DE19800580A1 - Leistungswandlervorrichtung - Google Patents

Leistungswandlervorrichtung

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungswandlervorrichtung, wie beispielsweise einen Wechselrichter vom Spannungstyp, um einen Wechselspannungs- (AC) Motor anzutreiben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Leistungswandlervorrichtung mit einer Kurzschlußschutzvorrichtung, um einen Kurzschluß eines selbstlöschenden Elementes (beispielsweise eines Bipolartransistors und IGBT) zu verhindern, das als ein Halbleiterschaltelement davon arbeitet.
2. Stand der Technik
Fig. 6 zeigt ein Diagramm der Leistungswandlervorrichtung einschließlich der herkömmlichen Kurzschluß-Schutzschaltung, die in der offengelegten japanischen (KOKAI-Veröffentlichung) Patentanmeldung Nr. 5-2 19 752 beschrieben ist. In dieser Zeichnung bezeichnet eine Bezugsziffer 50 eine 3-Phasen- Wechselrichterschaltung, die als ein Wechselrichter arbeitet, eine Bezugsziffer 52 (52a bis 52f) zeigt eine Ansteuerschaltung, um jedes von selbstlöschenden Elementen 51a bis 51f anzusteuern, ein Symbol "CT (CT1, CT2)" bezeichnet einen Stromdetektor. Eine Bezugsziffer 55 bezeichnet eine Steuer- oder Regelvorrichtung, eine Bezugsziffer 56 zeigt einen Induktionsmotor, ein Symbol "Ed" bezeichnet eine Gleichspannungs-(DC)Energieversorgung, eine Bezugsziffer 60 bezeichnet eine Kurzschlußsensorschaltung, eine Bezugsziffer 61 bezeichnet eine Spannungs- Erfassungsschaltung, eine Bezugsziffer 62 bezeichnet eine Fehler-(Fehlfunktions-)Entscheidungsschaltung und eine Bezugsziffer 63 bezeichnet ein Fehlersignal.
Allgemein wird als Steuersystem der 3-Phasen- Wechselrichterschaltung 50 die PWM-Steuerung verwendet, durch die Zündsignale (Gate-Signale) zu den selbstlöschenden Elementen 51a bis 51f geliefert werden, die den Inverter darzustellen, um so die selbstlöschenden Elemente 51a bis 51f AN/AUS zu schalten, so daß die Größe der Ausgangsspannung des Inverters und die Frequenz gesteuert wird.
Die Fig. 7A bis 7C zeigen erklärende Diagramme der Anordnung der Kurzschlußsensorschaltung 60 und deren Betrieb als Kurzschlußsicherungsschaltung der bekannten Leistungswandlervorrichtung. In dieser Zeichnung zeigt
Fig. 7A eine Anordnung für eine Phase von drei Phasen, nämlich für eine U-Phase. Da die anderen, die V-Phase und W-Phase der U-Phase ähneln, sind Zeichnungen und Erklärungen davon ausgelassen. Fig. 7B zeigt ein Zeitdiagramm, das die Betriebsvorgänge der Kurzschlußsensorschaltung 60 während eines normalen Betriebs darstellt. Fig. 7C zeigt ein Zeitdiagramm, das die Betriebsvorgänge der Kurzschlußsensorschaltung 60 während eines fehlerhaften Betriebs anzeigt.
In Fig. 7A wird in der Spannungs-Erfassungsschaltung 61 die Ausgangsspannung des Wechselrichters über die spannungsteilenden Widerstände R1 und R2 erfaßt, wobei das Potential an der negativen Polarität N der Gleichspannungs- Energieversorgung Ed verwendet wird. Die Erfassungsspannung Vo wird in die Fehlerentscheidungsschaltung 62 eingegeben. In der Fehlerentscheidungsschaltung 62 wird diese Erfassungsspannung Vo durch die zwei Vergleicher CP1 und CP2 verglichen, und eine Fehlerhaftigkeit wird durch die Fehlerbeurteilungsschaltung 64 in Antwort auf die Ausgaben von den Vergleichern CP1 und CP2 beurteilt.
In diesem Fall ist der Bezugswert "a" des Vergleichers CP1 auf einen Wert eingestellt, der größer als oder gleich 1/2 der Gleichspannungs-Energieversorgungsspannung "Ed" ist, und der zudem kleiner als die DC-Energieversorgungsspannung "Ed" ist. Dann wird dieser Bezugswert "a" durch den Vergleicher CP1 mit dem Erfassungswert Vo verglichen. Wenn der Erfassungswert Vo größer als der Bezugswert "a" ist, wird entschieden, daß das selbstlöschende Element auf der positiven Polaritätsseite (in diesem Fall Element 51a) AN- geschaltet ist.
Ebenso wird der Bezugswert "b" des Vergleichers CP2 auf einen Wert gesetzt, der größer oder gleich 0 V ist, und zudem kleiner als oder gleich 1/2 der DC-Energieversorgungsspannung Ed.
Dann wird dieser Bezugswert "b" durch den Vergleicher CP2 mit dem Erfassungswert Vo verglichen. Wenn der Erfassungswert Vo kleiner als der Bezugswert "b" ist, wird entschieden, daß das selbstlöschende Element auf der negativen Polaritätsseite (in diesem Fall Element 51b) AN-geschaltet ist.
