Dokumentenidentifikation |
DE112004003035T5 27.12.2007 |
Titel |
Verfahren zur Feststellung von Zuständen mit Erdschluss bei einer Motorsteuerung |
Anmelder |
Danfoss Drives A/S, Grasten, DK |
Erfinder |
Andersen, Henrik Rosendal, Grasten, DK |
Vertreter |
Patentanwälte Knoblauch und Knoblauch, 60322 Frankfurt |
DE-Aktenzeichen |
112004003035 |
Vertragsstaaten |
AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM |
WO-Anmeldetag |
27.12.2004 |
PCT-Aktenzeichen |
PCT/DK2004/000920 |
WO-Veröffentlichungsnummer |
2006069568 |
WO-Veröffentlichungsdatum |
06.07.2006 |
Date of publication of WO application in German translation |
27.12.2007 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
27.12.2007 |
IPC-Hauptklasse |
H02H 7/122(2006.01)A, F, I, 20041227, B, H, DE
|
IPC-Nebenklasse |
H02H 3/16(2006.01)A, L, I, 20041227, B, H, DE
H02M 1/00(2006.01)A, L, I, 20041227, B, H, DE
H02M 7/5387(2006.01)A, L, I, 20041227, B, H, DE
|
Beschreibung[de] |
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem im laufenden
Betrieb festgestellt werden kann, ob ein Erdschluss vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung
zu schützen, die eine Highside- und eine Lowside-Gleichstromleitung aufweist.
Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich,
zwischen Überströmen vom Differentialtyp und Überströmen vom
Gleichtakttyp zu unterscheiden.
Hintergrund der Erfindung
Motorsteuerungen für Wechselstrommotoren und dergleichen muss
es bekannt sein, ob ein Erdschluss (vom Gleichtaktfehler-Typ; common-mode fault)
während des Betriebs vorliegt. Dieser Fehlertyp sollte von Fehlern vom differentiellen
Typ (differential mode faults), wie beispielsweise Überströmen, die von
einem blockierten Läufer des Motors herrühren, unterschieden werden können.
Der zuständige Fachmann wird die folgende Prioritäts-Reihenfolge
bei übermäßigem Strom in einer Motorsteuerung bestätigen.
- a. Kurzschlussströme im Bereich des Sättigungsniveaus der Schaltelemente
sollten ein dauerhaftes Herunterfahren verursachen, welches unabhängig davon,
ob es sich bei dem Problem mit der niedrigen Impedanz um ein Problem vom Gleichtakttyp
oder vom differentiellen Typ handelt, innerhalb von Mikrosekunden eingeleitet wird.
- b. Überströme, die durch Fehler vom Gleichtakttyp mit einer den Strom
begrenzenden Impedanz in der Erdschleife verursacht werden, sollten über eine
bestimmte Zeitspanne im Bereich von mehreren Millisekunden hinweg auf ein oberes
Niveau begrenzt werden, bevor ein dauerhaftes Herunterfahren eingeleitet wird.
- c. Überströme, die durch belastungsbedingte Fehler vom differentiellen
Typ verursacht werden, sollten für eine bestimmte Zeitspanne im Bereich von
Sekunden auf ein oberes Niveau begrenzt werden, bevor ein dauerhaftes Herunterfahren
eingeleitet wird.
Motorsteuerungen, die einen Erdschluss an einer Ausgangsphase aufweisen,
werden üblicherweise als mit einem Problem vom Typ b behaftet eingestuft, wenn
gleichrichterseitig eine Induktivität zur Begrenzung von Leitungsstromoberwellen
gemäß IEC1000-3-2 oder IEC1000-3-12 vorgesehen ist. Der Unterschied zwischen
den Punkten b und c besteht darin, dass Fehler vom Gleichtakttyp den Gleichrichterteil
mit hoch frequenten Strömen belasten, während dies Fehler vom Differentialtyp
nicht tun. Die Belastung des Gleichrichters kann zu katastrophalen Fehlern führen,
falls deren Zeitdauer den Bereich von Millisekunden überschreitet.
Die von Danfoss Drives A/S seit 1995 produzierten Motorsteuerungen
vom Typ VLT5000 verwenden drei Stromwandler für die Ausgangsphasen. Durch Aufsummierung
der Signale der Stromwandler wird ein Erdschlussfehlersignal erzeugt. Mit diesem
Prinzip ist es daher stets möglich, zwischen Fehlern vom differentiellen Typ
und Fehlern vom Gleichtakttyp zu unterscheiden. Der Nachteil dieser Lösung
betrifft deren Kosten.
Die von Danfoss Drives A/S seit 1998 produzierten Motorsteuerungen
vom Typ VT2800 verwenden einen Nebenschlusskreis (shunt) im lowside-seitigen Gleichstromleitungsbus
(lower DC-link bus), um Ströme vom differentiellen Typ zu detektieren, und
einen aufsummierenden Stromumformersatz vom Gleichtakttyp im Gleichrichterteil,
um Erdströme zu detektieren. Mit diesem Prinzip ist es daher möglich,
zwischen Fehlern vom differentiellen Typ und Fehlern vom Gleichtakttyp zu unterscheiden.
Eine ähnliche Herangehensweise wird in US 5,687,049
vorgeschlagen, wo der aufsummierende Umformersatz in der Inverterstufe der Motorsteuerung
platziert ist. Obwohl diese Lösungen niedrigere Kosten als die VLT5000-Lösung
verursachen, führen beide Lösungen zu einem problematischen Layout der
Leistungssteueranordnung (PCB für Power Control Box), da eine größere
Anzahl an Strommesselementen in der Gleichstromleitung vorgesehen werden muss.
US 5,687,049 schlägt eine Lösung
mit Strommesselementen auf der Highside- und der Lowside-Seite im Invertiererteil
des Gleichstromleitungsbusses vor. Die Aufsummierung der beiden Messwerte (wobei
zumindest einer eine galvanische/funktionale Isolierung aufweisen muss) ergibt ein
Erdschlusssignal, das dem der VLT5000-Lösung ähnelt. Mit dieser Lösung
ist es daher möglich, zwischen dem Typ b und dem Typ c zu unterscheiden. Die
Layout-Auslegung der Leistungssteuerschaltung (PCB) erweist sich in der Praxis jedoch
als nachteilig.
Die Konferenzveröffentlichung "Single Current Sensor Technique
in the DC-link of Three-phase PWM-VS Inverters A Review and the Ultimate Solution"
(Einzelstrommesstechnik in der Gleichstromleitung von dreiphasigen Pulsweitenmodulations-Invertierern,
ein Rückblick und die ultimative Lösung) der IAS '96 Konferenz und
US 5,687,049 beschreiben eine Lösung
mit einem Stromwandler, bei dem sowohl der positive, als auch der negative Gleichstromleitungsbus
mit einer ungeraden Anzahl an Windungen durch den Wandler hindurch geführt
wird. Dies verringert die Anzahl der Strommesselemente auf eins und wird als die
"ultimative Lösung" zum Schutz einer Motorsteuerung bezeichnet (welche zwischen
dem Typ b und dem Typ c unterscheidet). Der Fachmann auf diesem Gebiet wird jedoch
bestätigen, dass diese Art von mehrfachen Windungen in einem Stromwandler eine
optimale Kopplung beeinträchtigen kann und zu einer übermäßigen
Streuinduktivität auf der Invertiererseite der Gleichstromverbindung führen
kann. Darüber hinaus ist das Layout der Leistungssteuerschaltung (PCB) problematisch.
