DE102014200018A1 - Power converter and converter network - Google Patents

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Alex ITTEN
Bernhard Läng
Dirk Schekulin
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Abstract

Ein Stromrichter (1) weist auf: einen Zwischenkreisanschluss mit einem ersten Zwischenkreisanschlusspol (2) und einem zweiten Zwischenkreisanschlusspol (3), eine Wechselrichtereinheit (4) mit einem ersten Wechselrichteranschlusspol (5) und einem zweiten Wechselrichteranschlusspol (6), einen Transformator (7) mit einer Arbeitswicklung (7a) und einer Kompensationsstromwicklung (7b), wobei die Arbeitswicklung (7a) zwischen einen der Zwischenkreisanschlusspole (2, 3) und einen der Wechselrichteranschlusspole (5, 6) eingeschleift ist, und eine Kompensationsstromsteuereinrichtung (8), aufweisend: eine Kompensationsstrombestimmungseinrichtung (9, 10), die dazu ausgebildet ist, einen Kompensationsstromsollwert (IDC_SOLL) zu bestimmen, und eine Kompensationsstromerzeugungseinrichtung (11), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Kompensationsstromsollwert (IDC_SOLL) die Kompensationsstromwicklung (7b) mit einem Kompensationsstrom zu beaufschlagen.A power converter (1) has an intermediate circuit connection with a first intermediate circuit connection pole (2) and a second intermediate circuit connection pole (3), an inverter unit (4) with a first inverter connection pole (5) and a second inverter connection pole (6), a transformer (7) with a working winding (7a) and a compensating current winding (7b), wherein the working winding (7a) is looped between one of the intermediate circuit connecting poles (2, 3) and one of the inverter connecting poles (5, 6), and a compensation current control device (8), comprising: a Compensation current determining means (9, 10) adapted to determine a compensation current command value (IDC_SOLL), and compensation current generating means (11) arranged to apply a compensation current to the compensation current winding (7b) in response to the compensation current command value (IDC_SOLL) ,

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter und einen Stromrichterverbund mit Zwischenkreiskopplung.The invention relates to a power converter and a converter network with intermediate circuit coupling.

Wenn dezentral angeordnete Stromrichter über einen Zwischenkreisbus miteinander zwischenkreisgekoppelt werden, stellen jeweilige Zwischenkreiskondensatoren der Stromrichter zusammen mit der Verkabelung des Zwischenkreisbusses einen zumeist nur sehr schwach bedämpften LC-Schwingkreis dar, dessen Resonanzfrequenz in einem großen Bereich variieren kann. If decentralized converters are coupled to one another via a DC link bus, the respective DC link capacitors of the converters, together with the wiring of the DC link bus, usually represent a very weakly damped LC resonant circuit whose resonant frequency can vary over a wide range.

Aus Gerätesicht kann dabei herkömmlich nur sehr ungenügend auf die im Anwendungskontext tatsächlich auftretenden Resonanzen Einfluss genommen werden, weil Länge und Verlegungsart des Zwischenkreisbusses in der Regel hochgradig anwendungsspezifisch sind.From a device standpoint, the resonances that actually occur in the application context can traditionally be influenced only very insufficiently because the length and method of laying the intermediate circuit bus are generally highly application-specific.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter und einen Stromrichterverbund zur Verfügung zu stellen, die auf einfache, kostengünstige und gewichtssparende Weise Oszillationen bedämpfen.The invention is therefore an object of the invention to provide a power converter and a power converter network available that dampen oscillations in a simple, inexpensive and weight-saving manner.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Stromrichter nach Anspruch 1 und einen Stromrichterverbund nach Anspruch 12.The invention solves this problem by a power converter according to claim 1 and a power converter network according to claim 12.

Der Stromrichter, beispielsweise in Form eines Wechselrichters oder eines (Frequenz-)Umrichters, weist herkömmlich einen Zwischenkreisanschluss mit einem ersten Zwischenkreisanschlusspol und einem zweiten Zwischenkreisanschlusspol auf, wobei der Zwischenkreisanschluss zur Herstellung einer Zwischenkreiskopplung mit Zwischenkreisanschlüssen weiterer Stromrichter elektrisch koppelbar ist. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The power converter, for example in the form of an inverter or a (frequency) converter, conventionally has an intermediate circuit connection with a first intermediate circuit connection pole and a second intermediate circuit connection pole, wherein the intermediate circuit connection can be electrically coupled to intermediate circuit connections of further power converters for establishing a DC link connection. In that regard, reference is also made to the relevant specialist literature.

Der Stromrichter weist weiter eine Wechselrichtereinheit mit einem ersten Wechselrichteranschlusspol und einem zweiten Wechselrichteranschlusspol auf. Die Wechselrichtereinheit ist herkömmlich dazu ausgebildet, aus der Zwischenkreisspannung ein oder mehrere hochfrequente Ansteuersignale, beispielsweise für einen Elektromotor, zu erzeugen. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The power converter further has an inverter unit with a first inverter connection pole and a second inverter connection pole. The inverter unit is conventionally designed to generate one or more high-frequency drive signals from the intermediate circuit voltage, for example for an electric motor. In that regard, reference is also made to the relevant specialist literature.