Als nächstes werden Betriebsvorgänge des Fehlerdetektors 64 mit Bezug auf ein in Fig. 7B und 7C gezeigtes Zeitdiagramm erklärt. In diesem Fall sind die Ausgaben der Vergleicher CP1 und CP2 durch die folgenden logischen Pegel ausgedrückt (H, L):
Erfassungswert Vo < Bezugswert "a", oder Bezugswert "b" = L;
Erfassungswert Vo < Bezugswert "a", oder Bezugswert "b" = H.
Während des Normalbetriebs von Fig. 7B wird, wenn das Schaltelement 51a der positiven Polaritätsseite AN-geschaltet ist, die Erfassungsspannung Vo größer als oder gleich dem Bezugswert "a" des Vergleichers CP1, und somit werden beide Ausgaben der Vergleicher CP1 und CP2 "L", d. h. sie werden zueinander identisch. Auf ähnliche Weise ist in einem Fall, daß das Schaltelement 51d der negativen Polaritätsseite während dieses Normalbetriebs AN-geschaltet ist, der Erfassungswert Vo kleiner als oder gleich dem Bezugswert "b" des Vergleichers CP2, so daß beide Ausgaben von den Vergleicher CP1 und CP2 zu "H" werden, d. h. sie werden zueinander identisch.
Wenn jedoch, wie in Fig. 7C angezeigt, ein Kurzschlußfehler zu einem Zeitpunkt "t1" auftritt, wird, da der Erfassungswert Vo kleiner als der Bezugswert "a" des Vergleichers CP1 und größer als der Bezugswert "b" des Vergleichers CP2 wird, die Ausgabe des Vergleichers CP1 zu "H", und die Ausgabe des Vergleichers CP2 zu "L", so daß die Ausgabe des Vergleichers CP1 nicht gleich der Ausgabe des Vergleichers CP2 ist. Wie oben beschrieben, kann, da die Ausgabe des Vergleichers CP1 nicht gleich zu der Ausgabe des Vergleichers CP2 gemacht wird, dies festgestellt werden, so daß der Wechselrichter in den Kurzschlußzustand versetzt wird.
Somit beurteilt die Fehlerbeurteilungsvorrichtung 64 das Auftreten eines Fehlers basierend auf der Tatsache, ob die Ausgaben der Vergleicher CP1 und CP2 zueinander gleich oder verschieden sind. Wenn die Ausgaben der Vergleicher CP1 und CP2 nicht gleich zueinander sind, übermittelt die Fehlerbeurteilungsvorrichtung 64 das Fehlersignal 63 zur Steuervorrichtung 55.
Dann führt die Steuervorrichtung 55 den Überstrom- Schutzbetrieb aus, d. h. sie unterbricht den Gate-Betrieb des selbstlöschenden Elements 51.
Fig. 8 zeigt eine Tabelle, um ein Verhältnis zwischen Gate- Signalen der herkömmlichen Leistungswandlerschaltung und den Schaltbetriebsvorgängen der Halbleiterschaltelemente darzustellen. In dieser Tabelle bezeichnet ein Symbol "GP" ein Gate-Signal (positive Polaritätsseite), ein Symbol "GN" bezeichnet ein Gate-Signal (negative Polaritätsseite), ein Symbol "Vo" bezeichnet eine Ausgangsspannung, die durch spannungsteilende Widerstände R1, R2 aufgeteilt ist, und ein Symbol "Io" bezeichnet einen Ausgangsstrom.
  • (1) Im Fall, daß das Gate-Signal T der positiven Polaritätsseite "AN" ist und das Gate-Signal GN der negativen Polaritätsseite "AUS" ist, wird das Schaltelement der positiven Polaritätsseite AN-geschaltet und zudem wird die Ausgangsspannung Vo zur positiven Polaritätsspannung.
  • (2) Im Fall, daß das Gate-Signal GP der positiven Polaritätsseite "AUS" ist und das Gate-Signal GN der negativen Polaritätsseite "AN" ist, ist das Schaltelement der negativen Polaritätsseite AN-geschaltet, und zudem wird die Ausgangsspannung Vo zur negativen Polaritätsspannung.
  • (3) Im Fall, daß das Gate-Signal GP der positiven Polaritätsseite und das Gate-Signal GN der negativen Polaritätsseite "AUS" sind, sind die Ausgangsspannungen Vo voneinander verschieden, in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom Io:
    • (a) Wenn der Ausgangsstrom Io < 0, dann wird die Ausgangsspannung Vo zur negativen Polaritätsspannung.
    • (b) Wenn der Ausgangsstrom Io < 0, dann wird die Ausgangsspannung Vo zur positiven Polaritätsspannung.
    • (c) Wenn der Ausgangsstrom Io = 0, wird die Ausgangsspannung Vo instabil.
Die Fig. 9A und 9B zeigen Diagramme für ein Verhältnis zwischen den Gate-Signalen der herkömmlichen Leistungswandlerschaltung und der Ausgangsspannung. Fig. 9A stellt ein Verhältnis zwischen dem Gate-Signal und der Ausgangsspannung in einem Fall dar, in dem der Ausgangsstrom Io < 0. Fig. 9B bezeichnet ein Verhältnis zwischen dem Gate- Signal und der Ausgangsspannung in dem Fall, daß der Ausgangsstrom Io < 0. In den Fig. 9A und 9B bezeichnen Symbol "a1", "a2", "b1" und "b2" Zeitperioden, während denen Zwischenwertspannungen zwischen der positiven Polaritätsspannung und der negativen Polaritätsspannung als die Ausgangsspannungen erzeugt werden, wenn die Gate-Signale verändert werden.