Weiterhin wird das Design und der automatische Zusammenbau bei modernen Stromwandlern
mit geringer Größe schwierig, wenn mehrere Wicklungen mit unterschiedlichen
Spannungspotentialen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird daher vorzugsweise gemeinsam mit den
folgenden Hardwarekombinationen verwendet, welche für moderne, kostengünstige
und robuste Motorsteuerungen als am geeignetsten angesehen werden.
- 1. Motorsteuerung mit einer Inverterstufe, welche eine Nebenschlussleitung (shunt)
in Serie mit jedem der Lowside-Schaltelemente sowie einen Entsättigungsschutz
der Highside-Schaltelemente verwendet.
- 2. Motorsteuerung mit einer Nebenschlussleitung im Lowside-Gleichstromleitungsbus
und Entsättigungsschutz der Highside-Schaltelemente.
- 3. Motorsteuerung mit einem Stromwandler im Highside- oder Lowside-Gleichstromleitungsbus
und einem Entsättigungsschutz für die Highside- oder Lowside-Schaltelemente.
Bei den Punkten 1 und 2 wird angenommen, dass die Steuerschaltungsanordnung
der Motorsteuerung sich auf den Lowside-Gleichstromleitungsbus bezieht. Bei Punkt
3 wird angenommen, dass die Steuerungsschaltungsanordnung (galvanisch) von der Leistungsstufe
isoliert ist. Die Strommesselemente geben ein Rückkopplungssignal an die Steuerschaltungsanordnung
der Motorsteuerung ab. Der Entsättigungsschutz wird verwendet, um die Schaltelemente
auf der Seite zu schützen, welche der Seite gegenüber liegt, an der das
Strommesselement/die Strommesselemente platziert ist/sind. Der Entsättigungsschutz
kann oder kann nicht eine galvanisch funktional isolierte Rückkopplung zur
Steuerschaltungsanordnung umfassen, so wie dies in US
5,687,049 beschrieben ist.
Ein Entsättigungsschutz ohne Rückkopplung ist in
US 5,687,049 patentiert, was bedeutet, dass
die Schaltelemente mit Entsättigungsschutz von Zyklus zu Zyklus auf eine sich
selbst schützende Weise betrieben werden, bis die zentrale Steuerschaltungsanordnung
die Inverterstufe in Folge eines von den Strommesselementen kommenden Fehlersignals
herunterfährt. Entsättigungsschutz mit Rückkopplungssignal ist wohlbekannt
und wird von vielen Gate-Ansteuerungsherstellern zumindest seit den frühen
1990er Jahren angeboten. Ein Beispiel stellt der IXYS Ansteuerungschipsatz IXPD4410
und IXPD4411 dar.
Die bevorzugten Hardwarekonfigurationen können nicht zwischen
einem Fehlerzustand vom Gleichtakttyp und einem Fehlerzustand vom differentiellen
Typ unterscheiden, wie dies bei den anderen Lösungen der Fall ist. Ein intelligentes
Abtasten des Strommesselements/der Strommesselemente der Gleichstromleitung ist
erforderlich. Die oben erwähnte IAS '96-Veröffentlichung lehrt, dass der
Erdschlussstrom während der Null-Spannungs-Vektoren 000 oder 111 abgetastet
werden kann. Das im Rahmen von IAS '96 vorgeschlagene Verfahren bietet jedoch nicht
die Möglichkeit, dass die Phase, die den Erdschluss aufweist, identifiziert
werden kann.
Daher ist die Information im Verlauf einer Schaltperiode verfügbar,
solange ein Null-Spannungs-Vektor zur Verfügung steht. EP
0 490 388 offenbart ein Prinzip zum Empfangen eines Überstromfehlersignals,
bei dem ein erster Arbeitsschritt darin besteht, aus der Pulsweitenmodulationssequenz
ein Signal zu generieren, um festzustellen, ob der Fehler im Verlauf eines Null-Spannungs-Vektors
oder eines aktiven Vektors aufgetreten ist. Dieses wird bei dem obigen Typ b und
dem obigen Typ c unterschiedlich sein. Das Patent betrachtet jedoch nicht das Problem,
dass ein Null-Spannungs-Vektor nicht in grundsätzlich allen Betriebspunkten
vorhanden sein muss.
Ein Industriestandard zur Erzeugung von Pulsweitenmodulation ist die
Raum-Vektor-Modulation (space vector modulation), die in der Konferenzveröffentlichung
"Stator Flux Oriented Asynchronous Vector Modulation for AC-Drives" ("Statorflussorientierte
asynchrone Vektormodulation für Wechselstromantriebe"; im Folgenden als SFAVM
bezeichnet) der PESC '90 Konferenz gemeinsam mit allen Varianten der SFAVM, die
durch Variation der Null-Spannungs-Vektorverteilung erzeugt wird, beschrieben ist.
Das Ziel dieser Pulsweitenmodulationsstrategien ist es, eine optimierte Motorleistung
in Bezug auf Drehmoment und Stromwelligkeit, Verluste, akustischen Lärm und
das Spannungsübertragungs-Verhältnis zwischen Eingang und Ausgang zu erzielen.
Es ist weithin bekannt, dass SFAVM die Null-Spannungs-Vektoren bei jeder Schaltperiode
bei niedrigen Ausgangsspannungen verwendet. Bei hohen Ausgangsspannungen ist jedoch
die Verwendung von Null-Spannungs-Vektoren minimiert. Bei manchen Schaltzyklen können
die Null-Spannungs-Vektoren nicht verwendet werden, insbesondere im Übermodulationsbereich
(over-modulation range). Und in einigen Zyklen können die Null-Spannungs-Vektoren
nur für eine kurze Zeit verwendet werden, was bedeutet, dass eine genaue Messung
eines Erdschlussstroms während eines Null-Spannungs-Vektors praktisch unmöglich
wird. Das Problem verschlimmert sich, wenn die Schaltfrequenz erhöht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die benötigten
Null-Spannungs-Vektoren auf eine regelmäßige Weise im laufenden Betrieb
("on-the-fly"), zu erzeugen, auch wenn das normale, optimierte Pulsweitenmodulationsmuster
(SFAVM usw.) der Motorsteuerung dies nicht fordert. Die Aufgabe besteht darin, dies
zu implementieren, während sichergestellt wird, dass ein nur minimaler Einfluss
auf die normale Pulsweitenmodulation mit hoher Güte erfolgt.
- 1. Ein erstes Prinzip besteht darin, dass man, sofern dies nicht vom normalen
Pulsweitenmodulationsmuster verlangt wird, den erforderlichen Null-Spannungs-Testvektor
über eine ausreichend lange Zeitspanne hinweg erzeugt, um den Erdschlussstrom
genau zu messen, wobei dies mit einer Rate erfolgt, die niedriger als die Schaltfrequenz
ist. Dies verringert unerwünschte Effekte hinsichtlich der Motorleistung.
