DE102013225603B4 - Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung und Betriebsverfahren - Google Patents

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Abstract

Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung mit
– einem Gleichspannungszwischenkreis (ZW),
– mehreren Wechselrichtern (MM1 bis MMn), die jeweils einerseits an dem Gleichspannungszwischenkreis (ZW) angeschlossen und andererseits an je einen Motor (M1 bis Mn) anschließbar sind, und
– einer Steuereinrichtung (S), mit der jeder der Wechselrichter (MM1 bis MMn) kurzschließbar ist,
– einer Messeinrichtung (ME) zum Messen je einer elektrischen Größe an jedem der Wechselrichter (MM1 bis MMn), wobei
– durch die Steuereinrichtung (S) für jeden der Wechselrichter (MM1 bis MMn) unabhängig voneinander anhand der jeweils gemessenen elektrischen Größe direkt oder indirekt feststellbar ist, ob der betreffende Wechselrichter (MM1 bis MMn) Energie in den Gleichspannungszwischenkreis (ZW) einspeist, und, wenn das der Fall ist, dieser Wechselrichter (MM1 bis MMn) unabhängig von den anderen Wechselrichtern (MM1 bis MMn) so kurzgeschlossen wird, dass ein Ankerkurzschluss ausgelöst wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung mit einem Gleichspannungszwischenkreis, mehreren Wechselrichtern, die jeweils einerseits an dem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen und andererseits an je einen Motor anschließbar sind, und einer Steuereinrichtung, mit der jeder der Wechselrichter kurzschließbar ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Stromrichtervorrichtung.
  • Permanenterregte Synchronmotoren (die vorliegende Anmeldung ist nicht auf solche Synchronmotoren beschränkt) werden in den meisten Fällen an Frequenzumrichtern bzw. Wechselrichtern betrieben. Hier werden viele Motoren so ausgelegt, dass sie bei hohen Drehzahlen im Feldschwächbereich arbeiten. Hierbei wird die drehzahlabhängige Klemmengegenspannung des Motors durch eine geschickte Sollstromvorgabe reduziert, und zwar so weit, dass die eigentliche, unkompensierte Gegenspannung über der maximal zulässigen Zwischenkreisspannung des angeschlossenen Zwischenkreisumrichters liegen würde. Wird in einem solchen Betriebspunkt der Frequenzumrichter abgeschaltet, speist der Motor aufgrund der hohen Gegenspannung Leistung über die Wechselrichterdioden in den Zwischenkreis zurück. Kann diese generatorische Leistung nicht aus dem Zwischenkreis abgeführt werden (z. B. aktive Einspeisung oder Bremschopper), steigt die Spannung des Zwischenkreises kontinuierlich an. Dies kann bis zur Zerstörung des Umrichters führen.
  • Es gibt bislang zwei Konzepte, die Zwischenkreisspannung bei Synchronmotoren im Feldschwächbereich zu begrenzen:
  • „Voltage Protection”-Module (VPM):
  • Ein zusätzliches Modul, genannt VPM, wird mit den drei Motorleitungen der Synchronmaschine verbunden. Innerhalb des Moduls werden die drei Phasen über eine Diodenbrücke gleichgerichtet und, bei Bedarf, über einen Thyristor kurzgeschlossen. Der Thyristor wird geschaltet, wenn die gleichgerichtete Spannung einen Grenzwert erreicht hat, der zu keiner Beschädigung des Zwischenkreises führen kann. Das VPM-Modul muss den von der Synchronmaschine gelieferten Kurzschlussstrom sicher führen können. In einem Mehrfachverband, also einer Gruppe von Umrichtermodulen mit jeweils eigenem Motor, muss jedem Umrichter mit Synchronmaschine im Feldschwächbereich ein VPM-Modul zugeordnet werden. Das VPM hat den Nachteil, dass ein zusätzliches Modul eingesetzt werden muss.
  • Interne „Voltage Protection” (iVP):
  • Bei diesem Verfahren übernimmt der Umrichter selbst die Funktion des VPM. Durch gezieltes Schalten aller oberen oder unteren Leistungshalbleiter kann ebenfalls ein Kurzschluss aller drei Motorphasen erreicht werden. Für den Auslösemechanismus muss einerseits detektiert werden, ob die Randbedingungen für einen Ankerkurzschluss vorliegen, d. h. die Synchronmaschine befindet sich im Feldschwächbereich und die rückgespeiste Energie kann vom Zwischenkreis nicht aufgenommen werden. Die Auslösung des Ankerkurzschlusses erfolgt wie beim VPM-Modul erst ab einem gewissen Grenzwert der Zwischenkreisspannung.
