DE10001497A1 - Circuit arrangement with electrical frequency converter with DC intermediate circuit for control of electric motor drives. has between in-feed and static rectifier - Google Patents

Circuit arrangement with electrical frequency converter with DC intermediate circuit for control of electric motor drives. has between in-feed and static rectifier

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Abstract

A circuit arrangement has an electrical frequency converter with a DC intermediate circuit for the control of electric motor drives. The frequency converter consists of a static rectifier connected to an in-feed, an intermediate circuit condenser, a controlled inverter to which an electric motor is connected and a control circuit. The control circuit has a reference voltage source and a comparator which closes the braking switch when the intermediate circuit voltage at the intermediate circuit condenser exceeds the voltage of the reference voltage source. Between the in-feed (10) and the static rectifier is connected a closed-when-working mains switch. An auxiliary rectifier (21) is connected in parallel to the static rectifier (11) on the AC side and to it is connected an auxiliary condenser (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Frequenzumformer mit einem Gleichspannungszwischenkreis zur Ansteuerung von elektromotorischen Antrieben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement with an electrical Frequency converter with a DC link to control Electric motor drives according to the preamble of claim 1.

Derartige Schaltungsanordnungen sind aus der DE 42 35 223 bekannt und umfassen ausgehend von einer netzseitigen Einspeisung einen statischen Gleichrichter, einer dem Gleichrichter nachgeordneten Zwischenkreisschaltungsanordnung und einen der Zwischenkreisschaltungsanordnung nachgeordneten, gesteuerten Wechselrichter, an den ein Elektromotor des elektromotorischen Antriebs angeschlossen ist. Der Wechselrichter weist gesteuerte Schalter auf, denen Freilaufdioden antiparallel geschaltet sin. Die Zwischenkreisschaltungsanordnung weist einen kapazitiven Energiespeicher und einen Bremsschalter zum Abbau von Spannungsspitzen im Gleichspannungszwischenkreis auf. Dieser Bremsschalter besteht üblicherweise aus einem spannungsabhängig aktivierbaren Schalter und einem Widerstand, in dem die Energie der Spannungsspitzen im Gleichspannungszwischenkreis in Wärme umgesetzt wird.Such circuit arrangements are known from DE 42 35 223 and include a static rectifier, a the intermediate circuit circuit arrangement downstream of the rectifier and one of the DC link circuit arrangement downstream, controlled inverter an electric motor of the electric motor drive is connected. The Inverters have controlled switches, the freewheeling diodes antiparallel switched. The intermediate circuit arrangement has a capacitive Energy storage and a brake switch for reducing voltage peaks in the DC link on. This brake switch usually consists of a voltage-dependent activatable switch and a resistor in which the Energy of the voltage peaks in the DC link in heat is implemented.

Darüber hinaus ist ein Hilfskondensator vorgesehen, der mit seinen Polen einerseits über einen zusätzlichen Netzgleichrichter an das gemeinsame Wechselspannungsnetz angeschaltet ist und andererseits jeweils über einzelne Diodenpaare an die Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen ist. Ein Komparator schließt den Bremsschalter, wenn die Spannung am Hilfskondensator eine Referenzspannung überschreitet.In addition, an auxiliary capacitor is provided, the one hand with its poles via an additional line rectifier to the common AC network is switched on and on the other hand via individual diode pairs to the DC link capacitors is connected. A comparator closes the  Brake switch when the voltage on the auxiliary capacitor is a reference voltage exceeds.

Soweit die im generatorischen Betrieb des Elektromotors über die Freilaufdioden des Wechselrichters in den Gleichspannungszwischenkreis rückgespeiste Energie für die Spannungsspitzen ursächlich ist, sind die Spannungsspitzen von kurzer Dauer und durch den Bremsschalter abbaubar.As far as the generator operation of the electric motor via the freewheeling diodes Inverter is fed back into the DC voltage for the energy Voltage peaks is the cause, the voltage peaks are of short duration and degradable by the brake switch.

