DE102010025647A1 - Device for controlling electrical power supplied to e.g. press device, has interface to allow current flow between power supply network and intermediate circuit, when voltage value in intermediate circuit lies within target voltage range - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur intelligenten Netzleistungsregulierung durch kapazitive Energiespeicherung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.The present invention relates to an apparatus and method for intelligent network power regulation by capacitive energy storage according to the independent claims.
Bei der Energieversorgung von elektrischen Maschinen tritt oftmals ein Problem auf, wenn diese Maschinen eine ungleichmäßige Belastung erfahren. In diesem Fall wird ein Energieversorgungsnetz, das die betreffende(n) elektrischer Maschine(n) mit elektrischer Energie versorgt, ebenfalls ungleichmäßig belastet, so dass in diesem Versorgungsnetz ohne entsprechende Kompensationsmaßnahmen Schwankungen, beispielsweise in Form von Spannungsschwankungen auftreten können. Dies wirkt sich jedoch sehr nachteilhaft auf weitere elektrische Anlagen aus, die ebenfalls am betroffenen Energieversorgungsnetz angeschlossen sind.In the power supply of electric machines, a problem often arises when these machines experience uneven loading. In this case, a power supply network, which supplies the relevant electrical machine (s) with electrical energy, also loaded unevenly, so that fluctuations, for example in the form of voltage fluctuations can occur in this supply network without appropriate compensation measures. However, this has a very disadvantageous effect on other electrical systems that are also connected to the affected power grid.
Um solche derart nachteilhaften Rückwirkungen auf ein elektrisches Energieversorgungsnetz zu vermeiden, kann eine Versorgungseinheit verwendet werden, die einen Gleichspannungs-Zwischenkreis aufweist, über welche solche Schwankungen abgefangenen werden können, die durch eine ungleichmäßige Belastung der elektrischen Maschine(n) verursacht werden. Beispielsweise verwendet die in der Druckschrift
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zur intelligenten Netzleistungsregulierung zu schaffen.It is therefore the object of the present invention to provide an improved apparatus and method for intelligent network power regulation.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur intelligenten Netzleistungsregulierung durch kapazitive Energiespeicherung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.This object is achieved by a device and method for intelligent network power regulation by capacitive energy storage according to the independent patent claims.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur intelligenten Netzleistungsregulierung durch kapazitive Energiespeicherung, wobei die Vorrichtung zur Versorgung mindestens eines elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie aus einem Energieversorgungsnetz ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
- – eine Pufferkapazität;
- – einen Gleichspannungs-Zwischenkreis, der ausgebildet ist, um über eine erste Schnittstelle mit der Pufferkapazität gekoppelt zu werden oder der über die erste Schnittstelle mit der Pufferkapazität gekoppelt ist; und
- – eine zweite Schnittstelle, über den der Gleichspannungs-Zwischenkreis mit dem Energieversorgungsnetz koppelbar oder gekoppelt ist, wobei die zweite Schnittstelle ausgebildet ist, um einen Stromfluss zwischen dem Energieversorgungsnetz und dem Gleichspannungs-Zwischenkreis zu begrenzen, wenn die Spannung in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis einen Wert aufweist, der innerhalb eines Soll-Spannungsbereiches liegt.
- A buffer capacity;
- A DC link formed to be coupled to the buffering capacitor via a first interface or coupled to the buffering capacitor via the first interface; and
- A second interface via which the DC link is coupled or coupled to the power grid, the second interface being configured to limit a current flow between the power grid and the DC link when the voltage in the DC link has a value which is within a desired voltage range.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur intelligenten Netzleistungsregulierung durch kapazitive Energiespeicherung, wobei das Verfahren eine Vorrichtung zur Versorgung mindestens eines elektrischen Antriebsmotors mit elektrischer Energie aus einem Energieversorgungsnetz aufweist, wobei die Vorrichtung eine Pufferkapazität und einen Gleichspannungs-Zwischenkreis aufweist, der ausgebildet ist, um über eine erste Schnittstelle mit der Pufferkapazität gekoppelt zu werden oder der über die erste Schnittstelle mit der Pufferkapazität gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung ferner eine zweite Schnittstelle aufweist, über die der Gleichspannungs-Zwischenkreis mit dem Energieversorgungsnetz koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Bestimmen der Spannung in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis; und
- – Begrenzen eines Stromflusses zwischen dem Energieversorgungsnetz und dem Gleichspannungs-Zwischenkreis über die zweite Schnittstelle, wenn die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises einen Wert aufweist, der innerhalb eines Soll-Spannungsbereiches liegt.