- 2. Das nächste Prinzip besteht darin, dass jeder Fehler, der aufgrund der
zusätzlichen Null-Spannungs-Vektoren während jeder Phase des Arbeitszyklus
gemacht wird, zu einem späteren Zeitpunkt korrigiert wird, um ein Ungleichgewicht
in dem Multiphasen-Pulsweitenmodulationssystem auszugleichen.
- 3. Vorzugsweise werden die Punkte 1 und 2 synchron zur zugrunde liegenden Motorenfrequenz
durchgeführt, so dass eine Halbwellensymmetrie und eine Viertelwellensymmetrie
in Relation zu den Arbeitszyklenphasenkurven über die zugrunde liegende Periode
hinweg erzielt wird.
- 4. Typischerweise sind die Punkte 1, 2 und 3 bei hohen Ausgangsspannungen erforderlich.
Bei niedrigen Spannungen ist stets ein ausreichender Null-Spannungs-Vektor in jedem
Schaltzyklus vorhanden.
- 5. Um die Tatsache auszugleichen, dass der Null-Spannungs-Vektor und der Erdschlussfehlertest
lediglich bei einem Teil der Schaltzyklen durchgeführt wird, wird als Rückfallprinzip
verwendet, dass der Null-Spannungs-Testvektor stets kurz vor dem Moment erzeugt
wird, zu dem eine normale Pulsweitenmodulation wieder aufgenommen wird, nachdem
ein Fehlersignal empfangen wurde, welches angewiesen hatte, dass die Inverterschaltelemente
ausgeschaltet werden sollen, bis das Fehlersignal verschwindet. Das Fehlersignal
kann beispielsweise durch einen Überstromzustand usw. verursacht werden. Um
im Fehlerfalle für die Motorsteuerung die Möglichkeit eines Weiterarbeitens
zur Verfügung zu stellen (fault ride-through capability), wird folglich in
einer Ausschalt-/Einschaltpulsweitenmodulationssequenz der Testvektor regelmäßig
verwendet, was die erwünschte Unterscheidung zwischen den Punkten b und c ergibt.
Die Philosophie besteht darin, dass während dieser Art von weiterarbeitender
Ausschalt-/Einschaltsequenz die normale Pulsweitenmodulationsgüte ohnehin verdorben
ist. Daher kann der Testvektor häufiger als bei Punkt 1 angewendet werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf den Industriestandard
SFAVM. Ein beliebiges anderweitiges Pulsweitenmodulationsschema, welches entweder
auf vorab berechneten, optimierten Mustern oder auf unterschiedlichen stromgesteuerten
Pulsweitenmodulationsschemata usw. beruht, kann ebenfalls in Kombination mit der
Erfindung genutzt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft
diese ein Verfahren, um im laufenden Betrieb festzustellen, ob ein Erdschlussfehler
vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen, welche auf einer Highside-Seite
und auf einer Lowside-Seite eine Gleichstromleitung aufweist, und die auf der Highside-Seite
und auf der Lowside-Seite Schaltelemente aufweist, wobei die auf der Highside-Seite
und die auf der Lowside-Seite befindlichen Schaltelemente im Betrieb jeweils mit
den auf der Highside-Seite und den auf der Lowside-Seite befindlichen Gleichstromleitungsbussen
verbunden sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- – Erzeugung eines Fehlersignals, wobei dieses Fehlersignal einen anormalen
Betriebszustand der Motorsteuerung anzeigt,
- – Erzeugung zumindest eines Testvektors als Antwort auf das Fehlersignal,
indem zumindest eines der Schaltelemente angeschaltet wird und
- – während zumindest eines der Schaltelemente angeschaltet ist, Messung
der Größe des Stroms, der in der Gleichstromleitung fließt, die im
Betrieb mit dem leitenden Schaltelement/den leitenden Schaltelementen verbunden
ist, um einen Erdschluss zu detektieren.
Unter "laufend" (on-the-fly) ist zu verstehen, dass die Verfahrensschritte
innerhalb eines Zeitbereiches vollständig durchgeführt werden, der der
elektrischen Zeitkonstante des Wechselstrommotors ähnlich ist, um es möglich
zu machen, eine vollständige Stabilität/Steuerung des Gleichstrommotors
wieder zu erlangen. Die Verfahrensschritte sollten zumindest innerhalb eines Teils
der Periode der Grundfrequenz der Ausgangsspannung der Motorsteuerung vollständig
durchgeführt werden. Die Anzahl der Schaltelemente in der Motorsteuerung kann
im Prinzip beliebig gewählt werden. Die Anzahl der Schaltelemente kann daher
2, 4, 6, 8, 10 oder sogar höher sein.
Das Verfahren kann weiterhin einen Schritt aufweisen, bei dem zunächst
alle Schaltelemente ausgeschaltet werden, bevor das zumindest eine Schaltelement
angeschaltet wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung werden Testvektoren angewendet, indem die Schaltelemente, die im Betrieb
mit der auf der Highside-Seite befindlichen Gleichstromleitung verbunden sind, in
sequentieller Weise eingeschaltet werden. Im Falle einer Motorsteuerung, die sechs
Schaltelemente aufweist, können die Testvektoren durch sequentielles Einschalten
dreier Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Highside-Seite befindlichen
Gleichstromleitung verbunden sind, angewendet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
werden Testvektoren dadurch angewendet, dass die Schaltelemente, die im Betrieb
mit den auf der Lowside-Seite befindlichen Gleichstromverbindungen verbunden sind,
in sequentieller Weise angeschaltet werden. Im Falle einer Motorsteuerung mit sechs
Schaltelementen können wiederum Testvektoren dadurch angewendet werden, dass
drei Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Lowside-Seite befindlichen Gleichstromleitung
verbunden sind, in sequentieller Weise angeschaltet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird ein Testvektor dadurch angewendet, dass die Schaltelemente, die im Betrieb
mit der auf der Highside-Seite befindlichen Gleichstromleitung verbunden sind, zu
einer im Wesentlichen gleichen Zeit angeschaltet werden. Im Falle von sechs Schaltelementen
in der Motorsteuerung wird ein Testvektor angewendet, indem drei Schaltelemente,
die im Betrieb mit der auf der Highside-Seite befindlichen Gleichstromleitung verbunden
sind, zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt eingeschaltet werden.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird ein Testvektor dadurch angewendet, dass die Schaltelemente, die im Betrieb
mit der auf der Lowside-Seite befindlichen Gleichstromleitung verbunden sind, zu
einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt angeschaltet werden. Im Falle einer Motorsteuerung
mit sechs Schaltelementen wird ein Testvektor dadurch angewendet, dass drei Schaltelemente,
die im Betrieb mit dem auf der Lowside-Seite befindlichen Gleichstromleitungsbus
verbunden sind, zu einem im Wesentlichen gleichartigen Zeitpunkt eingeschaltet werden.
Der gleiche Testvektor kann zu mehreren Zeitpunkten angewendet werden.