Wie in den Fig. 8 und 9a, 9b bei der oben beschriebenen herkömmlichen Leistungswandlerschaltung dargestellt, bestehen, wenn der obere Zweig der 3-Phasen- Wechselrichterschaltung und der untere Zweig davon gewechselt werden, bestimmte Möglichkeiten, daß das Potential nicht stabil sein könnte, abhängend von den Stromflußrichtungen. Die oberen Zweige der 3-Phasen-Wechselrichterschaltung entsprechen den selbstlöschenden Elementen 51a, 51b, 51c, wohingegen der untere Zweig davon den selbstlöschenden Elementen 51d, 51e, 51f entspricht. Es besteht das Problem, daß die obigen Möglichkeiten als ein Fehler oder ein abnormer Betrieb erfaßt werden könnten.
Auch besteht in dem Fall, in dem der obere/untere Kurzschluß tatsächlich auftritt, aufgrund einer Fehlerhaftigkeit der selbstlöschenden Elemente, die den oberen/unteren Zweig darstellen, weiter das Problem, daß der beschädigte Zweig nicht klar identifiziert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der oben beschriebenen Probleme, und es ist daher eine vorrangige Aufgabe, eine Leistungswandlervorrichtung bereitzustellen, die unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung ohne Verwendung eines Stromdetektors obere/untere Kurzschlußerfassungen durchführen kann.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungswandlervorrichtung bereitzustellen, die einen beschädigten Zweig identifizieren kann, wenn ein oberer/unterer Kurzschluß auftreten sollte.
Zur Lösung der obigen Aufgaben enthält eine Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung: eine Wechselrichtereinheit, dargestellt durch ein Halbleiterschaltelement für einen oberen Zweig und ein weiteres Halbleiterschaltelement für einen unteren Zweig, und um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch von einer Gleichspannungs-Energieversorgung gelieferte Gleichspannung (Gleichspannungsleistung) in eine Wechselspannung (Wechselspannungsleistung) umzuwandeln; eine Spannungs-Erfassungsschaltung, um eine Ausgangsspannung der Wechselrichtereinheit über einen Spannungsteilungswiderstand zu erfassen, unter Verwendung als Bezugswert ein Potential an einer positiven Polarität der Gleichspannungs- Energieversorgung oder ein Potential an der negativen Polarität davon; einen ersten Vergleicher, um zu beurteilen, ob die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte (Erfassungs-)Spannung im wesentlichen gleich einer Spannung der positiven Polarität ist oder nicht; einen zweiten Vergleicher, um zu beurteilen, ob die durch die Spannungs- Erfassungsschaltung erfaßte (Erfassungs-)Spannung im wesentlichen gleich einer Spannung der negativen Polarität ist oder nicht; und eine Steuervorrichtung, um zu beurteilen, ob oder ob nicht ein fehlerhafter Betrieb vorliegt, basierend auf den von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgaben und einer Ausgabe eines Zündsignals für ein AN/AUS-Steuern der Halbleiterschaltelemente.
Auch beurteilt die oberhalb beschriebene Steuervorrichtung, ob ein abnormer Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf der von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgabe und den Ausgaben der Zündsignale der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und den unteren Zweig, unter Berücksichtigung von Schaltverzögerungen, wenn die Zündsignale der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und auch für den unteren Zweig geschaltet werden.
Darüber hinaus enthält eine Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung: eine Wechselrichterschaltung, dargestellt durch ein Halbleiterschaltelement für einen oberen Zweig und ein weiteres Halbleiterschaltelement für einen unteren Zweig, und um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch die von einer Gleichspannungs- Energieversorgung gelieferte Gleichspannung (Gleichspannungsleistung) in eine Wechselspannung (Wechselspannungsleistung) umzuwandeln; eine Spannungs- Erfassungsschaltung, um eine Ausgangsspannung der Wechselrichtereinheit über einen ersten spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Verwendung eines Potentials an einer positiven Polarität der Gleichspannungs- Energieversorgung oder eines Potentials einer negativen Polarität davon als einen Bezugswert; einem ersten Vergleicher, um zu beurteilen, ob oder ob nicht die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte (Erfassungs-)Spannung im wesentlichen gleich einer Spannung der positiven Polarität ist; einem zweiten Vergleicher, um zu beurteilen, ob oder ob nicht die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte (Erfassungs-)Spannung im wesentlichen gleich einer Spannung der negativen Polarität ist; und einer Steuervorrichtung, um zu beurteilen, ob ein fehlerhafter Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgaben und einer Ausgabe eines Zündsignals für ein AN/AUS-Steuern der Halbleiterschaltelemente, wobei: eine Beurteilungs- Bezugswerte bildende Spannung des ersten Vergleichers und des zweiten Vergleichers erzeugt wird, indem das Energieversorgungspotential durch einen zweiten spannungsteilenden Widerstand geteilt wird.
Darüber hinaus enthält eine Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung: Eine Wechselrichtereinheit, dargestellt durch ein Halbleiterschaltelement für einen oberen Zweig und ein weiteres Halbleiterschaltelement für einen unteren Zweig, um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch die von einer Gleichspannungs- Energieversorgung gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln; eine Spannungs- Erfassungsschaltung, um über einen spannungsteilenden Widerstand eine Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung zu erfassen, unter Verwendung eines Potentials an einer positiven Polarität der Gleichspannungs-Energieversorgung oder eines Potentials an der negativen Polarität davon als einen Bezugswert; einen Vergleicher, um zu beurteilen, ob oder ob nicht die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Spannung im wesentlichen gleich einer Spannung der positiven Polarität oder einer Spannung der negativen Polarität ist; und eine Steuervorrichtung, um ein Vergleichersignal, das für ein Erfassen der Spannung verwendet wird, die nahezu gleich der positiven Elektrode ist, und ein Vergleichersignal, das für ein Erfassen der Spannung verwendet wird, die nahezu gleich der negativen Elektrode ist, zu schalten, als einen Bezugswert, beurteilt durch diesen Vergleicher, in Antwort auf Zündbedingungen der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und den unteren Zweig, die die Wechselrichterschaltung darstellen, und um zu beurteilen, ob der fehlerhafte Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf der von dem Vergleicher abgeleiteten Ausgabe und zudem von Ausgaben von Zündsignalen des oberen Zweigs und auch des unteren Zweigs.