- - determining the voltage in the DC link; and
- - Limiting a current flow between the power supply network and the DC-DC link via the second interface, when the voltage of the DC intermediate circuit has a value which is within a desired voltage range.
Die vorliegende Erfindung schafft auch eine Vorrichtung oder ein Steuergerät, die/das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Insbesondere kann das Steuergerät oder die Vorrichtung Einheiten umfassen, die ausgebildet sind, um die Schritte des Verfahrens auszuführen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The present invention also provides a device or controller adapted to perform the steps of the method of the invention. In particular, the controller or device may include units configured to perform the steps of the method. Also by this embodiment of the invention in the form of a Control unit, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Unter einem Steuergerät oder einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensor- oder Steuersignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon andere Steuersignale ausgibt oder einen Leistungsfluss reguliert. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellenbeispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.A control device or a device may in the present case be understood to mean an electrical device which processes sensor or control signals and outputs other control signals in dependence thereon or regulates a power flow. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based configuration, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und der zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product with program code, which is stored for example on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and which is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program is executed on a control unit ,
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass nun Gleichspannungskondensatoren, die in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis eingesetzt werden, nun als Energiespeicher durch die schwankende Zwischenkreisspannung genutzt werden können, wobei zugleich eine Begrenzung der netzseitigen Ströme bzw. Leistungen möglich ist. Durch die Begrenzung eines vom Energieversorgungsnetz in den Gleichspannungs-Zwischenkreis fließenden Stromes kann erreicht werden, dass auch bei einer ungleichmäßigen Belastung des elektrischen Antriebs (bzw. Antriebsmotors) keine stark schwankende Leistungsaufnahme aus dem Energieversorgungsnetz erfolgt. Vielmehr wird durch das Zulassen der größeren Schwankungsbreite der (Gleich-)Spannung in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis ermöglicht, dass die Vorrichtung oder Versorgungseinheit eine möglichst kontinuierliche Leistungsaufnahme vom Energieversorgungsnetz in den Gleichspannungs-Zwischenkreis sicherstellt. Die von der elektrischen Maschine oder dem elektrischen Antrieb benötigte Energie kann von der Pufferkapazität oder den Pufferkapazitäten (für die im Nachfolgenden der Einfachheit halber auch im Singular als Pufferkapazität bezeichnet wird) des Gleichspannungs-Zwischenkreises ausgeglichen werden. Weiterhin kann auch eine Ausnutzung einer Feldschwächung bei elektrischen Antrieben erfolgen, um bei schwankender Zwischenkreisspannung keine Einschränkungen hinsichtlich des Drehzahlbereiches der Antriebe, d. h. der vom Versorgungsnetz zu speisenden Antriebe (EMK-Spannung) in Kauf nehmen zu müssen.The present invention is based on the finding that now DC capacitors which are used in the DC intermediate circuit can now be used as an energy storage by the fluctuating DC link voltage, at the same time a limitation of the network-side currents or powers is possible. By limiting a current flowing from the power supply network into the DC intermediate circuit, it can be achieved that even with an uneven load on the electric drive (or drive motor), there is no greatly fluctuating power consumption from the energy supply network. Rather, by allowing the larger fluctuation range of the (DC) voltage in the DC intermediate circuit is made possible that the device or supply unit ensures a continuous power consumption from the power supply network in the DC link. The energy required by the electrical machine or the electric drive can be compensated by the buffer capacity or the buffer capacities (for the sake of simplicity also referred to below as the buffer capacity in the singular) of the DC link. Furthermore, it is also possible to utilize a field weakening in the case of electric drives so as not to impose restrictions with regard to the speed range of the drives when the intermediate circuit voltage fluctuates. H. of the supply network to be powered drives (emf voltage) to accept.