DE102008035546A1

DE102008035546A1 - Drive system with "standstill heating" functionality

Info

Publication number: DE102008035546A1
Application number: DE102008035546A
Authority: DE
Inventors: Carsten Brämer; Markus Frühauf; Lutz Namyslo; Göran Salewski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2009-11-12
Also published as: WO2010012518A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem mit einem elektrischen Motor (4) und einem Spannungszwischenkreis-Umrichter (2), der lastseitig mit Anschlussklemmen (U, V, W) des elektrischen Motors (4) elektrisch leitend verbunden ist. Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung (6) zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung (UZWab) des Spannungszwischenkreis-Umrichters (2) vorgesehen. Somit besteht die Möglichkeit, dass auch Motoren ohne Heizbänder unter extremen Witterungsbedingungen eingesetzt werden können.The invention relates to a drive system with an electric motor (4) and a voltage source converter (2), the load side with terminals (U, V, W) of the electric motor (4) is electrically connected. According to the invention, a device (6) for generating a lowered intermediate circuit voltage (UZWab) of the voltage intermediate-circuit converter (2) is provided. Thus, there is the possibility that even motors without heating tapes can be used in extreme weather conditions.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a drive system according to the preamble of claim 1.

Für den Einsatz von elektrischen Motoren unter extremen Witterungsbedingungen, beispielsweise bei tiefen Temperaturen, bei hoher Luftfeuchtigkeit bzw. schnellen Temperaturwechseln zwischen Tag und Nacht sowie Seehafeneinsatz, müssen diese elektrischen Motoren mit so genannten Stillstandsheizungen ausgerüstet werden. Durch diese Stillstandsheizungen wird die Betauung in den Wicklungen dieser elektrischen Motoren verhindert, wodurch die Isolationsfestigkeit gewährleistet wird.For the use of electric motors in extreme weather conditions, for example, at low temperatures, at high humidity or rapid temperature changes between day and night and seaport use, need these electric motors with so-called anti-condensation heaters be equipped. By this standstill heaters is prevents condensation in the windings of these electric motors whereby the insulation resistance is ensured.

Für diese notwendige externe Beheizung der elektrischen Motoren im Betriebszustand ”Stillstand” gibt es zwei Möglichkeiten.For this necessary external heating of the electric motors in the operating state "standstill" are There are two options.

Die erste Möglichkeit besteht darin, dass in den Motorwicklungen Heizbänder eingebaut werden. Diese Heizbänder können nicht nachträglich eingebracht werden. Das heißt, dass innerhalb einer Motorenreihe eines Motorenherstellers derartige Motoren als Sonderbauform geführt werden. Das bedeutet für einen Kunden, dass dieser längere Lieferzeiten und einen höheren Produktpreis in Kauf nehmen muss. Die Heizbänder, die die so genannte Begleitheizung darstellen, werden im Stillstand des elektrischen Motors an eine Spannungsquelle angeschlossen. Dadurch werden die Wicklungen eines derartigen elektrischen Motors derart aufgeheizt, dass die Temperatur der Wicklungen höher ist als eine Umgebungstemperatur des elektrischen Motors. Dadurch bekommt man die Feuchtigkeit aus den Wicklungen und den Lagerschildern eines derartigen elektrischen Motors.The first possibility is that in the motor windings Heating bands are installed. These heating tapes can not be retrofitted. That means that within an engine range of an engine manufacturer Such motors are run as a special design. The means for a customer that this longer Delivery times and a higher product price to accept got to. The heating cables, which represent the so-called heat tracing, be at standstill of the electric motor to a voltage source connected. As a result, the windings of such an electrical Motors heated up so that the temperature of the windings higher is as an ambient temperature of the electric motor. Thereby you get the moisture from the windings and the bearing plates such an electric motor.

Gemäß dem Siemens-Katalog D81.1 mit der Bezeichnung ”Niederspannungsmotoren – IEC Käfigläufermotoren Baugrößen 56 bis 450, Leistung 0,06 kW bis 1250 kW”, insbesondere Seite 1/35, von 2007 besteht die zweite Möglichkeit darin, dass eine Spannung, die etwas 4% bis 10% einer Motorbemessungsspannung beträgt, an zwei Anschlussklemmen des elektrischen Motors, beispielsweise den Klemmen U und V, angelegt wird. Durch diese Spannung fließt in den Wicklungen eines derartig angeschlossenen elektrischen Motors im Stillstand ein Strom, der etwa 20–30% des Motorbemessungsstroms beträgt. Dieser Strom reicht vollkommen aus, um die Wicklung dieses elektrischen Motors derart zu erwärmen, dass die Feuchtigkeit aus den Wicklungen und Lagerschildern entweicht.According to the Siemens catalog D81.1 with the designation Low - voltage motors - IEC squirrel cage motors sizes 56 to 450, power 0.06 kW to 1250 kW ", in particular page 1/35, from 2007 the second possibility is that a voltage, which is about 4% to 10% of a rated motor voltage, is applied to two terminals of the electric motor, for example terminals U and V. Due to this voltage, a current flows in the windings of such a connected electric motor at standstill, which amounts to about 20-30% of the rated motor current. This current is quite sufficient to heat the winding of this electric motor so that the moisture escapes from the windings and end shields.

