DE69123331T2

DE69123331T2 - Fehlerstrom Detektor für Wechselrichter und Verfahren

Info

Publication number: DE69123331T2
Application number: DE69123331T
Authority: DE
Inventors: Taro Ando; Eiichi Sugishima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2011-12-13
Also published as: EP0490388A2; EP0490388A3; KR920013868A; EP0490388B1; US5214575A; HK1007038A1; DE69123331D1; KR960003405B1; JPH04210779A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Erdschlusses, der an der Ausgangsseite einer Wechselrichterschaltung auftritt.
Das US-Patent US-A-4 870 527 beschreibt ein Erdschluß- Schutzsystem. Eine Umrichterschaltung ist vorgesehen, um einen Wechselstrom von einer Stromversorgungsquelle gleichzurichten, und ein Kondensator ist vorgesehen, um den resultierenden Gleichstrom zu glätten. Schaltelemente sind vorgesehen, um einer Last Strom zuzuführen, wobei die Schaltelemente von einem PDM-Signalgenerator gesteuert werden. Zwei Strompfadeinrichtungen entgegengesetzter Polarität sind vorgesehen, um Strom zwischen der Gleichrichtereinrichtung und der Wechselrichtereinrichtung zu übertragen. Eine erste und eine zweite Wicklung erfassen den Strom in diesen zwei Strompfaden. Ein Differentialtransformator ist vorgesehen, um in Abhängigkeit von einer Differenz des in der ersten und der zweiten Wicklungseinrichtung erfaßten Stroms ein Signal zu erzeugen, das einen Erdschluß anzeigt.
In Fig. 9 ist eine andere herkömmliche Schaltungsanordnung gezeigt, die aufweist eine Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1, die an einem Nullpunkt geerdet ist, eine Umrichterschaltung, eine Wechselrichterschaltung, eine Last 9, U-, V-, und W-Phasen-Stromdetektoren und eine Erdschluß-Detektierschaltung. Die Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 führt der Umrichterschaltung, d. h. den Eingängen der überbrückten Dioden 2a bis 2f, die mit einem Glättungskondensator 3 gekoppelt sind, Strom zu. Die Wechselrichterschaltung, die eine Reihe von Schaltelementen 4g bis 4l (beispielsweise IGBT's bzw. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) aufweist, die jeweils parallel zu Dioden 5a bis 5f angeordnet sind, ist mit dem Ausgang der Umrichterschaltung und dem Kondensator 3 gekoppelt. Die Dioden 5g bis 5f sollen bewirken, daß ein Blindstrom in der Last 9 fließt.
Der Ausgang der Wechselrichterschaltung ist mit der Last 9 über einen U-Phasen-Stromdetektor 6, einen V-Phasen-Stromdetektor 7 und einen W-Phasen-Stromdetektor 8 verbunden, die ein U-Phasen-Stromdetektiersignal 6a bzw. ein V-Phasen-Stromdetektiersignal 7a bzw. ein W-Phasen-Stromdetektiersignal 8a abgeben und an einen Addierer 10 anlegen. Der Ausgang des Addierers 10 ist mit einem Vergleicher 11 gekoppelt, der das Ausgangssignal des Addierers mit einem Erdschlußbestimmungs- Referenzsignal 12 vergleicht und dementsprechend ein Erdschlußsignal 13 abgibt.
Die Umrichterschaltung ist ein Dreiphasen-Vollweggleichrichter, der eine R-Phase, die aus den Dioden 2a und 2d besteht, eine S-Phase, die aus den Dioden 2b und 2e besteht, und eine T-Phase, die aus den Dioden 2c und 2f besteht, aufweist. Die Wechselrichterschaltung ist ebenfalls eine Dreiphasen-Einrichtung, nämlich mit einer U-Phase, die die Schaltelemente 4g und 4j aufweist, einer V-Phase, die die Schaltelemente 4h und 4k aufweist, und einer W-Phase, die die Schaltelemente 4i und 4l aufweist.
Der mit jeder Phase verwendete Stromdetektor ist ein sogenannter DCCT, der ein Stromdetektor mit einem Hall-Element ist, um einen Gleich- oder einen Wechselstrom zu detektieren.
Der Betrieb der derart ausgebildeten Schaltung wird nachstehend beschrieben.
