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1. (WO2005062448) CONVERTISSEUR PRESENTANT UN DISPOSITIF POUR PRODUIRE DES SIGNAUX DE COMMUTATION ET PROCEDE ASSOCIE
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Patentansprüche
1. Umrichter, insbesondere zur Erzeugung von Wirkleistung für die induktive Erwärmung, wobei der Umrichter einen Lastkreis (11) und einen Wechselrichter (16) mit einer Steuerung (10) zur Erzeugung eines Schaltsignals zu einem Schaltzeitpunkt t2 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerung (10) ein Lastkreissignal (13) zugeführt ist, und dass in der Steuerung (10) über
Mittel der Schaltzeitpunkt t2 des Schaltsignals da- durch festgelegt ist, dass ausgehend von einem vom
Lastkreissignal (13) abgeleiteten Startwert Ui und einem in einem zeitlichen Abstand dazu festgestellten
Vergleichswert U2 des Lastkreissignals (13) der nächste erwartete Nulldurchgang des Lastkreissignals (13) zum Zeitpunkt t3 bestimmt ist und die Schaltzeit t0ff von der Zeitdauer bis zum nächsten erwarteten Nulldurchgang zum Zeitpunkt t3 abgezogen ist, sodass der
Schaltzeitpunkt t2 dem erwarteten Nulldurchgang des
Lastkreissignals (13) zum Zeitpunkt t3 um die Schalt- zeit t0ff voreilt, wobei der Startwert Ui aus einem der nachfolgenden Werte gebildet ist:
Nulldurchgang des Lastkreissignals,
Maximalwert des Lastkreissignals,
Bruchteil des Maximalwerts des Lastkreissignals
und wobei der Vergleichswert U2 aus einem der nachfolgenden Werte gebildet ist:
dem Wert des Lastkreissignals zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Nulldurchgang, insbesondere nach der Schaltzeit tQff,
- dem Maximalwert des Lastkreissignals, dem Bruchteil des Maximalwerts des Lastkreissignals .
2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastkreissignal (13) der Steuerung (10) im wesentlichen ohne Phasenverschiebung zugeführt ist.

3. Umrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (16) mindestens einen
IGBT (24) mit einer Schaltzeit t0ff aufweist und die
Steuerung (10) ein IGBT-Schaltsignal (IGBT 1/3, IGBT
2/4) erzeugt.
4. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Steuerung (10) ein Zeitglied umfasst, wobei das Zeitglied im Nulldurchgang des Lastkreissignals
(13) mit der Zeit t0ff angestoßen wird,
- dass die Steuerung einen Speicher umfasst,
- dass während der angestoßenen Zeit t0ff der Speicher bis zum Ablauf der Zeit t0ff zum Zeitpunkt (ti) auf den Wert des Lastkreissignals (13) aufgeladen und an- schließend gehalten wird und
- dass der nächstfolgende Schnittpunkt (12) des Speichersignals (5) mit dem Wert des Lastkreissignals (13) den Schaltzeitpunkt (t2) des IGBT-Schaltsignals (IGBT 1/3, IGBT 2/4) bestimmt.
5. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Steuerung (10) ein Zeitglied umfasst, wobei das Zeitglied im Nulldurchgang des Lastkreissignals
(13) zum Zeitpunkt to mit einer Zeit Δti, die mindes- tens der Zeit t0ff entspricht, zum Schließen des IGBT angestoßen wird,
- dass die Steuerung einen Speicher und einen Zähler umfasst,
- dass nach der angestoßenen Zeit Δti der Zähler gestartet und der Speicher bis zum Ablauf der Zeit zum Zeitpunkt (ti) auf den Wert des Lastkreissignals (13) aufgeladen und anschließend gehalten wird,
- dass der nächstfolgende Schnittpunkt des Speichersig- nals mit dem Wert des Lastkreissignals (13) eine Zeitdauer tm bestimmt und den nächsten erwarteten Nulldurchgang zum Zeitpunkt t3 festlegt als Summe der doppelten angestoßenen Zeit Δti und der Zeitdauer tm (t3 =

- der Schaltzeitpunkt (t2) des IGBT-Schaltsignals (IGBT 1/3, IGBT 2/4) durch Rückrechnung vom nächsten erwarteten Nulldurchgang zum Zeitpunkt t3 bestimmt ist.
6. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Steuerung (10) einen Spitzenwertspeicher
umfasst,
dass von einem Startwert zu einer Zeit t0 ausgehend ein Zähler oder eine Spannungsrampe für einen Vergleichswert beginnt und der Vergleichswert bis zum Erreichen des Maximalwerts (Umax) des Lastkreissignals (13) als Umschaltwert (U2) verändert wird, wobei dem Erreichen des Maximalwerts (Umax) ein Umschaltzeitpunkt mit einer Zeit tu2 zugeordnet ist,
dass der Vergleichswert nach dem Umschaltzeitpunkt tu2 weiter verändert wird und dass das Erreichen eines bestimmten Schwellwerts
vor dem erwarteten nächsten Nulldurchgang zur Zeit t3 den Schaltzeitpunkt t2 des IGBT-Schaltsignals
bestimmt.
7. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (10) einen Spitzenwertspeicher
umfasst,
dass von einem vom Maximalwert (Umax) des Lastkreis- signals (13) abhängigen Startwert zu einer Zeit t0ι ausgehend ein Zähler oder eine Spannungsrampe für
einen Vergleichswert beginnt und der Vergleichswert bis zu einem vom Maximalwert (Umax) des Lastkreissignals (13) abhängigen Umschaltwert (U2) verändert wird, wobei dem Erreichen des Umschaltwerts (U2)
ein Umschaltzeitpunkt mit einer Zeit tα2 zugeordnet ist,
dass der Vergleichswert nach dem Umschaltzeitpunkt tu2 weiter verändert wird und
- dass das Erreichen eines bestimmten Schwellwerts
U0ff vor dem erwarteten nächsten Nulldurchgang zur
Zeit t3 den Schaltzeitpunkt t2 des IGBT- Schaltsignals bestimmt.
8. Umrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass
der Zeitpunkt tπi für das Startsignal durch eine
vom Maximalwert (Umax) des Lastkreissignals (13) abhängigen vorgegebene Startwert (Ui) des Lastkreissignals (13) bestimmt ist und dass der Umschaltzeitpunkt tu2 durch den Umschaltwert (U2) des Lastkreissignals (13) vorgegeben ist, wobei
der Umschaltwert (U2) aus dem Phasenwinkel des
Startwerts (Ui) zur Zeit ui bis zum Nulldurchgang
zur Zeit t3 berechnet ist.
9. Umrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel zwischen dem Startwert (Ui) zur Zeit t0ι und der Zeit bis zum erwarteten Nulldurchgang zur Zeit t3 zum Umschaltzeitpunkt tu2 halbiert ist.

10. Umrichter nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaltzeitpunkt t2 ein von der Zeit t0ff abhängiger Speicherwert zugeordnet ist und dass die Schaltung dann erfolgt, wenn dieser Spei- cherwert erreicht wird.
11. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet:,
- dass die Steuerung (10) ein Mittel zum Detektieren des Maximums des Lastkreissignals (13) umfasst und
- dass sich der Schaltzeitpunkt (t2) des IGBT- Schaltsignals (IGBT 1/3, IGBT 2/4) durch Spiegelung der Zeit toff an einer imaginären, durch das Maximum der Halbwelle verlaufenden, senkrecht zur Zeitachse stehenden Achse (4) ergibt.
12. Umrichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
- dass die Steuerung (10) ein Zeitglied umfasst, wobei das Zeitglied im Nulldurchgang des Lastkreissignals
(13) mit der Zeit tGff angestoßen wird, - dass die Zeit von t0ff bis zum Erreichen einer imaginären, durch das Maximum der Halbwelle verlaufenden, senkrecht zur Zeitachse stehenden Achse (4) erfasst und an dieser gespiegelt wird,
- dass das Ende der gespiegelten Zeit der Schaltzeitpunkt (t2) des IGBT-Schaltsignals (IGBT 1/3, IGBT 2/4) ist.
13. Umrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Mittel zum Detektieren des Maximums des Lastkreissignals (13) das IGBT-Schaltsignal (IGBT 1/3, IGBT
2/4) zum Zeitpunkt t2 dadurch erzeugt, dass das Maximum des Lastkreissignals (13) detektiert wird und vor und nach dem Maximum ein Zähler oder eine Spannungs- ra pe gegensinnig zählt und
- dass ein bestimmter Zählerstand nach dem Maximum den
Schaltzeitpunkt (t2) des IGBT-Schaltsignals (IGBT 1/3, IGBT 2/4) bestimmt.
14. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Detektieren der
Periodendauer in Form einer digitalen oder analogen
Vergleichsschaltung vorgesehen ist, welche eine zwischen dem Nulldurchgang zum Zeitpunkt to und dem nachfolgenden Maximum (94) nach einer vorgegebenen Zeit- dauer tPr zum Zeitpunkt toi genommene Probe (91) des
Lastkreissignals (13) mit einem Signalwert (93) ins
Verhältnis zu der Signalgröße (92) im Maximum (94)
setzt und daraus die Periodendauer ermittelt, aus der auf den erwarteten Nulldurchgang zur Zeit t3 geschlos- sen wird und der Schaltzeitpunkt t2 bestimmt ist.

15. Umrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodendauer entsprechend einer Wertetabelle oder einer besonders gestalteten Kennlinie ermittelt wird.
16. Umrichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie linear ist und dass aus der Zeit toi, dem Signalwert 93 des Lastkreissignals 13 der
Probe und dem Signalwert 92 im Maximum 94 ein Schwellwert Uoff für einen Zähler oder eine Spannungsrampe er- mittelt wird, wobei
- das Maximum ohne Zeitbezug festgestellt ist und
- die Berechnung des Schwellwerts U0ff durch Rückrechnung vom erwarteten Nulldurchgang t3 unter Berücksichtigung des Verlaufs 95 des Zählers oder der Spannungsrampe erfolgt.
17. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Detektieren der
Periodendauer eine halbe Periodendauer ermittelt durch Multiplikation der Zeit von einem Nulldurchgang des
Lastkreissignals (13) bis zum Maximum des Lastkreissignals (13) mit dem Faktor 2.
18. Umrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastkreissignal einem Spit- zenwertspeicher zugeführt wird, der den Spitzenwert über das Maximum des Lastkreissignals hinaus hält, und dass der Ausgang des Spitzenwertspeichers an einen
Spannungsteiler angeschlossen ist, der die Spannungen
Ui und U2 abgreifbar macht und dass der Teiler so ausgelegt ist, dass bei der Projektion der Spannungen Ui und U2 auf die Zeitachse die Zeitdifferenz zwischen tui und tu2 gleich der Zeitdifferenz zwischen tu2 und dem erwarteten Nulldurchgang zum Zeitpunkt t3 ist und dass die Lastkreisspannung (13) mittels Komparatoren mit den Spannungen Ui und U2 verglichen werden und dass vor und nach der Zeit tu2 ein Zähler, der bei tui gestartet wird, gegensinnig zählt und ein bestimmter Zählerstand nach tu2 den Schaltzeitpunkt t2 des IGBT-Schaltsignals bestimmt, wobei der bestimmte Zählerstand unter Berücksichtigung von t0ff festgelegt ist.
19. Umrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Detektieren des
Maximums des Lastkreissignals (13) ein Integrierglied (27), ein Multiplizierer (28) sowie einen Komparator
(31) umfasst, wobei das Lastkreissignal (13) dem Integrierglied (27) und dem Komparator (31) zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des Integrierglieds
(27) dem Multiplizierer (28) zugeführt und mit einem
Korrekturwert (29) für die Abhängigkeit des integrierten Lastkreissignals von der Frequenz und von der Amplitude des Lastkreissignals (13) multipliziert wird, wobei der Komparator das Ausgangssignal des Multiplizierers (28) mit dem Lastkreissignal (13) vergleicht und den Schnittpunkt (26) als Schaltflanke (30) ausgibt.
20. Umrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Detektieren des Maximums des Lastkreissignals (13) ein Integrierglied, einen Multiplizierer sowie einen Komparator umfasst, wobei das Lastkreissignal (13) dem Integrierglied und dem Multiplizierer zugeführt und mit einem Korrektur- wert (29) für die Abhängigkeit des Lastkreissignals von der Frequenz und von Amplitude des Lastkreissignals
(13) multipliziert wird, wobei der Komparator das Aus- gangssignal des Multiplizierers mit dem Ausgangssignal des Integrierglieds vergleicht und den Schnittpunkt als Schaltflanke ausgibt.
