CN113316888A - 具有第一变流器和至少一个第二变流器的驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种驱动系统，其具有第一变流器和至少一个第二变流器，第一变流器在其壳体(17)内具有第一整流器(11)，第一整流器的直流电压侧端子连接到、特别是直接连接到第一变流器的第一逆变器(12)的直流电压侧端子，第一电容(C1)与第一逆变器(12)的直流电压侧端子并联，该第二变流器或每个第二变流器在其壳体(7)内具有第二整流器(1)，第二整流器的直流电压侧端子经由电感L2、即尤其扼流圈连接到第二变流器的第二逆变器(2)的直流电压侧端子，第二电容(C2)与第二逆变器(2)的直流电压侧端子并联，第一逆变器(12)的直流电压侧端子经由第一电感L1连接到第二逆变器(2)的直流电压侧端子。

Description

具有第一变流器和至少一个第二变流器的驱动系统
技术领域
本发明涉及一种具有第一变流器和至少一个第二变流器的驱动系统。
背景技术
众所周知，可以借助于变流器为电机馈电，以调节电机的转速。
作为最接近的现有技术，从DE 42 35 223 C1已知一种用于运行和共同制动多个三相电机的电路装置，这些三相电机通过负载力锁合地连接，并单独连接到变流器。
从GB 2 427 512 A已知一种变流器。
从DE 101 47472 A1已知一种电流转换器设备。
从DE 10 2005 031 372 A1已知一种具有正弦滤波器的逆变器。
从WO 2017/127 856 A1已知一种用于变频器的电路装置。
从US 10 084 310 B1已知一种低电感直流功率总线。
从US 2016/0327998 A1已知一种具有改进导抗的低电容驱动器。
从US 7 053 569 B2已知一种逆变器控制方法。
发明内容
因此本发明的目的是，改进一种装置和方法，其中
根据本发明，该目的在根据权利要求1中给出的特征所述的驱动系统中实现。
在具有第一变流器和至少一个第二变流器的驱动系统中本发明的重要特征在于，第一变流器在其壳体内具有第一整流器，第一整流器的直流电压侧端子连接到、特别是直接连接到第一变流器的第一逆变器的直流电压侧端子，
其中，第一逆变器的直流电压侧端子与第一电容并联，
其中，第二变流器或每个第二变流器在其壳体内具有第二整流器，第二整流器的直流电压侧端子经由电感L2、即特别是扼流圈连接到第二变流器的第二逆变器的直流电压侧端子，
其中，第二逆变器的直流电压侧端子与第二电容并联，
其中，第一逆变器的直流电压侧端子经由第一电感L1连接到第二逆变器的直流电压侧端子。
在此优点是，两个变流器的中间电路相互支持，因此当由其中一个变流器馈电的电机以发电机模式运行时，其功率可以被由另一个变流器馈电的、以电动机模式运行的电机消耗。这可以降低公共电网的功耗。重要的是，第一变流器具有一个细长的中间电路，并且尽管如此但它仍然可以连接到第二变流器。
在有利的设计方案中，第一电感L1布置在一壳体内，该壳体独立于第一变流器的壳体和第二变流器的壳体和/或与第一变流器的壳体和第二变流器的壳体间隔开。在此优点是，第一变流器可以连接到第二变流器。然而在此通过相应地确定第一电感L1的大小，避免了振荡。
在有利的设计方案中，第一电感L1分别实施为围绕相同线圈芯缠绕的线圈绕组。在此优点是，可以减少振荡，此外，使周围环境尽可能小地受到杂散磁场的影响。
在有利的设计方案中，第二电容C2被实施为薄膜电容器或极性电容器。在此优点是，当实施成薄膜电容器时，可以更好地缓冲更高频率的电压波动，而在使用极性电容器时，可以以低成本提供大的中间电路电容、即高效的缓冲。
在有利的设计方案中，根据第二变流器的千瓦kW量级的功率，第二电容C2的值大于15μF/kW。在此优点是，可以实现中间电路电压的有效缓冲。特别是，即使电机消耗大量功率，该中间电路电压也只在电网半周期内略微下降。
在有利的设计方案中，第一电容C1被实施为薄膜电容器。在此优点是，可以使用具有低电容的廉价薄膜电容器。尽管在电机消耗大量功率时中间电路电压急剧下降，但电机仍然可以继续以转速可调的方式运行。为此，在驱控第一变流器的逆变器的半导体开关的信号电子设备中设置了相应的调节装置，中间电路电压的检测值也被馈入该信号电子设备，并且根据中间电路电压的这些检测值，设置/调节半导体开关的驱控信号的脉宽调制持续时间。
在有利的设计方案中，根据第一变流器的千瓦kW量级的功率，第一电容C1的值为5μF/kW或更小。在此优点是，尽管中间电路很细长，但变流器仍可以以转速可调的方式运行电机。
在有利的设计方案中，第一逆变器的直流电压侧端子被引出到第一变流器的壳体上的第一端子单元。在此优点是，可以通过设置在壳体上的电气端子电连接第二变流器，并且因此可以支持中间电路。端子例如也可以实施为插接连接器。
在有利的设计方案中，第二逆变器的直流电压侧端子被引出到第二变流器的壳体上的第二端子单元。在此优点是，因此在壳体上设置电气端子，并因此可以支持中间电路。端子例如也可以实施为插接连接器。
在有利的设计方案中，第二整流器的直流电压侧端子被引出到第二变流器的壳体上的第三端子单元，
特别是使得可以电连接另一第二变流器的壳体上的第三端子单元。在此优点是，引出了电气端子，因此可以实现其他变流器的电气连接。