Ein von der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 gelieferter Wechselstrom wird von der Dreiphasen-Vollweggleichrichter- umrichterschaltung (d. h. den überbrückten Dioden 2a bis 2f) gleichgerichtet und von dem Kondensator 3 zu einem Gleichstrom geglättet. Der geglättete Gleichstrom wird an die Schaltelemente 4g bis 4l angelegt, die von einem Gatesignal eines impulsdauermodulierten bzw. PDM-Signalgenerators (nicht gezeigt) EIN/AUS-geschaltet werden, um der Last 9 eine Wechselspannung einer beliebigen Frequenz und Spannung zuzuführen. Der PDM-Signalgenerator (beispielsweise ein Mikroprozessor) erzeugt acht Arten von Spannungsvektoren V0 bis V7, die nachstehend beschrieben werden.
Es wird angenommen, daß eines der Schaltelemente des positiven und negativen Zweigs in jeder Phase U, V und W immer eingeschaltet ist. Um die Erklärung zu vereinfachen, sind die positiven Schaltelemente in jeder Phase im EIN-Zustand mit "1" bezeichnet und die negativen Schaltelemente im EIN- Zustand mit "0" bezeichnet. Somit sind die EIN/AUS-Zustände der Schaltelemente für die U-, V- und W-Phasen durch eine Schreibweise wie etwa (100), (101) usw. dargestellt. Es gibt acht Zustände oder Phasenspannungsvektoren V0 bis V7 der Last 9, die durch (000), (001), (010), (011), (100), (101), (110) und (111) dargestellt sind. Die Phasenspannungsvektoren V0 und V7 (die hier auch Nullvektoren genannt werden) sind Spannungsvektoren, die verfügbar sind, wenn die Last 9 von der Wechselrichteranordnung getrennt ist und die Anschlüsse durch die Wechselrichteranordnung kurzgeschlossen sind. Ein Signal wird von dem PDM-Signalgenerator an das Gate jedes Schaltelements 49 bis 41 übertragen, so daß einer der acht Spannungsvektoren V0 bis V7 abgegeben wird.
Die Ausgangsfrequenzeinstellung und die Ausgangsspannungssteuerung können durch Steuern der Reihenfolge und Zeit der Abgabe der Spannungsvektoren V0 bis V7 nach vielen verschiedenen Verfahren gesteuert werden, die bereits vorgeschlagen worden sind und die in der Technik bekannt sind. Daher werden solche Verfahren hier nicht beschrieben.
Nachstehend wird der Betrieb der Erdschlußdetektierschaltung beschrieben.
Wenn die Last 9 eine dreiphasige symmetrische Last ist, ist die Summe der Ströme Iu, Iv und 1w, die in der U-, V- und W- Phase fließen und von dem U-Phasen-Stromdetektor 6 bzw. dem V-Phasen-Stromdetektor 7 bzw. dem W-Phasen-Stromdetektor 8 detektiert werden, Null. Das U-Phasen-Stromdetektiersignal 6a, das V-Phasen-Stromdetektiersignal 7a und das W-Phasen- Stromdetektiersignal 8a werden an den Addierer 10 derart angelegt, daß, wenn die Last 9 symmetrisch ist, das Ausgangssignal des Addierers 10 Null ist. Wenn jedoch die Last aufgrund eines in der Last auftretenden Erdschlusses nicht symmetrisch gehalten wird, wird das Ausgangssignal des Addierers 10 von Null verschieden und sein Wert wird durch den Vergleicher 11 mit dem Wert des Erdschlußbestimmungs- Referenzsignals 12 verglichen. Der Vergleicher 11 gibt ein Erdschlußsignal 13 ab, wenn der verglichene Wert größer als der des Erdschlußbestimmungs-Referenzsignals 12 ist. Der Addierer 10 dient auch als ein Absolutwertverstärker.
Die vorstehend beschriebene Wechselrichterschaltung erfordert teure Stromdetektor-DCCT's, was zu höheren Kosten führt. Außerdem sind die Stromdetektor-DCCT's so groß, daß es nicht zweckmäßig ist, sie in Leistungs-IC's einzubauen, die in jüngster Zeit auf dem Markt erhältlich sind und Treiber- oder Schutzschaltungen gemeinsam mit Schaltelementen und Dioden in derselben Baugruppe enthalten.
Somit ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, indem eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Erdschlusses für eine Wechselrichterschaltung bereitgestellt werden, während gleichzeitig die Verwendung teurer Stromde tektoren vermieden wird.
Gemäß der vorstehenden Aufgabe und weiteren Zielen stellt die vorliegende Erfindung ein Stromrichtersystem nach der Definition in Anspruch 1 bereit.