Um eine derartige Spannung an einem elektrischen Motor eines Antriebssystems nutzen zu können, ist allerdings eine zusätzliche Beschaltung notwendig, die beispielsweise ein Schütz oder einen Trenner und einen Transformator aufweist. Das Schütz oder der Trenner, der in den Motorzuleitungen zwischen lastseitigen Anschlüssen eines Spannungszwischenkreis-Umrichters und Anschlussklemmen des elektrischen Motors angeordnet ist. An diesen Anschlussklemmen des elektrischen Motors ist der Transformator sekundärseitig anschließbar, dessen Primärseite mit einem speisenden Netz des Spannungszwischenkreis-Umrichters verknüpft ist. Dieser Transformator ist derart ausgelegt, dass sekundärseitig eine Spannung an die Wicklungen des elektrischen Motors gelegt werden kann, wodurch ein Strom zur Erwärmung dieser Wicklungen zum Fließen kommt. Die Spannung ist ausreichend klein, damit eine feuchte Isolation nicht überlastet werden kann. Für diese zusätzlichen Elemente fallen nicht nur deren Kosten an, sondern auch die Kosten der Montagearbeit.Around such a voltage on an electric motor of a drive system to be able to use, however, is an additional Wiring necessary, for example, a contactor or having a disconnector and a transformer. The contactor or the disconnector, which in the motor supply lines between load-side Terminals of a voltage source inverter and Terminals of the electric motor is arranged. At this Terminals of the electric motor, the transformer is the secondary side connectable, whose primary side with a dining Network of the voltage source inverter is linked. This Transformer is designed such that secondary side a voltage is applied to the windings of the electric motor can, creating a current to warm up these windings comes to flow. The tension is sufficiently small so that a damp insulation can not be overloaded. Not only are these additional elements covered their costs, but also the cost of assembly work.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Antriebssystem derart weiterzubilden, dass die Mehrkosten für zusätzliche Elemente und Montagearbeit sich wesentlich verringern.Of the The invention is based on the object, the drive system so educate that extra costs for additional Elements and assembly work significantly reduce.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen in Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.These Task is associated with the characterizing features in connection with the features of the preamble of claim 1 solved according to the invention.

Dadurch, dass eine Einrichtung zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung des Spannungszwischenkreis-Umrichters vorgesehen ist, kann der lastseitige Stromrichter des Spannungszwischenkreis-Umrichters zur Generierung eines Gleich- oder Wechselstroms in wenigstens zwei Phasen des elektrischen Motors verwendet werden. Dadurch wird der Spannungszwischenkreis-Umrichter im Stillstand als Stillstandsheizung verwendet. Das heißt, der Spannungszwischenkreis-Umrichter weist durch die Einrichtung zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung die Funktionalität ”Stillstandsheizung” auf.Thereby, in that a device for generating a lowered intermediate circuit voltage of the Voltage source inverter is provided, the load-side Inverters of the voltage source inverter for generating a DC or AC current in at least two phases of the electrical Motors are used. This will be the voltage source inverter used as a standstill heater at standstill. This means, the voltage source inverter points through the device to generate a lowered DC link voltage on the functionality "standstill heating" on.

Bei der Generierung eines Gleich- oder Wechselstroms muss darauf geachtet werden, dass der vom Umrichter gespeiste elektrische Motor sich nicht dreht, d. h. es wird im elektrischen Motor kein Drehfeld erzeugt. Eine abgesenkte Zwischenkreisspannung ist deshalb notwendig, da bei einer Nenn-Zwischenkreisspannung die Isolation einer feuchten Wicklung überlastet werden könnte. Die Zwischenkreisspannung muss derart abgesenkt werden, dass im elektrischen Motor keine Spannungsüberschläge auftreten können, die die Isolation der Wicklung des elektrischen Motors zumindest beschädigen würden.at the generation of a direct or alternating current must be taken care of be that the electric motor powered by the inverter does not work turns, d. H. no rotating field is generated in the electric motor. A lowered DC link voltage is therefore necessary because At a nominal DC link voltage, the insulation of a humid Winding could be overloaded. The DC link voltage must be lowered so that in the electric motor no voltage flashovers can occur, which is the insulation of the winding of the electric At least damage engines.