Darüber hinaus enthält eine Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung: eine Unterbrecherschaltung, um den Schaltbetrieb des Halbleiterschaltelements zu unterbrechen, das gegenüber einem Halbleiterschaltelement angeordnet ist, in dem ein fehlerhafter Betrieb auftritt, wenn eine Entscheidung gefällt ist, daß der fehlerhafte Betrieb vorliegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt ein Aufbaudiagramm einer Leistungswandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das Betriebsvorgänge von Vergleichern darstellt, die in der Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 3 zeigt eine Tabelle, die verwendet wird, um abnorme Betriebsvorgänge von den Vergleichern zu beurteilen, die in der Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 4 zeigt ein Aufbaudiagramm einer Leistungswandlervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt ein Aufbaudiagramm einer Leistungswandlervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt ein Diagramm der herkömmlichen Leistungswandlervorrichtung und deren Kurzschluß- Schutzschaltung;
Fig. 7A bis 7C zeigen Diagramme, die den Aufbau der Kurzschluß-Sensorschaltung 60 und deren Betrieb erklären, welche als die Kurzschluß-Schutzschaltung der herkömmlichen Leistungswandlervorrichtung dienen;
Fig. 8 zeigt eine Tabelle eines Verhältnisses zwischen den Gate-Signalen und den Schaltbetriebsvorgängen der in der herkömmlichen Leistungswandlervorrichtung verwendeten Halbleiterelemente; und
Fig. 9A und 9B zeigen Diagramme eines Verhältnisses zwischen den Gate-Signalen und der an der herkömmlichen Leistungswandlerschaltung auftretenden Ausgangsspannung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im folgenden wird eine detailliertere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben.
(AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1)
Fig. 1 zeigt ein Aufbaudiagramm einer Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und stellt eine Anordnung für eine Phase unter 3 (drei) Phasen dar, nämlich für die U-Phase. Da die Anordnungen der anderen Phasen, d. h. der V-Phase und der W-Phase, der der U-Phase ähneln, werden Beschreibungen und Ausführungen dazu ausgelassen. Da zudem die 3-Phasen-Wechselrichterschaltung der Leistungswandlervorrichtung ähnlich zu der 3-Phasen- Wechselrichterschaltung 50 in Fig. 6 des oben beschriebenen Standes der Technik ist, wird eine Zeichnung und eine Beschreibung davon ausgelassen.
In Fig. 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 10a eine Steuervorrichtung; ein Symbol "Vo" bezeichnet eine Ausgangsspannung; ein Symbol "VPref" zeigt einen Näherungswert einer Spannung positiver Polarität; ein Symbol "VNref" bezeichnet einen Näherungswert einer Spannung negativer Polarität; und ein Bezugszeichen 11a bezeichnet einen Vergleicher für VP, der als ein erster Vergleicher arbeitet, um zu beurteilen, ob das Ausgangspotential Vo die Spannung positiver Polarität annähert oder nicht. Zudem bezeichnet ein Bezugszeichen 12a einen Vergleicher für VN, der als ein zweiter Vergleicher arbeitet, um zu beurteilen, ob das Ausgangspotential Vo die Spannung negativer Polarität annähert oder nicht; ein Symbol "VPc" bezeichnet eine Ausgabe des VP-Vergleichers 11a; ein Symbol "VNc" bezeichnet eine Ausgabe des VN-Vergleichers 12a; ein Bezugszeichen 51a zeigt ein selbstlöschendes Element, das als ein Halbleiterschaltelement für einen oberen Zweig arbeitet; ein Bezugszeichen 51a bezeichnet ein selbstlöschendes Element, das als ein Halbleiterschaltelement für einen unteren Zweig dient; und ein Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Spannungs- Erfassungsschaltung, um die Ausgangsspannung des Wechselrichters über einen spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Einstellung entweder eines Potentials an einer positiven Polarität einer Gleichspannungsversorgung oder einem Potential an einer negativen Polarität dieser Gleichspannungsversorgung.
Die Steuervorrichtung 10a beurteilt, ob oder ob nicht ein Fehler in dem selbstlöschenden Element und auch in einer Schaltung (nicht gezeigt) für ein Ausgeben eines Zündsignals zu diesem selbstlöschenden Element auftritt, basierend auf den von dem VP-Vergleicher 11a und dem VN-Vergleicher 12a abgeleiteten Ausgaben, und gibt darüber hinaus Zündsignale aus, die verwendet werden, um ein AN/AUS-Schalten der selbstlöschenden Elemente (51a, 51d) zu steuern, die als die Halbleiterschaltelemente dienen, die die Wechselrichtereinheit darstellen.
Wenn die Steuervorrichtung 10a entscheidet, daß ein fehlerhafter Betrieb vorliegt, wird ein Schaltbetrieb eines Halbleiterschaltelementes, das gegenüberliegend zu dem Halbleiterschaltelement liegt, in dem der Fehler auftritt, durch eine Unterbrechungsschaltung (nicht gezeigt) unterbrochen.
