DE10215822B4 - Umrichtersystem und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Umrichtersystem, umfassend – zumindest ein Versorgungsmodul (VM), das eine unipolare Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt, – mehrere Antriebsmodule (AM), die von der Zwischenkreisspannung gespeist sind und jeweils zumindest einen Wechselrichter zur Versorgung mindestens eines Elektromotors (M), insbesondere eines Synchronmotors oder Asynchronmotors, umfassen, – mindestens einem Puffermodul (PM) zur Zwischenspeicherung von Energie aus den Antriebsmodulen (AM), das mit dem Zwischenkreis verbunden ist, – ein Bussystem (+, –, BRC), über welches die einzelnen Module (VM, PM, AM) mittels gleichgeartet ausgeführten Schnittstellen verbunden sind, wobei das eine Versorgungsmodul (VM) einen elektronischen Leistungsschalter (T1), der einen von der Zwischenkreisspannung getriebenen Strom abhängig von einer Ansteuerung (3) des elektronischen Leistungsschalters (T1) auf das an einem Ausgang (BRC) des Versorgungsmoduls angeschlossene Puffermodul (PM) durchleitbar oder sperrbar macht, und ein Mittel (2) zur Spannungserfassung der Zwischenkreisspannung, welches mit der Ansteuerung (3) des Leistungsschalters (T1) verbunden ist, umfasst; wobei das Puffermodul (PM) eine...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Umrichtersystem und ein Verfahren.
  • Umrichter zur Versorgung von Elektromotoren sind allgemein bekannt. Dabei wird meist aus einer Netzwechselspannung mittels Gleichrichter eine Zwischenkreisspannung erzeugt, die zur Versorgung eines Wechselrichters vorgesehen ist. Beim generatorischen Betrieb wird die entstehende Energie mittels eines Bremswiderstandes, der von einem Brems-Chopper, also einem elektronischen Leistungsschalter, bestromt wird, verbraucht. Die am Bremswiderstand entstehende Wärme muss abgeführt werden, wofür ein entsprechendes Bauvolumen vorzusehen ist, insbesondere auch für Luftstömung. Für jeden Elektromotor ist außerdem ein Umrichter notwendig.
  • Aus der DE 196 26 528 A1 ist ein Zwischenkreis-Spannungsumrichter bekannt.
  • Aus der DE 42 35 223 C1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben und gemeinsamen Bremsen von mehreren, kraftschlüssig über eine Last verbundenen, einzeln an Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter angeschlossenen Drehstrommotoren bekannt.
  • Aus der US 5 723 956 A ist ein Puffervorrichtung für Batterie-gespeiste pulsierend betriebene Lasten bekannt.
  • Aus der EP 1 026 816 A2 ist ein Umpolsteuergerät bekannt.
  • Aus der DE 19526491 ist ein Verfahren zum elektronischen Versorgen von Antrieben bei einer Presse bekannt.
  • Aus der DE 43 06 307 A1 ist ein Verfahren zur Schadensverhütung bei numerisch gesteuerten Maschinen bei Netzausfall bekannt.
  • Aus der WO 01/74699 A1 ist ein Verfahren zur Reduktion der Netzanschlussleistung bei Aufzügen bekannt.
  • Aus der EP 0 843 243 A2 ist ein Antriebssystem mit integrierter Leistungselektronik bekannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur kostengünstigen Versorgung mehrerer Elektromotoren aufzuzeigen, wobei die Lösung auch möglichst kompakt ausgeführt sein soll.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Umrichtersystem nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Umrichtersystem sind, dass es umfasst:
    • – zumindest am Versorgungsmodul (VM), das eine unipolare Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt,
    • – mehrere Antriebsmodule (AM), die von der Zwischenkreisspannung gespeist sind und jeweils zumindest einen Wechselrichter zur Versorgung mindestens eines Elektromotors (M), insbesondere eines Synchronmotors oder Asynchronmotors, umfassen,
    • – mindestens ein Puffermodul (PM) zur Zwischenspeicherung von Energie aus den Antriebsmodulen (AM), das mit denn Zwischenkreis verbunden ist,
    wobei des eine Versorgungsmodul (VM) einen elektronischen Leistungsschalter (T1) umfasst, der von der Zwischenkreisspannung getriebenen Strom abhängig von der Ansteuerung des elektronischen Leistungsschalters (T1) auf des an einem Ausgang (BRC) des Versorgungsmoduls angeschlossene Puffermodul (PM) durchleitbar oder sperrbar macht,
    wobei die Ansteuerung des elektronischen Leistungsschalters (T1) mit einem Mittel zur Spannungserfassung der Zwischenkreisspannung verbunden ist, und
    wobei als eine an einem Ausgang (BRC) des Versorgungsmoduls (VM) angeschlossene Puffermodul (PM) einen Kondensator (C2) umfasst, dessen Lade- und Entladestrom vom elektronischen Leistungsschalter (T1) beeinflussbar und/oder steuerbar ist.
