DE102010001275A1

DE102010001275A1 - Modular drive system, has pre-charge circuit comprising main protection device and series circuit of resistor, coefficient-resistor and protection device, where main protection device is electrically connected in parallel to series circuit

Info

Publication number: DE102010001275A1
Application number: DE102010001275A
Authority: DE
Inventors: Tobias Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-02-24

Abstract

The system has two power converter units (6, 8) and a feeding unit (4) connected in parallel by busbars (10, 18). Each converter unit comprises a converter (28) and a capacitor (30). An input side of a pre-charge circuit is connected with direct current sided connectors (12, 20). The pre-charge circuit comprises a main protection device and a series circuit of a pre-charge resistor, a positive temperature coefficient (PTC)-resistor and a pre-charge protection device. The main protection device is electrically connected in parallel to the series circuit. The power converter units are designed as alternating-current converter modules or motor modules.

Description

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

Bei der Anschaltung von ungesteuerten Gleichrichterschaltungen mit ausgangsseitiger, kapazitiver Glättung an ein speisendes Netz, können sich hohe Ladeströme ergeben. In Folge einer üblicherweise relativ niedrigen Bedämpfung des betreffenden Strompfades kann außerdem durch den hohen Ladestrom ein aus dem Kondensator und den Leitungsinduktivitäten gebildeter Schwingkreis angestoßen werden, was zu kurzseitigen, hohen Überspannungen führt, die sich schädlich auf die verschiedensten Teile der Schaltungsanordnung auswirken können.at the connection of uncontrolled rectifier circuits with output side, capacitive smoothing to a feeding network, can arise high charging currents. In consequence of a usually relatively low attenuation of the relevant current path can also by the high charging current from the capacitor and the line inductances formed resonant circuit be triggered, resulting in short-side, high surges leads, which are harmful to the most diverse Parts of the circuit arrangement can affect.

Um diese negativen Effekte zu vermeiden, ist es bekannt, für die Vorladephase des Glättungskondensators einen ohmschen Widerstand in dessen Strompfad einzuschalten, der zur Begrenzung des Ladestromes auf einen von der speisenden Netzspannung abhängigen Wert führt. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne oder bei Überschreitung einer vorgegebenen Spannungsschwelle am Glättungskondensator kann sodann der ohmsche Vorladewiderstand durch ein Schütz kurzgeschlossen werden.Around To avoid these negative effects, it is known for the precharge phase of the smoothing capacitor an ohmic To turn resistance in its current path, the limit the charging current to a dependent on the supplying mains voltage Value leads. After expiration of a given period or when exceeding a predetermined voltage threshold the ohmic precharging resistor can then be applied to the smoothing capacitor be shorted by a contactor.

Anstelle des ohmschen Vorladewiderstandes kann auch ein Kaltleiter vorgesehen sein. Dieser Kaltleiter, der auch als PTC-Widerstand bezeichnet wird, kann bei tiefen Temperaturen den Strom besser leiten als bei hohen Temperaturen. Der elektrische Widerstand eines derartigen Kaltleiters vergrößert sich bei steigender Temperatur. D. h., ein derartiger Widerstand weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf. Wird ein Kaltleiter als Überstromschutz, als Übertemperaturschutz oder als selbstregelndes Heizelement verwendet, so weist dieser Kaltleiter eine Keramikbasis mit einem nichtlinearen Widerstandsverlauf auf. Als Material wird Bariumtitanat verwendet.Instead of the ohmic pre-charging resistor can also be a PTC thermistor provided be. This PTC thermistor, also known as PTC resistor, can conduct electricity better at low temperatures than at high temperatures Temperatures. The electrical resistance of such a PTC thermistor increases with increasing temperature. D. h., such a resistor has a positive temperature coefficient on. If a PTC thermistor as overcurrent protection, as overtemperature protection or used as a self-regulating heating element, it has this PTC thermistor a ceramic base with a non-linear resistance profile on. The material used is barium titanate.

Derartige Kaltleiter sind aber nur für kleinere Spannungen im Handel erhältlich.such PTC thermistors are only for smaller voltages in the trade available.