  • In diesem Zusammenhang offenbart die DE 199 05 457 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Pulswechselrichters zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, wobei der Pulswechselrichter in Vollbrückenschaltung aufgebaut ist, wobei sich in jedem Brückenzweig der Vollbrückenschaltung ein steuerbarer Schalter sowie eine Freilaufdiode befindet, wobei durch Ansteuerung wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Elementes wenigstens eine der Freilaufdioden kurzschließbar ist, wobei im Falle, dass mehrere ansteuerbare Elemente vorhanden sind, diese in den Brückenzweigen liegen, die zu demselben Potential der Gleichspannungsquelle führen, wobei das wenigstens eine elektrisch ansteuerbare Element der beziehungsweise die steuerbaren Schalter des entsprechenden Brückenzweiges beziehungsweise der entsprechenden Brückenzweige ist beziehungsweise sind. Eine Ansteuerung des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Elementes kann erfolgen, wenn in dem Zwischenkreis eine Spannung oberhalb eines bestimmten Schwellwertes detektiert wird. Ebenso kann eine Ansteuerung des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Elementes erfolgen, wenn eine Fehlfunktion detektiert wird.
  • Aus der DE 10 2012 101 508 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, insbesondere zum Kurzschließen einer permanenterregten Synchronmaschine bekannt, wobei die Maschine durch Stromrichterventile mit einem Zwischenkreis verbunden ist, mit einem Schließen zumindest eines Teils der Stromrichterventile, um die Maschine kurzzuschließen, einem Vergleichen einer Spannung in dem Zwischenkreis mit einem Minimal-Grenzwert für die Spannung in dem Zwischenkreis, und einem Öffnen der Stromrichterventile in Abhängigkeit des Vergleichs, um die Maschine im Freilauf zu betreiben. Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine, insbesondere zum Kurzschließen einer permanenterregten Synchronmaschine offenbart, mit Stromrichterventilen, welche einerseits mit einem Zwischenkreis und andererseits mit der elektrischen Maschine verbunden sind, einer Kontrolleinheit zum Ansteuern der Stromrichterventile, wobei die Kontrolleinheit dazu eingerichtet ist, über die Stromrichterventile in Abhängigkeit einer Spannung in dem Zwischenkreis die elektrische Maschine kurzzuschließen und/oder im Freilauf zu betreiben.
  • Die DE 101 46 523 A1 offenbart eine Antriebssteuereinrichtung für einen stromrichtergespeisten, mehrphasigen Motor, wobei die Steuereingänge der abschaltbaren Stromrichterventile potentialgetrennt mit Ausgängen einer Steuereinrichtung der Antriebssteuereinrichtung verknüpft sind, die außerdem eine Einrichtung zur Ankerkurzschlussbremsung aufweist. Erfindungsgemäß sind eine Überspannungserkennungs-Einrichtung und eine Auslöseschaltung vorgesehen, wobei diese Auslöseschaltung ausgangsseitig mit der Einrichtung zur Ankerkurzschlussbremsung und eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang der Überspannungserkennungs-Einrichtung und andererseits mit einem Signal verknüpft ist und wobei an den beiden Eingängen der Überspannungserkennungs-Einrichtung ein Grenzwert und ein ermittelter Eingangsspannungs-Istwert des motorseitigen Stromrichters anstehen. Somit übernimmt die Einrichtung zur Ankerkurzschlussbremsung zusätzlich die Funktion eines externen Voltage-Protection-Moduls, das dadurch nicht mehr benötigt wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung bereitzustellen, bei der Wechselrichter sicherer abgeschaltet werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung mit einem Gleichspannungszwischenkreis, mehreren Wechselrichtern, die jeweils einerseits an dem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen und andererseits an je einen Motor anschließbar sind, und einer Steuereinrichtung, mit der jeder der Wechselrichter kurzschließbar ist, sowie mit einer Messeinrichtung zum Messen je einer elektrischen Größe an jedem der Wechselrichter, wobei durch die Steuereinrichtung für jeden der Wechselrichter unabhängig voneinander anhand der jeweils gemessenen elektrischen Größe direkt oder indirekt feststellbar ist, ob der betreffende Wechselrichter Energie in den Gleichspannungszwischenkreis einspeist, und, wenn das der Fall ist, dieser Wechselrichter unabhängig von den anderen Wechselrichtern so kurzgeschlossen wird, dass ein Ankerkurzschluss ausgelöst wird.
  • Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung, wobei die Stromrichtervorrichtung einen Gleichspannungszwischenkreis, mehrere Wechselrichter, die jeweils einerseits an dem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen und andererseits an je einen Motor anschließbar sind, und eine Steuereinrichtung, mit der jeder der Wechselrichter kurzschließbar ist, aufweist, durch Messen je einer elektrischen Größe an jedem der Wechselrichter, Feststellen für jeden der Wechselrichter unabhängig voneinander anhand der jeweils gemessenen elektrischen Größe direkt oder indirekt, ob der betreffende Wechselrichter Energie in den Gleichspannungszwischenkreis einspeist, und, wenn das der Fall ist, Kurzschließen dieses Wechselrichters unabhängig von den anderen Wechselrichtern.
  • In vorteilhafter Weise wird also jeder Wechselrichter der Stromrichteranordnung separat überprüft, ob er in den Gleichspannungszwischenkreis Energie liefert oder nicht. Er liefert insbesondere dann Energie, wenn der an ihn angeschlossene, korrespondierende Motor im Feldschwächbereich arbeitet. Falls nun einer der Wechselrichter Energie in den Gleichspannungszwischenkreis liefert, wird er separat bzw. unabhängig von den anderen Wechselrichtern kurzgeschlossen. Dies bedeutet, dass mindestens eine Wicklung des angeschlossenen bzw. anzuschließenden Motors kurzgeschlossen ist/wäre. Die anderen Motoren arbeiten unabhängig davon in ihrem aktuellen Betriebsmodus weiter.
  • Vorzugsweise besitzt jeder der Wechselrichter Wechselstromanschlüsse zum Anschließen an den jeweiligen Motor, die Messeinrichtung ist ausgebildet, an den Wechselstromanschlüssen jedes Wechselrichters Spannungsmessungen durchzuführen, und die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, den jeweiligen Wechselrichter kurzzuschließen, wenn eine seiner verketteten Spannungen eine Abschaltschwelle überschreitet. Damit wird wechselspannungsseitig für jeden Wechselrichter separat und indirekt über die Spannungsmessung festgestellt, ob der Wechselrichter Energie in den Gleichspannungszwischenkreis liefert.
  • Die Abschaltschwelle sollte mindestens der aktuellen Zwischenkreisspannung im Gleichspannungszwischenkreis entsprechen. Um die Abschaltschwelle jedoch exakter zu definieren, sollte der Aufbau des bzw. der jeweiligen Wechselrichter berücksichtigt werden. Insbesondere können hierbei Wechselrichterdioden berücksichtigt werden, die in Durchlassrichtung geschaltet sind. Demzufolge ist es vorteilhaft, wenn jeder Wechselrichter mehrere gleiche Wechselrichterdioden besitzt und die Abschaltschwelle der Summe der aktuellen Zwischenkreisspannung und der zweifachen Durchlassspannung jeder Wechselrichterdiode entspricht.
  • Alternativ oder zusätzlich zu den Spannungsmessungen an den Wechselstromanschlüssen des Wechselrichters kann die Messeinrichtung dazu ausgebildet sein, während und/oder nach einer Pulssperre (alle Schalter des Wechselrichters sind abgeschaltet) eine Zwischenkreisspannung des Gleichspannungszwischenkreises und einen Stromfluss zwischen jedem Wechselrichter und dem Gleichspannungszwischenkreis zu messen, und von der Steuereinrichtung kann anhand der Zwischenkreisspannung und des jeweiligen Stromflusses die jeweilige Energie ermittelbar sein, welche während und/oder nach der Pulssperre in den Gleichspannungszwischenkreis eingespeist wird. Damit ist es möglich, auch gleichstromseitig individuell für jeden Wechselrichter die Energie zu bestimmen, welche in den Gleichspannungszwischenkreis eingespeist wird. Voraussetzung dabei ist, dass anhand der Messung der Zwischenkreisspannung ermittelt wird, ob die Ursache für die Pulssperre eine erhöhte Zwischenkreisspannung ist. Nur so kann der Zustand der Feldschwächung zuverlässig indirekt über die Zwischenkreisspannung bestimmt werden.