Die einfachste Ausführungsform eines Antriebssystems nach der Erfindung besteht darin, dass als Einrichtung zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung ein steuerbarer Stromrichter als netzseitiger Stromrichter des Spannungszwischenkreis-Umrichters vorgesehen ist. Als steuerbarer Stromrichter kann ein Thyristor-Stromrichter oder ein selbstgeführter Stromrichter anstelle eines Diodenstromrichters des Spannungszwischenkreis-Umrichters verwendet werden. Derartige Umrichter sind im Handel erhältlich. Ein Thyristor-Stromrichter als netzseitiger Stromrichter eines Spannungszwischenkreis-Umrichters wird dann verwendet, wenn hohe Umrichterfrequenzen, beispielsweise bei Gruppenantrieben in der Textilindustrie, benötigt werden. Einen selbstgeführten Stromrichter, der auch als Pulsstromrichter bezeichnet wird, wird dann als netzseitiger Stromrichter eines Spannungszwischenkreis-Umrichters verwendet, wenn Energierückspeisung und Netzfreundlichkeit vom Umrichter verlangt wird. Bei einem derartig ausgestalteten Umrichter muss für die Funktionalität ”Stillstandsheizung” mittels des netzseitigen Stromrichters eine Zwischenkreisspannung generiert werden, die wesentlich unterhalb der Nenn-Zwischenkreisspannung liegt, wobei der lastseitige Stromrichter dieses Umrichters derart gesteuert wird, dass dieser in wenigstens zwei Phasen des angeschlossenen Motors einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom einprägt, der zur Erwärmung der Wicklungen notwendig ist. Das heißt, um die Funktionalität ”Stillstandsheizung” bei einem Spannungszwischenkreis-Umrichter mit gesteuertem netzseitigen Stromrichter umzusetzen, bedarf es nur einer Software-Anpassung.The simplest embodiment of a drive system according to the invention is that as a means for generating a lowered DC link voltage a controllable power converter is provided as a line-side converter of the voltage source inverter. As a controllable power converter, a thyristor power converter or a self-commutated power converter may be used instead of a diode power converter of the voltage source inverter. Such converters are commercially available. A thyristor power converter as a line-side converter of a voltage source converter is used when high converter frequencies, for example in group drives in the textile industry, are required. A self-commutated power converter, which is also referred to as a pulse converter, is then used as a line-side converter of a voltage source inverter when energy recovery and network friendliness is required by the inverter. In such a configured inverter must be generated for the functionality "standstill heating" means the line-side converter an intermediate circuit voltage, which is substantially below the nominal DC link voltage, the load-side converter of this inverter is controlled such that this in at least two phases of the connected motor DC or an alternating current, which is necessary for heating the windings. That is, to implement the functionality "standstill heating" in a voltage source inverter with controlled line-side converter, it requires only a software adjustment.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des Antriebssystems nach der Erfindung ist entweder eine Gleichspannungs-Hilfseinspeisung oder eine Wechselspannungs-Hilfseinspeisung als Einrichtung zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung vorgesehen. Mit diesen Hilfseinspeisungen können auch bestehende Antriebssysteme ohne großen Aufwand auf die Funktionalität ”Stillstandsheizung” nachgerüstet werden. Ein besonderer Vorteil der Hilfseinspeisung besteht darin, dass diese für alle Umrichter eines Herstellers verwendet werden kann. Außerdem erhält man mit der Hilfseinspeisung eine galvanische Trennung vom speisenden Netz des Spannungszwischenkreis-Umrichters bei der Funktionalität ”Stillstandsheizung”. Diese galvanische Trennung hat den Vorteil, dass auch die Spannungsbelastung der Isolation der Wicklungen eines am Umrichter angeschlossenen Motors gegen Erde äußerst gering ist.at further advantageous embodiments of the drive system according to the invention is either a DC auxiliary power supply or an AC auxiliary power supply as means for Generating a lowered DC link voltage provided. With These auxiliary supplies can also be existing drive systems retrofitted without great effort to the functionality "standstill heating" become. A special advantage of the auxiliary feed is that These can be used for all converters of a manufacturer can. You also get with the auxiliary feed a galvanic isolation from the supply network of the voltage source inverter with the functionality "standstill heating". These Galvanic isolation has the advantage that the voltage stress the insulation of the windings of a motor connected to the inverter extremely low against earth.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Motortemperatursensor verwendet, der signaltechnisch mit dem speisenden Spannungszwischenkreis-Umrichter verknüpft ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass dieser Spannungszwi schenkreis-Umrichter den Heizvorgang zeitoptimiert steuern kann, wodurch Stillstands- und Anlaufzeiten minimiert werden.at A further advantageous embodiment is an engine temperature sensor used, the signaling with the feeding voltage source inverter is linked. This makes it possible that this voltage intermediate circuit converter optimizes the heating time control which minimizes downtime and start-up times.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Antriebssystems schematisch veranschaulicht sind.to Further explanation of the invention is based on the drawing Reference is made in the several embodiments of a Drive system according to the invention schematically are illustrated.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des Antriebssystems nach der Erfindung, in der 1 shows a first embodiment of the drive system according to the invention, in which

2 ist eine zweite Ausführungsform des Antriebssystems nach der Erfindung veranschaulicht, und die 2 a second embodiment of the drive system according to the invention is illustrated, and the

3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Antriebssystems nach der Erfindung. 3 shows a third embodiment of the drive system according to the invention.