Wenn aber die Spannungsspitzen im Gleichspannungszwischenkreis durch Spannungsüberhöhungen seitens der netzseitigen Einspeisung hervorgerufen werden, sind diese von unbestimmter Dauer sowie unbestimmter Höhe und können eine Beschädigung beziehungsweise Zerstörung des Bremsschalters durch thermische Überlastung bewirken.But if the voltage peaks in the DC link Voltage rises are caused by the grid-side infeed, these are of indefinite duration and indefinite amount and can be one Damage or destruction of the brake switch by thermal Cause overload.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Frequenzumformer der eingangs erwähnten Art anzugeben, die geeignet ist, Spannungsspitzen im Gleichspannungszwischenkreis hinsichtlich ihrer Ursache differenziert zu erkennen und zu behandeln.The invention is therefore based on the object of a circuit arrangement with a specify electrical frequency converter of the type mentioned, which is suitable is voltage peaks in the DC link with regard to their cause to recognize and treat differentiated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 benannt.According to the invention, this object is achieved with the means of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in claims 2 to 4 named.

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Frequenzumformer mit einem Gleichspannungszwischenkreis zur Ansteuerung von elektromotorischen Antrieben, wobei der Frequenzumformer aus einem an eine Einspeisung angeschlossenen statischen Gleichrichter, einem Zwischenkreiskondensator, einem gesteuerten Wechselrichter, an den ein Elektromotor angeschlossen ist, einem Bremsschalter und einer Steuerschaltung besteht, wobei die Steuerschaltung eine Referenzspannungsquelle und einen Komparator aufweist, der den Bremsschalter schließt, wenn die Spannung am Zwischenkreiskondensator die Spannung der Referenzspannungsquelle übersteigt.The invention relates to a circuit arrangement with an electrical Frequency converter with a DC link to control electromotive drives, the frequency converter from one to one Supply connected static rectifier, one DC link capacitor, a controlled inverter, to the one Electric motor is connected, a brake switch and a control circuit there, the control circuit a reference voltage source and a Comparator that closes the brake switch when the voltage at DC link capacitor exceeds the voltage of the reference voltage source.

Erfindungsgemäß ist ein Netzschalter vorgesehen, der zwischen die Einspeisung und den statischen Gleichrichter geschaltet ist und betriebsmäßig in Ruhelage geschlossen ist. Darüber hinaus ist dem statischen Gleichrichter wechselspannungsseitig ein Hilfsgleichrichter parallelgeschaltet ist, an den gleichspannungsseitig ein Hilfskondensator angeschlossen ist. Die Steuerschaltung ist mit einem zweiten Komparator ausgestattet, der über einen Schaltverstärker derart mit dem Netzschalter in Wirkverbindung steht, daß der Netzschalter öffnet, wenn die Spannung am Hilfskondensator die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle übersteigt.According to the invention, a mains switch is provided, which is between the infeed and the static rectifier is switched and operationally closed in the rest position  is. In addition, the static rectifier is on the AC side Auxiliary rectifier is connected in parallel on the DC voltage side Auxiliary capacitor is connected. The control circuit is with a second Comparator equipped with a power amplifier with the power switch is in operative connection that the power switch opens when the voltage at Auxiliary capacitor exceeds the reference voltage of the reference voltage source.

Die über dem Hilfskondensator abgreifbare Hilfsspannung ist proportional zur Netzwechselspannung an der Einspeisung und rückwirkungsfrei gegenüber der Zwischenkreisspannung über dem Zwischenkreiskondensator.The auxiliary voltage that can be tapped across the auxiliary capacitor is proportional to Mains AC voltage at the infeed and non-reactive compared to the DC link voltage across the DC link capacitor.

Während der motorischen Belastung des Zwischenkreises und bei einer netzseitigen Speisespannung im zulässigen Toleranzbereich ist die Hilfsspannung etwa gleich der Zwischenkreisspannung und kleiner als die Referenzspannung. Folglich ist der Netzschalter geschlossen und der Bremsschalter geöffnet.During the motor load of the DC link and with a line-side Supply voltage in the permissible tolerance range, the auxiliary voltage is approximately equal to that DC link voltage and less than the reference voltage. Hence the Mains switch closed and the brake switch opened.

Eine Überhöhung der Zwischenkreisspannung wird durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors und I oder durch Spannungsüberhöhungen der netzseitigen Einspeisung verursacht. Dabei werden temporäre Überhöhungen der Zwischenkreisspannung durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors in bekannter Art und Weise durch temporäres Schließen des Bremsschalters abgebaut, wobei die aus dem Elektromotor rückgespeiste, begrenzte Energie in Wärme umgesetzt wird.The DC link voltage increases due to the generator operation of the electric motor and I or by voltage increases of the network side Infeed caused. This will temporarily increase the DC link voltage due to the generator operation of the electric motor in known manner degraded by temporarily closing the brake switch, where the limited energy returned from the electric motor in heat is implemented.

