WO2007039369A1 - Ansteuersystem und verfahren zur ansteuerung für einen permanent erregten elektromotor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Ansteuersystem für einen permanent erregten Elektromotor mit mindestens einem Strang angegeben, das eine erste Halbbrückenanordnung für jeden Strang des Elektromotors umfasst. Das Ansteuersystem weist einen Zwischenkreis auf, der die Halbbrückenanordnung mit einer Motorversorgungsspannungsquelle verbindet. Auch umfasst das Ansteuersystem eine Motorsteuerung zur Ansteuerung der Halbbrückenanordnung, wobei anhand der Motorsteuerung an den jeweiligen der Halbbrückenanordnung zugeordneten Strang des Elektromotors ein Potential vorgegebener Polarität für eine vorgegebene Zeitdauer anlegbar ist. Es ist ein Schutzmodul vorgesehen, das mit dem mindestens einen Strang des Elektromotors verbunden ist. Das Schutzmodul umfasst eine zweite Halbbrückenanordnung für jeden Strang des Elektromotors und eine Reihenschaltung aus einem ersten Schalter und einem Verbraucher (insbesondere einem Widerstand), welche Reihenschaltung parallel zu der zweiten Halbbrückenanordnung vorgesehen ist. In einem Fehlerfall ist der erste Schalter einschaltbar, so dass ein Strom über den Verbraucher fließen kann.

Description

Beschreibung

Ansteuersystem und Verfahren zur Ansteuerung für einen permanent erregten Elektromotor

Die Erfindung betrifft ein Ansteuersystem und ein Verfahren zur Ansteuerung für einen permanent erregten Elektromotor.

Permanenterregte Elektromotoren werden beispielsweise als Fahrzeugantriebsmotoren verwendet, die bei Hybridantriebssys^¬ temen elektrische Energie aus einem durch eine Brennkraftma^¬ schine angetriebenen Generator oder bei vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen elektrische Energie aus einer so genannten Traktionsbatterie erhalten. Bei permanent erregten Elekt- romotoren besteht aufgrund ihres Aufbaus grundsätzlich das

Problem, dass aufgrund der im Betrieb auftretenden Relativbe^¬ wegung zwischen den Ankerwicklungen und den Permanentmagneten in den Ankerwicklungen eine als Polradspannung bekannte Gegenspannung induziert wird. Diese induzierte Spannung steigt mit zunehmender Drehzahl an, bis sie schließlich im Bereich der durch die Spannungsquelle für den Elektromotor bereitge^¬ stellten Versorgungsspannung liegt. Eine weitere Erhöhung der Motordrehzahl kann dann nur durch eine so genannte Feldschwächung erreicht werden, bei welcher eine Strangverschiebung des in die Wicklungen eingeleiteten Stroms erzeugt wird. Tre^¬ ten bei derartigen Antriebssystemen mit permanent erregten Elektromotoren Fehler auf, zum Beispiel der Ausfall der die Feldschwächung vornehmenden Ansteuereinheit, so kann dies zu ernsthaften Problemen führen.

So führt der Ausfall der Feldschwächung insbesondere bei ho^¬ hen Drehzahlen zu einem erheblichen Bremsmoment, das bei der Rückspeisung elektrischer Energie vom Motor in die Spannungsquelle, z.B. Traktionsbatterie, erzeugt wird. Aufgrund der Spannungsüberhöhung, verursacht durch den Innenwiderstand der Batterie, besteht weiterhin die Gefahr, dass es zur Schädi^¬ gung der Traktionsbatterie kommt, die im allgemeinen für eine Betriebsspannung von ca. 200V bis 300V ausgelegt ist. Ferner ist das Auftreten derartig großer Bremsmomente im Fahrbetrieb unerwünscht, da dies zu einer Gefährdung der in einem Fahrzeug sitzenden Personen führen kann.

Ist mit dem Zwischenkreis keine Spannungsquelle verbunden, oder ist beispielsweise die Verbindung der Spannungsquelle mit dem Zwischenkreis unterbrochen worden, so kann die Polradspannung am Zwischenkreis anliegen und insbesondere die dort vorhandenen Bauelemente schädigen oder zerstören.

