用于在变流器电路中保护中间电路电容器的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在具有至少两个串联的子模块(22)的变流器电路(4)中保护中间电路电容器(44)的方法，子模块通过电感器(20)从输出直流电压(16)的电源(8)中得到电功率，其中每个子模块(22)在输入侧具有单相的半桥(40)并且在负载侧具有单相的全桥(42)，并且其中半桥(40)、全桥(42)和中间电路电容器(44)在直流电压侧彼此并联。该方法包括以下的步骤，检测在这些子模块(22)中的一个子模块中的故障，并且闭锁从具有检测到的故障的子模块(22)的全桥(42)的负载侧输出端(30，32)至具有检测到的故障的子模块(22)中的电功率传输。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法、一种用于执行该方法的控制装置、一种具有该控制装置的变流器电路以及一种具有该变流器电路的电动机。
技术介绍
在机动车驱动系统中用于为电动机的电机绕组供应电能的变流器电路例如由Lukas Lamberts等人在2010年9月08至09的Aschaffenburg的EMA2010会议中的公开文献“用于车辆驱动装置的模块化的高频变流器”已知。在此涉及一种被设计用于将电源的直流电压转换成多个交流电压的电路。在串连的子模块中产生各个交流电压，直流电压的一部分在输入一侧分别在这些子模块处下降。在子模块内部，分别通过作为逆流器工作的单相全桥将直流电压的相应部分转换成能够提供给电机绕组中一个的交流电压。单相全桥包括两个单相半桥，它们被分别设计用于产生交流电压相位，从而使两个交流电压相位相加形成单相的交流电压。在各个子模块的输入端处下降的分电压在通过全桥逆变之前通过升压变换器增高。升压变换器包括串联连接在电源和全桥的串联电路之间的电感件以及每个子模块中的输入半桥。全桥和半桥在子模块内部连接在直流电压一侧。—个中间回路电容器并联于全桥并且并联于在每个子模块中的输入半桥，它能够中间存储电能，例如来自电机绕组的无功功率流的电能。在EP2369725A1中公开了一种用于串联的变流器单元的具有双稳态继电器的桥接单元。在过流和/或过压的情况下、也或者如果存在外部的接通信号，借助于继电器使相应的变流器单元的输入端短路并且进而提供用于桥接变流器单元的低欧姆的导线路径。在这种情况下位于输入端处的电流流经桥接单元并且不经过变流器单元的其他结构性组件。与继电器并联的可以是半导体开关，以便缩短桥接单元的反应时间。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进已知的变流器电路。通过独立权利要求的特征实现该目的。优选的改进方案是从属权利要求的所述内容。本专利技术提出，在前面所述类型的变流器电路的子模块的输出端处，在故障情况下禁止功率流。本专利技术基于以下的考虑，即变流器电路从具有主功率流方向的电源中吸收电功率。然而本专利技术识别出，在变流器电路的各个子模块中，这个主功率流方向可以轻易地逆转。来自电源的电压是预定的，并且因此在子模块处降低并具有已定义的符号。因此为了设定确定的需要由连接到变流器电路的耗电器吸收的功率，相应的调节回路可以仅仅调节来自电源的电流。但是因为来自电源的电流基于变流器电路的串联连接同样流经变流器电路的全部子模块，所以不可以随意设定经过子模块的电流方向以及进而特殊的功率流方向。然而在故障情况下，当第一负载在第一子模块处吸收电功率并且同时第二负载在第二子模块处输出电功率时，电功率必须中间存储在这两个子模块的一个中，这是因为电功率从两侧-输入端和输出端-输送给这两个子模块的一个。此外本专利技术基于以下的考虑，即中间存储是可限制的并且取决于子模块中的中间电路电容器的电容。为了节省结构空间和成本，应该尽可能小地规定中间电路电容器的电容尺寸。但是这与上面所述的问题相冲突，即当电功率输送至子模块的输入端和输出端时，在故障情况下功率必须中间存储在这些子模块中的一个中。因此本专利技术提出，在故障情况下阻止电功率流从电负载出发进入到有故障的子模块中。因此本专利技术提供一种用于在具有至少两个串联的子模块的变流器电路中保护中间电路电容器的方法，子模块通过电感器从输出直流电压的电源中获得电功率，其中每个子模块在输入侧具有单相的半桥并且在负载侧具有单相的全桥，并且其中半桥、全桥和中间电路电容器在直流电压侧彼此并联。根据本专利技术该方法包括以下步骤，即检测在这些子模块中的一个子模块的故障，并且闭锁从具有检测到的故障的子模块的全桥的负载侧输出端至具有检测到的故障的子模块中的电功率传输。当例如要将多相负载连接到子模块时，全桥可替换地是相应多相的。当连接常用的异步电机来作为负载时，那么全桥则例如是三相的。在变流器电路的子模块中，在故障情况下，当同时通过输入端和输出端为子模块输送电功率时，通过所说明的方法可以阻止为子模块中的中间电路电容器输送过剩的电功率。由此不仅可以节省子模块并且进而和变流器电路的成本和结构空间，还同样可以避免过高地给中间电路电容器充电和与此相关的中间电路电容器的可能损伤，由此同样可以避免在故障情况下在变流器电路处的严重的物理损坏。在本专利技术的改进方案中，所提供的方法包括以下步骤，即中断在有故障的子模块的全桥的负载侧输出端和有故障的子模块的中间电路电容器之间的电连接，以便将有故障的子模块的全桥的负载侧输出端与有故障的子模块的中间电路电容器断开。该中断阻止了将电能输出至连接到有故障的子模块书的电负载，因此在故障情况下，电能也不可能由电负载输送到有故障的子模块中。以这种方式避免了来自电负载的电流不受控制地输送到有故障的子模块的全桥中。通过有故障的子模块的全桥的续流二极管可能会将这些电流整流，并且其不受控制地给有故障的子模块的中间电路电容器充电。特别优选地，通过在有故障的子模块的全桥的负载侧输出端中布置的开关，实现中断在有故障的子模块的全桥的负载侧输出端和有故障的子模块的中间电路电容器之间的电连接，该开关可以串联于连接到有故障的子模块的电负载，因此利用冗余的开关元件可以确保闭锁进入到有故障的子模块中的电功率传输。