DE102015202912B3 - Method and device for driving an active bridge rectifier when canceling a phase short circuit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Ansteuern einer Anordnung aus einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine (1) und einem aktiven Brückengleichrichter (2), in dem Phasenanschlüsse (U–Y) der elektrischen Maschine (2) je-weils über ein- und ausschaltbare erste Stromventile (UL–YL) an einen ersten Gleichspannungsanschluss (B–) und über zweite Stromventile (UH–YH) an einen zweiten Gleichspannungsanschluss (B+) angebunden sind, wobei das Verfahren umfasst, sämtliche ersten Stromventile (UL–YL) einzuschalten, wenn eine Ausgangsspannung zwischen dem ersten (B–) und dem zweiten Gleichspannungsanschluss (B+) einen oberen Schwellwert überschreitet, und jedes erste Stromventile (UL–YL) erst dann wieder auszuschalten, wenn die Ausgangsspannung danach zu einem Unterschreitungszeitpunkt einen unteren Schwellwert unterschritten hat und ferner ein Phasenstrom, der durch den Gleichspannungsanschluss (U–Y) mit dem jeweiligen ersten Stromventil (UL–YL) fließt, unterhalb eines Ausschaltschwellwerts liegt. Es ist vorgesehen, dass nach einem vorgegebenen Prüfzeitraum ab dem Unterschreitungszeitpunkt überprüft wird, ob jedes erste Stromventil (UL–YL) nach dem Unterschreitungszeitpunkt zumindest einmal ausgeschaltet wurde und, falls nicht, erneut sämtliche ersten Strom-ventile (UL–YL) eingeschaltet werden, bis sämtliche Phasenströme den Ausschaltschwellwert zumindest einmal unterschritten haben.The invention relates to a method (100) for driving an arrangement of a generator-operated electric machine (1) and an active bridge rectifier (2), in the phase connections (U-Y) of the electric machine (2) depending on one and disconnectable first flow valves (UL-YL) are connected to a first DC voltage port (B-) and via second flow control valves (UH-YH) to a second DC voltage port (B +), the method comprising turning on all the first flow control valves (UL-YL), when an output voltage between the first (B) and the second DC voltage terminal (B +) exceeds an upper threshold, and turn off each first current valves (UL-YL) again only when the output voltage has fallen below a lower threshold thereafter at an underflow time, and further a phase current flowing through the DC voltage terminal (U-Y) with the respective first flow valve (UL-YL) t is below a Ausschaltschwellwerts. It is provided that after a predetermined test period from the time of undershoot it is checked whether each first flow control valve (UL-YL) has been switched off at least once after the underflow time and, if not, all first flow valves (UL-YL) are switched on again, until all phase currents have fallen below the Ausschaltschwellwert at least once.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine und einem aktiven Brückengleichrichter und Mittel zu dessen Implementierung.The present invention relates to a method for operating an arrangement of a generator-operated electric machine and an active bridge rectifier and means for implementing it.

Stand der TechnikState of the art

Herkömmlicherweise kommen in Personenkraftwagen Generatoren in Klauenpolbauweise mit passiven Brückengleichrichtern zum Einsatz. Die Leistung solcher Generatoren wird über das Erregerfeld und dieses wiederum durch den Erregerstrom eingestellt. Durch die Regelung des Erregerfeldes kann die Ausgangsspannung des Generators unabhängig von der Netzlast, der Drehzahl und der Temperatur konstant gehalten werden.Conventionally come in passenger cars generators in Klauenpolbauweise with passive bridge rectifiers used. The power of such generators is set via the field exciter and this in turn by the excitation current. By controlling the exciter field, the output voltage of the generator can be kept constant regardless of the network load, the speed and the temperature.

Ist nachfolgend vereinfacht von einem ”Generator” die Rede, kann es sich hierbei auch um eine sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbare elektrische Maschine handeln, beispielsweise einen sogenannten Startergenerator. Die Erfindung eignet sich nicht nur für Generatoren in Klauenpolbauweise, sondern für alle zumindest generatorisch betreibbaren elektrischen Maschinen. In Personenkraftwagen werden in Entsprechung zu den üblicherweise verbauten drei-, vier- oder fünfphasigen Generatoren Brückengleichrichter in sechs-, acht- oder zehnpulsiger Ausführung verwendet. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für Brückengleichrichter für andere Phasenzahlen.If, in the following, simplified is a "generator", this can also be an electric machine which can be operated both as a generator and as a motor, for example a so-called starter generator. The invention is suitable not only for generators in Klauenpolbauweise, but for all at least regeneratively operable electric machines. In passenger cars bridge rectifiers in six-, eight- or ten-pulse design are used in correspondence to the usually built three-, four- or five-phase generators. However, the invention is also suitable for bridge rectifiers for other phase numbers.

Ein Lastsprung im angeschlossenen Netz, beispielsweise durch Zu- oder Abschaltung eines Verbrauchers, führt zu einem Lastsprung am Generator. Da die Abgabeleistung des Generators aber aufgrund der Induktivität des Erregerfeldes nicht beliebig schnell geändert werden kann, bleibt der Generatorstrom zunächst näherungsweise konstant, was bei einem Lastabwurf (engl. Load Dump) zu einer deutlichen Erhöhung der Ausgangsspannung führen kann. Der Abbau des Erregerfeldes kann einige hundert Millisekunden in Anspruch nehmen.A load jump in the connected network, for example, by switching on or off a consumer, leads to a load jump on the generator. Since the output power of the generator but can not be changed arbitrarily fast due to the inductance of the excitation field, the generator current initially remains approximately constant, which can lead to a significant increase in the output voltage at a load shedding (English load dump). The degradation of the exciter field can take several hundred milliseconds.

Solange eine Batterie im Bordnetz vorhanden ist, kann diese die überschüssige Generatorleistung in der Regel aufnehmen und damit einen übermäßigen Spannungsanstieg verhindern. Ist jedoch keine Batterie vorhanden, so steigt die Ausgangsspannung sehr schnell an und ist in der Lage, Bordnetzkomponenten und/oder den Generator zu beschädigen.As long as a battery is present in the vehicle electrical system, this can usually absorb the excess generator power and thus prevent excessive voltage increase. However, if no battery is present, the output voltage rises very rapidly and is able to damage the vehicle electrical system components and / or the generator.

Bei Generatoren mit passiven Brückengleichrichtern wird dies verhindert, indem als Gleichrichterdioden Zenerdioden verwendet werden. Die Zenerdioden klammern die Ausgangsspannung oberhalb ihrer Durchbruchsspannung und sind daher in der Lage, überschüssigen Strom in Wärme umzusetzen. Auf diese Weise ist stets ein sicherer Betrieb gewährleistet.For generators with passive bridge rectifiers this is prevented by using zener diodes as rectifier diodes. The Zener diodes clamp the output voltage above their breakdown voltage and are therefore able to convert excess current into heat. In this way, a safe operation is always guaranteed.

Anstelle der Gleichrichterdioden können in aktiven Brückengleichrichtern auch ein- und ausschaltbare, steuerbare Stromventile, insbesondere MOSFET, verwendet werden. Vorteil ist die geringere Verlustleistung im eingeschalteten Zustand und damit der bessere Wirkungsgrad des Generators insgesamt, insbesondere im Teillastbetrieb. Die Steuerung der Stromventile kann zentral oder dezentral erfolgen. Unter einer zentralen Steuerung wird verstanden, dass eine gemeinsame Steuereinrichtung alle Wechselstromphasen überwacht und alle Stromventile und optional auch das Erregerfeld des Generators ansteuert. Unter einer dezentralen Steuerung wird verstanden, dass jeweils eine Steuereinrichtung eine Wechselstromphase überwacht und in Abhängigkeit von der Phasenspannung nur die der jeweiligen Phase zugeordneten Stromventile, also nur die Stromventile jeweils einer Halbbrücke, ansteuert. Eine dezentrale Steuerung kann dabei mit oder ohne Kommunikation zwischen den einzelnen dezentralen Steuereinrichtungen realisiert werden.Instead of the rectifier diodes, controllable current valves which can be switched on and off, in particular MOSFETs, can also be used in active bridge rectifiers. Advantage is the lower power loss in the on state and thus the better efficiency of the generator as a whole, especially in partial load operation. The control of the flow control valves can be done centrally or remotely. A central control means that a common control device monitors all AC phases and controls all current valves and optionally also the field of excitation of the generator. A decentralized control means that a respective control device monitors an AC phase and, depending on the phase voltage, activates only the current valves associated with the respective phase, ie only the current valves of a respective half-bridge. A decentralized control can be realized with or without communication between the individual decentralized control devices.