Der Stromrichter weist weiter einen Transformator mit mindestens einer Arbeitswicklung und mindestens einer Kompensationsstromwicklung auf, wobei die Arbeitswicklung und die Kompensationsstromwicklung einen gemeinsamen magnetischen Kreis aufweisen können. Die Arbeitswicklung und die Kompensationsstromwicklung weisen ein geeignetes Wicklungsverhältnis auf, um den Kompensationsstrom geeignet zu skalieren. Die Arbeitswicklung ist zwischen einen der Zwischenkreisanschlusspole und einen der Wechselrichteranschlusspole derart eingeschleift, dass ein von der Wechselrichtereinheit aufgenommener bzw. abgegebener Strom über die Arbeitswicklung fließt. Die Arbeitswicklung kann beispielsweise zwischen denjenigen Zwischenkreisanschlusspol, an dem im Betrieb ein positives Zwischenkreispotential ansteht, und denjenigen Wechselrichteranschlusspol, der mit dem positiven Zwischenkreispotential zu beaufschlagen ist, eingeschleift sein. Alternativ kann die Arbeitswicklung beispielswiese zwischen denjenigen Zwischenkreisanschlusspol, an dem im Betrieb ein negatives Zwischenkreispotential ansteht, und denjenigen Wechselrichteranschlusspol, der mit dem negativen Zwischenkreispotential zu beaufschlagen ist, eingeschleift sein.The power converter further comprises a transformer having at least one working winding and at least one compensation current winding, wherein the working winding and the compensation current winding may have a common magnetic circuit. The working winding and the compensating current winding have a suitable winding ratio in order to suitably scale the compensation current. The working winding is looped in between one of the intermediate circuit connection poles and one of the inverter connection poles in such a way that a current taken up or discharged by the inverter unit flows via the working winding. The working winding can be looped in, for example, between the intermediate circuit terminal pole to which a positive intermediate circuit potential is applied during operation and the inverter terminal pole which is to be charged with the positive intermediate circuit potential. Alternatively, the working winding can for example be looped in between that intermediate circuit terminal pole to which a negative intermediate circuit potential is applied during operation and to the inverter terminal pole which is to be charged with the negative intermediate circuit potential.

Der Stromrichter weist weiter eine Kompensationsstromsteuereinrichtung auf. Die Kompensationsstromsteuereinrichtung weist eine Kompensationsstrombestimmungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, einen Kompensationsstromsollwert zu bestimmen bzw. zu ermitteln. Die Kompensationsstromsteuereinrichtung weist weiter eine mit der Kompensationsstrombestimmungseinrichtung in Wirkverbindung stehende Kompensationsstromerzeugungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Kompensationsstromsollwert die Kompensationsstromwicklung mit einem Kompensationsstrom zu beaufschlagen, der beispielsweise dem Kompensationsstromsollwert genau entspricht.The power converter further comprises a compensation current control device. The compensation current control device has a compensation current determination device, which is designed to determine or determine a compensation current setpoint. The compensation current control device furthermore has a compensation current generating device that is operatively connected to the compensation current determination device and that is designed to apply a compensation current to the compensation current winding in dependence on the compensation current setpoint, which exactly corresponds to the compensation current setpoint, for example.

Mittels des Transformators bzw. dessen wirksamer Induktivität im Strompfad zwischen Wechselrichteranschlusspol und zugehörigem Zwischenkreisanschlusspol wird zunächst die Resonanzfrequenz in einen tieferen Frequenzbereich verschoben, der nur noch unwesentlich von der anwendungsspezifischen Verkabelung des Zwischenkreisbusses beeinflusst ist. Die Resonanzfrequenz liegt somit außerhalb der systembedingten Anregung durch die Wechselrichtereinheit, womit die zirkulierende Energie und damit die erzeugten Ströme in der Zwischenkreisverkabelung deutlich reduziert werden.By means of the transformer or its effective inductance in the current path between the inverter connection pole and the associated DC link terminal pole, the resonance frequency is first shifted to a lower frequency range, which is only insignificantly influenced by the application-specific wiring of the DC link bus. The resonant frequency is therefore outside the system-induced excitation by the inverter unit, whereby the circulating energy and thus the currents generated in the DC link cabling are significantly reduced.

Aufgrund der Kompensationsstromwicklung kann eine Sättigung der resultierenden Drossel im Strompfad zwischen Zwischenkreisanschlusspol und zugehörigem Wechselrichteranschlusspol auch bei großer DC-Strombelastung vermieden werden, so dass die resultierende Drossel selbst bei einer bezogen auf die DC-Strombelastung Unterdimensionierung ohne thermische Überlastung die zur Bedämpfung notwendige Induktivität beibehalten kann.Due to the compensation current winding, saturation of the resulting inductor in the current path between the intermediate circuit terminal pole and the associated inverter terminal pole can be avoided even with a large DC current load, so that the resulting inductor can maintain the inductance necessary for damping even with a sub-dimensioning based on the DC current load without thermal overloading ,

Im Übrigen ist keine vollständige Stromkompensation notwendig, da kurzzeitig auftretende Oszillationen nicht unmittelbar zu einer Schädigung der Drossel bzw. des Transformators oder der Verkabelung führen. Vielmehr gilt es, längere Zeit anstehende Schwingungen zu vermeiden, welche länger als die thermischen Zeitkonstanten der zu schützenden Komponenten dauern. Incidentally, no complete current compensation is necessary because oscillations occurring for a short time do not directly lead to damage to the reactor or the transformer or the wiring. Rather, it is necessary to avoid long-term oscillations which take longer than the thermal time constants of the components to be protected.

Der Stromrichter kann mit der Kompensationsstrombestimmungseinrichtung in Wirkverbindung stehende Mittel zur Bestimmung bzw. Schätzung einer durch die Wechselrichtereinheit abgegebenen (mittleren) elektrischen Leistung und mit der Kompensationsstrombestimmungseinrichtung in Wirkverbindung stehende Mittel zur Bestimmung einer an den Zwischenkreisanschlusspolen anstehenden (mittleren) Zwischenkreisspannung aufweisen, wobei die Kompensationsstrombestimmungseinrichtung für diesen Fall dazu ausgebildet sein kann, den Kompensationsstromsollwert in Abhängigkeit von der abgegebenen elektrischen Leistung und in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung zu bestimmen. Die Mittel zur Bestimmung bzw. Schätzung einer durch die Wechselrichtereinheit abgegebenen (mittleren) elektrischen Leistung können beispielsweise Spannungs- und/oder Stromsensoren am Wechselrichterausgang aufweisen, wobei die elektrische Leistung in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung berechnet wird. Es versteht sich, dass alternative/weitere Sensoren vorhanden sein können bzw. die elektrische Leistung mittelbar anhand anderer Größen berechnet/geschätzt werden kann. Die Mittel zur Bestimmung einer an den Zwischenkreisanschlusspolen anstehenden (mittleren) Zwischenkreisspannung können beispielsweise einen herkömmlichen Spannungssensor umfassen, mittels dem die Zwischenkreisspannung bzw. ein zeitlicher Mittelwert der Zwischenkreisspannung gemessen wird.The power converter can have means operatively connected to the compensation current determination device for determining or estimating a (average) electrical power delivered by the inverter unit and means operatively connected to the compensation current determination device for determining a (middle) DC link voltage present at the DC link connection poles, the compensation current determination device for This case may be designed to determine the compensation current setpoint as a function of the electrical power output and as a function of the intermediate circuit voltage. The means for determining or estimating an (average) electrical power output by the inverter unit may include, for example, voltage and / or current sensors at the inverter output, the electrical power being calculated as a function of the measured current and the measured voltage. It is understood that alternative / additional sensors can be present or the electrical power can be indirectly calculated / estimated on the basis of other variables. The means for determining a (intermediate) DC link voltage present at the DC link connection poles can comprise, for example, a conventional voltage sensor by means of which the DC link voltage or a time average of the DC link voltage is measured.

Der Stromrichter kann zusätzlich oder alternativ mit der Kompensationsstrombestimmungseinrichtung in Wirkverbindung stehende Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung fließenden Gleichstroms, d.h. eines Gleichstromanteils des durch die Arbeitswicklung fließenden Stroms, aufweisen, wobei die Kompensationsstrombestimmungseinrichtung dazu ausgebildet ist, den Kompensationsstromsollwert in Abhängigkeit von dem durch die Arbeitswicklung fließenden Gleichstrom zu bestimmen. Die Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung fließenden Gleichstroms können einen Stromsensor aufweisen, der einen (Gleich-)Strom durch die Arbeitswicklung oder an anderer Stelle im Strompfad der Arbeitswicklung misst.The power converter may additionally or alternatively be operatively connected to the compensation current determining means for determining a direct current flowing through the working winding, i. a DC component of the current flowing through the working winding, wherein the compensation current determining means is adapted to determine the compensation current setpoint in dependence on the DC current flowing through the working winding. The means for determining a DC current flowing through the working winding may comprise a current sensor which measures a (DC) current through the working winding or elsewhere in the current path of the working winding.

Auf die oben genannte Weise kann der Kompensationsstromsollwert derart ermittelt, gemessen bzw. geschätzt werden, dass im Idealfall im zeitlichen Mittel kein resultierender magnetischer Fluss im magnetischen Kreis des Transformators vorhanden ist und lediglich höherfrequente bzw. kurzzeitige Stromänderungen im Strompfad zu entsprechenden Flussänderungen führen.In the above-mentioned manner, the compensating current setpoint can be determined, measured or estimated such that, ideally, no resulting magnetic flux is present in the magnetic circuit of the transformer over the time average and only higher-frequency or short-term current changes in the current path lead to corresponding flux changes.

Der Stromrichter kann weiter Mittel zur, insbesondere passiven, Bedämpfung eines durch die Arbeitswicklung fließenden Wechselstroms aufweisen. The power converter may further comprise means for, in particular passive, damping of an alternating current flowing through the working winding.

Der Stromrichter kann weiter Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung und/oder die Kompensationsstromwicklung fließenden Wechselstroms, d.h. eines Wechselstromanteils des durch die Arbeitswicklung bzw. Kompensationsstromwicklung fließenden Stroms, aufweisen. Für diesen Fall kann der Stromrichter eine mit den Mitteln zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung und/oder die Kompensationsstromwicklung fließenden Wechselstroms in Wirkverbindung stehende Steuereinrichtung, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Stromrichters in Abhängigkeit von dem gemessenen Wechselstrom zu steuern bzw. zu regeln. In diesem Zusammenhang kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, den Betrieb des Stromrichters bzw. der Wechselrichtereinheit in Abhängigkeit von dem gemessenen Wechselstrom derart durchzuführen, dass der gemessenen Wechselstrom in seiner Amplitude bedämpft oder kompensiert wird und/oder in seiner Frequenz verändert, insbesondere reduziert, wird. Die Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung und/oder die Kompensationsstromwicklung fließenden Wechselstroms können einen oder mehrere Stromsensoren aufweisen, der/die einen (Wechsel-)Strom durch die Arbeitswicklung oder an anderer Stelle im Strompfad der Arbeitswicklung bzw. die Kompensationsstromwicklung misst/messen.The power converter may further comprise means for determining an alternating current flowing through the working winding and / or the compensating current winding, i. an alternating current component of the current flowing through the working or Kompensationsstromwicklung current. In this case, the power converter can have a control device, for example in the form of a microprocessor, which is connected to the means for determining an alternating current flowing through the working winding and / or the compensation current winding and is designed to control the operation of the power converter as a function of the measured current To control AC or regulate. In this context, the control device may be designed to carry out the operation of the power converter or the inverter unit as a function of the measured alternating current such that the measured alternating current is attenuated or compensated in its amplitude and / or changed in frequency, in particular reduced , The means for determining an alternating current flowing through the working winding and / or the compensation current winding may comprise one or more current sensors which measure a (alternating) current through the working winding or elsewhere in the current path of the working winding or the compensation current winding.