In der 1 ist ein Blockschaltbild eines Antriebssystems nach der Erfindung veranschaulicht. In diesem Blockschaltbild sind mit 2 ein Spannungszwischenkreis-Umrichter, mit 4 ein elektrischer Motor, mit 6 eine Einrichtung zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab und mit 8 ein speisendes Netz bezeichnet. Der elektrische Motor 4 ist mit seinen Anschlussklemmen U, V und W mit lastseitigen Anschlüssen 10, 12 und 14 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 mittels Motorzuleitungen 16 elektrisch leitend verbunden. Die Phasen R, S und T des speisenden Netzes 8 sind elektrisch leitend mit netzseitigen Anschlüssen 18, 20 und 22 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 verknüpft. Der Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 weist netz- und lastseitig jeweils einen Umrichter 24 und 26 auf. Diese beiden Stromrichter 24 und 26 sind gleichspannungsseitig miteinander und elektrisch parallel zu einem Zwischenkreiskondensator 28 geschaltet. Für eine gleichspannungsgemäße Verschaltung der beiden Stromrichter 24 und 26 und des Zwischenkreiskondensator 28 ist beispielsweise eine niederinduktive Verschienung vorgesehen, die eine Plusstromschiene 30 und eine Minusstromschiene 32 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 sind als netzseitiger Stromrichter 24 ein Thyristor-Stromrichter und als lastseitiger Stromrichter 26 ein selbstgeführter Stromrichter vorgesehen. Zwischen dem speisenden Netz 8 und den netzseitigen Anschlüssen 18, 20 und 22 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 ist ein Netzschütz 34 angeordnet, mit dem der Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 mit dem speisenden Netz 8 verbunden wird bzw. wieder von diesem getrennt wird.In the 1 a block diagram of a drive system according to the invention is illustrated. In this block diagram are with 2 a voltage source inverter, with 4 an electric motor, with 6 a device for generating a lowered intermediate _{circuit voltage} U _ZWab and with 8th denotes a feeding network. The electric engine 4 is with its terminals U, V and W with load-side connections 10 . 12 and 14 of the voltage source inverter 2 by means of motor supply lines 16 electrically connected. The phases R, S and T of the feeding network 8th are electrically conductive with mains-side connections 18 . 20 and 22 of the voltage source inverter 2 connected. The voltage source inverter 2 has one inverter each on the mains and load sides 24 and 26 on. These two power converters 24 and 26 are DC voltage side with each other and electrically parallel to a DC link capacitor 28 connected. For a DC connection according to the two converters 24 and 26 and the DC link capacitor 28 For example, a low-inductive busbar is provided, which is a positive busbar 30 and a minus busbar 32 having. In the illustrated embodiment of the voltage source inverter 2 are as mains-side power converters 24 a thyristor power converter and as a load-side converter 26 a self-commutated power converter provided. Between the dining network 8th and the network-side connections 18 . 20 and 22 of the voltage source inverter 2 is a net contactor 34 arranged, with which the voltage source inverter 2 with the feeding network 8th is connected or disconnected again from this.