Eine Möglichkeit, bei einem Lastabwurf Spannungsspitzen im Bordnetz zu verhindern, besteht bei aktiven Brückengleichrichtern darin, die Stromventile des oberen oder des unteren Gleichrichterzweigs jeweils in allen Halbbrücken einzuschalten. Auf diese Weise wird die elektrische Maschine kurzgeschlossen, jedoch nicht das angeschlossene Netz.One way to prevent voltage peaks in the on-board network during a load shedding, with active bridge rectifiers, is to switch on the current valves of the upper or the lower rectifier branch in each half-bridge. In this way, the electric machine is short-circuited, but not the connected network.

Die erläuterten Maßnahmen werden nachfolgend auch als Phasenkurzschluss bezeichnet. Ein Phasenkurzschluss wird gemäß dem hier verwendeten Sprachgebrauch also durch das Einschalten (Leitendschalten) aller nach Masse oder einem negativen Gleichspannungsanschluss (vgl. auch Gleichspannungsanschluss B– gemäß der unten erläuterten 1) schaltenden Stromventile (Lowside-Stromventile) oder alternativ aller nach einem positiven Gleichspannungsanschluss (vgl. auch Gleichspannungsanschluss B+ in 1) schaltenden Stromventile (Highside-Stromventile) des Gleichrichters eingeleitet und entsprechend durch das Ausschalten dieser Stromventile wieder aufgehoben. Werden als Stromventile beispielsweise Feldeffekttransistoren verwendet, so werden diese Stromventile durch Bereitstellen einer entsprechenden Steuerspannung an ihrem Gateanschluss (Ansteuern) eingeschaltet, wodurch die Drain-Source-Strecke der Stromventile leitend bzw. niederohmig wird. Entsprechend werden die Stromventile ausgeschaltet, indem die Bereitstellung der Steuerspannung beendet und die Drain-Source-Strecke nichtleitend bzw. hochohmig wird. Außerhalb eines Phasenkurzschlusses liegt ein regulärer Gleichricht(er)betrieb vor.The described measures are also referred to below as phase short circuit. A phase short circuit is in accordance with the language used here so by switching on (Leitendschalten) all to ground or a negative DC voltage connection (see also DC voltage connection B- in accordance with the below 1 ) switching current valves (Lowside current valves) or alternatively all after a positive DC voltage connection (see also DC voltage connection B + in 1 ) switching flow control valves (high-side flow control valves) of the rectifier initiated and canceled accordingly by switching off these flow control valves. If, for example, field-effect transistors are used as current valves, then these current valves are switched on by providing a corresponding control voltage at their gate terminal (activation), whereby the drain-source path of the current valves becomes conductive or low-resistance. Accordingly, the current valves are turned off by stopping the supply of the control voltage and the drain-source path is non-conductive or high impedance. Outside of a phase short circuit there is a regular rectifying (er) operation.

Ist nachfolgend von einem ”Phasenkurzschluss”, den ein Stromventil einer Phase durchführt, einleitet, aufhebt usw. oder von einem ”Phasenkurzschluss” bei einer Phase die Rede, sei darunter verstanden, dass das hierfür vorgesehene Stromventil in einer entsprechenden Phase dauerhaft leitend geschaltet ist. Erst im Zusammenspiel aller entsprechend beschalteter Stromventile bzw. Phasen ergibt sich hieraus letztlich ein Phasenkurzschluss insgesamt. Dies bedeutet, dass ein Stromventil, das sich im Sprachgebrauch dieser Anmeldung ”im Phasenkurzschluss” befindet, dauerhaft angesteuert wird, wie dies auch dann der Fall ist, wenn ein Phasenkurzschluss insgesamt eingeleitet ist und sich daher alle Stromventile eines Zweigs eines entsprechenden Umrichters in einem entsprechenden Zustand befinden. Entsprechendes gilt für den Gleichrichtbetrieb. Is subsequently of a "phase short circuit" that performs a current valve of a phase initiates, repeals, etc., or by a "phase short circuit" in a phase of the speech, it is understood that the purpose provided flow control valve is permanently turned on in a corresponding phase. Only in the interplay of all correspondingly connected current valves or phases does this ultimately result in a total phase short circuit. This means that a flow control valve, which in the parlance of this application is "in the phase short circuit" is permanently driven, as is the case when a phase short circuit is initiated in its entirety and therefore all current valves of a branch of a corresponding inverter in a corresponding State are. The same applies to the rectifier operation.

Bei entsprechenden Verfahren kann es jedoch zu Problemen kommen, wie auch nachfolgend noch erläutert. Die vorliegende Erfindung will hier Abhilfe schaffen.However, problems can occur with corresponding methods, as explained below. The present invention seeks to remedy this situation.

Aus der DE 10 2011 051 642 A1 ist eine Einschalteinheit bekannt. Diese überwacht die Ausgangsspannung einer Gleichrichtereinheit und schaltet ein Schaltelement für ein niedrigseitiges Gleichrichterelement für zumindest eine der zumindest zweiphasigen Statorwicklungen ein, wenn die Ausgangsspannung wegen eines Lastabwurfs eine erste Schwellenspannung überschreitet.From the DE 10 2011 051 642 A1 is a turn-on known. This monitors the output voltage of a rectifier unit and turns on a switching element for a low-side rectifier element for at least one of the at least two-phase stator windings when the output voltage exceeds a first threshold voltage due to a load shedding.

Aus der DE 10 2011 051 447 A1 ist eine rotierende elektrische Maschine bekannt. In dieser schaltet eine Lastabfall-Schutzvorrichtung ein Schaltelement als ein niedrigseitiges Gleichrichterelement für mindestens eine von mehrphasigen Statorwicklungen ein, wenn die Ausgangsspannung wegen eines Lastabfalls eine erste Schwellenspannung überschreitet.From the DE 10 2011 051 447 A1 is a rotating electric machine known. In this, a load-dropping protection device turns on a switching element as a low-side rectifying element for at least one of polyphase stator windings when the output voltage exceeds a first threshold voltage due to a load drop.

Aus der DE 10 2012 216 008 A1 ist eine Betriebszustandsschaltung zum Ansteuern eines Wechselrichters mit jeweilige Schalteinrichtungen aufweisenden Halbbrücken bekannt.From the DE 10 2012 216 008 A1 For example, an operating state circuit for driving an inverter with half-bridges having respective switching devices is known.

Aus der WO 2008/122 602 A1 ist ein Überspannungsschutzverfahren bekannt. Verfahrensgemäß werden eine Zwischenkreisspannung erfasst, und die oder jede Motorphase durch Aufsteuerung der hochpotentialseitigen Leistungsschalter oder der niederpotentialseitigen Leistungsschalter kurzgeschlossen, wenn die Zwischenkreisspannung einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.From the WO 2008/122 602 A1 is a surge protection method known. According to the method, an intermediate circuit voltage is detected, and the or each motor phase shorted by Aufsteuerung the high potential side circuit breaker or the low potential side power switch when the intermediate circuit voltage exceeds a predetermined maximum value.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine und einem aktiven Brückengleichrichter und Mittel zu dessen Implementierung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüchen vorgeschlagen. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.A method is proposed for operating an arrangement of a generator-operated electric machine and an active bridge rectifier and means for implementing it having the features of the independent patent claims. Embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Ein Phasenkurzschluss im oben erläuterten Sinn kann beispielsweise dann eingeleitet werden, wenn die Spannung zwischen den Gleichspannungsanschlüssen des Brückengleichrichters bzw. zwischen einem spannungsführenden Gleichspannungsanschluss und Masse, einen oberen Schwellwert überschreitet. Der Phasenkurzschluss kann im Stand der Technik anschließend in allen Phasen gleichzeitig wieder aufgehoben werden, wenn diese Spannung danach einen unteren Schwellwert unterschreitet. Alle Phasen beenden damit gleichzeitig die im Phasenkurzschluss verwendete Ansteuerung und beginnen mit der für den regulären Gleichrichterbetrieb verwendeten Ansteuerung.A phase short circuit in the sense explained above can be initiated, for example, when the voltage between the DC voltage connections of the bridge rectifier or between a live DC voltage connection and ground exceeds an upper threshold value. The phase short circuit can then be reversed in the prior art at the same time in all phases, if this voltage then falls below a lower threshold. All phases simultaneously terminate the control used in the phase short circuit and start with the control used for regular rectifier operation.