在本专利技术的附加的改进方案中所给出的方法包括以下步骤，即将有故障的子模块的全桥的负载侧输出端短路，以便将有故障的子模块的全桥的负载侧输出端与有故障的子模块的中间电路电容器断开。通过使负载侧输出端短路，引入在连接到有故障的子模块上的电负载的端子之间的附加电流路径。这种电流路径与有故障的子模块的中间电路电容器并联。电流路径的欧姆值越低，那么经由这个电流路径，从所连接的电负载中被引导绕过有故障的子模块的中间电路电容器的电流越多，因此避免了通过该电流给有故障的子模块的中间电路电容器充电。在本专利技术的优选的改进方案中，所提供的用于将有故障的子模块的负载侧输出端短路的方法包括以下步骤，即闭合有故障的子模块的全桥的两个开关，所述开关将输出端与中间电路电容器连接。因此通过有故障的子模块的全桥的桥臂引导短路，从而在电路技术上无需继续改变前面所述类型的变流器电路的有故障的子模块以执行所提供的方法。在本专利技术的特别优选的改进方案中，所提供的方法包括以下步骤，闭合与有故障的子模块的全桥的负载侧输出端并联的开关，以便将有故障的子模块的全桥的负载侧输出端短路。尽管也可以如同已提及的，通过桥臂在全桥中实现将有故障的子模块的全桥的负载侧输出端短路，但是如果导致电功率传输被闭锁的故障原因在于全桥自身，不再可能进行短路。通过关闭冗余的、与全桥的负载侧输出端并联的开关来避免该问题。在本专利技术的另一个改进方案中，所提供的方法具有以下步骤，即将有故障的子模块的输入端与有故障的子模块的中间电路电容器断开。以这种方式，基于在输入侧的功率流而避免了对有故障的子模块的中间电路电容器充电，由于闭锁了在全桥的负载侧输出端处的功率流，因此在输入侧的功率流也再不能离开有故障的子模块。可以利用相同的方法步骤来实施将有故障的子模块的输入端与有故障的子模块的中间电路电容器断开，这些方法步骤也提供用于闭锁从有故障的子模块的全桥的负载侧输出端进入有故障的子模块中的电功率传输。在本专利技术的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有至少两个串联的子模块(22)的变流器电路(4)中保护中间电路电容器(44)的方法，所述子模块通过电感器(20)从输出直流电压(16)的电源(8)中获得电功率，其中每个所述子模块(22)在输入侧具有单相的半桥(40)并且在负载侧具有全桥(42)，并且其中所述半桥(40)、所述全桥(42)和所述中间电路电容器(44)在直流电压侧彼此并联，所述方法具有以下的步骤：‑检测在这些所述子模块(22)中的一个子模块中的故障，和‑闭锁从具有检测到的所述故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的负载侧输出端(30，32)至具有检测到的所述故障的所述子模块(22)中的电功率传输。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.19 EP 11194195.11.一种用于在具有至少两个串联的子模块(22)的变流器电路(4)中保护中间电路电容器(44)的方法，所述子模块通过电感器(20)从输出直流电压(16)的电源(8)中获得电功率，其中每个所述子模块(22)在输入侧具有单相的半桥(40)并且在负载侧具有全桥(42)，并且其中所述半桥(40)、所述全桥(42)和所述中间电路电容器(44)在直流电压侧彼此并联，所述方法具有以下的步骤: -检测在这些所述子模块(22)中的一个子模块中的故障，和 -闭锁从具有检测到的所述故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的负载侧输出端(30,32)至具有检测到的所述故障的所述子模块(22)中的电功率传输。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下的步骤: -中断在有故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的负载侧输出端(30，32)和有故障的所述子模块(22)的所述中间电路电容器(44)之间的电连接，以便将有故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的所述负载侧输出端(30，32)与有故障的所述子模块(22)的所述中间电路电容器(44)断开。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下的步骤: -将有故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的所述负载侧输出端(30，32)短路，以便将有故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的所述负载侧输出端(30，32)与有故障的所述子模块(22)的所述中间电路电容器(44)断开。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于以下的步骤: -闭合有故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的两个开关(46，50)，所述开关将有故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的所述负载侧输出端(30，32)与有故障的所述子模块(22)的所述中间电路电容器(44)连接，以便将有故障的所述子模块(22)的所述全桥(42)的所述负载侧输出端(30，32)短路。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于以下的步骤: -闭合与有故障的所述子模块(22)的所述全...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·弗尔克尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE