DE102004042256A1

DE102004042256A1 - Direct voltage link circuit e.g. for printing machine, has DC link voltage dropped across series-circuit of ohmic resistor and DC link capacitor

Info

Publication number: DE102004042256A1
Application number: DE102004042256A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dieter Kleibaumhüter; Kubilay Koral; Jürgen Kunz; Josef Reiter; Reiner Villhauer
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2003-09-15
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2005-04-07

Abstract

Circuit arrangement uses a control device (1) for forming DC voltage link circuit which is connected on the input-side via rectifier (5) to AC voltage source and on the output side - to inverter (4). DC voltage link voltage is dropped across a series circuit having an ohmic resistance (2) and at least one link circuit capacitor (6), and current is taken through the ohmic resistance by a first switch (3) by by-passing link circuit capacitor (6). A second switch (11) allows the current through the capacitor (6), in a third switching state, by by-passing the ohmic resistor (2). An independent claim is given for a method of operating a specified circuit arrangement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines Gleichspannungszwischenkreises, welcher eingangsseitig über einen Gleichrichter an eine Wechselspannungsquelle anschließbar ist und welcher ausgangsseitig zum Anschluss an einen Inverter vorgesehen ist.The The present invention relates to a circuit arrangement for forming a DC voltage intermediate circuit, which input side via a rectifier can be connected to an AC voltage source and which output side is provided for connection to an inverter.

Große elektrisch angetriebene Maschinen mit regelbaren Antrieben sind meist mit regelbaren Drehstromantrieben oder Gleichstrommotoren ausgestattet. Bei diesen Antriebsvarianten ist es notwendig, die Wechselspannung aus dem Stromnetz mittels eines Gleichrichters in eine Gleichspannung zu verwandeln, welche wiederum mit einem angeschlossenen Inverter in eine sinusförmige Wechselspannung oder getaktete Gleichspannung geformt wird. Bei Druckmaschinen müssen die elektrischen Antriebsmotoren jedoch nicht nur als Antrieb arbeiten, sondern zumindest teilweise auch im Bremsbetrieb. Im Bremsbetrieb jedoch arbeiten die Motoren dann als Generator und geben dementsprechend Energie über den Inverter an den Gleichspannungszwischenkreis ab. Über den Inverter ist somit ein Energiefluss in beide Richtungen möglich. Da der Gleichrichter diese Möglichkeit jedoch nicht bietet, kann aus dem Zwischenkreis keine elektrische Energie in das Stromnetz zwückgeführt werden. Aus diesem Grund muss der Gleichspannungszwischenkreis eine Möglichkeit vorsehen, die dabei generatorisch erzeugte elektrische Energie in Wärme umzuwandeln. Dazu weist der Gleichspannungszwischenkreis einen ohmschen Widerstand auf, welcher auch Chopperwiderstand genannt wird und die elektrische Energie gegebenenfalls in Wärme umsetzt. Außerdem muss der Gleichspannungszwischenkreis so ausgestaltet sein, dass beim Einschalten der Netzspannung am Gleichrichter und dem danach erfolgenden Aufbau der Gleichspannung im Zwischenkreis durch einen Elektrolyt-Kondensator eine Einschaltstrombegrenzung vorgenommen wird.Great electric Powered machines with controllable drives are usually with adjustable three-phase drives or DC motors. With these drive variants it is necessary to use the AC voltage from the mains to transform a rectifier into a DC voltage, which again with a connected inverter in a sinusoidal AC voltage or clocked DC voltage is formed. For printing presses must However, electric drive motors do not just work as a drive, but at least partially in braking mode. In braking mode However, the motors then work as a generator and give accordingly energy over the Inverter to the DC voltage intermediate circuit. On the Inverter is thus an energy flow in both directions possible. There the rectifier this possibility However, does not offer, can from the DC no electrical Energy can be converted into the power grid. For this reason, the DC link must be a possibility Provide the generator generated electrical energy in To convert heat. For this purpose, the DC intermediate circuit has an ohmic resistance on, which is also called chopper resistance and the electrical energy optionally in heat implements. Furthermore the DC link must be designed so that when switching on the mains voltage at the rectifier and afterwards Successful construction of the DC voltage in the DC bus by a Electrolytic capacitor made an inrush current limit becomes.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der Offenlegungsschrift DE 198 25 801 A1 bekannt, welche einen Gleichspannungszwischenkreis zeigt, der einen ohmschen Widerstand aufweist, welcher gleichzeitig zur Begrenzung des Einschaltstromes dient als auch im generatorischen Betrieb elektrische Energie in Wärme umwandelt. Die Schaltung ist dabei so konzipiert, dass beim Einschalten der Netzspannung die Zwischenkreisgleichspannung über einen ohmschen Widerstand in Reihe mit einem Zwischenkreiskondensator aufgebaut wird. Wenn sich die Zwischenkreisspannung aufgebaut hat, wird der ohmsche Widerstand mittels eines Schalters überbrückt, so dass im normalen Betrieb nicht unnötig elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Während des Aufbaus der Zwischenkreisspannung ist der ohmsche Widerstand über einen eingeschalteten Transistor mit der Gleichrichterbrücke verbunden. Wenn im motorischen Betrieb der als Thyristor ausgeführte Schalter den Strom führt, so wird der ohmsche Widerstand umgangen und der Transistor ist ausgeschaltet. Falls die Schaltung im generatorischen Betrieb läuft, so wird ein zweiter Ballasttransistor eingeschaltet, um den gleichen Widerstand zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme zu benutzen. Weiterhin weist zumindest der Ladetransistor eine antiparallel geschaltete Diode auf, um einen beim Abschalten des Ballasttransistors fließenden Strom über die Diode und den eingeschalteten Schalter als Freilaufzweig abbauen zu können.Such a circuit arrangement is known from the published patent application DE 198 25 801 A1 known, which shows a DC voltage intermediate circuit, which has an ohmic resistance, which also serves to limit the inrush current and converts electrical energy into heat in generator operation. The circuit is designed so that when switching on the mains voltage, the DC link voltage is built up via an ohmic resistance in series with a DC link capacitor. When the intermediate circuit voltage has built up, the ohmic resistance is bridged by means of a switch, so that in normal operation, unnecessary electrical energy is not converted into heat. During the construction of the intermediate circuit voltage, the ohmic resistance is connected via a transistor connected to the rectifier bridge. If, during motor operation, the switch designed as a thyristor carries the current, the ohmic resistance is bypassed and the transistor is switched off. If the circuit is operating in regenerative mode, a second ballast transistor is turned on to use the same resistor to convert electrical energy to heat. Furthermore, at least the charging transistor has an antiparallel-connected diode in order to be able to reduce a current flowing when the ballast transistor is switched off via the diode and the switched-on switch as a freewheeling branch.

Auch aus der DD 243 153 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Bremsstromregelung und Ladestrombegrenzung bekannt. Auch hier ist ein ohmscher Widerstand vorhanden, welcher sowohl den Einschaltstrom beim Aufbau der Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator begrenzt als auch im generatorischen Betrieb aus einem Inverter kommende elektrische Energie in Wärme umwandeln kann. Bei dieser Schaltungsanordnung fällt die Zwischenkreisspannung über einer Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand, einer Diode und dem Zwischenkreiskondensator an. Antiparallel zu dem ohmschen Widerstand und der Diode ist eine weitere Diode geschaltet. Außerdem ist die Diode und der Zwischenkreiskondensator mittels eines Transistors überbrückbar. Wenn der Gleichrichter eingeschaltet wird und eine Zwischenkreisspannung aufgebaut wird, so fließt ein Kondensatorladestrom über den ohmschen Widerstand, die in Reihe geschaltete Diode und den Zwischenkreiskondensator. Mittels des parallel zur Diode und dem Zwischenkreiskondensator vorhandenen Transistors lässt sich die Ladung des Zwischenkreiskondensators begrenzen, indem der Transistor leitend geschaltet wird. Wenn die Spannung am Zwischenkreiskondensator wieder ein unkritisches Niveau erreicht hat, so wird der Transistor wieder ausgeschaltet. Mittels des Transistors lässt sich also die Ladung des Zwischenkreiskondensators steuern. Wenn der durch den Umrichter gespeiste Motor im generatorischen Betrieb arbeitet, so wird ebenfalls der Transistor eingeschaltet, so dass jetzt ein Bremsstrom durch den ohmschen Widerstand fließt und dort elektrische Energie in Wärme umwandelt. Diese Schaltung weist jedoch den großen Nachteil auf, dass der Zwischenkreiskondensator grundsätzlich immer über den ohmschen Widerstand aufgeladen wird. Das heißt im normalen Betrieb nach dem Aufbau der Zwischenkreisspannung wird im ohmschen Widerstand unnötige Verlustwärme erzeugt, um den Zwischenkreiskondensator aufzuladen.Also from the DD 243 153 A1 is a circuit arrangement for braking current control and charging current limiting known. Again, an ohmic resistance is present, which limits both the inrush during construction of the intermediate circuit voltage at the DC link capacitor and can convert in regenerative mode coming from an inverter electrical energy into heat. In this circuit arrangement, the intermediate circuit voltage is applied across a series circuit of ohmic resistance, a diode and the intermediate circuit capacitor. Antiparallel to the ohmic resistance and the diode is connected another diode. In addition, the diode and the DC link capacitor can be bridged by means of a transistor. When the rectifier is switched on and an intermediate circuit voltage is built up, a capacitor charging current flows through the ohmic resistor, the series-connected diode and the DC link capacitor. By means of the parallel to the diode and the intermediate circuit capacitor existing transistor, the charge of the intermediate circuit capacitor can be limited by the transistor is turned on. When the voltage at the DC link capacitor has reached an uncritical level again, the transistor is switched off again. By means of the transistor can thus control the charge of the DC link capacitor. If the motor fed by the inverter operates in regenerative mode, the transistor is also switched on so that a braking current now flows through the ohmic resistance and converts electrical energy into heat there. However, this circuit has the great disadvantage that the DC link capacitor is basically always charged via the ohmic resistance. That is, in normal operation after the construction of the intermediate circuit voltage, unnecessary heat loss is generated in the ohmic resistance in order to charge the intermediate circuit capacitor.

Die Schaltungsanordnung gemäß der DE 198 25 801 A1 weist den großen Nachteil auf, dass sie wenigstens drei Schalter, d. h. zwei Transistoren und einen Thyristor benötigt, um zu funktionieren.The circuit arrangement according to the DE 198 25 801 A1 has the big disadvantage that It requires at least three switches, ie two transistors and one thyristor, to operate.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche mit möglichst wenigen Schaltern auskommt und dennoch im normalen Betrieb keine unnötigen elektrischen Verluste aufweist.It Object of the present invention, a circuit arrangement to create which with as possible few switches and still in normal operation no unnecessary having electrical losses.

Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den Unteransprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.The present object is achieved by the claims 1 and 8 solved. Further advantageous embodiments are the dependent claims and to take the drawing.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist so aufgebaut, dass sie mit nur zwei Schaltern auskommt und dennoch keine unnötigen elektrischen Verluste erzeugt. Der Gleichspannungszwischenkreis der erfindungsgemäßen Schaltung ist so aufgebaut, dass die Zwischenkreisspannung über einer Reihenschaltung aus wenigstens einem ohmschen Widerstand und wenigstens einem Zwischenkreiskondensator abfällt, dass der Zwischenkreiskondensator unabhängig vom ohmschen Widerstand mittels eines ersten Schalter überbrückbar ist und dass der Gleichspannungszwischenkreis einen zweiten Schalter aufweist, mittels dessen der ohmsche Widerstand überbrückbar ist. Wenn der Gleichrichter an die Netzspannung angeschlossen und in Betrieb genommen wird, so muss sich im Zwischenkreis zunächst eine Gleichspannung aufbauen. In diesem Fall ist der zweite Schalter parallel zum ohmschen Widerstand geöffnet, außerdem ist der erste Schalter parallel zum Zwischenkreiskondensator geöffnet, so dass die gesamte Zwischenkreisspannung an der Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand und Zwischenkreiskondensator abfällt. Auf diese Art und Weise wird mittels des ohmschen Widerstands der Einschaltstrom am Zwischenkreiskondensator begrenzt. Sobald sich die Zwischenkreisspannung in ausreichendem Maße aufgebaut hat und eine gewisse Spannung am ohmschen Widerstand abfällt, wird mittels des zweiten Schalters der Zwischenkreiskondensator direkt an die Zwischenkreisgleichspannung gelegt, so dass dann der ohmsche Widerstand umgangen wird und im normalen Betrieb keine Wärmeverluste im ohmschen Widerstand entstehen könne. Wenn ein an den Inverter angeschlossener Elektromotor im generatorischen Betrieb arbeitet, wird der erste Schalter eingeschaltet, so dass nun der Generatorstrom über den ohmschen Widerstand fließt und dort elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. In diesem Fall arbeitet der ohmsche Widerstand als Bremswiderstand. Um die beiden Schalter zum richtigen Zeitpunkt ein- und ausschalten zu können, verfügt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung über eine Steuerungseinrichtung, welche zweckmäßigerweise ein Mikrocontroller ist und die Schalter steuert.The inventive circuit arrangement It is designed to work with only two switches and still no unnecessary generates electrical losses. The DC voltage intermediate circuit the circuit according to the invention is designed so that the DC link voltage across a Series connection of at least one ohmic resistance and at least a DC link capacitor drops, that the DC link capacitor independently can be bridged by the ohmic resistance by means of a first switch and that the DC voltage intermediate circuit a second switch has, by means of which the ohmic resistance can be bridged. When the rectifier is on the mains voltage is connected and put into operation, so must be in the DC first build a DC voltage. In this case, the second switch open parallel to the ohmic resistance, also, the first switch is parallel opened to the DC link capacitor, so that the entire DC link voltage at the series circuit from ohmic resistance and DC link capacitor drops. On this way is by means of the ohmic resistance of the inrush current limited to the DC link capacitor. As soon as the DC link voltage sufficiently has built and a certain voltage drops across the ohmic resistance is by means of the second switch the DC link capacitor directly to the DC bus voltage applied so that then the ohmic resistance is bypassed and in normal operation no heat losses in ohmic resistance could arise. If a connected to the inverter electric motor in the generator Operation works, the first switch is turned on, so that now the generator current over the ohmic resistance flows and there electrical energy is converted into heat. In this Case, the ohmic resistance works as a braking resistor. To the both switches on and off at the right time can, the circuit arrangement according to the invention has a Control device, which expediently a microcontroller is and controls the switches.

Vorteilhafterweise ist der erste Schalter ein Transistor. Transistoren eignen sich für die kurzen Einschaltzeiten hervonagend und sind auf Grund Ihrer weiten Verbreitung in der Leistungselektronik kostengünstig zu erwerben.advantageously, the first switch is a transistor. Transistors are suitable for the They are notable for short turn-on times and are due to their wide range To acquire distribution in the power electronics cost-effective.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Schalter als Thyristor oder Relais ausgeführt. Der Thyristor hat an dieser Stelle den Vorteil, dass er erst dann wieder ausschaltet, wenn ein Löschimpuls anliegt. Da der zweite Schalter im motorischen und generatorischen Betrieb und daher die meiste Zeit eingeschaltet ist, ist ein Thyristor an dieser Stelle vorzuziehen. Denn der Thyristor ist nur während der kurzen Anlaufphase ausgeschaltet. Anstelle des Thyristors kann auch ein Relais verwendet werden.In a further advantageous embodiment of the invention is the second switch designed as a thyristor or relay. The thyristor has at this point the advantage that it only switches off again when a clear pulse is applied. Because the second switch in the motor and generator Operation and therefore turned on most of the time is a thyristor preferable at this point. Because the thyristor is only during the short start-up phase switched off. In place of the thyristor can also a relay can be used.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass zwischen dem ohmschen Widerstand und dem Zwischenkreiskondensator eine erste Diode vorhanden ist. Wird die Schaltungsanordnung vom elektrischen Antrieb über den Inverter in den generatorischen Betrieb versetzt, so wird mittels der ersten Diode verhindert, dass der Zwischenkreiskondensator entladen wird. Das Entladen des Zwischenkreiskondensators soll deshalb vermieden werden, da ansonsten beim Umschalten des elektrischen Antriebs in den motorischen Betrieb zunächst wieder der Zwischenkreiskondensator aufgeladen werden müsste.One Another advantage results from the fact that between the ohmic Resistor and the DC link capacitor, a first diode is present. If the circuit arrangement of the electric drive via the Inverted inverter in the generator mode, so by means of The first diode prevents the DC link capacitor from being discharged. The discharge of the DC link capacitor should therefore be avoided otherwise, when switching the electric drive in the motor operation first again the intermediate circuit capacitor would have to be charged.