Fig. 2 zeigt in einem Diagramm Betriebsvorgänge des Vergleichers, der in der Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Im Falle, daß die Ausgangsspannung Vo größer oder gleich der Spannung negativer Polarität ist, wird die Ausgabe "VNc" des VN-Vergleichers 12a "H". Im Falle, daß die Ausgangsspannung Vo größer als oder gleich zu VPref ist, wird die Ausgabe VPc des VP-Vergleichers 11a zu "H".
Fig. 3 zeigt eine Tabelle, um anormale Betriebsvorgänge der Vergleicher zu beurteilen, die in der Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In dieser Tabelle bezeichnet ein Symbol "GP" ein Gate-Signal (positive Polaritätsseite) und ein Symbol "GN" zeigt ein Gate-Signal (negative Polaritätsseite). Die Steuervorrichtung 10a kann die unterhalb erwähnten Beurteilungen basierend auf dieser Tabelle vornehmen.
In einem Fall, daß, während das Zündsignal des oberen Zweigs ausgegeben wird (Gate-Signal P ist im AN-Zustand und Gate- Signal GN ist im AUS-Zustand), die Ausgabe VPc des Vergleichers "H" ist, und die Ausgabe VNc des Vergleichers "H" ist, entscheidet die Steuervorrichtung, daß ein normaler Betrieb vorliegt, wohingegen, wenn die Ausgaben VPc des Vergleichers "L" ist (nämlich, daß die Ausgabe nicht gleich einem Näherungswert der Spannung positiver Polarität ist), entscheidet die Steuervorrichtung, daß ein abnormaler Betrieb vorliegt.
In einem Fall, daß, während das Zündsignal des unteren Zweigs ausgegeben wird (Gate-Signal P ist im AUS-Zustand, und Gate- Signal GN ist im AN-Zustand), die Ausgabe VPc des Vergleichers "L" und die Ausgabe VNc des Vergleichers "L" ist, entscheidet die Steuervorrichtung, daß der Normalbetrieb vorliegt, wohingegen, wenn die Ausgabe VNc des Vergleichers "H" ist (d. h. daß das Ausgangspotential nicht gleich einem Näherungswert der Spannung negativer Polarität ist), entscheidet die Steuervorrichtung, daß der abnormale Betrieb vorliegt.
Wenn die Steuervorrichtung 10a wie oben beschrieben entscheidet, ob der abnormale Betrieb vorliegt oder nicht, kann die Steuervorrichtung 10a eine genauere Entscheidung fällen, indem sie die Schaltverzögerungen in Betracht zieht, die auftreten, wenn das Zündsignal des selbstlöschenden Elements 51a, das als Halbleiterschaltelement für den oberen Zweig dient, und das Zündsignal des selbstlöschenden Elements 51d, das als das Halbleiterschaltelement für den unteren Arm dient, geschaltet werden.
(AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2)
Fig. 4 zeigt ein Diagramm einer Anordnung einer Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung, und stellt eine Anordnung einer Phase von drei Phasen, nämlich der U-Phase, dar. Da die Anordnungen von anderen Phasen, d. h. die der V-Phase und die der W-Phase dieser U-Phase ähneln, sind Zeichnungen und Ausführungen dazu ausgelassen. Da zudem eine 3-Phasen-Wechselrichterschaltung der Leistungswandlervorrichtung ähnlich der 3-Phasen- Wechselrichterschaltung 50 aus Fig. 6 des oben beschriebenen Standes der Technik ist, ist eine Zeichnung und eine Ausführung dazu ausgelassen.
In Fig. 1 bezeichnen Symbole R3, R4, R5 Widerstände, die als ein zweiter spannungsteilender Widerstand dienen, um ein Energieversorgungspotential zu teilen; ein Bezugszeichen 10b bezeichnet eine Steuervorrichtung; ein Bezugszeichen 11b bezeichnet einen Vergleicher für VP, der als ein erster Vergleicher dient, um zu beurteilen, ob das Ausgangspotential Vo die Spannung positiver Polarität annähert oder nicht; ein Bezugszeichen 12b bezeichnet einen Vergleicher für VN, der als ein zweiter Vergleicher dient, um zu beurteilen, ob das Ausgangspotential Vo die Spannung negativer Polarität annähert oder nicht; ein Symbol "VPc" bezeichnet eine Ausgabe des VP-Vergleichers 11b; ein Symbol "VNc" bezeichnet eine Ausgabe des VN-Vergleichers 12b; ein Bezugszeichen 51a zeigt ein selbstlöschendes Element, das als ein Halbleiterschaltelement für einen oberen Zweig dient; ein Bezugszeichen 51d bezeichnet ein selbstlöschendes Element, das als ein Halbleiterschaltelement für einen unteren Arm dient; und ein Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Spannungs- Erfassungsschaltung, um die Ausgangsspannung des Inverters über einen spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Einstellung entweder eines Potentials an einer positiven Polarität einer Gleichspannungs-Energieversorgung oder eines Potentials an einer negativen Polarität dieser Gleichspannungsversorgung.
Die Steuervorrichtung 10b beurteilt, ob ein Fehler auftritt oder nicht, basierend auf den von dem VP-Vergleicher 11b und dem VN-Vergleicher 12b abgeleiteten Ausgaben, und weiter Ausgaben von Zündsignalen für das selbstlöschende Element 51a, das als Halbleiterschaltelement für den oberen Zweig dient, und auch des selbstlöschenden Elementes 51d, das als das Halbleiterschaltelement für den unteren Zweig dient.