Damit der Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 die Funktionalität ”Stillstandsheizung” ausführen kann, ist eine Einrichtung 6 zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab vorgesehen. Als Einrichtung 6 ist bei der Ausführungsform gemäß 1 eine Gleichspannungs-Hilfseinspeisung vorgesehen, die wechselspannungsseitig mit den Phasen R, S und T des speisenden Netzes 8 und gleichspannungsseitig jeweils mit einem Anschluss DC+ und DC– des Spannungszwischenkreises des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 verknüpft ist. Diese Einrichtung 6 kann wechselspannungsseitig auch nur mit zwei Phasen des speisenden Netzes 8 verknüpft sein. Diese Gleichspannungs-Hilfseinrichtung weist einen Netzschalter 36, einen Transformator 38 und einen Diodengleichrichter 40 auf. Die gleichspannungsseitigen Anschlüsse des Diodengleichrichters 40 bilden die gleichspannungsseitigen Anschlüsse 42 und 44 der Einrichtung 6, die mit den Anschlüssen DC+ und DC– verknüpft sind. Die wechselspannungsseitigen Anschlüsse dieses Diodengleichrichters 40 sind jeweils mit einer Sekundärwicklung des Transformators 38 verbunden. Primärseitig ist dieser Transformator 38 über den Netzschalter 36 jeweils mit einer Phase R, S und T des speisenden Netzes 8 verbunden. Der Wert der abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab wird bestimmt vom Übersetzungsverhältnis des Transformators 38. Die herabgesetzte Netzspannung wird dann mittels des Diodengleichrichters 40 in eine Gleichspannung umgewandelt.So that the voltage source inverter 2 The functionality "standstill heating" can perform is a device 6 provided for generating a lowered _{DC link voltage} U _ZWab . As a device 6 is in the embodiment according to 1 a DC auxiliary supply provided on the AC side with the phases R, S and T of the feeding network 8th and on the DC side each with a connection DC + and DC- of the voltage intermediate circuit of the voltage source inverter 2 is linked. This device 6 On the AC side, it can only be used with two phases of the feeding network 8th be linked. This DC auxiliary device has a power switch 36 , a transformer 38 and a diode rectifier 40 on. The DC-side connections of the diode rectifier 40 form the DC-side connections 42 and 44 the device 6 , which are connected to the DC + and DC- connections. The AC-side connections of this diode rectifier 40 are each connected to a secondary winding of the transformer 38 connected. Primary side is this transformer 38 via the power switch 36 each with a phase R, S and T of the feeding network 8th connected. The value of the lowered intermediate _{circuit voltage} U _ZWab is determined by the transformation ratio of the transformer 38 , The reduced mains voltage is then by means of the diode rectifier 40 converted into a DC voltage.

Wie bereits erwähnt, wird der elektrische Motor 4 vor Inbetriebnahme aufgeheizt, damit aufgrund von Temperaturwechseln eine Betauung und Kondenswasserbildung nicht auftritt. Dies wird verhindert, wenn der elektrische Motor 4 auf eine Temperatur aufgeheizt ist, dessen Wert höher ist als der Wert ei ner Umgebungstemperatur des elektrischen Motors 4. Das heißt, im Stillstand des elektrischen Motors 4 ist das Netzschütz 34 offen, so dass der Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 vom speisenden Netz abgetrennt ist. Der Spannungszwischenkreis des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 ist mittels der Einrichtung 6 mit dem speisenden Netz 8 verbunden. An den gleichspannungsseitigen Anschlüssen 42 und 44 der Einrichtung 6 steht eine abgesenkte Zwischenkreisspannung U_ZWab an, die die Eingangsspannung des lastseitigen Stromrichters 26 bildet. Die Stromrichterventile T1 bis T6 dieses lastseitigen Stromrichters 26 werden nun derart angesteuert, dass dieser lastseitige Stromrichter 26 in wenigstens zwei Phasen des angeschlossenen elektrischen Motors 4 einen Gleich- oder Wechselstrom derart einprägt, dass kein Drehfeld in diesem elektrischen Motor 4 generiert wird. Dadurch verharrt dieser elektrische Motor 4 im Stillstand. Die Amplitude des eingeprägten Stroms bzw. der eingeprägten Spannung ist derart bemessen, dass im elektrischen Motor 4 weder ein zu hoher Strom noch Spannungsüberschläge auftreten können, aber eine Verlustleistung erzeugt wird, die den elektrischen Motor 4 aufheizt.As already mentioned, the electric motor 4 heated before commissioning, so that due to temperature changes dewing and condensation does not occur. This is prevented when the electric motor 4 is heated to a temperature whose value is higher than the value ei ner ambient temperature of the electric motor 4 , That is, at standstill of the electric motor 4 is the net contactor 34 open so that the voltage source inverter 2 separated from the feeding network. The voltage intermediate circuit of the voltage source inverter 2 is by means of the device 6 with the feeding network 8th connected. At the DC-side connections 42 and 44 the device 6 is a lowered _{DC link voltage} U _ZWab , which is the input voltage of the load-side converter 26 forms. The converter valves T1 to T6 of this load-side converter 26 are now controlled such that this load-side converter 26 in at least two phases of the connected electric motor 4 impresses a direct or alternating current such that no rotating field in this electric motor 4 is generated. This keeps this electric motor 4 at standstill. The amplitude of the impressed current or the impressed voltage is dimensioned such that in the electric motor 4 neither too high current nor voltage flashovers can occur, but a power loss is generated, which is the electric motor 4 heating up.

