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TECHNISCHER BEREICH
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf Maschinenantriebssysteme, und spezieller ausgedrückt beziehen sie sich auf das Schützen eines Wechselrichtermoduls eines Maschinenantriebssystems, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler auftritt.
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HINTERGRUND
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Elektrische Mehrphasenmaschinen werden in einer großen Vielfalt von Anwendungen benutzt. Wie es hier benutzt wird, bezieht sich der Term ”mehrphasig” auf drei oder mehr Phasen und kann benutzt werden, dass er sich auf elektrische Maschinen bezieht, welche drei oder mehr Phasen besitzen.
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Beispielsweise beinhalten viele Hybride/Elektrische Fahrzeuge (HEVs) ein Maschinen-Antriebssystem (manchmal auch als ein elektrisches Traktionsantriebssystem bezeichnet), welches eine elektrische Wechselstrom-(AC-)Maschine beinhaltet, welche durch ein Wechselrichtermodul getrieben wird. Das Wechselrichtermodul wird mit Leistung von einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle getrieben, wie z. B. einer Speicherbatterie bzw. einem Akku. Ein AC-Kabel kann benutzt werden, um Anschlüsse an den Wicklungen der elektrischen AC-Maschine mit den jeweiligen Anschlüssen an den Wechselrichter-Untermodulen des Wechselrichtermoduls zu koppeln. Schaltsignale werden an jedes Paar der Schalter in einer komplementären Weise angelegt, um die DC-Leistung in AC-Leistung zu wandeln, welche die elektrische AC-Maschine treibt, welche umgekehrt eine Welle des HEV-Antriebsstrangs treibt.
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In einigen Situationen kann ein AC-zu-Chassis-Fehler bei einer Motorwicklung der elektrischen Maschine (oder dem Anschluss, an welchem sie angeschlossen ist), an dem Wechselrichter-Untermodul (oder dem Anschluss, an welchem dieses angeschlossen ist, oder in einem der Elemente eines Wechselrichter-Untermoduls) oder an irgendeinem Punkt entlang des AC-Kabels, welches die Anschlüsse an die Maschine an die Anschlüsse des Wechselrichtermoduls koppelt, auftreten.
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Es wäre wünschenswert, eine Schaltung bereitzustellen, welche helfen kann, das Wechselrichtermodul vor einem hohen Ausmaß an Fehlerströmen zu schützen, welche fließen, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler auftritt. Andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Verfahren und Systeme, um das Ausmaß eines Stromes zu begrenzen, welcher fließt, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen einer AC-Verbindung und einem Erdknoten (z. B. dem Chassis eines HEV) auftritt.
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Entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen wird ein Fehlerschutzverfahren bereitgestellt, um das Ausmaß eines Stromes zu begrenzen, welcher fließt, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen einer AC-Verbindung und einem Chassis eines hybridelektrischen Fahrzeugs (HEV) auftritt. Das HEV beinhaltet: eine elektrische Maschine, welche eine Wicklung aufweist, ein Wechselrichter-Untermodul und erste und zweite Induktivitäten, welche an das Wechselrichter-Untermodul gekoppelt sind. Die elektrische Maschine beinhaltet eine Wicklung, welche an das Wechselrichter-Untermodul gekoppelt ist, welches an die Wicklung über eine AC-Verbindung gekoppelt ist. Das Wechselrichter-Untermodul weist einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter auf. Entsprechend dem Verfahren wird während des AC-zu-Chassis-Fehlers, wenn der erste Schalter geschlossen ist, der Strom, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers erzeugt wird, entlang eines ersten Strompfades von dem Chassis durch die zweite Induktivität geführt, um das Ausmaß des Stromes zu begrenzen, und wenn der zweite Schalter geschlossen wird, wird der Strom, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers erzeugt ist, entlang einem zweiten Strompfad von dem Chassis durch die erste Induktivität geführt, um das Ausmaß des Stromes zu begrenzen.
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Entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, welches beinhaltet: einen Erdknoten, welcher auf einem Erdpotenzial ist, ein Wechselrichtermodul, einen ersten Strompfad, einen zweiten Strompfad und Fehlerschutzelemente. Das Wechselrichtermodul beinhaltet ein Wechselrichter-Untermodul, welches an eine AC-Verbindung gekoppelt ist. Der erste Strompfad erstreckt sich von dem Erdknoten über die AC-Verbindung durch das Wechselrichter-Untermodul, und der zweite Strompfad erstreckt sich auch von dem Erdknoten über die AC-Verbindung durch das Wechselrichter-Untermodul. Die Fehlerschutzelemente sind an das Wechselrichter-Untermodul gekoppelt und sind konfiguriert, um eine induktive Impedanz bereitzustellen, welche das Ausmaß eines Stromes begrenzt, welcher durch entweder den ersten Strompfad oder den zweiten Strompfad fließt, wenn ein AC-zu-Erde-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Erdknoten auftritt.
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In einer Ausführungsform können die Fehlerschutzelemente eine erste Induktivität und eine zweite Induktivität aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das System auch eine elektrische Maschine beinhalten, und das Wechselrichter-Untermodul ist an eine Wicklung der elektrischen Maschine über die AC-Verbindung gekoppelt. Das Wechselrichter-Untermodul kann einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter beinhalten. Während eines AC-zu-Erde-Fehlers, wenn der erste Schalter geschlossen ist, fließt der Strom entlang des ersten Strompfades, welcher von dem Erdknoten durch die zweite Induktivität, das Wechselrichter-Untermodul, den ersten Schalter, die Wicklung und zurück zu dem Erdknoten ist, und die zweite Induktivität stellt eine induktive Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Erde-Fehlers auftritt. Im Gegensatz dazu, während eines AC-zu-Erde-Fehlers, wenn der zweite Schalter geschlossen ist, fließt der Strom entlang des zweiten Strompfades, welcher von dem Erdknoten durch die Wicklung, das Wechselrichter-Untermodul, die erste Induktivität und zurück zu dem Erdknoten ist, so dass die erste Induktivität eine induktive Impedanz bereitstellt, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Erde-Fehlers erzeugt ist.
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In einer Ausführungsform wird ein hybridelektrisches Fahrzeug bereitgestellt, welches besitzt: ein Chassis, welches auf einem Erdpotenzial ist, eine elektrische Maschine, welche eine Wicklung aufweist, ein Wechselrichtermodul, welches aufweist: ein Wechselrichter-Untermodul, welches an die Wicklung über eine AC-Verbindung gekoppelt ist, und Fehlerschutzelemente, welche an das Wechselrichter-Untermodul gekoppelt sind. Wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Chassis auftritt, sind die Fehlerschutzelemente konfiguriert, eine induktive Impedanz bereitzustellen, welche das Ausmaß eines Stromes begrenzt, welcher durch entweder einen ersten Strompfad oder einen zweiten Strompfad fließt. In einer Ausführungsform können die Fehlerschutzelemente eine erste Induktivität entlang des zweiten Strompfades und eine zweite Induktivität entlang des ersten Strompfades beinhalten.