Während der Anwendung dieses Testvektors wird die Größe des Stroms,
der in der Gleichstromleitung fließt, die im Betrieb mit dem wiederholt leitenden
Schaltelement/den wiederholt leitenden Schaltelementen verbunden ist/sind, dementsprechend
häufig gemessen. Durch eine derartige wiederholte Anwendung des Testvektors
können die Messungen überprüft werden, bevor eine Entscheidung, wie
beispielsweise die Entscheidung zum dauerhaften Herunterfahren, getroffen und ausgeführt
wird.
Das erzeugte Fehlersignal kann durch Strommessmittel zur Verfügung
gestellt werden, die den Strom in einem der Gleichstromleitungsbusse der Motorsteuerung
messen. Die Strommessmittel können beispielsweise Informationen in Bezug auf
die Größe des Stroms zur Verfügung stellen, der in der Gleichstromleitung
fließt, die im Betrieb mit dem leitenden Schaltelement/den leitenden Schaltelementen
verbunden ist/sind.
Alle Schritte, die sich auf das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente,
auf die Verarbeitung des Fehlersignals und auf die Messung der Größe des
Stroms in einer Gleichstromleitung der Motorensteuerung beziehen, können von
einer Motorsteuereinheit, wie beispielsweise einem DSP (für digital signal
processor; Digitaler Signalprozessor) gesteuert werden.
Das Fehlersignal kann ein Anzeichen für Kurzschlussströme
oder Überströme in einem der Gleichstromleitungsbusse der Motorsteuerung
sein. Das Fehlersignal kann ebenso ein Anzeichen für eine Überspannung
über zumindest eines der Schaltelemente der Motorsteuerung hinweg sein. Eine
derartige Überspannung kann durch einen Entsättigungsschutzschaltkreis
detektiert werden. Allgemein gesprochen kann es sich bei dem Fehlersignal um ein
Anzeichen für einen im Wesentlichen beliebigen anormalen Betriebszustand der
Motorsteuerung handeln, wie beispielsweise um eine anormale Temperatur, anormale
Spannungen und anormale Ströme.
Das Verfahren gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann weiterhin einen Schritt umfassen, bei dem die Motorsteuerung dauerhaft
ausgeschaltet wird, falls ein Erdschluss erkannt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf
ein Verfahren zur während des laufenden Betriebs erfolgenden Feststellung,
ob ein Erdschluss vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen, die
eine auf einer Highside-Seite und eine auf einer Lowside-Seite befindliche Gleichstromleitung
aufweist und auf einer Highside-Seite und auf einer Lowside-Seite befindliche Schaltelemente
aufweist, wobei die auf der Highside-Seite und die auf der Lowside-Seite befindlichen
Schaltelemente im Betrieb mit den jeweiligen auf der Highside-Seite und den auf
der Lowside-Seite befindlichen Gleichstromleitungsbussen verbunden sind, wobei die
Motorsteuerung weiterhin eine Motorsteuereinheit aufweist, die durch Erzeugung eines
Pulsweitenmodulationssignals für jedes der Schaltelemente steuert, wann die
Schaltelemente an- und ausgeschaltet werden sollen, wobei das Verfahren folgende
Schritte aufweist:
- – Modifizierung des erzeugten Pulsweitenmodulationssignals durch Vergrößerung
des Arbeitszyklus zumindest eines der Pulsweitenmodulationssignale, das an die auf
der Lowside-Seite befindlichen Schaltelemente ausgegeben wird, wobei der vergrößerte
Arbeitszyklus eine Zeitperiode aufweist, die einen Teil der Schaltperiode der auf
der Lowside-Seite befindlichen Schaltelemente aufweist,
- – Erzeugung und dadurch Anwendung von 000-Testvektoren und
- – Messung der Größe eines in der auf der Lowside-Seite befindlichen
Gleichstromleitung fließenden Stroms, während die Schaltelemente auf der
Lowside-Seite eingeschaltet sind, um einen Erdschluss zu detektieren,
wobei der 000-Testvektor mit einer Rate erzeugt und angewendet wird, die niedriger
ist als die Schaltfrequenz der auf der Lowside-Seite befindlichen Schaltelemente.
Unter der Bezeichnung 000-Testvektor wird verstanden, dass die drei
Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Lowside-Seite liegenden Gleichstromleitung
verbunden sind, eingeschaltet sind. Das Verhältnis zwischen der Rate, mit der
der Testvektor erzeugt und angewendet wird, und der Schaltfrequenz der auf der Lowside-Seite
liegenden Schaltelemente ist typischerweise im Bereich von 0,05 bis 0,5.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann weiterhin einen Schritt umfassen, bei dem das erzeugte Pulsweitenmodulationssignal
durch Verkleinerung des Arbeitszyklusses des Pulsweitenmodulationssignals, das auf
die auf der Lowside-Seite liegenden Schaltelemente angewandt wird, modifiziert wird,
um den vorangegangenen vergrößerten Arbeitszyklus auszugleichen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht
sich diese auf ein Verfahren zur im laufenden Betrieb erfolgenden Bestimmung, ob
ein Erdschluss vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen, die auf
einer Highside-Seite und auf einer Lowside-Seite Gleichstromleitungen aufweist,
und auf einer Highside-Seite und auf einer Lowside-Seite liegende Schaltelemente
aufweist, wobei die auf der Highside-Seite und die auf der Lowside-Seite liegenden
Schaltelemente im Betrieb jeweils mit den auf der Highside-Seite und den auf der
Lowside-Seite liegenden Gleichstromleitungsbussen verbunden sind, wobei die Motorsteuerung
weiterhin eine Motorsteuereinheit aufweist, um durch Erzeugung eines Pulsweitenmodulationssignals
für jedes der Schaltelemente zu steuern, wann die Schaltelemente an- und auszuschalten
sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- – Modifizierung des erzeugten PWM-Signals durch Vergrößerung
des Arbeitszyklus zumindest eines PWM-Signals, das auf die auf der Highside-Seite
liegenden Schaltelemente angewendet wird, wobei die Vergrößerung des Arbeitszyklusses
eine Zeitperiode aufweist, die einen Teil der Schaltperiode der auf der Highside-Seite
liegenden Schaltelemente aufweist,
- – Erzeugung und dadurch Anwendung eines 111-Testvektors und
- – Messung der Größe des in der auf der Highside-Seite liegenden
Gleichstromleitung fließenden Stroms, während das auf der Highside-Seite
liegende Schaltelement angeschaltet ist, um einen Erdschluss zu detektieren,
wobei der 111-Testvektor mit einer Rate erzeugt und angewendet wird, welche niedriger
ist als die Schaltfrequenz der auf der Highside-Seite liegenden Schaltelemente.
Unter der Bezeichnung 111-Testvektor wird verstanden, dass die drei
Schaltelemente, welche im Betrieb mit der auf der Highside-Seite liegenden Gleichstromleitung
verbunden sind, eingeschaltet sind. Das Verhältnis zwischen der Rate, mit der
der Testvektor erzeugt und angewendet wird und der Schaltfrequenz der auf der Lowside-Seite
liegenden Schaltelemente liegt erneut typischerweise im Bereich von 0,05 bis 0,5.