Wird der Phasenkurzschluss bei Unterschreitung des erwähnten unteren Schwellwerts gleichzeitig für alle Wechselstromphasen, nachfolgend kurz ”Phasen” genannt, gelöst, so kommutiert bei den Phasen mit momentan positivem Strom dieser in das Stromventil des oberen, d. h. mit dem positiven Gleichspannungsanschluss verbundenen Gleichrichterzweigs, sofern die Phasenspannung die Spannung im angeschlossenen Netz übersteigt. Aufgrund von nachfolgend erläuterten Asymmetrieeffekten m üssen dabei unter Umständen hohe Ströme geschaltet werden, was eine entsprechende Belastung der beteiligten Stromventile verursacht. Die hohen Phasenströme während eines Phasenkurzschlusses sind auch zum Teil durch die fehlende (”abgeworfene”) Last bedingt. Die Belastung der Stromventile kann zu Beschädigungen führen. Eine Beschädigung der Stromventile kann auch durch die Überspannung, welche beim gleichzeitigen Beenden des Phasenkurzschlusses entsteht, hervorgerufen werden. Entsprechende Spannungsspitzen können beispielsweise in einem Metalloxid-Feldeffekttransistor einen bekannten Avalanche-Effekt herbeiführen, wodurch der Feldeffekttransistor die Spannung begrenzt, jedoch die dazu freiwerdende Energie aufnehmen muss und somit thermisch beschädigt werden kann.If the phase short circuit at the same time falls below the mentioned lower threshold value for all alternating current phases, hereinafter referred to as "phases", then the current commutation phase commutates into the current valve of the upper, d. H. connected to the positive DC voltage rectifier branch, provided that the phase voltage exceeds the voltage in the connected network. Due to the asymmetry effects explained below, high currents may be switched, which causes a corresponding load on the flow control valves involved. The high phase currents during a phase short circuit are also partly due to the missing ("dropped") load. The load on the flow control valves can lead to damage. Damage to the flow control valves can also be caused by the overvoltage which occurs when the phase short circuit is terminated at the same time. Corresponding voltage peaks can bring about a known avalanche effect in a metal oxide field effect transistor, for example, as a result of which the field effect transistor limits the voltage but has to absorb the energy released for this purpose and thus can be thermally damaged.

Die Aufhebung des Phasenkurzschlusses kann daher auch phasenindividuell erfolgen, worunter im Rahmen dieser Anmeldung verstanden wird, dass für jede der Phasen ein oder mehrere Kriterien definiert werden, wann in der jeweiligen Phase die dauerhafte Ansteuerung des für den Phasenkurzschluss verwendeten Stromventils beendet und in einen regulären Gleichrichterbetrieb übergegangen werden soll. Das oder die Kriterien greifen, nachdem die Spannung zwischen den Gleichspannungsanschlüssen des Brückengleichrichters bzw. zwischen einem spannungsführenden Gleichspannungsanschluss und Masse den erwähnten unteren Schwellwert unterschritten hat. Erst nach der Erfüllung des oder der Kriterien wird für die jeweilige Phase die im Phasenkurzschluss verwendete Ansteuerung beendet und mit der für den regulären Gleichrichterbetrieb verwendeten Ansteuerung begonnen. Der Phasenkurzschluss insgesamt ist damit erst dann aufgehoben, wenn das oder die definierten Kriterien für alle Phasen erfüllt sind und in allen Phasen wieder die für den regulären Gleichrichterbetrieb verwendete Ansteuerung erfolgt.The cancellation of the phase short circuit can therefore also be carried out phase-specifically, which is understood in the context of this application that one or more criteria are defined for each of the phases, when terminated in the respective phase, the permanent control of the current valve used for the phase short circuit and in a regular rectifier operation to be transferred. The criterion (s) apply after the voltage between the DC terminals of the bridge rectifier or between a live one DC voltage connection and ground has fallen below the mentioned lower threshold. Only after the fulfillment of the criterion (s) the control used in the phase short circuit is terminated for the respective phase and the control used for the regular rectifier operation is started. The phase short circuit as a whole is therefore only canceled when the defined criteria or criteria for all phases are fulfilled and in all phases again the control used for the regular rectifier operation takes place.

Aufgrund der Einleitung des Phasenkurzschlusses entsteht jeweils ein zusätzlicher positiver oder negativer Gleichanteil in den Phasenströmen der Wechselstromphasen. Wird ein Phasenkurzschluss wieder aufgehoben, wird ein weiterer Spannungsanstieg bewirkt, da, abhängig von der Phasenanzahl der elektrischen Maschine zu jedem Zeitpunkt in einer oder mehreren Phasen ein Strom mit positivem Vorzeichen (aus Erzeugersicht) fließt. Die Phasenströme werden hierdurch mehr oder weniger stark asymmetrisch, pendeln also nicht mehr um einen gemeinsamen Mittelwert bzw. Null.Due to the initiation of the phase short circuit, in each case an additional positive or negative direct component arises in the phase currents of the alternating current phases. If a phase short circuit is canceled, a further increase in voltage is effected because, depending on the number of phases of the electric machine, a current with a positive sign (from the generator view) flows at any time in one or more phases. As a result, the phase currents become more or less strongly asymmetrical, ie they no longer oscillate around a common mean or zero.

Das oder ein Kriterium zur phasenindividuellen Aufhebung eines Phasenkurzschlusses wie oben erläutert besteht aber herkömmlicherweise darin, dass der Phasenstrom einen Wert von höchstens 0 Ampere aufweist, also ein Nulldurchgang des Phasenstroms detektiert wird. Dadurch wird vermieden, dass das jeweilige Stromventil dann schaltet, wenn es hohe Ströme führt, was, wie erläutert, zu Problemen führen könnte. Eine Asymmetrie der Phasenströme stellt hierbei so lange kein Problem dar, so lange noch in jeder Phase ein Nulldurchgang auftritt und daher das genannte Kriterium erfüllt wird. Wird der Phasenkurzschluss für diejenigen Phasen phasenindividuell aufgehoben, in denen ein Nulldurchgang des Phasenstroms aufgetreten ist, kann es aber aufgrund der erläuterten Asymmetrieeffekte dazu kommen, dass eine oder mehrere Phasen verbleiben, in denen die jeweils zusätzlich aufgeprägten Gleichanteile in Summe derart hoch werden, dass hier kein Nulldurchgang mehr auftritt. Eine vollständige Aufhebung des Phasenkurzschlusses ist damit nicht mehr möglich, weil für die betreffenden Phasen das definierte Kriterium zum Übergang in die reguläre Ansteuerung nicht mehr erfüllt wird. Diese Phasen verbleiben in der für den Phasenkurzschluss verwendeten Ansteuerung und werden hierdurch stark belastet.The one or a criterion for phase-specific cancellation of a phase short circuit as explained above, however, conventionally consists in that the phase current has a value of at most 0 amperes, that is, a zero crossing of the phase current is detected. This avoids that the respective flow valve switches then, if it leads high currents, which, as explained, could lead to problems. Asymmetry of the phase currents is not a problem as long as a zero crossing still occurs in each phase and therefore the said criterion is met. If the phase short circuit is reversed phase-specifically for those phases in which a zero crossing of the phase current has occurred, but due to the described asymmetry effects, one or more phases may remain in which the respective additionally impressed DC components in total become so high that here no zero crossing occurs anymore. A complete cancellation of the phase short circuit is thus no longer possible, because for the phases concerned the defined criterion for the transition to the regular control is no longer met. These phases remain in the control used for the phase short circuit and are thereby heavily loaded.