在有利的设计方案中，第一电感L1与电容C1一起形成第一振荡电路，并且大小被确定成，使得第一振荡电路的谐振频率在1kHz和2kHz之间。在此优点是，可以避免振荡和/或谐振。
在有利的设计方案中，第二电感L2与电容C2一起形成第二振荡电路，并且大小被确定成，使得第二振荡电路的谐振频率的值小于在第二整流器的交流电压侧端子处的交流电压系统的频率的六倍，特别是小于300Hz。在此优点是，振荡不会由逆变器的脉宽调制的功率半导体开关激发，因为这些功率半导体开关以比谐振频率更高的频率运行。
在有利的设计方案中，第一电感L1分别被实施为围绕铁氧体芯布置的线圈绕组，
其中，在铁氧体芯的每一个上分别布置有以电流加载的辅助绕组。在此优点是，可以以简单的方式提供控制干预，其中，可借助于直流电流设置工作点，该工作点确定第一振荡电路的谐振频率并且可通过叠加的交流电流来实现减振。
在有利的设计方案中，电流是叠加有交流电流的直流电流，该交流电流的幅值小于直流电流的值的一半。在此优点是，可以控制第一电感的值。
在有利的设计方案中，在第一变流器的整流器的直流电压侧输出端处检测到的交流电压分量被馈送到第一调节器，该第一调节器如此设置/调节辅助绕组的电流、尤其是交流电流，即：使得交流电压分量被朝零调节。在此优点是，可以以简单的方式主动调节来自细长中间电路的谐波。
在有利的设计方案中，辅助绕组的电流的直流电流分量由第二调节器如此设置/调节，即：使得第一振荡电路的谐振频率被朝向理论值调节。在此优点是，可以优化衰减/阻尼。
另外的优点由从属权利要求给出。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员而言，尤其是从目的提出和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单项权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。
附图说明
下面根据示意性附图详述本发明：
图1示出根据本发明的驱动系统。
具体实施方式
第一变流器在其壳体17内具有由公共交流电网5、特别是三相电压源供电的整流器11，逆变器12的直流电压侧端子直接连接到该整流器的直流电压侧端子，并且第一电容C1与该逆变器的直流电压侧端子并联。
第一电容C1实施为薄膜电容器，并且根据千瓦kW量级的第一变流器的功率，第一电容具有5μF/kW或更小的值。因此，第一变流器实施为具有细长的中间电路。
逆变器12的交流电压侧的端子连接优选实施为三相电机的电机15。
相应地，逆变器12具有三个并联布置的半桥，这些半桥分别包括可控下半导体开关和可控上半导体开关、如IGBT或MOSFET，从而可以在电机侧提供三相电压。由这三个半桥形成的并联电路由逆变器12的直流电压侧端子处的电压供电。这些半导体开关分别以脉宽调制的方式来驱控。
由于低电容C1，中间电路电压Uz、即逆变器12的直流电压侧端子处的电压在由逆变器馈电的电机16消耗大量电能时在每个电网周期可能会大幅波动。为了防止这种情况，第一变流器具有第一中间电路端子14，中间电路电压、即逆变器12的直流电压侧端子处的电压的较高电位+Uz在该第一中间电路端子处被引出，并且该中间电路电压的较低电位-Uz也是如此。
第二变流器同样在其壳体7内具有由公共交流电网5、特别是三相电压源供电的整流器1，逆变器2的直流电压侧端子经由电感、即扼流圈L2连接到该整流器的直流电压侧端子。第二电容C2与逆变器2的直流电压侧的端子并联。
该第二电容C2实施为薄膜电容器或极性电容器，根据千瓦kW量级的第二变流器的功率，第二电容具有大于15μF/kW的值。因此，逆变器2的直流电压侧的端子处的电压被稳定。
逆变器2的交流电压侧端子连接优选实施为三相电机的电机6。
相应地，逆变器2也具有三个并联布置的半桥，这些半桥分别包括可控下半导体开关和可控上半导体开关、如IGBT或MOSFET，从而可以在电机侧提供三相电压。由这三个半桥构成的并联电路由逆变器2的直流电压侧端子处的电压供电。这些半导体开关分别以脉宽调制的方式来驱控。
在第二变流器中，逆变器2的直流电压侧端子作为第一中间电路端子4也被引出，并且经由布置在壳体13中的具有电感L1的扼流圈连接到第一变流器的第一中间电路端子4。
以这种方式，特别是如果两个变流器中的一个作为发电机运行，而另一个作为电动机运行，则可以进一步支持中间电路。
然而，在第二变流器上，整流器1的直流电压侧端子也被引出，从而可以连接另一第二变流器的整流器1的直流电压侧端子。
以这种方式，两个第二变流器的整流器1的直流电压侧的端子也是并联的，并且相互支持。
电感L1与电容C1一起形成振荡电路，其谐振频率优选在1kHz和2kHz之间。因此抑制了由第一变流器的逆变器激发的振荡。
在每个第二变流器中，电感L2与电容C2一起形成振荡电路，其谐振频率的值小于300Hz。因此，相应的第二变流器的中间电路与三相电压源解耦。
第一和第二变流器的逆变器(2、12)的直流电压侧端子的两个较高电位经由第一电感L1连接。同样，第一和第二变流器的逆变器(2、12)的直流电压侧端子的两个较低电位经由第二电感L1连接。
这两个电感L1分别实施为围绕磁芯的绕组，其中两个电感的磁芯相同。
第一中间电路端子4和第二中间电路端子3分别实施为用于母线的端子。