Weiterhin ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der zweite Schalter eine antiparallele zweite Diode umfasst. Die zweite Diode dient dazu, den Zwischenkreiskondensator zu entladen, wenn die Zwischenkreisspannung unter das Niveau der Spannung am Zwischenkreiskondensator abgesunken ist. Diese Vorgehensweise ist zur Stabilisierung der Zwischenkreisspannung notwendig, da diese ohne die in diesen Fall auftretenden Entladung des Zwischenkreiskondensators absinken würde. Der Zwischenkreiskondensator dient somit der Stabilisierung der Zwischenkreisspannung.Farther is provided in an advantageous manner that the second switch an antiparallel second diode. The second diode is used to discharge the DC link capacitor when the DC link voltage dropped below the level of voltage at the DC link capacitor is. This procedure is for stabilizing the DC link voltage necessary, since these without the discharge occurring in this case of the DC link capacitor would decrease. The DC link capacitor thus serves to stabilize the DC link voltage.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass an den Gleichspannungszwischenkreis wenigstens ein zusätzlicher Verbraucher angeschlossen ist. Auf diese Art und Weise ist es einfach möglich, Gleichstromverbraucher mit Spannung zu versorgen. Außerdem können so auch weitere Inverter zur Ansteuerung weiterer Motoren an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen werden. Dies ist insbesondere bei Druckmaschinen sinnvoll, da diese meist mehrere Antriebsmotoren aufweisen.One Another advantage results from the fact that to the DC voltage intermediate circuit at least one additional one Consumer is connected. It's easy that way possible, To supply DC consumers with voltage. In addition, so can also other inverters for controlling additional motors to the DC voltage intermediate circuit be connected. This is especially useful for printing presses, since these usually have multiple drive motors.

Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der ohmsche Widerstand mittels der Steuerungseinrichtung auf Funktionsfähigkeit überprüfbar ist. Insbesondere an Druckmaschinen werden hohe sicherheitstechnische Anforderungen gestellt. Aus diesem Grund muss sichergestellt werden, dass der Ausfall wesentlicher Bauteile nicht unentdeckt bleibt. Ein solches wesentliches Bauteil ist der Bremswiderstand, da bei Ausfall des Bremswiderstandes die Bremswirkung ausfällt. Wenn der Bremswiderstand durch Überlastung defekt ist, bedeutet dies, dass er geschmolzen ist. Wenn jedoch der Bremswiderstand geschmolzen ist, wird dadurch automatisch der Stromkreis unterbrochen und keine Zwischenkreisspannung aufgebaut. Das Unterbrechen des Stromkreises kann die Steuerungseinrichtung zweifelsfrei feststellen und ein Alarmsignal auslösen. Dieses Alarmsignal verhindert dann das Anfahren der Druckmaschine oder kann zur Folge haben, dass die Druckmaschine durch einen Nothalt sofort zum Stillstand gebracht wird. Damit lässt sich die bei Druckmaschinen geforderte sogenannte Einfehlersicherheit herstellen.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the ohmic resistance by means of the control device on operability is verifiable. Especially on printing machines high safety requirements are made. For this reason, it must be ensured that the failure of essential components does not go undetected. Such an essential component is the braking resistor, since failure of the braking resistor fails the braking effect. If the brake resistor is defective due to overload, it means that it has melted. However, if the braking resistor has melted, the circuit is automatically interrupted and no intermediate circuit voltage is built up. The interruption of the circuit can determine the control device beyond doubt and trigger an alarm signal. This alarm signal then prevents the start of the printing press or can result in the press being brought to an immediate stop by an emergency stop. This makes it possible to produce the so-called single-fault safety required for printing presses.

Außerdem ist vorgesehen, dass mittels der Steuerungseinrichtung die Kapazität des Zwischenkreiskondensators messbar ist. Da bei Ausfall des Zwischenkreiskondensators der Zwischenkreis und damit die Motorregelung des an den Inverter angeschlossenen elektrischen Antriebs nicht mehr funktioniert, ist ein unerwarteter Ausfall des Zwischenkreiskondensators sehr unangenehm. Der Ausfall des Zwischenkreiskondensators lässt sich jedoch dadurch voraussagen, dass die Kapazität des Zwischenkreiskondensators in regelmäßigen Abständen indirekt gemessen wird. Die Kapazität kann nur gemessen werden, wenn der Gleichspannungszwischenkreis nicht unter Spannung ist, d.h. der Gleichrichter muss abgeschaltet sein. Falls sich die Kapazität verändert, kann daraus geschlossen werden, dass der Zwischenkreiskondensator altert und demnächst auszuwechseln ist. In Abhängigkeit des gemessenen Kapazitätszustandes kann über die Steuerungseinrichtung eine Anzeige mit Informationen versorgt werden, welche den Zustand des Zwischenkreiskondensators graphisch darstellt. So kann z. B. die noch maximal mögliche Betriebsdauer des Zwischenkreiskondensators angezeigt werden, bis dieser ausgewechselt werden muss. Wenn der Wechsel des Zwischenkreiskondensators unmittelbar notwendig ist, wird eine entsprechende Nachricht auf der Anzeige dargestellt.Besides that is provided that by means of the control device, the capacitance of the DC link capacitor is measurable. As in the case of failure of the DC link capacitor, the DC link and thus the motor control of the connected to the inverter Electric drive stops working, is an unexpected Failure of the DC link capacitor very unpleasant. The failure of the DC link capacitor leaves However, predict that by the capacity of the DC link capacitor at regular intervals indirectly is measured. The capacity can only be measured if the DC intermediate circuit not under tension, i. the rectifier must be switched off be. If the capacity changed can be concluded that the DC link capacitor is aging and coming soon is to replace. Dependent on the measured capacity condition can over the controller supplies a display with information which graphically illustrates the state of the DC link capacitor represents. So z. B. the maximum possible operating time of the DC link capacitor be displayed until it has to be replaced. If the Changing the DC link capacitor is immediately necessary, a corresponding message is displayed on the screen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.following the present invention will be explained in more detail with reference to drawings and described.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Schaltungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Zwischenkreis, netzseitig verbunden über einen Gleichrichter und antriebsseitig verbunden über einen Inverter, 1 a circuit arrangement with a DC link according to the invention, connected on the network side via a rectifier and connected on the drive side via an inverter,

