 detektiert, welcher parallel zu dem Halbleiterschaltkreis 5 angeordnet ist. Andererseits war nach dem Stand der Technik die Überstromdetektorschaltung 6 in Reihe mit dem Halbleiterschaltkreis 5 angeordnet. Somit floß nach dem Stand der Technik, wenn ein Überstrom durch den Überstromdetektor 6 floß, derselbe hohe Überstrom durch den Halbleiterschaltkreis 5, und beanspruchte dabei die Transistoren in dem Halbleiterschaltkreis 5.
Die vorliegende Erfindung macht es unnötig, hohe Ströme durch den Halbleiterschaltkreis 5 fließen zu lassen, und vermeidet somit eine Beanspruchung der Transistoren und vermeidet auch eine eventuelle Beschädigung an den Transistorelementen.
Ferner ermöglicht die Erfindung eine spezielle Erkennung des vorliegenden Fehlertyps lediglich durch Überwachung der Spannung und Spannungsveränderung über dem Ladekondensator.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Wechselrichtervorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs des in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 eine Abtastspannung während der Ladung eines Glättungskondensator zum Zeitpunkt des Auftretens eines Masseschlußfehlers.
Fig. 4 eine Abtastspannung während der Ladung eines Glättungskondensator zum Zeitpunkt des Auftretens eines P/N-Impedanzfehlers.
Fig. 5 ein Blockschaltbild, das eine Wechselrichtervorrichtung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 6 ein Blockschaltbild, das eine Wechselrichtervorrichtung nach dem Stand der Technik darstellt.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Wechselrichtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In Fig. 1 sind die Bezugszeichen 1 bis 5, 7 und 8 identisch mit denen in Fig. 6, welche die Vorrichtung nach dem Stand der Technik darstellt. Es sei angemerkt, daß die in der Vorrichtung nach den Stand der Technik verwendete Überstromdetektorschaltung 6 zur Detektion eines Überstroms, der in den Halbleiterschaltkreis 5 fließen kann, in Fig. 1 nicht verwendet wird.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Spannungsdetektorschaltung 10 zum Detektieren einer über dem Glättungskondensator 4 erzeugten Spannung und zur Ausgabe einer Spannung proportional zu der Spannung über dem Glättungskondensator 4. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln der von der Spannungsdetektorschaltung 10 detektierten Spannung in einen digitalen Wert. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) zum Durchführen einer vorbestimmten Ablaufverarbeitung auf der Basis der von dem Analog/Digital-Wandler 11 ausgegebenen Daten. Schließlich bezeichnet das Bezugszeichen 13 einen mit der CPU verbundenen Speicher zum Speichern während der Verarbeitung benutzter Daten.
Der Betriebsablauf des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird nun anhand des in Fig. 2 dargestellten Flußdiagramms erläutert. Zuerst wird im Schritt S201 das Zwei-Phasen-Relais 8 eingeschaltet. Dieses gibt den Beginn der Ladung des Kondensators 4 an. Im Schritt S202 wird die nachstehende Operation ausgeführt. Zuerst wird eine zu der Spannung über dem Glättungskondensator 4 proportionale analoge Spannung in den Analog/Digital-Wandler 11 eingegeben, welcher dann die analoge Spannung in einen digitalen Wert umwandelt und den digitalen Wert an die CPU 12 ausgibt. Der Analog/Digital-Wandler 11 kann auch so ausgelegt sein, daß er die Analog/Digital-Umwandlung gesteuert von der CPU 12 ausführt.
Die CPU 12 führt eine Abtastoperation aus, welche in vorbestimmten Zeitintervallen eine Spannung Vc als den digitalen Ausgangswert des Analog/Digital-Wandlers 11 liest und den Wert Vc in dem Speicher 13 zusammen mit dem Wert t einer Zeitdifferenz ab dem Punkt, an dem das Zwei-Phasen-Relais 8 eingeschaltet wurde, bis zum Lesen von Vc speichert.