Beim Auftreten einer Überhöhung der Zwischenkreisspannung durch Spannungsüberhöhungen der netzseitigen Einspeisung übersteigt die der Netzwechselspannung proportional folgende Hilfsspannung die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle. Durch Vergleich der Hilfsspannung mit der Referenzspannung mittels des zweiten Komparators wird die Überhöhung der Zwischenkreisspannung durch Spannungsüberhöhungen der netzseitigen Einspeisung erkannt und über den zweiten Schaltverstärker der Netzschalter geöffnet. In Folge dessen wird die Energieversorgung des Zwischenkreises sowie des Hilfskreises unterbrochen. If the DC link voltage increases Voltage increases in the grid-side infeed exceed those of Mains AC voltage proportional to the reference voltage of the following auxiliary voltage Reference voltage source. By comparing the auxiliary voltage with the Reference voltage by means of the second comparator is the increase of the DC link voltage due to voltage increases in the grid-side infeed recognized and the power switch opened via the second switching amplifier. As a result this is the energy supply of the intermediate circuit and the auxiliary circuit interrupted.  

Die überhöhte Zwischenkreisspannung wird in Abhängigkeit von der Betriebsart des Elektromotors durch Energieentnahme im motorischen Betrieb oder durch Schließen des Bremsschalters im generatorischen Betrieb abgebaut. Gleichzeitig sinkt die Hilfsspannung durch Energieentnahme seitens der Steuerschaltung. Sobald die Hilfsspannung unter die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle fällt, wird der Netzschalter wieder geschlossen.The excessive DC link voltage is dependent on the operating mode of the Electric motor by withdrawing energy during motor operation or by closing of the brake switch removed in generator mode. At the same time, it drops Auxiliary voltage through energy consumption by the control circuit. As soon as the Auxiliary voltage falls below the reference voltage of the reference voltage source the power switch is closed again.

Bei dauerhafter Spannungsüberhöhungen der netzseitigen Einspeisung wird der Netzschalter periodisch geöffnet und geschlossen, wobei die Zwischenkreisspannung im Mittel aufrechterhalten wird. Dabei werden trotz dauerhafter Spannungsüberhöhungen der netzseitigen Einspeisung vorteilhafterweise der Betrieb des Elektromotors aufrechterhalten und unzulässige Belastungen des Bremsschalters vermieden.In the event of permanent voltage increases in the grid-side infeed, the Mains switch periodically opened and closed, the intermediate circuit voltage is maintained on average. Here, despite being permanent Voltage increases in the grid-side feed advantageously the operation of the electric motor and impermissible loads on the brake switch avoided.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The necessary drawings show:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Frequenzumformers Fig. 1 is a block diagram of a frequency converter

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Steuerschaltung Fig. 2 is a schematic diagram of a control circuit

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild eines Frequenzumformers dargestellt. Der Frequenzumformer besteht aus einem an eine Einspeisung 10 angeschlossenen statischen Gleichrichter 11, einem Zwischenkreiskondensator 12, einem gesteuerten Wechselrichter 14, an den ein Elektromotor 15 angeschlossen ist, einem Bremsschalter 13 und einer Steuerschaltung 23. Zwischen die Einspeisung 10 und den statischen Gleichrichter 11 ist ein betriebsmäßig geschlossener Netzschalter 24 zwischengeschaltet. Darüber hinaus ist dem statischen Gleichrichter 11 wechselspannungsseitig ein Hilfsgleichrichter 21 parallelgeschaltet, an den gleichspannungsseitig ein Hilfskondensator 22 angeschlossen ist.In Fig. 1 a schematic diagram is shown of a frequency converter. The frequency converter consists of a static rectifier 11 connected to an infeed 10 , an intermediate circuit capacitor 12 , a controlled inverter 14 to which an electric motor 15 is connected, a brake switch 13 and a control circuit 23 . An operationally closed power switch 24 is interposed between the feed 10 and the static rectifier 11 . In addition, an auxiliary rectifier 21 is connected in parallel to the static rectifier 11 on the AC voltage side, to which an auxiliary capacitor 22 is connected on the DC voltage side.

Die Steuerschaltung 23 weist Anschlußklemmen zum Anschluß der über dem Zwischenkreiskondensator 12 anliegenden Zwischenkreisspannung 231 und der über dem Hilfskondensator 22 anliegenden Hilfsspannung 232 sowie einen Bremssteuerausgang 238 zur Betätigung des Bremsschalters 13 und einen Netzsteuerausgang zur Betätigung des Netzschalters 24 auf. The control circuit 23 has connecting terminals for connecting the intermediate circuit voltage 231 across the intermediate circuit capacitor 12 and the auxiliary voltage 232 across the auxiliary capacitor 22, as well as a brake control output 238 for actuating the brake switch 13 and a mains control output for actuating the mains switch 24 .