Ebenfalls gemäß der vorstehenden Aufgabe und weiteren Zielen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren eines Erdschlusses einer Wechselrichteranordnung nach der Definition in Anspruch 13 bereit.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schaltbild, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein Schaltbild, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist ein Schaltbild, das eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist ein Schaltbild, das eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 5 ist ein Schaltungsbeispiel, um den Empfang von Nullvektoren und die Gatesteuerung von Schaltelementen zu zeigen.
Fig. 6 zeigt den Stromfluß in jeder Phase der Wechselrichteranordnung.
Fig. 7 zeigt einen in der Wechselrichteranordnung auftretenden Erdschluß.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die Beurteilung eines Erdschlusses zeigt, die auf Software-Basis erfolgt.
Fig. 9 ist ein Schaltbild einer im Stand der Technik bekannten herkömmlichen Wechselrichteranordnung.
Fig. 1 ist ein Schaltbild, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Bezugszeichen 1, 2a bis 2f, 3, 5a bis 5f und 9 Komponenten bezeichnen, die mit den in Fig. 9 gezeigten identisch sind. Die in Fig. 9 gezeigten Schaltelemente 4g bis 4l sind durch Schaltelemente 4a bis 4f wie etwa IGBT's ersetzt, deren Fühl-Emitter jeweils mit einem Widerstand 14a bis 14f gekoppelt ist (solche Schaltelemente werden als "Fühl-IGBT's bezeichnet).
Ein Ende des Widerstands 14a ist sowohl mit dem Emitter des Schaltelements 4a als auch mit dem ersten Eingang eines Vergleichers 15a gekoppelt. Ein Überstrom-Bestimmungssignal 22a, das als ein Schwellenwert gegenüber dem von dem Knotenpunkt zwischen Emitter und Widerstand 14a fließenden Strom genutzt wird, wird an einen zweiten Eingang des Vergleichers 15a angelegt. Der Ausgang des Vergleichers 15a ist über einen Widerstand 16a mit einem Primäreingang eines Photokopplers 17a verbunden. Das Ausgangssignal des Vergleichers 15a wird von dem Photokoppler 17a empfangen, um eine Trennung zu schaffen und ein Signal zwischen Schaltungen mit unterschiedlichem Potential zu übertragen. Eine Schaltung, die den Vergleicher 15a, den Widerstand 16a und den Photokoppler 17a aufweist, ist mit 24a bezeichnet. Das Ausgangssignal des Photokopplers 17a wird von einem Widerstand 18a heruntergezogen und an einen ersten Eingang eines ODER-Glieds 19 angelegt. Der Ausgang des ODER-Glieds 19 ist mit einem UND-Glied 21 gekoppelt, dessen zweiter Eingang mit einem Nullvektorsignal 20 gekoppelt ist. Das Ausgangssignal 13 des UND-Glieds 21 stellt ein Erdschlußsignal dar.
Die Schaltelemente 4b bis 4f sind auf die gleiche Weise wie das Schaltelement 4a ausgebildet, und jeder Ausgang davon ist jeweils mit einer Schaltung 24a bis 24f gekoppelt, die jeweils einen Ausgang haben, der mit einem Eingang des ODER- Glieds 19 gekoppelt ist. Die Schaltungen 24b bis 24f sind mit der Schaltung 24a identisch ausgebildet, d. h. jede Schaltung 24b bis 24f weist einen Vergleicher 15, einen Widerstand 16 und einen Photokoppler 17 auf.
Fig. 5 zeigt einen Gatesignalgenerator, der einen PDM-Signalgenerator 30 zum Erzeugen der Spannungsvektoren V0 bis V7, UND-Glieder 26, 27 und 29a bis 29f und ein ODER-Glied 28 aufweist.
Der Betrieb der in den Figuren 1 und 5 gezeigten Ausführungs form wird nachstehend beschrieben.
Der Betrieb des Hauptstromkreises (d. h. des Umrichters) ist mit dem des Stands der Technik identisch. Es gibt insgesamt sechs Schaltelemente 4a bis 4f, und zwar zwei in jeder Phase. Da jede Phase identisch wirkt, wird nur das positive Schaltelement in der U-Phase beschrieben.