Diese Abtastoperation wird für eine Zeitdauer durchgeführt, welche ungefähr drei bis fünfmal länger als eine Ladezeitkonstante in einer Situation ist, in welcher der P/N- Impedanzfehler nicht auftritt. Wenn die Abtastung endet, geht der Ausführungsablauf zum Schritt S203 über.
Im Schritt S203 führt die CPU 12 eine Prüfung durch, um zu sehen, ob der Endwert Vce der Spannung Vc höher als eine vorbestimmte zulässige Minimalspannung Vmin auf der Basis der Abtastdaten ist, die in dem Speicher 13 durch die Abtastoperation gespeichert wurden, welche im Schritt S202 stattfand. Wenn der Endwert Vce niedriger als die zulässige minimale Spannung Vmin ist, wird angenommen, daß ein P/N-Kurzschluß oder ein P/N-Impedanzfehler aufgetreten ist. Der Ausführungsablauf geht dann zu dem Schritt S204 über, an dem die CPU 12 einen P/N-Impedanzfehleralarm ausgibt, und dann zu einem Endschritt S214 übergeht ohne das Drei-Phasen-Hauptrelais 3 ein zuschalten. Wenn kein Fehler vorliegt, geht der Ausführungsablauf zu dem Schritt S205 über.
Fig. 4 stellt einen Graph zur Beschreibung der P/N-Impedanzfehlerdetektion dar. Die Ordinate stellt die Umrichterausgangsspannung (Abtastspannung) dar, und die Abszisse stellt die Zeit dar. Wenn ein P/N-Kurzschluß, wie in Fig. 4 dargestellt, aufgetreten ist, steigt die Spannung Vc überhaupt nicht an, wie es durch eine entlang der positiven Abszisse liegende Spannungslinie dargestellt ist. Wenn der Halbleiterschaltkreis 5 im ausgeschalteten Zustand einen vorbestimmten niedrigen Impedanzwert aufweist, erreicht der Endwert Vc einen vorbestimmten Zielwert Vt.
Im Schritt S205 berechnet die CPU 12 eine Zeit t ab dem Einschalten des Zwei-Phasen-Relais 8 bis die Spannung über dem Glättungskondensator 4 eine Spannung erreicht, welche das 0,63-fache des Endwertes Vce auf der Basis der in dem Schritt S202 abgetasteten Daten ist.
Im Schritt S206 wird die Zeit tτ von der im Schritt S205 berechneten Zeit t subtrahiert. Die Zeit tτ ist eine Zeitkonstante für den Kondensatorladevorgang für einen Fall bei dem kein Masseschlußfehler auftritt. Im Schritt S206 wird ferner ermittelt, ob der Absolutwert des Subtraktionsergebnisses innerhalb eines zulässigen Zeitkonstantenfehlers ta des Ladevorgangs liegt. Es wird das Auftreten des Masseschlußfehlers festgestellt, wenn Subtraktionsergebnis nicht innerhalb von ta liegt. Dann geht der Ausführungsablauf zu dem Schritt S207 über, wo eine Masseschlußfehleralarm erzeugt wird, und der Ausführungsablauf dann zu dem Schritt S214 ohne Einschalten des Drei-Phasen-Hauptrelais 3 übergeht.
Andererseits wird festgestellt, wenn das Subtraktionsergebnis innerhalb des zulässigen Zeitkonstantenfehlers ta des Ladevorgangs liegt, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist, worauf der Ausführungsablauf zu dem nächsten Schritt S208 übergeht.
Der Grund dafür, warum der Masseschlußfehler in dem Schritt S206 beurteilt werden kann, wird nun für einen Fall beschrieben, bei dem beispielsweise in Fig. 1 die S-Phase der Drei-Phasen-Wechselstromenergiequelle 1 eine Massephase ist und somit die in den Motor 7 eingegebene U-Phase zu einem Masseschlußfehler führt.
Bevor das Drei-Phasen-Hauptrelais 3 eingeschaltet wird, wird zuerst das Zwei-Phasen-Relais 8 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt werden von den von R- und S- Phase der Drei-Phasen- Wechselstromenergiequelle 1 ausgegebenen Wechselströmen Spannungen über dem Glättungskondensator 4 zum Laden des Glättungskondensators 4 angelegt. Dieses Spannungen werden zuerst von einer Brückengleichrichterschaltung gleichgerichtet, welche zwei in der Gleichrichterschaltung 2 enthaltene Dioden, die antiparallel zu dem oberen Zweigtransistor 5a in der U- Phase geschaltete Freilaufdiode 5g, und die antiparallel zu dem unteren Zweigtransistor 5b in der U-Phase geschaltete Freilaufdiode 5h umfaßt. Der Ladestrom wird durch den Widerstand 9a begrenzt, aber nicht von dem Widerstand 9b begrenzt.