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass der hier vorgestellte Ansatz eine Vorrichtung bereitstellt, die leicht an bestehende Anlagen (unabhängig von den jeweiligen Steuerungen) nachrüstbar ist, da der hier vorgeschlagene Ansatz antriebsbasiert ist. Insbesondere kann eine Pufferkapazität einfach an den Gleichspannungs-Zwischenkreis auch nachträglich angeschlossen werden. Auch lässt sich eine Reduktion von Netzspitzenleistungen einfach durchführen und es wird vorteilhaft eine Energiepufferung bei einem Nothalt der Maschine auf technisch einfache Weise realisierbar. Ferner wird auch ein geregeltes Stillsetzen einer Maschine insbesondere auch bei einem Ausfall des Energieversorgungsnetzes möglich. Der Betrieb der Maschine bzw. eines Antriebs kann weiterhin auch bei schlechten Netzen (d. h. bei sporadischem Netzausfall) weitgehend sichergestellt werden. Zusätzlich können auch geringere Kabelquerschnitte für elektrische Leitungen für den Anschluss der elektrischen Maschine oder des Antriebs an das Energieversorgungsnetz verwendet werden, wodurch auch kleinere Schütze und Sicherungen auf Netzseite verbaut werden brauchen. Insgesamt führt der hier vorgeschlagene Ansatz zu geringeren Netzrückwirkungen bei ungleichmäßiger Belastung der Maschine(n), wodurch sich auch reduzierte Leistungsverluste Pv im üblicherweise zu verwendenden Netzfilter und der Netzdrossel (gemäß der Formel Pv = 3·Ieff 2·R) einstellen. Somit führen die hier vorgeschlagenen Maßnahmen zu einem robusteren Regelverhalten der Vorrichtung zur intelligenten Netzleistungsregulierung bei „unsauberen” Netzen und einem geringeren Energieverlust bei Betrieb der Antriebe.The present invention offers the advantage that the approach presented here provides a device that can easily be retrofitted to existing systems (independently of the respective controllers), since the approach proposed here is drive-based. In particular, a buffer capacity can also be connected to the DC link DC also subsequently. Also, a reduction of network peak power can be easily performed and it is advantageous energy buffering at an emergency stop the machine in a technically simple manner feasible. Furthermore, a regulated shutdown of a machine especially in case of failure of the power grid is possible. The operation of the machine or a drive can continue to be largely ensured even in poor networks (ie sporadic power failure). In addition, smaller cable cross-sections for electrical cables for connecting the electrical machine or the drive can be used to the power grid, which also smaller contactors and fuses must be installed on the network side. Overall, the approach proposed here leads to lower system perturbations in the event of uneven loading of the machine (s), which also results in reduced power losses P v in the line filter and the line reactor (according to the formula P v = 3 * I eff 2 * R). Thus, the measures proposed here lead to a more robust control behavior of the device for intelligent network power regulation in "dirty" networks and a lower energy loss during operation of the drives.
Gemäß einer günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zweite Schnittstelle ausgebildet sein, um einen Stromfluss von dem Energieversorgungsnetz in den Gleichspannungs-Zwischenkreis und/oder den Stromfluss von dem GleichspannungsZwischenkreis in das Energieversorgungsnetz zu begrenzen. Auf diese Weise wird vorteilhaft nicht nur eine Netzbelastung durch eine hohe Leistungsentnahme aus dem Energieversorgungsnetz verhindert, sondern es kann auch eine starke Beanspruchung bei einer übermäßigen Rückspeisung von Energie aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis in das Energieversorgungsnetz vermieden werden.According to a favorable embodiment of the present invention, the second interface may be designed to limit a current flow from the power supply network into the DC intermediate circuit and / or the current flow from the DC intermediate circuit into the power supply network. In this way, not only a network load is advantageously prevented by a high power draw from the power grid, but it can also be a heavy stress in an excessive recovery of energy from the DC bus to be avoided in the power grid.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die zweite Schnittstelle ausgebildet ist, um den Stromfluss zwischen dem Energieversorgungsnetz und dem Gleichspannungs-Zwischenkreis auf einen Spitzenstrom zu begrenzen, der das Zwei- bis Fünffache, insbesondere das 2,5-fache eines maximal zulässigen Dauerstromes über die zweite Schnittstelle beträgt. Auf diese Weise kann ein Stromfluss bzw. einen Leistungszufluss auf einen Wert begrenzt werden, der üblicherweise von dem Energieversorgungsnetz ohne größere Probleme, d. h. ohne Netzrückwirkungen aufgenommen werden kann.It is also advantageous if the second interface is designed to limit the current flow between the power supply network and the DC link to a peak current of two to five times, in particular 2.5 times a maximum permissible continuous current over the second interface. In this way, a current flow or a power supply can be limited to a value that can usually be absorbed by the power grid without major problems, ie without network perturbations.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zweite Schnittstelle ausgebildet sein, um die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises auf einen Sollwert zu regeln, insbesondere die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises dann auf den Sollwert zu regeln, wenn die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises vor dem Regeln außerhalb des Soll-Spannungsbereiches lag. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch den vorbestimmten Soll-Spannungsbereich die volle Energiespeicherfähigkeit der Pufferkapazität möglichst gut ausgenutzt werden kann.According to one embodiment of the present invention, the second interface may be configured to regulate the voltage of the DC intermediate circuit to a desired value, in particular to regulate the voltage of the DC intermediate circuit to the desired value when the voltage of the DC intermediate circuit before the rules was outside the nominal voltage range. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the full energy storage capacity of the buffer capacity can be utilized as well as possible by the predetermined desired voltage range.