  • Von Vorteil ist dabei, dass das Puffermodul Energie zwischenspeicherbar macht, die von sich im generatorischen Betrieb befindenden Antriebsmodulen erzeugt wird. Insbesondere ist das Puffermodul zeitabschnittsweise, insbesondere bei generatorischem Betrieb mindestens eines Antriebsmoduls, mit Energie speisbar und danach ist gespeicherte Energie vom Puffermodul zumindest an die Antriebsmodule abgebbar. Weiterer Vorteil ist der modulare Aufbau. Denn bei dem Umrichtersystem werden die Module je nach Anwendung zusammen kombiniert und somit die Bauteilevielfalt reduziert gegenüber einem System aus separaten Umrichtern. Sich im generatorischen Betrieb befindende Module und sich im motorischen Betrieb befindende Module sind über den Zwischenkreis verbunden und können also gegenseitig Energie ausgleichen. Außerdem belastet das Puffermodul das Netz nicht, weil dem Kondensator des Puffermoduls nur bei Überschreiten eines ersten kritischen Wertes der Zwischenkreisspannung Strom zugeführt wird, also die Stromzufuhr gesteuert erfolgt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst zumindest ein Versorgungsmodul einen Gleichrichter zur Erzeugung von Gleichspannung aus einer Wechselspannung, insbesondere aus einer dreiphasigen Netz-Wechselspannung. Von Vorteil ist dabei, dass das Umrichtersystem aus einem industrieüblichen oder haushaltsüblichen Wechselspannungsnetz versorgbar ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst zumindest ein Versorgungsmodul eine Rückspeisung oder es ist eine Rückspeisung als Modul mit der Zwischenkreisspannung und der Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Netz-Wechselspannung, zum Zurückspeisen vom Zwischenkreis ins Netz verbindbar. Von Vorteil ist dabei, dass im generatorischen Betrieb erzeugte Energie, die nicht vom Puffermodul zwischenspeicherbar ist, in das Netz rückspeisbar ist und somit die Energiekosten verringerbar sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst zumindest ein Versorgungsmodul einen elektronischen Leistungsschalter, der von der Zwischenkreisspannung getriebenen Strom auf eine an einem Ausgang des Versorgungsmoduls angeschlossene Vorrichtung durchleitbar oder sperrbar macht, abhängig von der Ansteuerung des elektronischen Leistungsschalters.