Aus der DE 197 39 553 A1 ist ein Strombegrenzungselement als passives Bauelement bekannt, das eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist. Als Strombegrenzungselement wird ein Halbleiterbauelement aus SiC vorgeschlagen. Dieses Halbleiterbauelement ist an sich aus der DE 197 17 614 A1 bekannt. Der Werkstoff SiC weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf, so dass im Falle einer Strombegrenzung auch ein überschüssiger Energiebetrag aufgenommen werden kann. In der 1 dieser DE 197 39 553 A1 ist eine Umrichterschaltung veranschaulicht, die netzseitig einen 2-phasigen Gleichrichter (Einspeiseeinheit) und lastseitig einen 3-phasigen selbstgeführten Stromrichter (Wechselrichter) aufweist. Zwischen einem positiven Ausgangsanschluss des Gleichrichters und einer positiven Elektrode eines Glättungskondensators, der beim Umrichter auch als Zwischenkreiskondensator bezeichnet wird, ist ein zweipoliges Strombegrenzungselement angeordnet. Aufgrund einer nichtlinearen Kennlinie des Strombegrenzungselementes nimmt dieses erst bei Überschreibung eines vorgegebenen Ladestromwertes einen entsprechenden Teil der Ausgangsspannung des Gleichrichters auf und begrenzt dadurch den durch den Kondensator fließenden Ladestrom. Gleichzeitig wird dieser Strompfad gedämpft, so dass kein Überschwingen der Ausgangsspannung am Gleichrichter verursacht wird.From the DE 197 39 553 A1 a current limiting element is known as a passive device having a non-linear current-voltage characteristic. As a current limiting element, a semiconductor device made of SiC is proposed. This semiconductor device is known per se from DE 197 17 614 A1 known. The material SiC has a high temperature resistance, so that in the case of a current limit and an excess amount of energy can be absorbed. In the 1 this DE 197 39 553 A1 an inverter circuit is illustrated which has a 2-phase rectifier (supply unit) on the line side and a 3-phase self-commutated converter (inverter) on the load side. Between a positive output terminal of the rectifier and a positive electrode of a smoothing capacitor, which is also referred to as a DC link capacitor in the inverter, a two-pole current limiting element is arranged. Due to a non-linear characteristic of the current limiting element, this only takes on a corresponding part of the output voltage of the rectifier when overwriting a predetermined charging current value and thereby limits the charging current flowing through the capacitor. At the same time this current path is attenuated, so that no overshoot of the output voltage is caused at the rectifier.

Während einer Rückspeisephase kehrt sich der Stromfluss im Zwischenkreis um. Bei dieser Stromrichtung kann das Strombegrenzungselement diese Funktion nicht mehr erfüllen, so dass bei netzseitigen Kurzschlüssen relativ große Stromspitzen auftreten können, welche zu einer Zerstörung des Strombegrenzungselementes führen können. Um eine derartige Beschädigung ausschließen zu können, ist dem Strombegrenzungselement eine Schottky-Diode antiparallel geschaltet.While In a regeneration phase, the current flow in the DC link reverses around. In this current direction, the current limiting element can this Function no longer meet, so that at the network side Short circuits occur relatively large current peaks can, which leads to a destruction of the current limiting element being able to lead. To such a damage To exclude, is the current limiting element a Schottky diode connected in anti-parallel.

Auch die Schottky-Dioden sind im Handel nur für kleinere Spannungen erhältlich, so dass das bekannte Strombegrenzungselement bei Umrichter mit einer Zwischenkreisspannung größer 100 V nicht verwendet werden kann.Also the Schottky diodes are commercially available only for lower voltages available, so that the known current limiting element For converters with a DC link voltage greater 100 V can not be used.

