DE102016226249A1 - Method for operating an active bridge rectifier in a motor vehicle and means for its implementation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Brückengleichrichters, der über Phasenanschlüsse (U-Y) mit einer generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine (20) in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verbunden ist und Gleichspannungsanschlüsse (B+, B-) aufweist, wobei in einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine (20) eine Spannung (UA, UB) zwischen den Gleichspannungsanschlüssen (B+, B-) ausgewertet wird, wobei ein Phasenkurzschluss zwischen einer ersten Gruppe der Phasenanschlüsse (U-Y) eingeleitet wird, sobald die Spannung (UA, UB) einen für die erste Gruppe definierten ersten Schwellwert (UH1) überschritten hat und danach eine erste Totzeit (D1) verstrichen ist, der Phasenkurzschluss zwischen der ersten Gruppe der Phasenan-schlüsse (U-Y) so lange beibehalten wird, so lange die Spannung (UA, UB) einen für die erste Gruppe definierten zweiten Schwellwert (UL1) nicht unterschritten hat und danach die erste Totzeit (D1) oder eine weitere Totzeit noch nicht verstrichen ist, ein Phasenkurzschluss zwischen einer zweiten Gruppe der Phasenan-schlüsse (U-Y) eingeleitet wird, sobald die Spannung (UA, UB) einen für die zweite Gruppe definierten ersten Schwellwert (UH2) überschritten hat und danach eine zweite Totzeit (D2) verstrichen ist, der Phasenkurzschluss zwischen der zweiten Gruppe der Phasenan-schlüsse (U-Y) so lange beibehalten wird, so lange die Spannung (UA, UB) einen für die zweite Gruppe definierten zweiten Schwellwert (UL2) nicht unterschritten hat und danach die zweite Totzeit (D2) oder eine weitere Totzeit noch nicht verstrichen ist, wobei der für die erste Gruppe definierte erste Schwellwert (UH1) oberhalb des für die zweite Gruppe definierten ersten Schwellwerts (UH2) liegt, und wobei die erste Totzeit kürzer als die erste Totzeit ist. Mittel zur Implementierung des Verfahrens sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The invention relates to a method for operating an active bridge rectifier, which is connected via phase terminals (UY) with a generator-operable electric machine (20) in a vehicle electrical system of a motor vehicle and DC voltage terminals (B +, B-), wherein in a regenerative operation of the electric Machine (20) a voltage (UA, UB) between the DC voltage terminals (B +, B-) is evaluated, wherein a phase short between a first group of the phase terminals (UY) is initiated when the voltage (UA, UB) one for the first Group defined first threshold (UH1) has exceeded and after a first dead time (D1) has elapsed, the phase short circuit between the first group of the phase terminals (UY) is maintained as long as the voltage (UA, UB) one for the first group defined second threshold (UL1) has not fallen below and then the first dead time (D1) or another To t time has not yet elapsed, a phase short circuit between a second group of the phase connections (UY) is initiated as soon as the voltage (UA, UB) has exceeded a defined for the second group first threshold (UH2) and then a second dead time (D2 ) has elapsed, the phase short circuit between the second group of the phase terminals (UY) is maintained as long as the voltage (UA, UB) has not fallen below a second threshold (UL2) defined for the second group and then the second dead time (D2) or another dead time has not yet elapsed, wherein the first threshold (UH1) defined for the first group is above the first threshold (UH2) defined for the second group, and wherein the first dead time is shorter than the first dead time. Means for implementing the method are also the subject of the present invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Brückengleichrichters sowie Mittel zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for operating an active bridge rectifier and means for carrying it out.
Stand der TechnikState of the art
Zur Speisung von Gleichstromsystemen aus Drehstromsystemen (z.B. aus dem öffentlichen Drehstromnetz) werden typischerweise Gleichrichter verwendet, die in Brückenschaltung aufgebaut sind. Als Gleichrichterelemente dienen herkömmlicherweise Dioden. Entsprechende Gleichrichter werden auch als passive (Brücken-)Gleichrichter bezeichnet. Die Dioden eines passiven Brückengleichrichters benötigen keine Ansteuerschaltung, da sie selbstständig zum richtigen Zeitpunkt in den leitenden oder sperrenden Zustand übergehen.For feeding DC systems from three-phase systems (e.g., from the three-phase public grid), rectifiers constructed in bridge connection are typically used. Conventionally, diodes are used as rectifier elements. Corresponding rectifiers are also referred to as passive (bridge) rectifiers. The diodes of a passive bridge rectifier do not require a drive circuit, because they automatically go into the conductive or blocking state at the right time.
In Kraftfahrzeugen wird typischerweise mittels einer elektrischen Maschine Drehstrom erzeugt. Beispielsweise können in diesem Zusammenhang Klauenpolgeneratoren zum Einsatz kommen. Vereinfacht wird eine entsprechende elektrische Maschine nachfolgend auch als Generator bezeichnet, obwohl auch ein motorischer Betrieb vorgesehen kann, beispielsweise bei einem sogenannten Startergenerator. Die Erfindung eignet sich beispielsweise für Generatoren in Klauenpolbauweise, aber auch für elektrische Maschinen anderer Bauart.In motor vehicles, three-phase current is typically generated by means of an electric machine. For example, claw pole generators can be used in this context. Simplified, a corresponding electric machine is also referred to below as a generator, although a motor operation may also be provided, for example in the case of a so-called starter generator. The invention is suitable, for example, for claw-pole-type generators, but also for electrical machines of a different type.