In einem Fall, daß die Steuervorrichtung 10b entscheidet, daß der abnormale Betrieb vorliegt, wird ein Schaltbetrieb eines Halbleiterschaltelementes, das gegenüber solch einem Halbleiterschaltelement liegt, in dem der Fehler auftritt, durch eine Unterbrechungsschaltung (nicht gezeigt) unterbrochen.
Im Ausführungsbeispiel 1 werden der Bezugswert, der verwendet wird, um zu beurteilen, ob das Ausgangspotential Vo des VP- Vergleichers 11b die Spannung positiver Polarität approximiert oder nicht, und der Bezugswert, der verwendet wird, um zu beurteilen, ob das Ausgangspotential Vo des VN- Vergleichers 12b die Spannung negativer Polarität approximiert oder nicht, von außen geliefert. Im Gegensatz dazu kann in diesem Ausführungsbeispiel 2 dieser Bezugswert erzeugt werden, indem das Energieversorgungspotential durch spannungsteilende Widerstände geteilt wird.
(AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3)
Fig. 5 zeigt ein Diagramm einer Anordnung einer Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung, und stellt eine Anordnung von einer Phase, nämlich der U-Phase, unter 3 (drei) Phasen dar. Da Anordnungen von anderen Phasen, d. h. der V-Phase und der W-Phase, ähnlich zu dieser U-Phase sind, sind Ausführungen dazu ausgelassen. Da auch eine 3-Phasen- Wechselrichterschaltung der Leistungswandlervorrichtung ähnlich zu der 3-Phasen-Wechselrichterschaltung 50 aus Fig. 6 des oben beschriebenen Standes der Technik ist, ist eine Zeichnung und eine Ausführung dazu ausgelassen.
In Fig. 5 bezeichnet ein Bezugszeichen 10c eine Steuervorrichtung; ein Symbol "R6" bezeichnet einen Widerstand; ein Symbol "C" bezeichnet einen Kondensator; und ein Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Vergleicher, der als ein Vergleicher dient, um einen Annäherungswert einer Spannung positiver Polarität eines Ausgangspotentials Vo zu beurteilen, und einen Annäherungswert einer Spannung negativer Polarität des Ausgangspotentials Vo zu beurteilen. Zudem zeigen Bezugszeichen 51a und 51b selbstlöschende Elemente; und ein Bezugszeichen 61 markiert eine Spannungs- Erfassungsschaltung, um eine Ausgangsspannung eines Wechselrichters über einen spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Einstellung eines Potentials einer positiven Polarität einer Gleichspannungs-Energieversorgung oder eines Potentials an einer negativen Polarität dieser Gleichspannungs-Energieversorgung als einen Bezugswert.
Die Steuervorrichtung 10c schaltet ein Vergleichssignal, um den Annäherungswert positiver Polarität zu erfassen, und zudem ein Vergleichssignal, um den Näherungswert in negativer Polarität zu erfassen, die als die Bezugswerte für die Entscheidung durch den Vergleicher 13 verwendet werden, in Antwort auf Zündbedingungen des selbstlöschenden Elements 51a, das als Halbleiterschaltelement für den oberen Zweig dient, und des selbstlöschenden Elementes 51d, das als das Halbleiterschaltelement für den unteren Zweig dient. Zudem entscheidet die Steuervorrichtung 10c, ob ein Fehler auftritt oder nicht, basierend auf der von dem Vergleicher 13 abgeleiteten Ausgabe und einer Ausgabe eines Zündsignals für das selbstlöschende Element 51a, das als das Halbleiterschaltelement für den oberen Zweig dient, und darüber hinaus einer Ausgabe eines Zündsignals für das selbstlöschende Element 51d, das als das Halbleiterschaltelement für den unteren Zweig dient.
In einem Fall, daß die Steuervorrichtung 10c entscheidet, daß der abnormale Betrieb vorliegt, wird ein Schaltbetrieb eines Halbleiterschaltelementes, das gegenüberliegend einem Halbleiterschaltelement bereitgestellt ist, in dem der Fehler auftritt, durch eine Unterbrechungsschaltung (nicht gezeigt) unterbrochen.
In diesem Ausführungsbeispiel werden, mit Bezug auf den Vergleicher 13, um den Näherungswert des Potentials positiver Polarität des Ausgangspotentials Vo und den Näherungswert des Potentials negativer Polarität des Ausgangspotentials Vo zu beurteilen, das Vergleichssignal, um den Erfassungswert positiver Polarität zu erfassen, und das Vergleichssignal, um den Erfassungswert negativer Polarität zu erfassen, die als die Bezugswerte der Beurteilungen dienen, in Antwort auf die Zündbedingungen der selbstlöschenden Elemente geschaltet.
Wie oben ausgeführt, wurde in der obigen Beschreibung die negative Polarität als der Bezugswert der Energieversorgung verwendet. Alternativ kann, auch wenn die positive Polarität als der Bezugswert verwendet wird, eine vergleichsweise Wirkung erzielt werden.
In der obigen Ausführung wurden die Steuervorrichtungen 10a, 10b, 10c ausschließlich als die Steuervorrichtungen verwendet, die für die Beurteilung verwendet wurden, ob die Kurzschlüsse auftreten oder nicht. Alternativ kann, auch wenn diese Funktion auf die Steuervorrichtung 55, bezeichnet in der Leistungswandlervorrichtung des Standes der Technik, gelegt wird, eine vergleichsweise Wirkung erzielt werden. Da die Erfindung auf die oben beschriebene Weise ausgelegt ist, können die unterhalb erwähnten Wirkungen erzielt werden.