1a einen Ausschnitt aus einer Schaltungsanordnung mit einem Thyristor als zweitem Schalter, 1a a section of a circuit arrangement with a thyristor as the second switch,

1b einen Ausschnitt aus einer Schaltungsanordnung mit einem Transistor als zweitem Schalter und 1b a section of a circuit arrangement with a transistor as a second switch and

1c einen Ausschnitt aus einer Schaltungsanordnung mit einem Relais als zweitem Schalter. 1c a section of a circuit arrangement with a relay as a second switch.

In 1 ist der erfindungsgemäße Zwischenkreis einer Antriebssteuerung für eine Druckmaschine 17 zu sehen. Eingangsseitig ist der Zwischenkreis mit einem Gleichrichter 5 verbunden, welcher seinerseits an ein Wechselspannungsnetz, insbesondere ein Drehstromnetz, angeschlossen ist. Der Gleichrichter 5 setzt die Wechselspannung aus dem Stromnetz in eine Gleichspannung für den Zwischenkreis um. In dem Gleichrichter befindet sich dazu eine voll oder halb gesteuerte Brückenschaltung, wobei auch eine angesteuerte Brückenschaltung ausreicht, da der Gleichrichter 5 nicht bidirektional arbeiten muss, das heißt es fließt lediglich elektrische Energie vom Wechselspannungsnetz in den Gleichstromzwischenkreis und nicht umgekehrt. An seiner Ausgangsseite ist der Zwischenkreis an einen Wechselrichter 4 angeschlossen, welcher bidirektional arbeitet. Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen an den Wechselrichter 4 angeschlossenen Elektromotor M sowohl generatorisch als auch motorisch zu betreiben. Mittels des Wechselrichters 4, auch Inverter genannt, ist es möglich einen daran angeschlossenen Elektromotor M mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betreiben. In 1 ist der Elektromotor M ein Antrieb in einer Druckmaschine 17. Das Kernstück der Erfindung liegt jedoch im Zwischenkreis zwischen Wechselrichter 4 und Gleichrichter 5. Außerdem sind an den Gleichstromzwischenkreis noch mehrere Gleichstromverbraucher 14 angeschlossen.In 1 is the intermediate circuit according to the invention of a drive control for a printing machine 17 to see. The input side is the DC link with a rectifier 5 connected, which in turn is connected to an AC voltage network, in particular a three-phase network. The rectifier 5 converts the AC voltage from the mains into a DC voltage for the DC link. In the rectifier is located to a fully or semi-controlled bridge circuit, with a driven bridge circuit is sufficient, since the rectifier 5 does not have to work bidirectionally, that is, it only flows electrical energy from the AC mains in the DC link, and not vice versa. On its output side, the DC link is connected to an inverter 4 connected, which works bidirectionally. In this way it is possible to connect one to the inverter 4 connected electric motor M both generator and motor to operate. By means of the inverter 4 , also called inverter, it is possible to operate a connected electric motor M at different speeds. In 1 the electric motor M is a drive in a printing machine 17 , The core of the invention, however, lies in the intermediate circuit between the inverter 4 and rectifier 5 , In addition, several DC consumers are connected to the DC intermediate circuit 14 connected.

Eingangsseitig durchfließt der Strom aus dem Gleichrichter 5 eine Glättungsinduktivität 10, da die Spannung des Gleichrichters 5 keine ideale Gleichspannung ist. Mittels der Glättungsinduktivität 10 wird zusätzlich der Stromverlauf geglättet. Daran anschließend weist der Zwischenkreis einen Zweig bestehend aus einem kombinierten ohmschen Widerstand 2 und einem Transistor 3 auf, zu dem parallel eine weiterer Zweig verläuft, in dem sich ein zweiter Schalter 11 und ein Zwischenkreiskondensator 6 befinden.On the input side, the current flows through the rectifier 5 a smoothing inductance 10 because the voltage of the rectifier 5 is not an ideal DC voltage. By means of the smoothing inductance 10 In addition, the current flow is smoothed. Subsequently, the intermediate circuit has a branch consisting of a combined ohmic resistance 2 and a transistor 3 on, parallel to which another branch runs, in which there is a second switch 11 and a DC link capacitor 6 are located.