Bei Mehrmotorenantrieben werden mehrere lastseitige selbstgeführte Stromrichter (Wechselrichter) an eine gemeinsame Gleichspannungsverschienung angeschlossen. Eine Gleichspannung wird mittels einer Einspeiseeinheit in Abhängigkeit einer speisenden Netzspannung generiert. Zum Aufbau eines Mehrmotorenantriebs wird ein modulares Stromrichtersystem benötigt, dass im Handel erhältlich ist. Ein derartiges modulares Stromrichtersystem ist beispielsweise dem Siemens-Katalog DA 65.10 2003/2004 mit der Bezeichnung ”SIMOVERT MASTERDRIVES VC – Einzel- und Mehrmotorenantriebe 0,55 kW bis 2300 kW” , insbesondere dem Bild 6/16 mit zugehörigem Text, entnehmbar. Im Bild 6/20 ist ein Prinzipschaltbild eines Wechselrichters dieses modularen Stromrichtersystems näher dargestellt. Gemäß diesem Prinzipschaltbild weist jeder Wechselrichter gleichspannungsseitig einen Kondensator auf. Soll nach Kundenanforderung Wechselrichtermodule im Betrieb, d. h. bei anliegender Zwischenkreisspannung zugeschaltet werden, so ist jeweils eine Vorladeschaltung für den Kondensator erforderlich. Eine derartige Vorladeschaltung ist in dem Bild 6/52 dieses Siemens-Kataloges dargestellt. Bei einer derartigen Vorladeschaltung verbindet ein Trennschalter den Wechselrichter über Vorladewiderstände, Vorladeschütze und Ankoppelschütze mit der Zwischenkreisspannung.In multi-motor drives, several load-side self-commutated converters (inverters) are connected to a common DC busbar. A DC voltage is generated by means of a supply unit as a function of a feeding mains voltage. To build a multi-motor drive, a modular power conversion system is needed that is commercially available. Such a modular power converter system is for example the Siemens catalog DA 65.10 2003/2004 entitled "SIMOVERT MASTERDRIVES VC - single and multi-motor drives from 0.55 kW to 2300 kW" , in particular the image 6/16 with associated text, removable. Figure 6/20 shows a schematic diagram of an inverter of this modular converter system. According to this block diagram, each inverter has a capacitor on the DC side. If, according to customer requirements, inverter modules are switched on during operation, ie when the intermediate circuit voltage is applied, a pre-charge circuit for the capacitor is required in each case. Such a precharge circuit is shown in Figure 6/52 of this Siemens catalog. In such a precharge circuit connects a separator Switch the inverter via pre-charging resistors, pre-charging contactors and coupling contactors with the DC link voltage.

In der DE 197 39 553 A1 ist in der 3 ein modulares Stromrichtersystem dargestellt, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen auf die Darstellung der Einspeiseeinheit verzichtet worden ist. Gemäß dieser Darstellung weist jeder Wechselrichter ein Strombegrenzungselement mit antiparallel geschalteter Schottky-Diode auf.In the DE 197 39 553 A1 is in the 3 a modular power converter system shown, has been omitted for clarity, the presentation of the feed unit. As shown, each inverter has a current limiting element with anti-parallel Schottky diode connected.

Ob die Wechselrichtermodule eines modularen Stromrichtersystems jeweils mit einer herkömmlichen Vorladeschaltung, die einen Vorladewiderstand aufweist, oder mit einer halbleiterbasierenden Vorladeschaltung ausgestaltet sind, würde diese Module verteuern. Sollen diese Wechselrichter-Module nur nach Kundenwunsch im Betrieb des modularen Antriebssystems zuschaltbar ausgeführt sein, so müssen den handelsüblichen Wechselrichtermodulen jeweils eine Vorladeschaltung gleichspannungsmäßig vorgeschaltet werden. Dadurch erhöhen sich der Verschaltungsaufwand und der Platzbedarf eines derartigen modularen Antriebssystems.If the inverter modules of a modular power converter system respectively with a conventional precharge circuit having a precharge resistance, or configured with a semiconductor-based precharge circuit are, these modules would be more expensive. Should these inverter modules can only be switched on according to customer requirements in the operation of the modular drive system be executed, so must the commercial Inverter modules each preceded by a Vorladeschaltung DC voltage become. This increases the Verschaltungsaufwand and the space requirement of such a modular drive system.