Um diese Probleme zu vermeiden, ist es möglich, die verschie^¬ denen Komponenten des Umrichters, beispielsweise die Konden^¬ satoren und Leistungshalbleiter, derart zu dimensionieren, dass die gleichgerichtete Polradspannung die Nennspannung der Komponenten nicht übersteigt. Durch eine derartige Überdimen^¬ sionierung der Komponenten kann das Risiko einer Beschädigung reduziert werden. Dabei ist es von Nachteil, dass die An^¬ triebssysteme nicht für das zur Verfügung stehende Volumen bzw. für die Erzeugung größtmöglicher Leistung ausgelegt wer- den können. Auch die verschiedenen Bauteile des Zwischenkrei^¬ ses oder der Leistungselektronik müssen bei diesem Ansatz für die zu erwartenden maximalen Spannungen ausgelegt werden, was regelmäßig zu hohen Bauteilkosten führt.

DE 198 35 576 Al schlägt ein Ansteuersystem vor mit einer Ansteueranordnung, die derart eingerichtet ist, dass dann, wenn durch eine Betriebszustands-Erfassungsanordnung in dem Ansteuersystem oder/und dem Elektromotor das Vorliegen wenigstens eines vorbestimmten Betriebszustands erfasst wird, ein Kurzschlusses bei jedem Strang des Motors erzeugt wird.

Das in DE 198 35 576 Al beschriebene Ansteuersystem ist in der Lage, unterschiedliche Betriebszustände zu berücksichti^¬ gen und dabei durch gezieltes Erzeugen eines Kurzschlusses im Elektromotor das Auftreten potentieller Gefahren oder potentiell ungewünschter Folgezustände zu vermeiden. Gerade im Be^¬ reich hoher Drehzahlen ist das bei Kurzschluss erzeugte Bremsmoment vernachlässigbar, insbesondere liegt das Bremsmo- ment deutlich unterhalb des Bremsmoments eines nicht kurzge^¬ schlossenen Elektromotors. Tritt beispielsweise ein spontaner Ausfall der Feldschwächung auf, so kann durch gezieltes Kurzschließen des Elektromotors zum einen das Auftreten eines un- erwünschten Bremsmoments deutlich reduziert werden, zum anderen kann verhindert werden, dass eine möglicherweise vom Elektromotor in den Zwischenkreis eingespeiste Spannung zur Beschädigung der Bauteile, der Komponenten oder der Spannungsquelle (z.B. der Traktionsbatterie) führt.

Fig.l zeigt ein Ansteuersystem gemäß DE 198 35 576 Al. Das Ansteuersystem kann grundsätzlich in folgende Baugruppen untergliedert werden:

- Eine Umrichtereinheit 12 mit drei Halbbrücken 14, 16, 18, wobei jede der Halbbrücken 14, 16, 18 einer der drei

Motorphasen 20, 22, 24 des Elektromotors 26 zugeordnet ist;

- einen Zwischenkreis 28 mit einem Zwischenkreiskondensa- tor 30, wobei der Zwischenkreis 28 die Umrichtereinheit 12 mit einer Spannungsquelle 32 verbindet.

In der Darstellung ist die Spannungsquelle 32 eine Traktions^¬ batterie, ggf. mit Leistungselektronik, welche eine Gleichspannung liefert. Es sei jedoch darauf verwiesen, dass bei- spielsweise auch in Hybridantrieben als Spannungsquelle für den Elektromotor 26 ein durch einen Verbrennungsmotor angetriebener Generator mit nachgeschalteter Leistungselektronik eingesetzt werden kann.

Die Motorsteuerung 34 steuert über jeweilige Signalleitungen die Umrichtereinheit 12, d.h. die jeweiligen Halbbrücken 14, 16, 18 der Umrichtereinheit, an. Jede Halbbrücke 14, 16, 18 enthält hierbei ein erstes Schalterelement 36, aus einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) mit einer parallel ge- schalteten Freilaufdiode, sowie ein zweites Schalterelement

38 aus einem IGBT mit einer parallel geschalteten Freilaufdi^¬ ode. Die einzelnen IGBTs der verschiedenen Halbbrücken 14, 16, 18 werden durch die Motorsteuerung 34 angesteuert, um die einzelnen Stränge 20, 22, 24 des Elektromotors 26 wahlweise und für vorbestimmte Zeitdauern mit den verschiedenen Potentialen des Zwischenkreises 28 zu verbinden.