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In einer Ausführungsform kann das hybridelektrische Fahrzeug auch einen ersten Y-Kondensator und einen zweiten Y-Kondensator, welcher elektrisch in Reihe mit dem ersten Y-Kondensator gekoppelt ist, aufweisen. In derartigen Ausführungsformen können die Fehlerschutzelemente zwischen dem Wechselrichter-Untermodul, dem ersten Y-Kondensator und dem zweiten Y-Kondensator gekoppelt sein. Der erste Y-Kondensator und der zweite Y-Kondensator können das EMI-Rauschen, aufgrund des Schaltens der ersten und zweiten Schalter, unterdrücken.
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In einer Ausführungsform kann das Wechselrichtermodul auch einen X-Kondensator, welcher elektrisch parallel zu dem Wechselrichter-Untermodul ist, beinhalten, und die Fehlerschutzelemente können die erste Induktivität, welche zwischen dem X-Kondensator und dem ersten Y-Kondensator gekoppelt ist, und die zweite Induktivität, welche zwischen dem X-Kondensator und dem zweiten Y-Kondensator gekoppelt ist, beinhalten. In einer Implementierung beinhaltet das Wechselrichtermodul auch einen Bulk- bzw. Stütz-Kondensator, welcher elektrisch parallel zu dem Wechselrichter-Untermodul und dem X-Kondensator gekoppelt ist.
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In einer Ausführungsform kann das hybridelektrische Fahrzeug auch beinhalten: einen Hochspannungsbus, eine Spannungsquelle, welche einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss besitzt, welcher an den Hochspannungsbus gekoppelt ist, einen ersten Isolationswiderstand, welcher an den positiven Anschluss gekoppelt ist und elektrisch parallel zu dem ersten Y-Kondensator ist, und einen zweiten Isolationswiderstand, welcher an den negativen Anschluss gekoppelt ist und elektrisch parallel zu dem zweiten Y-Kondensator ist. Der erste Y-Kondensator und der erste Isolationswiderstand können zwischen dem Chassis und einem Knoten gekoppelt sein, welcher von dem positiven Anschluss der Spannungsquelle und der ersten Induktivität gemeinsam genutzt wird, und der zweite Y-Kondensator und der zweite Isolationswiderstand können zwischen dem Chassis und einem anderen Knoten gekoppelt sein, welcher von dem negativen Anschluss der Spannungsquelle und der zweiten Induktivität gemeinsam genutzt wird.
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In einer Ausführungsform weist das Wechselrichter-Untermodul einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter auf.
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Wenn der erste Schalter geschlossen ist und ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Chassis auftritt, fließt der Strom entlang des ersten Strompfades. In einer Implementierung kann zum Beispiel der erste Strompfad von dem Chassis durch die zweite Induktivität, das Wechselrichter-Untermodul, den ersten Schalter, die Wicklung und zurück zu dem Chassis sein. Wenn der erste Schalter geschlossen ist, stellt die zweite Induktivität eine induktive Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei hohen Frequenzen auftritt, und der zweite Isolationswiderstand stellt eine andere Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist.
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Im Gegensatz dazu, wenn der zweite Schalter geschlossen ist und ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Chassis auftritt, fließt der Strom entlang des zweiten Strompfades. In einer Implementierung kann der zweite Strompfad zum Beispiel von dem Chassis durch die Wicklung, das Wechselrichter-Untermodul, die erste Induktivität und zurück zu dem Chassis sein. Wenn der zweite Schalter geschlossen ist, stellt die erste Induktivität eine induktive Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei hohen Frequenzen erzeugt ist, und der erste Isolationswiderstand stellt eine andere Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und
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1 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Maschinenantriebssystems entsprechend zu den offenbarten Ausführungsformen ist;
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2 ein Blockdiagram eines Teilbereichs des Maschinenantriebssystems der 1 entsprechend zu einigen der offenbarten Ausführungsformen ist;
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3 und 4 Blockdiagramme sind, welche den Betrieb des Teilbereichs des Maschinenantriebssystems der 2 während unterschiedlicher AC-zu-Chassis-Fehler-Szenarien darstellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Wie es hier benutzt wird, bedeutet das Wort „beispielhaft” „als ein Beispiel, ein Umstand oder eine Darstellung dienend”. Die folgende detaillierte Beschreibung ist nur von ihrer Art her beispielhaft und ist nicht beabsichtigt, die Erfindung oder die Anwendung und das Gebrauchen der Erfindung zu begrenzen. Jede Ausführungsform, welche hier als „beispielhaft” beschrieben ist, ist nicht notwendiger Weise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen zu interpretieren. Alle der Ausführungsformen, welche in dieser Detaillierten Beschreibung beschrieben sind, sind beispielhafte Ausführungsformen, welche geliefert sind, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen oder zu gebrauchen und nicht, um den Umfang der Erfindung zu begrenzen, welcher durch die Ansprüche definiert ist. Außerdem gibt es keine Absicht, an irgend eine ausgedrückte oder beinhaltete Theorie gebunden zu sein, welche in dem vorausgegangenen technischen Bereich, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Systeme und Geräte für das Ertragen eines AC-zu-Chassis-Fehlers in einem Dreiphasen-System-Antriebssystem und können bei Betriebsumgebungen, wie zum Beispiel einem hybrid/elektrischen Fahrzeug (HEV), implementiert werden. Bei den beispielhaften Implementierungen, welche nun beschrieben werden, werden die Steuertechniken und Technologien beschrieben, wie sie an einem hybrid/elektrischen Fahrzeug angewendet werden. Jedoch wird von Fachleuten gewürdigt werden, dass die gleichen oder ähnliche Techniken und Technologien in dem Kontext von anderen Systemen angewendet werden können, bei welchen es wünschenswert ist, den Betrieb eines Mehrphasensystems zu steuern.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Maschinenantriebssystems 100 entsprechend zu den veröffentlichten Ausführungsformen. In einer speziellen Implementierung kann das Maschinenantriebssystem 100 in einem HEV implementiert sein. Außerdem wird festgestellt, dass, obwohl das Maschinenantriebssystem 100 beschrieben wird, dass es drei Phasen besitzt, die veröffentlichten Ausführungsformen nicht auf Maschinenantriebssysteme begrenzt sind, welche drei Phasen besitzen, und dass die offenbarten Ausführungsformen für Maschinenantriebssysteme anwendbar sind, welche eine beliebige Anzahl von Phasen besitzen. Demnach wird gewürdigt werden, dass die veröffentlichten Ausführungsformen nicht auf ein Dreiphasensystem begrenzt sind, und in anderen Ausführungsformen kann die AC-Maschine 120, welche nachfolgend beschrieben ist, eine andere Anzahl von Phasen besitzen, und dass die veröffentlichten Ausführungsformen an jeglichen Typ von mehrphasiger AC-Maschine angewendet werden können, welche weniger oder mehr Phasen beinhaltet. Außerdem wird festgestellt, dass in der folgenden Beschreibung einer speziellen nicht eingrenzenden Implementierung die AC-Maschine 120 als eine dreiphasige Permanentmagnet-AC-Maschine beschrieben wird. In einer speziellen Implementierung weist die elektrische Maschine 120 eine dreiphasige Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM) 120 auf. Jedoch sollte gewürdigt werden, dass die dargestellte Ausführungsform nur ein nicht eingrenzendes Beispiel der Typen von AC-Maschinen ist, an welchen die veröffentlichten Ausführungsformen angewendet werden können.