Der zweite Schalter 11 kann gemäß 1a entweder aus einem Thyristor 8 und einer antiparallelen Rückspeisediode 7 bestehen, wobei antiparallel bedeutet, dass die Rückspeisediode 7 entgegengesetzt zum Thyristor 8 gepolt ist, oder gemäß 1b aus einem zweiten Transistor 12 und einer ebenfalls antiparallelen Rückspeisediode 7 bestehen. Als dritte Alternative ist gemäß 1c als zweiter Schalter 11 auch ein herkömmliches Relais 13 verwendbar. Der Ausgang des zweiten Schalters 11 und der Knoten zwischen dem Transistor 3 und dem ohmschen Widerstand 2 sind außerdem mittels einer Ladediode 9 verbunden. Falls ein Thyristor 8 eingesetzt wird, so ist er bevorzugt als GTO-Thyristor ausgeführt, während als Transistor 3 jeder beliebige Leistungstransistor verwendet werden kann.The second switch 11 can according to 1a either from a thyristor 8th and one antiparal Lelen regeneration period 7 where anti-parallel means that the regeneration period 7 opposite to the thyristor 8th polarized, or according to 1b from a second transistor 12 and a likewise antiparallel regeneration diode 7 consist. As a third alternative is according to 1c as a second switch 11 also a conventional relay 13 usable. The output of the second switch 11 and the node between the transistor 3 and the ohmic resistance 2 are also by means of a charging diode 9 connected. If a thyristor 8th is used, it is preferably designed as a GTO thyristor, while as a transistor 3 Any power transistor can be used.

Die aktiven elektrischen Bauelemente des Zwischenkreises, nämlich der zweite Schalter 11 und der Transistor 3 werden von einer Steuerungseinrichtung 1 in Form eines Mikrocontrollers angesteuert. Der Mikrocontroller 1 vergleicht im Wesentlichen Spannungswerte miteinander und steuert dann die aktiven elektrischen Bauelemente passend an, wie es auch aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist. Die wichtigsten Eingangsgrößen sind dabei die Spannung am Zwischenkreiskondensator 6 und die Zwischenkreisspannung der gesamten Schaltungsanordnung sowie die Spannung über dem ohmschen Widerstand. Zusätzlich ist in dem Mikrocontroller 1 eine Überwachungsvorrichtung für den kombinierten Widerstand 2 und den Zwischenkreiskondensator 6 vorgesehen. Wenn der kombinierte Widerstand 2 defekt ist, d. h. er ist durchgeschmolzen, so dass kein Strom durch den Widerstand fließen kann, so ist der Stromkreis, welcher den Mikrocontroller 1 über den kombinierten Widerstand 2 verbindet, ebenfalls unterbrochen. Damit ist es möglich, den Ausfall des kombinierten Widerstands 2 einfehlersicher festzustellen. Dies ist bei Schaltungsanordnungen in Druckmaschinen 17 besonders wichtig, da diese Einfehlersicherheit eine Anforderung von Berufsgenossenschaften ist. Wird der Ausfall des kombinierten Widerstands 2 detektiert, so leitet der Mikrocontroller entweder eine Notabschaltung ein oder bringt die Druckmaschine 17 in einen anderen sicheren Betriebszustand. Weiterhin sind die Gleichstromverbraucher 14 über Signalleitungen 16 an den Mikrocontroller 1 angeschlossen. Das gleiche gilt für den Wechselrichter 4, welcher ebenfalls über eine Signalleitung 15 an den Mikrocontroller 1 angeschlossen ist. Selbstverständlich können an die Signalleitungen 15, 16 noch mehr Verbraucher oder Wechselrichter angeschlossen werden, wenn dies erforderlich ist.The active electrical components of the intermediate circuit, namely the second switch 11 and the transistor 3 are from a controller 1 controlled in the form of a microcontroller. The microcontroller 1 essentially compares voltage values with one another and then controls the active electrical components appropriately, as is also known in principle from the prior art. The most important input variables are the voltage at the DC link capacitor 6 and the DC link voltage of the entire circuit arrangement and the voltage across the resistor. In addition, in the microcontroller 1 a monitoring device for the combined resistance 2 and the DC link capacitor 6 intended. When the combined resistance 2 is defective, ie it has melted, so that no current can flow through the resistor, so is the circuit, which is the microcontroller 1 about the combined resistance 2 connects, also interrupted. This makes it possible to eliminate the failure of the combined resistor 2 fail-safe to determine. This is in circuit arrangements in printing presses 17 particularly important, since this single-fault safety is a requirement of professional associations. Will the failure of the combined resistance 2 detected, the microcontroller either initiates an emergency shutdown or brings the printing press 17 in another safe operating condition. Furthermore, the DC consumers 14 via signal lines 16 to the microcontroller 1 connected. The same applies to the inverter 4 which also has a signal line 15 to the microcontroller 1 connected. Of course, to the signal lines 15 . 16 even more consumers or inverters are connected, if necessary.