在根据本发明的其他实施例中，代替用于母线，第一中间电路端子4被实施用于铜电缆，即不用于母线。
在根据本发明的其他实施例中，辅助绕组设置在第一电感L1上并且分别被施加电流，使得第一振荡电路的谐振频率可以被朝向理论值调节，并且尝试借助于电流的交流电压分量使谐波为零。
附图标记列表：
1 整流器
2 逆变器
3 第二中间电路端子
4 第一中间电路端子
5 交流电网，特别是三相电压源
6 电机
7 第二变流器的壳体
11 整流器
12 逆变器
13 外部扼流圈的壳体
14 第一中间电路端子
16 电机
17 第一变流器的壳体
L1 外部扼流圈的电感
L2 内部扼流圈的电感
C1 第一电容
C2 第二电容
+Uz 第一变流器的中间电路的较高电位
-Uz 第一变流器的中间电路的较低电位
+Uz_2 第二变流器的中间电路的较高电位
-Uz_2 第二变流器的中间电路的较低电位

Claims (15)

1.一种驱动系统，该驱动系统具有第一变流器和至少一个第二变流器，所述第一变流器在其壳体内具有第一整流器，该第一整流器的直流电压侧端子连接到、特别是直接连接到所述第一变流器的第一逆变器的直流电压侧端子，第一电容与所述第一逆变器的直流电压侧端子并联连接，
其特征在于，该第二变流器或每个第二变流器在其壳体内具有第二整流器，该第二整流器的直流电压侧端子经由电感L2、即尤其是扼流圈连接到所述第二变流器的第二逆变器的直流电压侧端子，第二电容与所述第二逆变器的直流电压侧端子并联连接，所述第一逆变器的直流电压侧端子经由第一电感L1连接到所述第二逆变器的直流电压侧端子。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第一电感L1布置在独立于所述第一变流器的壳体和所述第二变流器的壳体且/或与所述第一变流器的壳体和所述第二变流器的壳体间隔开的壳体内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第一电感L1分别实施为绕同一线圈芯缠绕的线圈绕组。
4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第二电容C2被实施为薄膜电容器或极性电容器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，根据千瓦kW量级的所述第二变流器的功率，所述第二电容C2的值大于15μF/kW。
6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第一电容C1被实施为薄膜电容器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，根据千瓦kW量级的所述第一变流器的功率，所述第一电容C1的值为5μF/kW或更小。
8.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第一逆变器的直流电压侧端子被引出到所述第一变流器的壳体上的第一端子单元。
9.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第二逆变器的直流电压侧端子被引出到所述第二变流器的壳体上的第二端子单元。
10.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第二整流器的直流电压侧端子被引出到所述第二变流器的壳体上的第三端子单元，特别是使得能够与另一第二变流器的壳体上的第三端子单元电连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第一电感L1与电容C1一起形成第一振荡电路，并且大小确定为，使得所述第一振荡电路的谐振频率在1kHz和2kHz之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第二电感L2与电容C2一起形成第二振荡电路，并且大小确定为，使得所述第二振荡电路的谐振频率的值小于第二整流器交流电压侧端子处的交流电压系统的频率的六倍，特别是小于300Hz。
13.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第一电感L1分别实施为围绕铁氧体芯布置的线圈绕组，在每个铁氧体芯上分别布置有被加载以电流的辅助绕组。
14.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述电流是叠加有交流电流的直流电流，该交流电流的幅值小于所述直流电流的值的一半。
15.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，在所述第一变流器的整流器的直流电压侧输出端处检测到的交流电压分量被馈送到第一调节器，该第一调节器以如下方式调节辅助绕组的电流、特别是交流电流，即：使得所述交流电压分量被朝向零调节，
和/或
所述辅助绕组的电流的直流分量由第二调节器以如下方式调节，即：使得所述第一振荡电路的谐振频率被朝向理论值调节。
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