Die Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt: die Wechselrichtereinheit, angeordnet durch das Halbleiterschaltelement für den oberen Zweig und ein weiteres Halbleiterschaltelement für den unteren Zweig, um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch die von der Gleichspannungs-Energieversorgung gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln; die Spannungs-Erfassungsschaltung, um die Ausgangsspannung von der Wechselrichtereinheit über den spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Verwendung des Potentials an der positiven Polarität der Gleichspannungs-Energieversorgung oder des Potentials an der negativen Polarität davon als einen Bezugswert; wobei der erste Vergleicher beurteilt, ob die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Spannung im wesentlichen gleich der Spannung der positiven Polarität ist oder nicht; der zweite Vergleicher beurteilt, ob die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Spannung im wesentlichen gleich der Spannung der negativen Polarität ist oder nicht; und die Steuervorrichtung beurteilt, ob der abnormale Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf den von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgaben und der Ausgabe von dem Zündsignal für ein AN/AUS-Steuern der Halbleiterschaltelemente. Als eine Folge davon können abnormale Betriebsvorgänge der in der Wechselrichtereinheit verwendeten Halbleiterschaltelemente und zudem der Schaltung (nicht gezeigt) für ein Liefern der Zündsignale zu den Halbleiterschaltelementen unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung erfaßt werden.
Zudem beurteilt die Steuervorrichtung, ob der abnormale Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf der von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgabe, und den Ausgaben von den Zündsignalen der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und den unteren Zweig, unter Berücksichtigung von Schaltverzögerungen, wenn die Zündsignale der Halbleiterschaltelemente für den oberen Arm und auch für den unteren Arm geschaltet werden. Demzufolge können Erfassungsbetriebsvorgänge für abnormale Bedingungen für die in der Wechselrichtereinheit verwendeten Halbleiterschaltelemente und die Schaltung (nicht gezeigt) für ein Liefern der Zündsignale an die Halbleiterschaltelemente genauer ausgeführt werden.
Darüber hinaus umfaßt die Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung: die Spannungs-Erfassungsschaltung, um die Ausgangsspannung von der Wechselrichtereinheit über den ersten spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Verwendung des Potentials an der positiven Polarität der Gleichspannungs-Energieversorgung, oder des Potentials an der negativen Polarität davon als einen Bezugswert; wobei der erste Vergleicher beurteilt, ob die durch die Spannungs- Erfassungsschaltung erfaßte Spannung im wesentlichen gleich der Spannung der positiven Polarität ist oder nicht; der zweite Vergleicher beurteilt, ob die durch die Spannungs- Erfassungsschaltung erfaßte Spannung im wesentlichen gleich der Spannung der negativen Polarität ist oder nicht; und die Steuervorrichtung beurteilt, ob der abnormale Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf den von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgabe, und der Ausgabe des Zündsignals für ein AN/AUS-Steuern der Halbleiterschaltelemente, wobei: die Spannung für ein Darstellen von Beurteilungsbezugswerten für den ersten Vergleicher und den zweiten Vergleicher durch ein Teilen des Energieversorgungspotentials durch den zweiten spannungsteilenden Widerstand erzeugt wird. Als eine Folge können ungünstige Einflüsse durch die Schwankungen der Energieversorgungsspannung eliminiert werden, in bezug auf die Vergleichssignale von den Vergleichern für ein Beurteilen des Näherungswertes positiver Polarität des Ausgangspotentials und des Näherungswertes negativer Polarität davon. Die Erfassungsbetriebsvorgänge einer Fehlerbedingung für die in der Wechselrichtereinheit verwendeten Halbleiterschaltelemente und die Schaltung (nicht gezeigt) für ein Liefern der Zündsignale zu den Halbleiterschaltelementen kann genauer ausgeführt werden.
Zusätzlich umfaßt die Leistungswandlervorrichtung in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung: die Spannungs-Erfassungsschaltung um die Ausgangsspannung der Wechselrichtereinheit über den spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Verwendung als einen Bezugswert das Potential an der positiven Polarität der Gleichspannungs-Energieversorgung oder das Potential an der negativen Polarität davon; den Vergleicher zum Beurteilen, ob die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Erfassungsspannung im wesentlichen gleich der Spannung der positiven Polarität oder der Spannung der negativen Polarität ist oder nicht; und die Steuervorrichtung, um das Vergleichersignal, das verwendet wird, um die Spannung zu erfassen, die fast gleich der positiven Elektrode ist, und das Vergleichersignal, das verwendet wird, um die Spannung zu erfassen, die fast gleich der negativen Elektrode ist, zu schalten, als den Bezugswert, der durch diesen Vergleicher beurteilt wird, in Antwort auf die Zündbedingungen der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und den unteren Zweig, die die Wechselrichtereinheit darstellen, und um zu beurteilen, ob der abnormale Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf der von dem Vergleicher abgeleiteten Ausgabe und zudem auf den Ausgaben der Zündsignale für den oberen Zweig und auch für den unteren Zweig. Als eine Folge davon kann die Erfassungsschaltung einfach aufgebaut sein und darüber hinaus, im Fall, daß die Fehlerbedingungen in den Halbleiterschaltelementen der Wechselrichtereinheit und der Schaltung (nicht gezeigt) für ein Ausgeben der Zündsignale zu den Halbleiterschaltelementen auftreten, kann der Zweig mit der Fehlerbedingung bestimmt werden.