Sollen die Wechselrichtermodule nicht im Betrieb des modularen Antriebssystems zuschaltbar sein, so muss wegen der vorhandenen Kondensatoren an zentraler Stelle eine Vorladeschaltung vorhanden sein. Da man nicht genau weist, wie viele Wechselrichtermodule bei einer Kundenanwendung mit einer Einspeiseeinheit gleichspannungsseitig miteinander verschaltet werden, ist es schwierig, den Vorladewiderstand einer Vorladeschaltung zu dimensionieren. Mit jedem weiteren Wechselrichtermodul erhöht sich der Wert der Gesamtkapazität des Spannungszwischenkreises des modularen Antriebssystems. Da die Wechselrichtermodule gleichspannungsseitig elektrisch parallel geschaltet werden, addieren sich die Werte der einzelnen Kapazitäten zu einem Summenwert auf.Should the inverter modules are not in operation of the modular drive system be switchable, so must because of the existing capacitors central location a Vorladeschaltung be present. Since you do not Exactly shows how many inverter modules in a customer application interconnected with a supply unit on the DC side It is difficult to match the precharge resistance of a precharge circuit to dimension. Increased with each additional inverter module the value of the total capacitance of the voltage intermediate circuit of the modular drive system. As the inverter modules are on the DC side are electrically connected in parallel, the values of the add individual capacities to a total value.

Entweder der Wert dieses Vorladewiderstandes wird zu groß oder die Anzahl anzuschließender Wechselrichter-Module muss auf eine maximale Anzahl beschränkt werden. Ein zu großer ohmscher Vorladewiderstand verlängert den Vorladevorgang und erzeugt eine zu hohe Verlustleistung. Wird dieser Vorladewiderstand zu klein bemessen bzw. werden mehr Wechselrichtermodule an einer Einspeiseeinheit angeschlossen als vorbestimmt, wird dieser Vorladewiderstand thermisch überlastet und fällt in Folge Überhitzung aus, wodurch das modulare Antriebssystem nicht mehr eingeschaltet werden kann.Either the value of this precharge resistor becomes too large or the Number of inverter modules to be connected must be a maximum number will be limited. One too big ohmic precharge resistor prolongs the precharge process and generates too high power loss. Will this preload resistance too small dimensioned or become more inverter modules at one Feed unit connected as predetermined, this precharge resistor thermally overloaded and falls as a result of overheating which means that the modular drive system is no longer switched on can be.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorladeschaltung eines modularen Antriebssystems derart zu modifizieren, dass die genannten Probleme nicht mehr auftreten.Of the The invention is based on the object, the known Vorladeschaltung Modify a modular drive system such that the mentioned problems no longer occur.

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.These The object is achieved with the characterizing feature of claim 1 according to the invention.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Vorladeschaltung eines modularen Antriebssystems wird der Vorladewiderstand gegen Überlastung mittels eines PTC-Widerstandes geschützt. Dadurch kann dieser Vorladewiderstand nicht thermisch überlastet werden, was zur Folge eine Zerstörung des Vorladewiderstandes hat. Außerdem muss der Vorladewiderstand nicht mehr für eine geringe Anzahl von Kundenanwendungen (hohe Anzahl von Wechselrichtermodulen) überdimensioniert werden.By this inventive design of the precharge circuit In a modular drive system, the precharge resistor is protected against overload protected by a PTC resistor. As a result, this preload resistance not be thermally overloaded, resulting in destruction has the pre-charge resistance. In addition, the pre-charge resistance no longer for a small number of customer applications (high number of inverter modules) oversized become.

Durch die Verwendung eines PTC-Widerstandes in Reihe zum Vorladewiderstand der Vorladeschaltung entsteht ein Eigenschutz des modularen Antriebssystems. D. h., ein Einschalten der Einspeiseeinheit bei einem Zwischenkreiskurzschluss gegen Erde wirkt sich nicht negativ auf den Vorladewiderstand aus. D. h., der Vorladewiderstand erleitet keinen Defekt.By the use of a PTC resistor in series with the precharge resistor the precharge circuit creates a self-protection of the modular drive system. That is, switching on the supply unit at a DC link short circuit to earth does not negatively affect the precharge resistance. That is, the precharge resistance does not cause a defect.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines modularen Antriebssystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.to Further explanation of the invention is based on the drawing Reference is made to an embodiment of a modular Drive system according to the invention is schematically illustrated.

1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines handelsüblichen modularen Antriebssystems, die 1 shows a schematic diagram of a commercially available modular drive system, the

2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer bekannten Vorladeschaltung für ein modulares Antriebssystems gemäß 1 und in der 2 shows a schematic diagram of a known Vorladeschaltung for a modular drive system according to 1 and in the

3 ist ein Prinzipschaltbild einer Vorladeschaltung eines modularen Antriebssystems nach der Erfindung dargestellt. 3 is a block diagram of a precharge circuit of a modular drive system according to the invention shown.

Gemäß dem Prinzipschaltbild der 1 weist das handelsübliche modulare Antriebssystem drei modulare Stromrichtereinheiten 4, 6 und 8 auf, die derart miteinander elektrisch leitend verbunden sind, dass eine Stromschiene 10 jeweils einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss 12, 14 16 und eine weitere Stromschiene 18 jeweils einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss 20, 22, 24 der modularen Stromrichtereinheiten 4, 6 und 8 elektrisch leitend verbindet. Diese beiden positiven und negativen Stromschienen 10 und 18, die niederinduktiv zueinander angeordnet sind, bilden einen gemeinsamen Spannungszwischenkreis des modularen Antriebssystems.According to the schematic diagram of 1 The commercially available modular drive system has three modular converter units 4 . 6 and 8th on, which are electrically connected to each other in such a way that a busbar 10 in each case a positive connection on the DC side 12 . 14 16 and another busbar 18 each a negative DC voltage side connection 20 . 22 . 24 the modular converter units 4 . 6 and 8th electrically conductive connects. These two positive and negative busbars 10 and 18 , which are arranged low inductively to each other, form a common voltage intermediate circuit of the modular drive system.

Die modulare Stromrichtereinheit 4 ist wechselspannungsseitig mit einem speisenden Netz 26 verknüpft. Diese modulare Stromrichtereinheit 4 generiert in Abhängigkeit einer Netzspannung des speisenden Netzes 26 eine Gleichspannung. Wegen dieser Funktion wird die Stromrichtereinheit 4 des modularen Antriebssystems auch als Einspeiseeinheit 4 bezeichnet. Die beiden modularen Stromrichtereinheiten 6 und 8 speisen jeweils einen Motor 2 und 36. Aus diesem Grund werden diese Stromrichtereinheiten 6 und 8 auch als Wechselrichtermodule bzw. auch als Motormodule bezeichnet.The modular power converter unit 4 is on the AC side with a feeding network 26 connected. This modular power converter unit 4 generated in dependence of a mains voltage of the supplying network 26 a DC voltage. Because of the This function becomes the power converter unit 4 the modular drive system also as a feed unit 4 designated. The two modular converter units 6 and 8th each feed a motor 2 and 36 , For this reason these converter units become 6 and 8th also referred to as inverter modules or as motor modules.

Jede dieser drei modularen Stromrichtereinheiten 4, 6 und 8, die im Handel ( Siemens-Katalog DA 65.10 2003/2004 ) erhältlich sind, weist einen selbstgeführten Stromrichter 28, einen Kondensator 30 und zwei Sicherungen 32 und 34 auf. Der Kondensator 30 ist elektrisch parallel zu den beiden gleichspannungsseitigen Anschlüssen des selbstgeführten Stromrichters 28, der auch als Pulsstromrichter bezeichnet wird, geschaltet. Jeweils ein wechselspannungsseitiger Anschluss des selbstgeführten Stromrichters 28 bildet einen wechselspannungsseitigen Anschluss der modularen Stromrichtereinheit 6 bzw. 8.Each of these three modular converter units 4 . 6 and 8th in the trade ( Siemens catalog DA 65.10 2003/2004 ), has a self-commutated power converter 28 , a capacitor 30 and two fuses 32 and 34 on. The capacitor 30 is electrically parallel to the two DC-side terminals of the self-commutated power converter 28 , which is also referred to as a pulse converter, switched. In each case an AC-side connection of the self-commutated power converter 28 forms an AC-side connection of the modular converter unit 6 respectively. 8th ,

Damit ein Ladestrom beim Einschalten der Einspeiseeinheit 4 nicht zu groß wird, ist dieser Einspeiseschaltung 4 gleichspannungsseitig mit einer Vorladeschaltung 38 versehen, deren Prinzipschaltbild in der 2 näher dargestellt ist. Diese Vorladeschaltung 38 kann Bestandteil der Einspeiseschaltung 4 sein. Diese bekannte Vorladeschaltung 38 weist zwei Vorladewiderstände 40 und 42 auf, denen jeweils ein Vorladeschütz 44 und 46 vorgeschaltet sind. Jeweils elektrisch parallel zu einer Reihenschaltung eines Vorladewiderstandes 40 bzw. 42 und eines Vorladeschützes 44 bzw. 46 ist ein Hauptschütz 48 bzw. 50 geschaltet. Diese Parallelschaltung ist mittels zweier Ankoppelschütze 52 und 54 mit Eingangs-Anschlüssen 56 und 58 und direkt mit Ausgangs-Anschlüssen 60 und 62 dieser Vorladeschaltung 38 elektrisch leitend verbunden. Die eingangsseitigen Anschlüsse 56 und 58 dieser Vorladeschaltung 38 sind mit den gleichspannungsseitigen Anschlüssen 12 und 20 der Einspeiseeinrichtung 4 elektrisch leitend verbunden. An den beiden ausgangsseitigen Anschlüssen 60 und 62 dieser Vorladeschaltung 38 sind die beiden Stromschienen 10 und 18 des gemeinsamen Spannungszwischenkreises des modularen Antriebssystems angeschlossen.So that a charging current when switching on the supply unit 4 not too big, is this feed circuit 4 DC side with a precharge circuit 38 provided, whose schematic diagram in the 2 is shown in more detail. This precharge circuit 38 can be part of the feed circuit 4 be. This known Vorladeschaltung 38 has two precharge resistors 40 and 42 on each of which a pre-charging contactor 44 and 46 upstream. Each electrically parallel to a series connection of a pre-charge resistor 40 respectively. 42 and a pre-charging contactor 44 respectively. 46 is a main contactor 48 respectively. 50 connected. This parallel connection is by means of two coupling contactors 52 and 54 with input connections 56 and 58 and directly with output connections 60 and 62 this precharge circuit 38 electrically connected. The input-side connections 56 and 58 this precharge circuit 38 are with the DC-side connections 12 and 20 the feeding device 4 electrically connected. At the two output connections 60 and 62 this precharge circuit 38 are the two busbars 10 and 18 connected to the common voltage intermediate circuit of the modular drive system.

Das Problem bei dieser Ausführung eines modularen Antriebssystems gemäß 1 mit einer Vorladeschaltung gemäß 2 besteht darin, dass die Vorladewiderstände 40 und 42 für einen maximalen Ladestrom dimensioniert werden müssen. Dieser Strom hängt einerseits von der Netzspannung des speisenden Netzes 26 und andererseits vom Gesamtkapazitätswert der Kondensatoren 30 der Stromrichtereinheiten 4, 6 und 8. Bei der Dimensionierung kann man von einer maximal zulässigen Anzahl von Motormodulen 6 und 8 ausgehen. Durch die Parallelschaltung von Motormodulen 6 und 8 addieren sich die Kapazitätswerte deren Kondensatoren 30. D. h., mit jedem weiteren Motormodul am gemeinsamen Spannungszwischenkreis des modularen Antriebssystems erhöht sich der Kapazitätswert der Gesamtkapazität wodurch sich der Ladestrom erhöht. Selbst wenn man noch einen Sicherheitsfaktor berücksichtigt, kann nicht verhindert werden, dass die Vorladewiderstände 40 und 42 der Vorladeschaltung 38 des modularen Antriebssystems thermisch überbelastet werden können, so dass in Folge diese Widerstände zerstört werden. Durch diese Dimensionierung der Vorladewiderstände 40 und 42 benötigen diese einen entsprechenden Platz, so dass die Vorladeschaltung 38 großvolumig ausfällt. Eine Gewissheit, dass die Vorladewiderstände 40 und 42 nicht thermisch überlastet werden, gibt es nicht. Eine derartige Überdimensionierung dieser Vorladewiderstände 40 und 42 der Vorladeschaltung 38 wird nur für eine geringe Anzahl von Kundenanwendungen benötigt, so dass für die überwiegende Anzahl von Kundenanwendungen diese Vorladewiderstände 40 und 42 zu groß bemessen sind.The problem with this embodiment of a modular drive system according to 1 with a precharge circuit according to 2 is that the pre-charging resistors 40 and 42 must be dimensioned for a maximum charging current. This current depends on the one hand on the mains voltage of the feeding network 26 and on the other hand, the total capacitance of the capacitors 30 the converter units 4 . 6 and 8th , When sizing one can of a maximum number of motor modules 6 and 8th out. By the parallel connection of motor modules 6 and 8th the capacitance values of their capacitors add up 30 , In other words, with each additional motor module at the common voltage intermediate circuit of the modular drive system, the capacitance value of the total capacity increases, which increases the charging current. Even taking into account a safety factor, the precharging resistances can not be prevented 40 and 42 the precharge circuit 38 of the modular drive system can be thermally overloaded, so that these resistors are destroyed as a result. Through this dimensioning of the pre-charging resistors 40 and 42 they need an appropriate space, so the precharge circuit 38 large volume fails. A certainty that the preload resistors 40 and 42 not thermally overloaded, does not exist. Such oversizing of these pre-charging resistors 40 and 42 the precharge circuit 38 is needed only for a small number of customer applications, so for the vast majority of customer applications these precharge resistors 40 and 42 are too large.