In Fig. 2 ist der Aufbau der Steuerschaltung 23 prinzipiell dargestellt. In der Steuerschaltung 23 ist eine Referenzspannung 233 bereitgestellt. In einer ersten Ausführungform ist diese Referenzspannung 233 aus der Zwischenkreisspannung 231 abgeleitet. In einer zweiten Ausführungform ist diese Referenzspannung 233 aus der Hilfsspannung 232 abgeleitet. In einer dritten und dargestellten Ausführungform ist diese Referenzspannung 233 aus der Zwischenkreisspannung 231 und aus der Hilfsspannung 232 abgeleitet. Vorteilhafterweise wird die Bereitstellung der Referenzspannung 233 nach der zweiten und dritten Ausführungform auch dann sichergestellt, wenn durch überhöhte Energieentnahme aus dem Zwischenkreis die Zwischenkreisspannung 231 zusammenbricht.The structure of the control circuit 23 is shown in principle in FIG. 2. A reference voltage 233 is provided in the control circuit 23 . In a first embodiment, this reference voltage 233 is derived from the intermediate circuit voltage 231 . In a second embodiment, this reference voltage 233 is derived from the auxiliary voltage 232 . In a third and illustrated embodiment, this reference voltage 233 is derived from the intermediate circuit voltage 231 and from the auxiliary voltage 232 . Advantageously, the provision of the reference voltage 233 according to the second and third embodiment is also ensured if the intermediate circuit voltage 231 breaks down due to excessive energy withdrawal from the intermediate circuit .

Die Zwischenkreisspannung 231 und die Hilfsspannung 232 sind mittels separater Spannungsteiler gegenüber einem gemeinsamen Bezugspotential, das auch Bezugspotential der Referenzspannung 233 ist, symmetriert.The intermediate circuit voltage 231 and the auxiliary voltage 232 are symmetrized by means of separate voltage dividers with respect to a common reference potential, which is also the reference potential of the reference voltage 233 .

Die Steuerschaltung 23 weist einen ersten Komparator 235 auf, mit dem eine zu der Zwischenkreisspannung 231 proportionale Spannung mit der Referenzspannung 233 verglichen wird. Dem ersten Komparator 235 ist ein erster Schaltverstärker 237 nachgeschaltet, dessen Ausgang der Bremssteuerausgang 238 zur Betätigung des Bremsschalters 13 ist. Sobald die zu der Zwischenkreisspannung 231 proportionale Spannung die Referenzspannung 233 übersteigt, wird über den ersten Schaltverstärker 237 der Bremsschalter 13 geschlossen. Sobald die zu der Zwischenkreisspannung 231 proportionale Spannung unter die Referenzspannung 233 zurückfällt, wird der Bremsschalter 13 geöffnet.The control circuit 23 has a first comparator 235 with which a voltage proportional to the intermediate circuit voltage 231 is compared with the reference voltage 233 . The first comparator 235 is followed by a first switching amplifier 237 , the output of which is the brake control output 238 for actuating the brake switch 13 . As soon as the voltage proportional to the intermediate circuit voltage 231 exceeds the reference voltage 233 , the brake switch 13 is closed via the first switching amplifier 237 . As soon as the voltage proportional to the intermediate circuit voltage 231 falls below the reference voltage 233 , the brake switch 13 is opened.

Darüber hinaus weist die Steuerschaltung 23 einen zweiten Komparator 234 auf, mit dem eine zu der Hilfsspannung 232 proportionale Spannung mit der Referenzspannung 233 verglichen wird. Dem zweiten Komparator 235 ist ein zweiter Schaltverstärker 236 nachgeschaltet, dessen Ausgang der Netzsteuerausgang 239 zur Betätigung des Netzschalters 24 ist. Sobald die zu der Hilfsspannung 232 proportionale Spannung die Referenzspannung 233 übersteigt, wird über den zweiten Schaltverstärker 236 der Netzschalters 24 geöffnet. Sobald die zu der Hilfsspannung 232 proportionale Spannung unter die Referenzspannung 233 zurückfällt, wird der Netzschalters 24 geschlossen. In addition, the control circuit 23 has a second comparator 234 with which a voltage proportional to the auxiliary voltage 232 is compared with the reference voltage 233 . The second comparator 235 is followed by a second switching amplifier 236 , the output of which is the mains control output 239 for actuating the mains switch 24 . As soon as the voltage proportional to the auxiliary voltage 232 exceeds the reference voltage 233 , the mains switch 24 is opened via the second switching amplifier 236 . As soon as the voltage proportional to the auxiliary voltage 232 falls below the reference voltage 233 , the mains switch 24 is closed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Einspeisung
feed

