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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Schaltung insbesondere für einen Elektromotor.
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Es ist bekannt, einen Elektromotor mit Hilfe einer Serienschaltung aus einem Netzumrichter, einem Zwischenkreis und einem Motorumrichter drehzahlvariabel anzutreiben. Von einer Zwischenkreisregelung wird die Gleichspannung am Zwischenkreis mit Hilfe des Netzumrichters auf einen erwünschten Wert eingestellt, während der Motorumrichter die für die jeweils erwünschte Drehzahl erforderliche Wirk- und Blindleistung liefert. Der Zwischenkreisregelung ist ein Stromregler zugeordnet, der die einzustellende Wirk- und Blindleistung durch einen entsprechenden Wirk- und Blindstrom regelt.
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Handelt es sich um einen Elektromotor mit großer Leistung, so ist es bekannt, zwei oder mehrere derartige Serienschaltungen zueinander parallel zu schalten. In diesem Fall sind also zwei oder mehrere getrennte, aber parallel geschaltete Zwischenkreise vorhanden. Den genannten Serienschaltungen können dabei jeweils die erläuterten Regelungen zugeordnet sein, die gegebenenfalls zumindest teilweise als eine gemeinsame Regelung ausgeführt sein können.
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Ist der Elektromotor nicht in Betrieb und der Motorumrichter damit nicht aktiv, so besteht die Möglichkeit, dass die Gleichspannungen an den beiden Zwischenkreisen auseinanderdriften, und zwar insbesondere dann, wenn die Netzumrichter weiterhin aktiv sind.
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Der Erfindung ist die Aufgabe gestellt, ein derartiges Auseinanderdriften möglichst zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1, durch ein digitales Rechengerät nach dem Anspruch 10 sowie durch eine elektrische Schaltung nach dem Anspruch 11 gelöst.
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Die elektrische Schaltung weist eine erste und eine zweite Serienschaltung auf, die zueinander parallel geschaltet sind. Jede der Serienschaltungen weist jeweils einen Netzumrichter, jeweils einen Gleichspannungszwischenkreis und jeweils einen Motorumrichter auf. Der Netzumrichter der zweiten Serienschaltung wird in Abhängigkeit von einer Spannung geregelt, die sich aus einem spannungsmäßigen Unterschied der Zwischenkreise ergibt.
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Ein Auseinanderdriften der Gleichspannungen der Zwischenkreise macht sich in einem entsprechenden Wert zuletzt genannten Spannung bemerkbar. Diese Spannung geht in die Regelung der zweiten Serienschaltung ein und wirkt dort dem Auseinanderdriften entgegen. Das Auseinanderdriften der Gleichspannungen der Zwischenkreise kann damit weitgehend vermindert oder gar vollständig verhindert werden.
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Der erforderliche Aufwand für die erfindungsgemäße Regelung ist gering. Weiterhin kann die Erfindung ohne weiteres auch auf mehr als zwei parallel geschaltete Serienschaltungen angewendet werden. Ein modularer Aufbau der elektrischen Schaltung und der zugehörigen Regelung ist damit möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der spannungsmäßige Unterschied aus der Differenz zweier gemessener Spannungen an den Zwischenkreisen oder aus der Differenz von einer gemessenen Spannung und einem Sollwert für eine gemessene Spannung abgeleitet wird. Die letztgenannten Spannungen sind üblicherweise bereits vorhanden, so dass insoweit kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der spannungsmäßige Unterschied von einer Ausgleichsregelung erzeugt wird. Damit kann bereits an dieser Stelle ein regelungstechnischer Eingriff im Hinblick auf ein Auseinanderdriften der Gleichspannungen der Zwischenkreise vorgenommen werden.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung und 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Regelung der elektrischen Schaltung der 1.
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In der 1 ist eine elektrische Schaltung 10 für den Antrieb beispielsweise eines Elektromotors 11 dargestellt.
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An ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz 13 ist über einen gegebenenfalls vorhandenen Transformator 14 eine Parallelschaltung aus zwei Serienschaltungen 15, 16 angeschlossen. Jede der beiden Serienschaltungen 15, 16 weist einen Netzumrichter 18, 19, einen nachgeordneten Gleichspannungszwischenkreis 20, 21 und einen nachgeordneten Motorumrichter 22, 23 auf. Weiterhin kann jede der beiden Serienschaltungen 15, 16 mit einer dem jeweiligen Motorumrichter 22, 23 nachgeordneten Drossel 24, 25 versehen sein. An die beiden Drosseln 24, 25 ist dann der Elektromotor 11 angeschlossen.
