DE10062855A1 - Testen der Leistungskomponenten von Umrichtern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen der Leistungskomponenten von Umrichtern. Erfindungsgemäß speist ein zu testender, erster Umrichter über eine Lastkreisverbindung, die Filterinduktivitäten aufweist, in einen zweiten Umrichter, dessen Leistungskomponenten von einer Steuereinheit so angesteuert sind, dass er wie eine elektrische Maschine Strom zieht und als Testlast für den ersten Umrichter dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen der Leistungskomponenten von Umrichtern gemäß den Ober­ begriffen der Patentansprüche 1 und 3.

Das Testen der Leistungskomponenten von Umrichtern erfolgt be­ kannterweise unter Belastung des Umrichters mit einer geeignet ausgelegten elektrischen Maschine. Dieses Testverfahren erfor­ dert wegen des Anschlusses der elektrischen Maschinen - eine als Last und eine zweite zur Abbremsung der Lastmaschine - räumlich relativ große Prüfstände.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Testen der Leistungskomponenten von Umrichtern zu schaffen, das mit technisch relativ kleinem Aufwand ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Pa­ tentansprüche 1 und 3 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung eig­ nen sich zum Testen von Umrichtern mit einem Spannungszwischen­ kreis, wobei die Umrichter während des Tests jenen Belastungen ausgesetzt werden, die sie beim Einsatz als Stellglied für e­ lektrische Maschinen erfahren würden. Das erfindundungsgemäße Verfahren kann für Funktionstets im Verlauf oder am Ende der Fertigung der Umrichter Verwendung finden oder es kann im Rah­ men von Wartungsarbeiten, bei der Bestimmung von Betriebs­ parametern oder bei zyklischen Lebensdauertests eingesetzt wer­ den. Es beruht darauf, dass zwei Umrichter über Filterinduktivitäten gekoppelt sind und einer von den Umrichtern so ge­ steuert ist, dass er wie eine elektrische Maschine Strom zieht und somit als Last für den zu testenden, anderen Umrichter dient.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung müssen zum Testen der Leistungskomponenten von Umrichtern keine elektrischen Ma­ schinen angeschlossen werden. Der Prüfstand wird deshalb in seiner räumlichen Größe nicht durch die elektrische Maschinen bestimmt und kann deshalb relativ klein ausfallen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei dem erfindungsgemäßen Testen im Vergleich zum Testen mit elektrischen Maschinen nur die Ver­ lustleistung der Leistungskomponenten und Filterinduktivitäten extern eingespeist werden muss. Es muss kein Ausgleich für die mechanischen und elektrischen Verluste in den elektrischen Ma­ schinen geliefert werden und es entfällt der konstruktive Auf­ wand für eine erforderliche Leistungsrückspeisung. Weiterhin wird die bei einem Testbetrieb mit elektrischen Maschinen auf­ tretende Lärmbelästigung vermieden.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figur zeigt eine Vorrichtung zum Testen von Umrichtern.

Die in der Figur gezeigte Vorrichtung 1 besteht aus dem zu tes­ tenden Umrichter 2, einem als Testlast dienenden Umrichter 3, einer Spannungsversorgung 4, einer Steuereinheit 5, einer Zwischenkreisverbindung 6, einer Lastkreisverbindung 7 mit Fil­ terinduktivitäten 8, Steuerleitungen 9 und Stromsensoren 10.

Die Vorrichtung 1 ist so aufgebaut, dass die Zwischenkreise der Umrichter 2 und 3 über die Zwischenkreisverbindung 6 miteinan­ der verbunden sind, die aus der Spannungsversorgung 4 gespeist ist. Die Lastkreisverbindung 7, zwischen den beiden Umrichtern, besteht üblicherweise aus drei Strängen und weist pro Strang eine Filterinduktivität 8 auf. Die vorgenannte Anzahl der Stränge ist für die erfindungsgemäße Lösung nicht maßgebend und kann vom Fachmann für das Testen von Umrichtern mit anderer Phasenzahl beliebig variiert werden. Die Steuereinheit 5 lie­ fert über die Steuerleitungen 9 die Ansteuersignale für die Um­ richter 2 und 3.

Die Filterinduktivitäten 8 sind für das erfindungsgemäße Testen der Leistungskomponenten des Umrichters 2 erforderlich, da sie einen Teil des induktiven Lastanteils einer elektrischen Ma­ schine simulieren, den Umrichter mit Spannungszwischenkreis voraussetzen. In ihrer Stromtragfähigkeit müssen die Filterin­ duktivitäten an die im simulierten Lastfall maximal auftreten­ den Ströme angepaßt sein.

Wenn es sich bei dem zu testenden Umrichter 2 um ein Gerät han­ delt, das mit einer fertiggestellten Steuereinheit ausgerüstet ist, dann kann abweichend zu der vorangehend beschriebenen Steuerung die Steuereinheit 5 auch auf die Steuereinheit des Umrichters 2 einwirken, die üblicherweise bei Umrichtern mit entsprechenden Signaleingängen ausgerüstet ist.

Die oben beschriebene direkte Ansteuerung des Umrichters 2 mit der Steuereinheit 5 bietet sich für das Testen der Leistungs­ komponenten von Umrichtern an, die entweder noch nicht mit ei­ ner eigenen Steuereinheit fertigestellt sind, oder bei denen bewusst die eigene Steuereinheit überbrückt werden soll. In diesem Fall wirkt die Steuereinheit 5 direkt auf die Steuersig­ naleingänge der Leistungskomponenten ein.