Herkömmlicherweise ist auch einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug ein passiver Brückengleichrichter zugeordnet. Je nach der Phasenzahl der zugehörigen elektrischen Maschine ist dieser beispielsweise in sechs- oder zehnpulsiger Ausführung vorgesehen.Conventionally, an electrical machine in a motor vehicle is associated with a passive bridge rectifier. Depending on the number of phases of the associated electric machine this is provided, for example, in six or tenpulsiger execution.
Passive Gleichrichter besitzen eine durch die Dioden und den Ausgangsstrom vorgegebene, beträchtliche Verlustleistung. Durch schaltungstechnische Maßnahmen (z.B. Parallelschalten von Dioden) lässt sich diese nur unwesentlich verkleinern. Anstelle eines passiven Brückengleichrichters kann daher zur Reduzierung der Verlustleistung ein aktiver Brückengleichrichter eingesetzt werden. Bei diesem sind die Dioden durch aktive Schalter (z.B. MOS-Transistoren) ersetzt.Passive rectifiers have considerable power dissipation dictated by the diodes and output current. By means of circuitry measures (for example, parallel connection of diodes), these can only be marginally reduced. Instead of a passive bridge rectifier can therefore be used to reduce the power loss, an active bridge rectifier. In this case, the diodes are replaced by active switches (e.g., MOS transistors).
Aktive (ansteuerbare) Brückengleichrichter sind allgemein bekannt und können mit unterschiedlichen, ansteuerbaren Schaltelementen versehen sein. Nachfolgend werden die gleichrichtenden Schaltelemente eines entsprechenden aktiven Brückengleichrichters vereinfacht als Halbleiterstromventile bezeichnet, wobei sich versteht, dass diese Halbleiterstromventile ansteuerbar sind, d.h. durch ein Ansteuersignal von einem nichtleitenden in einen leitenden Zustand überführt werden können und umgekehrt. Es handelt sich bei Halbleiterstromventilen insbesondere um Transistoren, beispielsweise um MOS-Transistoren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen im Betrieb entsprechender aktiver Brückengleichrichter. Ist daher nachfolgend vereinfacht von einem Gleichrichter die Rede, sei hierunter ein aktiver Brückengleichrichter verstanden.Active (controllable) bridge rectifiers are well known and can be provided with different, controllable switching elements. Hereinafter, the rectifying switching elements of a corresponding active bridge rectifier will be referred to simply as semiconductor current valves, it being understood that these semiconductor current valves are controllable, i. can be converted from a non-conductive to a conductive state by a drive signal and vice versa. In particular, semiconductor current valves are transistors, for example MOS transistors. The present invention relates to improvements in the operation of corresponding active bridge rectifiers. Is therefore below simplified by a rectifier the speech, this is an active bridge rectifier understood.
Weil Generatoren der erläuterten Art häufig eine hohe Induktivität im Erregerfeld und damit eine hohe Zeitkonstante in der Regelung besitzen, müssen Schutzstrategien eingesetzt werden, die bei Lastabwürfen oder Lastabschaltungen (nachfolgend wird für beide Fälle der Begriff Lastabwurf, engl. Load Dump, verwendet) negative Effekte verhindern. Bei einem Lastabwurf handelt es sich um ein Ereignis, bei dem sich bei hoch erregter Maschine und einem entsprechend hohen abgegebenem Strom die Last am Generator bzw. dem zugehörigen Gleichrichter schlagartig verringert und nicht durch kapazitiv wirkende Elemente im Bordnetz, beispielsweise durch eine Batterie, abgefangen werden kann.Because generators of the type explained often have a high inductance in the exciter field and thus a high time constant in the control, protection strategies must be used which have negative effects in case of load shedding or load shedding (the term "load dump" is used in both cases below) prevent. When a load shed is an event in which the load on the generator or the associated rectifier abruptly reduced at highly excited machine and a correspondingly high output current and are not intercepted by capacitive elements in the electrical system, for example by a battery can.
Aufgrund der Induktivität des Erregerfeldes ändert sich der Generatorausgangsstrom langsamer als der Laststrom, sodass der Generator für eine Dauer von bis zu ca. 300 bis 500 Millisekunden mehr Energie ins Bordnetz liefert als dieses abzunehmen in der Lage ist. Die überschüssige Energie kann in einem (passiven) Brückengleichrichter umgesetzt werden, so dass elektrische Komponenten, die mit dem Generator bzw. dem zugehörigen Gleichrichter verbunden sind, vor Schädigung durch Überspannung geschützt sind.Due to the inductance of the exciter field, the generator output current changes slower than the load current, so that the generator delivers more energy into the electrical system for a period of up to about 300 to 500 milliseconds than this is able to decrease. The excess energy can be converted into a (passive) bridge rectifier, so that electrical components that are connected to the generator or the associated rectifier are protected against damage by overvoltage.