Um keine entsprechend hohen Ströme schalten zu müssen, können also, mit anderen Worten, neben dem erwähnten unteren Schwellwert, der sich auf die zwischen den Gleichspannungsanschlüssen anliegende Spannung bezieht, weitere, individuelle Schwellwerte für jede einzelne Phase (nachfolgend als ”phasenindividuelle” Schwellwerte bzw. ”Ausschaltschwellwerte” bezeichnet) verwendet werden. Als Kriterium für das Ausschalten eines Stromventils kann also vorgesehen sein, dass einerseits der erwähnte untere Schwellwert durch die zwischen den Gleichspannungsanschlüssen anliegende Spannung und zusätzlich der phasenindividuelle Ausschaltschwellwert durch den jeweiligen Phasenstrom unterschritten ist. Typischerweise verwendete phasenindividuelle Ausschaltschwellwerte liegen bei der Verwendung der Lowside-Stromventile zum Einleiten und Aufheben eines Phasenkurzschlusses, wie erwähnt, bei 0 Ampere, so dass sichergestellt ist, dass nur die Phasen bzw. deren Stromventile nach dem Zeitpunkt des Unterschreitens des unteren Schwellwerts durch die zwischen den Gleichspannungsanschlüssen anliegende Spannung ausgeschaltet werden, zu denen kein hoher Strom fließt und damit keine Gefahr der Beschädigung der entsprechenden Stromventile besteht.In other words, in order to avoid having to switch correspondingly high currents, in addition to the mentioned lower threshold value, which relates to the voltage present between the DC voltage terminals, further, individual threshold values can be set for each individual phase (hereinafter referred to as "phase-individual" threshold values or threshold values). "Turn-off thresholds") may be used. As a criterion for switching off a flow control valve, it can thus be provided that, on the one hand, the mentioned lower threshold value is undershot by the voltage present between the DC voltage connections and, in addition, the phase-specific off threshold value by the respective phase current. Typically used on-phase Ausschaltschwellwerte are when using the Lowside flow control valves for initiating and canceling a phase short circuit, as mentioned, at 0 amps, so that it is ensured that only the phases or their current valves after the time of falling below the lower threshold by the between the voltage applied to the DC voltage terminals are switched off, to which no high current flows and thus there is no risk of damaging the corresponding flow control valves.

Wie erwähnt, entsteht jedoch durch die Einleitung des Kurzschlusses jeweils ein zusätzlicher positiver oder negativer Gleichanteil in den Phasenströmen der Wechselstromphasen. Ein zusätzlicher Gleichanteil entsteht in einzelnen Phasen zusätzlich beim Ausschalten der Stromventile in einer oder mehreren anderen Phasen. Hierdurch kann es dazu kommen, dass die Phasenspannung in einzelnen Phasen permanent oberhalb eines entsprechenden phasenindividuellen Ausschaltschwellwerts, beispielsweise oberhalb von 0 Ampere, liegt und damit das Kriterium zum Ausschalten nicht mehr erfüllt wird. Der reguläre Gleichrichterbetrieb kann dann ggf. nicht mehr hergestellt werden.However, as mentioned above, the introduction of the short circuit results in each case in an additional positive or negative direct component in the phase currents of the alternating current phases. An additional DC component is created in individual phases additionally when switching off the flow control valves in one or more other phases. This can lead to the phase voltage in individual phases permanently above a corresponding phase-specific switch-off threshold value, for example above 0 amperes, and thus the criterion for switching off is no longer met. The regular rectifier operation may then no longer be made.

Zusammengefasst kann es bei einem Lastabwurf bzw. Lastsprung und einer anschließenden Spannungsüberhöhung bei einem darauffolgenden Phasenkurzschluss und dem anschließenden nichtgleichzeitigen (phasenindividuellen) Lösen zu einer Asymmetrie der Phasenströme kommen. Bei mindestens einem der Phasenströme kann dies dazu führen, dass über eine oder mehrere Perioden kein Nulldurchgang des Phasenstroms mehr auftritt. Werden in einem solchen Fall bei dem Reichen des unteren Schwellwerts durch die zwischen die Gleichspannungsanschlüssen anliegende Spannung die Phasenkurzschlüsse der verbliebenen, symmetrischen Phasen aufgehoben, kann es je nach Größe der verbleibenden Last zu einem weiteren Absinken der Spannung am positiven Gleichspannungsanschluss bzw. der zwischen den Gleichspannungsanschlüssen anliegenden Spannung kommen.In summary, an asymmetry of the phase currents may occur in the event of a load shedding or load jump and a subsequent voltage overshoot in the event of a subsequent phase short circuit and the subsequent non-simultaneous (phase-specific) release. For at least one of the phase currents, this can lead to zero crossing of the phase current over one or more periods. In such a case, when the lower threshold is passed through the voltage applied between the DC voltage terminals, the phase shorts of the remaining symmetric phases are canceled, depending on the magnitude of the remaining load, the voltage at the positive DC voltage terminal or between the DC voltage terminals decreases further applied voltage come.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern einer Anordnung aus einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine und einem aktiven Brückengleichrichter vor. In dem Brückengleichrichter sind, wie insoweit bekannt, Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine jeweils über ein- und ausschaltbare erste Stromventile an einem ersten Gleichspannungsanschluss und über zweite Stromventile an einem zweiten Gleichspannungsanschluss angebunden. Das Verfahren umfasst, wie insoweit ebenfalls bekannt und oben erläutert, sämtliche ersten Stromventile einzuschalten, wenn eine Ausgangsspannung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem zweiten Gleichspannungsanschluss einen oberen Schwellwert überschreitet, und jedes erste Stromventil erst dann wieder auszuschalten, wenn die Ausgangsspannung danach zu einem Unterschreitungszeitpunkt einen unteren Schwellwert unterschritten hat und zusätzlich ein Phasenstrom, der durch den Gleichspannungsanschluss mit dem jeweiligen ersten Stromventil fließt, unterhalb eines Ausgangsschwellwerts liegt. Ein entsprechendes Verfahren ist grundsätzlich bereits aus der DE 10 2011 051 642 A1 bekannt.Against this background, the present invention proposes a method for driving an arrangement of a generator-operated electric machine and an active Bridge rectifier before. In the bridge rectifier are, as far as known, phase connections of the electric machine in each case via on and off switchable first flow control valves connected to a first DC voltage connection and via second flow control valves to a second DC voltage connection. The method includes, as also known so far and explained above, to turn on all the first flow control valves when an output voltage between the first DC voltage terminal and the second DC voltage terminal exceeds an upper threshold, and turn off each first flow valve only when the output voltage thereafter at a time of undershoot falls below the lower threshold and in addition a phase current flowing through the DC voltage connection with the respective first flow control valve is below an output threshold. A corresponding method is basically already from DE 10 2011 051 642 A1 known.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, um zu vermeiden, dass einzelne Stromventile aufgrund der erläuterten Asymmetrieeffekte nicht mehr ausgeschaltet werden, nach einem vorgegebenen Prüfzeitraum ab dem Unterschreitungszeitpunkt zu überprüfen, ob jedes erste Stromventil nach dem Unterschreitungszeitpunkt zumindest einmal ausgeschaltet wurde. Wurde jedes der Stromventile nach dem Unterschreitungszeitpunkt zumindest einmal ausgeschaltet, kann davon ausgegangen werden, dass der Phasenstrom den Ausschaltschwellwert in jedem der Phasenanschlüsse unterschritten hat und damit Asymmetrieeffekte nicht oder jedenfalls nicht in derart großen Umfang aufgetreten sind, dass keines der Stromventile wieder in den regulären Betrieb, d. h. die Aufhebung der Phasenkurzschlüsse übergegangen ist. Ist dies nicht der Fall, werden erneut sämtliche erste Stromventile eingeschaltet, bis sämtliche Phasenströme den Ausschaltschwellwert zumindest einmal unterschritten haben.In the context of the present invention, it is now provided, in order to avoid that individual flow control valves are no longer switched off due to the described asymmetry effects, after a predetermined test period from the time of undershooting to check whether each first flow control valve has been turned off at least once after the underspeeding moment. If each of the flow control valves has been switched off at least once after the time of undershooting, it can be assumed that the phase current has fallen below the switch-off threshold value in each of the phase connections and thus asymmetry effects have not occurred or at least have not occurred to such a large extent that none of the flow control valves returns to normal operation , d. H. the cancellation of the phase shorts has passed. If this is not the case, all first current valves are switched on again until all phase currents have fallen below the switch-off threshold at least once.

Die vorliegende Erfindung sieht also vor, zunächst zu überprüfen, ob einzelne der Phasen durch die zuvor erläuterten Maßnahmen eine derartige Asymmetrie erfahren haben, dass sie mittels eines herkömmlichen Verfahrens nicht mehr ausgeschaltet werden können, weil die Ausschaltschwellwerte durch die Phasenströme nicht mehr erreicht werden. Wie erfindungsgemäß erkannt wurde, ist es besonders vorteilhaft, in solchen Fällen sämtliche Stromventile erneut einzuschalten, d. h. erneut einen Phasenkurzschluss einzuleiten, bis die entsprechenden Asymmetrieeffekte wieder aufgehoben sind und damit zu erwarten ist, dass in einem anschließenden Betrieb die Ausschaltschwellwerte erreicht und damit wieder in einen regulären Gleichrichterbetrieb übergegangen werden kann. Dies wird nachfolgend nochmals mit anderen Worten erläutert.The present invention thus provides first of all to check whether individual of the phases have experienced such an asymmetry by the measures explained above that they can no longer be switched off by means of a conventional method because the switch-off threshold values are no longer achieved by the phase currents. As has been recognized according to the invention, it is particularly advantageous to switch all the flow valves on again in such cases, ie. H. again initiate a phase short circuit until the corresponding asymmetry effects are canceled again and thus can be expected that in a subsequent operation reaches the Ausschaltschwellwerte and thus can be moved back to a regular rectifier operation. This will be explained again in other words below.

Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass es während einer schrittweisen, ”phasenindividuellen” Aufhebung einer (beispielsweise niederseitigen, d. h. mittels der Lowside-Stromventile) Kurzschlussphase wie eingangs erläutert nach einer Spannungsüberhöhung aufgrund eines Laststroms bzw. Lastabwurfs zu einer Asymmetrie der Phasenströme kommt, bei der mindestens ein Phasenstrom für mindestens eine Periode nicht mehr einen entsprechenden Ausschaltschwellwert, beispielsweise 0 Ampere, erreicht.The starting point of the method according to the invention is that asymmetric phase currents occur during a step-by-step, "phase-specific" cancellation of a short-circuit phase (ie low-side, ie by means of the low-side current valves) as explained above after a voltage increase due to a load current or load shedding the at least one phase current for at least one period no longer reaches a corresponding switch-off threshold value, for example 0 amperes.

Dennoch wird, wie insoweit bisher bekannten Verfahren üblich, nach dem Unterschreiten des unteren Schwellwerts durch die zwischen die Gleichspannungsanschlüssen anliegende Spannung der Phasenkurzschluss für die Phasen aufgehoben bzw. werden die Stromventile der Phasen ausgeschaltet, für die der Phasenstrom unterhalb des Ausschaltschwellwerts von beispielsweise 0 Ampere liegt. Gleichzeitig wird beispielsweise ein Zähler gestartet, wie unten erläutert, der bis zu einem vorbestimmten Zählerstand durchläuft. Erreicht der Zähler einen bestimmten Wert, liegt also ein Unterschreitungszeitpunkt bezüglich des unteren Schwellwerts eine vorgegebene Zeit zurück (nachfolgend auch als ”Prüfzeitraum” bezeichnet), und ist noch nicht für sämtliche Phasen der Phasenkurzschluss aufgehoben, d. h. ein entsprechendes Stromventil ausgeschaltet, wird auf allen Phasen gleichzeitig ein erneuter Phasenkurzschluss durchgeführt. Der Phasenkurzschluss wird so lange aufrechterhalten, bis auch die asymmetrischen Phasen den Ausschaltschwellwert unterschritten haben. Aufgrund dieser Maßnahmen ist gewährleistet, dass die Stromventile nacheinander wieder in eine reguläre Gleichrichtung übergehen.Nevertheless, as far as hitherto known method usual, after falling below the lower threshold value by the voltage applied between the DC voltage terminals, the phase short circuit for the phases or canceled the current valves of the phases are switched off, for which the phase current is below the Ausschaltschwellwerts of, for example, 0 amps , At the same time, for example, a counter is started, as explained below, which runs through to a predetermined counter reading. If the counter reaches a certain value, an undershoot time with respect to the lower threshold value is a predetermined time (hereinafter also referred to as "check period"), and is not yet canceled for all phases of the phase short circuit, d. H. a corresponding current valve is switched off, a renewed phase short circuit is performed simultaneously on all phases. The phase short circuit is maintained until the asymmetric phases have fallen below the Ausschaltschwellwert. Due to these measures, it is ensured that the flow control valves revert to a regular rectification one after the other.

Vorteilhaft ist es, wenn ein entsprechender Prüfzeitraum in Abhängigkeit von einer Drehzahl der elektrischen Maschine vorgegeben wird, insbesondere in einer Abhängigkeit von einer Periodendauer der Phasenströme, wobei beispielsweise eine Anzahl an Flanken der Phasenströme vorgegeben wird.It is advantageous if a corresponding test period is predetermined as a function of a rotational speed of the electrical machine, in particular as a function of a period of the phase currents, wherein, for example, a number of edges of the phase currents is predetermined.

Wie bereits erläutert, arbeitet das Verfahren außerhalb der oben erläuterten Schritte in einem regulären Gleichrichterbetrieb, also auch nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieser Gleichrichtbetrieb umfasst das alternierende Ein- und Ausschalten der Stromventile jedes der Phasenanschlüsse gemäß bekannter Ansteuermuster, beispielsweise mittels einer pulsweitenmodulierten und/oder Blockansteuerung.As already explained, the method operates outside the steps explained above in a regular rectifier operation, thus also after carrying out the method according to the invention. This rectification operation comprises the alternating switching on and off of the current valves of each of the phase connections according to known control patterns, for example by means of a pulse-width-modulated and / or block drive.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren umfasst die Verwendung dezentraler Steuereinheiten im oben erläuterten Sinn, also ein Verfahren, bei dem die Stromventile jedes Phasenanschlusses jeweils eine Steuereinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtungen kommunizieren dabei über ein Kommunikationssignal. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass das Kommunikationssignal zumindest angibt, ob die Ausgangsspannung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem zweiten Gleichspannungsanschluss den oberen Schwellwert über- oder unterschritten hat, der Phasenstrom, der durch zumindest einen der Gleichspannungsanschlüsse fließt, den Ausschaltschwellwert also zumindest einmal unterschritten hat und dergleichen.A particularly advantageous method comprises the use of decentralized control units in the sense explained above, ie a method in which the current valves of each phase connection each have a control device. The control devices communicate via a communication signal. In the context of the present invention, it is provided that the communication signal at least indicates whether the output voltage between the first DC voltage terminal and the second DC voltage terminal has exceeded or fallen below the upper threshold, the phase current flowing through at least one of the DC voltage terminals, the Ausschaltschwellwert has fallen below at least once and the like.

Vorteilhafterweise wird dabei ein Kommunikationssignal mit beispielsweise drei Zuständen, beispielsweise 0 Volt, der halben Ausgangsspannung und der vollen Ausgangsspannung des Gleichrichters umfasst. Ein Beispiel hierfür wird nachfolgend erläutert.Advantageously, a communication signal with, for example, three states, for example 0 volts, half the output voltage and the full output voltage of the rectifier is included. An example of this will be explained below.

Beispielsweise wird bei dezentralen Steuereinrichtungen die Kommunikationsleitung bzw. deren Signal, ausgehend von der niedrigsten Spannung, beispielsweise 0 Volt, erst dann auf das nächsthöhere Spannungsniveau freigegeben, wenn sämtliche Stromventile bzw. deren Steuereinheiten eine entsprechende Spannungsschwelle, d. h. den oberen oder unteren Schwellwert der Ausgangsspannung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem zweiten Gleichspannungsanschluss erkannt haben. Als Bedingung für den Übergang in den nächsten Zustand wird nun zusätzlich von allen Phasenmodulen bzw. Steuereinheiten der aktuelle Zustand der Kommunikationsleitung abgefragt. Hierdurch ist sichergestellt, dass alle Phasen stets auf die gleiche Spannungsschwelle reagieren. Für den Normalbetrieb ist nun das Erreichen des dritten Spannungswerts erforderlich, welcher beispielsweise an eine positive Abfrage einer weiteren Bedingung geknüpft ist, nämlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass jedes erste Stromventil nach dem Unterschreitungszeitpunkt zumindest einmal ausgeschaltet wurde. Wird diese Bedingung nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, d. h. innerhalb eines Prüfzeitraums nach dem Unterschreitungszeitpunkt, erreicht, wird auf den gleichgerichteten Phasen, und damit allen Phasen, erneut ein Phasenkurzschluss durchgeführt. Dieser wird erst dann wieder aufgehoben, wenn die entsprechende Bedingung erfüllt ist.For example, in decentralized control devices, the communication line or its signal, starting from the lowest voltage, for example 0 volts, only released to the next higher voltage level when all the current valves or their control units a corresponding voltage threshold, d. H. have detected the upper or lower threshold of the output voltage between the first DC voltage terminal and the second DC voltage terminal. As a condition for the transition to the next state, the current state of the communication line is now additionally queried by all phase modules or control units. This ensures that all phases always respond to the same voltage threshold. For normal operation, it is now necessary to reach the third voltage value, which is linked, for example, to a positive interrogation of a further condition, namely in the context of the present invention, that each first flow control valve has been switched off at least once after the underspeeding moment. If this condition is not met within a predetermined time period, i. H. within a test period after the undershoot time reached, a phase short circuit is again performed on the rectified phases, and thus all phases. This is only canceled again if the corresponding condition is met.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Auch eine rein analoge Umsetzung, beispielsweise in einer geeigneten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) ist jedoch möglich.An arithmetic unit according to the invention, for. As a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention. However, a purely analog implementation, for example in a suitable application-specific integrated circuit (ASIC) is possible.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the method in the form of software is also advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and therefore exists anyway. Suitable data carriers for the provision of the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. a. m. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Anordnung mit einem Generator und einem aktiven Brückengleichrichter in vereinfachter, schematischer Darstellung. 1 shows an arrangement with a generator and an active bridge rectifier in a simplified, schematic representation.