Um möglichst flexibel auf eine Schwankung des Leistungsbedarfs des Antriebs oder eines elektrischen Motors reagieren zu können und zugleich eine harte Begrenzung des Stromflusses zu vermeiden, kann die zweite Schnittstelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, um eine Strombegrenzungsschwelle, die einen maximalen Stromfluss zwischen dem Energieversorgungsnetz und dem Gleichspannungs-Zwischenkreis repräsentiert, anzuheben, wenn ein Spannungspegel der Spannung in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis außerhalb des Soll-Spannungsbereiches liegt.In order to be able to react as flexibly as possible to a fluctuation of the power requirement of the drive or of an electric motor and at the same time to avoid a hard limitation of the current flow, the second interface according to an embodiment of the present invention can be designed to provide a current limiting threshold which ensures a maximum current flow between the two Power supply network and the DC bus represents to raise when a voltage level of the voltage in the DC link is outside the target voltage range.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Pufferkapazität für die Aufnahme einer Spannung bis zu der für eine nachgeschaltete Leistungselektronik, welche den anschließbaren elektrischen Antrieb mit Leistung versorgt, zulässige Spannung ausgelegt sein und ein Energiespeichervermögen aufweisen, das in Abhängigkeit von einer maximalen Energieaufnahme oder Energieabgabe des zumindest einen elektrischen Antriebs dimensioniert ist, wobei das Energiespeichervermögen der Pufferkapazität insbesondere ausgelegt ist, um eine fehlerfreie Stillsetzung des elektrischen Antriebsmotors bei einem Ausfall des Energieversorgungsnetzes sicherzustellen. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch eine derart ausgestaltete Pufferkapazität einerseits sichergestellt ist, dass diese einerseits zum Betrieb als Energiespeicher für den Antrieb ausgelegt ist und andererseits auch ausreichend Energie aufnehmen kann, um eine geregelte Stillsetzung des Antriebs ohne die Gefahr von Beschädigungen am Antrieb oder einer vom Antrieb betriebenen Anlage zu ermöglichen.According to one embodiment of the present invention, the buffer capacity for the absorption of a voltage up to that for a downstream power electronics, which supplies the connectable electric drive with power, permissible voltage and have an energy storage capacity, which is dependent on a maximum energy consumption or energy output of at least one electric drive is dimensioned, wherein the energy storage capacity of the buffer capacity is designed in particular to ensure an error-free shutdown of the electric drive motor in case of failure of the power grid. Such an embodiment of the present invention has the advantage that on the one hand it is ensured by a buffer capacity configured such that it is designed for operation as an energy store for the drive and on the other hand can absorb enough energy to ensure a controlled shutdown of the drive without the risk of Damage to the drive or to a system operated by the drive.