Wird bei diesem Antriebssystem die Motortemperatur während des Betriebs überwacht, kann diese Motortemperatur-Überwachung auch während der Stillstandsheizung verwendet werden. Dadurch wird die Aufheizung zeitoptimiert gesteuert, so dass Stillstands- und Anlaufzeiten des Antriebssystems minimiert werden.Becomes In this drive system, the engine temperature during the Operating monitored, this engine temperature monitoring also be used during the standstill heating. This will the heating controlled in a time-optimized manner, so that standstill and Start-up times of the drive system are minimized.

Die 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß 1 nur darin, dass als Einrichtung 6 zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab eine Wechselspannungs-Hilfseinspeisung vorgesehen ist. Diese Wechselspannungs-Hilfseinspeisung weist einen Transformator 46 und ein Schütz 48 auf. Primärseitig ist dieser Transformator 46 jeweils mit einer Phase R, S oder T des speisenden Netzes 8 und sekundärseitig mittels des Schützes 48 mit einem wechselspannungsseitigen Anschluss 18, 20 oder 22 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 verknüpft. Die Reihenschaltung, bestehend aus Transformator 46 und Schütz 48, ist elektrisch parallel zum Netzschütz 34 geschaltet. Damit es zu keiner Überlastung des Transformators 46 kommen kann, sind diese beiden Schütze 34 und 48 gegeneinander verriegelt. Der Wert der abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab wird wieder durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 46 bestimmt. Die sekundärseitig auftretende herabgesetzte Netzspannung wird in dieser Ausführungsform nicht mittels eines zusätzlichen Diodengleichrichters 40 gerichtet. Diese Aufgabe wird vom netzseitigen Stromrichter 24 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 übernommen, der gegenüber des dargestellten Thyristor-Stromrichters auch ein Diodengleichrichter sein kann. Das heißt, dass der netzseitige Stromrichter 24 als Thyristor-Stromrichter oder als Diodengleichrichter aus der herabgesetzten Netzspannung des speisenden Netzes 8 eine gewünschte abgesenkte Zwischenkreisspannung U_ZWab generiert. Als netzseitiger Stromrichter 24 kann auch ein selbstgeführter Stromrichter, insbesondere ein IGBT-Stromrichter, vorgesehen sein. Die Steuerung des lastseitigen Stromrichters 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 entspricht der Steuerung der ersten Ausführungsform gemäß 1.The 2 shows a block diagram of a second embodiment of the drive system according to the invention. This second embodiment differs from the first embodiment according to FIG 1 only in that as an institution 6 to generate a lowered intermediate _circuit voltage U _ZWab an AC auxiliary supply is provided. This AC auxiliary power supply has a transformer 46 and a contactor 48 on. Primary side is this transformer 46 each with a phase R, S or T of the feeding network 8th and on the secondary side by means of the contactor 48 with an AC-side connection 18 . 20 or 22 of the voltage source inverter 2 connected. The series connection, consisting of transformer 46 and contactor 48 , is electrically parallel to the line contactor 34 connected. So that it does not overload the transformer 46 can come, these are two shooters 34 and 48 locked against each other. The value of the lowered intermediate _{circuit voltage} U _ZWab is restored by the transmission ratio of the transformer 46 certainly. The secondary side occurring reduced mains voltage is not in this embodiment by means of an additional diode rectifier 40 directed. This task is performed by the power converter on the network side 24 of the voltage source inverter 2 taken over, which can also be a diode rectifier with respect to the illustrated thyristor power converter. This means that the mains side converter 24 as a thyristor power converter or as a diode rectifier from the reduced mains voltage of the supplying network 8th generates a desired lowered _{DC link voltage} U _ZWab . As mains side converter 24 It is also possible to provide a self-commutated power converter, in particular an IGBT power converter. The control of the load-side converter 26 of the voltage source inverter 2 corresponds to the control of the first embodiment according to 1 ,

Der Vorteil der Ausführungsformen der Einrichtung 6 zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab gemäß den 1 und 2 besteht darin, dass durch die Verwendung eines Transformators 38 bzw. 46 diese Einrichtung 6 für alle Umrichter einer Umrichterreihe eingesetzt werden kann. Der Transformator 38 bzw. 46 muss auch nicht für besonders niedrige Spannung und große Ströme ausgeführt werden, da der Strom, der während des Stillstands in den elektrischen Motor 4 eingeprägt wird, in Abhängigkeit eines vorbestimmten Tastverhältnisses der Stromrichterventile T1 bis T6 des lastseitigen Stromrichters 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 eingestellt wird. Ein weiterer Vorteil dieser beiden Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 besteht darin, dass im Stillstand bei der Ausführung der Funktionalität ”Stillstandsheizung” der Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 mit angeschlossenem elektrischen Motor 4 galvanisch vom speisenden Netz 8 getrennt ist. Diese Trennung hat den Vorteil, dass auch die Spannungsbelastung der Maschinenisolation gegen Erde äußerst gering ist. Ferner können bestehende Antriebssysteme mit der Einrichtung 6 nachgerüstet werden, damit das Antriebssystem die Funktionalität ”Stillstandsheizung” ausführen kann.The advantage of the embodiments of the device 6 for generating a lowered intermediate _{circuit voltage} U _ZWab according to 1 and 2 is that by using a transformer 38 respectively. 46 this device 6 can be used for all inverters of one inverter series. The transformer 38 respectively. 46 Nor does it need to be run for extra low voltage and high currents, as the current flowing into the electric motor during standstill 4 is impressed, depending on a predetermined duty ratio of the converter valves T1 to T6 of the load-side converter 26 of the voltage source inverter 2 is set. Another advantage of these two embodiments according to the 1 and 2 is that at standstill when executing the functionality "Still heater "of the voltage source inverter 2 with connected electric motor 4 galvanic from the feeding network 8th is disconnected. This separation has the advantage that the stress load of the machine insulation against earth is extremely low. Furthermore, existing drive systems with the device 6 be retrofitted so that the drive system can perform the functionality "standstill heating".