Das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt kann weiterhin einen
Schritt umfassen, bei dem das erzeugte PWM-Signal durch Verkleinerung des Arbeitszyklus
des PWM-Signals, das auf die auf der Highside-Seite liegenden Schaltelemente angewandt
wird, modifiziert wird, um dadurch die vorherigen vergrößerten Arbeitszyklen
zu kompensieren.
Das Verfahren gemäß dem zweiten und dritten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann synchron zu einer von der Motorsteuerung stammenden Basis-Ausgangsspannung
erfolgen.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft
diese ein Verfahren zur im laufenden Betrieb erfolgenden Bestimmung, ob ein Erdschluss
vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen, wobei das Verfahren den
Schritt/die Schritte der wiederholten Anwendung des Verfahrens gemäß dem
zweiten und dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst.
Falls durch Anwendung eines Verfahrens gemäß dem zweiten,
dritten und vierten Aspekt ein Erdschluss detektiert wird, kann das Verfahren gemäß
dem ersten Aspekt angewendet werden.
Gemäß einem fünften und letzten Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft diese eine Motorsteuerung, die Mittel zur Einrichtung der Motorsteuerung
umfasst, so dass durch diese ein beliebiger des ersten, zweiten, dritten und vierten
Aspekts der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr mit weiteren Details unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei
1 eine der möglichen Hardwarekonfigurationen,
die für die Erfindung geeignet sind, zeigt;
2 die acht Spannungsvektoren bei einer dreiphasigen
Motorsteuerung zeigt;
3 den PWM-Zyklus eines SFAVM bei niedrigen und hohen
Ausgangsspannungen zusammen mit den Null-Spannungs-Vektoren und den aktiven Spannungsvektoren
zeigt;
4 eine mögliche Implementierung eines Phasenarbeitszyklus
zeigt, bei dem Punkt 3 angewendet wird, wobei alle Kurven durch einen Versatz von
1 justiert und durch eine Division durch 2 korrigiert werden sollten, um den tatsächlichen
Arbeitszyklus zu beschreiben und;
5 eine weiterarbeitende Ausschalt-/Einschalt-PWM-Sequenz
zeigt, bei der Punkt 5 angewendet ist, wobei von der Konfiguration in
1 ausgegangen wird.
Obgleich die Erfindung für unterschiedliche Modifikationen und
alternative Ausführungsformen empfänglich ist, wurden in den Zeichnungen
exemplarisch spezielle Ausführungsbeispiele gezeigt, welche im Folgenden im
Detail beschrieben werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass es nicht beabsichtigt
ist, die Erfindung durch die offenbarten speziellen Ausführungsformen zu beschränken.
Vielmehr soll die Erfindung sämtliche Modifikationen Äquivalente und Alternativen
mit umfassen, die unter die Grundidee und den Bereich der Erfindung fallen, wie
er in den angefügten Ansprüchen definiert ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine Motorsteuerung, die gemäß der
Konfiguration 3 gestaltet ist, d.h. die einen Stromumwandler in der auf der Highside-Seite
liegenden Gleichstromleitung sowie einen Entsättigungsschutzschaltkreis, der
beim Gate-Treiber der auf der Lowside-Seite liegenden Schalter des Inverters angeordnet
ist, aufweisen. Ein Bremsschaltkreis, der zwei Dioden und einen Schalter mit einem
Entsättigungsschutzschaltkreis aufweist, ist über den Entsättigungsschutz
mit einem Oder-Gatter (nicht dargestellter Bremswiderstand) verbunden. Das Oder-Gatter
schaltet auf "hoch", falls einer der Entsättigungsschutzschaltkreise einen
Sättigungszustand über einen Schalter hinweg signalisiert.
Gemäß konventioneller Bauart umfasst die Motorsteuerung
weiterhin einen Dreiphasengleichrichter und Spulen, die in die auf der Highside-Seite
und die auf der Lowside-Seite befindlichen Gleichstromleitungsbusse eingeschleift
sind. Die Spulen arbeiten als Drosseln, um die Hauptrückkopplung zu verringern.
Ein optionales Hochfrequenzinterferenzfilter (Radio-Frequency Interference, RFI)
ist am Eingang zum Gleichrichter angeordnet.
Die Steuereinheit der Motorsteuerung umfasst einen digitalen Signalprozessor
(Digital signal processor, DSP), welcher die Gesamtmotorsteuerung durchführt
und die PWM-Steuersignale erzeugt, welche zu einem galvanischen Isolator geführt
werden, der aus sieben Optokopplern besteht, nämlich einem Optokoppler für
jeden Inverterschalter und einen für jeden Bremsschalter. Dementsprechend sind
die Signale, die von den Entsättigungsschutzkreisen stammen, mittels eines
Optokopplers galvanisch isoliert und werden dem Entsättigungssteuerschaltkreis,
der mit dem DSP verbunden ist, zugeführt. Ein Stromregelschaltkreis ist mit
dem Stromwandler und dem DSP verbunden. Die Steuereinheit ist elektrisch auf Erde
bezogen. Im Betrieb sind die Inverterschalter pulsweitenmoduliert und elektrisch
mit dem Dreiphasenwechselstrommotor verbunden.
Falls zwischen einem der drei Motorphasen und der Erde zufälligerweise
ein Kurzschluss auftritt (1 zeigt einen solchen Fehler
am Ausgang zwischen Schalter Q3 und Q4), so ist ein Problem gemäß Punkt
b aufgetaucht, d.h. es liegt ein Erdschlussfehler mit einer den Strom begrenzenden
Impedanz in der Erdschlussschleife vor. Die Spulen in der Gleichstromleitung arbeiten
als eine den Strom begrenzende Impedanz, bis eine Sättigung auftritt. Aufgrund
der reduzierten Stromstärke des Stroms, liegt die akzeptable Reaktionszeit
im Bereich von Millisekunden und nicht im Bereich von Mikrosekunden. Der Fehlerzustand
kann aufgrund von sich wiederholenden Spitzen auf der pulsierenden Gleichspannung
gegenüber dem Gleichrichter phasenversetzt sein.
Gemäß 5 tritt der Erdkurzschluss
während eines Spannungsvektors 110 auf, d.h. die Highside-Schalter Q1 und Q3
sind eingeschaltet und Schalter Q5 ist ausgeschaltet. Dementsprechend sind Q2 und
Q4 ausgeschaltet und Q6 eingeschaltet. 2 zeigt den
konventionellen Vektorkreis, der ebenfalls in Zusammenhang mit SFAVM genutzt wird.
Vektoren 000 oder 111 führen zu einem stromfreien Zustand vom Differentialtyp
in der Gleichstromleitung, d.h. die Motorströme fließen lediglich in der
Inverterbrücke. Der Stromanstieg aufgrund der Erdverbindung
wird vom Stromwandler gemessen und vom Stromsteuerschaltkreis detektiert, der dies
dem DSP signalisiert. Der DSP bestätigt, dass sich die Motorsteuerung in einem
Fehlerzustand befindet und führt basierend auf der Stromstärke des Fehlerstroms
eine von zwei Möglichkeiten durch:
- 1. Falls die Amplitude des Fehlerstroms relativ niedrig ist, wird ein normaler
Betrieb aufrecht erhalten, wobei der Normalbetrieb die Schritte in 4
umfasst.