Damit insbesondere hohe Energiemengen von dem Gleichspannungs-Zwischenkreis aufgenommen oder abgegeben werden können, kann ferner ein Schwungradspeicher vorgesehen sein, wobei der Schwungradspeicher ausgebildet ist, um über den Gleichspannungs-Zwischenkreis mit elektrischer Energie versorgt zu werden oder um elektrische Energie an den Gleichspannungs-Zwischenkreis zurückzuliefern. Ein Schwungrad-Speicher bietet die Möglichkeit deutlich mehr Energie aufnehmen zu können als eine Pufferkapazität, wobei jedoch auch andererseits die Speicherverluste bei einem solchen Schwungrad-Speicher größer sind als bei einer Pufferkapazität und der Schwungrad-Speicher auch gegenüber einer Pufferkapazität eine zeitlich größere Verzögerung bei der Energieaufnahme oder Energieabgabe aufweist.So that in particular large quantities of energy can be absorbed or emitted by the DC intermediate circuit, a flywheel storage device can furthermore be provided, wherein the flywheel storage device is designed to be supplied with electrical energy via the DC intermediate circuit or to return electrical energy to the DC intermediate circuit , A flywheel storage offers the possibility to absorb much more energy than a buffer capacity, but on the other hand, the memory losses are greater in such a flywheel storage than in a buffer capacity and the flywheel storage also compared to a buffer capacity a longer time delay in the Has energy intake or energy release.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des vorstehend beschriebenen Ansatzes in einer Automatisierungstechnik-Vorrichtung, insbesondere einer Pressvorrichtung, Werkzeugmaschine, oder Fertigungsmaschine, die eine Vorrichtung zur intelligenten Netzleistungsregulierung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist. In einem solchen Anwendungsgebiet kann die hier vorgestellte Erfindung ihren optimalen Nutzen entfalten.Particularly advantageous is the application of the approach described above in an automation technology device, in particular a pressing device, machine tool, or manufacturing machine, which has a device for intelligent network power regulation according to one of the preceding claims. In such an area of application, the invention presented here can develop its optimum benefit.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder” Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweites Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal/den ersten Schritt als auch das zweite Merkmal/den zweiten Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal/Schritt oder nur das zweite Merkmal/Schritt aufweist.The same or similar elements may be indicated in the figures by the same or similar reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here. Furthermore, the invention is explained in the following description using different dimensions and dimensions, wherein the invention is not limited to these dimensions and dimensions to understand. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature / step and a second feature / step, this can be read such that the embodiment according to one embodiment includes both the first feature / the first feature and the second feature / the second step and according to another embodiment either only the first feature / step or only the second feature / step.
In allen Applikationen in denen ein oder mehrere elektrische Antriebe an einem gemeinsamen von einem Energieversorgungsnetz gespeisten Zwischenkreis (beispielsweise über eine DC-Kopplung) angeschlossen sind und die Gesamtleistung der elektrischen Antriebe stark schwankt (d. h. hohe Spitzen aufweist) treten Probleme durch Rückwirkungen einer ungleichmäßigen Belastung der Antriebe auf das Versorgungsnetz auf. Ein Ziel von möglichen Optimierungsansätzen kann es daher sein, eine Reduktion der Netzrückwirkungen (d. h. Netzspitzen) im laufenden Betrieb und bei Nothalt der elektrischen Antriebsmotoren durch Energiespeicherung im kapazitiven Teil des Zwischenkreises zu erreichen und damit im Idealfall die Netzbelastung auf die mittlere Dauerleistung eines sich wiederholenden Prozesses zu beschränken.In all applications in which one or more electric drives are connected to a common DC-powered by a power supply circuit (for example, via a DC coupling) and the total power of the electric drives varies greatly (ie, has high peaks), problems occur due to repercussions of uneven load Drives on the supply network on. It may therefore be a goal of possible optimization approaches to achieve a reduction of the system perturbations (ie network peaks) during operation and emergency stop of the electric drive motors by energy storage in the capacitive part of the intermediate circuit and thus ideally the network load on the average continuous power of a repetitive process to restrict.