Außerdem überwacht der Mikrocontroller 1 den Zwischenkreiskondensator 6, indem er in regelmäßigen Abständen die Kapazität des Zwischenkreiskondensators 6 ermittelt. Diese Kapazitätsmessungen können nur im spannungslosen Zustand vorgenommen werden, so dass diese nur erfolgen können, wenn die Zwischenkreisspannung abgeschaltet ist. Sobald sich die Kapazität des Zwischenkreiskondensators 6 bei Messungen signifikant ändert, kann daraus geschlossen werden, dass der Zwischenkreiskondensator 6 soweit gealtert ist, dass er ausgetauscht werden muss. Auch in diesem Fall kann der Mikrocontroller 1 entweder die Maschine sofort stillsetzen, oder lediglich einen Hinweis geben, dass der Zwischenkreiskondensator 6 in absehbarer Zeit ausgetauscht werden muss. Um diese Information an ein Bedienpersonal zu übermitteln, steht der Mikrocontroller 1 mit der Maschinensteuerung der Druckmaschine in Verbindung, welche wiederum an einen Bildschirm angeschlossen ist. Über diesen Bildschirm kann dem Bedienpersonal sowohl der Ausfall des kombinierten Widerstands 2 als auch der Ablauf der Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators 6 angezeigt werden.In addition, the microcontroller monitors 1 the DC link capacitor 6, by at regular intervals, the capacity of the DC link capacitor 6 determined. These capacitance measurements can only be carried out in the de-energized state so that they can only take place when the DC link voltage is switched off. As soon as the capacity of the DC link capacitor 6 When measurements change significantly, it can be concluded that the DC link capacitor 6 so far that it has to be replaced. Also in this case, the microcontroller 1 either shut down the machine immediately, or just give a hint that the DC link capacitor 6 must be replaced in the foreseeable future. To transmit this information to an operator, is the microcontroller 1 with the machine control of the printing press in connection, which in turn is connected to a screen. Through this screen, the operator can both the failure of the combined resistance 2 as well as the expiration of the life of the DC link capacitor 6 are displayed.

Im weiteren wird nun beschrieben, wie die Schaltungsanordnung des Zwischenkreises arbeitet. Zur Inbetriebnahme des an den Wechselrichter 4 angeschlossenen Elektromotors, muss zunächst der Gleichrichter 5 eingeschaltet werden. Unmittelbar nach dem Einschalten des Gleichrichters 5 beginnt sich die Zwischenkreisspannung aufzubauen, wobei zunächst der Zwischenkreiskondensators 6 geladen werden muss. Da beim Einschalten ein sehr hoher Strom auf Grund der geringen elektrischen Widerstände im Zwischenkreis fließen würde, muss dieser begrenzt werden. Diesem Zweck dient der kombinierte Widerstand 2, welcher über die Ladediode 9 mit dem Zwischenkreiskondensator 6 verbunden ist. In dieser Einschaltphase ist der Transistor 3 ausgeschaltet, wobei das Gleiche für den zweiten Schalter 11 gilt. In diesem Zustand durchfließt der Strom im Zwischenkreis von der Glättungsinduktivität 10 über den kombinierten Widerstand 2 die in Stromrichtung durchgängige Ladediode 9 und den Zwischenkreiskondensator 6. Durch den ohmschen Widerstand des kombinierten Widerstands 2 und die elektrische Kapazität des Zwischenkreiskondensators 6 ist die Aufladezeit definiert. Wenn dieser Zeitpunkt erreicht ist, hat sich die Zwischenkreisspannung aufgebaut und der kombinierte Widerstand 2 kann zur Vermeidung unnötiger elektrischer Verluste umgangen werden. Da der Transistor 3 ohnehin ausgeschaltet ist, genügt es dazu den zweiten Schalter 11 einzuschalten. Bei der Lösung gemäß 1a wird dazu vom Mikrocontroller 1 ein Zündimpuls an den Thyristor 8 übermittelt, so dass der Thyristor 8 zündet und durchschaltet. Damit fließt der Kondensator-Ladestrom nicht mehr durch den Widerstand 2, sondern wird ab sofort vom Thyristor 8 direkt zum Zwischenkreiskondensator 6 geführt. Dieser Schaltungszustand des Zwischenkreises ergibt sich im motorischen Betrieb. Sobald sich die Zwischenkreisspannung aufgebaut hat, gibt außerdem der Mikrocontroller an die Verbraucher 14 und den Wechselrichter 4 ein Signal ab, woraufhin diese in Betrieb genommen werden. Die Verbraucher 14 und der Wechselrichter 4 schalten sich also erst zu, wenn die Zwischenkreisspannung aufgebaut ist.In the following it will be described how the circuit arrangement of the intermediate circuit operates. To commission the inverter 4 connected electric motor, must first the rectifier 5 be turned on. Immediately after switching on the rectifier 5 begins to build the DC link voltage, wherein first the DC link capacitor 6 must be loaded. Since when switching on a very high current would flow due to the low electrical resistance in the DC link, this must be limited. This purpose is served by the combined resistance 2 which is over the charging diode 9 with the DC link capacitor 6 connected is. In this switch-on phase is the transistor 3 turned off, the same for the second switch 11 applies. In this state, the current in the DC link flows from the smoothing inductance 10 about the combined resistance 2 the charging diode which is continuous in the direction of the current 9 and the DC link capacitor 6 , Due to the ohmic resistance of the combined resistor 2 and the electrical capacitance of the DC link capacitor 6 the charging time is defined. When this time is reached, the DC link voltage has built up and the combined resistance 2 can be bypassed to avoid unnecessary electrical losses. Because the transistor 3 is switched off anyway, it is sufficient to the second switch 11 turn. In the solution according to 1a This is done by the microcontroller 1 an ignition pulse to the thyristor 8th transmitted so that the thyristor 8th ignites and turns on. Thus, the capacitor charging current is no longer flowing through the resistor 2 but is now from the thyristor 8th directly to the DC link capacitor 6 guided. This circuit state of the intermediate circuit results in the motor operation. As soon as the DC link voltage has built up, also gives the microcontroller to the consumer 14 and the inverter 4 a signal, whereupon they are put into operation. The consumers 14 and the inverter 4 So turn first to, when the DC link voltage is established.