- 2. Falls die Amplitude hoch ist, stoppt die Steuerung die Pulsweitenmodulation
der Schalter. In diesem Fall wird der Betrieb beendet und der Motor dreht sich eine
kurze Zeit antriebslos weiter. Diese Auslaufzeit kann annähernd beliebig gewählt
werden, aber eine Zeitspanne, die einer oder mehrerer Schaltperioden entspricht,
ist in der Praxis eine gute Wahl.
Bevor der Betrieb mit PWM-Steuersignalen an den Inverterschaltern
wieder aufgenommen wird, wird ein Schritt durchgeführt, bei dem der Fehlerdetektionsvektor
angewendet wird. Die DSP legt den 111-Vektor an (da der Stromwandler auf der Highside-Seite
liegt; umgedreht, falls er auf der Lowside-Seite liegt) und erwartet ein Null-Spannungs-Signal
vom Stromwandler. Aufgrund des Erdschlussfehlers wird jedoch ein Strom fließen
und die DSP wird den Betrieb des Motors stoppen, da als Fehlertyp ein Erdschlussfehler
erkannt wurde.
Ganz allgemein kann es sich bei dem Fehlersignal um andere Signale
als Stromstärkesignale handeln. Es kann sich ebenfalls um Überspannungs-
oder Unterspannungssignale der Gleichstromleitung (Gleichspannungssensor, nicht
in der Fig. dargestellt) handeln. Falls das Fehlersignal statt vom Stromwandler
vom Entsättigungsschutzschaltkreis von Q4 gekommen ist, würde der Entsättigungssteuerschaltkreis
dies dem DSP signalisieren, welcher auf die gleiche Weise wie soeben beschrieben
handeln würde.
Daher kann die in 1 gezeigte Motorsteuerung
den Betrieb aufgrund von einem der beiden Fehlersignale beenden. Wenn die Lowside-seitigen
Entsättigungsschaltkreise getriggert werden, kann ein Erdschlusstest auch durch
einfaches Anwenden des entgegengesetzten Null-Spannungs-Vektors 000 durchgeführt
werden. Dies ermöglicht einen Erdschlusstest, der unabhängig von einer
Strommessung ist.
Im Folgenden wird das Timing und die Erzeugung des Testvektors im
Detail beschrieben. 3a und b zeigen konventionelle SFAVM-Schaltperioden,
die vier unterschiedliche Schaltzustände umfassen: Zwei Null-Vektoren (000,
111) und zwei aktive Vektoren (100, 110). Die Vektoren sind symmetrisch um die zentrale
180°-Achse der Schaltperiode herum angeordnet. 3a zeigt die
Situation, bei der die Ausgangsspannung der Motorsteuerung hoch ist. Die Phase U
ist über annähernd die gesamte Periode hinweg eingeschaltet, während
die Phase W lediglich für eine kurze Zeitspanne eingeschaltet ist. Als Teil
des konventionellen Modulationsschemas werden Null-Vektoren in der Mitte (111) und
am Anfang und Ende der Periode (000) angewendet. Das Gleiche trifft für die
Situation in 3b zu, wo die Ausgangsspannung des Motors niedriger
ist.
In 5 wird das SFAVM-Muster mit hoher
Spannung von 3a wiederholt. Während des fünften Vektors
110, erreicht das oben beschriebene Überstromsignal (oder eine beliebige alternative
Verletzung) den DSP, der den Betrieb stoppt. Über eine Zeitdauer hinweg, die
ein wenig länger als eine Schaltperiode dauert, findet kein Schaltvorgang statt,
um – möglicherweise – die Ursache des Fehlers zu beseitigen.
Bei dem Fehler könnte es sich um Feuchtigkeit handeln, die während dieser
Pause verdampft. Ebenso könnte ein Abkühlen des Schalters selbst das Problem
beheben. Kurz bevor der Betrieb erneut aufgenommen wird, wird ein Vektor 111 angewendet.
Dieser Test-Null-Vektor unterscheidet sich vom Null-Vektor, der am Anfang des SFAVM-Schemas
von 3a angewendet wird, da dem Test-Null-Vektor eine Strommessung
nachgeschaltet ist, um die Art des Fehlers zu identifizieren. Weiterhin kann die
Pulslänge unterschiedlich lang sein. Die Dauer des angewendeten Testvektors
ist größer als ein Minimalwert, um sicherzustellen, dass der Erdschlussfehler
in jedem Betriebspunkt des Motors detektiert werden kann. Typischerweise hat er
eine Länge, die einem Teil einer Schaltperiode entspricht. Die Zeitdauer kann
zwischen 5 und 50 Mikrosekunden betragen, wie beispielsweise zwischen 15 Mikrosekunden
und 45 Mikrosekunden, wie beispielsweise zwischen 20 Mikrosekunden und 40 Mikrosekunden
und wie beispielsweise zwischen 25 Mikrosekunden und 35 Mikrosekunden betragen.
Nachdem der Testvektor angewendet wurde, wird der Strom gemessen und, falls ein
Erdschlussfehler detektiert wird, wird der Inverterbetrieb erneut unterbrochen,
bevor ein neuer Test angewendet wird. Alternativ wird der Antrieb permanent in Gang
gesetzt. Die Anzahl an Iterationen, die durchgeführt wird, bevor das Testergebnis
als Erdschlussfehler akzeptiert wird, kann je nach Wunsch gewählt werden.
Falls kein Erdschlussfehler detektiert wird, kann der normale Betrieb
fortgesetzt werden, so dass auf diese Weise die Fähigkeit zum Weiterbetrieb
zur Verfügung gestellt ist.
Der in 5 gezeigte Testvektor ist vor
der normalen Pulsweitenmodulation angeordnet dargestellt. Alternativ kann der Testvektor
ebenso innerhalb der ersten Pulsweitenmodulationsperiode nach der Wiederinbetriebnahme
angeordnet werden, beispielsweise durch einfache Arbeitszyklusverkleinerung,
die ähnlich zu 4 durchgeführt wird. Dabei
handelt es sich lediglich um die Frage nach einer einfachen Implementierung. Der
wichtige Punkt ist, dass der Erdschlussstrom gemessen wird, bevor ein aktiver Vektor
angewendet wird, der Ströme vom differentiellen Typ in der Gleichstromleitung
verursacht, wodurch der Antrieb erneut antriebslos weiterlaufen könnte, bevor
ein Erdfehlertest durchgeführt werden kann.
4 zeigt in diagrammartiger Form die Arbeitszykluskurven
für die auf der Highside-Seite liegenden Schalter für jede der drei Phasen
U, V und W. Die y-Achse geht von –1 bis 1. Die tatsächlichen Arbeitszyklen,
die in bekannter Weise über die Beziehung ton/(ton +
toff) berechnet werden, können aus den in 4
dargestellten Kurven durch Addition von 1 und Division durch 2 erzielt werden. Die
x-Achse stellt die Zeit in Sekunden dar. Die Phasensequenz in 4
sind die Phasen U, V und W.