  • Von Vorteil ist dabei, dass der elektronische Leistungsschalter zum Steuern des Stromes für einen Bremswiderstand und/oder für ein Puffermodul verwendbar ist und somit zwischenkreisspannungsabhängig Energie an das Puffermodul abgibt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung ist die Ansteuerung des elektronischen Leistungsschalters mit einem Mittel zur Spannungserfassung der Zwischenkreisspannung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Ansteuerung abhängig von der Zwischenkreisspannung ausführbar ist, insbesondere also bei Überschreiten von kritischen Werten ein Schalten oder eine gepulste Betriebsart des Schalters ausführbar ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst das Puffermodul einen Kondensator, dessen Kapazität derart größer ist als die Summe aller, an der Zwischenkreisspannung direkt anliegenden Kondensatoren. Dabei ist zu beachten, dass der Kondensator des Puffermoduls nicht direkt mit dem Zwischenkreis verbunden ist sondern über weitere Mittel, wie beispielsweise Dioden. Von Vorteil ist bei diesem Wert der Kapazität, dass ein Bremswiderstand einsparbar ist, der hohe Temperaturen aufweist und ein großes Bauvolumen, insbesondere zur Kühlung, erfordert. Außerdem wird dann die Energie nicht in Wärme umgewandelt sondern von Kondensatoren des Puffermoduls als elektrische Energieform rückspeisbar an die am Zwischenkreis angeschlossenen Antriebsmodule gehalten. Somit wird der Energieverbrauch vermindert und die Energiekosten werden gesenkt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst das Puffermodul einen Kondensator, dessen Kapazität derart dimensioniert vorgesehen ist, dass im motorischen Betrieb bei Nennlast die Zwischenkreisspannung einen weniger als halb so großen Wechselspannungsanteil aufweisen würde, wenn der Kondensator direkt mit dem Zwischenkreis verbunden wäre, als der Wechselspannungsanteil wäre bei nicht derart verbundenem Kondensator. Diese Eigenschaft dient nur der Definition des Wertes der Kapazität des Kondensators. In der erfindungsgemäßen Ausführung ist der Kondensator des Puffermoduls nicht direkt mit dem Zwischenkreis verbunden. Er wird nämlich mit weiteren Mitteln zwischenkreisspannungsabhängig beladen oder entladen. Von Vorteil ist bei dieser Dimensionierung, dass das Puffermodul mit einem Kondensator kleinen Bauvolumens ausführbar ist, relativ gesehen zu der Summe der Bauvolumina der Zwischenkreiskondensatoren der dem Umrichtersystem entsprechenden separaten Umrichter. Insbesondere ist ein kostengünstiger Folienkondensator verwendbar. Somit ist das Bauvolumen des Umrichtersystems insgesamt klein und das Umrichtersystem Insgesamt kostengünstig herstellbar, insbesondere bei Verwendung eines Versorgungsmoduls mit Rückspeisung.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung wird ein an einem Ausgang des Versorgungsmoduls angeschlossenes Puffermodul vorgesehen, das einen Kondensator umfasst, dessen Ladestrom zumindest vom elektronischen Leistungsschauer beeinflussbar und/oder steuerbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Kondensator je nach Anwendung dimensionierbar ist und Energie aus dem Kondensator an Antriebsmodule oder gegebenenfalls an ein eine Netzrückspeisung umfassendes Versorgungsmodul rückspeisbar ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst das Puffermodul PM zumindest einen Elektrolyt-Kondensator. Von Vorteil ist dabei, dass das Puffermodul mit großen Kapazitäten vorsehbar ist.
  • Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Umrichtersystem sind, dass zur Bildung des Umrichtersystems
    • – zumindest ein Versorgungsmodul, das eine unipolare Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt,
    • – ein oder mehrere Antriebsmodule, die von der Zwischenkreisspannung speisbar sind und jeweils zumindest einen Wechselrichter zur Versorgung mindestens eines Elektromotors, insbesondere eines Synchronmotors oder Asynchronmotors, umfassen,
    • – und mindestens ein Puffermodul zur Speicherung von Energie
    über ein Bussystem zumindest elektrisch verbindbar sind, wobei das Bussystem
    • – zumindest zwei Starkstrom-Leitungen (+, –) zum Führen der Zwischenkreisspannung
    • – und eine Starkstrom-Leitung BRC zur elektrischen Verbindung des oder der Versorgungsmodule mit dem oder den Puffermodulen
    umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass das Bussystem derart gestaltbar ist, dass verschiedene Module anschließbar sind und an der Zwischenkreisspannung anliegen zur Entnahme von Energie oder zum Einspeisen von Energie in den Zwischenkreis.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung weisen die Module, wie Puffermodul oder Antriebsmodule, Versorgungsmodul und gegebenenfalls weitere Module, jeweils eine gleichartige Schnittstelle zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Bussystem auf. Insbesondere ist die Schnittstelle bei allen Modulen gleichgeartet ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein System geschaffen wird, das hoch flexibel ist und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden kann. Beispielsweise kann ein Rückspeisemodul bei einem bestehenden Umrichtersystem hinzugefügt werden, um Energie einzusparen, oder es kann ein Puffermodul oder ein größeres Puffermodul angeschlossen werden. Außerdem können verschiedene Antriebsmodule angeschlossen werden.
  • Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass zum Betrieb eines Puffermoduls bei einem Umrichtersystem, umfassend
    • – zumindest ein Versorgungsmodul VM, das eine unipolare Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt,
    • – ein oder mehrere Antriebsmodule AM, die aus der Zwischenkreisspannung speisbar sind und jeweils zumindest einen Wechselrichter zur Versorgung mindestens eines Elektromotors umfassen,
    • – mindestens ein Puffermodul PM zur Speicherung von Energie
    wobei
    • – die Zwischenkreisspannung erfasst wird,
    • – bei Überschreiten eines ersten kritischen Wertes der Zwischenkreisspannung das Puffermodul PM mit Energie gespeist wird, wenn die generatorische Leistung von ersten Antriebsmodulen insgesamt die motorische Leistung von zweiten Antriebsmodulen übersteigt,
    das Puffermodul an die von der Zwischenkreisspannung versorgten Module Energie rückspeist, wenn die motorische Leistung von Antriebsmodulen insgesamt die generatorische Leistung übersteigt. Von Vorteil ist dabei, dass die Zwischenkreisspannung überwacht wird, wobei mehrere Antriebsmodule angeschlossen sind, die sich über den Zwischenkreis Energie übertragen können. Somit ist die Anzahl der Fälle, bei denen die Zwischenkreisspannung einen kritischen Wert übersteigt, reduziert. Außerdem ist auf diese Weise ein einziges Puffermodul für mehrere Antriebsmodule verwendbar, das bei entsprechender Dimensionierung kleiner wählbar ist als die Summe der Kapazitäten der Zwischenkreiskondensatoren entsprechender separater Umrichter. Dies reduziert die Kosten und das Bauvolumen. Darüber hinaus genügt ein einziger Leistungsschalter zum Schalten beziehungsweise ein einziges Erfassen von Zwischenkreisspannung für mehrere Antriebsmodule.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung wird bei Überschreiten eines zweiten kritischen Wertes der Zwischenkreisspannung ein Bremswiderstand bestromt zur Vernichtung von Energie, wenn die generatorische Leistung von ersten Antriebsmodulen insgesamt die motorische Leistung von zweiten Antriebsmodulen übersteigt. Von Vorteil ist dabei, dass das Umrichtersystem bei einem entsprechenden Anwendungsfall auch zusätzlich mit einem einen Bremswiderstand umfassenden Modul ausstattbar ist und somit die Zwischenkreisspannung im zulässigen Bereich haltbar ist. Dabei ist der kritische Wert für das Schalten des Bremswiderstandes verschieden ausführbar vom kritischen Wert für das Schalten des Pufferkondensators. Besonders vorteilhafterweise kann also bei kurzfristigem generatorischem Betrieb Energie im Puffermodul gespeichert werden und bei langfristigem im Bremswiderstand verbraucht werden.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführung sind zweiter und erster kritischer Wert identisch. Von Vorteil ist dabei, dass das Verfahren besonders einfach ausführbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
    In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Umrichtersystem gezeigt, bei dem ein Versorgungsmodul VM einen Gleichrichter 1 umfasst, der aus einer dreiphasigen Netz-Wechselspannung, also Drehspannung, eine Zwischenkreisspannung (Bezugszeichen +, –) erzeugt, wobei ein Kondensator C1 zur Verminderung von elektromagnetischen Störungen vorgesehen ist. Am Kondensator C1 liegt die Zwischenkreisspannung direkt an.
  • Mittel 2 zur Spannungserfassung sind mit der Ansteuerung 3 eines elektronischen Leistungsschalters T1 verbunden, der somit bei Überschreiten eines kritischen Wertes durch die Zwischenkreisspannung vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzbar ist. Der Kondensator C2 ist über diesen elektronischen Leistungsschalter T1 aufladbar.