  • Durch die Steuereinrichtung kann ein Einspeisen der Energie in den Gleichspannungszwischenkreis indirekt anhand einer Einhüllenden des gemessenen Stromflusses festgestellt werden. Die Einhüllende stellt dabei gemittelt die Amplitude des Stroms über der Zeit dar.
  • Vorzugsweise ist jeder der Wechselrichter ein Drei-Phasen-Wechselrichter. Damit lässt sich die erfindungsgemäße Stromrichtervorrichtung für übliche Drei-Phasen-Motoren nutzen.
  • In bevorzugter Anwendung ist, wie bereits angedeutet wurde, an jeden Wechselrichter je ein Motor angeschlossen. Damit sind in so genannten Ein- oder Mehrachsanordnungen oder Ein- oder Mehrachsverbänden die individuellen Wechselrichter der einzelnen Motoren separat kurzschließbar.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
  • 1 einen schematischen Schaltplan einer Mehrachsanordnung mit zahlreichen, von einem Netz gespeisten Motoren, und
  • 2 einen detaillierten prinzipiellen Schaltplan eines Motormoduls bzw. Wechselrichters.
  • Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass einzelne Merkmale der Vorrichtungen und Anordnungen nur dann miteinander in Wirkungszusammenhang stehen, wenn dies explizit angegeben oder ohne Weiteres erkennbar ist. Ansonsten sind die Merkmale unabhängig voneinander.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines Mehrachsverbands bzw. einer Mehrachsanordnung. Dabei werden zahlreiche Motoren M1, M2, M3, ..., Mn von einem Versorgungsnetz N gespeist. Bei dem Versorgungsnetz N handelt es sich hier um ein Drei-Phasen-Netz. Alternativ können Ein- oder Zwei-Phasen-Netze verwendet werden. Auch bei den Motoren handelt es sich hier um Drei-Phasen-Motoren. Gleichermaßen sind hier auch Ein- oder Zwei-Phasen-Motoren denkbar. Symbolisch ist hier jeder Motor M1 bis Mn über einen Kondensator an Masse gelegt. Bei den Motoren handelt es sich vorzugsweise um permanentmagneterregte Synchronmotoren. Das erfindungsgemäße Wirkungsprinzip gilt aber auch für andere Motoren.
  • Die Netzspannungen des Drei-Phasen-Versorgungsnetzes N werden zunächst in einem Gleichrichter G zu einer Zwischenkreisspannung UZW gleichgerichtet. Gleichstromseitig ist an dem Gleichrichter G zur Stabilisierung zwischen dem Pluspol „+” und dem Minuspol „–” ein Zwischenkreiskondensator CZW vorgesehen. Dieser definiert im Wesentlichen einen Gleichspannungszwischenkreis ZW.
  • An dem Gleichspannungszwischenkreis ZW sind parallel mehrere Motormodule MM1, MM2, MM3, ..., MMn (hier auch als Strom- oder Wechselrichter bezeichnet) angeschlossen. Dies bedeutet, dass ein erster Gleichstromanschluss jedes Wechselrichters mit dem Pluspol „+” des Zwischenkreises ZW und ein zweiter Gleichstromanschluss jedes Wechselrichters mit dem Minuspol „–” des Zwischenkreises verbunden ist.
  • Wechselstromseitig besitzt jeder Wechselrichter MM1 bis MMn aufgrund der dreiphasigen Motoren jeweils drei Wechselstromanschlüsse, die in 1 als gemeinsame Leitung schematisch dargestellt sind.
  • Jeder Wechselrichter MM1 bis MMn wird von einer Steuereinrichtung S angesteuert. Der Übersicht halber ist ein diesbezüglicher Anschluss in 1 nur von der Steuereinrichtung S zu dem Wechselrichter MM1 dargestellt. Die Steuereinrichtung S steuert die elektrisch betreibbaren Schalter jedes der Wechselrichter MM1 bis MMn.
  • Eine Messeinrichtung ME erfasst eine elektrische Größe an einem oder mehreren der Wechselstromanschlüsse jedes Wechselrichters MM1 bis MMn. Der Übersicht halber ist in 1 wiederum nur ein Messanschluss zu dem ersten Wechselrichter MM1 dargestellt. Auch kann es sich bei dem Messanschluss nicht nur um eine Leitung, sondern um mehrere Leitungen handeln, z. B. drei Leitungen bei einem Drei-Phasen-Wechselstrom. Durch die Messleitung L1 werden eine oder mehrere der wechselstromseitigen Wechselspannungen und/oder einer oder mehrere der Wechselströme der drei Phasen gemessen.
  • Alternativ oder zusätzlich verfügt die Messeinrichtung ME über eine zweite Messleitung L2, welche gleichstromseitig eine oder mehrere elektrische Größen an jedem Wechselrichter MM1 bis MMn erfasst. Wiederum ist in 1 der Übersicht halber nur eine Messleitung L2 symbolisch dargestellt, welche von der Messeinrichtung ME zu einem Gleichstromanschluss des ersten Wechselrichters MM1 verläuft. Mit der zweiten Messleitung L2 ist die Zwischenkreisspannung UZW zu messen und/oder ein Strom vom Zwischenkreis in den jeweiligen Wechselrichter MM1 oder umgekehrt.
  • Die Messeinrichtung ME stellt die jeweiligen Messgrößen unverarbeitet oder vorverarbeitet der Steuereinrichtung S zur Verfügung. Die Steuereinrichtung S steuert dann die Wechselrichter MM1 bis MMn in Abhängigkeit von der zur Verfügung gestellten Messgröße oder den zur Verfügung gestellten Messgrößen.
  • In 2 ist ein Prinzipschaltbild eines Wechselrichters, hier des Wechselrichters MM1, dargestellt. Die übrigen Wechselrichter MM2 bis MMn weisen üblicherweise die gleiche Struktur auf. Der Wechselrichter bzw. das Motormodul MM1 ist gleichstromseitig an den Zwischenkreis ZW angeschlossen, der hier wiederum durch den Zwischenkreiskondensator CZW symbolisiert ist. Die Zwischenkreisspannung UZW ist zwischen dem Pluspol „+” und dem Minuspol „–” definiert. Wechselstromseitig ist der Wechselrichter MM1 an die drei Phasen U, V und W des Motors M1 angeschlossen. In üblicher Weise besitzt der Drei-Phasen-Wechselrichter MM1 hier drei parallele Reihenschaltungen zwischen dem Pluspol „+” und dem Minuspol „–” des Zwischenkreises. Jede Reihenschaltung besteht aus zwei oder mehr (Multileveltopologie) in Serie geschalteten Zweipolen, wobei jeder Zweipol aus einem Schalter (z. B. IGBT) und einer dazu parallelen Diode besteht. Der Knoten zwischen den Zweipolen jeder Reihenschaltung ist jeweils mit einer der Phasen U, V, W des Motors M1 verbunden. In den Leitungen der Phasen U, V und W können die Ströme IU, IV und IW gemessen werden.
  • Jeder Schalter des Wechselrichters MM1 wird von der Steuereinrichtung S angesteuert. In 2 ist dies lediglich symbolisch für den IGBT oben links dargestellt. Der Anschluss der Messeinrichtung ME an die Steuereinrichtung S bzw. den Wechselrichter MM1 ist in 2 nicht dargestellt.
  • Werden nun in dem Mehrachsverband bzw. der Mehrachsanordnung mit verbundenem Gleichspannungszwischenkreis wie in 1 mehrere Wechselrichter MM1 bis MMn jeweils mit einer Synchronmaschine bzw. einem Motor betrieben, besteht das Problem der iVP-Funktion (interne „Voltage Protection”) darin, festzustellen, bei welchen Antriebsachsen ein Ankerkurzschluss notwendig ist und bei welchen nicht.