Die Strommenge, die durch den Fühl-Emitter und den Widerstand 14a fließt und die ein Teil des Hauptstroms ist, der durch das Schaltelement 14a, das den Emitter aufweist, fließt, wird von dem Vergleicher 15a durch Vergleichen der über dem Widerstand 14a erzeugten Spannung mit dem Überstrom-Bestimmungssignal 22a bestimmt. Das Überstrom-Bestimmungssignal 22a ist so vorgegeben, daß das Schaltelement 4a nicht durch einen Überstrom beschädigt wird. Wenn ein Überstrom in dem Schaltelement 4a fließt, steigt die Spannung des Widerstands 14a über diejenige des Überstrom-Bestimmungssignals 22a, so daß ein Ausgangssignal des Vergleichers 15a erzeugt wird, um zu bewirken, daß der Photokoppler 17 leitet, so daß ein "HOCH"- bzw. H-Signal an den Eingang des ODER-Glieds 19 angelegt wird. Die fünf verbleibenden positiven und negativen Schaltelemente wirken auf die gleiche Weise: Wenn ein Überstrom in irgendeinem der Schaltelemente 4b bis 4f auftritt, wird ein H-Signal an das ODER-Glied 19 angelegt.
Das Ausgangssignal 23 des ODER-Glieds 19 wird von einem NICHT-Glied 31 invertiert und an einen ersten Eingang des UND-Glieds 29a angelegt, und ein von dem PDM-Signalgenerator 30 übertragenes Gateschaltungs-EIN/AUS-Signal des Schaltelements 4a wird an den zweiten Eingang des UND-Glieds 29a angelegt, so daß die Schaltelement-Gateschaltung gesteuert wird. Wenn ein Überstrom in dem Schaltelement 4a erzeugt wird, nimmt das Ausgangssignal 23 des ODER-Glieds 19 den "HOCHPEGEL" an und bewirkt somit, daß der Ausgang des UND- Glieds 29a den AUS-Zustand (d. h. den "NIEDER"- bzw. L-Pegel) annimmt, so daß das Schaltelement 4a in den AUS-Zustand geschaltet wird.
Der Ausgang des ODER-Glieds 19 ist auch mit dem UND-Glied 21 gekoppelt. Wenn das Nullvektorsignal 20 bestätigt wird, erzeugt das UND-Glied 21 das Erdschlußsignal 13, das dem Ausgangssignal des ODER-Glieds 19 entspricht. Das Nullvektorsignal 20, das von dem PDM-Signalgenerator 30 abgegeben wird, nimmt den H-Pegel an, wenn ein Nullvektor V0 und V7 erzeugt wird. Somit gibt das UND-Glied 21 das Erdschlußsignal 13 ab, wenn das Nullvektorsignal mit H-Pegel von dem PDM-Signal generator 30 abgegeben wird und das H-Signal von dem ODER- Glied 19 zum Zeitpunkt des Überstroms abgegeben wird.
Die in Fig. 5 gezeigten UND-Glieder detektieren das Auftreten der Nullvektoren V0 (000) und V7 (111). In Fig. 5 werden die Phasenspannungsvektoren V0 bis V7 von dem PDM-Signalgenerator 30 erzeugt. Wenn der Phasenspannungsvektor V0 (000) ist, gibt das UND-Glied 26 ein H-Signal ab, und wenn der Phasenspannungsvektor V7 (111) ist, gibt das UND-Glied 27 ein H-Signal ab. Das ODER-Glied 28 erzeugt das Nullvektorsignal 20, wenn eines der UND-Glieder 26 und 27 ein H-Ausgangssignal erzeugt.
Nachstehend wird im einzelnen beschrieben, wie ein Erdschluß detektiert wird.
In Fig. 6 ist nur die Wechselrichterschaltung gezeigt, die ein Auszug aus dem Gesamtschaltbild ist. Die Umrichterschaltung ist als eine Gleichstromversorgung 25 gezeigt. Unter der Annahme, daß die Schaltelemente 4a, 4e und 4f im EIN-Zustand sind (d. h. der Wechselrichter-Zustand Vektor V4 ist), bewirkt die Gleichstromversorgung 25, daß Strom in die Last fließt. Wenn die Last ein Motor ist, der Widerstände und Induktivitäten aufweist, nimmt daher der Strom allmählich zu. Wenn der Wechselrichter in den Vektor-Zustand V0 übergeht (d. h. den Zustand, in dem das Schaltelement 4a AUS ist) und das Schaltelement 4d EIN ist, durchfließt der Strom die Bahn durch die Diode Sd und die Schaltelemente 4e und 4f, wie durch eine Strichlinie in Fig. 6 gezeigt ist. Gleichzeitig nimmt der Strom allmählich ab, weil Energie, die während des Vektors V4 in den Induktivitäten der Last gespeichert wurde, von den Widerständen abgeleitet wird. Somit tritt ein tatsächlicher Überstrom nur bei einem Vektorzustand auf, der von den Vektorzuständen V0 und V7 verschieden ist. Wenn ein Erdschluß bei dem Vektorzustand V0 auftritt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, fließt