Zu einem Zeitpunkt von ungefähr 0,185 s, wird der Testvektor
durch Modifikation der Phase W angewendet, was grafisch durch ein Dreieck am unteren
Rand der Fig. dargestellt ist. 120° später wird der nächste Test-Vektor
durch Modifikation der Phase U angewendet, was durch den Kreis am unteren Rand der
Fig. dargestellt ist. Und weitere 120° später wird ein dritter Testvektor
durch Modifikation der Phase V angewendet, was durch das Quadrat dargestellt ist.
Die Anwendung des Testvektors verursacht einen Fehler in der geplanten Schaltperiode.
Dieses Problem ist während eines Bedarfs an hoher Spannung evident und führt
typischerweise zu einer verringerten Ausgangsspannung.
Um Platz für den nächsten Testvektor zu schaffen, muss der
geplante Arbeitszyklus modifiziert werden, d.h. er muss vergrößert werden.
Dies ist in 4 gezeigt, wo der Arbeitszyklus der Phase
W während der Anwendung des Testvektors ungefähr bei 0,185 s vergrößert
wird. Der Arbeitszyklus wird beispielsweise von 0,06 auf 0,12 s vergrößert.
Um dies zu kompensieren, wird jedoch der Arbeitszyklus 180° später (ungefähr
bei 0,195 s) von 0,94 auf 0,88 verkleinert. Der Testvektor wird somit zu Zeitpunkten
angewendet, wo der Arbeitszyklus niedrig (low) ist, und eine Korrektur wird durchgeführt,
wenn der Arbeitszyklus hoch (high) ist.
Vorzugsweise wird der der Strommessung dienende Erdschlussfehlertestvektor,
der die Korrektur mit einschließt, mit einer Viertelwellen- und Halbwellensymmetrie
ausgeübt, was in dem dreiphasigen PWM-System eine minimale Störung ergibt.
Das Verfahren zur Anwendung eines Testvektors und zur Ausübung
einer Korrektur für den Arbeitskreis, so wie dies in 4
dargestellt ist, kann ausgeführt werden, ohne das in 5
beschriebene Verfahren zu benutzen. Tatsächlich sind die beiden in
4 und 5 gezeigten Verfahren
voneinander unabhängig, jedoch können diese miteinander kombiniert werden
und so die bevorzugte Schutzqualität erzielen. Das Verfahren gemäß
4 läuft fortlaufend. Dies bedeutet, dass der Erdschlussfehlerstrom
kontinuierlich mit einer Rate gemessen wird, die höchstens im Millisekundenbereich
liegt, unabhängig davon, ob ein Fehlerzustand vorliegt oder nicht. Die Modifikation
des Arbeitszyklus wird, falls es notwendig ist, mit der gleichen Rate angewendet,
um den Testvektor zu erhalten.
Das Verfahren gemäß 4 ist für
Erdschlussfehlerzustände erforderlich, bei denen die Stromstärke des Fehlerstroms
relativ klein ist, beispielsweise 20 bis 30 % des nominellen Werts beträgt.
Dies ist der Fall, falls die Erdschlussverbindung eine hohe Impedanz von beispielsweise
100 Ohm zwischen der Motorphase und der Erde aufweist. Vorzugsweise ist die Rate,
mit der der Testvektor in 4 angewendet wird, niedriger
als die Rate der Schaltfrequenz und liegt typischerweise im Bereich von 1 bis 10,
d.h. bei 1,5 kHz in Bezug auf eine Schaltfrequenz von 15 kHz.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur während
des laufenden Betriebs erfolgenden Überprüfung, ob ein Erdschluss vorliegt,
um so eine Motorsteuerung zu schützen, die eine Highside- und eine Lowside-Gleichstromleitung
aufweist, sowie Highside- und Lowside-Schaltelemente aufweist, wobei die Highside-
und die Lowside-Schaltelemente im Betrieb jeweils mit den Highside- und Lowside-Gleichstromleitungsbussen
verbunden sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erzeugung eines Fehlersignals, Erzeugung zumindest eines Test-Vektors als Antwort
auf das Fehlersignal, indem zumindest eines der Schaltelemente eingeschaltet wird,
und, während zumindest eines der Schaltelemente angeschaltet ist, Messung der
Größe des Stroms, der in der Gleichstromleitung fließt, die im Betrieb
mit dem leitenden Schaltelement verbunden ist, um einen Erdschluss festzustellen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin zusätzliche Verfahren
zur Feststellung von Erdschlüssen während des laufenden Betriebs.
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Anspruch[de] |
Verfahren zur im laufenden Betrieb erfolgenden Überprüfung,
ob ein Erdschluss vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen, welche
eine auf einer Highside-Seite und eine auf einer Lowside-Seite liegende Gleichstromleitung
aufweist, welche auf einer Highside-Seite und auf einer Lowside-Seite
liegende Schaltelemente aufweist, wobei die auf der Highside-Seite und die auf der
Lowside-Seite liegenden Schaltelemente im Betrieb jeweils mit entsprechenden auf
der Highside-Seite und auf der Lowside-Seite liegenden Gleichstromleitungsbussen
verbunden sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
– Erzeugung eines Fehlersignals, wobei das Fehlersignal anormale Betriebszustände
der Motorsteuerung anzeigt,
– Erzeugung zumindest eines Testvektors durch Einschalten zumindest eines
der Schaltelemente als Antwort auf das Fehlersignal und
– während zumindest ein Schaltelement angeschaltet ist, Messung der
Größe eines Stroms, der in der Gleichstromleitung fließt, die im
Betrieb mit dem leitenden Schaltelement/den leitenden Schaltelementen verbunden
ist, um einen Erdschlussfehler zu detektieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen Schritt,
bei dem alle Schaltelemente ausgeschaltet werden, bevor zumindest ein Schaltelement
eingeschaltet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei Testvektoren angewendet
werden, indem die Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Highside-Seite
liegenden Gleichstromleitung verbunden sind, in sequentieller Weise eingeschaltet
werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei Testvektoren angewendet
werden, indem drei Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Highside-Seite
liegenden Gleichstromleitung verbunden sind, in sequentieller Weise eingeschaltet
werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei Testvektoren angewendet
werden, indem die Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Lowside-Seite liegenden
Gleichstromleitung verbunden sind, in sequentieller Weise eingeschaltet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei Testvektoren angewendet
werden, indem drei Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Lowside-Seite
liegenden Gleichstromleitung verbunden sind, in sequentieller Weise eingeschaltet
werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Testvektor angewendet
wird, indem die Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Highside-Seite befindlichen
Gleichstromleitung verbunden sind, zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt eingeschaltet
werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Testvektor angewendet
wird, indem drei Schaltelemente, die im Betrieb mit der Highside-Seite der Gleichstromverbindung
verbunden sind, zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt eingeschaltet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Testvektor angewendet
wird, indem die Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Lowside-Seite liegenden
Gleichstromleitung verbunden sind, zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt eingeschaltet
werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Testvektor angewendet