Herkömmliche, passive Brückengleichrichter sind zu diesem Zweck i.d.R. mit Leistungs-Zenerdioden als Gleichrichterelementen versehen, die die überschüssige Energie in Wärme umsetzen können und auftretende Überspannungen klammern. Entsprechende Dioden bieten eine ausreichend gute Aufbau- und Verbindungstechnik mit einer flächendeckenden thermischen Anbindung. Da nach derzeitigem Stand der Technik die Umsetzung der Verlustenergie in Wärme bei Halbleiterstromventilen wie MOS-Transistoren nicht in dem Maße möglich ist wie bei den erwähnten Dioden, müssen für die Bewältigung von Lastabwürfen in aktiven Brückengleichrichtern andere Maßnahmen ergriffen werden, um zur Verhinderung von Schäden die überschüssige Generatorleistung abzufangen und Überspannungen zu begrenzen.Conventional passive bridge rectifiers are usually provided with power zener diodes as rectifier elements for this purpose, which can convert the excess energy into heat and cling overvoltages occurring. Corresponding diodes offer sufficiently good assembly and connection technology with a comprehensive thermal connection. As in the current state of the art, the implementation of the energy loss in heat in semiconductor flow valves such as MOS transistors not in the Measurements are possible as in the mentioned diodes, other measures must be taken to cope with load shedding in active bridge rectifiers to intercept the excess generator power to prevent damage and to limit overvoltages.
Nach einem Lastabwurf können dabei sämtliche Halbleiterstromventile eines Gleichrichterzweigs kurzgeschlossen werden. Auf diese Weise werden die Generatorphasen, die mit den entsprechenden Halbleiterstromventilen verbunden sind, kurzgeschlossen. Diese Maßnahme bzw. dieser Zustand wird daher nachfolgend auch als Phasenkurzschluss bezeichnet. Entsprechende Phasenkurzschlüsse werden herkömmlicherweise derart geschaltet, dass die Ausgangsspannung des Gleichrichters ein definiertes Spannungsband nicht verlässt. Mit anderen Worten wird bei der Überschreitung eines oberen Spannungsschwellwerts ein Phasenkurzschluss durch gleichzeitiges Ansteuern der Halbleiterstromventile des entsprechenden Zweigs eingeleitet und bei Unterschreiten eines unteren Spannungsschwellwerts durch Beendigung der gleichzeitigen Ansteuerung und Übergang in die reguläre Gleichrichtung wieder aufgehoben.After a load shedding all semiconductor current valves of a rectifier branch can be short-circuited. In this way, the generator phases, which are connected to the corresponding semiconductor current valves, shorted. This measure or state is therefore hereinafter also referred to as phase short circuit. Corresponding phase shorts are conventionally switched such that the output voltage of the rectifier does not leave a defined voltage band. In other words, when an upper voltage threshold value is exceeded, a phase short circuit is initiated by simultaneous driving of the semiconductor current valves of the corresponding branch and canceled when a lower voltage threshold value is exceeded by terminating the simultaneous activation and transition to the regular rectification.
Zur Vermeidung einer ungewollten Aktivierung und Deaktivierung des Phasenkurzschlusses, beispielsweise aufgrund von kurzzeitigen positiven und negativen Spannungsspitzen an den Gleichspannungsausgängen des Gleichrichters, wird üblicherweise im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens eine Filterung oder ein Totzeitglied verwendet. Die Phasenkurzschlüsse werden daher erst dann eingeleitet oder aufgehoben, wenn die Ausgangsspannung des Gleichrichters eine vorbestimmte Zeit oberhalb des oberen bzw. unterhalb des unteren Schwellwerts liegt. Nachfolgend wird ein entsprechendes Vorgehen damit umschrieben, dass eine Tot- oder Filterzeit verwendet wird. Die konkrete Ausgestaltung, beispielsweise mittels Totzeiten oder der Verwendung entsprechend parametrierter Filter, ist nicht relevant. Ein solches Vorgehen kann jedoch in bestimmten Fällen von Lastabwürfen, wie auch nachfolgend noch erläutert, nachteilig sein.To avoid an unwanted activation and deactivation of the phase short circuit, for example due to short-term positive and negative voltage peaks at the DC voltage outputs of the rectifier, a filtering or a dead time element is usually used in the context of a corresponding method. The phase shorts are therefore only initiated or canceled when the output voltage of the rectifier is a predetermined time above the upper or below the lower threshold. In the following, a corresponding procedure is described by using a dead time or filter time. The specific design, for example by means of dead times or the use of appropriately parameterized filters, is not relevant. However, such a procedure may be disadvantageous in certain cases of load shedding, as also explained below.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Bewältigung von Lastabwürfen, und damit zur Ansteuerung aktiver Brückengleichrichter, zu verbessern.The present invention therefore has as its object to improve known from the prior art method for dealing with load drops, and thus for driving active bridge rectifier.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Brückengleichrichters sowie Mittel zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating an active bridge rectifier and means for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Wie auch unter Bezugnahme auf die