In der 3 ist ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform eines Antriebssystems nach der Erfindung näher dargestellt. Diese dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den zuvor genannten Ausführungsformen darin, dass als Einrichtung 6 zur Erzeugung einer abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab ein steuerbarer Stromrichter als netzseitiger Stromrichter 24 vorgesehen ist. Als steuerbarer Stromrichter kann ein Thyristor-Stromrichter, wie er in dieser 3 dargestellt ist, oder ein selbstgeführter Stromrichter, auch als Pulsstromrichter bezeichnet, als netzseitiger Stromrichter 24 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 verwendet werden. Damit eine abgesenkte Zwischenkreisspannung U_ZWab im Spannungszwischenkreis des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 eingestellt werden kann, weist der netzseitige Stromrichter 24 eine Steuereinrichtung 50 auf. Diese Steuereinrichtung 50 ist ausgangsseitig jeweils mit einem Steuereingang der Stromrichterventile des netzseitigen Stromrichters 24 elektrisch leitend verbunden. Werden Thyristoren als Stromrichterventile verwendet, so generiert die Steuereinrichtung 50 Phasenanschnittsignale. In Abhängigkeit eines Steuerwinkels kann ein vorbestimmter Wert einer abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab eingestellt werden. Der Wert der abgesenkten Zwischenkreisspannung U_ZWab muss gegenüber dem Nennwert der Zwischenkreisspannung U_ZW derart abgesenkt sein, dass die Isolation einer feuchten Wicklung des elektrischen Motors 4 nicht überlastet wird. Das heißt, dass der Wert der herabgesetzten Zwischenkreisspannung U_ZWab darf nur so hoch sein, dass gewähr leistet ist, dass keine Spannungsüberschläge im elektrischen Motor 4 auftreten können.In the 3 is a block diagram of a third embodiment of a drive system according to the invention shown in more detail. This third embodiment differs from the aforementioned embodiments in that as a device 6 for generating a lowered intermediate _{circuit voltage} U _ZWab a controllable power converter as a network-side converter 24 is provided. As a controllable power converter, a thyristor power converter, as in this 3 is shown, or a self-commutated power converter, also referred to as a pulse converter, as a mains-side converter 24 of the voltage source inverter 2 be used. So that a lowered intermediate _circuit voltage U _ZWab in the voltage intermediate _{circuit of} the voltage source inverter 2 can be adjusted, the network-side converter indicates 24 a control device 50 on. This control device 50 On the output side, each has a control input of the converter valves of the line-side converter 24 electrically connected. If thyristors are used as converter valves, the control device generates 50 Phase control signals. Depending on a control _angle , a predetermined value of a lowered intermediate _{circuit voltage} U _ZWab can be set. The value of the lowered intermediate _{circuit voltage} U _ZWab must be lowered _relative to the nominal value of the intermediate _{circuit voltage} U _ZW such that the insulation of a wet winding of the electric motor 4 not overloaded. This means that the value of the reduced intermediate _{circuit voltage} U _ZWab may only be high enough to ensure that there are no voltage flashovers in the electric motor 4 may occur.

Gegenüber diesem Thyristor-Stromrichter als netzseitigem Stromrichter 24 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 des Antriebssystems nach der Erfindung kann auch ein selbstgeführter Stromrichter, ein so genannter Pulsstromrichter, vorgesehen werden. Ein derartig ausgeführter netzseitiger Stromrichter 24 weist einen Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 dann auf, wenn gefordert wird, dass dieser Umrichter 2 netzfreundlich, d. h. Leistungsfaktor gleich Eins und/oder rückspeisefähig sein soll. Mittels eines Pulsstromrichters als netzseitigem Stromrichter 24 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 kann jeder beliebige Wert für eine Zwischenkreisspannung U_ZW eingestellt werden.Opposite this thyristor power converter as mains side converter 24 of the voltage source inverter 2 of the drive system according to the invention, a self-commutated power converter, a so-called pulse converter, can be provided. Such a running mains side converter 24 has a voltage source inverter 2 then on when it is required that this inverter 2 Mains-friendly, ie power factor should be equal to one and / or regenerative. By means of a pulse converter as mains side converter 24 of the voltage source inverter 2 Any value for a _{DC link voltage} U _ZW can be set.