Um dieses Problem lösen zu können, ist in der 3 eine erfindungsgemäße Vorladeschaltung 64 vorgeschlagen, die sich von der bekannten Vorladeschaltung 38 dadurch unterscheidet, dass anstelle zweier Vorladewiderstände 40 und 42 eine Reihenschaltung eines Vorladewiderstandes 66 und eines Kaltleiters 68, der auch als PTC-Widerstand wegen seines positive Temperaturkoeffizienten genannt wird, vorgesehen ist. Elektrisch in Reihe zu dieser Reihenschaltung ist ebenfalls ein Vorladeschütz 44 vorgesehen. Elektrisch parallel zu dieser Reihenschaltung, bestehend aus Vorladewiderstand 66, PTC-Widerstand 68 und Vorladeschütz 44, ist ein Hauptschütz 50 geschaltet. Diese Parallelschaltung ist mittels zweier Ankoppelschütze 52 und 54 mit den beiden Eingangs-Anschlüssen 56 und 58 elektrisch leitend verbindbar. Außerdem ist diese Parallelschaltung direkt mit den beiden Ausgangs-Anschlüssen 60 und 62 der Vorladeschaltung 64 verknüpft. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorladeschaltung 64 übernimmt der PTC-Widerstand 68 nur den Schutz gegen Überlastung des Vorladewiderstandes 66. Um für jede Stromstärke einen PTC-Widerstand 68 für diese Vorladeschaltung 64 zu erhalten, können mehrere PTC-Widerstände elektrisch in Reihe und/oder elektrisch parallel geschaltet werden.To solve this problem is in the 3 a precharge circuit according to the invention 64 proposed, which differs from the known Vorladeschaltung 38 differs in that instead of two pre-charging resistors 40 and 42 a series connection of a pre-charge resistor 66 and a PTC thermistor 68 , which is also called PTC resistor because of its positive temperature coefficient is provided. Electrical in series with this series connection is also a pre-charging contactor 44 intended. Electrically parallel to this series connection, consisting of precharge resistor 66 , PTC resistor 68 and pre-charging contactor 44 , is a main contactor 50 connected. This parallel connection is by means of two coupling contactors 52 and 54 with the two input connections 56 and 58 electrically conductive connectable. In addition, this parallel circuit is directly connected to the two output terminals 60 and 62 the precharge circuit 64 connected. In this embodiment of the precharge circuit according to the invention 64 takes over the PTC resistor 68 only the protection against overload of the pre-charging resistor 66 , To get a PTC resistor for each current 68 for this precharge circuit 64 To obtain multiple PTC resistors can be electrically connected in series and / or electrically parallel.

Mit jedem weiteren Motormodul 6 bzw. 8, das am gemeinsamen Spannungszwischenkreis des modularen Antriebssystems angeschlossen wird, erhöht sich der Ladestrom, wodurch der PTC-Widerstand 68 hochohmiger wird. Dadurch wird verhindert, dass der Vorladewiderstand 66 wegen eines zu hohen Stromes thermisch überlastet wird und der Ausfall der Vorladeschaltung 64 die Folge wäre. Mit Ausfall der Vorladeschaltung 64 wird der Einschaltprozess des modularen Antriebssystems abgebrochen. Der Vorladewiderstand 66 und der in Reihe dazu vorgesehene PTC-Widerstand 68 können so dimensioniert werden, dass ein Einschaltprozess des modularen Antriebssystem nicht mehr unterbrochen, sondern lediglich die Vorladephase sich in Abhängigkeit des sich ändernden Widerstandswertes des PTC-Widerstandes 68 zeitlich verlängert. Somit muss nicht mehr für einige Kundenanwendungen diese Vorladeschaltung 64 überdimensioniert werden, wodurch nicht nur Kosten eingespart werden, sondern ebenfalls der Raumbedarf dieser Vorladeschaltung 64 sich wesentlich verringert.With each additional engine module 6 respectively. 8th , which is connected to the common voltage link of the modular drive system, the charging current increases, causing the PTC resistor 68 becomes high-impedance. This will prevent the precharge resistor 66 is thermally overloaded because of too high a current and the failure of the precharge circuit 64 the result would be. With failure of the precharge circuit 64 the activation process of the modular drive system is aborted. The Vorla dewiderstand 66 and the PTC resistor provided in series 68 can be dimensioned so that a switch-on of the modular drive system is no longer interrupted, but only the pre-charge phase depending on the changing resistance of the PTC resistor 68 extended in time. Thus, this precharge circuit no longer has to be for some customer applications 64 Be oversized, which not only costs are saved, but also the space requirements of this Vorladeschaltung 64 significantly reduced.

Ein weiterer Vorteil, der sich mit dieser erfindungsgemäßen Vorladeschaltung 64 ergibt, besteht darin, dass selbst beim Einschalten des modularen Antriebssystems mit erfindungsgemäßer Vorladeschaltung 64, obwohl ein Zwischenkreiskurzschluss gegen Erde im gemeinsamen Spannungszwischenkreis auftritt, dieser Fehlerfall nicht zur Zerstörung des Vorladewiderstandes 66 der Vorladeschaltung 64 führt. D. h., dieser PTC-Widerstand 68 schützt nicht nur den Vorladewiderstand 66 gegen thermische Überlastung, sondern auch noch das modulare Antriebssystem. Man erhält somit gleichzeitig einen Eigenschutz des modularen Antriebssystems.Another advantage associated with this Vorladeschaltung invention 64 results, is that even when switching the modular drive system with inventive Vorladeschaltung 64 Although a DC link short circuit to earth occurs in the common DC link, this failure does not destroy the precharge resistor 66 the precharge circuit 64 leads. That is, this PTC resistor 68 not only protects the pre-charge resistance 66 against thermal overload, but also the modular drive system. At the same time, this gives self-protection of the modular drive system.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19739553 A1 [0006, 0006, 0010]
DE 19717614 A1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Siemens catalog DA 65.10 2003/2004 entitled "SIMOVERT MASTERDRIVES VC - single and multi-motor drives from 0.55 kW to 2300 kW" [0009]
- Siemens Catalog DA 65.10 2003/2004 [0024]

Claims

Modular drive system with a feed unit ( 4 ) and at least two converter units ( 6 . 8th ), these units ( 4 . 6 . 8th ) on the DC side by means of two busbars ( 10 . 18 ) are electrically connected in parallel, each power converter unit ( 6 . 8th ) a self-commutated power converter ( 28 ) and a capacitor ( 30 ), which is electrically to DC side terminals of the self-commutated power converter ( 28 ), and wherein a precharge circuit ( 64 ) on the input side with DC-side connections ( 12 . 20 ) of the feed circuit ( 4 ) and on the output side each with one of the two busbars ( 10 . 18 ) are electrically conductively connected, characterized in that this precharge circuit ( 64 ) has a main contactor ( 50 ) and a series connection of a precharge resistor ( 66 ), a PTC resistor ( 68 ) and a pre-charging contactor ( 44 ), whereby the main contactor ( 50 ) is connected electrically in parallel with the series connection.

Modular drive system according to claim 1, characterized in that the PTC resistor ( 68 ) has a non-linear resistance profile.

Modular drive system according to claim 1 or 2, characterized in that the PTC resistor ( 68 ) consists of a series and / or parallel connection of several PTC resistors.