In der Vorrichtung sind weiterhin Mittel zur Erfassung der Zwi­ schenkreisspannungen der Umrichter 2 und 3 und Stromsensoren 10 zur Erfassung der Ströme durch die Filterinduktivitäten 8 vor­ gesehen. Die erfassten Messwerte der Spannungen und Ströme werden in der Steuereinheit 5 ausgewertet.

Die vorangehend beschriebene Vorrichtung lässt sich zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie nachstehend beschrieben verwenden.

Zum Testen des Umrichters 2 werden seine Leistungskomponenten - oder gebenenfalls seine integrierte Steuereinheit - von der Steuereinheit 5 so angesteuert, als würde der Umrichter anstel­ le des Umrichters 3 und den Filterinduktivitäten 8 eine elek­ trische Maschine speisen. Eine derartige Ansteuerung ist da­ durch realisierbar, dass von der Steuereinheit 5 am Ausgang des Umrichters 2 ein für einen ausgesuchten Lastfall mit einer aus­ gesuchten elektrischen Maschine prognostizierbarer Span­ nungsverlauf vorgegeben wird.

Die Leistungskomponenten des als Testlast dienenden Umrichters 3 werden von der Steuereinheit 5 so angesteuert, dass die in den Filterinduktivitäten 8 und damit auch in den Ausgangsklem­ men des speisenden Umrichters 2 auftretenden Stromverläufe prognostizierbaren Stromverläufen für den ausgesuchten Last­ fall und die ausgesuchte elektrische Maschine entsprechen.

Die Lastfälle können einzelnen Betriebspunkten einer elektri­ schen Maschine oder auch Belastungszyklen entsprechen, wie sie z. B. in elektrischen Antriebsmaschinen für Straßenfahrzeuge auftreten.

Die prognostizierten Spannungs- und Stromverläufe werden mit Hilfe eines Modells für die jeweilige elektrische Maschine und den jeweiligen Lastfall auf einem Rechner der Steuereinheit 5 ermittelt. Dabei werden zunächst der vorzugebende Spannungsver­ lauf und die entsprechenden Ansteuersignale für den Umrichter 2 - oder gegebenenfalls für seine integrierte Steuereinheit - ermittelt. Aus den prognostizierten Stromverläufen, den gemes­ senen Strömen durch die Filterinduktivitäten 8 und der gemes­ senen Zwischenkreisspannung werden in der Steuereinheit 5 mit Hilfe geeigneter Regelalgorithmen die Ansteuersignale für den Umrichter 3 berechnet und generiert. In diesen Regelalgorithmen können die prognostizierten Spannungsverläufe für den Umrichter 2 und muss die galvanische Verbindung der Zwischenkreise be­ rücksichtigt sein.

Claims (4)

1. Verfahren zum Testen der Leistungskomponenten von Umrich­ tern, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu testender, erster Um­ richter (2) über eine Lastkreisverbindung (7), die Filter­ induktivitäten (8) aufweist, in einen zweiten Umrichter (3) speist, dessen Leistungskomponenten von einer Steuereinheit (5) so angesteuert sind, dass er wie eine elektrische Maschine Strom zieht und als Testlast für den ersten Umrichter (2) dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungskomponenten des ersten Umrichters (2) von der Steuer­ einheit (5) nach Regelalgorithmen gesteuert sind, die einen für den Lastfall prognostizierten Spannungsverlauf am Ausgang des Umrichters (2) einhalten und dass die Ansteuerung der Leis­ tungskomponenten des zweiten Umrichters (3) nach Regelalgorith­ men erfolgt, die einen für den Lastfall prognostizierten Strom­ verlauf in der Lastkreisverbindung (7) zwischen den beiden Um­ richtern einhalten.

3. Vorrichtung zum Testen der Leistungskomponenten von Umrich­ tern mit Spannungszwischenkreisen zur Durchführung des Verfah­ rens nach den voranstehend angegebenen Patentansprüchen, da­ durch gekennzeichent, dass die Leistungsausgänge eines ersten, zu testenden Umrichters (2) über eine Lastkreisverbindung (7) und Filterinduktivitäten (8) mit den Leistungsausgängen eines zweiten, als Testlast dienenden Umrichters (3) elektrisch verbunden sind, dass die Zwischenkreise der Umrichter über eine Zwischenkreisverbindung (6) galvanisch miteinander verbunden sind, dass zur Energieversorgung der beiden Umrichter eine Spannungsversorgung (4) in die Zwischenkreisverbindung (6) einspeist, dass Stromsensoren (10) und Mittel zur Spannungs­ messung in der Vorrichtung vorgesehen sind und ihre Messergeb­ nisse einer gemeinsamen Steuereinheit (5) zuführen und dass der zu testende, erste Umrichter (2) in seiner Ausgangspannung und der als Testlast dienende, zweite Umrichter (3) in seiner Stromaufnahme von der gemeinsamen Steuereinheit (5) nach prog­ nostizierten Spannungs- und Stromverläufen gesteuert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungskomponenten des zu testenden, ersten Umrichters (2) nicht direkt von der Steuereinheit (5) angesteuert sind, sondern dass die Steuereinheit (5) über die marktübliche, in den Umrichter (2) integrierte Steuereinheit auf die Leistungs­ komponenten einwirkt.