1111

Gleichrichter
rectifier

1212

Zwischenkreiskondensator
Link capacitor

1313

Bremsschalter
brake switch

1414

Wechselrichter
inverter

1515

Elektromotor
electric motor

2121

Hilfsgleichrichter
Auxiliary rectifier

2222

Hilfskondensator
auxiliary condenser

2323

Steuerschaltung
control circuit

231231

Zwischenkreisspannug
Zwischenkreisspannug

232232

Hilfsspannung
auxiliary voltage

233233

Referenzspannung
reference voltage

234234

, .

235235

Komparator
comparator

236236

, .

237237

Schaltverstärker
switching amplifier

238238

Bremssteuerausgang
Brake control output

239239

Netzsteuerausgang
Network control output

2424

Netzschalter
power switch

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Frequenzumformer mit einem Gleichspannungszwischenkreis zur Ansteuerung von elektromotorischen Antrieben, wobei der Frequenzumformer aus einem an eine Einspeisung angeschlossenen statischen Gleichrichter, einem Zwischenkreiskondensator, einem gesteuerten Wechselrichter, an den ein Elektromotor angeschlossen ist, einem Bremsschalter und einer Steuerschaltung besteht, wobei die Steuerschaltung eine Referenzspannungsquelle und einen Komparator aufweist, der den Bremsschalter schließt, wenn die Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator die Spannung der Referenzspannungsquelle übersteigt, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Einspeisung (10) und dem statischen Gleichrichter (11) ein betriebsmäßig geschlossener Netzschalter (24) zwischengeschaltet ist,
daß dem statischen Gleichrichter (11) wechselspannungsseitig ein Hilfsgleichrichter (21) parallelgeschaltet ist, an den gleichspannungsseitig ein Hilfskondensator (22) angeschlossen ist,
daß die Steuerschaltung (23) einen zweiten Komparator (234) aufweist, der über einen Schaltverstärker (236) derart mit dem Netzschalter (24) in Wirkverbindung steht, daß der Netzschalter (24) öffnet, wenn die Hilfsspannung (232) am Hilfskondensator (22) die Referenzspannung (233) der Referenzspannungsquelle übersteigt.
1.Circuit arrangement with an electrical frequency converter with a DC voltage intermediate circuit for controlling electromotive drives, the frequency converter consisting of a static rectifier connected to an infeed, an intermediate circuit capacitor, a controlled inverter to which an electric motor is connected, a brake switch and a control circuit, whereby the control circuit has a reference voltage source and a comparator which closes the brake switch when the intermediate circuit voltage at the intermediate circuit capacitor exceeds the voltage of the reference voltage source, characterized in that
that an operationally closed mains switch ( 24 ) is interposed between the feed ( 10 ) and the static rectifier ( 11 ),
that an auxiliary rectifier ( 21 ) is connected in parallel to the static rectifier ( 11 ) on the AC voltage side, to which an auxiliary capacitor ( 22 ) is connected on the DC voltage side,
that the control circuit ( 23 ) has a second comparator ( 234 ) which is operatively connected to the power switch ( 24 ) via a switching amplifier ( 236 ) in such a way that the power switch ( 24 ) opens when the auxiliary voltage ( 232 ) on the auxiliary capacitor ( 22 ) exceeds the reference voltage ( 233 ) of the reference voltage source.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (233) aus der Zwischenkreisspannung (238) abgeleitet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the reference voltage ( 233 ) is derived from the intermediate circuit voltage ( 238 ). 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (233) aus der Hilfsspannung (232) abgeleitet ist. 3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the reference voltage ( 233 ) is derived from the auxiliary voltage ( 232 ). 4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (233) aus der Zwischenkreisspannung (238) und aus der Hilfsspannung (232) abgeleitet ist.4. Circuit arrangement according to claims 2 and 3, characterized in that the reference voltage ( 233 ) from the intermediate circuit voltage ( 238 ) and from the auxiliary voltage ( 232 ) is derived.
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