  • Wird der Ankerkurzschluss nur in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung UZW ausgelöst, würden alle Motormodule bzw. Wechselrichter mit Motor den Ankerkurzschluss ausführen, unabhängig davon, ob dieser notwendig ist oder nicht. Wird der Ankerkurzschluss bei einer Synchronmaschine geschaltet, die nicht im Feldschwächbereich arbeitet, wird zum einen der Wechselrichter (allgemein Stromrichter) mit dem zusätzlichen Strom des Kurzschlusses belastet. Zum anderen bewirkt der Kurzschlussstrom in der Synchronmaschine ein Bremsmoment, welches unter Umständen störend sein kann. Aus diesem Grund sollen die Informationen, die zur Detektion eines notwendigen Ankerkurzschlusses gebraucht werden, aus den Strom- oder Spannungsmessungen der Motorphasen gewonnen werden. Mithilfe der so genannten „Voltage Feedback Signale”, d. h. der gemessenen Motorausgangsspannungen an den Motorklemmen, kann ermittelt werden, ob eine Synchronmaschine Energie in den Zwischenkreis ZW speist. Dieser Fall liegt vor, wenn mindestens eine verkettete Phasenspannung größer als die Zwischenkreisspannung UZW ist. Konkret sollte die Phasenspannung auf die Summe der Zwischenkreisspannung UZW und der doppelten Durchlassspannung der Wechselrichterdioden begrenzt werden. Dies hat den Vorteil, dass nur diejenigen Motormodule Ankerkurzschluss auslösen, bei denen eine verkettete Spannung der Abschaltschwelle entspricht oder diese überschreitet. Motormodule, die vorzugsweise allgemein als Stromrichter mit Energietransport in beide Richtungen ausgebildet sind, mit einer niedrigeren verketteten Spannung würden von dem Abschalten nicht betroffen sein. D. h. jeder Stromrichter bzw. jedes Motormodul wird unabhängig von den anderen individuell kurzgeschlossen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform, die auch zusätzlich zu der oben geschilderten Ausführungsform realisiert werden kann, wäre die Abschaltung aufgrund des Stroms nach einer Pulssperre eines Motormoduls MM1 bis MMn in Verbindung mit einer Zwischenkreisspannungsmessung vorzusehen. Bei einer Pulssperre sind sämtliche Schalter eines Motormoduls abgeschaltet. Die Pulssperre stellt in der Regel eine Fehlerreaktion des Motormoduls bzw. Wechselrichters dar. Bei dieser alternativen Abschaltprozedur („abschalten” heißt hier in den Ankerkurzschluss schalten) müsste während und kurz nach der Pulssperre eine Transientenbetrachtung des Stroms herangezogen werden. Dazu ist es günstig, die Einhüllende des Stroms, d. h. die gemittelte Amplitude des Stroms, zu betrachten. Erhöht sich der Strom nach einer Pulssperre, befindet sich die Maschine im Feldschwächbereich und speist Energie in den Zwischenkreis ZW. Ein Ankerkurzschluss wäre notwendig. Verringert sich der Strom hingegen, reicht die Gegenspannung nicht aus, um Energie in den Zwischenkreis zu speisen. Ein Ankerkurzschluss wäre in diesem Fall nicht notwendig.
  • In den obigen Beispielen wurden die Motormodule MM1 bis MMn auch als Wechselrichter bezeichnet. Allgemein sollten sie als Stromrichter bezeichnet werden, wenn sie in beide Richtungen betrieben werden, nämlich beim generatorischen und beim motorischen Betrieb der Maschinen M1 bis Mn.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Stromrichtervorrichtung sowie des oben dargestellten Betriebsverfahrens liegt darin, dass bei Mehrachsverbänden von Motormodulen mit angeschlossenen Synchronmaschinen nur diejenigen Motormodule bzw. Stromrichter einen Ankerkurzschluss ausführen, die Energie in den Zwischenkreis zurückführen und dadurch den Zwischenkreis überlasten würden. Alle anderen Achsen sind von einem Ankerkurzschluss nicht betroffen und können normal weiterarbeiten.
  • Das beschriebene Verfahren könnte als digitale Schaltung, z. B. als Teil einer vordefinierten Steuerung, in einem Steuersatz ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder FPGA (Field Programmable Gate Array) eingesetzt werden, der für die Ansteuerung eines Stromrichters notwendig ist.