Gerade bei Druckmaschinen 17 kommt es jedoch vor, dass ein Elektromotor M auch im Bremsbetrieb arbeitet. In diesem Fall arbeitet der Elektromotor M generatorisch d. h. er speist Energie zurück. In diesem Fall stellt sich ein elektrischer Energiefluss ein, welcher über den Wechselrichter 4 in Richtung des Zwischenkreises führt. Da der Gleichrichter 5 nicht rückspeisefähig ins Stromnetz ausgelegt ist, muss die elektrische Energie mit Hilfe des kombinierten Widerstands 2, der in diesem Fall als Bremswiderstand arbeitet, in Wärme umgesetzt werden. In diesem Betriebszustand wird der Transistor 3 eingeschaltet, so dass der Strom aus dem Wechselrichter 4 über den kombinierten Widerstand 2 und den Transistor 3 geführt wird. Beim Bremsbetrieb wird durch die Ladediode 9 verhindert, dass sich der Zwischenkreiskondensator 6 entlädt. Damit wird verhindert, dass der Zwischenkreiskondensator 6 beim Umschalten in den motorischen Betrieb erneut aufgeladen werden muss. Die Rückspeisediode 7 ist dagegen für den motorischen Betrieb erforderlich, wenn die Zwischenkreisspannung unter die Spannung am Zwischenkreiskondensator 6 sinkt. In diesem Fall wird die Rückspeisediode 7 leitend und die im Zwischenkreiskondensator 6 gespeicherte elektrische Energie fließt in den Zwischenkreis zurück und stabilisiert die Zwischenkreisspannung.Especially with printing machines 17 However, it happens that an electric motor M also works in braking mode. In this case, the electric motor M works as a generator ie it feeds energy back. In this case, an electrical energy flow sets in, which is via the inverter 4 leads in the direction of the DC link. Because the rectifier 5 is designed to be non-regenerative in the power grid, the electrical energy must be using the combined resistance 2 , which in this case works as a braking resistor, be converted into heat. In this operating state, the transistor 3 turned on, so that the power from the inverter 4 about the combined resistance 2 and the transistor 3 to be led. During braking operation is by the charging diode 9 prevents the DC link capacitor 6 discharges. This prevents that the DC link capacitor 6 must be recharged when switching to the engine operation. The regeneration period 7 on the other hand is required for motor operation when the intermediate circuit voltage is below the voltage at the DC link capacitor 6 sinks. In this case, the regenerative period becomes 7 conductive and in the DC link capacitor 6 stored electrical energy flows back into the DC link and stabilizes the DC link voltage.

Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung ist es auf elegante Art und Weise möglich, einen angeschlossenen Elektromotor M sowohl generatorisch als auch motorisch zu betreiben und trotzdem mit nur zwei aktiven elektrischen Bauelementen 3, 11 und einem kombinierten Widerstand 2 im Zwischenkreis auszukommen.With the described circuit arrangement, it is possible in an elegant manner to operate a connected electric motor M both as a generator and as a motor and yet with only two active electrical components 3 . 11 and a combined resistor 2 in the intermediate circuit to get along.

11: Steuerungseinrichtungcontrol device
22: kombinierter Widerstandcombined resistance
33: Transistortransistor
44: Wechselrichterinverter
55: Gleichrichterrectifier
66: ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
77: RückspeisediodeReverse diode
88th: Thyristorthyristor
99: Ladediodecharging diode
1010: Glättungsinduktivitätsmoothing
1111: zweiter Schaltersecond switch
1212: zweiter Transistorsecond transistor
1313: Relaisrelay
1414: GleichstromverbraucherDC loads
1515: Signalleitung zum Invertersignal line to the inverter
1616: Signalleitung zu Gleichstromverbrauchernsignal line to DC consumers
1717: Druckmaschinepress
MM: Elektromotorelectric motor

Claims

Circuit arrangement with a control device ( 1 ) to form a DC intermediate circuit, which input side via a rectifier ( 5 ) can be connected to an AC voltage source and which output side for connection to an inverter ( 4 ) is provided, characterized in that the intermediate circuit voltage in a first switching state via a series circuit of at least one ohmic resistance ( 2 ) and at least one DC link capacitor ( 6 ) drops, that the current in a second switching state, bypassing the link capacitor ( 6 ) by the ohmic resistance ( 2 ) by means of a first switch ( 3 ) is feasible, and that the DC voltage intermediate circuit a second switch ( 11 ), by means of which the current in a third switching state, bypassing the ohmic resistance ( 2 ) through the DC link capacitor ( 6 ) is feasible.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the first switch ( 3 ) is a transistor.

Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the second switch ( 11 ) a thyristor ( 8th ) or a relay ( 13 ).

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the ohmic resistance ( 2 ) and the DC link capacitor ( 6 ) via a first diode ( 9 ), which conduct current from the capacitor ( 6 ) in the resistance ( 2 ) prevented.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second switch ( 11 ) an antiparallel second diode ( 7 ) contains.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one additional consumer ( 14 ) connected.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the ohmic resistance ( 2 ) by means of the control device ( 1 ) is verifiable on functionality.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the control device ( 1 ) the capacity of the DC link capacitor ( 6 ) is measurable.

Method for operating a Schaltungsan Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that when switching on a supply voltage of the rectifier ( 5 ) the first switch ( 3 ) and the second switch ( 11 ) by the control device ( 1 ).

A method according to claim 9, characterized in that after the construction of the intermediate circuit voltage of the second switch ( 11 ) by the control device ( 1 ) to bypass the ohmic resistance ( 2 ) is turned on.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by the control device ( 1 ) the first switch ( 3 ) is turned on when power from the inverter ( 4 ) in the direction of the rectifier ( 5 ) flows.