Die zulässige Ungenauigkeit in der Größe und der Dynamik des Kompensationsstroms erlaubt es, Dämpfungsmaßnahmen auch durch die Steuereinheit durchzuführen. Durch Resonanzen hervorgerufene Schwingungen lassen sich zusätzlich zu einer passiven Bedämpfung durch ein zyklisches Verändern von Anregungsfrequenzen wirksam bedämpfen. Hierzu kann die Steuereinheit beispielsweise eine PWM-Frequenz der Wechselrichtereinheit zyklisch verändern, was auch als Wobbeln bezeichnet wird. Die PWM-Frequenz kann beispielsweise um ca. 1..5 % verändert werden.The permissible inaccuracy in the size and the dynamics of the compensation current makes it possible to carry out damping measures by the control unit. Oscillations caused by resonances can be effectively attenuated by cyclically altering excitation frequencies in addition to passive attenuation. For this purpose, the control unit, for example, cyclically change a PWM frequency of the inverter unit, which is also referred to as wobbling. For example, the PWM frequency can be changed by approximately 1..5%.

Der Zwischenkreisanschluss kann Bestandteil eines Steckverbinders sein, mittels dem der Stromrichter mit einem Zwischenkreisbus elektrisch verbindbar ist. Der Zwischenkreisanschluss kann beispielsweise eine zweipolige Zwischenkreisanschlussbuchse oder einen zweipoligen Zwischenkreisanschlussstecker bilden.The intermediate circuit connection can be part of a connector, by means of which the power converter is electrically connectable to a DC bus. The DC link connection can form, for example, a two-pole DC link socket or a two-pole DC link connector.

Die Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung bzw. die Kompensationsstromwicklung fließenden Wechselstroms können weiter dazu ausgebildet sein, eine Frequenz bzw. Frequenzen und eine Amplitude bzw. Amplituden bzw. Amplitudenmaxima des Wechselstroms zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine thermische Belastung des Steckverbinders und/oder der Zwischenkreisbusses in Abhängigkeit von der Frequenz bzw. den Frequenzen und der Amplitude bzw. den Amplituden des Wechselstroms und von dem durch die Arbeitswicklung fließenden Gleichstrom zu ermitteln. The means for determining an alternating current flowing through the working winding or the compensating current winding can be further configured to determine a frequency or frequencies and an amplitude or amplitude or amplitude maximum of the alternating current, wherein the control device is designed to generate a thermal load on the alternating current Connector and / or the DC bus depending on the frequency or the frequencies and the amplitude or the amplitudes of the alternating current and to determine the current flowing through the working DC current.

Die Steuereinrichtung ist für diesen Fall dazu ausgebildet, bei einem Überschreiten eines ersten Grenzwertes der derart ermittelten thermischen Belastung den Betrieb des Stromrichters derart zu verändern, beispielsweise eine Leistungsabgabe zu reduzieren und/oder eine Schaltfrequenz zu verändern, dass sich die thermische Belastung reduziert. Bei einem Überschreiten eines zweiten Grenzwertes der thermischen Belastung kann die Steuereinrichtung die Wechselrichtereinheit vollständig deaktivieren, um die Strombelastung zu minimieren.In this case, the control device is designed to change the operation of the power converter in such a way, for example, to reduce a power output and / or to change a switching frequency that reduces the thermal load when exceeding a first limit of the thermal load determined in this way. If a second limit of the thermal load is exceeded, the control device can completely deactivate the inverter unit in order to minimize the current load.

Der Transformator kann in den Steckverbinder integriert sein.The transformer can be integrated in the connector.

Der Stromrichterverbund bzw. ein Systemverbund weist mehrere Stromrichter und einen Zwischenkreisbus mit zugehöriger Verkabelung auf, mittels dem die jeweiligen Zwischenkreisanschlüsse der Stromrichter elektrisch miteinander verbunden sind. Der Stromrichterverbund bzw. Systemverbund kann weitere Geräte, beispielsweise (Energie-)Speicher etc., aufweisen, die mit dem Zwischenkreisbus elektrisch gekoppelt sind.The power converter network or a system network has a plurality of power converters and a DC bus with associated wiring, by means of which the respective DC link connections of the power converters are electrically connected to each other. The power converter network or system network can have other devices, for example (energy) memory, etc., which are electrically coupled to the DC bus.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigt schematisch:The invention will be described in detail below with reference to the drawings. This shows schematically:

1 ein Schaltbild eines Stromrichters gemäß einer ersten Ausführungsform und 1 a circuit diagram of a power converter according to a first embodiment and

2 ein Schaltbild eines Stromrichters gemäß einer weiteren Ausführungsform. 2 a circuit diagram of a power converter according to another embodiment.