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In der Ausführungsform, welche in 1 dargestellt ist, wird eine dreiphasige AC-Maschine 120 über ein dreiphasiges pulsbreitenmoduliertes(PWM-)Wechselrichtermodul 110 gesteuert, welches an die dreiphasige AC-Maschine 120 gekoppelt ist. Die dreiphasige AC-Maschine 120 kann effizient eine DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 benutzen, welche dem dreiphasigen Wechselrichtermodul 110 durch das Einstellen von Strombefehlen bereitgestellt wird, welche die dreiphasige AC-Maschine 120 steuern.
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Wie in 1 dargestellt wird, besitzt die dreiphasige AC-Maschine 120 drei Stator- oder Maschinenwicklungen 120A, 120B, 120C, welche an die Maschinenanschlüsse A, B, C angeschlossen sind, und das dreiphasige Wechselrichtermodul 110 beinhaltet drei Wechselrichter-Untermodule 115, 117 und 119. In dieser speziellen Ausführungsform ist in Phase A das Wechselrichter-Untermodul 115 an die Maschinenwicklung 120A gekoppelt, in Phase B das Wechselrichter-Untermodul 117 an die Maschinenwicklung 120B gekoppelt und in Phase C das Wechselrichter-Untermodul 119 an die Maschinenwicklung 120C gekoppelt. Die Maschinenwicklungen A, B, C (120A, 120B, 120C) sind zusammen an einen neutralen Punkt (N) 120D gekoppelt. Der Strom in die Maschinenwicklung A 120A fließt aus den Maschinenwicklungen B, C 120B–120C, der Strom in die Maschinenwicklung B 120B fließt aus den Maschinenwicklungen A und C, 120A, 120C und der Strom in die Maschinenwicklung C 120C fließt aus den Maschinenwicklungen A und B, 120A, 120B.
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Die resultierenden Phasen- oder Statorströme (Ia–Ic) 122, 123, 124 fließen durch die jeweiligen Statorwicklungen 120A–120C. Die Phase der neutralen Spannungen über jede der Statorwicklungen 120A–120C sind jeweils als Van, Vbn, Vcn bezeichnet, mit den Rück-Elektromotorische-Kraft-(EMF-)Spannungen, welche in jeder der Statorwicklungen 120A–120C jeweils erzeugt sind, welche als die Spannungen Ea, Eb, Ec gezeigt werden, wobei jede jeweils elektrisch verbunden in Reihe mit den Statorwicklungen 120A–120C gezeigt wird. Wie es gut bekannt ist, sind diese Rück-EMF-Spannungen Ea, Eb, Ec die Spannungen, welche in den jeweiligen Statorwicklungen 120A–102C durch das Drehen des Permanentmagnetrotors induziert sind. Wie es nachfolgend beschrieben wird, erzeugt die dreiphasige AC-Maschine 120 eine mechanische Leistung (Drehmoment X Geschwindigkeit) basierend auf dreiphasigen Stromsignalen, welche von dem Wechselrichtermodul 110 empfangen werden. Obwohl nicht in 1 dargestellt, kann bei einigen Implementierungen die Maschine 120 ein Getriebe beinhalten, welches an eine Welle der dreiphasigen AC-Maschine 120 gekoppelt ist und durch diese angetrieben wird.
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Der Wechselrichter 110 beinhaltet: ein erstes Wechselrichter-Untermodul 115, welches einen Doppelschalter 182/183, 184/185 aufweist, ein zweites Wechselrichter-Untermodul 117, welches einen Doppelschalter 186/187, 188/189 aufweist, und ein drittes Wechselrichter-Untermodul 119, welches einen Doppelschalter 190/191, 192/193 aufweist. Demnach besitzt der Wechselrichter 110 sechs Festkörper-steuerbare Schalteinrichtungen 182, 184, 186, 188, 190, 192 und sechs Dioden 183, 185, 187, 189, 191, 193, um in geeigneter Weise die DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 zu schalten und eine dreiphasige Energieversorgung der Statorwicklungen 120A, 120B, 120C der dreiphasigen AC-Maschine 120 bereitzustellen. Während der normalen Betriebszustände wird das Schalten der Festkörper-Schalteinrichtungen 182, 184, 186, 188, 190, 192 innerhalb der Wechselrichter-Untermodule 115, 117, 119 durch das Bereitstellen geeigneter Steuersignale für die individuellen Wechselrichter-Untermodule 115, 117, 119 gesteuert, wodurch die Ausgangssignale der Wechselrichter-Untermodule 115, 117, 119 gesteuert werden, welche den Maschinenwicklungen 120A–120C jeweils bereitgestellt werden. Die resultierenden Statorströme (Ia ... Ic) 122–124, welche durch die Wechselrichter-Untermodule 115, 117, 119 des dreiphasigen Wechselrichtermoduls 110 erzeugt sind, werden für die Maschinenwicklungen 120A, 120B, 120C jeweils bereitgestellt. Die Spannungen, wie Van, Vbn, Vcn, und die Spannung am Knoten N fluktuieren über die Zeit hinweg, abhängig von den offenen/geschlossenen Zuständen der Schalter 182, 184, 186, 188, 190, 192 in den Wechselrichter-Untermodulen 115, 117, 119 des Wechselrichtermoduls 110. Die Rück-Elektromotorische-Kraft-(EMF-)Spannungen Ea, Eb, Ec werden nicht durch das Wechselrichterschalten beeinflusst, sondern nur durch die Motorgeschwindigkeit.
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Obwohl nicht dargestellt, kann jedes Wechselrichter-Untermodul auch andere Schaltelemente, wie zum Beispiel Kondensatoren, beinhalten, wie dies nachfolgend mit Bezug auf die 2–4 beschrieben wird.
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Zusätzlich ist das dreiphasige Wechselrichtermodul 110 an das PWM-Modul (nicht dargestellt) gekoppelt, welches für das Steuern der Pulsbreitenmodulation (PWM) der Phasen-Spannungs-Befehlssignale benutzt wird. Die Schaltvektorsignale 109 werden bei dem PWM-Modul (nicht dargestellt) erzeugt und dem dreiphasigen Wechselrichtermodul 110 bereitgestellt und werden benutzt, um die Schaltzustände der Schalter in dem PWM-Wechselrichter 110 zu steuern und dreiphasige Spannungsbefehle (Wechselstrom-(AC-)Wellenformen) zu erzeugen, welche jede Phase A, B, C der dreiphasigen AC-angetriebenen Maschine 120 treiben. Die Schaltzustände der Schalter in dem Wechselrichtermodul 110 werden so gesteuert, dass zu keiner Zeit beide Schalter in dem gleichen Wechselrichter-Untermodul 115–117 oder ”Strang” eingeschaltet sind, um zu verhindern, dass die DC-Versorgung kurzgeschlossen wird. Demnach werden die Schalter in dem gleichen Wechselrichter-Untermodul 115–117 in einer komplementären Weise betrieben (während des normalen Betriebes), so dass, wenn einer aus ist, der andere ein ist und umgekehrt. Demnach, in einer gegebenen Phase (A ... C) zu irgendeiner speziellen Zeit, ist einer der Schalter aus und der andere der Schalter ist ein (d. h. die zwei Schalter in einem speziellen Wechselrichter-Untermodul haben entgegengesetzte Ein-/Aus-Zustände).