Wenn kein Masseschlußfehler aufgetreten ist, werden die von einer Gleichrichterschaltung, die vier in der Gleichrichterschaltung 2 enthaltene Dioden aufweist, gleichgerichtete Spannung an den Glättungskondensator 4 angelegt, um den Glättungskondensator 4 zu laden. In diesem Falle von den Widerständen 9a und 9b begrenzt, sind die Ladeströme auf einen kleineren Wert im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen begrenzt, bei dem der Masseschlußfehler auftrat.
Daher wird dann, wenn der Masseschlußfehler aufgetreten ist, der Glättungskondensator 4 mit einer kleineren Zeitkonstante gemäß Darstellung in Fig. 3 geladen als in dem Fall, wo der Masseschlußfehler nicht aufgetreten ist (Zeitkonstante tτ). Das heißt, es wird im Schritt S206 festgestellt, ob die Zeitkonstante kleiner oder nicht kleiner als diejenige ist, bei der der Masseschlußfehler nicht aufgetreten ist, wodurch das Vorliegen oder Fehlen des Masseschlußfehlers beurteilt werden kann.
In Fig. 3 ist die Ordinate die Umrichterausgangsspannung und die Abszisse ist die Zeit. Die höhere Kurve in Fig. 3 stellt die Situation dar, in welcher sich der Kondensator zu schnell lädt, und somit ein Masseschlußfehler aufgetreten ist. Die untere Kurve stellt die normale Kondensatorladerate dar, welche anzeigt, daß kein Masseschlußfehler vorliegt.
Die Masseschlußfehler-Beurteilung kann auch in identischer Weise getroffen werden, wenn der Masseschlußfehler ein anderer als der in der S-Phase ist und ein Masseschlußfehler in einer anderen als in der U-Phase auftrat. Das vorstehend beschriebene Beispiel dient nur zu Erläuterungszwecken.
Gemäß einem nochmaligen Bezug auf das Flußdiagramm von Fig. 2 wird in den Schritten S208 bis S210 jeder von den oberen Zweigtransistoren 5a, 5c, 5e und den unteren Zweigtransistoren 5b, 5d, 5f des Halbleiterschaltkreises 5 nacheinander getestet, um festzustellen, ob ein Kurzschlußfehler in einem der Transistoren aufgetreten ist.
Insbesondere wird im Schritt S208 das Zwei-Phasen-Relais 8 ausgeschaltet, der Glättungskondensator 4 dann durch eine (nicht dargestellte) Entladeschaltung entladen, das Zwei- Phasen-Relais 8 wieder eingeschaltet und der Glättungskondensator 4 über die Widerstände 9a und 9b geladen. Während der Ladung des Glättungskondensators 4 schaltet die CPU 12 jeden der oberen Zweigtransistoren 5a, 5c, 5e und der unteren Zweigtransistoren 5b, 5d, 5f in dem Halbleiterschaltkreis 5 ein, worauf der Ausführungsablauf zu dem nächsten Schritt S209 übergeht.
Im Schritt S209 wird detektiert, ob die Spannung über dem 4 absinkt oder nicht. Wenn sie nicht absinkt, wird festgestellt, daß der andere Zweigtransistor in der derselben Phase wie der des momentan eingeschalteten Transistors normal ist, worauf der Ausführungsablauf zu dem nächsten Schritt S210 übergeht. Wenn die Spannung abgesunken ist, wird der andere Transistor als defekt beurteilt, und der Verarbeitungsablauf geht zu dem Schritt S211 über, wo ein Alarm gesetzt oder als Ton ausgegeben wird, der anzeigt, daß der Transistor defekt ist. Dann geht der Ausführungsablauf ohne Einschalten des Drei-Phasen-Hauptrelais 3 zu dem Schritt S214 über. Das heißt, im Schritt S208 wird einer der Transistoren eingeschaltet. Beispielsweise kann der Transistor 5a eingeschaltet werden. Dann wird detektiert, ob die Spannung über dem Glättungskondensator 4 abgesunken ist. Wenn diese Spannung nicht abgesunken ist, wird dann festgestellt, daß der Transistor 5b, der andere Zweigtransistor in derselben Phase wie der Transistor 5a, normal und nicht defekt ist. Wenn die Spannung abgesunken ist, wir entschieden, daß der Transistor 5b defekt ist.