Weiterhin weist das Ansteuersystem gemäß Fig.l einen

Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Umsetzer 40 auf, der die am Zwischenkreis 28 anliegende Spannung abgreift und diese in eine gewünschte Gleichspannung, beispielsweise in Höhe von 12V, umsetzt. Diese Gleichspannung wird parallel zu der durch die Spannungsquelle 48 erzeugten Spannung an die Motorsteue^¬ rung 34 geleitet. Es handelt sich somit um eine redundante Spannungsversorgung für die Motorsteuerung 34, so dass beispielsweise bei Ausfall der Spannungsquelle 48 die für die Motorsteuerung erforderliche Betriebsspannung dem Zwischen- kreis entnommen werden kann und damit auch weiterhin die Ansteuerung bzw. Regelung des Elektromotors gewährleistet wer^¬ den kann. Eine solche redundante Versorgung ist auch dann zweckdienlich, wenn zusätzlich zu der Spannungsquelle 48 die Spannungsquelle 32 ausfällt, da in diesem Falle durch die im Elektromotor 26 induzierte Spannung und die Gleichrichtung über die Freilaufdioden am Zwischenkreis eine Spannung erzeugt wird, die als Betriebsspannung für die Motorsteuerung eingesetzt werden kann, um auch bei vollständigem Ausfall der Spannungsversorgung die Regelung des Motors 26 zu gewährleis- ten, insbesondere dann, wenn der Motor 26 im Feldschwächebe^¬ reich betrieben wird.

Tritt im Bereich des Ansteuersystems, beispielsweise im Be^¬ reich des Elektromotors 26 selbst oder im Bereich der Span- nungsquelle, ein Fehler auf, so kann durch die Motorsteuerung 34 ein Kurzschluss dadurch erzeugt werden, dass entweder alle Schalterelemente 36 oder alle Schalterelemente 38 oder alle Schalterelemente 36 und 38 leitend geschaltet werden. Damit wird vermieden, dass die im Motor erzeugte Polradspannung am Zwischenkreis anliegt und die dort enthaltenen Komponenten oder die Komponenten der Halbbrücken 14, 16, 18 oder die Spannungsquelle 32 beschädigt. Bei modernen permanent erreg^¬ ten Elektromotoren kann die Polradspannung deutlich über der durch die Spannungsquelle 32 bereitgestellten Versorgungs^¬ spannung liegen. Bei Übersteigen der für die Spannungsquelle 32 zulässigen Spannung besteht die Gefahr, dass bei Rückspeisung der elektrischen Energie durch die gleichgerichtete PoI- radspannung die Spannungsquelle 32 beschädigt wird. Entspre^¬ chendes gilt für die Schalter 36 bzw. 38: Auch hier kann durch den beschriebenen geschalteten Kurzschluss eine Beschädigung der Schalter vermieden werden.

Da kein unerwünschter Spannungsanstieg im Zwischenkreis 28 bzw. in der Umrichtereinheit 12 auftreten kann, ist es von Vorteil, dass die verschiedenen Schaltelemente oder Baugrup^¬ pen nicht für den Fehlerfall und die damit verbundenen hohen maximalen Spannungen ausgelegt werden müssen. So können ins- besondere im Bereich der Halbleiterbauteile Kosten eingespart werden .

Andererseits ist es möglich, die verschiedenen Komponenten, insbesondere den Elektromotor, derart auszugestalten, dass bei vorgegebenem Volumen die größtmögliche Leistung erzielt werden kann, ohne dabei auf Seiten der Schaltung darauf achten zu müssen, dass ein übermäßig großer Sicherheitsabstand der jeweiligen Nennspannungen verschiedener Komponenten zu den maximal (im Fehlerfall) zu erwartenden Spannungen vorhan- den ist .