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Das dreiphasige Wechselrichtermodul 110 empfängt die DC-Eingangsspannung (Vdc) 170 und Schaltvektorsignale 109 und benutzt sie, um dreiphasige Wechselstrom-(AC-)Spannungssignal-Wellenformen an den Wechselrichterpolen zu erzeugen, welche die dreiphasige AC-Maschine 120 bei sich ändernden Winkelgeschwindigkeiten (ωr) treiben. Die dreiphasige Maschine 120 empfängt die dreiphasigen Spannungssignale, welche durch den PWM-Wechselrichter 110 erzeugt sind, und erzeugt ein Maschinenausgangssignal bei einem befohlenen Drehmoment.
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Jedes Wechselrichter-Untermodul 115, 117, 119 ist an eine der Maschinenwicklungen 120A–120C jeweils über eine entsprechende AC-Verbindung 125A–125C gekoppelt. Typischerweise sind die AC-Verbindungen (z. B. Drähte) zusammen in einem AC-Kabel (nicht dargestellt) untergebracht. In derartigen Implementierungen beinhaltet das AC-Kabel eine AC-Verbindung 125 (z. B. einen Draht) für jede Phase, in welcher jede AC-Verbindung 125 einen Anschluss (nicht dargestellt) eines speziellen Wechselrichter-Untermoduls des Wechselrichters 110 mit einem entsprechenden Anschluss einer speziellen Wicklung 120 der Maschine 120 verbindet. Zum Beispiel besitzt in dem beispielhaften dreiphasigen System, welches in 1 dargestellt ist, ein AC-Kabel, welches die dreiphasige Maschine 120 an das dreiphasige Wechselrichtermodul 110 koppelt, drei AC-Verbindungen 125-A, 125-B und 125C.
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AC-zu-Chassis-Fehler
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Ein AC-zu-Chassis-Fehler bezieht sich auf einen Fehler an irgendeinem Punkt zwischen dem AC-Kabel und dem Chassis des HEV. Zum Beispiel kann ein AC-zu-Chassis-Fehler an einer Motorwicklung (oder dem Anschluss, an den es angeschlossen ist), an einem Wechselrichter-Untermodul (oder dem Anschluss, an dem es angeschlossen ist oder in einem der Elemente des Wechselrichter-Untermoduls) oder an irgendeinem Punkt entlang des AC-Kabels (oder an einem von seinen AC-Verbindungen) auftreten. Beispiele eines AC-zu-Chassis-Fehlers können Situationen beinhalten, wenn das AC-Kabel beschädigt wird, oder wenn es eine schlechte Verbindung an einem Anschluss gibt, oder wenn es einen Fehler zwischen einer Wicklung und dem Chassis gibt, etc.
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Entsprechend zu den offenbarten Ausführungsformen, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen einer AC-Verbindung und dem Chassis eines HEV auftritt, werden Fehler-Schutzelemente bereitgestellt, welche konfiguriert sind, um eine induktive Impedanz bereitzustellen, welche das Ausmaß eines Fehlerstromes begrenzt, welcher als ein Ergebnis des AC-zu-Chassis-Fehlers erzeugt ist. Die offenbarten Ausführungsformen gestatten, dass das Wechselrichtermodul 110 des Maschinenantriebssystems 100 den Betrieb aufrechterhält, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler auftritt. Die offenbarten Ausführungsformen können einen Hardware-Schaden verhindern, welcher anderenfalls aufgrund zu hohem Ausmaßes von Resonanzfehlerströmen verursacht sein könnte, welche auf einem fehlerhaften Pfad während eines AC-zu-Chassis-Fehlers umlaufen. Bei HEV-Anwendungen kann dies auch verhindern, dass das HEV den Betrieb einstellt, während es betrieben wird, wobei beinhaltet ist, wenn das HEV sich bewegt.
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Fehlerschutz
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2 ist ein Blockdiagramm eines Teilbereiches des Maschinenantriebssystems 100 der 1, welches eine beispielhafte Implementierung der Schaltung 181 beinhaltet, welche Fehlerschutzelemente 180 beinhaltet, entsprechend zu einigen der offenbarten Ausführungsformen. 3 und 4 sind Blockdiagramme, welche den Betrieb des Teilbereichs des Maschinenantriebssystems 100 der 2 während unterschiedlicher AC-zu-Chassis-Fehlerszenarien darstellen. Auf 2–4 wird zusammen in der Beschreibung, welche folgt, Bezug genommen.
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Obwohl 2–4 nur ein einzelnes Wechselrichter-Untermodul 115 von 1 der Kürze wegen zeigen, wird festgestellt, dass zusätzliche Wechselrichter-Untermodule (z. B. Wechselrichter-Untermodule 117, 119) in anderen alternativen Implementierungen vorhanden sein können. Zusätzlich kann die Schaltung 181, welche an das Wechselrichter-Untermodul 115 und an jedes der zusätzlichen Wechselrichter-Untermodule gekoppelt ist, auch andere zusätzliche Elemente beinhalten, welche der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.
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Der Teilbereich des Maschinenantriebssystems 100, welcher in 2–4 dargestellt ist, beinhaltet das Wechselrichter-Untermodul 115, die Maschine 120, die DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170, eine Vielzahl von Schaltelementen oder eine Schaltung 181 und eine Vielzahl von Knoten 144, 148, 164, 166, 168.
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In der Beschreibung, welche folgt, werden diese Knoten als ein erster Knoten 144, ein zweiter Knoten 138, ein dritter Knoten 164, ein vierter Knoten 166 und ein fünfter Knoten 168 bezeichnet.
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Das Wechselrichtermodul (nicht voll in 2–4 dargestellt) beinhaltet ein Wechselrichter-Untermodul 115 (für die Phase A), einen Bulk-Kondensator bzw. Stütz-Kondensator 136 und einen X-Kondensator 146. Es wird festgestellt, dass das Wechselrichtermodul andere Wechselrichter-Untermodule (wie zum Beispiel die Wechselrichter-Untermodule 117, 119 der 1), welche nicht in 2–4 dargestellt sind) beinhalten kann. In 2–4 ist das Wechselrichter-Untermodul 115 für die Phase A elektrisch parallel zu dem Stütz-Kondensator 136 zwischen dem ersten Knoten 144 und dem zweiten Knoten 148 gekoppelt. Der Stütz-Kondensator 136 ist elektrisch parallel zu dem X-Kondensator 146 gekoppelt, welcher auch zwischen dem ersten Knoten 144 und dem zweiten Knoten 148 gekoppelt ist.