Im Schritt S210 wird festgestellt, ob alle sechs Transistoren beurteilt worden sind. Wenn der Transistorbeurteilungsprozeß noch nicht abgeschlossen ist, kehrt der Ausführungsablauf zu dem Schritt S208 zur Prüfung des nächsten Transistors zurück. Wenn er abgeschlossen ist, geht der Ausführungsablauf zum Schritt S212 über.
Im Schritt S212 wird festgestellt, daß weder ein P/N- Kurzschlußfehler, Masseschlußfehler noch ein Transistorfehler aufgetreten ist, und somit wird das Drei-Phasen-Hauptrelais 3 eingeschaltet, und der Ausführungsablauf geht zu dem Schritt S213 über.
Im Schritt S213 betreibt der Schaltsteuerungsabschnitt die PWM-Schaltung so, daß sie in einen normalen, tatsächlichen Betriebszustand eintritt. In diesem Zustand betreibt die PWM-Schaltung dem mit ihr verbundenen Motor. Wenn der tatsächliche Betriebszustand endet, geht die Verarbeitung zu dem letzten Schritt S214 über, bei dem eine vorbestimmte Abschlußverarbeitung durchgeführt wird.
Durch die Ausführung des Schrittes S208 zu einem Zeitpunkt, an dem die Spannung über dem Glättungskondensator 4 niedrig ist, wird der Schaltkreis kaum beansprucht, wenn ein Kurzschlußfehler aufgetreten ist.
Ferner kann die in den Schritten S208 bis S210 durchgeführte Beurteilung alternativ unter Verwendung der im Schritt S202 abgetasteten Daten ohne Entladung des Glättungskondensators 4 durchgeführt werden. In diesem Falle müssen jedoch die Operationen der Schritte S208 und S210 im Schritt S202 ausgeführt werden. Ferner macht es die Abtastung während der Ladung des Glättungskondensators 4 etwas schwierig, zwischen einem Transistorfehler und einem Masseschlußfehler zu unterscheiden.
Ferner können die in den Schritten S203 und S206 auf der Basis der im Schritt S202 abgetasteten Daten getroffenen Entscheidungen auch direkt unter Verwendung der Ausgangsspannung des Umrichters getroffen werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die in zwei Phasen der Drei- Phasen-Wechselstromschaltung in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eingefügte Widerstandsschaltung kann auch zwischen dem Gleichrichtungsausgang der Gleichrichterschaltung 2 und dem Eingang des Halbleiterschaltkreises 5 eingefügt werden, um identische Fehlerbeurteilungen auszuführen. Ein Blockschaltbild für diese Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt.
In Fig. 5 bezeichnet 50 eine zwischen dem Gleichrichtungsausgang der Gleichrichterschaltung 2 und dem Eingang des Halbleiterschaltkreises 5 eingefügte Widerstandsschaltung.
Die Bezugszeichen 1, 2, 4, 5, 7 und 10 bis 13 sind mit denen in Fig. 1 identisch. Das Bezugszeichen 53 bezeichnet ein mit dem Drei-Phasen-Hauptrelais 3 in Fig. 1 identisches erstes Schalterelement, und 51 stellt ein zweites Schalterelement, beispielsweise ein Relais zum Kurzschließen des Widerstandes 50 dar. Dieses Relais 51 wird eingeschaltet, wenn kein Fehler detektiert wurde, und nach dem Einschalten des Relais wird die PWM-Schaltung in ihren tatsächlichen Betriebszustand versetzt. Somit werden der Widerstand 51 und sein zugeordneter Pfad nur während der Fehlerdetektion verwendet. Dieses ähnelt der Situation in Fig. 1 in, welcher das Zwei-Phasen-Schalterelement 8 nur während der Fehlerdetektion verwendet wird.
Wenn die Widerstandsschaltung 50 nur in den Gleichrichtungsausgang auf der Seite der positiven Spannung, wie in Fig. 5 dargestellt, eingefügt wird, kann ein Masseschlußstrom nicht begrenzt werden. Um den Masseschlußstrom zu begrenzen, muß ein Widerstand auch in den Gleichrichtungsausgang auf der Seite der negativen Spannung eingefügt werden.
Die CPU 12, der Speicher 13, usw. werden in beiden von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen im allgemeinen zur Steuerung der PWM-Schaltung verwendet und können entweder teilweise oder zeitlich versetzt mit anderen Anwendungen verwendet werden. Somit kann die vorliegende Erfindung ohne starke Erhöhung der Kosten eines bereits bestehenden Systems ausgeführt werden.