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In nicht-dargestellter Weise wird der den beiden Netzumrichtern 18, 19 zugeführt Strom I1, I2 jeweils gemessen. Ebenfalls wird in nicht-dargestellter Weise die jeweilige Spannung U1, U2 an den beiden Zwischenkreisen 20, 21 gemessen. Liegt eine sogenannte 2-Level-Schaltung vor, so handelt es sich bei den Spannungen U1, U2 um die zwischen den beiden Spannungszuständen liegende Spannung. Liegt eine sogenannte 3-Level-Schaltung vor, wie dies andeutungsweise durch die beiden Kondensatoren in den Zwischenkreisen 20, 21 angedeutet ist, so handelt es sich bei den Spannungen U1, U2 vorzugsweise um die Summe der zwischen den drei Spannungszuständen liegenden Spannungen. Liegen andere Mehr-Level-Schaltungen vor, so können die Spannungen U1, U2 auf entsprechende oder auch auf andere Weise gewonnen werden.
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Es versteht sich, dass nicht nur die beiden erläuterten Serienschaltungen 15, 16 parallel geschaltet sein können, sondern dass eine Mehrzahl derartiger Serienschaltungen in entsprechender Weise zueinander parallel geschaltet sein können.
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Die Netzumrichter 18, 19 und die Motorumrichter 22, 23 dienen der Spannungsumformung und enthalten jeweils elektronische Leistungshalbleiterbauelemente. Die Netzumrichter 18, 19 und die Motorumrichter 22, 23 können damit gesteuert und/oder geregelt werden. Die Gleichspannungszwischenkreise 20, 21 sind jeweils aus einer Anzahl von Kondensatoren aufgebaut, an denen eine Gleichspannung anliegt.
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In der 2 ist ein Stromregler 30 dargestellt, der zur Steuerung und/oder Regelung der beiden Netzumrichter 18, 19 vorgesehen ist.
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Der Stromregler 30 ist aus zwei Teilen 31, 32 aufgebaut. Der erste Teil 31 ist dem Netzumrichter 18 der in der 1 links dargestellten, ersten Serienschaltung 15 zugeordnet, und der zweite Teil 32 ist dem Netzumrichter 19 der in der 1 rechts dargestellten, zweiten Serienschaltung 16 zugeordnet.
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In dem ersten Teil 31 des Stromreglers 30 ist eine Subtraktion 34 vorhanden, von der die gemessene Spannung U1 des Zwischenkreises 20 von einem Sollwert Us1 für diese Zwischenkreisspannung abgezogen wird. Die sich ergebende Differenz ist einer Zwischenkreisregelung 35 zugeführt, bei der es sich beispielsweise um einen PI-Regler handeln kann. Von der Zwischenkreisregelung 35 wird eine Ausgangsgröße erzeugt, die einem Wirkstromsollwert Ws1 für die erste Serienschaltung 15 entspricht.
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Weiterhin wird in dem ersten Teil 31 des Stromreglers 30 der gemessene Strom I1 einer Signalaufbereitung 36 unterzogen. Als Ausgangsgröße stellt die Signalaufbereitung 36 einen Wirkstromistwert Wi1 für die erste Serienschaltung 15 zur Verfügung.
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Mit Hilfe einer Subtraktion 37 wird der Wirkstromistwert Wi1 von dem Wirkstromsollwert Ws1 abgezogen. Die sich ergebende Differenz wird einer Stromregelung 38 zugeführt. Ausgangsseitig erzeugt die Stromregelung 38 eine Stellgröße, auf deren Grundlage die Leistungshalbleiterbauelemente des Netzumrichters 18 der ersten Serienschaltung 15 angesteuert werden.