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Das Wechselrichter-Untermodul 115 (für Phase A) ist durch die Schaltung 181 an die DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 gekoppelt.
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Die DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 beinhaltet einen positiven Anschluss 172 und einen negativen Anschluss 174, welche an einen Hochspannungsbus gekoppelt sind. In einer speziellen Implementierung, welche dargestellt ist, ist ein positiver Anschluss 172 der DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 an den dritten Knoten 164 gekoppelt, und ein negativer Anschluss 174 der DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 ist an den fünften Knoten 168 gekoppelt.
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Die Schaltung 181 beinhaltet einen ersten Y-Kondensator 155, einen zweiten Y-Kondensator 157, einen ersten Isolationswiderstand 165, einen zweiten Isolationswiderstand 167 und Fehlerschutzelemente 180. Obwohl nicht dargestellt, kann die Schaltung 181 zusätzliche Schaltelemente in einigen Implementierungen beinhalten.
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Die offenbarten Ausführungsformen beinhalten Fehlerschutzelemente 180, welche an das Wechselrichter-Untermodul 115 gekoppelt sind, um eine erforderliche Impedanz bereitzustellen, um die Stromgröße entlang der Strompfade 210, 220 während eines AC-zu-Chassis-Fehlers zu begrenzen. Mit anderen Worten, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen einer AC-Verbindung und dem Chassis 153 auftritt, sind Fehlerschutzelemente 180 konfiguriert, um eine induktive Impedanz bereitzustellen, welche das Ausmaß bzw. Größe des Fehlerstromes begrenzt, welcher entweder durch den ersten Strompfad 210 oder den zweiten Strompfad 220 fließt.
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In der Ausführungsform, welche in 2–4 dargestellt ist, können die Fehlerschutzelemente 180 eine erste Induktivität 150 und eine zweite Induktivität 152 beinhalten. In dieser speziellen Ausführungsform ist der X-Kondensator 146 an die erste Induktivität 150 und an die zweite Induktivität 152 gekoppelt. Speziell ist der X-Kondensator 146 an die erste Induktivität 150 an dem ersten Knoten 144 und an die zweite Induktivität 152 an dem zweiten Knoten 148 gekoppelt. Wie dargestellt, ist die erste Induktivität 150 zwischen dem X-Kondensator 146 und dem ersten Y-Kondensator 155 gekoppelt, und die zweite Induktivität 152 ist zwischen dem X-Kondensator 146 und dem zweiten Y-Kondensator 157 gekoppelt. Bei dieser speziellen Implementierung ist die erste Induktivität 150 zwischen dem ersten Knoten 144 und dem dritten Knoten 164 gekoppelt, und die zweite Induktivität 152 ist zwischen dem zweiten Knoten 148 und dem fünften Knoten 168 gekoppelt. Die erste Induktivität 150 und die zweite Induktivität 152 besitzen im Wesentlichen die gleiche Induktivität. In einer Implementierung besitzt die erste Induktivität 150 und die zweite Induktivität 152 eine Induktivität von ungefähr 1,0 bis 10,0 Mikro-Henry. Die erste Induktivität 150 und die zweite Induktivität 152 können implementiert sein, wobei irgendeine bekannte Induktivität implementiert wird, welche den Fehlerstrom begrenzen kann, wobei zum Beispiel (1) Streuinduktivität eines gewöhnlichen Drosselmodus, (2) Streuinduktivität des Busses, welcher an den positiven Anschluss 172 und den negativen Anschluss 174 der DC-Eingangsspannung-(Vdc-)Quelle 170 gekoppelt ist, (3) aktuelle Drosseln, (4) andere induktive Elemente etc. beinhaltet sind.
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Wie nachfolgend erklärt wird, können die erste Induktivität 150 und die zweite Induktivität 152 eine Impedanz bei hohen Frequenzen (z. B. bei Schaltfrequenzen und höher) bereitstellen, um das Ausmaß des Fehlerstroms während eines AC-zu-Chassis-Fehlers zu begrenzen. Wenn man den ersten Y-Kondensator 155, den zweiten Y-Kondensator 157, den ersten Isolationswiderstand 165 und den zweiten Isolationswiderstand 167 auf die linke Seite der ersten Induktivität 150 und der zweiten Induktivität 152 oder, mit anderen Worten, zwischen der ersten Induktivität 150, der zweiten Induktivität 152 und der DC-Eingangsspannung-(Vdc-)Quelle 170 platziert, gestattet dies, dass die erste Induktivität 150 und die zweite Induktivität 152 die benötigte Impedanz bei hohen Frequenzen bereitstellen, um den Fehlerstrompfad während eines Fehlers zu blockieren. Zusätzlich können die erste Induktivität 150 und die zweite Induktivität 152 auch das System stabilisieren und die benötigte DC-Kapazität reduzieren und können auch das Filtern der Spannungsspitzen des differentiellen Modus bereitstellen, welche aufgrund des Schaltens verursacht sind.
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Der erste Y-Kondensator 155 und der zweite Y-Kondensator 157 werden bereitgestellt, um das EMI-/EMC-Rauschen aufgrund von zum Beispiel Schaltens des ersten und zweiten Schalters zu unterdrücken. Der erste Y-Kondensator 155 ist elektrisch parallel zu dem ersten Isolationswiderstand 165 gekoppelt. In der Implementierung, welche dargestellt ist, können der ersten Y-Kondensator 155 und der erste Isolationswiderstand 165 zwischen das Chassis 153 und den dritten Knoten 164 gekoppelt werden, welcher gemeinsam zu dem positiven Anschluss 172 der DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 und der ersten Induktivität 150 gehört. Der zweite Y-Kondensator 157 ist elektrisch parallel zu dem zweiten Isolationswiderstand 167, welcher auch zwischen dem vierten Knoten 166 und dem fünften Knoten 168 gekoppelt ist. In der Implementierung, welche dargestellt ist, kann der zweiten Y-Kondensator 157 und der zweite Isolationswiderstand 167 zwischen dem Chassis 153 und dem fünften Knoten 168 gekoppelt werden, welcher gemeinsam zu dem negativen Anschluss 174 der DC-Eingangsspannung-(Vdc-)Quelle 170 und der zweiten Induktivität 152 gehört. Damit ist in dieser speziellen Implementierung der erste Y-Kondensator 155 zwischen dem dritten Knoten 164 und dem vierten Knoten 166 gekoppelt, und der zweite Y-Kondensator 157 ist elektrisch in Reihe zu dem ersten Y-Kondensator 155 zwischen dem vierten Knoten 166 und dem fünften Knoten 168 gekoppelt.