Claims

1. Wechselrichtervorrichtung, mit:

einer Gleichrichterschaltung (2) zum Gleichrichten eines Drei-Phasen-Wechselstroms;

einem Drei-Phasen-Schalterelement (3; 53) zum Verbinden und Unterbrechen einer Drei-Phasen-Wechselstromenergiequelle (1) mit und von Eingangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung;

einer Glättungskondensatorschaltung 4 zum Glätten der gleichgerichteten Ausgangsgrößen der Gleichrichterschaltung;

einer Pulsbreiten-(PWM)-Schaltung (5) mit mehreren Transistoren (5a bis 5f), die so angeordnet sind, daß sie die geglättete Ausgangsgröße der Glättungskondensatorschaltung (4) aufnehmen und PWM-modulierte Drei-Phasen- Wechselströme ausgeben; und

einer Spannungsdetektionseinrichtung (10) zum Detektieren einer über der Glättungskondensatorschaltung (4) erzeugten Spannung;

einem Zwei-Phasen-Schalterelement (8), wovon zwei Phasenanschlüsse an einem Ende mit zwei Phasenanschlüssen an einem Ende des Drei-Phasen-Schalterelementes (3) verbunden sind;

einer Widerstandsschaltung (9a, 9b), wovon ein Ende mit zwei Phasenanschlüssen mit dem anderen Ende des Zwei- Phasen-Schalterelementes (8) verbunden ist, und wovon das andere Ende mit zwei Phasen an dem anderen Ende des Drei- Phasen-Schaltelementes (3) verbunden ist, um die Größe von in entsprechenden Phasen des Zwei-Phasen-Schalterelementes (8) fließenden Strömen zu begrenzen;

einer Beurteilungseinrichtung (12, 13), die mit der Spannungsdetektionseinrichtung (10) verbunden und für die Beurteilung vorgesehen ist, ob dann, wenn die Transistoren der PWM-Schaltung (5) ausgeschaltet sind und das Zwei-Phasen-Schalterelement 8 eingeschaltet ist, eine von der Spannungsdetektionseinrichtung (10) detektierte Spannung mit einer höheren Rate als einer vorbestimmten Rate ansteigt, um auf diese Weise einen Masseschlußfehler zu detektieren, und um zu beurteilen ob dann, wenn Transistoren der PWM-Schaltung (5) eingeschaltet sind, eine von der Spannungsdetektionseinrichtung (10) detektierte Spannung absinkt, um auf diese Weise einen Transistordefekt zu detektieren; und

einer Schaltsteuerungseinrichtung zum Steuern des Schalterelementes (8), um so das Drei-Phasen-Schalterelement (3) einzuschalten, wenn die Beurteilungseinrichtungen (12, 13) keinen Fehler identifiziert haben.

2. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beurteilungseinrichtung ferner für die Beurteilung vorgesehen ist, ob dann, wenn die Transistoren der PWM-Schaltung (5) ausgeschaltet sind, eine von der Spannungsdetektionseinrichtung (10) detektierte Spannung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, um auf diese Weise eine Impedanz zwischen Eingangsanschlüssen der PWM-Schaltung (5) zu identifizieren.

3. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwei-Phasen-Schalterelement (8) von der Steuerungseinrichtung so gesteuert wird, daß es nur während der Fehlerdetektion verwendet wird.

4. Wechselrichtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beurteilungseinrichtung (12) eine Impedanz-Beurteilungseinrichtung beinhaltet, um zu entscheiden, daß dann, wenn ein oberer Zweigtransistor (5a, 5c, 5e) und ein unterer Zweigtransistor (5b, 5d, 5f) in der Phase der PWM-Schaltung alle ausgeschaltet sind und das Drei- Phasen-Schalterelement (3) offen ist, eine Impedanz zwischen den Eingangsanschlüssen der PWM anormal ist, wenn die Höhe einer Spannung über der Glättungskondensatorschaltung (4) nach dem Einschalten des Zwei-Phasen- Schalterelementes (8) kleiner als eine vorbestimmte Spannung ist, und um zu entscheiden, daß die Impedanz normal ist, wenn die Höhe der Spannung höher als die vorbestimmte Spannung ist; und

eine Schaltsteuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, um das Drei-Phasen-Schalterelement (3) einzuschalten, wenn die Impedanz-Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß die Impedanz normal ist.

5. Wechselrichtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beurteilungseinrichtung (12) eine Masseschlußfehler-Beurteilungseinrichtung beinhaltet, um zu entscheiden, daß dann, wenn ein oberer Zweigtransistor (5a, 5c, 5e) und ein unterer Zweigtransistor (5b, 5d, 5f) in jeder Phase der PWM-Schaltung alle ausgeschaltet sind und das Drei-Phasen-Schalterelement (3) offen ist, ein Masseschlußfehler aufgetreten ist, wenn eine Spannung über der Glättungskondensatorschaltung (4) nach dem Einschalten des Zwei-Phasen-Schalterelementes (8) mit einer höheren Rate als einer vorbestimmten Rate ansteigt, und um zu entscheiden, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist, wenn die Spannung mit einer niedrigeren Rate als der vorbestimmten Rate ansteigt; und

eine Schaltsteuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, um das Drei-Phasen-Schalterelement (3) einzuschalten, wenn die Masseschlußfehler-Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist.

6. Wechselrichtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beurteilungseinrichtung (12) eine Transistor- Beurteilungseinrichtung beinhaltet, um zu bewirken, daß dann, wenn ein oberer Zweigtransistor (5a, 5c, 5e) und ein unterer Zweigtransistor (5b, 5d, 5f) in jeder Phase der PWM-Schaltung alle ausgeschaltet sind und das Drei- Phasen-Schalterelement (3) offen ist, daß einer von einem in Reihe geschalteten oberen Zweigtransistor und unteren Zweigtransistor in der PWM Schaltung eingeschaltet wird, während die Glättungskondensatorschaltung (4) nach dem Einschalten des Zwei-Phasen-Schalterelementes (8) geladen wird, und um zu entscheiden, daß einer von dem in Reihe geschalteten oberen Zweigtransistor und unteren Zweigtransistor, welcher nicht eingeschaltet ist, defekt ist, wenn eine Spannung über der Glättungskondensatorschaltung (4) absinkt, und zu entscheiden, daß der Transistor normal ist, wenn die Spannung nicht absinkt; und

eine Schaltsteuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, um das Drei-Phasen-Schalterelement (3) einzuschalten, wenn die Beurteilungsschaltung entschieden hat, daß der Transistor normal ist.

7. Wechselrichtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

ein erstes Schalterelement (53) zum Öffnen und Schließen von Strompfaden zwischen der Drei-Phasen- Wechselstromenergiequelle (1) und der Gleichrichterschaltung (2);

ein zweites Schalterelement (51) zum Öffnen und Schließen eines Strompfades zwischen der Gleichrichterschaltung (2) und der Glättungskondensatorschaltung (4);

eine Widerstandsschaltung (50), die zu dem zweiten Schalterelement (51) parallelgeschaltet ist; und

eine Schaltsteuerungseinrichtung (12) zum Einschalten des zweiten Schalterelementes (51), wenn die Beurteilungseinrichtung (12, 13) keinen Fehler identifiziert hat.

8. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schalterelement (51) so von der Steuerungseinrichtung gesteuert wird, daß es nur während der Fehlerdetektion verwendet wird.

9. Wechselrichtervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beurteilungseinrichtung (12) eine Impedanz-Beurteilungseinrichtung beinhaltet, um zu entscheiden, daß dann, wenn ein oberer Zweigtransistor (5a, 5c, 5e) und ein unterer Zweigtransistor (5b, 5d, 5f) in jeder Phase der PWM-Schaltung alle ausgeschaltet sind und das zweite Schalterelement (51) offen ist, eine Impedanz zwischen den Eingangsanschlüssen der PWM anormal ist, wenn die Höhe einer Spannung über der Glättungskondensatorschaltung (4) nach dem Einschalten des ersten Schalterelementes kleiner als eine vorbestimmte Spannung, und um zu entscheiden, daß die Impedanz normal ist, wenn die Höhe der Spannung höher als die vorbestimmte Spannung ist; und

eine Schaltsteuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, um das zweite Schalterelement einzuschalten, wenn die Impedanz-Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß die Impedanz normal ist.

10. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beurteilungseinrichtung (12) eine Masseschlußfehler-Beurteilungseinrichtung beinhaltet, um zu entscheiden, daß dann, wenn ein oberer Zweigtransistor (5a, 5c, 5e) und ein unterer Zweigtransistor (5b, 5d, 5f) in jeder Phase der PWM-Schaltung alle ausgeschaltet sind und das zweite Schalterelement (51) ausgeschaltet ist, ein Masseschlußfehler aufgetreten ist, wenn eine Spannung über der Glättungskondensatorschaltung (4) nach dem Einschalten des ersten Schalterelementes (53) mit einer höheren Rate als einer vorbestimmten Rate ansteigt, und um zu entscheiden, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist, wenn die Spannung mit einer niedrigeren Rate als der vorbestimmten Rate ansteigt; und

eine Schaltsteuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, um das zweite Schalterelement (53) einzuschalten, wenn die Masseschlußfehler-Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist.

11. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beurteilungseinrichtung (12) eine Transistor- Beurteilungseinrichtung beinhaltet, um zu bewirken daß dann, wenn ein oberer Zweigtransistor (5a, 5c, 5e) und ein unterer Zweigtransistor (5b, 5d, 5f) in jeder Phase der PWM-Schaltung alle ausgeschaltet sind und das zweite Schalterelement (53) ausgeschaltet sind, jeder von einem in Reihe geschalteten oberen Zweigtransistor und in Reihe geschalteten unteren Zweigtransistor in einer Phase in der PWM Schaltung eingeschaltet wird, während die Glättungskondensatorschaltung (4) nach dem Einschalten des ersten Schalterelementes (51) geladen wird, und um zu entscheiden, daß entweder der obere Zweigtransistor oder der untere Zweigtransistor, welcher nicht eingeschaltet ist, defekt ist, wenn eine Spannung über der Glättungskondensatorschaltung (4) absinkt, und um zu entscheiden, daß der Transistor normal ist, wenn die Spannung nicht absinkt; und

eine Schaltsteuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, um das zweite Schalterelement (51) einzuschalten, wenn die Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß der Transistor normal ist.

12. Wechselrichter-Steuerungsverfahren mit den Schritten:

Gleichrichten eines Drei-Phasen-Wechselstroms mittels einer Gleichrichterschaltung;

Verbinden und Unterbrechen durch Ein- bzw. Ausschalten eines Drei-Phasen-Schalterelementes einer Drei- Phasen-Wechselstromenergiequelle (1) mit und von Eingangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung;

Glätten der gleichgerichteten Ausgangsgröße der Gleichrichterschaltung;

Pulsbreiten-(PWM)-Modulieren der geglätteten Ausgangsgröße der Gleichrichterschaltung und Ausgeben PWM- modulierter Drei-Phasen-Wechselströme;

Detektieren einer Spannung des geglätteten Ausgangs (4); und

Verbinden von zwei Phasenanschlüssen an einem Ende eines Zwei-Phasen-Schalterelementes (8) mit zwei Phasen an einen Ende des Drei-Phasen-Schalterelementes (3);

Begrenzen der Größe von Strömen, die in entsprechenden Phasen des Zwei-Phasen-Schalterelements (8) fließen, durch Verbinden eines Endes der Widerstandsschaltung (9a, 9b) mit zwei Phasenanschlüssen an dem anderen Ende des Zwei-Phasen-Schalterelementes (8) und des anderen Endes der Widerstandsschaltung mit zwei Phasenanschlüssen an dem anderen Ende des Drei-Phasen-Schalterelementes (3);