ein Erdschlußstrom beispielsweise, wie durch einen Pfeil angedeutet, der aufgrund der Phase variieren kann. Der Strom, der in dem Widerstand 14d fließt, der mit dem Fühl-Emitter des Schaltelements 4d gekoppelt ist, nimmt zu, und der Vergleicher 15d und der Photokoppler 17d werden in einen solchen Zustand gebracht, daß das ODER-Glied 19 das Überstromsignal 23 erzeugt. Da ein Überstromsignal in diesem Zustand nicht erzeugt werden kann, kann ein Erdschluß von dem UND-Glied 21 angemessen bestimmt werden, indem das Nullvektorsignal 20 und das Ausgangssignal des ODER-Glieds 19 logisch UND-verknüpft werden.
Die Widerstände 14a bis 14f, die bei der Ausführungsform mit den Fühl-Emittern der sechs Schaltelemente gekoppelt sind, sind nicht auf das beschränkt, was in Fig. 1 gezeigt ist, sondern Widerstände können nur an den Schaltelementen 4a, 4b und 4c des oberen Zweigs installiert sein. Somit brauchen nur Vergleicher 15a, 15b und 15c vorgesehen zu sein.
Alternativ können Widerstände nur an den Schaltelementen 4d, 4e und 4f des unteren Zweigs installiert sein, und somit müßten nur die Vergleicher 15d, 15e und 15f verwendet werden, um eine viel kostengünstigere Wechselrichteranordnung bereitzustellen. In diesem Fall kann, wenn beispielsweise die Widerstände nur an den unteren Zweigen installiert sind, ein bei dem Vektor V7 auftretender Erdschluß nicht detektiert werden, wenn der Erdschlußstrom durch das Schaltelement 4a fließt, ein Erdschluß kann jedoch detektiert werden, wenn sich die Phase der Stromversorgung ändert und das Schaltelement 4d in den EIN-Zustand schaltet. Daher muß der Überstromwiderstandswert für das Schaltelement 4a sorgfältig gewählt werden, so daß es während dieses Zeitraums nicht beschädigt werden kann.
Fig. 2, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ist mit Ausnahme der Schaltungen 24a bis 24f mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 identisch. Das heißt, bei der zweiten Ausführungsform sind die Fühl-Emitter der Schaltelemente 4d, 4e und 4f jeweils mit den ersten Eingängen von Vergleichern 15d, 15e und 15f gekoppelt. Die zweiten Eingänge der Vergleicher 15d, 15e und 15f sind sämtlich mit einem einzigen Überstrombestimmungs-Referenzsignal 22e gekoppelt. Die Ausgänge der Vergleicher 15d, 15e und 15f sind zusammengeschaltet und mit einem Ende eines Widerstands 16e gekoppelt. Das andere Ende des Widerstands 16e ist mit einem einzigen Photokoppler 17e gekoppelt, dessen Ausgangssignal von dem Widerstand 18e heruntergezogen und mit einem Eingang des ODER-Glieds 19 gekoppelt wird.
Die Schaltung von Fig. 2 ist so etwas wie ein Kompromiß zwischen der Anordnung von Fig. 1 und den vorstehend beschriebenen, wobei das Detektieren für die eine oder die andere von der positiven und der negativen Seite einfach entfällt, indem für eine der positiven und der negativen Seite keine separaten Photokoppler verwendet werden, jedoch Fühl-Pegel von Widerständen abgenommen werden, die an jedem der Schaltelemente vorgesehen sind.
Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf Fühl-IGBT's beschränkt ist, die bei der Ausführungsform von Fig. 1 als die Schaltelemente verwendet werden, sondern daß andere elektrische Ventile wie etwa Transistoren und MOSFET's verwendet werden können. Selbstverständlich können auch IGBT's von dem Typ verwendet werden, der keine separaten Fühl-Emitter verwendet. Es ist ferner zu beachten, daß die Widerstände, die für die Emitter der Schaltelemente vorgesehen sind, entweder innerhalb oder außerhalb der Schaltelementbaugruppen installiert sein können.