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Der erste Isolationswiderstand 165 ist an dem positiven Anschluss 172 und parallel zu dem ersten Y-Kondensator 155 gekoppelt, und der zweite Isolationswiderstand 167 ist an den negativen Anschluss 174 und parallel zu dem zweiten Y-Kondensator 157 gekoppelt. In einer speziellen Implementierung, welche dargestellt ist, ist der erste Isolationswiderstand 165 zwischen dem dritten Knoten 164 und dem vierten Knoten 166 gekoppelt, und der zweite Isolationswiderstand 167 ist zwischen dem vierten Knoten 166 und dem fünften Knoten 168 elektrisch in Reihe mit dem ersten Isolationswiderstand 165 gekoppelt. Die Isolationswiderstände 165, 167 stellen eine hohe Impedanz, isoliert vom Chassis, bereit. Deshalb kann das HEV Einzelfehlerzustände tolerieren, ohne sofort während des Betriebes abzuschalten.
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Der erste Isolationswiderstand 165 und der zweite Isolationswiderstand 167 von dem Chassis 153 begrenzen das Ausmaß des Fehlerstromes bei niedrigen Frequenzen, zum Beispiel Harmonischen der grundelektrischen Frequenz der Maschine und darunter. Der vierte Knoten 166 ist an das Chassis 153 (welches auf Erdpotenzial ist) gekoppelt.
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Betrieb der Fehlerschutzelemente während eines Fehlers
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Wie oben erwähnt, können durch das Bereitstellen der ersten Induktivität 150 an dem positiven Anschluss 172 der DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 und der zweiten Induktivität 152 an dem negativen Anschluss 174 der DC-Eingangsspannungs-(Vdc-)Quelle 170 während eines Fehlerzustandes die Fehlerströme begrenzt werden. Die Fehlerströme, welche während eines AC-zu-Chassis-Fehlers erzeugt sind, können zwei unterschiedliche Pfade 210, 220 durch die Fehlerschutzelemente 180 hernehmen, welches davon abhängt, welcher der Schalter 182, 184 geschlossen ist oder ”ein” ist. Unterschiedlich ausgeführt, kann der Fehlerstrom durch die Fehlerschutzelemente 180 auf unterschiedlichen Wegen fließen, abhängig davon, welcher der Schalter 182, 184 zu irgendeiner speziellen Zeit ein ist.
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Um eine Erklärung bereitzustellen, wie die Fehlerschutzelemente 180 unter unterschiedlichen Fehlerzuständen arbeiten, welche auftreten können, wird nun ein Beispiel mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
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Wie in 3 dargestellt ist, wird in einem Szenario, wenn der erste (obere) Schalter 182 (des Wechselrichter-Untermoduls 115) in der Ein-Position (d. h. geschlossen) ist, und ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen einer AC-Verbindung und dem Chassis 153 auftritt, der Fehlerstrom durch oder entlang eines ersten Strompfades 210 zu dem Chassis 153 (Erde) fließen. Spezieller ausgedrückt, der Fehlerstrom wird von dem Chassis 153 durch den vierten Knoten 156, durch den zweiten Y-Kondensator 157, durch den fünften Knoten 169, durch die zweite Induktivität 152, durch den vierten Knoten 148, durch den Stütz-Kondensator 136, durch den ersten Knoten 144, durch den Schalter 182 und heraus durch die Maschinenwicklung 120A (oder die Phase A der dreiphasigen AC-Maschine 120) und in das Chassis 153 (Erde) fließen. In diesem Szenario stellt die zweite Induktivität 152 eine induktive Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei hohen Frequenzen erzeugt ist, und der zweite Isolationswiderstand 167 stellt eine Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist.
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Wie in 4 dargestellt ist, wird in einem anderen Szenario, wenn der zweite (niedrigere) Schalter 184 in der Ein-Position (d. h. geschlossen) ist und ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Chassis auftritt, ein Fehlerstrom durch einen zweiten Strompfad 220 zu dem Chassis 153 (Erde) fließen. Spezieller ausgedrückt, der Fehlerstrom wird von dem Chassis 153 durch die Maschinenwicklung 120A (Phase A der dreiphasigen AC-Maschine 120) durch den Schalter 184 durch den zweiten Knoten 148 durch den Stütz-Kondensator 136 durch den ersten Knoten 144 durch die erste Induktivität 150 durch den dritten Knoten 164 durch den ersten Y-Kondensator 155 und durch den vierten Knoten 166 zurück zu dem Chassis 153 (Erde) fließen. In diesem Szenario stellt die erste Induktivität 150 eine induktive Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei hohen Frequenzen erzeugt ist, und der erste Isolationswiderstand 165 stellt eine Impedanz bereit, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist.
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In diesem Dokument können Vergleichsterme, wie z. B. erster und zweiter und Ähnliches, nur benutzt werden, um eine Einheit oder Aktion von einer anderen Einheit oder Aktion zu unterscheiden, ohne dabei notwendigerweise irgendeine aktuelle derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Aktionen zu erfordern oder zu beinhalten. Numerische Ordnungszahlen, wie z. B. ”erster”, ”zweiter”, ”dritter” etc., bezeichnen einfach unterschiedliche Einzelelemente einer Vielfalt und beinhalten keinerlei Reihenfolge oder Folge, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache der Ansprüche definiert. Die Reihenfolge des Textes in irgendeiner der Ausführungsformen oder Ansprüche beinhaltet nicht, dass Prozessschritte in einer zeitlichen oder logischen Reihenfolge entsprechend einer derartigen Folge durchgeführt werden müssen, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache des Anspruchs definiert.
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Wie es hier benutzt wird, bezieht sich der Term ”Wechselstrom-(AC-)Maschine” im Allgemeinen auf ”eine Einrichtung oder ein Gerät, welches elektrische Energie in mechanische Energie wandelt oder umgekehrt”. Eine AC-Maschine ist eine elektrische Maschine, welche durch einen Wechselstrom getrieben wird. AC-Maschinen können im Allgemein Synchron-AC-Maschinen beinhalten, welche Permanentmagnet-Maschinen beinhalten. Permanentmagnet-Maschinen beinhalten Oberflächenmontierte-Permanentmagnet-Maschinen (SMPMMs) und Innere-Permanentmagnet-Maschinen (IPMMs).
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Obwohl eine AC-Maschine ein AC-Motor sein kann (z. B. ein Gerät, welches benutzt wird, um AC-elektrische Energieleistung an seinem Eingang in mechanische Energie oder Leistung zu wandeln), ist eine AC-Maschine nicht darauf begrenzt, ein AC-Motor zu sein, sondern kann auch Generatoren umfassen, welche benutzt werden, um mechanische Energie oder Leistung an ihrem ersten Bewegungsglied in elektrische AC-Energie oder -Leistung an ihrem Ausgang zu wandeln. Jede der Maschinen kann ein AC-Motor oder ein AC-Generator sein.
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Wie es hier benutzt wird, bezieht sich der Term ”Fahrzeug” in breitem Maße auf einen nicht lebenden Transportmechanismus, welcher eine AC-Maschine besitzt. Zusätzlich ist der Term ”Fahrzeug” nicht auf eine spezielle Antriebstechnologie, wie z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff, begrenzt. Vielmehr beinhalten Fahrzeuge auch Hybridfahrzeuge, Elektrische Batterie- bzw. Akku-Fahrzeuge, Wasserstoff-Fahrzeuge und Fahrzeuge, welche arbeiten, indem sie verschiedene andere alternative Kraftstoffe benutzen.