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In dem zweiten Teil 32 des Stromreglers 30 ist die gemessene Spannung U2 des Zwischenkreises 21 einerseits und die gemessene Spannung U1 oder der Sollwert Us1 für diese Zwischenkreisspannung andererseits einer Subtraktion 41 zugeführt. Die sich ergebende Differenz stellt diejenige Spannung ΔUdc dar, um die die beiden Zwischenkreise 20, 21 auseinander gedriftet sind, um die sich also die Gleichspannungen an den beiden Zwischenkreisen 20, 21 unterscheiden. Diese Spannung ΔUdc ist einer Ausgleichsregelung 42 zugeführt, die als Ausgangsgröße einen Differenzwert ΔW für einen Wirkstromsollwert der zweiten Serienschaltung 16 liefert. Bei der Ausgleichsregelung 42 kann es sich vorzugsweise um einen PI-Regler handeln.
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Weiterhin wird in dem zweiten Teil 32 des Stromreglers 30 der gemessene Strom I2 einer Signalaufbereitung 43 unterzogen. Als Ausgangsgröße stellt die Signalaufbereitung 43 einen Wirkstromistwert Wi2 für die zweite Serienschaltung 16 zur Verfügung.
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Mit Hilfe einer Summation/Subtraktion 44 werden der Wirkstromsollwert Ws1 der ersten Serienschaltung 15 und der Differenzwert ΔW für den Wirkstromsollwert der zweiten Serienschaltung 16 zueinander addiert und der Wirkstromistwert Wi2 der zweiten Serienschaltung 16 hiervon subtrahiert. Der sich ergebende Wert wird einer Stromregelung 45 zugeführt. Ausgangsseitig erzeugt die Stromregelung 45 eine Stellgröße, auf deren Grundlage die Leistungshalbleiterbauelemente des Netzumrichters 19 der zweiten Serienschaltung 16 angesteuert werden.
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In dem zweiten Teil 32 des Stromreglers 30 wird also nicht – wie im ersten Teil 31 – ein Wirkstromsollwert für die zugehörige zweite – rechte – Serienschaltung 16 ermittelt, sondern es wird statt dessen nur eine Differenz ΔW für diesen Wirkstromsollwert berechnet. Diese Differenz wird dann dem im ersten Teil 31 des Stromreglers 30 ermittelten Wirkstromsollwert Ws1 für die erste – linke – Serienschaltung 15 hinzugefügt. Der Wirkstromsollwert der zweiten Serienschaltung 16 wird also aus dem Wirkstromsollwert Ws1 der ersten Serienschaltung 15 und der berechneten Differenz ΔW abgeleitet. Die genannte Differenz ΔW basiert dabei auf der Spannung ΔUdc, um die die beiden Zwischenkreise 20, 21 auseinandergedriftet sind. Durch diese Maßnahmen wird eine Symmetrierung der beiden Serienschaltungen 15, 16 im Hinblick auf die jeweils am Zwischenkreis 20, 21 anliegende Gleichspannung erreicht. Ein Wegdriften einer der Zwischenkreisspannungen ist damit nicht oder zumindest nur in einem sehr geringen Umfang möglich.
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Zur Verminderung oder Verhinderung der Auseinanderdrift der Spannungen der beiden Zwischenkreise 20, 21 ist somit der zweite Teil 32 des Stromreglers 30 andersartig ausgebildet als der erste Teil 31. Es versteht sich, dass der erste und der zweite Teil 31, 32 des Stromreglers 30 beliebig auf die beiden Serienschaltungen 15, 16 der Schaltung 10 angewendet werden können. Insbesondere kann der erste Teil 31 auch dem Netzumrichter 19 der zweiten Serienschaltung 16 und der zweite Teil dem Netzumrichter 18 der ersten Serienschaltung 15 zugeordnet sein.
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Weiter versteht es sich, dass – sofern eine Mehrzahl von Serienschaltungen vorhanden sind – eine der Serienschaltungen entsprechend dem ersten Teil ausgebildet ist, während die anderen Serienschaltungen entsprechend dem zweiten Teil ausgebildet sind.
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Die erläuterten Steuerungen und/oder Regelungen werden von einem digitalen Rechengerät durchgeführt, und zwar mit Hilfe eines entsprechenden Computerprogramms, das auf einem elektronischen Speicher abgespeichert ist. In Abhängigkeit von diesem Computerprogramm werden dann die Leistungshalbleiterbauelemente der Netzumrichter 18, 19 und der Motorumrichter 22, 23 von dem Rechengerät angesteuert.