2 zeigt Signalverläufe zur Erläuterung der Grundlagen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows waveforms for explaining the principles of a method according to an embodiment of the invention.

3 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans. 3 illustrates a method according to an embodiment of the invention in the form of a schematic flowchart.

4 zeigt Signalverläufe zur Erläuterung der Grundlagen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 4 shows waveforms for explaining the principles of a method according to an embodiment of the invention.

In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden nicht wiederholt erläutert.In the figures, corresponding elements are given identical reference numerals and will not be explained repeatedly.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

In 1 ist eine Anordnung mit einem Generator 1 und einem aktiven Brückengleichrichter 2, wie sie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegen kann, schematisch veranschaulicht.In 1 is an arrangement with a generator 1 and an active bridge rectifier 2 , as it may be based on an embodiment of the present invention, illustrated schematically.

Der Generator 1 umfasst einen fünfphasig und in Drudenfußschaltung ausgebildeten Stator 11 und einen Rotor 12. Die einzelnen Wicklungen des Stators 11 und des Rotors 12 sind nicht gesondert bezeichnet. Der Generator 1 ist über fünf Phasenanschlüsse U bis Y jeweils über ein- und ausschaltbare, steuerbare Stromventile, hier mit UL bis YL und UH bis YH bezeichnet, an den ersten Gleichspannungsanschluss B- bzw. einen zweiten Gleichspannungsanschluss B+ angebunden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand einer Einleitung eines Phasenkurzschlusses in den Stromventilen UL bis YL eines unteren Gleichrichterzweigs (”Lowside”) beschrieben, kann jedoch auch mit den Stromventilen UH bis YH im oberen Gleichrichterzweig (”Highside”) durchgeführt werden. Die jeweils am Phasenkurzschluss beteiligten Stromventile werden im Rahmen dieser Anmeldung als ”erste” Stromventile bezeichnet; zumindest diese sind ein- und ausschaltbar sowie steuerbar, beispielsweise Metalloxid-Feldeffekttransistoren. Die ein- und ausschaltbaren, steuerbaren Stromventile UL bis YL und UH bis YH sind in der Figur vereinfacht als Schalter mit parallel geschalteten Zenerdioden veranschaulicht. Die Zenerdioden symbolisieren dabei sowohl die typische Durchbruchseigenschaft eines entsprechenden Feldeffekttransistors ab einer bestimmten Drain-Source-Spannung als auch die in einem entsprechenden Feldeffekttransistor vorhandene Inversdiode.The generator 1 comprises a five-phase and Drudenfußschaltung formed stator 11 and a rotor 12 , The individual windings of the stator 11 and the rotor 12 are not designated separately. The generator 1 is connected via five phase terminals U to Y each on and off switchable, controllable flow valves, here labeled UL to YL and UH to YH, connected to the first DC voltage connection B and a second DC voltage connection B +. The method according to the invention is described below on the basis of an initiation of a phase short circuit in the current valves UL to YL of a lower rectifier branch ("lowside"), but can also be used with the current valves UH to YH in the upper one Rectifier branch ("highside") are performed. The respective current valves involved in the phase short circuit are referred to in the context of this application as "first" flow control valves; at least these are switched on and off as well as controllable, for example, metal oxide field effect transistors. The switchable on and off, controllable flow valves UL to YL and UH to YH are simplified in the figure illustrated as a switch with parallel Zener diodes. The Zener diodes symbolize both the typical breakdown characteristic of a corresponding field effect transistor from a certain drain-source voltage and the inverse diode present in a corresponding field effect transistor.

Die Stromventile UH bis YH und UL bis YL sind durch jeweilige dezentrale Steuereinrichtungen 21 bis 25, wie hier mit gestrichelten Ansteuerpfeilen veranschaulicht, steuerbar. Ein Generatorregler 13 wertet eine zwischen den Gleichspannungsanschlüssen B+ und B– anliegende Spannung (der Gleichspannungsanschluss B– kann auf Masse liegen) aus und regelt, beispielsweise über eine pulsweitenmodulierte Bestromung der Erregerwicklung des Rotors 12, die Ausgangsleistung des Generators 1.The flow control valves UH to YH and UL to YL are by respective decentralized control devices 21 to 25 , as illustrated here with dashed control arrows, controllable. A generator controller 13 evaluates a voltage applied between the DC voltage terminals B + and B- (the DC voltage connection B- can be grounded) and controls, for example via a pulse-width-modulated current supply to the field winding of the rotor 12 , the output power of the generator 1 ,

In 2 sind zur Erläuterung der Grundlagen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Signalverläufe von Phasenströmen in einer Anordnung mit einem Generator und einem aktiven Brückengleichrichter, beispielsweise gemäß 1, veranschaulicht. Die Phasenströme sind dabei in Ampere auf der Ordinate gegenüber einer Zeit in Millisekunden auf der Abszisse aufgetragen. Im Beispiel sind die Effekte dargestellt, die sich ergeben, wenn eine der Phasen permanent gegen Masse (vergleiche B– in 1) kurzgeschlossen ist (der entsprechende Stromverlauf ist mit 201 bezeichnet), während sich die übrigen Phasen (die entsprechenden Stromverläufe sind mit 202 bezeichnet) in regulärer Gleichrichtung befinden, also permanent zwischen dem Potential von B+ und B– wechseln. Ein derartiger Effekt kann sich, wie erläutert, beispielsweise dann einstellen, wenn bei phasenindividueller Ansteuerung ein Ausschaltschwellwerts zum Ausschalten eines entsprechenden Stromventils aufgrund eines übermäßig hohen Gleichanteils in der entsprechenden Phase nicht mehr erreicht werden kann. Der Strom der gegen Masse kurzgeschlossenen Phase (Stromverlauf 201) ist auf diese Weise permanent positiv.In 2 In order to explain the principles of a method according to one embodiment of the invention, signal waveforms of phase currents in an arrangement with a generator and an active bridge rectifier, for example according to FIG 1 , illustrated. The phase currents are plotted in ampere on the ordinate against a time in milliseconds on the abscissa. The example shows the effects that result when one of the phases is permanently grounded (see B-in 1 ) is short circuited (the corresponding current flow is with 201 ), while the remaining phases (the corresponding current waveforms are with 202 are referred to) in regular rectification, so permanently switch between the potential of B + and B-. As explained above, such an effect can occur, for example, if, during phase-specific activation, a switch-off threshold value for switching off a corresponding current valve can no longer be achieved due to an excessively high DC component in the corresponding phase. The current of the phase shorted to ground (current curve 201 ) is permanently positive in this way.

In 3 ist ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans dargestellt und insgesamt mit 100 veranschaulicht. Das Verfahren arbeitet in einem Schritt 110 in einem Gleichrichtbetrieb, in dem, wie erläutert, die Stromventile eines aktiven Brückengleichrichters mittels bekannter Ansteuermuster angesteuert werden. Hierbei erfolgt, wie mit Schritt 120 veranschaulicht, fortwährend oder periodisch ein Einlesen der zwischen den Gleichspannungsanschlüssen des Brückengleichrichters anliegenden Spannung.In 3 a method according to an embodiment of the invention is shown in the form of a schematic flow chart and in total with 100 illustrated. The procedure works in one step 110 in a rectifying operation in which, as explained, the current valves of an active bridge rectifier are controlled by means of known control patterns. This is done as with step 120 illustrates, continuously or periodically reading the voltage applied between the DC terminals of the bridge rectifier voltage.