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Außerdem beinhalten Wörter, abhängig vom Kontext, wie z. B. ”verbinden” oder ”gekoppelt an”, welche für das Beschreiben einer Beziehung zwischen unterschiedlichen Elementen benutzt werden, nicht, dass eine direkte physikalische Verbindung zwischen diesen Elementen hergestellt werden muss. Beispielsweise können zwei Elemente miteinander physikalisch, elektronisch, logisch oder in irgendeiner anderen Weise durch eines oder mehrere zusätzliche Elemente verbunden sein.
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Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorausgegangenen detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen, nur Beispiele sind und sie sollen nicht den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise eingrenzen. Vielmehr wird die vorausgegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon dargelegt ist, abzuweichen.
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Weitere Ausführungsformen
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- 1. System, welches aufweist:
einen Erdknoten, welcher auf Erdpotenzial ist;
ein Wechselrichtermodul, welches aufweist:
ein Wechselrichter-Untermodul, welches an eine AC-Verbindung gekoppelt ist;
einen ersten Strompfad über die AC-Verbindung von dem Erdknoten durch das Wechselrichter-Untermodul;
einen zweiten Strompfad über die AC-Verbindung von dem Erdknoten durch das Wechselrichter-Untermodul; und
Fehlerschutzelemente, welche an das Wechselrichter-Untermodul gekoppelt sind, wobei die Fehlerschutzelemente konfiguriert sind, um eine induktive Impedanz bereitzustellen, welche das Ausmaß eines Stromes begrenzt, welcher entweder durch den ersten Strompfad oder den zweiten Strompfad fließt, wenn ein AC-zu-Erde-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Erdknoten auftritt.
- 2. System nach Ausführungsform 1, wobei das Wechselrichtermodul ferner aufweist: einen X-Kondensator, welcher elektrisch parallel zu dem Wechselrichter-Untermodul gekoppelt ist und ferner aufweist:
einen ersten Y-Kondensator; und
einen zweiten Y-Kondensator, welcher elektrisch in Reihe mit dem ersten Y-Kondensator gekoppelt ist, wobei die Fehlerschutzelemente zwischen dem Wechselrichter-Untermodul des ersten Y-Kondensators und des zweiten Y-Kondensators gekoppelt sind,
wobei die AC-zu-Erde-Fehlerschutzelemente aufweisen:
eine erste Induktivität, welche zwischen dem X-Kondensator und dem ersten Y-Kondensator gekoppelt ist, und
eine zweite Induktivität, welche zwischen dem X-Kondensator und dem zweiten Y-Kondensator gekoppelt ist.
- 3. System nach Ausführungsform 2, welches ferner aufweist:
einen Hochspannungsbus;
eine Spannungsquelle, welche einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss besitzt, welche an den Hochspannungsbus gekoppelt sind;
einen ersten Isolationswiderstand, welcher an den positiven Anschluss und elektrisch parallel zu dem ersten Y-Kondensator gekoppelt ist;
einen zweiten Isolationswiderstand, welcher an den negativen Anschluss und elektrisch parallel zu dem zweiten Y-Kondensator gekoppelt ist.
- 4. System nach Ausführungsform 3, wobei der erste Y-Kondensator und der erste Isolationswiderstand zwischen dem Erdknoten und einem Knoten gekoppelt ist, welcher von dem positiven Anschluss der Spannungsquelle und der ersten Induktivität gemeinsam genutzt wird, und wobei der zweite Y-Kondensator und der zweite Isolationswiderstand zwischen dem Erdknoten und einem anderen Knoten gekoppelt sind, welcher von dem negativen Anschluss der Spannungsquelle und der zweiten Induktivität gemeinsam genutzt wird.
- 5. System nach Ausführungsform 4, welches ferner aufweist:
eine elektrische Maschine, welche eine Wicklung aufweist wobei das Wechselrichter-Untermodul an die Wicklung über die AC-Verbindung gekoppelt ist,
wobei das Wechselrichter-Untermodul einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweist, wobei der Strom entlang des ersten Strompfads fließt, wenn der erste Schalter geschlossen ist, wobei der erste Strompfad von dem Erdknoten durch die zweite Induktivität, das Wechselrichter-Untermodul, den ersten Schalter, die Wicklung und zurück zu dem Erdknoten ist, wobei die zweite Induktivität eine induktive Impedanz bereitstellt, welche das Ausmaß bzw. die Größe des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Erde-Fehlers bei hohen Frequenzen erzeugt ist, wenn der erste Schalter geschlossen ist, wobei der zweite Y-Kondensator, welcher gestaltet ist, um das EMI-Rauschen aufgrund des Schaltens der ersten und zweiten Schalter zu unterdrücken, und wobei der zweite Isolationswiderstand eine andere Impedanz bereitstellen, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Erde-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist, wenn der erste Schalter geschlossen ist.
- 6. System nach Ausführungsform 5, wobei der Strom entlang des zweiten Strompfades fließt, wenn der zweite Schalter geschlossen ist, wobei der zweite Strompfad von dem Erdknoten durch die Wicklung, das Wechselrichter-Untermodul, die erste Induktivität und zurück zu dem Erdknoten ist, wobei die erste Induktivität eine induktive Impedanz bereitstellt, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Erde-Fehlers bei hohen Frequenzen erzeugt ist, wenn der zweite Schalter geschlossen ist, wobei der erste Y-Kondensator, welcher gestaltet ist, das EMI-Rauschen aufgrund des Schaltens der ersten und zweiten Schalter zu unterdrücken, und wobei der erste Isolationswiderstand eine andere Impedanz bereitstellen, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Erde-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist, wenn der zweite Schalter geschlossen ist.
- 7. System nach Ausführungsform 2, wobei das Wechselrichtermodul ferner aufweist:
einen Bulk- bzw. Stütz-Kondensator, welcher elektrisch parallel zu dem Wechselrichter-Untermodul und dem X-Kondensator gekoppelt ist.
- 8. Hybridelektrisches Fahrzeug, welches ein Chassis besitzt, welches auf einem Erdpotenzial ist, wobei das hybridelektrische Fahrzeug aufweist:
eine elektrische Maschine, welche eine Wicklung aufweist; ein Wechselrichtermodul, welches aufweist: ein Wechselrichter-Untermodul, welches an die Wicklung über eine AC-Verbindung gekoppelt ist; und
Fehlerschutzelemente, welche an das Wechselrichter-Untermodul gekoppelt sind, wobei die Fehlerschutzelemente konfiguriert sind, um eine induktive Impedanz bereitzustellen, welche das Ausmaß eines Stromes begrenzt, welcher durch entweder einen ersten Strompfad oder einen zweiten Strompfad fließt, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Chassis auftritt.