Fig. 3 ist ein Schaltbild, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Bezugszeichen 1, 2a bis 2f, 3, 4g bis 4l, 5a bis 5f und 9 Komponenten bezeichnen, die mit denen der in Fig. 9 gezeigten herkömmlichen Einrichtung identisch sind. Widerstände 14p und 14n detektieren Strom, der von der Umrichterschaltung zu der Wechselrichterschaltung fließt. Der Spannungsabfall über den Widerständen 14p und 14n wird jeweils an die Vergleicher 15p und 15n geführt. Danach ist der Betrieb mit dem in bezug auf die erste Ausführungsform beschriebenen identisch.
Wenn ein Erdschlußstrom in der Schaltung der zweiten Ausführungsform auftritt, fließt er in einem der Widerstände 14p und 14n, die zwischen der Umrichterschaltung und der Wechselrichterschaltung vorgesehen sind, so daß ein Detektieren des Erdschlusses auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform möglich ist, obwohl insgesamt die Verwendung von weniger Widerständen erforderlich ist.
In Fig. 3 kann der Widerstand 14 auf nur einer Seite anstatt auf beiden Seiten der Leitung vorgesehen sein, die die Umrichterschaltung und die Wechselrichterschaltung der Wechselrichteranordnung verbindet.
Fig. 4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Bezugszeichen 1, 2a bis 2f, 3, 4g bis 4l, 5g bis 5l und 9 Komponenten bezeichnen, die mit denen der in Fig. 9 gezeigten herkömmlichen Einrichtung identisch sind. Widerstände 14p und 14n detektieren den Strom, der von dem positiven Eingang der Schaltelemente und dem positiven Ausgang der Dioden fließt, die mit den Schaltelementen parallelgeschaltet sind. Wie in bezug auf die erste und die zweite Ausführungsform beschrieben ist, ist nur ein Widerstand erforderlich.
Es ist ersichtlich, daß die Bestimmung eines Erdschlusses bei Verwendung der Kombination aus den UND- und ODER-Gliedern in den drei Ausführungsformen auch auf Software-Basis unter Verwendung eines Mikroprozessors erfolgen kann. Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm, das den Software-Ablauf darstellt, der nachstehend beschrieben wird.
Das Auftreten (d. h. Detektieren) eines Überstroms erzeugt eine Unterbrechung, in der die Software eine Unterbrechungs- Serviceroutine ausführt, die in Schritt S70 beginnt. In Schritt S71 wird abgefragt, ob der Wechselrichterzustand der Phasenspannungsvektor V0 ist. Wenn der momentane Wechselrichterzustand der Phasenspannungsvektor V0 ist, dann ist ein Erdschluß aufgetreten und eine angemessene Maßnahme wird in Schritt S73 ergriffen. Wenn dagegen der momentane Wechselrichterzustand nicht der Phasenspannungsvektor V0 ist, dann wird in Schritt S72 abgefragt, ob der momentane Wechselrichterzustand der Phasenspannungsvektor V7 ist. Bei JA ist ein Überstromzustand aufgetreten, und dieser wird in Schritt S74 vor dem Rücksprung zu dem Software-Hauptprogramm entsprechend behandelt.
Es ist ersichtlich, daß die hier beschriebene Erfindung einen Erdschlußdetektor für eine Wechselrichterschaltung bereitstellt, der keine teuren Überstromdetektoren wie etwa DCCT's erfordert und zuläßt, daß Stromdetektierwiderstände im Inneren von Schaltelementbaugruppen installiert werden, d. h. Widerstände, die in den Emittern von Schaltelementen zwischen der Umrichterschaltung und der Wechselrichterschaltung der Wechselrichteranordnung oder zwischen der positiven Seite der Schaltelemente und der positiven Seite von Dioden vorgesehen sind, um das Detektieren eines Überstroms, der in irgendeinem Schaltelement fließt, und das Detekieren eines Erdschlusses zuzulassen, indem das Überstromdetektiersignal und ein Nullvektorsignal von Spannungsvektoren, die von einem PDM-Signalgenerator übertragen werden, logisch UND-verknüpft werden. Außerdem ergibt die vorliegende Erfindung eine Wechselrich teranordnung, in der Teile kompakt integrierbar sind, wenn die Stromdetektierwiderstände außerhalb der Schaltelemente zwischen der Umrichterschaltung und der Wechselrichterschaltung oder zwischen der positiven Seite der Schaltelemente und der positiven Seite der Dioden installiert sind.