Claims (9)

  1. Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung mit – einem Gleichspannungszwischenkreis (ZW), – mehreren Wechselrichtern (MM1 bis MMn), die jeweils einerseits an dem Gleichspannungszwischenkreis (ZW) angeschlossen und andererseits an je einen Motor (M1 bis Mn) anschließbar sind, und – einer Steuereinrichtung (S), mit der jeder der Wechselrichter (MM1 bis MMn) kurzschließbar ist, – einer Messeinrichtung (ME) zum Messen je einer elektrischen Größe an jedem der Wechselrichter (MM1 bis MMn), wobei – durch die Steuereinrichtung (S) für jeden der Wechselrichter (MM1 bis MMn) unabhängig voneinander anhand der jeweils gemessenen elektrischen Größe direkt oder indirekt feststellbar ist, ob der betreffende Wechselrichter (MM1 bis MMn) Energie in den Gleichspannungszwischenkreis (ZW) einspeist, und, wenn das der Fall ist, dieser Wechselrichter (MM1 bis MMn) unabhängig von den anderen Wechselrichtern (MM1 bis MMn) so kurzgeschlossen wird, dass ein Ankerkurzschluss ausgelöst wird.
  2. Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der Wechselrichter (MM1 bis MMn) Wechselstromanschlüsse zum Anschließen an den jeweiligen Motor (M1 bis Mn) besitzt, die Messeinrichtung (ME) ausgebildet ist, an den Wechselstromanschlüssen jedes Wechselrichters (MM1 bis MMn) Spannungsmessungen durchzuführen, und die Steuereinrichtung (S) dazu ausgelegt ist, den jeweiligen Wechselrichter (MM1 bis MMn) kurzzuschließen, wenn eine seiner verketteten Spannungen eine Abschaltschwelle überschreitet.
  3. Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Abschaltschwelle größer als oder gleich wie die aktuelle Zwischenkreisspannung (UZW) im Gleichspannungszwischenkreis (ZW) ist.
  4. Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 2, wobei jeder Wechselrichter (MM1 bis MMn) mehrere gleiche Wechselrichterdioden besitzt und die Abschaltschwelle der Summe der aktuellen Zwischenkreisspannung (UZW) und der zweifachen Durchlassspannung jeder Wechselrichterdiode entspricht.
  5. Stromrichtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (ME) dazu ausgebildet ist, während und/oder nach einer Pulssperre eine Zwischenkreisspannung (UZW) und einen Stromfluss zwischen jedem Wechselrichter (MM1 bis MMn) und dem Gleichspannungszwischenkreis (ZW) zu messen, und von der Steuereinrichtung (S) anhand der Zwischenkreisspannung (UZW) und des jeweiligen Stromflusses die jeweilige Energie ermittelbar ist, welche während und/oder nach der Pulssperre in den Gleichspannungszwischenkreis (ZW) eingespeist wird.
  6. Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 5, wobei durch die Steuereinrichtung (S) ein Einspeisen der Energie in den Gleichspannungszwischenkreis (ZW) indirekt anhand einer Einhüllenden des gemessenen Stromflusses festgestellt wird.
  7. Stromrichtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Wechselrichter (MM1 bis MMn) ein Drei-Phasen-Wechselrichter ist.
  8. Stromrichtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an jeden Wechselrichter (MM1 bis MMn) je ein Motor (M1 bis Mn) angeschlossen ist.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Stromrichtervorrichtung für eine Ein- oder Mehrachsanordnung, wobei die Stromrichtervorrichtung einen Gleichspannungszwischenkreis (ZW), mehrere Wechselrichter (MM1 bis MMn), die jeweils einerseits an dem Gleichspannungszwischenkreis (ZW) angeschlossen und andererseits an je einen Motor (M1 bis Mn) anschließbar sind, und eine Steuereinrichtung (S), mit der jeder der Wechselrichter (MM1 bis MMn) kurzschließbar ist, aufweist, mit den Schritten: – Messen je einer elektrischen Größe an jedem der Wechselrichter (MM1 bis MMn), – Feststellen für jeden der Wechselrichter (MM1 bis MMn) unabhängig voneinander anhand der jeweils gemessenen elektrischen Größe direkt oder indirekt, ob der betreffende Wechselrichter (MM1 bis MMn) Energie in den Gleichspannungszwischenkreis (ZW) einspeist, und, – wenn das der Fall ist, Kurzschließen dieses Wechselrichters (MM1 bis MMn) unabhängig von den anderen Wechselrichtern (MM1 bis MMn) so, dass ein Ankerkurzschluss ausgelöst wird.
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