  • Mit der Zwischenkreisspannung (+, –) werden auch die Antriebsmodule AM gespeist, die jeweils Wechselrichter zur Versorgung von Elektromotoren, insbesondere Asynchronmotoren oder Synchronmotoren, umfassen. Außerdem sind in den Antriebsmodulen AM auch elektronische Schaltungen integriert, die zur Ausführung von Steuer- und/oder Regelverfahren dienen. Die Antriebsmodule AM ähneln also im Wesentlichen Umrichtern, ausgenommen Gleichrichtung und Zwischenkreiskondensator C1. Außerdem ist auch das Puffermodul und gegebenenfalls weitere Module, wie Rückspeisungsmodul oder ein einen Bremswiderstand umfassendes Modul, nicht im Antriebsmodul.
  • Über das Lademittel 10, das in einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel als elektrischer Widerstand ausführbar ist, wird der Kondensator C2 geladen und somit der maximale Ladestrom begrenzt.
  • Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden als Lademittel 10 induktive Elemente oder Kombinationen von induktiven Elementen mit elektrischen Widerständen vorgesehen.
  • Die Kapazität des Kondensators C1 ist derart klein gewählt, dass im motorischen Nennbetrieb und bei abgetrenntem Puffermodul der Wechselanteil der Zwischenkreisspannung im Wesentlichen dem Wechselanteil gleicht, der vorhanden wäre, warm der Kondensators C1 nicht vorhanden wäre. Der Kondensator C1 ist nicht als Elektrolytkondensator ausgeführt, sondern beispielsweise als Folienkondensator ausführbar. Auch bei angeschlossenem Puffermodul im Nennbetrieb ändert sich am Wechselanteil der Zwischenkreisspannung im Wesentlichen nichts, solange alle Antriebsmodule im motorischen Betrieb sind. Erst wenn infolge eines generatorischen Betriebs die Zwischenkreisspannung einen ersten kritischen Wert übersteigt, wird das Puffermodul mit Energie geladen und nach Beenden des generatorischen Betriebs in den Zwischenkreis zurückgespeist. Bei einem industrieüblichen 400 V-Drehspannungsnetz liegt dieser Wert über 600 V, beispielsweise vorteiligerweise bei 800 V oder mehr.
  • Der Kondensator C2 ist als Elektrolytkondensator ausgeführt. Seine Kapazität ist derart groß, dass bei Ersetzung des Kondensators C1 durch C2 eine derartige Glättung der Zwischenkreisspannung vorhanden wäre, dass der Wechselanteil weniger als halb so groß wäre wie im vorgenannten Fall. Dieses direkte Verbinden mit dem Zwischenkreis würde allerdings das Netz belasten, da bei ungeladenem Kondensator große Ladeströme entstehen. Insbesondere wäre dann auch eine Begrenzung des Ladestroms erforderlich, beispielsweise mit einem Ladewiderstand. Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Kondensator C2 nicht direkt mit der Zwischenkreisspannung sondern nur indirekt über weitere Mittel verbunden, wie über die Lademittel 10 und den elektronischen Leistungsschalter. Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Kondensator C2 mittels anderer oder weiterer Mittel mit der Zwischenkreisspannung verbunden, aber nie direkt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 wird der Kondensator im generatorischen Betrieb mit Energie gespeist, wenn die Zwischenkreisspannung einen kritischen Wert überschritten hat. Bei Anschluss von mehreren Antriebsmodulen gibt es Betriebszustände, bei denen ein Teil der Antriebsmodule generatorisch und ein anderer Teil motorisch betrieben wird. Wesentlich ist dann selbstverständlich, ob insgesamt Energie an den Zwischenkreis zugeführt wird, also die Zwischenkreisspannung sich erhöht, oder Energie dem Zwischenkreis entnommen wird.
  • In der 1 ist der elektrische Anschlusspunkt mit Bezugszeichen BRC gekennzeichnet. An diesem wird das Puffermodul PM mit den Lademitteln 10 angeschlossen.
  • Die Diode D1 hat Schutzfunktion für die Bauelemente, insbesondere den elektronischen Leistungsschalter T1, wobei die Diode D1 als Freilaufdiode für die Lademittel 10 wirkt. Die Diode D2 ermöglicht das Abgeben der gespeicherten Energie vom Kondensator C2 an den Zwischenkreis beim Entladen, indem Strom über die Diode D2 fließt.