Der angesprochene Fehlerzustand kann in verschiedenen Berei^¬ chen des Antriebssystems auftreten. So kann beispielsweise ein Lagegeber für den Rotor des Motors defekt sein, so dass eine korrekte Stromversorgung des Motors nicht mehr möglich ist. Weiterhin kann bzw. können der Stromsensor bzw. die Stromsensoren zur Erfassung der in den einzelnen Motorsträngen 20, 22, 24 fließenden Ströme defekt sein. Auch könnte im Elektromotor selbst ein Kurschluss vorliegen. Ferner kann, wie vorangehend angesprochen, ein Ausfall oder ein Abfall der durch die Spannungsquelle 32 bereitgestellten Spannung vorliegen . In Fig.l ist ein weiteres Schalterelement 42 erkennbar, das zu den Schaltern 36 bzw. 38 der Halbbrückeneinheit 12 paral^¬ lel geschaltet ist. Auch dieses Schalterelement 42 kann wie^¬ der einen IGBT und einen Reihenwiderstand aufweisen und wird von der Motorsteuerung 34 angesteuert. Der vorstehend be^¬ schriebene geschaltete Kurzschluss kann alternativ durch das Leitendschalten des Schalterelements 42 erreicht werden. Ein solcher Kurzschluss sollte nur dann, ebenso wie ein gleich^¬ zeitiges Leitendschalten aller Schalterelemente 36 und 38, durch die Motorsteuerung 34 verursacht werden, wenn ein vollständiger oder nahezu vollständiger Spannungsabfall oder Ausfall der Spannungsquelle 32 vorliegt . Ansonsten würde gleich^¬ zeitig mit dem Leitendschalten der Schalterelemente 36 und 38 die Spannungsquelle 32 kurzgeschlossen. Um dies zu verhindern könnte zusätzlich im Zwischenkreis 28 zwischen dem Schalterelement 42 und der Spannungsquelle 32 ein weiteres Schalter^¬ element vorgesehen sein, das mit dem Durchschalten des Schalterelements 42 sperrt, so dass der Kurzschluss lediglich in der Darstellung der Fig.l an der rechten Seite des Schalter- elements 42, d.h. im Bereich des Motors 26, erzeugt wird.

Hierbei ist es von Nachteil, dass der Kurzschlussstrom nicht begrenzt wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf den Ein^¬ schaltspitzenstrom problematisch. Durch einen hohen Kurz- schlussstrom kann der Motor, z.B. durch Entmagnetisierung des Permanentmagneten, dauerhaft geschädigt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend ge^¬ nannten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Ansteuersystem für einen permanent erregten Elektromotor mit mindestens einem Strang angegeben, das eine erste Halbbrückenanordnung für jeden Strang des Elektromotors umfasst. Das Ansteuersystem weist einen Zwischenkreis auf, der die Halbbrückenanordnung mit einer Mo- torversorgungsspannungsquelle verbindet. Auch umfasst das An^¬ steuersystem eine Motorsteuerung zur Ansteuerung der Halbbrückenanordnung, wobei anhand der Motorsteuerung an den jewei- ligen der Halbbrückenanordnung zugeordneten Strang des Elektromotors ein Potential vorgegebener Polarität für eine vorge^¬ gebene Zeitdauer anlegbar ist. Es ist ein Schutzmodul vorge^¬ sehen, das mit dem mindestens einen Strang des Elektromotors verbunden ist. Das Schutzmodul umfasst eine zweite Halbbrü- ckenanordnung für jeden Strang des Elektromotors und eine

Reihenschaltung aus einem ersten Schalter und einem Verbraucher (insbesondere einem Widerstand) , welche Reihenschaltung parallel zu der zweiten Halbbrückenanordnung vorgesehen ist. In einem Fehlerfall ist der erste Schalter einschaltbar, so dass ein Strom über den Verbraucher fließen kann.

Das Schutzmodul (VPM = „Virtual Protection Module") kann im Fehlerfall über den Verbraucher, z.B. einen geeignet dimensionierten (ohmschen) (Fest-) Widerstand, Leistung abführen und somit den Kurzschlussstrom durch den Motor begrenzen. Dadurch wird eine Schädigung des Motors vermieden.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Schutzmodul einen zweiten Schalter aufweist, der parallel zu der zweiten HaIb- brückenanordnung ausgeführt ist. Dieser zweite Schalter kann im Fehlerfall, z.B. nach einer vorgegebenen Zeitdauer oder bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes, geschlos^¬ sen werden. Somit kann eine Begrenzung des Kurzschlussstroms zweistufig erfolgen: Zuerst wird der erste Schalter, dann der zweite Schalter geschlossen. Dadurch werden insbesondere Einschaltspitzenströme durch den Elektromotor begrenzt derart, dass über den Verbraucher ein Strom abgeführt wird, der geringer als ein möglicherweise den Elektromotor schädigender Kurzschlussstrom ist.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass der erste Schalter und/oder der zweite Schalter ein Halbleiterschalter oder ein Thyristor oder ein IGBT oder ein Transistor ist/sind.

Ein Fehlerfall kann insbesondere einen der folgenden Fälle umfassen:

- Abfall oder Ausfall der Motorversorgungsspannung;

- Kurzschlussfehler, insbesondere im Bereich des Motors;

- Ansteigen einer Spannung an dem Zwischenkreis oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts; - Fehler im Bereich der ersten oder zweiten Halbbrückenanordnung.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Fehlerfall anhand einer Messeinheit ermittelbar ist, wobei die Messeinheit mit dem Schutzmodul verbunden oder als Teil des Schutzmoduls aus^¬ geführt sein kann. Die Messeinheit kann ferner Sensoren umfassen, die die Ausgangssignale der Motorsteuerung, die Mo- torversorgungsspannungsquelle oder verschiedene andere Zu^¬ stände oder Schaltelemente überwachen.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der erste Schalter und/oder der zweite Schalter geöffnet werden, insbesondere sobald dies ein von der Messeinheit ermittelter Wert anzeigt. Alternativ kann/können nach einer vorgegebenen Zeitdauer der erste Schalter und/oder der zweite Schalter geöffnet werden. Sollte der Fehlerfall fortbestehen, wird/werden der/die Schalter wieder geschlossen. Insbesondere kann im letzteren Fall anhand des Öffnens des zweiten Schalters überprüft wer^¬ den, ob der Fehlerfall fortbesteht.

Durch das zweistufige Verfahren wird vorteilhaft der Phasen^¬ strom durch den Motor reduziert. Dabei wird insbesondere die kritische Einschaltspitze begrenzt. Weiterhin kann durch ge^¬ eignete Ansteuerung sichergestellt sein, dass der Verbraucher nur über einen kurzen Zeitraum belastet wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Verfahren zur Ansteuerung des Ansteuersystems vorgestellt, das für einen vor- gegeben Zeitraum oder abhängig von vorgebbaren Schwellwerten im Fehlerfall zunächst den ersten Schalter schließt und an^¬ schließend, z.B. nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraums oder bei Erreichen/Überschreiten eines weiteren vorgebbaren Schwellwerts, den zweiten Schalter schließt. Entsprechend der vorstehenden Ausführungen können der erste Schalter und/oder der zweite Schalter auch wieder geöffnet werden, sei es nach Ablauf einer weiteren Zeitdauer oder bei Unterschreiten des entsprechenden Schwellwertes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen:

Fig.l eine schematische Schaltungsskizze eines Ansteuersys- tems in Verbindung mit einem dreiphasigen permanent erregten Elektromotor;

Fig.2 die um ein Schutzmodul VPM erweiterte Fig.l;

Fig.3 eine beispielhafte Realisierung des Schutzmoduls VPM;

Fig.4 eine beispielhafte alternative Realisierung des Schutzmoduls VPM;

Fig.5 ein Signaldiagramm, das die Phasenströme nach Einlei^¬ ten eines Kurzschlusses zeigt;

Fig.6 ein Signaldiagramm, das die Phasenströme bei verzö^¬ gertem Schalten des Kurzschlusses zeigt.

Zur Veranschaulichung des Zusammenhangs diene nachfolgend beispielhaft Fig.2, die in weiten Teilen Fig.l entstammt. Le^¬ diglich die Messeinheit 46 führt ihr Messsignal einem hinzu- gekommenen Schutzmodul VPM zu. Anhand des Messsignals, ggf. auch anhand von intern in dem Schutzmodul ermittelten Signalen, wird insbesondere ein verlustbehaftetes Bauteil, z.B. ein Widerstand parallel zu einer zu einem Strang des Elektro- motors in dem Schutzmodul vorgesehenen Halbbrücke geschaltet. Dadurch wird ein Kurzschlussstrom, insbesondere für eine vorgegebene Zeitdauer, begrenzt.

Ein Vorteil der schematischen Anordnung gemäß Fig.2 im Vergleich zu der oben beschriebenen Fig.l besteht darin, dass einerseits als Motorsteuerung 34 eine konventionelle Steue^¬ rung ohne besondere Modifikationen einsetzbar ist und andererseits, dass in dem Schutzmodul VPM eine Beeinflussung, insbesondere eine Regelung, des Kurzschlussstroms stattfinden kann .

Fig.3 zeigt eine schematische Schaltung für das Schutzmodul VPM. Ein Messsignal der Messeinheit 46 wird an das Schutzmo- dul VPM, dort an eine Schalteinheit 301, übermittelt. Der

Elektromotor 26 umfasst drei Stränge A, B und C, deren jeder mit einem Mittelabgriff einer Halbbrückenanordnung aus jeweils zwei Dioden verbunden ist. Der Strang A ist mit der Halbbrückenanordnung aus einer Reihenschaltung der beiden Di- öden Dl und D4 verbunden, wobei die Anode der Diode Dl mit der Kathode der Diode D4 und mit dem Strang A verbunden ist. Zwischen der Kathode der Diode Dl und der Anode der Diode D4 liegt die Schalteinheit 301. Die Halbbrückenanordnungen für die Stränge B und C sind entsprechend mit den Dioden D2 und D5 (Strang B) und D3 und D6 (Strang C) verbunden. Die Schalt^¬ einheit 301 weist eine Reihenschaltung aus einem Verbraucher, insbesondere einem Widerstand, und einem (elektronischen) Schalter auf. Dabei kann der Verbraucher durch verschiedene aktive und/oder passive Bauelemente ausgestaltet sein.

Der elektronische Schalter in der Schalteinheit 301 wird vor^¬ zugsweise (aber nicht zwingend) anhand der Messeinheit 46 an^¬ gesteuert falls ein Fehler in der Schaltung vorliegt, d.h. falls z.B. der Umrichter ausfällt. In solch einem Fall wird der Schalter geschlossen und Leistung fließt über den

Verbraucher ab. Insbesondere wird dabei überschüssige Energie in Wärme verwandelt. Dies verhindert, dass ein zu hoher Kurz^¬ schlussstrom - insbesondere während des Einschaltvorgangs - fließt und den Permanentmagneten des Elektromotors dauerhaft schädigt .

Eine weiterführende Ausgestaltung des Schutzmoduls VPM zeigt Fig.4. Die Schalteinheit 301 umfasst eine Parallelschaltung aus einem elektronischen Schalters TH2 mit einer Reihenschal^¬ tung aus einem Widerstand R und einem elektronischen Schalter THl. Vorzugsweise handelt es sich bei den elektronischen Schaltern THl und TH2 um Thyristoren. Oberhalb einer Be- triebstemperatur von ca. 125°C werden vorzugsweise IGBTs anstatt der Thyristoren eingesetzt. Beide Schalter THl und TH2 werden über die Messeinheit 46 angesteuert. Dabei könnte die Messeinheit 46 auch Teil des Schutzmoduls VPM sein; die Aus^¬ wertung der Messsignale und die bspw. zeitgesteuerte Ansteue- rung der elektronischen Schalter kann bspw. innerhalb des logischen Blocks der Messeinheit 46 oder des Schutzmoduls VPM erfolgen .

Im Fehlerfall wird zunächst der Schalter THl eingeschaltet, über den Widerstand fließt ein vorgegebener Strom, der geringer als der Kurzschlussstrom ist. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer oder aber bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts schaltet der Schalter TH2 ein. Somit wird vorteilhaft die Einschaltstromspitze reduziert und eine dauerhafte Schä- digung des Elektromotors 26 verhindert.

Bevorzugt wird der Widerstand R ausreichend klein ausgelegt, so dass der Kondensator 30 (siehe Fig.2) nicht geladen wird; gleichzeitig soll der Widerstand R aber auch nicht zu klein sein, damit der Strom wirksam begrenzt werden kann.

Fig.5 zeigt ein Signaldiagramm, das die Phasenströme nach Einleiten eines Kurzschlusses zeigt. Zum Zeitpunkt 501 wird der Schalter TH2 eingeschaltet, der Kurvenverlauf 502 liegt deutlich über dem dargestellten Grenzwert 503 bzw. 504.

Einen Signalverlauf mit verzögertem Schalten zeigt Fig.6. Zum Zeitpunkt 601 schaltet der Schalter THl (siehe Schaltbild und zugehörige Beschreibung von Fig.4) . Zu einem späteren Zeitpunkt 602 schaltet der Schalter TH2, d.h. das Schutzmodul VPM schließt die Halbbrückenanordnungen kurz. Die vorgegebenen Grenzwerte 603 und 604 werden nur unwesentlich überschritten, d.h. die Phasenströme sind gegenüber dem einfachen Kurzschließen, wie es in Fig.5 gezeigt ist, deutlich reduziert.

Claims

Patentansprüche

1. Ansteuersystem für einen permanent erregten Elektromotor mit mindestens einem Strang, umfassend: - eine erste Halbbrückenanordnung (14, 16, 18) für jeden Strang (20, 22, 24; A, B, C) des Elektromotors (26); einen Zwischenkreis (28), der die Halbbrückenanordnung (14, 16, 18) mit einer Motorversorgungsspannungsquelle (32) verbindet; - eine Motorsteuerung (34) zur Ansteuerung der Halbbrückenanordnung (14, 16, 18), wobei anhand der Motorsteuerung (34) an den jeweiligen der Halbbrückenanordnung (14, 16, 18) zugeordneten Strang (20, 22, 24; A, B, C) des Elektromotors (26) ein Potential vorgegebener Polarität für eine vorgegebene Zeitdauer anlegbar ist; ein Schutzmodul (VPM) , das mit dem mindestens einen Strang (20, 22, 24; A, B, C) des Elektromotors (26) verbunden ist, umfassend eine zweite Halbbrückenanordnung (Dl, D4; D2, D5; D3, D6) für jeden Strang (20, 22, 24; A, B, C) des Elektromotors (26) und eine Reihenschaltung (301) aus einem ersten Schalter (THl) und einem Verbraucher (R) , welche Reihenschaltung parallel zu der zweiten Halbbrückenanordnung (Dl, D4; D2, D5; D3, D6) vorgesehen ist, wobei in einem Fehlerfall der erste Schalter (THl) einschalt^¬ bar ist.

2. Ansteuersystem nach Anspruch 1, bei dem das Schutzmodul (VPM) einen zweiten Schalter (TH2) umfasst, der parallel zu der zweiten Halbbrückenanordnung (Dl, D4; D2, D5; D3, D6) vorgesehen ist.

3. Ansteuersystem nach Anspruch 2, bei dem das Schutzmodul (VPM) im Fehlerfall nach einer vorgebbaren Zeitdauer oder bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes den zweiten Schalter (TH2) schließt.

4. Ansteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Schalter (THl) und/oder der zweite Schalter

(TH2) mindestens eines der folgenden Bauelemente umfasst: einen Halbleiterschalter; - einen Thyristor; einen IGBT; einen Transistor.

5. Ansteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fehlerfall mindestens einen der folgenden Fälle umfasst :

Ein Abfall oder ein Ausfall der Motorversorgungsspannung; Einen Kurzschlussfehler, insbesondere im Bereich des Motors; - Ein Ansteigen einer Spannung an dem Zwischenkreis oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts;

Fehler im Bereich der ersten oder zweiten Halbbrückenanordnung.

6. Ansteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fehlerfall anhand einer Messeinheit (46) ermit^¬ telbar ist, wobei die Messeinheit mit dem Schutzmodul (VPM) verbunden oder als Teil des Schutzmoduls (VPM) ausgeführt ist.

7. Verfahren zur Ansteuerung des Ansteuersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche.