DE102009046616A1

DE102009046616A1 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE102009046616A1
Application number: DE102009046616A
Authority: DE
Inventors: Robert Januschevski; Kai BORNTRÄGER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-05-19
Also published as: WO2011057901A3; US20120217918A1; WO2011057901A2; CN102612800A; JP2013511248A; EP2499729A2

Abstract

Wechselrichter, insbesondere zur Energieversorgung eines Drehstrommotors (3) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Wechselrichter eine Halbbrücke (1a, 1b, 1c) aufweist zur elektrischen Verbindung mit dem Drehstrommotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbrücke (1a, 1b, 1c) ein mit einem Eingang (6b) und einem Ausgang (6c) eines Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) der Halbbrücke (1a, 1b, 1c) elektrisch leitend verbundenes Spannungsbegrenzungselement (8) aufweist, welches in Abhängigkeit des Spannungswerts einer zwischen Eingang (6b) und Ausgang (6c) des Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) anliegenden Spannung definiert eine hochohmige oder niederohmige Verbindung zwischen Eingang (6b) und Ausgang (6c) des Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) schafft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zum Ansteuern elektrischer Maschinen werden unter anderem Umrichter eingesetzt, wobei die Maschinen z. B. mittels einer Gleichstromquelle, z. B. einer Batterie, gespeist werden, zum Betrieb jedoch eine oder mehrere Wechselstromphasen benötigen. Derartige Maschinen sind, insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugantriebstechnik, z. B. Drehstrommotoren, z. B. permanent- oder fremderregte Synchronmotoren.
Ein Umrichter weist z. B. einen motorseitigen Wechselrichter bzw. einen Antriebswechselrichter auf, der Gleichspannung aus z. B. einem Zwischenkreis des Umrichters, insbesondere einem Zwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator, in eine Wechselspannung der gewünschten Frequenz zur Steuerung der Drehrichtung und der Drehzahl des anzutreibenden Drehstrommotors umsetzt. Solche Antriebswechselrichter werden insbesondere im Kraftfahrzeug eingesetzt, z. B. in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen oder in Fahrzeugen mit Hybridantrieb, wobei der Drehstrommotor z. B. als Fahrzeugantriebsmotor ausgebildet ist.
Derartige Fahrzeugantriebsmotoren, insbesondere permanenterregte Synchronmotoren, zeigen üblicherweise das bauartbedingte Verhalten, dass bei Betrieb eine mit zunehmender Drehzahl steigende Gegenspannung bzw. innere Spannung induziert wird (Polradspannung), die bei sehr hohen Drehzahlen in den Zwischenkreis, insbesondere mittels der Freilaufdioden des (Antriebs-)Wechselrichters, eingespeist bzw. rückgespeist wird und im Umrichter bzw. dem Wechselrichter, der Batterie, sowie weiteren Komponenten zu Schädigungen führen kann (Spannungsrückwirkung). Um dies zu vermeiden, den Motor aber dennoch bei hohen Drehzahlen betreiben zu können, wird im Stand der Technik daher oberhalb der Nenndrehzahl eine Feldschwächung vorgenommen, um solch eine schädliche Spannungsrückwirkung zu vermeiden. Dennoch sind Schädigungen am Umrichter oder weiteren Komponenten auch bei Anwendung der Feldschwächung möglich, insbesondere wenn ein Motor oberhalb der Nenndrehzahl betrieben wird (Feldschwächbetrieb), und z. B. ein Feldschwächstrom nicht länger aufrecht erhalten werden kann. Ursächlich kann dabei z. B. ein Ausfall der Steuerelektronik sein.
Um den Umrichter vor schädlicher Spannungsrückwirkung im Falle eines unbeabsichtigten wechselstromseitigen (also vom Motor ausgehenden) Spannungsanstieges zu schützen, werden im Stand der Technik verschiedene Schutzschaltungen vorgeschlagen. Üblicherweise werden dabei z. B. Leistungshalbleiterschalter des Umrichters bzw. seines motorseitigen Wechselrichters und somit die damit verbundenen jeweiligen Motorklemmen im Störfall kurzgeschlossen. Durch das Kurzschließen über die Brückenschaltung kann verhindert werden, dass z. B. der Zwischenkreiskondensator, eine Batterie, die Leistungsschalter etc. und somit der Umrichter durch die induzierte Spannung infolge der Rotordrehung beschädigt werden. Eine Schwachstelle der bekannten Anordnungen liegt jedoch zumeist darin, dass der Kurzschluss aktiv durch eine Ansteuerelektronik des Wechselrichters durchgeführt werden muss. Beim Ausfall der Ansteuerelektronik ist kein Schutzmechanismus gegen Schäden, die durch die in der Synchronmaschine bzw. dem Motor induzierte Spannung entstehen, gegeben.
Die DE 102 51 977 A1 offenbart einen Synchronmotor mit Wechselrichter, wobei eine komplexe Schutzvorrichtung gegen Spannungsrückwirkung mit den Wicklungsphasen verbunden ist, wobei die Schutzvorrichtung mit der Steuerlogik des Wechselrichters zur Feststellung eines Störfalles bzw. zum Schutz vor Spannungsrückwirkung zusammenwirkt. Die DE 298 13 080 U1 zeigt eine weitere, mit den Wicklungen eines Motors verbundene Schutzeinrichtung gegen Spannungsrückwirkung, wobei die Schutzeinrichtung wiederum eine mit der Steuerlogik verbundene Elektronik zur Herstellung der Schutzfunktion aufweist. Dieses System ist ebenfalls komplex und teuer in der Herstellung. In der DE 198 35 576 A1 ist ein Ansteuersystem für einen permanenterregten Elektromotor offenbart, welches eine Betriebszustands-Erfassungseinheit enthält, um bedarfsgerecht einen Kurzschluss der Leistungshalbleiterschalter mittels einer Ansteueranordnung des Wechselrichters zu erzeugen. Diese Anordnung ist wie die vorangehenden ebenfalls komplex, kostenintensiv und ohne den Einsatz einer Steuerlogik nicht zu realisieren.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, vorstehend geschilderte Probleme zu lösen und einen Wechselrichter vor zuschlagen, welcher einen entsprechenden Schutz gegen Spannungsrückwirkung eines Drehstrommotors einfach und günstig ohne Einbeziehung der Steuerlogik des Wechselrichters zur Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Wechselrichter, insbesondere zur Energieversorgung eines Drehstrommotors eines Kraftfahrzeugs, wobei der Wechselrichter eine Halbbrücke aufweist zur elektrischen Verbindung mit dem Drehstrommotor, wobei die Halbbrücke ein mit einem Eingang und einem Ausgang eines Leistungshalbleiterschalters der Halbbrücke elektrisch leitend verbundenes Spannungsbegrenzungselement aufweist, welches in Abhängigkeit des Spannungswerts (Betrag und Vorzeichen) einer zwischen Eingang und Ausgang des Leistungshalbleiterschalters anliegenden Spannung definiert eine hochohmige oder niederohmige Verbindung zwischen Eingang und Ausgang des Leistungshalbleiterschalters schafft.
Weiterhin wird ein erfindungsgemäßer Wechselrichter vorgeschlagen, bei welchem je Halbbrücke des Wechselrichters ein mit einem Eingang und einem Ausgang eines Leistungshalbleiterschalters der Halbbrücke elektrisch leitend verbundenes Spannungsbegrenzungselement vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit des Spannungswerts (Betrag und Vorzeichen) einer zwischen Eingang und Ausgang des Leistungshalbleiterschalters anliegenden Spannung definiert eine hochohmige oder niederohmige Verbindung zwischen Eingang und Ausgang des Leistungshalbleiterschalters der jeweiligen Halbbrücke schafft.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Wechselrichter derart ausgebildet, dass die niederohmige Verbindung jeweils eine Stromflussmöglichkeit durch das jeweilige Spannungsbegrenzungselement in Richtung von Eingang zu Ausgang des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters schafft. Die niederohmige Verbindung schafft bei einer Ausführungsform insbesondere jeweils eine Stromflussmöglichkeit durch das jeweilige Spannungsbegrenzungselement antiparallel bzw. entgegengesetzt zur Stromflussrichtung durch eine mit dem Eingang und dem Ausgang des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters verbundene Freilaufdiode.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters ist das Spannungsbegrenzungselement in Sperrichtung zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordnet, wobei das Spannungsbegrenzungselement ab Erreichen eines definierten Spannungswerts zwischen Eingang und Ausgang in Sperrichtung leitend wird.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform des Wechselrichters weist das Spannungsbegrenzungselement ein aktives und/oder ein passives Element auf. Das Spannungsbegrenzungselement kann einen Komparator und/oder einen gesteuerten Leistungsschalter aufweisen, insbesondere einen Halbleiterschalter oder einen mechanischen Schalter. Das Spannungsbegrenzungselement kann eine Zenerdiode und/oder eine Suppressordiode und/oder einen Varistor aufweisen. Insbesondere kann das Spannungsbegrenzungselement aus genau einem Bauelement gebildet sein bzw. genau ein solches aufweisen.
Vorgeschlagen wird auch eine Antriebsanordnung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche einen Drehstrommotor aufweist, wobei ein Wicklungsstrang des Drehstrommotors mit der Halbbrücke eines erfindungsgemäßen Wechselrichters zur Versorgung mit elektrischer Energie elektrisch leitfähig verbunden ist.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Antriebsanordnung ist je ein Wicklungsstrang des Drehsstrommotors mit je einer Halbbrücke des Wechselrichters elektrisch leitfähig verbunden. Der Drehstrommotor kann dabei ein Synchronmotor, insbesondere ein permanent- oder fremderregter Synchronmotor sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 exemplarisch eine Brückenschaltung eines Wechselrichters gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt eine Brückenschaltung 1 eines erfindungsgemäßen Antriebswechselrichters bzw. Wechselrichters mit einer Spannungsbegrenzungsanordnung 2, insbesondere zum Schutz vor Spannungsrückwirkung eines Motors, z. B. eines Drehstrommotors 3, insbesondere eines fremderregten oder permanenterregten Synchronmotors. Der (Antriebs-)Wechselrichter ist zum Beispiel Teil eines im Stand der Technik bekannten Umrichters.
Ein Umrichter weist zum Beispiel auf bekannte Weise eine Gleichrichtereinheit auf (nicht dargestellt), welche einen Zwischenkreis speist, in welchem z. B. ein Zwischenkreiskondensator angeordnet ist. Der Zwischenkreis liefert z. B. eine Zwischenkreisspannung U_ZK, insbesondere als Gleichspannung an den Eingang 1' des Wechselrichters 2, z. B. für die Brückenschaltung 1 des Wechselrichters, zur Erzeugung der für den Motorbetrieb vorgesehenen Wechselspannung. Der Wechselrichter erzeugt zum Beispiel eine Wechselspannung als Ausgangsspannung mit variabler Spannung und Frequenz, um z. B. Drehrichtung und Drehzahl des damit verbindbaren bzw. verbundenen Drehstrommotors 3 zu steuern.
Die Brückenschaltung 1 des Wechselrichters, an deren Eingangsklemmen 1' z. B. die Zwlschenkreisspannung U_ZK anliegt, weist zum Beispiel eine Halbbrücke 1a bzw. 1b, 1c auf, welche je mit je einem Wicklungsstrang 3a bzw. 3b, 3c des Drehstrommotors 3 elektrisch, z. B. über je einen Mittelabgriff 4a bzw. 4b, 4c auf bekannte Weise verbindbar bzw. verbunden ist. Vorliegend ist der Drehstrommotor 3 z. B. als dreiphasiger Motor ausgebildet, dessen drei Wicklungsstränge 3a, 3b, 3c je von einer Halbbrücke 1a, 1b, 1c gespeist werden. Dem jeweiligen Strang 3a, 3b, 3c des Drehstrommotors 3 wird dabei durch die jeweilige Halbbrücke 1a, 1b, 1c eine Spannung bzw. ein Potential vorbestimmter Polarität für eine bestimmte Zeitdauer geliefert. Dazu werden die jeweils Leistungshalbleiterschalter 5a, 5b der Halbbrücken 1a, 1b, 1c jeweils, z. B. mittels einer Steuerlogik, auf bekannte Weise entsprechend angesteuert.
Eine Halbbrücke 1a, 1b, 1c weist z. B. einen ersten Leistungshalbleiterschalter 5a sowie einen zweiten Leistungshalbleiterschalter 5b auf, die z. B. als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) oder als Feldeffektransistor (FET), z. B. als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgebildet sind. Die Leistungshalbleiterschalter 5a, 5b sind dabei z. B. insbesondere für die im Umrichter bzw. im Antriebswechselrichter auftretenden Spannungen ausgelegt bzw. entsprechend dimensioniert. Weitere Leistungshalbleiterschaltertypen sind daneben denkbar.
Die Leistungshalbleiterschalter 5a, 5b weisen jeweils einen Steuereingang 6a, z. B. in Form einer Gate-Elektrode auf, sowie einen Eingang 6b in z. B. Form einer Kollektor-Elektrode (IGBT) bzw. Drain-Elektrode (MOSFET) und einen Ausgang 6c in z. B. Form einer Emitter-Elektrode (IGBT) bzw. Source-Elektrode (MOSFET). Zwischen Eingang 6b und Ausgang 6c ist beispielsweise jeweils eine Freilaufdiode 7 in herkömmlicher Weise parallel geschaltet, insbesondere in Sperrrichtung parallel geschaltet.
Die Leistungshalbleiterschalter 5a (untere Reihe), 5b (obere Reihe) werden, wie oben erwähnt, z. B. über ihren jeweiligen Steuereingang 6a bzw. Steueranschluss auf bekannte Weise gesteuert, z. B. von einer Steuerelektronik (nicht dargestellt), wobei zwischen Eingang 6b und Ausgang 6c infolge der Steuerung z. B. ein Kurzschluss erzeugt werden kann, i. e. der Leistungshalbleiterschalter 5a bzw. 5b schaltet durch.
Der erfindungsgemäße Wechselrichter weist eine Spannungsbegrenzungsanordnung 2 auf, die durch z. B. ein Spannungsbegrenzungselement 8 gebildet wird, insbesondere z. B. durch je ein Spannungsbegrenzungselement 8 je Halbbrücke 1a bzw. 1b, 1c gebildet ist. Das Spannungsbegrenzungselement 8 ist vorliegend jeweils in der zugehörigen Halbbrücke 1a, 1b, 1c mit dem Eingang 6b des Leistungshalbleiterschalters 5a sowie mit dessen Ausgang 6c elektrisch verbunden, und insofern bei Niederohmigkeit in der beabsichtigten Stromflussrichtung geeignet, diese zu überbrücken. Der Eingang 6b ist zudem z. B. mit dem Mittelabgriff 4a bzw. 4b, 4c der zugehörigen Halbbrücke 1a, bzw. 1b, 1c elektrisch verbunden. Das Spannungsbegrenzungselement 8 ist insofern jeweils parallel zwischen bzw. parallel zu Eingang 6b und Ausgang 6c des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters 5a angeordnet bzw. geschaltet und insofern parallel zu der jeweiligen Freilaufdiode 7 des Leistungshalbleiterschalters 5a angeordnet, wobei die Freilaufdiode ebenfalls jeweils mit dem Eingang 6b und Ausgang 6c des Leistungshalbleiterschalters 5a bzw. 5b verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, ein Spannungsbegrenzungselement 8 parallel zu einer Freilaufdiode 7 bzw. zu einem Eingang 6b und einem Ausgang 6c eines Leistungshalbleiterschalters 5b der oberen Reihe anzuordnen, insbesondere für eine jede Halbbrücke 1a, 1b, 1c. Bei einer solchen Anordnung kann auf die Anordnung an den Leistungshalbleiterschaltern 5a der unteren Reihe verzichtet werden.
Das Spannungsbegrenzungselement 8 der Spannungsbegrenzungsanordnung 2 ist erfindungsgemäß dazu vorgesehen, die induzierte Klemmenspannung bzw. Spannung des Drehstrommotors 3 im z. B. Falle einer Spannungsrückwirkung vom Motor auf einen definierten (Schwell-)Wert zu setzen bzw. zu begrenzen. Der definierte Wert bzw. die vorgegebene Schwellwertspannung wird dabei z. B. so gewählt, dass sie für den Wechselrichter und andere zu schützende Komponenten ungefährlich ist bzw. z. B. keine Gefährdung erwarten lässt. Die Spannungsbegrenzung ab einer definierten Schwellwertspannung kann allein durch das Spannungsbegrenzungselement 8 in Form ein oder mehrerer geeignet gewählter Bauelemente und insbesondere ohne z. B. Interaktion, z. B. mit der Steuerlogik des Wechselrichters, insofern autark, erreicht werden.
Die gewählten Bauelemente, deren Eigenschaften eine entsprechende Schwellwerteinstellung ermöglichen, geben also die Spannung vor, ab welcher eine Begrenzung erfolgt. Z. B. werden mittels des bzw. der Spannungsbegrenzungselemente 8 die potentiell schädigenden Spannungsspitzen der induzierten Spannung abgeschnitten bzw. unterdrückt. Dabei wird der Drehstrommotor z. B. solange gebremst, bis die Spannung auf einen ungefährlichen Spannungswert absinkt. Die Spannungsbegrenzungselemente 8 sind dazu zum Beispiel jeweils solange, insbesondere in ihrer vorgesehenen Sperrrichtung, hochohmig, bis die an ihnen bzw. zwischen Eingang 6b und Ausgang 6c jeweils anliegende Spannung die vorgesehene Schwellwertspannung erreicht. Ab der Schwellwertspannung bzw. ab Überschreiten der Schwellwertspannung, z. B. infolge Spannungsrückwirkung ausgehend vom Motor 3, werden die Spannungsbegrenzungselemente 8 z. B. jeweils niederohmig, insbesondere in der z. B. beabsichtigten Stromflussrichtung von Eingang 6b zu Ausgang 6c niederohmig. Sie werden in ihrer Sperrichtung leitend. Insofern verbindet ein Spannungsbegrenzungselement 8 Eingang 6b und Ausgang 6c eines jeweiligen Leistungshalbleiterschalters 5a bzw. 5b in Abhängigkeit des Spannungswerts der zwischen Eingang 6b und Ausgang 6c anliegenden Spannung definiert hochohmig oder niederohmig, d. h. im Wesentlichen nichtleitend oder leitend.
Der Wechselrichter ist insofern derart ausgebildet, dass die niederohmige Verbindung durch das Spannungsbegrenzungselement 8 ab Erreichen des Schwellwerts jeweils eine Stromflussmöglichkeit durch das jeweilige Spannungsbegrenzungselement 8 in Richtung von Eingang 6b zu Ausgang 6c des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters 5a bzw. 5b schafft. Mit anderen Worten wird das Spannungsbegrenzungselement 8 im Falle des Erreichens der Schwellwertspannung, also im Falle der niederohmigen Verbindung, in seiner Sperrichtung leitend. Die Sperrrichtung des zwischen Eingang 6b und Ausgang 6c angeordneten Spannungsbegrenzungselements 8 entspricht dabei z. B. insbesondere der Sperrrichtung der Freilaufdiode 7.
Die niederohmige Verbindung schafft z. B. insbesondere jeweils eine Stromflussmöglichkeit durch das jeweilige Spannungsbegrenzungselement 8 entgegengesetzt bzw. antiparallel zur beabsichtigten bzw. vorgesehenen Stromflussrichtung durch die mit dem Eingang 6b und dem Ausgang 6c des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters verbundene Freilaufdiode 7. Somit kann ein Strom 9 von z. B. einem Wicklungsstrang 3a des Motors 3 über das niederohmige Spannungsbegrenzungselement 8 und eine z. B. Freilaufdiode 7 z. B. zu einem weiteren Wicklungsstrang 3b des Motors 3 fließen.
Um diese Funktionalität zu gewährleisten, können verschiedene Bauelemente als Spannungsbegrenzungselement 8 verwendet werden, z. B. von außen aufschaltbare Elemente oder im Wechselrichter integrierte Elemente. Ein Spannungsbegrenzungselement 8 kann ein aktives (Bau)Element, welches z. B. eine Steuerung erlaubt oder ein passives (Bau)Element aufweisen bzw. je als solches ausgebildet sein.
Zum Beispiel kann das Spannungsbegrenzungselement 8 eine Anordnung mehrerer Komponenten aufweisen, z. B. eine Vorrichtung mit z. B. einem Komparator umfassen, welcher eine Überspannung bzw. ein Überschreiten der Schwellwertspannung infolge von z. B. Spannungsrückwirkung detektiert und in der Folge einen Leistungsschalter betätigt, dessen Durchlässigkeit (ein/aus) in Abhängigkeit des detektierten Spannungswerts gesteuert werden kann. Der Leistungsschalter kann dabei ein Halbleiterschalter, z. B. ein Transistorschalter oder ein z. B. mechanischer Schalter, z. B. ein Relais, sein. Denkbar ist auch, als Spannungsbegrenzungselement 8 z. B. eine Power-Z-Diode einzusetzen (Schaltung aus im Wesentlichen Zenerdiode mit Transistor, z. B. einer komplementären Darlingtonstufe) oder eine sog. bekannte Thyristor-Crowbar.
Das Spannungsbegrenzungselement 8 kann ein passives Element sein, z. B. eine Zenerdiode, die ab Erreichen ihrer als z. B. Schwellwertspannung gewählten Durchbruchspannung in Sperrrichtung leitend bzw. niederohmig wird, eine Suppressordiode oder z. B. ein Varistor, i. e. ein spannungsabhängiger Widerstand. Denkbar ist, innerhalb eines Wechselrichters z. B. unterschiedliche Arten von Spannungsbegrenzungselementen 8, z. B. je Halbbrücke 1a, 1b, 1c unterschiedliche Arten, zur Bildung einer Spannungsbegrenzungsanordnung 2 vorzusehen. Sämtliche erfindungsgemäßen Spannungsbegrenzungselemente 8 bzw. die Spannungsbegrenzungsanordnung 2 begrenzen dabei die Spannung autark bzw. unabhängig, d. h. allein in Abhängigkeit der am Spannungsbegrenzungselement 8 anliegenden Spannung, z. B. infolge einer Spannungsrückwirkung. Insoweit ist ein erfindungsgemäßes Spannungsbegrenzungselement 8 bzw. die Spannungsbegrenzungsanordnung 2 von einer Steuerung des bzw. durch den Wechselrichter(s), Umrichter(s) oder Motor(s), etc. unabhängig. Weitere Komponenten, insbesondere eine Beschaltung mit externen Signalquellen wie zum Beispiel derer einer Steuerlogik des Umrichters oder Wechselrichters, welche z. B. die Leistungshalbleiter steuert, sind zur erfindungsgemäßen Spannungsbegrenzung daneben nicht vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Spannungsbegrenzung, bei welcher durch ein Spannungsbegrenzungselement 8 insbesondere in Verbindung mit je einer Freilaufdiode 7 je eine leitende Verbindung zwischen je zwei Klemmen des Motors 3 zumindest ab potentiell schädlicher Spannungsrückwirkung bzw. ab Überschreiten eines Schwellwertes geschaffen wird, verursacht z. B. ein Bremsmoment, welches bei einem vom Antriebsstrang entkoppelten Motor bewirken kann, dass der Motor abgebremst wird, i. e. die Drehzahl geht zurück, bis die Spannung auf einen ungefährlichen Wert absinkt. Bei einem mit dem Antriebsstrang verbundenen Motor wird z. B. der gesamte Antriebsstrang gebremst, wobei das daraus resultierende Bremsmoment jedoch wesentlich geringer ist, als ein Kurzschlussbremsmoment.
Ein im Drehstrommotor 3 und Wechselrichter infolge Spannungsrückwirkung fließender Strom 9 fließt bei aktiver Spannungsbegrenzung z. B. durch das Spannungsbegrenzungselement 8 (sobald das Spannungsbegrenzungselement 8 infolge z. B. einer überhöhten Klemmenspannung, welche z. B. zwischen dem Mittelabgriff 4a und 4b anliegt, niederohmig bzw. durchlässig bzw. elektrisch leitend ist) somit z. B. von einer ersten, mit dem Mittelabgriff 4a verbundenen Klemme des Drehstrommotors 3 durch das Spannungsbegrenzungselement 8 der Spannungsbegrenzungsanordnung 2 über die Freilaufdiode 7 zurück zu einer weiteren, mit dem Mittelabgriff 4b verbundenen Klemme des Motors 3.
Bezugszeichenliste

1: Brückenschaltung
1': Eingangsklemmen
1a, 1b, 1c: Halbbrücke
2: Spannungsbegrenzungsanordnung
3: Motor
3a, 3b, 3c: Wicklungsstrang
4a, 4b, 4c: Mittelabgriff
5a: Leistungshalbleiterschalter (untere Reihe)
5b: Leistungshalbleiterschalter (obere Reihe)
6a: Steuereingang Leistungshalbleiterschalter
6b: Eingang Leistungshalbleiterschalter
6c: Ausgang Leistungshalbleiterschalter
7: Freilaufdiode
8: Spannungsbegrenzungselement
9: Strom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10251977 A1 [0006]
DE 29813080 U1 [0006]
DE 19835576 A1 [0006]

Claims

Wechselrichter, insbesondere zur Energieversorgung eines Drehstrommotors (3) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Wechselrichter eine Halbbrücke (1a, 1b, 1c) aufweist zur elektrischen Verbindung mit dem Drehstrommotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbrücke (1a, 1b, 1c) ein mit einem Eingang (6b) und einem Ausgang (6c) eines Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) der Halbbrücke (1a, 1b, 1c) elektrisch leitend verbundenes Spannungsbegrenzungselement (8) aufweist, welches in Abhängigkeit des Spannungswerts einer zwischen Eingang (6b) und Ausgang (6c) des Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) anliegenden Spannung definiert eine hochohmige oder niederohmige Verbindung zwischen Eingang (6b) und Ausgang (6c) des Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) schafft.
Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je Halbbrücke (1a, 1b, 1c) des Wechselrichters ein mit einem Eingang (6b) und einem Ausgang (6c) eines Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) der Halbbrücke (1a, 1b, 1c) elektrisch leitend verbundenes Spannungsbegrenzungselement (8) vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit des Spannungswerts einer zwischen Eingang (6b) und Ausgang (6c) des Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) anliegenden Spannung definiert eine hochohmige oder niederohmige Verbindung zwischen Eingang (6b) und Ausgang (6c) des Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) der jeweiligen Halbbrücke (1a, 1b, 1c) schafft.
Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die niederohmige Verbindung jeweils eine Stromflussmöglichkeit durch das jeweilige Spannungsbegrenzungselement (8) in Richtung von Eingang (6b) zu Ausgang (6c) des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) schafft.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die niederohmige Verbindung jeweils eine Stromflussmöglichkeit durch das jeweilige Spannungsbegrenzungselement (8) entgegengesetzt zur Stromflussrichtung durch eine mit dem Eingang (6b) und dem Ausgang (6c) des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters (5a; 5b) verbundene Freilaufdiode (7) schafft.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsbegrenzungselement in Sperrrichtung zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordnet ist, wobei das Spannungsbegrenzungselement ab Erreichen eines definierten zwischen Eingang und Ausgang anliegenden Spannungswerts in Sperrrichtung leitend wird.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsbegrenzungselement (8) ein aktives und/oder ein passives Element aufweist.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsbegrenzungselement (8) einen Komparator und/oder einen Leistungsschalter aufweist, insbesondere einen Halbleiterschalter oder einen mechanischen Schalter.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsbegrenzungselement (8) eine Zenerdiode und/oder eine Suppressordiode und/oder einen Varistor aufweist.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsbegrenzungselement (8) genau ein Bauelement aufweist.
Antriebsanordnung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, enthaltend einen Drehstrommotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsstrang (3a, 3b, 3c) des Drehstrommotors (3) mit der Halbbrücke (1a, 1b, 1c) eines Wechselrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Versorgung mit elektrischer Energie elektrisch leitfähig verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Wicklungsstrang (3a, 3b, 3c) des Drehsstrommotors (3) mit je einer Halbbrücke (1a, 1b, 1c) des Wechselrichters elektrisch leitfähig verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstrommotor (3) ein Synchronmotor, insbesondere ein permanent- oder fremderregter Synchronmotor ist.