Gegenüber den Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 muss für die Implementierung der Funktionalität ”Stillstandsheizung” nur die bestehende Steuersoftware überarbeitet werden bzw. eine Software ”Stillstandsheizung” in eine Steuersoftware eines bestehenden Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 eingespielt werden. Gegenüber den Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 wird keine zusätzliche Hardware benötigt.Compared to the embodiments according to the 1 and 2 For the implementation of the functionality "Standstill heating", only the existing control software must be reworked or a software "Standstill heating" in a control software of an existing voltage source inverter 2 be recorded. Compared to the embodiments according to the 1 and 2 No additional hardware is needed.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 eines Antriebssystems können Motoren ohne Heizbänder unter extremen Witterungsbedingungen (tiefe Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit, schnelle Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht) eingesetzt werden. Das heißt, ein Motorenhersteller muss nicht mehr innerhalb einer Motorenreihe eine Sonderbauform von Motoren für den Einsatz unter extremen Witterungsbedingungen vorrätig halten bzw. auf Anfrage herstellen.Due to the inventive design of a voltage source inverter 2 In a drive system, motors without heating cables can be used under extreme weather conditions (low temperatures, high humidity, rapid temperature changes between day and night). This means that an engine manufacturer no longer has to keep in stock a special type of engine for use in extreme weather conditions or manufacture it on request.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- "Low-voltage motors - IEC squirrel-cage motors, sizes 56 to 450, power 0.06 kW to 1250 kW", in particular page 1/35, from 2007 [0005]

Claims

Drive system with an electric motor ( 4 ) and a voltage source inverter ( 2 ), the load side with terminals (U, V, W) of the electric motor ( 4 ) is electrically conductively connected, characterized in that a device ( 6 ) for generating a lowered intermediate _circuit voltage (U _ZWab ) of the voltage source converter ( 2 ) is provided.

Drive system according to claim 1, characterized in that as device ( 6 ) to generate a lowered intermediate _circuit voltage (U _ZWab ) a DC auxiliary _supply is provided, the DC side with terminals (DC +, _DC- ) of a voltage intermediate _circuit and the AC side with a feeding network ( 8th ) of the voltage source inverter ( 2 ) connected is.

Drive system according to claim 1, characterized in that as device ( 6 ) for generating a lowered intermediate circuit voltage (U _ZWab ) an AC auxiliary supply is provided, the AC voltage side on the one hand with network-side terminals ( 18 . 20 . 22 ) of the voltage source inverter ( 2 ) and on the other hand with a feeding network ( 8th ) connected is.

Drive system according to claim 1, characterized in that as device ( 6 ) for generating a lowered intermediate _{circuit voltage} (U _ZWab ) a controllable power converter as a network-side power converter ( 24 ) of the voltage source inverter ( 2 ) is provided.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that a motor temperature sensor is provided, the signaling technology with the voltage source inverter ( 2 ) is linked.

Drive system according to claim 2, characterized in that the DC auxiliary power supply a power switch ( 36 ), a transformer ( 38 ) and a diode rectifier ( 40 ), which are electrically connected in series.

Drive system according to claim 3, characterized in that the AC auxiliary power supply is a transformer ( 46 ) and a contactor ( 48 ), which are electrically connected in series.

Drive system according to claim 4, characterized in that a thyristor power converter is provided as a controllable power converter whose control inputs are connected to a control device ( 50 ) are linked.

Drive system according to claim 4, characterized in that that as a controllable power converter, a self-commutated power converter is provided.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that as a load-side converter ( 26 ) of the voltage source inverter ( 2 ) a self-commutated power converter is provided.

Drive system according to claim 2 or 3, characterized in that as a network-side power converter ( 24 ) of the voltage source inverter ( 2 ) a diode rectifier is provided.

Drive system according to claim 2 or 3, characterized in that as a network-side power converter ( 24 ) of the voltage source inverter ( 2 ) a thyristor power converter is provided.

Drive system according to claim 9 or 10, characterized in that as power converter valves (T1, ..., T6) of the load-side converter ( 26 ) of the voltage source inverter ( 2 ) In each case an insulated gate bipolar transistor is provided.

Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that as an electric motor ( 4 ) A three-phase motor is provided.