Claims

1. Stromrichtersystem, das folgendes aufweist: einen Erdschlußdetektor, eine Umrichterschaltung zum Gleichrichten eines Wechselstroms in einen Gleichstrom, einen Kon densator (3) zum Glätten des Gleichstroms, eine Wechselrichte rschaltung zum Umformen des geglätteten Gleichstroms in eine vorbestimmte Frequenz und Spannung durch den EIN/AUS-Betrieb von Schaltelementen (4a-4f), die mit Dioden (5a-5f) parallelgeschaltet sind, und einen PDM Signalgenerator (30) zum Steuern des EIN/AUS-Betriebs der Schaltelemente (4a-4f), wobei der Erdschlußdetektor Stromdetektoren zum Detektieren von in den Schaltelementen (4a-4f) fließendem Strom aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß

der Erdschlußdetektor folgendes aufweist:

Widerstände (14a-14f) als die Stromdetektoren, die an geordnet sind, um Strom zu detektieren, der in jedem Schaltelement (4a-4f) oder in Gruppen von Schaltelementen fließt;

Überstrom-Bestimmungseinrichtungen (24a-24f) zum Abgeben eines Überstromsignals (23), wenn das Ausgangssignal irgendeines der Stromdetektoren einen vorbestimmten Wert (22a-22f) überschreitet;

Nullvektor-Bestimmungseinrichtungen (26, 27, 28) zum Abgeben eines Nullvektor-Detektiersignals (20), wenn ein von dem PDM-Signalgenerator (30) übertragenes Spannungsvektorsignal ein Nullvektorsignal (V0, V7) ist; und

eine Erdschluß-Detektorschaltung (21) zum Erzeugen eines Erdschlußsignals (13) in Abhängigkeit von der Anwesenheit sowohl des Überstromsignals (23) als auch des Nullvektor-Detektiersignals (20).

2. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Stromdetektierwiderstände (14a-14f) an einem Sense-Emitter jedes der Schaltelemente (4a-4f) vorgesehen sind.

3. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Stromdetektierwiderstände (14p, 14n) zwischen der Umrichterschaltung und der Wechselrichterschaltung vorgesehen sind.

4. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Stromdetektoren Stromdetektierwiderstände (14p, 14n) aufweisen, die zwischen einer positiven Seite der Schaltelemente (4a-4f) und einer positiven Seite der mit den Schaltelementen (4a-4f) parallelgeschalteten Dioden (5a-5f) vorgesehen sind.

5. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente (4a-4f) ein Element aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, Feldeffekttransistoren, Thyristoren und Transistoren besteht.

6. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Überstrom Bestimmungseinrichtungen (24a-24f) folgendes aufweisen:

einen Vergleicher (15a), der mit einem Ausgangssignal des Stromdetektors und einem Überstrom-Schwellenwertsignal (22a-22f) gekoppelt ist;

einen Widerstand (16a), dessen eines Ende mit einem Ausgang des Vergleichers (15a) gekoppelt ist; und

einen Photokoppler (17a), der mit einem zweiten Ende des Widerstands (16a) gekoppelt ist, so daß, wenn das Ausgangssignal des Stromdetektors das Überstrom-Schwellenwertsignal (22a-22f) überschreitet, der Photokoppler (17a) ein Überstrom-Detektiersignal abgibt.

7. Stromrichtersystem nach Anspruch 6, wobei die Überstrom- Bestimmungseinrichtungen (24a-24f) ferner folgendes aufweisen:

ein ODER-Glied (19), von dem ein Eingang mit jedem Ausgang jeder Überstrom-Bestimmungseinrichtung (24a-24f) gekoppelt ist, so daß das ODER-Glied ein Signal abgibt, wenn eine der Überstrom-Bestimmungseinrichtungen (24a-24f) das Überstrom-Detektiersignal abgibt.

8. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Erdschluß- Detektorschaltung ein UND-Glied (21) aufweist.

9. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei der PDM- Signalgenerator (30) Spannungsvektorsignale in Abhängigkeit von vorbestimmten Phasenspannungsvektoren (V0-V7)) überträgt, wobei die Phasenspannungsvektoren (V0-V7) die Spannungsvektorsignale 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 aufweisen.

10. Stromrichtersystem nach Anspruch 9, wobei das Nullvektorsignal (20) die Spannungsvektorsignale (V0, V7) von 000 und 111 aufweist.

11. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Wechselrichterschaltung drei Phasen hat, die jeweils ein positives und ein negatives Schaltelement haben, und wobei die Überstrom-Bestimmungseinrichtungen (24a-24f) eine Einrichtung zum Detektieren eines Überstroms in wenigstens jedem von einem der positiven und der negativen Schaltarme für jede der drei Phasen aufweist.

12. Stromrichtersystem nach Anspruch 1, wobei die Wechselrichterschaltung drei Phasen hat, die jeweils ein positives und ein negatives Schaltelement haben, und wobei die Überstrom-Bestimmungseinrichtungen (24a-24f) aufweisen: eine Einrichtung zum Detektieren eines Überstroms in jedem der positiven Schaltarme für jede der drei Phasen und eine Einrichtung zum Detektieren eines Überstroms in einem der negativen Schaltarme für jede der drei Phasen.

13. Verfahren zum Detektieren eines Erdschlusses in einem Stromrichtersystem, das folgendes aufweist: eine Umrichterschaltung zum Gleichrichten eines Wechselstroms in einen Gleichstrom, einen Kondensator zum Glätten des Gleichstroms, eine Wechselrichterschaltung zum Umformen des geglätteten Gleichstroms in eine vorbestimmte Frequenz und Spannung durch den EIN/AUS-Betrieb von Schaltelementen, die mit Dioden parallelgeschaltet sind, und einen PDM-Signalgenerator zum Steuern des EIN/AUS- Betriebs der Schaltelemente, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

Detektieren von Strom, der in jedem Schaltelement oder in Gruppen von Schaltelementen fließt, durch Widerstände;

Erzeugen eines Überstromsignals, wenn der detektierte Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet;

Erzeugen eines Nullvektorsignals, wenn ein von dem PDM- Signalgenerator übertragenes Spannungsvektorsignal ein Nullvektorsignal ist; und

Erzeugen eines Erdschlußsignals in Abhängigkeit von der Anwesenheit sowohl des Überstromsignals als auch des Nullvektorsignals.