Bei einem Kabelabriss, d.h. Fall A, steigt die Spannung am positiven Gleichspannungsanschluss, wie auch unter Bezugnahme auf die
Typischerweise sind an den positiven und den negativen Gleichspannungsanschluss des Gleichrichters jeweils Leitungsabschnitte von beispielweise ca. 1,5 Metern und einem Kabelquerschnitt von beispielsweise ca. 25 Quadratmillimetern angeschlossen. Diese Leitungsabschnitte sind jeweils mit den Anschlüssen eines Kondensators an einem Fremdstartstützpunkt verbunden. Erfolgt nun eine Lastabschaltung jenseits des Leitungsabschnitts am positiven Gleichspannungsanschluss, d.h. liegt Fall B vor, und wird dieser durch repetitive Phasenkurzschlüsse im Gleichrichter beantwortet, kommt in diesem Leitungsabschnitt zu schnellen Stromänderungen, da der Generatorstrom abwechselnd nach Masse bzw. in Richtung des Kondensators am Fremdstartstützpunkt abgegeben wird. Diese Stromänderungen erzeugen in dem Leitungsabschnitt aufgrund dessen Induktivität induzierte Spannungen. Es kommt daher zu entsprechenden positiven und negativen Spannungsspitzen in der Spannung an den Gleichspannungsanschlüssen des Gleichrichters.Typically, line sections of, for example, approximately 1.5 meters and a cable cross-section of, for example, approximately 25 square millimeters are connected to the positive and negative DC voltage terminals of the rectifier. These line sections are respectively connected to the terminals of a capacitor at a jump start point. Now takes place a load shutdown beyond the line section at the positive DC voltage connection, ie is case B, and this is answered by repetitive phase shorts in the rectifier comes in this line section to fast Current changes, as the generator current is alternately delivered to ground or in the direction of the capacitor at the jump starting point. These current changes create voltages induced in the line section due to its inductance. There are therefore corresponding positive and negative voltage peaks in the voltage at the DC voltage terminals of the rectifier.
Grundsätzlich ist es möglich, eine Fallunterscheidung zwischen Fall A und Fall B zu treffen und die Totzeit bei Erkennung von Fall A kontinuierlich abzusenken bzw. Filterparameter anzupassen. Die Fallunterscheidung kann, wie beispielsweise in der
Ein wesentlicher Aspekt des im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens ist daher der, auf eine entsprechende Fallunterscheidung zu verzichten und stattdessen für unterschiedliche Phasen des Gleichrichters und damit der elektrischen Maschine unterschiedliche Filter- und Spannungsgrenzwerte zu verwenden. Hierdurch wird erreicht, dass im Fall A zwangsläufig andere (kürzere) Filterzeiten aktiv sind als im Fall B. Für beide Fälle werden daher schon aufgrund der Verwendung der unterschiedlichen Filter- und Spannungsgrenzwerte vorteilhaftere Schaltvorgänge vorgenommen, ohne dass eine Fallunterscheidung, die eine Erkennung des Falls A oder des Falls B erforderlich macht, getroffen werden muss.An essential aspect of the proposed method in the context of the present invention is therefore to dispense with a corresponding case distinction and instead to use different filter and voltage limits for different phases of the rectifier and thus the electric machine. As a result, in the case of A, other (shorter) filter times are inevitably active than in the case B. For both cases, therefore, more advantageous switching operations are already performed due to the use of the different filter and voltage limits, without a case distinction providing for recognition of the case A or the case B requires, must be taken.
Die vorliegende Erfindung schlägt dabei vor, die Phasen zu gruppieren bzw. zu paketieren und für die einzelnen Gruppen bzw. Pakete unterschiedliche Werte für einen Spannungsschwellwert zu verwenden, anhand dessen unterschieden wird, wann der Phasenkurzschluss wieder aufgehoben wird. Dies wird durch die Verwendung unterschiedlicher Tot- bzw. Filterzeiten unterstützt. Sinn und Ergebnis des Verfahrens ist es, dass im ersten Schritt nach Ablauf einer Phase des Phasenkurzschlusses nur ein Teil des Generatorstroms wieder zur Gleichrichtung freigegeben wird. Dadurch wird der Spannungsanstieg nach Freigabe der aktiven Gleichrichtung im Fall B reduziert. Im Fall A muss nur noch ein kleinerer Teil des Stroms in der Spannungsklammerung bewältigt werden.In this case, the present invention proposes to group or package the phases and to use different values for a voltage threshold value for the individual groups or packets, by means of which it is distinguished when the phase short circuit is canceled. This is supported by the use of different dead or filter times. The purpose and meaning of the method is that only a portion of the generator current is released again for rectification in the first step after a phase of the phase short circuit. As a result, the voltage increase after release of the active rectification in case B is reduced. In case A only a smaller part of the current has to be handled in the voltage clamping.
Bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren bei sechsphasigen Maschinen angewandt werden. Diese bestehen typischerweise aus zwei dreiphasigen Maschinen. Hierbei wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die eine der dreiphasigen Maschinen länger im Kurzschluss gehalten als die zweite dreiphasige Maschine. Dadurch wird der Generatorstrom in zwei Stufen freigeschalten. Das Verfahren kann jedoch auch bei fünf-, sieben- oder mehrphasigen Maschinen angewendet werden.Preferably, the method according to the invention can be applied to six-phase machines. These typically consist of two three-phase machines. Here, according to a particularly preferred embodiment of the invention, one of the three-phase machines is kept in short circuit longer than the second three-phase machine. As a result, the generator current is released in two stages. However, the method can also be applied to five-, seven- or more-phase machines.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Brückengleichrichters, der über fünf oder mehr Phasenanschlüsse mit einer generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verbunden ist und Gleichspannungsanschlüsse aufweist, vor, wobei in einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine eine Spannung zwischen den Gleichspannungsanschlüssen ausgewertet wird. Hierbei wird ein Phasenkurzschluss zwischen einer ersten Gruppe der Phasenanschlüsse eingeleitet, sobald die Spannung einen für die erste Gruppe definierten ersten Schwellwert überschritten hat und danach eine erste Totzeit verstrichen ist. Der Phasenkurzschluss zwischen der ersten Gruppe der Phasenanschlüsse wird so lange beibehalten, so lange die Spannung einen für die erste Gruppe definierten zweiten Schwellwert nicht unterschritten hat und danach die erste Totzeit oder eine weitere Totzeit noch nicht verstrichen ist. Ein Phasenkurzschluss zwischen einer zweiten Gruppe der Phasenanschlüsse wird eingeleitet, sobald die Spannung einen für die zweite Gruppe definierten ersten Schwellwert überschritten hat und danach eine zweite Totzeit verstrichen ist. Der Phasenkurzschluss zwischen der zweiten Gruppe der Phasenanschlüsse wird so lange beibehalten, so lange die Spannung einen für die zweite Gruppe definierten zweiten Schwellwert nicht unterschritten hat und danach die zweite Totzeit oder eine weitere Totzeit noch nicht verstrichen ist.The invention provides a method for operating an active bridge rectifier, which is connected via five or more phase connections to a generator-operable electric machine in a vehicle electrical system of a motor vehicle and DC voltage terminals, before, wherein evaluated in a regenerative operation of the electric machine, a voltage between the DC voltage terminals becomes. In this case, a phase short circuit between a first group of the phase connections is initiated as soon as the voltage has exceeded a first threshold value defined for the first group and thereafter a first dead time has elapsed. The phase short between the first group of phase connections is maintained as long as the voltage has not fallen below a second threshold defined for the first group and thereafter the first dead time or a further dead time has not yet elapsed. A phase short between a second group of phase terminals is initiated as soon as the voltage has exceeded a first threshold defined for the second group and thereafter a second dead time has elapsed. The phase short between the second group of phase terminals is maintained as long as the voltage has not fallen below a second threshold defined for the second group and then the second dead time or a further dead time has not yet elapsed.
Der für die erste Gruppe definierte erste Schwellwert liegt dabei oberhalb des für die zweite Gruppe definierten ersten Schwellwerts. Die erste Totzeit ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung kürzer als die zweiteTotzeit. Der für die erste Gruppe definierte zweite Schwellwert kann oberhalb des für die zweite Gruppe definierten zweiten Schwellwerts, der für die erste Gruppe definierte erste Schwellwert oberhalb des für die erste Gruppe definierten zweiten Schwellwerts und der für die zweite Gruppe definierte erste Schwellwert oberhalb des für die zweite Gruppe definierten zweiten Schwellwerts liegen. Durch die genannten Maßnahmen lassen sich die vorgenannten Vorteile erzielen, wie nachfolgend insbesondere auch unter Bezugnahme auf die
Beispielsweise kann der für die erste Gruppe definierte erste Schwellwert in einem Abstand oberhalb des für die erste Gruppe definierten zweiten Schwellwerts liegen, der einem Abstand entspricht, in dem der für die zweite Gruppe definierte erste Schwellwert oberhalb des für die zweite Gruppe definierten zweiten Schwellwerts liegt. Die entsprechenden Schwellwerte für die erste Gruppe und die zweite Gruppe besitzen also jeweils einen (im Rahmen üblicher Toleranzen) gleichen Abstand zueinander und sind zueinander versetzt. Generell ist hier, wenn davon die Rede ist, dass Werte einander „gleichen“ oder einander „entsprechen“ eine Übereinstimmung im Rahmen üblicher Toleranzen, Fehlergrenzen usw. gemeint. By way of example, the first threshold value defined for the first group may lie at a distance above the second threshold value defined for the first group, which corresponds to a distance in which the first threshold value defined for the second group lies above the second threshold value defined for the second group. The corresponding threshold values for the first group and the second group thus each have one (within the usual tolerances) the same distance from each other and are offset from each other. In general, when it is said that values "equal" or "correspond to one another" mean agreement within the scope of customary tolerances, error limits, etc.
Der für die erste Gruppe definierte erste Schwellwert kann dabei beispielsweise bei 22 bis 30 V und der für die erste Gruppe definierte zweite Schwellwert bei 16 bis 22 V liegen. Der für die erste Gruppe definierte erste Schwellwert kann insbesondere in einem Abstand von 1 bis 5 V oberhalb des für die zweite Gruppe definierten ersten Schwellwerts liegen, und der für die erste Gruppe definierte zweite Schwellwert kann in demselben Abstand oberhalb des für die zweite Gruppe definierten zweiten Schwellwerts liegen.The first threshold value defined for the first group may, for example, be 22 to 30 V and the second threshold value defined for the first group may be 16 to 22 V. The first threshold value defined for the first group may be above the first threshold value defined for the second group, in particular at a distance of 1 to 5 V, and the second threshold value defined for the first group may be at the same distance above the second defined for the second group Threshold lie.