  • In der 2 ist ein erfindungsgemäßes Umrichtersystem mit zwei Antriebsmodulen gezeigt. Der Zwischenkreis, umfassend die beiden Leitungen + und – für die Zwischenkreisspannung und die Leitung BRC zur Durchleitung von Pufferstrom an das Puffermodul, ist als Bussystem ausgeführt, an das die Antriebsmodule mit ihrer jeweiligen Schnittstelle angeschlossen sind.
  • Zur Bildung des Umrichtersystems sind also
    • – zumindest ein Versorgungsmodul VM, das eine unipolare Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt,
    • – ein oder mehrere Antriebsmodule AM, die von der Zwischenkreisspannung speisbar sind und jeweils zumindest einen Wechselrichter zur Versorgung mindestens eines Elektromotors, insbesondere eines Synchronmotors oder Asynchronmotors, umfassen,
    • – und mindestens ein Puffermodul PM zur Speicherung von Energie
    über das Bussystem elektrisch und mechanisch verbindbar sind, wobei das Bussystem
    • – zumindest zwei Starkstrom-Leitungen (+, –) zum Führen der Zwischenkreisspannung
    • – und eine Starkstrom-Leitung BRC zur elektrischen Verbindung des oder der Versorgungsmodule mit dem oder den Puffermodulen
    umfasst. Dabei ist das Bussystem vorteilhaft als Verschienungssystem ausführbar, in das die Module einsteckbar sind. Dazu weisen die Module, wie Puffermodul PM oder Puffermodule, Antriebsmodule AM, Versorgungsmodul VM und gegebenenfalls weitere Module, jeweils eine Schnittstelle zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Bussystem auf. Insbesondere ist diese Schnittstelle bei allen Modulen gleichgeartet ausgeführt. Statt eines Verschienungssystems sind auch gleichwirkende Bussysteme verwendbar. Wesentlich vorteilhaft ist aber ein Bussystem verwendbar, das zur Aufnahme der genannten jeweils gleichartig ausgeprägten Schnittstelle an verschiedenen diskreten Positionen oder sogar unendlich vielen Positionen geeignet ausgeführt ist.
  • Das Versorgungsmodul kann bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eine Netzrückspeisung umfassen. Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann die Netzrückspeisung auch als eigenständiges Modul ausgeführt werden mit wiederum einer gleichartigen Schnittstelle zur Verbindung mit dem Bussystem.
  • Insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren der zwischenkreisspannungsabhängigen Zuleitung von Energie aus dem Zwischenkreis an einen Kondensator mit großer Kapazität, ist auch mit einem einzelnen Umrichter vorteilhaft realisierbar.
  • Bezugszeichenliste
    • VM
    Versorgungsmodul
    AM
    Antriebsmodul
    PM
    Puffermodul
    M
    Elektromotor
    BRC
    elektrischer Anschlusspunkt
    1
    Gleichrichter
    2
    Mittel zur Spannungserfassung
    3
    Ansteuerung
    10
    Lademittel
    C1
    Kondensator
    C2
    Kondensator
    D1, D2
    Dioden
    T1
    elektronischer Leistungsschalter

Claims (10)

  1. Umrichtersystem, umfassend – zumindest ein Versorgungsmodul (VM), das eine unipolare Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt, – mehrere Antriebsmodule (AM), die von der Zwischenkreisspannung gespeist sind und jeweils zumindest einen Wechselrichter zur Versorgung mindestens eines Elektromotors (M), insbesondere eines Synchronmotors oder Asynchronmotors, umfassen, – mindestens einem Puffermodul (PM) zur Zwischenspeicherung von Energie aus den Antriebsmodulen (AM), das mit dem Zwischenkreis verbunden ist, – ein Bussystem (+, –, BRC), über welches die einzelnen Module (VM, PM, AM) mittels gleichgeartet ausgeführten Schnittstellen verbunden sind, wobei das eine Versorgungsmodul (VM) einen elektronischen Leistungsschalter (T1), der einen von der Zwischenkreisspannung getriebenen Strom abhängig von einer Ansteuerung (3) des elektronischen Leistungsschalters (T1) auf das an einem Ausgang (BRC) des Versorgungsmoduls angeschlossene Puffermodul (PM) durchleitbar oder sperrbar macht, und ein Mittel (2) zur Spannungserfassung der Zwischenkreisspannung, welches mit der Ansteuerung (3) des Leistungsschalters (T1) verbunden ist, umfasst; wobei das Puffermodul (PM) eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (C2) und einer Diode (D2) umfasst, die Reihenschaltung (C2, D2) mit den zwei Starkstrom-Leitungen (+, –) verbunden ist und der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (C2) und der Diode (D2) mit dem Ausgang (BRC) des Versorgungsmoduls verbunden ist und wobei der Ladestrom des Kondensators (C2) vom elektronischen Leistungsschalter (T1) nur bei Überschreiten eines ersten kritischen Wertes der Zwischenkreisspannung beeinflussbar und/oder steuerbar ist.