wird, indem drei Schaltelemente, die im Betrieb mit der auf der Lowside-Seite liegenden
Gleichstromleitung verbunden sind, zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt eingeschaltet
werden.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
wobei der gleiche Testvektor mehrmals angewendet wird, und wobei während der
Anwendung des Testvektors die Größe des Stroms, der in der Gleichstromleitung,
die im Betrieb mit dem wiederholt leitenden Schaltelement/den wiederholt leitenden
Schaltelementen verbunden ist/sind, entsprechend häufig gemessen wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
wobei das erzeugte Fehlersignal unter Verwendung von Stromstärkenmessmitteln
bereit gestellt wird, die den Strom in einem der Gleichstromleitungsbusse der Motorsteuerung
messen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Strommessmittel die
Größe des Stroms zur Verfügung stellen, der in der Gleichstromleitung
fließt, die im Betrieb mit dem leitenden Schaltelement/den leitenden Schaltelementen
verbunden ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
alle Schritte, die sich auf das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente, auf die
Bearbeitung des Fehlersignals und auf die Messung der Größe des Stroms
in einer Gleichstromleitung der Motorsteuerung beziehen, durch eine Motorsteuereinheit,
wie beispielsweise ein DSP, gesteuert werden.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
die Erzeugung des Fehlersignals ein Anzeichen für Kurzschlussströme oder
Über-Ströme in einem der Gleichstromleitungsbusse der Motorsteuerung darstellt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die
Erzeugung des Fehlersignals ein Anzeichen für eine Überspannung über
zumindest eines der Schaltelemente der Motorsteuerung hinweg darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei ein Entsättigungsschutz
zur Detektion von Überspannungen über eines der Schaltelemente der Motorsteuerung
hinweg zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die
Erzeugung eines Fehlersignals ein Anzeichen für einen Fehler darstellt, der
aus einer Gruppe stammt, welche anormale Temperatur, anormale Spannungen und anormale
Ströme umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin
aufweisend einen Schritt, bei dem die Motorsteuerung permanent heruntergefahren
wird, wenn ein Erdschlussfehler festgestellt wird.
Verfahren zur während des laufenden Betriebs erfolgenden Überprüfung,
ob ein Erdschlussfehler vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen,
welche eine auf einer Highside-Seite und eine auf einer Lowside-Seite liegende Gleichstromleitung
aufweist, welche auf einer Highside-Seite und auf einer Lowside-Seite liegende Schaltelemente
aufweist, wobei die auf der Highside-Seite und die auf der Lowside-Seite liegenden
Schaltelemente im Betrieb jeweils mit den auf der Highside-Seite und den auf der
Lowside-Seite liegenden Gleichstromleitungsbussen verbunden sind, wobei die Motorsteuerung
weiterhin eine Motorsteuereinheit aufweist, welche durch Erzeugung eines PWM-Signals
für jedes der Schaltelemente steuert, wann die Schaltelemente ein- und auszuschalten
sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
– Modifizierung des erzeugten PWM-Signals durch Vergrößerung des
Arbeitszyklus zumindest eines der PWM-Signale, die auf die auf der Lowside-Seite
liegenden Schaltelemente angewandt werden, wobei die Vergrößerung des
Arbeitszyklusses eine Zeitperiode aufweist, die einen Teil der Schaltperiode der
auf der Lowside-Seite liegenden Schaltelemente darstellt,
– Erzeugung und dadurch Anwendung eines 000-Testvektors und
– Messung der Größe eines Stroms, der in einer auf der Lowside-Seite
liegenden Gleichstromleitung fließt, während die auf der Lowside-Seite
liegenden Schaltelemente eingeschaltet sind, um einen Erdschlussstrom zu detektieren,
wobei der 000-Testvektor mit einer Rate erzeugt und angewendet wird, die niedriger
ist als die Schaltfrequenz der auf der Lowside-Seite liegenden Schaltelemente.
Verfahren gemäß Anspruch 20, weiterhin aufweisend einen Schritt,
bei dem das erzeugte PWM-Signal modifiziert wird, indem der Arbeitszyklus des PWM-Signals,
das auf die auf der Lowside-Seite liegenden Schaltelemente angewandt wird, verringert
wird, um den vorher vergrößerten Arbeitszyklus zu kompensieren.
Verfahren zur während des laufenden Betriebs erfolgenden Überprüfung,
ob ein Erdschlussfehler vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen,
die eine auf einer Highside-Seite und eine auf einer Lowside-Seite liegende Gleichstromleitung
aufweist, und die auf einer Highside-Seite und auf einer Lowside-Seite liegende
Schaltelemente aufweist, wobei die auf der Higside-Seite und die auf der Lowside-Seite
liegenden Schaltelemente im Betrieb jeweils mit den auf der Highside-Seite und den
auf der Lowside-Seite liegenden Gleichstromleitungsbussen verbunden ist, wobei die
Motorsteuerung weiterhin eine Motorsteuereinheit aufweist, welche durch Erzeugung
eines PWM-Signals für jedes der Schaltelemente steuert, wann die Schaltelemente
ein- und auszuschalten sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
– Modifizierung des erzeugten PWM-Signals durch Vergrößerung des
Arbeitszyklusses zumindest eines PWM-Signals, das auf die auf der Highside-Seite
liegenden Schaltelemente angewandt wird, wobei die Vergrößerung des Arbeitszyklusses
eine Zeitdauer aufweist, die einen Teil der Schaltperiode der auf der Highside-Seite
liegenden Schaltelemente darstellt,
– Erzeugung und dadurch Anwendung eines 111-Testvektors und
– Messung der Größe eines Stroms, der in der auf der Highside-Seite
liegenden Gleichstromleitung fließt, während die auf der Highside-Seite
liegenden Schaltelemente eingeschaltet sind, um einen Erdschlussfehler zu detektieren,
wobei der 111-Testvektor mit einer Rate erzeugt und angewendet wird, die niedriger
ist als die Schaltfrequenz der auf der Highside-Seite liegenden Schaltelemente.
Verfahren gemäß Anspruch 22, weiterhin aufweisend einen Schritt,
bei dem das erzeugte PWM-Signal durch Verringerung des Arbeitszyklus des PWM-Signals,
das auf die auf der Highside-Seite liegenden Schaltelemente angewandt wird, modifiziert
wird, um den vorherigen vergrößerten Arbeitszyklus zu kompensieren.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei
das Verfahren synchron zu einer grundlegenden Ausgangsspannung der Motorsteuerung
angewandt wird.
Verfahren zur während des laufenden Betriebs erfolgenden Überprüfung,
ob ein Erdschlussfehler vorliegt, um dadurch eine Motorsteuerung zu schützen,
wobei das Verfahren den Schritt/die Schritte umfasst, dass ein Verfahren gemäß
einem der Ansprüche 20 bis 24 wiederholt angewandt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, weiterhin
umfassend einen Schritt, bei dem ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche
1 bis 19 angewandt wird.
Motorsteuerung, die Mittel aufweist, die derart eingerichtet sind, dass
ein Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgeführt
wird.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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