Um ein solches Ziel zu erreichen, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Anordnung mit einer Vorrichtung
Ferner ist in der
Ferner sind die stromführenden Elemente mit einem schaltbaren Bremswiderstand
Ferner sind die stromführenden Elemente des Gleichspannungsteils
Um nun möglichst geringe Rückwirkungen einer ungleichmäßigen Belastung der elektrischen Antriebe
Dies kann beispielsweise durch zwei unterschiedliche Maßnahmen erreicht werden. Eine erste Variante zum Erreichen dieser Schwankungen im Gleichspannungsteil
Die weiteren, in
Um möglichst hohe elektrische Energiemengen speichern zu können, kann zusätzlich zur Pufferkapazität
Um die Darstellung entsprechen den Teildiagrammen aus
Um eine weitere Reduktion der Rückwirkungen einer ungleichmäßigen Belastung der elektrischen Antriebe
Genauer ausgedrückt lässt sich somit sagen, dass bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsvariante der Ladestrom auf definierte Werte begrenzt wird und sich hierdurch eine Regelung der Spannung im Gleichspannungsteil
Insgesamt zeigt sich somit, dass durch die Verwendung einer Begrenzung eines maximal aus dem Versorgungsnetz
Sinkt die Spannung im Gleichspannungsteil
Für den Fall, dass trotz der Zuschaltung des Bremswiderstands
Insgesamt lässt sich somit festhalten, dass bei einem geregelten Zwischenkreis die Zwischenkreisspannung (im Gleichspannungsteil
Unter Zuhilfenahme der in
Bei einem Unterschreiten einer Zwischenkreis-Istspannung unter eine untere Grenzspannung U_ZwK_min (beispielsweise UDC,min), kann der Stromfluss nicht mehr geregelt werden, sondern wird nur noch von Spannungspotentialen zwischen dem Versorgungsnetz
Die Rückwirkungen einer ungleichmäßigen Belastung der elektrischen Antriebe auf das Versorgungsnetz sind dann am geringsten wenn sowohl der eingespeiste Strom in den Zwischenkreis als auch der rückgespeiste Strom vom Zwischenkreis in das Versorgungsnetz begrenzt werden. Idealist es, die Pufferkapazität und die Strombegrenzungslogik so zu parametrieren bzw. auszuführen, dass nur ein einzuspeisender Strom vom Versorgungsnetz in den Zwischenkreis fließt, wobei dieser einzuspeisende Strom in seiner Höhe konstant sein sollte und somit die mittlere Verlustleistung der angeschlossenen elektrischen Antriebe deckt.The repercussions of an uneven load of the electrical drives on the supply network are then least when both the fed current into the DC link and the fed-back current from the DC link are limited in the supply network. It is ideal to parameterize or execute the buffer capacity and the current limiting logic in such a way that only one current to be fed flows from the supply network into the DC link, whereby this current to be injected should be constant in its height and thus covers the average power loss of the connected electric drives.
Um nun eine möglichst optimale Anpassung der Vorrichtung
Nach äquivalenter Umformung kann daraus für die erforderliche Pufferkapazität als Energiespeicher der folgende Zusammenhang bestimmt werden: wobei CDC eine optimale Größe der Pufferkapazität darstellt, im Gleichspannugsanteil
Beispielweise kann bei der Verwendung der Spannungspegel U1 = UBW,ein und U2 = UDC,nominal erreicht werden, dass bei einem Rückhub nahezu keine Energie in der Pufferkapazität
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Versorgungseinheitsupply unit
- 110110
- Versorgungsnetzsupply network
- 120120
- NetzfilterLine filter
- 130130
- NetzdrosselLine reactor
- 135135
- Versorgungsnetz-SchnittstelleSupply network interface
- 140140
- Gleichspannungs-ZwischenkreisDC intermediate circuit
- 145145
- AntriebsschnittstelleDrive interface
- 150150
- elektrische Antriebe, Motorenelectric drives, motors
- 160160
- Steuereinheitcontrol unit
- 200200
- Versorgungsnetz-SchnittstelleSupply network interface
- 200a200a
- erste Schnittstellefirst interface
- 200b200b
- zweite Schnittstellesecond interface
- 210210
- Gleichspannungsteil, stromführende Elemente des Gleichspannungs-ZwischenkreisesDC component, current-carrying elements of the DC link
- 220220
- Pufferkapazitätbuffering capacity
- 225225
- Anschlusskontakteterminals
- 230230
- Bremswiderstandbraking resistor
- 240240
- AntriebsschnittstelleDrive interface
- 500500
- erster Bereichfirst area
- 510510
- zweiter Bereichsecond area
- 520520
- dritter Bereichthird area
- 530530
- vierter Bereichfourth area
- 540540
- fünfter Bereichfifth range
- 550550
- sechster Bereichsixth area
- 600600
- Verfahren zur Versorgung mindestens eines elektrischen AntriebsmotorsMethod for supplying at least one electric drive motor
- 610610
- Schritt des Bestimmens der Spannung in dem Gleichspannungs-ZwischenkreisStep of determining the voltage in the DC link
- 620620
- Schritt des Begrenzen eines StromflussesStep of limiting a current flow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006033562 B3 [0003] DE 102006033562 B3 [0003]
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