1 zeigt ein Schaltbild eines Stromrichters 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. 1 shows a circuit diagram of a power converter 1 according to a first embodiment.

Der Stromrichter 1 weist herkömmlich einen Zwischenkreisanschluss mit einem ersten Zwischenkreisanschlusspol 2 und einem zweiten Zwischenkreisanschlusspol 3 auf. Der Zwischenkreisanschluss ist zur Zwischenkreiskopplung mit weiteren, nicht dargestellten Stromrichtern zur Bildung eines Stromrichterverbunds elektrisch koppelbar.The power converter 1 conventionally has a DC link connection with a first DC link terminal pole 2 and a second DC link terminal pole 3 on. The DC link is electrically coupled to the DC link coupling with other, not shown converters to form a power converter network.

Der Stromrichter 1 weist weiter eine herkömmliche Wechselrichtereinheit 4 mit einem ersten Wechselrichteranschlusspol 5 und einem zweiten Wechselrichteranschlusspol 6 auf Die Wechselrichtereinheit 4 ist herkömmlich dazu ausgebildet, aus einer mittels eines Zwischenkreiskondensators 16 gepufferten Zwischenkreisspannung UDC ein oder mehrere hochfrequente Ansteuersignale für einen Elektromotor 13 zu erzeugen. Vorliegend ist aus Gründen der einfacheren Darstellung lediglich eine einzelne Halbbrücke der Wechselrichtereinheit 4 dargestellt, wobei die Halbbrücke herkömmlich zwei Schaltmittel aufweist. Es versteht sich, dass die Wechselrichtereinheit 4 mehrere, insbesondere genau drei, derartige Halbbrücken zur geeigneten Ansteuerung eines Drehstrommotors aufweisen kann, wobei die Halbbrücken jeweils entsprechend der dargestellten aufgebaut sind.The power converter 1 further includes a conventional inverter unit 4 with a first inverter connection pole 5 and a second inverter terminal pole 6 on the inverter unit 4 is conventionally designed to be from a means of a DC link capacitor 16 buffered DC link voltage UDC one or more high-frequency drive signals for an electric motor 13 to create. In the present case, for reasons of simpler representation, only a single half-bridge of the inverter unit 4 illustrated, wherein the half-bridge conventionally comprises two switching means. It is understood that the inverter unit 4 a plurality, in particular exactly three, such half-bridges may have for suitable control of a three-phase motor, wherein the half-bridges are respectively constructed according to the illustrated.

Der Stromrichter 1 weist weiter einen Transformator 7 mit einer Arbeitswicklung 7a und einer Kompensationsstromwicklung 7b auf. The power converter 1 further points a transformer 7 with a work process 7a and a compensation current winding 7b on.

Der Zwischenkreisanschluss ist Bestandteil eines Steckverbinders, mittels dem der Stromrichter 1 mit einem Zwischenkreisbus 15 elektrisch verbindbar ist. Der Transformator 7 ist in eine nicht näher dargestellte Buchse des Steckverbinders integriert.The DC link connection is part of a connector, by means of which the power converter 1 with a DC link bus 15 is electrically connectable. The transformer 7 is integrated in a socket, not shown, of the connector.

Die Arbeitswicklung 7a ist zwischen den Zwischenkreisanschlusspol 2, an dem ein negatives Zwischenkreispotential ansteht, und den unteren Wechselrichteranschlusspol 6 ohne Zwischenschaltung weiterer Bauelemente eingeschleift.The work process 7a is between the DC-bus terminal pole 2 , at which a negative DC link potential is present, and the lower inverter terminal pole 6 looped without the interposition of other components.

Der Stromrichter 1 weist weiter eine Kompensationsstromsteuereinrichtung 8 auf. Die Kompensationsstromsteuereinrichtung 8 weist eine Kompensationsstrombestimmungseinrichtung 9 auf, die dazu ausgebildet ist, einen Kompensationsstromsollwert IDC_SOLL zu bestimmen bzw. zu ermitteln, und eine Kompensationsstromerzeugungseinrichtung 11 auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Kompensationsstromsollwert IDC_SOLL die Kompensationsstromwicklung 7b mit einem Kompensationsstrom zu beaufschlagen, der dem Kompensationsstromsollwert IDC_SOLL entspricht.The power converter 1 further comprises a compensation current control device 8th on. The compensation current control device 8th has a compensation current determination device 9 which is configured to determine a compensation current setpoint IDC_SOLL, and a compensation current generation device 11 which is adapted to the compensation current winding in dependence on the compensation current setpoint IDC_SOLL 7b to apply a compensation current that corresponds to the compensation current setpoint IDC_SOLL.

Mittels des Transformators 7 bzw. dessen wirksamer Induktivität im Strompfad zwischen dem Wechselrichteranschlusspol 3 und dem zugehörigen Zwischenkreisanschlusspol 6 wird eine resultierende Resonanzfrequenz des Systems aus dem Zwischenkreisbus 15 und dem bzw. den angeschlossenen Stromrichtern 4 in einen tieferen Frequenzbereich verschoben. Aufgrund der Kompensationsstromwicklung 7b kann eine Sättigung der resultierenden Drossel im Strompfad zwischen dem Zwischenkreisanschlusspol 3 und dem zugehörigen Wechselrichteranschlusspol 6 auch bei großer DC-Strombelastung vermieden werden, so dass die resultierende Drossel selbst bei einer bezogen auf die DC-Strombelastung vorliegenden Unterdimensionierung ohne thermische Überlastung die zur Bedämpfung notwendige Induktivität zur Verfügung stellen kann.By means of the transformer 7 or its effective inductance in the current path between the inverter terminal pole 3 and the associated DC link terminal pole 6 becomes a resulting resonant frequency of the system from the DC bus 15 and the connected power converter (s) 4 moved to a lower frequency range. Due to the compensation current winding 7b can a saturation of the resulting inductor in the current path between the DC link 3 and the associated inverter connection pole 6 be avoided even at high DC current load, so that the resulting inductor can provide even with a present in relation to the DC current load undersizing without thermal overload necessary for damping inductance.