Die erste Totzeit kann insbesondere 1 bis 100 µs betragen, die zweite Totzeit insbesondere 50 bis 200 µs. Es muss jedoch gewährleistet sein, dass die zweite Totzeit 10 bis 100 µs größer ist als erste Totzeit. Die Totzeiten richten sich nach den jeweils vorliegenden Verhältnissen, insbesondere der zu erwartenden Steilheit der Spannungsgradienten und der Breite etwaiger Spannungsspitzen.The first dead time can be in particular 1 to 100 μs, the second dead time in particular 50 to 200 μs. However, it must be ensured that the second dead time is 10 to 100 μs greater than the first dead time. The dead times depend on the prevailing conditions, in particular the expected steepness of the voltage gradients and the width of possible voltage peaks.
Beispiele für entsprechende Werte sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Insbesondere kann die Anzahl der Phasenanschlüsse fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn betragen, wobei die Gruppen insbesondere weitgehend symmetrisch aufgeteilt sein können. Mit anderen Worten umfasst die erste Gruppe insbesondere einen ersten Teil und die zweite Gruppe den Rest der Phasenanschlüsse, wobei die Anzahl der Phasenanschlüsse in der ersten Gruppe sich um höchstens eins von der Anzahl der Phasenanschlüsse in der zweiten Gruppe unterscheidet. Bei einer geraden Anzahl der Phasenanschlüsse ist die Anzahl der Phasen in jeder Gruppe daher insbesondere gleich. Wie erwähnt, kann das Verfahren insbesondere bei sechsphasigen Maschinen eingesetzt werden.In particular, the number of phase connections may be five, six, seven, eight, nine or ten, wherein the groups may in particular be largely symmetrical. In other words, the first group comprises, in particular, a first part and the second group the remainder of the phase connections, wherein the number of phase connections in the first group differs by at most one from the number of phase connections in the second group. With an even number of phase connections, the number of phases in each group is therefore particularly the same. As mentioned, the method can be used in particular in six-phase machines.
Bei der Aufteilung der Gruppen ist darauf zu achten, dass jede Phasengruppe möglichst zu jeder beliebigen Zeit einen positiven Stromanteil gleichrichten kann. Im Fall einer sechsphasigen Maschine, die typischerweise aus zwei dreiphasigen Maschinen mit Winkelversatz besteht, ist die Aufteilung so vorzunehmen, dass die eine Gruppe eine dreiphasige Maschine und die andere Gruppe die andere dreiphasige Maschine repräsentiert.When dividing the groups, it must be ensured that each phase group can rectify a positive proportion of the current at any time if at all possible. In the case of a six-phase machine, which typically consists of two three-phase angular offset machines, the division should be made so that one group represents a three-phase machine and the other group represents the other three-phase machine.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Brückengleichrichters, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a bridge rectifier is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms 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 magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. 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.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.
Figurenliste list of figures
-
1 zeigt schematisch einen Generator mit einem Brückengleichrichter.1 schematically shows a generator with a bridge rectifier. -
2 zeigt schematisch ein Ersatzschaltbild eines Bordnetzes.2 schematically shows an equivalent circuit diagram of a vehicle electrical system. -
3A und3B zeigen schematische Spannungsverläufe bei Lastabwurf.3A and3B show schematic voltage curves during load shedding. -
4 zeigt schematische Spannungsverläufe bei Lastabwurf im Rahmen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.4 shows schematic voltage waveforms during load shedding in a method according to an embodiment of the invention. -
5 zeigt schematische Spannungsverläufe bei Lastabwurf im Rahmen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.5 shows schematic voltage waveforms during load shedding in a method according to an embodiment of the invention. -
6 zeigt schematische Spannungsverläufe bei Lastabwurf im Rahmen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.6 shows schematic voltage waveforms during load shedding in a method according to an embodiment of the invention. -
7 zeigt schematische Stromverläufe zur Veranschaulichung von Grundlagen einer Ausführungsform der Erfindung..7 shows schematic current waveforms for illustrating basic principles of an embodiment of the invention.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den Figuren tragen einander entsprechende Elemente identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.In the figures, corresponding elements carry identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity.