Beurteilen, wenn die geglättete Ausgangsgröße nicht PWM-moduliert wird, ob eine detektierte Spannung der geglätteten Ausgangsgröße mit einer höheren Rate als einer vorbestimmten Rate ansteigt, um auf diese Weise einen Masseschlußfehler zu detektieren, und um zu entscheiden, wenn die geglättete Ausgangsgröße PWM-moduliert wird, ob eine detektierte Spannung der geglätteten Ausgangsgröße absinkt, um auf diese Weise einen Transistordefekt zu identifizieren;

wobei das Drei-Phasen-Schalterelement 3 so gesteuert wird, daß es einschaltet, wenn entschieden wird, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist.

13. Wechselrichter-Steuerungsverfahren nach Anspruch 12 mit den Schritten:

wenn sowohl ein erstes Schalterelement zum Öffnen und Schließen von Strompfaden zwischen einer Drei-Phasen- Wechselstromenergiequelle und der Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten des von der Drei-Phasen-Wechselstromenergiequelle gelieferten Drei-Phasen-Wechselstroms als auch ein parallel zu einer Widerstandsschaltung, welche einen in einem Strompfad zwischen dem Ausgang der Gleichrichterschaltung und einem Glättungskondensator fließenden Strom begrenzt, geschaltetes zweites Schalterelement, ausgeschaltet sind, Einschalten des ersten Schalterele mentes, Laden des Glättungskondensators über die Widerstandsschaltung und Eingeben einer Spannung über dem Glättungskondensator in eine PWM-Schaltung, deren oberen Zweigtransistoren und unteren Zweigtransistoren in jeder Phase ausgeschaltet sind;

Detektieren einer über einem Kondensator der Glättungskondensatorschaltung erzeugten Spannung; und

Treffen einer Entscheidung, ob ein Fehler vorliegt, vollständig auf der Basis der detektierten Spannung.

14. Wechselrichter-Steuerungsverfahren nach Anspruch 13 mit den Schritten:

Veranlassen einer Impedanz-Beurteilungseinrichtung zu der Entscheidung, daß eine Impedanz zwischen den Eingangsanschlüssen der PWM-Schaltung anormal ist, wenn die Spannung über der Glättungskondensatorschaltung nach dem Einschalten des ersten Schalterelementes kleiner als eine vorbestimmte Spannung ist, und zu der Entscheidung, daß die Impedanz normal ist, wenn die Spannung höher als die vorbestimmte Spannung ist; und

Einschalten des zweiten Schalterelementes, wenn die Impedanz-Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß die Impedanz normal ist.

15. Wechselrichter-Steuerungsverfahren nach Anspruch 13 mit den Schritten:

Veranlassen einer Masseschlußfehler-Beurteilungseinrichtung zu der Entscheidung, daß ein Masseschlußfehler aufgetreten ist, wenn eine Spannung über der Glättungskondensatorschaltung nach dem Einschalten des ersten Schalterelementes mit einer höheren Rate als einer vorbestimmten Rate ansteigt, und zu der Entscheidung, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist, wenn die Spannung mit einer niedrigeren Rate als der vorbestimmten Rate ansteigt; und

Einschalten des zweiten Schalterelementes, wenn die Masseschlußfehler-Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß kein Masseschlußfehler aufgetreten ist.

16. Wechselrichter-Steuerungsverfahren nach Anspruch 13 mit den Schritten:

Veranlassen einer Transistor-Beurteilungseinrichtung zum Einschalten jedes von einem in Reihe geschalteten oberen Zweigtransistor und einem in Reihe geschalteten unteren Zweigtransistor in einer Phase der PWM-Schaltung während die Glättungskondensatorschaltung nach dem Einschalten des ersten Schalterelementes (51) geladen wird, und Entscheiden, daß entweder der obere Zweigtransistor oder der untere Zweigtransistor, welcher nicht eingeschaltet ist, defekt ist, wenn die Spannung über der Glättungskondensatorschaltung absinkt, und Entscheiden, daß der Transistor normal ist, wenn die Spannung nicht absinkt; und

Einschalten des zweiten Schalterelementes, wenn die Transistor-Beurteilungseinrichtung entschieden hat, daß der Transistor normal ist.