21. Umrichter nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrationsvorgang im wesentlichen im Nulldurchgang des Lastkreissignals (13) beginnt .
22. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Wechselrichter (16) angeschlossene Lastkreis (11} ein Reihenschwingkreis oder ein Parallelschwingkreis ist und dass das Lastkreissignal (13) bei Anschluss eines Reihenschwingkreises ein Abbild des Schwingkreisstromes oder bei
Anschluss eines Parallelschwingkreises ein Abbild der Schwingkreisspannung ist.
23. Verfahren zur Festlegung des Schaltzeitpunkt t2 eines einen Wechselrichter (16) und einen Lastkreis (11) umfassenden Umrichters, wobei der Wechselrichter (16) mittels einer Steuerung (10) ein Schaltsignal zu einem Schaltzeitpunkt t2 erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuerung (10) ein Lastkreissignal (13) zugeführt ist und dass in der Steuerung (10) der Schaltzeitpunkt t2 des Schaltsignals dadurch festgelegt ist, dass ausgehend von einem vom Lastkreissignal (13) ab- geleiteten Startwert Ui und einem in einem zeitlichen
Abstand dazu festgestellten Vergleichswert U2 des
Lastkreissignals (13) der nächste erwartete Nulldurchgang des Lastkreissignals (13) zum Zeitpunkt t3 bestimmt wird und die Schaltzeit tQff von der Zeitdauer bis zum nächsten erwarteten Nulldurchgang zum Zeitpunkt t3 abgezogen wird, sodass der Schaltzeitpunkt t dem erwarteten Nulldurchgang des Lastkreissignals (13) zum Zeitpunkt t3 um eine Zeit tQff voreilt, wobei der
Startwert Ui aus einem der nachfolgenden Werte gebildet ist:
Nulldurchgang des Lastkreissignals,
- Maximalwert des Lastkreissignals,
Bruchteil des Maximalwerts des Lastkreissignals und wobei der Vergleichswert U2 aus einem der nachfolgenden Werte gebildet ist:
dem Wert des Lastkreissignals zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Nulldurchgang, insbesondere nach der

Schaltzeit t0ff,
dem Maximalwert Umax des Lastkreissignals,
dem Bruchteil des Maximalwerts Umax des Lastkreissignals.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastkreissignal (13) der Steuerung (10) im wesentlichen ohne Phasenverschiebung zugeführt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter mindestens einen
IGBT (24) mit einer Schaltzeit t0ff aufweist und dass mittels der Steuerung (10) ein IGBT-Schaltsignal (IGBT 1/3, IGBT 2/4) zu einem Schaltzeitpunkt t2 erzeugt
wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
dass der Startwert Ui den Beginn eines Winkelsegments φi festlegt, dass ein Endwert U2 das Ende des Winkelsegments φi festlegt, wobei der Endwert aus einem der nachfolgenden Werte gebildet ist:
Maximalwert des Lastkreissignals,
- Bruchteil des Maximalwerts des Lastkreissignals, dass beim Startwert Ui eine Zeiterfassung beginnt und eine Feststellung der Zeitdauer beim Erreichen des Endwerts U2 erfolgt, wodurch die Zeitdauer Δti des Winkelsegments φi bestimmt ist;
dass anhand dieser festgestellten Zeitdauer Δti und der Größe des nachfolgenden Winkelsegment φ2 bis zum erwarten Nulldurchgang auf die Zeitdauer Δt2 des Winkelsegments φ2 bis zum Nulldurchgang zur Zeit t3 geschlossen wird, indem der Quotient aus dem Winkel-segment φi und dem Winkelsegment cp dem Verhältnis der Zeitdauer Δti zu der Zeitdauer Δt2 entspricht (φi / cp2 = Δti / Δt2 und Δt2 = Δti 1/ (φi/φ 2) ) ;
dass die Festlegung des Schaltzeitpunkts t2 durch Rückrechnung von dem Zeitpunkt t3 des erwarteten Nulldurchgangs um die Schaltzeit t0ff erfolgt.