In
Der Brückengleichrichter
Die Halbbrücken A bis E weisen jeweils ansteuerbare Halbleiterstromventile
Die Beschaltung der Halbleiterstromventile
Ein Lastabwurf kann in der Anordnung
Die Ansteuerung des Gleichrichters
In
An dem Generator
Der Kondensator C1 entspricht einem Kondensator an einem Fremdstartstützpunkt des Bordnetzes
Zwischen dem Gleichspannungsanschluss B+ und dem Anschluss F1 und zwischen dem Gleichspannungsanschluss B- und dem Anschluss F2 sind jeweils Leitungen bzw. Leitungsabschnitte
Die Schalter S1 und S2 veranschaulichen die mehrfach erläuterten Fälle A und B von Lastabwürfen. Bei einem Lastabwurf nahe des oder direkt am Gleichspannungsanschluss B+ (entspricht einem Öffnen des Schalters S1) liegt Fall A vor, bei einer Abschaltung eines Verbrauchers im Bordnetz
Die sich hieraus ergebenden Effekte sind unter Bezugnahme auf die
Gemäß
Nach dem Einleiten eines Phasenkurzschlusses zu dem Zeitpunkt t2 oder knapp davor sinkt die Spannung ab, bis sie zu einem Zeitpunkt t3 einen entsprechenden unteren (zweiten) Schwellwert TL erreicht. Wiederum mit einer entsprechenden Verzögerung aufgrund einer Tot- bzw. Filterzeit, nämlich erst zu einem Zeitpunkt t4, wird der Phasenkurzschluss wieder aufgehoben. Der Zeitpunkt t4 entspricht dem Zeitpunkt t1, das Verfahren setzt sich daher wie erläutert fort, bis eine ausreichende Entregung des Generators eingetreten bzw. die Spannung ausgeregelt ist und der obere (erste) Schwellwert TL daher nicht mehr erreicht wird.After initiating a phase short at time t2 or just before, the voltage drops until it reaches a corresponding lower (second) threshold TL at time t3. Again, with a corresponding delay due to a dead or filter time, namely only at a time t4, the phase short circuit is canceled. The time t4 corresponds to the time t1, the method continues therefore as explained until a sufficient de-energizing of the generator occurred or the voltage is regulated and the upper (first) threshold value TL is therefore no longer reached.
Gemäß
Wird gemäß
Aus
Die Filter- bzw. Totzeit sollte daher einerseits so groß gewählt werden, dass die Spannungsspitzen
Wie erwähnt, können grundsätzlich die Fälle A und B unterschieden werden und es kann eine jeweils geeignete Auswahl an Filter- bzw. Totzeiten für diese Fälle getroffen werden. Wie ebenfalls erwähnt, kann eine entsprechende Unterscheidung jedoch in der Praxis schwierig sein. Auch andere Wege zur Unterscheidung der Fälle A und B können sich als in der Praxis nicht geeignet erweisen.As mentioned, in principle cases A and B can be distinguished and a suitable selection of filter or dead times for these cases can be made. However, as also mentioned, such a distinction may be difficult in practice. Other ways of distinguishing Cases A and B may prove inappropriate in practice.
Daher wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein alternativer Weg beschritten und eine Gruppierung bzw. Paketierung der Phasen der elektrischen Maschine bzw. des Gleichrichters vorgenommen. Für eine erste Gruppe von Phasen werden dabei eine andere (kürzere) Filter- bzw. Totzeit und andere (höhere) obere und untere Schwellwerte (entsprechend den Schwellwerten TH und TL in den
Dies, und die sich hieraus ergebenden Effekte, ist in den nachfolgenden Figuren veranschaulicht. Auch in diesen Figuren sind dabei jeweils Spannungsverläufe der zwischen den Gleichspannungsanschlüssen B+ und B- anliegenden Spannung in Volt auf der Ordinate gegenüber einer Zeit auf der Abszisse dargestellt und wie in den
Gemäß
Es wird jedoch für die erste Gruppe von Phasen eine erste (kürzere) Filter- bzw. Totzeit D1 und für die zweite Gruppe von Phasen eine zweite (längere) Filter- bzw. Totzeit D2 verwendet. Nach Verstreichen der ersten (kürzeren) Filter- bzw. Totzeit D1 zu einem Zeitpunkt t11 wird für die erste Gruppe von Phasen, wie mit dem Zustandsanzeiger P1 gezeigt, ein Phasenkurzschluss eingeleitet. Erst nach Verstreichen der zweiten (längeren) Filter- bzw. Totzeit D2 zu einem Zeitpunkt t12 wird der Phasenkurzschluss auch für die zweite Gruppe von Phasen eingeleitet.However, a first (shorter) filter or dead time D1 is used for the first group of phases and a second (longer) filter or dead time D2 for the second group of phases. After elapse of the first (shorter) filter or dead time D1 at a time t11, a phase short circuit is initiated for the first group of phases as shown by the status indicator P1. Only after the lapse of the second (longer) filter or dead time D2 at a time t12 is the phase short circuit also initiated for the second group of phases.
Weil nun für die zweite Gruppe von Phasen der zweite (untere) Schwellwert TL2 aber tiefer liegt als der entsprechende zweite (untere) Schwellwert TL1 für die erste Gruppe von Phasen, wird, sobald die Spannung UA zu einem Zeitpunkt t13 den zweiten (unteren) Schwellwert für die erste Gruppe von Phasen erreicht, der Phasenkurzschluss für diese erste Gruppe von Phasen wieder aufgehoben. Dies hat zur Folge, dass die Spannung UA sofort wieder ansteigt. Der zweite (untere) Schwellwert TL2 für die zweite Gruppe von Phasen wird daher nicht erreicht, so dass die zweite Gruppe von Phasen (bis insgesamt eine ausreichende Entregung des Generators eingetreten bzw. die Spannung ausgeregelt ist) dauerhaft im Phasenkurzschluss verbleibt (siehe Zustandsanzeiger P1). Für die erste Gruppe von Phasen wird jedoch der entsprechende zweite (untere) Schwellwert jeweils erreicht, so dass hier alternierend eine Gleichrichtung und ein Kurzschluss erfolgt, wie in Form eines Zustandsanzeigers P1 gezeigt. Die Spannungsklammerung ist dabei nur noch zwischen den Zeitpunkten t13 und t14 bzw. t15 und t16 (und entsprechenden späteren Zeitpunkten) aktiv.However, because the second (lower) threshold value TL2 is lower than the corresponding second (lower) threshold value TL1 for the first group of phases for the second group of phases, as soon as the voltage UA reaches the second (lower) threshold value at a time t13 achieved for the first group of phases, the phase short circuit for this first group of phases reversed. This has the consequence that the voltage UA rises again immediately. The second (lower) threshold value TL2 for the second group of phases is therefore not reached, so that the second group of phases (until a sufficient overall de-energization of the generator has occurred or the voltage has been corrected) remains permanently in the phase short circuit (see state indicator P1). , For the first group of phases, however, the corresponding second (lower) threshold value is reached in each case, so that a rectification and a short circuit occur alternately here, as shown in the form of a status indicator P1. The voltage clamping is active only between the times t13 and t14 or t15 and t16 (and corresponding later times).