- 9. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 8, welches ferner aufweist:
einen ersten Y-Kondensator; und
einen zweiten Y-Kondensator, welcher elektrisch in Reihe mit dem ersten Y-Kondensator gekoppelt ist, wobei die Fehlerschutzelemente zwischen dem Wechselrichter-Untermodul, dem ersten Y-Kondensator und dem zweiten Y-Kondensator gekoppelt sind.
- 10. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 9, wobei das Wechselrichtermodul ferner aufweist: einen X-Kondensator, welcher elektrisch parallel zu dem Wechselrichter-Untermodul gekoppelt ist, und wobei die Fehlerschutzelemente aufweisen:
eine erste Induktivität, welche zwischen dem X-Kondensator und dem ersten y-Kondensator gekoppelt ist, und
eine zweite Induktivität, welche zwischen dem X-Kondensator und dem zweiten Y-Kondensator gekoppelt ist.
- 11. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 10, welches ferner aufweist:
einen Hochspannungsbus;
eine Spannungsquelle, welche einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss besitzt, welche an den Hochspannungsbus gekoppelt sind;
einen ersten Isolationswiderstand, welcher an den positiven Anschluss und elektrisch parallel zu dem ersten Y-Kondensator gekoppelt ist;
einen zweiten Isolationswiderstand, welcher an den negativen Anschluss und elektrisch parallel zu dem zweiten Y-Kondensator gekoppelt ist.
- 12. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 11, wobei der erste Y-Kondensator und der erste Isolationswiderstand zwischen dem Chassis und einem Knoten gekoppelt sind, welcher von dem positiven Anschluss der Spannungsquelle und der ersten Induktivität gemeinsam genutzt wird, und wobei der zweite Y-Kondensator und der zweite Isolationswiderstand zwischen dem Chassis und einem anderen Knoten gekoppelt sind, welcher von dem negativen Anschluss der spannungsquelle und der zweiten Induktivität gemeinsam genutzt wird.
- 13. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 12, wobei das Wechselrichter-Untermodul einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweist, wobei der Strom entlang des ersten Strompfades fließt, wenn der erste Schalter geschlossen ist, wobei der erste Strompfad von dem Chassis durch die zweite Induktivität, das Wechselrichter-Untermodul, den ersten Schalter, die Wicklung und zurück zu dem Chassis ist.
- 14. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 13, wobei der Strom entlang des zweiten Strompfades fließt, wenn der zweite Schalter geschlossen ist, wobei der zweite Strompfad von dem Chassis durch die Wicklung, das Wechselrichter-Untermodul, die erste Induktivität und zurück zu dem Chassis ist.
- 15. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 13, wobei die erste Induktivität eine induktive Impedanz bereitstellt, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei hohen Frequenzen erzeugt ist, wenn der zweite Schalter geschlossen ist, wobei der erste Y-Kondensator gestaltet ist, um das EMI-Rauschen aufgrund des Schaltens der ersten und zweiten Schalter zu unterdrücken, und wobei der erste Isolationswidertand eine andere Impedanz bereitstellt, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist, wenn der zweite Schalter geschlossen ist.
- 16. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 15, wobei die zweite Induktivität eine induktive Impedanz bereitstellt, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei hohen Frequenzen erzeugt ist, wenn der erste Schalter geschlossen ist, wobei der zweite Y-Kondensator, welcher gestaltet ist, um das EMI-Rauschen aufgrund des Schaltens der ersten und zweiten Schalter zu unterdrücken, und wobei der zweite Isolationswiderstand eine andere Impedanz bereitstellen, welche das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers bei niedrigen Frequenzen erzeugt ist, wenn der erste Schalter geschlossen ist.
- 17. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 13, wobei das Wechselrichtermodul ferner aufweist: einen Stütz-Kondensator, welcher elektrisch parallel zu dem Wechselrichter-Untermodul und dem X-Kondensator gekoppelt ist, und ferner aufweist:
einen ersten Knoten;
einen zweiten Knoten, wobei der Stütz-Kondensator und der X-Kondensator zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten gekoppelt sind, und wobei der X-Kondensator an die erste Induktivität an dem ersten Knoten und an die zweite Induktivität bei dem zweiten Knoten gekoppelt ist;
einen dritten Knoten, welcher an den positiven Anschluss der Spannungsquelle gekoppelt ist, wobei die erste Induktivität zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten gekoppelt ist;
einen vierten Knoten, welcher an das Chassis gekoppelt ist, wobei der erste Y-Kondensator und der erste Isolationswiderstand zwischen dem dritten Knoten und dem vierten Knoten gekoppelt sind, und wobei der zweite Isolationswiderstand elektrisch in Reihe zu dem ersten Isolationswiderstand an dem vierten Knoten gekoppelt ist; und
einen fünften Knoten, welcher an den negativen Anschluss der spannungsquelle gekoppelt ist, wobei die zweite Induktivität zwischen dem zweiten Knoten und dem fünften Knoten gekoppelt ist, wobei der zweite Y-Kondensator und der zweite Isolationswiderstand zwischen dem vierten knoten und dem fünften Knoten gekoppelt sind.
- 18. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 17, wobei der erste Strompfad von dem Chassis durch den vierten Knoten, durch den zweiten Y-Kondensator, durch den fünften Knoten, durch die zweite Induktivität, durch den vierten Knoten, durch den Stütz-Kondensator, durch den ersten Knoten, durch den ersten Schalter und heraus durch die Wicklung in das Chassis ist.
- 19. Hybridelektrisches Fahrzeug nach Ausführungsform 18, wobei der zweite Strompfad von dem Chassis durch die Wicklung, durch den zweiten Schalter, durch den zweiten Knoten, durch den Stütz-Kondensator, durch den ersten Knoten, durch die erste Induktivität, durch den dritten Knoten, durch den ersten Y-Kondensator und durch den vierten Knoten in das Chassis ist.
- 20. In einem hybridelektrischen Fahrzeug, welches eine elektrische Maschine aufweist, welche aufweist: eine Wicklung, ein Wechselrichter-Untermodul, welches an die Wicklung über eine AC-Verbindung gekoppelt ist, wobei das Wechselrichter-Untermodul einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter, erste und zweite Induktivitäten, welche an das Wechselrichter-Untermodul gekoppelt sind, und ein Chassis aufweist, welches auf Erdpotenzial ist, ein Fehlerschutzverfahren, um das Ausmaß bzw. die Größe eines Stromes zu begrenzen, welcher fließt, wenn ein AC-zu-Chassis-Fehler zwischen der AC-Verbindung und dem Chassis auftritt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
wenn der erste Schalter geschlossen ist, Führen des Stromes entlang eines ersten Strompfads von dem Chassis durch die zweite Induktivität, um das Ausmaß des Stromes zu begrenzen, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers erzeugt ist; und
wenn der zweite Schalter geschlossen ist, Führen des Stromes entlang eines zweiten Strompfades von dem Chassis durch die erste Induktivität und zurück zu dem Chassis, wobei die erste Induktivität das Ausmaß des Stromes begrenzt, welcher während des AC-zu-Chassis-Fehlers erzeugt ist.