Der Stromrichter 1 weist nicht näher dargestellte, herkömmliche Mittel zur Bestimmung bzw. Schätzung einer durch die Wechselrichtereinheit 4 abgegebenen elektrischen Leistung PAC und nicht näher dargestellte, herkömmliche Mittel zur Bestimmung der Zwischenkreisspannung UDC auf, die jeweils mit der Kompensationsstrombestimmungseinrichtung 9 im Datenaustausch stehen. Die Kompensationsstrombestimmungseinrichtung 9 ist dazu ausgebildet, den Kompensationsstromsollwert IDC_SOLL in Abhängigkeit von der abgegebenen elektrischen Leistung PAC und in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung UDC zu bestimmen. The power converter 1 not shown, conventional means for determining or estimating a by the inverter unit 4 output electric power PAC and not shown, conventional means for determining the DC link voltage UDC, each with the compensation current determination means 9 in the data exchange. The compensation current determination device 9 is designed to determine the compensation current setpoint IDC_SOLL as a function of the electrical power output PAC and as a function of the intermediate circuit voltage UDC.

Die abgegebene elektrischen Leistung PAC und die Zwischenkreisspannung UDC ändern sich bezogen auf den zu bedämpfenden, durch die Arbeitswicklung 7a fließenden Wechselstrom langsam, so dass auch der Kompensationsstromsollwert IDC_SOLL bezogen auf den zu bedämpfenden Wechselstrom im Wesentlichen als zeitlich konstant angesehen werden kann. In diesem Zusammenhang handelt es sich folglich bei der abgegebenen elektrischen Leistung PAC, der Zwischenkreisspannung UDC und dem Kompensationsstromsollwert IDC_SOLL vereinfacht um DC-Größen, wohingegen der zu bedämpfende Wechselstrom als AC-Größe anzusehen ist.The output electric power PAC and the intermediate circuit voltage UDC change with respect to the one to be damped by the work winding 7a flowing alternating current slowly, so that the compensation current setpoint IDC_SOLL can be regarded as essentially constant with respect to the alternating current to be damped. In this connection, therefore, the output electric power PAC, the intermediate circuit voltage UDC and the compensation current command value IDC_SOLL are simplified by DC values, whereas the AC to be damped is to be regarded as the AC quantity.

Der Stromrichter 1 weist elektrische Mittel mit zwei Einheiten 14a und 14b zur passiven, d.h. nicht aktiv angesteuerten, nicht aktiv gesteuerten und/oder nicht aktiv geregelten, Bedämpfung des durch die Arbeitswicklung 7a fließenden Wechselstroms auf. Die Einheit 14a ist der Kompensationsstromwicklung 7b parallel geschaltet und in Reihe mit einem Shunt-Widerstand 18 zwischen einen Pol der Kompensationsstromwicklung 7b und ein Bezugspotential eingeschleift, wobei der Shunt-Widerstand 18 von dem durch die Kompensationsstromwicklung 7b fließenden Strom durchflossen ist. Die Einheit 14b ist dem Zwischenkreiskondensator 16 parallel geschaltet. Die Einheiten 14a und 14b sind derart ausgestaltet, dass sie den durch die Arbeitswicklung 7a fließenden Wechselstrom bedämpfen, d.h. Stromänderungen durch die Arbeitswicklung 7a entgegenwirken.The power converter 1 has electrical means with two units 14a and 14b For passive, ie not actively controlled, not actively controlled and / or not actively controlled, damping of the work by the winding 7a flowing alternating current. The unit 14a is the compensation current winding 7b connected in parallel and in series with a shunt resistor 18 between one pole of the compensation current winding 7b and a reference potential looped in, wherein the shunt resistor 18 from the through the compensation current winding 7b flowing stream is flowing through. The unit 14b is the DC link capacitor 16 connected in parallel. The units 14a and 14b are designed so that they through the work winding 7a damp alternating current, ie current changes through the working winding 7a counteract.

Der Stromrichter 1 weist weiter Mittel 17 zur Bestimmung eines durch die Kompensationsstromwicklung 7b fließenden Wechselstroms auf. Die Mittel werten eine am Shunt-Widerstand 18 anstehende Spannung zur Bestimmung des durch die Kompensationsstromwicklung 7b fließenden Wechselstroms aus, wodurch aufgrund der transformatorischen Kopplung in Kenntnis des Windungszahlverhältnisses auch der Wechselstrom durch die Arbeitswicklung 7a bestimmbar ist. Eine Steuereinrichtung 12 des Stromrichters 1 steht mit diesen Mitteln in Signalverbindung und ist dazu ausgebildet, den Betrieb des Stromrichters 1 in Abhängigkeit von dem gemessenen Wechselstrom derart (aktiv) zu steuern bzw. zu regeln, dass zusätzlich zur passiven Bedämpfung auch eine aktive Bedämpfung des Wechselstroms erfolgt. Dies erfolgt insbesondere durch geeignetes Ansteuern bzw. Takten der Wechselrichtereinheit 4. The power converter 1 continues to allocate funds 17 for determining one by the compensation current winding 7b flowing alternating current. The means evaluate one at the shunt resistance 18 applied voltage for the determination by the compensation current winding 7b flowing alternating current, whereby due to the transformer coupling in knowledge of the Windungszahlzahlverhältnisses also the alternating current through the working winding 7a is determinable. A control device 12 of the power converter 1 is in signal communication with these means and is adapted to the operation of the power converter 1 depending on the measured alternating current (active) to control or regulate such that in addition to the passive damping and an active damping of the alternating current takes place. This is done in particular by suitable control or clocking of the inverter unit 4 ,

2 zeigt ein Schaltbild eines Stromrichters 1‘ gemäß einer weiteren Ausführungsform. 2 shows a circuit diagram of a power converter 1' according to a further embodiment.

Der Stromrichter 1 weist weiter nicht näher dargestellte Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung 7a fließenden Gleichstroms auf, die mit der Kompensationsstrombestimmungseinrichtung 10 in Signalverbindung stehen, wobei die Kompensationsstrombestimmungseinrichtung 10 dazu ausgebildet ist, den Kompensationsstromsollwert IDC_SOLL in Abhängigkeit von dem gemessenen, durch die Arbeitswicklung 7a fließenden Gleichstrom zu bestimmen.The power converter 1 further comprises means not further illustrated for determining one by the work winding 7a flowing direct current, which with the compensation current determination device 10 are in signal communication, wherein the compensation current determining means 10 is adapted to the compensation current setpoint IDC_SOLL depending on the measured, by the working winding 7a to determine flowing direct current.

Die vorliegend nicht dargestellten Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung 7a fließenden Wechselstroms sind weiter dazu ausgebildet, eine Frequenz bzw. Frequenzen und eine Amplitude bzw. Amplituden bzw. Amplitudenmaxima des gemessenen Wechselstroms zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung 12 dazu ausgebildet ist, eine thermische Belastung des Steckverbinders und/oder der Zwischenkreisbusses 15 in Abhängigkeit von der Frequenz und der Amplitude des Wechselstroms und von dem durch die Arbeitswicklung 7a fließenden Gleichstrom zu ermitteln. The present not shown means for determining a through the work winding 7a flowing alternating current are further adapted to determine a frequency or frequencies and an amplitude or amplitudes or amplitude maxima of the measured alternating current, wherein the control device 12 is designed to thermal stress on the connector and / or the DC bus 15 depending on the frequency and the amplitude of the alternating current and by the working winding 7a to determine flowing direct current.

Die Steuereinrichtung 12 ist dazu ausgebildet, bei einem Überschreiten eines ersten Grenzwertes der derart ermittelten thermischen Belastung den Betrieb des Stromrichters 1‘ derart zu verändern, beispielsweise eine Leistungsabgabe zu reduzieren und/oder eine Schaltfrequenz zu verändern, dass sich die thermische Belastung reduziert. Bei einem Überschreiten eines zweiten Grenzwertes der thermischen Belastung deaktiviert die Steuereinrichtung 12 die Wechselrichtereinheit 4 vollständig, um die Strombelastung zu minimieren.The control device 12 is designed to overshoot a first limit of the thus determined thermal load operation of the power converter 1' to change such, for example, to reduce a power output and / or to change a switching frequency that reduces the thermal load. When a second limit value of the thermal load is exceeded, the control device deactivates 12 the inverter unit 4 completely to minimize the current load.

Claims (12)

Stromrichter (1, 1‘), aufweisend: – einen Zwischenkreisanschluss mit einem ersten Zwischenkreisanschlusspol (2) und einem zweiten Zwischenkreisanschlusspol (3), – eine Wechselrichtereinheit (4) mit einem ersten Wechselrichteranschlusspol (5) und einem zweiten Wechselrichteranschlusspol (6), – einen Transformator (7) mit einer Arbeitswicklung (7a) und einer Kompensationsstromwicklung (7b), wobei die Arbeitswicklung (7a) zwischen einen der Zwischenkreisanschlusspole (2, 3) und einen der Wechselrichteranschlusspole (5, 6) eingeschleift ist, und – eine Kompensationsstromsteuereinrichtung (8), aufweisend: – eine Kompensationsstrombestimmungseinrichtung (9, 10), die dazu ausgebildet ist, einen Kompensationsstromsollwert (IDC_SOLL) zu bestimmen, und – eine Kompensationsstromerzeugungseinrichtung (11), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Kompensationsstromsollwert (IDC_SOLL) die Kompensationsstromwicklung (7b) mit einem Kompensationsstrom zu beaufschlagen.Power converter ( 1 . 1' ), comprising: - a DC link connection with a first DC link connection pole ( 2 ) and a second intermediate circuit terminal pole ( 3 ), - an inverter unit ( 4 ) with a first inverter connection pole ( 5 ) and a second inverter connection pole ( 6 ) - a transformer ( 7 ) with a work development ( 7a ) and a compensation current winding ( 7b ), whereby the work process ( 7a ) between one of the intermediate circuit connection poles ( 2 . 3 ) and one of the inverter connection poles ( 5 . 6 ), and - a compensation current control device ( 8th ), comprising: - a compensation current determining device ( 9 . 10 ), which is designed to determine a compensation current setpoint (IDC_SOLL), and - a compensation current generating device ( 11 ), which is designed, depending on the compensation current setpoint (IDC_SOLL), the compensation current winding ( 7b ) to apply a compensation current. Stromrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – Mittel zur Bestimmung einer durch die Wechselrichtereinheit (4) abgegebenen elektrischen Leistung (PAC) und – Mittel zur Bestimmung einer an den Zwischenkreisanschlusspolen (2, 3) anstehenden Zwischenkreisspannung (UDC), – wobei die Kompensationsstrombestimmungseinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, den Kompensationsstromsollwert (IDC_SOLL) in Abhängigkeit von der abgegebenen elektrischen Leistung (PAC) und in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung (UDC) zu bestimmen. Power converter according to claim 1, characterized by - means for determining a by the inverter unit ( 4 ) output power (PAC) and - means for determining a at the DC link poles ( 2 . 3 ) pending intermediate circuit voltage (UDC), - wherein the compensation current determination device ( 9 ) is designed to determine the compensation current setpoint (IDC_SOLL) as a function of the delivered electrical power (PAC) and in dependence on the intermediate circuit voltage (UDC). Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch – Mittel zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung (7a) fließenden Gleichstroms, – wobei die Kompensationsstrombestimmungseinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, den Kompensationsstromsollwert (IDC_SOLL) in Abhängigkeit von dem durch die Arbeitswicklung (7a) fließenden Gleichstrom zu bestimmen. Power converter according to claim 1 or 2, characterized by - means for determining a through the working winding ( 7a ) flowing direct current, - wherein the compensation current determination device ( 10 ) is designed to set the compensation current setpoint (IDC_SOLL) as a function of 7a ) to determine flowing DC. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – Mittel (14a, 14b) zur, insbesondere passiven, Bedämpfung eines durch die Arbeitswicklung (7a) fließenden Wechselstroms.Power converter according to one of the preceding claims, characterized by - means ( 14a . 14b ) for, in particular passive, attenuation of a through the work winding ( 7a ) flowing alternating current. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – Mittel (17) zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung (7a) und/oder durch die Kompensationsstromwicklung (7b) fließenden Wechselstroms.Power converter according to one of the preceding claims, characterized by - means ( 17 ) to determine one by the work process ( 7a ) and / or by the compensation current winding ( 7b ) flowing alternating current. Stromrichter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch – eine Steuereinrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Stromrichters in Abhängigkeit von dem gemessenen Wechselstrom durchzuführen.Power converter according to claim 5, characterized by - a control device ( 12 ), which is adapted to perform the operation of the power converter in dependence on the measured alternating current. Stromrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Stromrichters in Abhängigkeit von dem gemessenen Wechselstrom derart durchzuführen, dass der gemessene Wechselstrom bedämpft oder kompensiert wird. Power converter according to claim 6, characterized in that - the control device ( 12 ) is adapted to perform the operation of the power converter in response to the measured alternating current such that the measured alternating current is attenuated or compensated. Stromrichter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zwischenkreisanschluss Bestandteil eines Steckverbinders ist, mittels dem der Stromrichter mit einem Zwischenkreisbus (15) elektrisch verbindbar ist, – wobei die Mittel (17) zur Bestimmung eines durch die Arbeitswicklung (7a) und/oder durch die Kompensationsstromwicklung (7b) fließenden Wechselstroms dazu ausgebildet sind, mindestens eine Frequenz und mindestens eine Amplitude des Wechselstroms zu ermitteln, und – wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, eine thermische Belastung des Steckverbinders und/oder der Zwischenkreisbusses (15) in Abhängigkeit von der mindestens einen Frequenz und der mindestens einen Amplitude des Wechselstroms und von dem durch die Arbeitswicklung (7a) fließenden Gleichstrom zu ermitteln.Power converter according to claim 6 or 7, characterized in that - the intermediate circuit connection is part of a connector, by means of which the power converter with a DC bus ( 15 ) is electrically connectable, - whereby the means ( 17 ) to determine one by the work process ( 7a ) and / or by the compensation current winding ( 7b ) alternating current to determine at least one frequency and at least one amplitude of the alternating current, and - wherein the control device ( 12 ) is adapted to a thermal load of the connector and / or the DC bus ( 15 ) in dependence on the at least one frequency and the at least one amplitude of the alternating current and on the working winding ( 7a ) to determine flowing direct current. Stromrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, bei einem Überschreiten eines ersten Grenzwertes der thermischen Belastung den Betrieb des Stromrichters derart zu verändern, dass sich die thermische Belastung reduziert.Power converter according to claim 8, characterized in that - the control device ( 12 ) is designed to change the operation of the power converter when a first limit value of the thermal load is exceeded such that the thermal load is reduced. Stromrichter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, bei einem Überschreiten eines zweiten Grenzwertes der thermischen Belastung die Wechselrichtereinheit (4) zu deaktivieren.Power converter according to claim 8 or 9, characterized in that - the control device ( 12 ) is designed, when a second limit value of the thermal load is exceeded, the inverter unit ( 4 ). Stromrichter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass – der Transformator (7) in den Steckverbinder integriert ist.Power converter according to one of claims 8 to 10, characterized in that - the transformer ( 7 ) is integrated in the connector. Stromrichterverbund, aufweisend: – mindestens zwei Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche und – einen Zwischenkreisbus (15), mittels dem die jeweiligen Zwischenkreisanschlüsse der Stromrichter elektrisch miteinander verbunden sind.Power converter network comprising: - at least two power converters according to one of the preceding claims and - a DC link bus ( 15 ), by means of which the respective intermediate circuit terminals of the power converters are electrically connected to each other.
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