Insgesamt hat dies zur Folge, dass in Fall A nur die erste Gruppe von Phasen zur Bewältigung des Phasenkurzschlusses eingesetzt wird. Da für diese erste Gruppe von Phasen die erste (kürzere) Filter- bzw. Totzeit D1 verwendet wird, hat dies wiederum zur Folge, dass die Zeiten der nachteiligen Spannungsklammerung in Fall A verkürzt werden.Overall, this has the consequence that in case A only the first group of phases is used to deal with the phase short circuit. In turn, since the first (shorter) filter or dead time D1 is used for this first group of phases, this has the consequence that the periods of disadvantageous voltage clamping in case A are shortened.
In
Wenn die Spannung UB nun zu einem Zeitpunkt t23 den unteren (zweiten) Schwellwert TL1 für die erste Gruppe von Phasen erreicht, wird der Phasenkurzschluss für die erste Gruppe von Phasen (siehe Zustandsanzeiger P1) aufgehoben und es kommt zunächst zu einem leichten Anstieg der Spannung UB, bis diese bis zum unteren (zweiten) Schwellwert TL2 für die zweite Gruppe von Phasen absinkt. Sobald dieser untere (zweite) Schwellwert TL2 für die zweite Gruppe von Phasen zu einem Zeitpunkt t24 erreicht ist, wird auch der Phasenkurzschluss für diese zweite Gruppe von Phasen aufgehoben. Es kommt zu einer positiven Spannungsspitze
Die Spannung UB steigt anschließend regulär wieder an, bis sie zu einem Zeitpunkt t25 den oberen (ersten) Schwellwert TH2 für die zweite Gruppe von Phasen erreicht und der Phasenkurzschluss für die zweite Gruppe von Phasen wieder eingeleitet wird. Dies führt wieder zu einer negativen Spannungsspitze
In
Wie in
Wenn die Spannung UB nun zu einem Zeitpunkt t33 den unteren (zweiten) Schwellwert TL1 für die erste Gruppe von Phasen erreicht, wird der Phasenkurzschluss für die erste Gruppe von Phasen (siehe Zustandsanzeiger P1) aufgehoben. Anders als gemäß
Die anschließende Überschreitung des zweiten (oberen) Schwellwerts TH2 für die zweite Gruppe von Phasen hat daher keine Effekte, da die zweite Gruppe von Phasen bereits im Kurzschluss ist. Die Überschreitung des zweiten (oberen) Schwellwerts TH1 für die erste Gruppe von Phasen zu einem Zeitpunkt t34 führt dagegen zu einer Einleitung des Kurzschlusses auch für diese zweite Gruppe von Phasen. Der weitere Verlauf ab dem Zeitpunkt t34 ähnelt jenem ab dem Zeitpunkt t32, wobei jedoch durch das Schalten kleinerer Ströme auch niedrigere Spannungsspitzen zu verzeichnen sind.The subsequent exceeding of the second (upper) threshold TH2 for the second group of phases therefore has no effects, since the second group of phases is already in short circuit. On the other hand, the exceeding of the second (upper) threshold value TH1 for the first group of phases at a time t34 leads to an initiation of the short circuit also for this second group of phases. The further course from the time t34 is similar to that from the time t32, but by switching smaller currents and lower voltage spikes are recorded.
In
Es ist hierbei stets darauf zu achten, dass die erste Gruppe von Phasen (mit den jeweils höheren ersten, oberen und zweiten, unteren Schwellwerten) zu jeder beliebigen Zeit Strom an das Bordnetz abgeben kann. Würde man hier ungünstigerweise die Phasen mit den Strömen
Für eine sechsphasige Maschine ergibt sich die vorteilhafte Paketierung dadurch, dass jeweils eine 3-phasige Teilmaschine eine Gruppe bildet.For a six-phase machine, the advantageous packaging results from the fact that in each case a 3-phase sub-machine forms a group.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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---|---|---|---|---|
DE102013108830A1 (en) | 2013-05-13 | 2014-11-13 | Windmöller & Hölscher Kg | Roller handling system for a winder with a recording unit formed with positioning means and method for this purpose |
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- 2016-12-28 DE DE102016226249.1A patent/DE102016226249A1/en not_active Withdrawn
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