  2. Umrichtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffermodul (PM) zeitabschnittsweise, insbesondere im generatorischen Betrieb mindestens eines Antriebsmoduls (AM), mit Energie speisbar ist und danach gespeicherte Energie zumindest an die Antriebsmodule (AM) abgebbar ist.
  3. Umrichtersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Versorgungsmodul (VM) einen Gleichrichter (1) zur Erzeugung von Gleichspannung aus einer Wechselspannung, insbesondere aus einer dreiphasigen Netz-Wechselspannung, umfasst.
  4. Umrichtersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Versorgungsmodul (VM) eine Rückspeisung umfasst oder eine Rückspeisung mit der Zwischenkreisspannung und der Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Netz-Wechselspannung, verbindbar ist.
  5. Umrichtersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffermodul (PM) einen Kondensator (C2) umfasst, dessen Kapazität größer ist als die Summe aller an der Zwischenkreisspannung direkt anliegenden Kondensatoren (C1).
  6. Umrichtersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die am Zwischenkreis direkt anliegende Kapazität (C1) des Versorgungsmoduls (VM) und ein vom Puffermodul (PM) umfasster Kondensator (C2) derart dimensioniert vorgesehen sind, dass im motorischen Betrieb bei Nennlast die Zwischenkreisspannung einen weniger als halb so großen Wechselspannungsanteil aufweisen würde, wenn der Kondensator (C2) des Puffermoduls (PM) direkt am Zwischenkreis direkt am Zwischenkreis angeschlossen wäre, als der Wechselspannungsanteil bei samt Kondensator (C2) entferntem Puffermodul (PM) ist
  7. Umrichtersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass des Puffermodul (PM) zumindest einen Elektrolyt-Kondensator umfasst.
  8. Verfahren zum Betrieb eines Puffermoduls (PM) bei einem Umrichtersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend – ein Versorgungsmodul (VM), das eine unipolare Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt, – ein oder mehrere Antriebsmodule (AM), die aus der Zwischenkreisspannung speisbar sind und jeweils zumindest einen Wechselrichter zur Versorgung mindestens eines Elektromotors (M) umfassen, – ein Puffermodul (PM) zur Speicherung von Energie dadurch gekennzeichnet, dass – die Zwischenkreisspannung im Versorgungsmodul (VM) erfasst wird, – bei Überschreiten eines ersten kritischen Wertes der Zwischenkreisspannung des Puffermodul (PM) mit Energie gespeist wird, wann die generatorische Leistung von ersten Antriebsmodulen (AM) insgesamt die motorische Leistung von zweiten Antriebsmodulen (AM) übersteigt, – das Puffermodul (PM) an die von der Zwischenkreisspannung versorgten Module Energie rückspeist, wenn die motorische Leistung von Antriebsmodulen (AM) insgesamt die generatorische Leistung übersteigt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines zweiten kritischen Wertes der Zwischenkreisspannung ein Bremswiderstand bestromt wird zur Vernichtung von Energie, wenn die generatorische Leistung von ersten Antriebsmodulen insgesamt die motorische Leistung von zweiten Antriebsmodulen übersteigt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zweiter und erster kritischer Wert identisch sind.
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