In einem Schritt 130 wird überprüft, ob diese Spannung oberhalb eines oberen Schwellwerts liegt. Falls nein (–) verbleibt das Verfahren im regulären Gleichrichtbetrieb, wie mit Schritt 110 veranschaulicht. Falls ja (+), falls also die Ausgangsspannung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem zweiten Gleichspannungsanschluss den oberen Schwellwert überschritten hat, wird in einem Schritt 140 ein Kurzschluss durch gleichzeitiges Ansteuern sämtlicher hierzu verwendeter Stromventile, beispielsweise der Lowside-Stromventile eingeleitet. Dieses erfolgt so lange, bis mit einer Überprüfung 150 festgestellt wird, dass die zwischen den Gleichspannungsanschlüssen anliegende Spannung einen unteren Schwellwert unterschritten hat. So lange dies nicht der Fall ist (–), wird der Kurzschluss, wie mit Schritt 140 veranschaulicht, aufrechterhalten.In one step 130 it is checked whether this voltage is above an upper threshold. If no (-), the process remains in regular rectifier operation as in step 110 illustrated. If yes (+), that is, if the output voltage between the first DC voltage connection and the second DC voltage connection has exceeded the upper threshold, is in one step 140 a short circuit initiated by simultaneous activation of all current valves used for this purpose, for example, the Lowside flow control valves. This is done until a review 150 it is determined that the voltage applied between the DC voltage terminals has fallen below a lower threshold value. As long as this is not the case (-), the short circuit will, as with step 140 illustrated, maintained.

Der Kurzschluss wird jedoch auch noch so lange phasenindividuell aufrechterhalten (+), so lange die zwischen den Gleichspannungsanschlüssen anliegende Spannung zwar den unteren Schwellwert unterschritten hat (+), der entsprechende Phasenstrom, wie mit Schritt 160 überprüft, jedoch noch oberhalb von 0 Ampere bzw. einem entsprechenden Ausschaltschwellwert liegt. Ist der Ausschaltschwellwert noch nicht unterschritten (–), wird der Kurzschluss bzw. eine entsprechende Ansteuerung in der jeweils betrachteten Phase aufrechterhalten. Unterschreitet der Phasenstrom einen entsprechenden Ausschaltschwellwert (+) erfolgt, wie mit Schritt 170 veranschaulicht, für die Stromventile, für die dies der Fall ist, die Aufhebung des Kurzschlusses und damit das Ausschalten eines entsprechenden Stromventils.However, the short circuit is still maintained phase-individually (+) as long as the voltage applied between the DC voltage terminals has fallen below the lower threshold value (+), the corresponding phase current, as with step 160 checked, but still above 0 amps or a corresponding Ausschaltschwellwert is. If the switch-off threshold has not yet fallen below (-), the short-circuit or a corresponding control is maintained in the particular phase under consideration. If the phase current falls below a corresponding switch-off threshold (+), as with step 170 illustrates, for the flow control valves, for which this is the case, the removal of the short circuit and thus the switching off of a corresponding flow control valve.

Gleichzeitig wird in Schritt 170 ein Zähler gestartet, der einen Prüfzeitraum definiert. Wird noch während des Prüfzeitraums, wie mit Schritt 180 veranschaulicht, festgestellt, dass sich sämtliche Phasen im regulären Zustand der Gleichrichtung befinden, weil die entsprechenden Phasenströme den Ausschaltschwellwert unterschritten haben (+), wird wieder in den regulären Gleichrichtbetrieb übergegangen. Falls nein (–), wird das Ende des in Schritt 170 angegebenen Zählers bzw. das Erreichen eines entsprechenden Zählerwerts und/oder der Ablauf eines entsprechenden Prüfzeitraums abgewartet.At the same time in step 170 a counter is started defining a test period. Will still during the test period, as with step 180 illustrates that all phases are in the regular state of rectification, because the corresponding phase currents have fallen below the switch-off threshold (+), is transferred back to the regular rectifying operation. If no (-), the end of in step 170 waited counter or the achievement of a corresponding counter value and / or the expiration of a corresponding test period.

Wird in einem Schritt 190 über eine Auswertung eines entsprechenden Zählers erkannt, dass sich noch Phasen im Kurzschluss befinden (+), erfolgt ein erneutes Einleiten eines Kurzschlusses auf sämtlichen Stromventilen, wie mit Schritt 191 veranschaulicht. Anderenfalls (–) ist der Zählerstand noch nicht erreicht bzw. der Prüfzeitraum noch nicht verstrichen. Der Kurzschluss gemäß Schritt 191 wird so lange aufrechterhalten, bis in einem Prüfschritt 192 festgestellt wird, dass keine der Phase mehr einen Phasenstrom von mehr als dem Ausschaltschwellwert führt. In diesem Fall (+) gehen zunächst die Phasen mit den zuvor asymmetrischen Phasenströmen in den regulären Gleichrichtbetrieb über, wie mit Schritt 193 veranschaulicht, und anschließend die restlichen Phasen, wie mit Schritt 194 veranschaulicht.Will be in one step 190 detected via an evaluation of a corresponding counter that there are still phases in the short circuit (+), there is a re-initiation of a short circuit on all flow valves, as in step 191 illustrated. Otherwise (-) the meter reading has not yet been reached or the test period has not yet elapsed. The short circuit according to step 191 is maintained until a test step 192 it is determined that no more of the phase leads a phase current of more than the turn-off threshold. In this case (+), first the phases with the previously asymmetrical phase currents go into the regular rectification mode, as with step 193 illustrates, and then the remaining phases, as with step 194 illustrated.

In 4 ist in Form der Diagramme 410 sowie 421 bis 425 der Effekt der erfindungsgemäßen Maßnahmen anhand entsprechend auftretender Signalverläufe nochmals veranschaulicht. Die Signalverläufe sind auf einer gemeinsamen Zeitachse in Millisekunden (angegeben bei Diagramm 425) aufgetragen.In 4 is in the form of diagrams 410 such as 421 to 425 the effect of the measures according to the invention again illustrated by means of correspondingly occurring signal waveforms. The waveforms are on a common time axis in milliseconds (indicated at graph 425 ) applied.

In Diagramm 410 ist dabei eine Ausgangsspannung, wie sie zwischen den Gleichspannungsanschlüssen eines aktiven Brückengleichrichters in dem erfindungsgemäßen Verfahren anliegt, und wie sie sich aus den Beiträgen der einzelnen Phasenspannungen zusammensetzt, in Volt angegeben, in den Diagrammen 421 bis 425 sind die einzelnen Phasenströme in Ampere gezeigt.In diagram 410 is an output voltage as applied between the DC voltage terminals of an active bridge rectifier in the inventive method, and as it is composed of the contributions of the individual phase voltages, indicated in volts, in the diagrams 421 to 425 the individual phase currents are shown in amperes.

Zu einem Zeitpunkt von ca. 5 Millisekunden (Zeitpunkt 401, siehe Diagramm 410) kommt es zu einem Lastsprung. Dieser führt zu einem rapiden Ansteigen der Ausgangsspannung bis zu einem Zeitpunkt knapp vor 6 Millisekunden (Zeitpunkt 402). Ab diesem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung einen vorgegebenen oberen Schwellwert überschreitet, wird ein Phasenkurzschluss eingeleitet.At a time of about 5 milliseconds (time 401 , see diagram 410 ) there is a load jump. This leads to a rapid increase of the output voltage until a time just before 6 milliseconds (time 402 ). From this point in time, when the output voltage exceeds a predetermined upper threshold, a phase short circuit is initiated.

Zu einem Zeitpunkt von ca. 7,5 Millisekunden (Zeitpunkt 403) unterschreitet die Ausgangsspannung einen unteren Schwellwert, so dass der Phasenkurzschluss nun nacheinander phasenindividuell wieder aufgehoben werden kann. Dies erfolgt jeweils für die Phasen, in denen der Phasenstrom unterhalb des Ausschaltschwellwerts, beispielsweise unterhalb von 0 Ampere liegt. Wie insbesondere aus dem Verlauf des Phasenstroms gemäß Diagramm 424 ersichtlich, kommt es hierdurch zu Asymmetrieeffekten. Der Verlauf des Phasenstroms gemäß Diagramm 424 weist keinen Nulldurchgang mehr auf.At a time of about 7.5 milliseconds (time 403 ), the output voltage falls below a lower threshold, so that the phase short circuit can now be repealed successively phase-individually again. This is done in each case for the phases in which the phase current is below the switch-off threshold value, for example below 0 ampere. As in particular from the course of the phase current according to the diagram 424 As can be seen, this leads to asymmetry effects. The course of the phase current according to the diagram 424 has no zero crossing anymore.

Wird dies, wie zuvor erläutert, erkannt, wird zu einem Zeitpunkt von ca. 8,5 Millisekunden (Zeitpunkt 404) ein erneuter Phasenkurzschluss eingeleitet und so lange aufrechterhalten, bis in allen Phasen wieder ein Nulldurchgang auftritt Dies ist wieder deutlich anhand des Verlaufs des Phasenstroms gemäß Diagramm 424 ersichtlich. Ist dies erreicht, wird der Phasenkurzschluss erneut ab einem Zeitpunkt von ca. 10,8 Millisekunden phasenindividuell aufgehoben. Aufgrund der erläuterten Maßnahmen ist nun sichergestellt, dass in allen Phasen ein Nulldurchgang des Phasenkurzschlusses auftritt und diese wieder in die reguläre Gleichrichtung übergehen, bis zu einem Zeitpunkt bei ca. 13,3 Millisekunden (Zeitpunkt 406), zu dem aufgrund des hier noch nicht vollständig abgeklungenen Erregerstroms der obere Schwellwert der Ausgangsspannung wieder erreicht ist und wieder ein Phasenkurzschluss eingeleitet wird.If this is detected, as explained above, at a time of approximately 8.5 milliseconds (time 404 ) again initiated a phase short circuit and maintained until a zero crossing occurs again in all phases This is again clear from the course of the phase current according to the diagram 424 seen. Once this has been achieved, the phase short circuit is canceled again phase-specifically from a time of approx. 10.8 milliseconds. Due to the measures described, it is now ensured that in all phases, a zero crossing of the phase short circuit occurs and these go back to the regular rectification, up to a time at about 13.3 milliseconds (time 406 ), to which the upper threshold value of the output voltage is reached again due to the exciter current that has not yet decayed completely, and again a phase short circuit is initiated.

Das Verfahren setzt sich zyklisch fort, wobei in dem nächsten Phasenkurzschluss (ab Zeitpunkt 406) erneut der in Diagramm 424 veranschaulichte Phasenstrom von der Asymmetrie betroffen ist, anschließend der in Diagramm 425 veranschaulichte Phasenstrom und schließlich der in Diagramm 423 veranschaulichte Phasenstrom. Ab einem Zeitpunkt von ca. 34 Millisekunden (Zeitpunkt 407) ist der Zyklus beendet, weil der Erregerstrom ausreichend abgeklungen ist und damit der obere Schwellwert der Ausgangsspannung nicht mehr erreicht wird.The method continues cyclically, wherein in the next phase short circuit (from time 406 ) again in the diagram 424 illustrated phase current is affected by the asymmetry, then in the diagram 425 illustrated phase current and finally the in diagram 423 illustrated phase current. From a time of about 34 milliseconds (time 407 ), the cycle is completed because the excitation current has decayed sufficiently and thus the upper threshold value of the output voltage is no longer reached.

Claims (11)

Verfahren (100) zum Ansteuern einer Anordnung aus einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine (1) und einem aktiven Brückengleichrichter (2), in dem Phasenanschlüsse (U–Y) der elektrischen Maschine (2) jeweils über ein- und ausschaltbare erste Stromventile (UL–YL) an einen ersten Gleichspannungsanschluss (B–) und über zweite Stromventile (UH–YH) an einen zweiten Gleichspannungsanschluss (B+) angebunden sind, wobei das Verfahren umfasst, sämtliche ersten Stromventile (UL–YL) einzuschalten, wenn eine Ausgangsspannung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss (B–) und dem zweiten Gleichspannungsanschluss (B+) einen oberen Schwellwert überschreitet, und jedes erste Stromventil (UL–YL) einzeln und erst dann wieder auszuschalten, wenn die Ausgangsspannung danach zu einem Unterschreitungszeitpunkt einen unteren Schwellwert unterschritten hat und ferner ein Phasenstrom, der durch den Gleichspannungsanschluss (U–Y) mit dem jeweiligen ersten Stromventil (UL–YL) fließt, unterhalb eines Ausschaltschwellwerts liegt, wobei während und/oder nach einem vorgegebenen Prüfzeitraum ab dem Unterschreitungszeitpunkt überprüft wird, ob jedes erste Stromventil (UL–YL) nach dem Unterschreitungszeitpunkt zumindest einmal ausgeschaltet wurde und, falls nicht, erneut sämtliche ersten Stromventile (UL–YL) so lange eingeschaltet werden, bis sämtliche Phasenströme den Ausschaltschwellwert zumindest einmal unterschritten haben.Procedure ( 100 ) for driving an arrangement of a generator-operated electrical machine ( 1 ) and an active bridge rectifier ( 2 ), in the phase connections (U-Y) of the electrical machine ( 2 ) are each connected to a first DC voltage connection (B-) by means of switchable first flow valves (UL-YL) and to a second DC voltage connection (B +) via second flow control valves (UH-YH), the method comprising all first flow control valves ( UL-YL) when an output voltage between the first DC voltage terminal (B-) and the second DC voltage terminal (B +) exceeds an upper threshold, and turn off each first current valve (UL-YL) one by one and then again when the output voltage increases thereafter Furthermore, a phase current flowing through the DC voltage terminal (U-Y) with the respective first flow valve (UL-YL) is below a Ausschaltschwellwerts, wherein during and / or after a predetermined test period from the time of undershoot It is checked whether each first flow valve (UL-YL) after de m Underflow time was turned off at least once and, if not, again all the first flow control valves (UL-YL) are turned on until all phase currents have exceeded the Ausschaltschwellwert at least once. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Prüfzeitraum in Abhängigkeit von einer Drehzahl der elektrischen Maschine (1) vorgegeben wird.Method according to Claim 1, in which the test period is dependent on a rotational speed of the electric machine ( 1 ) is given. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Prüfzeitraum in Abhängigkeit von einer Periodendauer der Phasenströme vorgegeben wird. Method according to Claim 1 or 2, in which the test period is predetermined as a function of a period of the phase currents. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Prüfzeitraum eine vorgegebene Anzahl an Flanken der Phasenströme umfasst.The method of claim 3, wherein the check period comprises a predetermined number of edges of the phase currents. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeweils ein Gleichrichtbetrieb des aktiven Brückengleichrichters (2) durchgeführt wird, bevor die Ausgangsspannung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss (B–) und dem zweiten Gleichspannungsanschluss (B+) den oberen Schwellwert überschreitet und nachdem sämtliche Phasenströme den Ausschaltschwellwert aufgrund des erneuten Einschaltens der sämtlichen ersten Stromventile (UL–YL) zumindest einmal unterschritten haben.Method according to one of the preceding claims, in which in each case a rectifying operation of the active bridge rectifier ( 2 ) is performed before the output voltage between the first DC voltage terminal (B) and the second DC voltage terminal (B +) exceeds the upper threshold and after all phase currents have at least once undershot the Ausschaltschwellwert due to the restart of all the first flow control valves (UL-YL). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Stromventile (UL–YL, UH–YH) jedes Phasenanschlusses (U–Y) jeweils eine Steuereinrichtung (21–25) aufweisen, wobei die Steuereinrichtung (21–25) über ein Kommunikationssignal kommunizieren.Method according to one of the preceding claims, in which the flow control valves (UL-YL, UH-YH) of each phase connection (U-Y) each have a control device ( 21 - 25 ), wherein the control device ( 21 - 25 ) communicate via a communication signal. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Kommunikationssignal zumindest angibt, ob die Ausgangsspannung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss (B–) und dem zweiten Gleichspannungsanschluss (B+) den oberen Schwellwert über- oder unterschritten hat und der Phasenstrom, der durch zumindest einen der Gleichspannungsanschlüsse (U–Y) fließt, den Ausschaltschwellwert zumindest einmal unterschritten hat.The method of claim 6, wherein the communication signal at least indicates whether the output voltage between the first DC voltage terminal (B) and the second DC voltage terminal (B +) has exceeded or fallen below the upper threshold, and the phase current through at least one of the DC voltage terminals (U -Y) flows, the Ausschaltschwellwert has fallen below at least once. Anordnung aus einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine (1) und einem aktiven Brückengleichrichter (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung Mittel aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet sind.Arrangement of a generator-operated electric machine ( 1 ) and an active bridge rectifier ( 2 ), characterized in that the arrangement comprises means for carrying out a method ( 100 ) are arranged according to one of the preceding claims. Recheneinheit, insbesondere Steuereinheit (21–25) einer Anordnung nach Anspruch 8, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.Computing unit, in particular control unit ( 21 - 25 ) an arrangement according to claim 8, which is adapted to a method ( 100 ) according to one of claims 1 to 7. Computerprogramm, das eine Recheneinheit, insbesondere gemäß Anspruch 9, dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit, in particular according to claim 9, to perform a method according to one of claims 1 to 7, when it is executed on the computing unit. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 10.

Images