Zudem, da die Leistungswandlerschaltung des weiteren die Unterbrechungsschaltung für ein Unterbrechen des Schaltbetriebs des Halbleiterschaltelements, das gegenüberliegend solch einem Halbleiterschaltelement angeordnet ist, in dem die Fehlerbedingung auftritt, wenn die Beurteilung vorgenommen wird, daß die Fehlerbedingung vorliegt, umfaßt kann ein Folgeschaden verhindert werden.

Claims (6)

1. Eine Leistungswandlervorrichtung, umfassend:
eine Wechselrichtereinheit einschließlich einem Halbleiterschaltelement für einen oberen Zweig und einem weiteren Halbleiterschaltelement für einen unteren Zweig, und um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch von einer Gleichspannungs- Energiequelle gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln;
eine Spannungs-Erfassungsschaltung für ein Erfassen einer Ausgangsspannung der Wechselrichtereinheit über einen spannungsteilenden Widerstand, unter Verwendung eines Potentials an einer positiven Polarität der Gleichspannungs-Energieversorgung oder eines Potentials an einer negativen Polarität davon als einen Bezugswert;
einen ersten Vergleicher, um zu beurteilen, ob oder ob nicht die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Erfassungsspannung im wesentlichen gleich einer Spannung der positiven Polarität ist;
einen zweiten Vergleicher, um zu beurteilen, ob oder ob nicht die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Erfassungsspannung im wesentlichen gleich einer Spannung der negativen Polarität ist; und
eine Steuervorrichtung, um zu beurteilen, ob ein fehlerhafter Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgaben, und einer Ausgabe von einem Zündsignal für ein AN/AUS-Schalten der Halbleiterschaltelemente.
2. Eine Leistungswandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung beurteilt, ob der fehlerhafte Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf der von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgabe, und den Ausgaben der Zündsignale der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und den unteren Zweig, unter Berücksichtigung von Schaltverzögerungen, wenn die Zündsignale der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und zudem für den unteren Zweig geschaltet werden.
3. Eine Leistungswandlervorrichtung, umfassend:
eine Wechselrichtereinheit, einschließlich eines Halbleiterschaltelementes für einen oberen Zweig und eines weiteren Halbleiterschaltelementes für einen unteren Zweig, und um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch von einer Gleichspannungs-Energieversorgung gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln;
eine Spannungs-Erfassungsschaltung, um eine Ausgangsspannung der Wechselrichtereinheit über einen ersten spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Verwendung eines Potentials an einer positiven Polarität der Gleichspannungs-Energieversorgung oder eines Potentials an der negativen Polarität davon als einen Bezugswert;
einen ersten Vergleicher, um zu beurteilen, ob die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Erfassungsspannung im wesentlichen gleich einer Spannung der positiven Polarität ist oder nicht;
einen zweiten Vergleicher, um zu beurteilen, ob die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Erfassungsspannung im wesentlichen gleich einer Spannung der negativen Polarität ist oder nicht; und
eine Steuervorrichtung, um zu beurteilen, ob ein fehlerhafter Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf von dem ersten Vergleicher und dem zweiten Vergleicher abgeleiteten Ausgaben, und einer Ausgabe eines Zündsignals für ein AN/AUS-Steuern der Halbleiterschaltelemente;
wobei eine Spannung, die Beurteilungsbezugswerte für den ersten Vergleicher und den zweiten Vergleicher darstellt, durch Teilen des Energieversorgungspotentials durch einen zweiten spannungsteilenden Widerstand erzeugt wird.
4. Eine Leistungswandlervorrichtung, umfassend:
eine Wechselrichtereinheit einschließlich eines Halbleiterschaltelementes für einen oberen Zweig und eines weiteren Halbleiterschaltelementes für einen unteren Zweig, und um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch die von einer Gleichspannungs-Energieversorgung gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln;
eine Spannungs-Erfassungsschaltung, um eine Ausgangsspannung der Wechselrichtereinheit über einen spannungsteilenden Widerstand zu erfassen, unter Verwendung eines Potentials an der positiven Polarität der Gleichspannungs-Energieversorgung oder eines Potentials an der negativen Polarität davon als einen Bezugswert;
einen Vergleicher, um zu beurteilen, ob die durch die Spannungs-Erfassungsschaltung erfaßte Erfassungsspannung im wesentlichen gleich einer Spannung der positiven Polarität oder einer Spannung der negativen Polarität ist oder nicht; und
eine Steuervorrichtung, um ein Vergleichersignal, verwendet für ein Erfassen der Spannung, die fast gleich der positiven Elektrode ist, und ein Vergleichersignal verwendet, um die Spannung zu erfassen, die fast gleich der negativen Elektrode ist, zu schalten, als einen Bezugswert, durch diesen Vergleicher beurteilt, in Antwort auf Zündbedingungen der Halbleiterschaltelemente für den oberen Zweig und den unteren Zweig, die die Wechselrichtereinheit darstellen, und um zu beurteilen, ob der fehlerhafte Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf der von dem Vergleicher abgeleiteten Ausgabe und zudem Ausgaben von Zündsignalen des oberen Zweigs und auch des unteren Zweigs.
5. Eine Leistungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter eine Unterbrechungsschaltung umfassend, für ein Unterbrechen des Schaltbetriebs des Halbleiterschaltelements, das gegenüber einem solchen Halbleiterschaltelement angeordnet ist, bei dem ein fehlerhafter Betrieb aufgetreten ist, zu unterbrechen, wenn eine Beurteilung vorgenommen ist, daß der fehlerhafte Betrieb entschieden ist.
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