DE102016001474A1

DE102016001474A1 - Drive comprising an electric motor, in particular a three-phase motor, which can be fed by a converter, and a method for operating a drive

Info

Publication number: DE102016001474A1
Application number: DE102016001474.1A
Authority: DE
Inventors: Joachim Amann; Eric Schroth
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Antrieb, aufweisend einen von einem Umrichter speisbaren Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, und Verfahren zum Betreiben eines Antriebs, wobei der Umrichter eingangsseitig von einem Wechselstromnetz, insbesondere von einem dreiphasigen Wechselstromnetz speisbar ist, wobei eine Schaltvorrichtung zwischen dem Wechselstromnetz und dem Motor angeordnet ist, wobei die Schaltvorrichtung steuerbare Wechselstromschalter aufweist, so dass bei Betätigung der Schaltvorrichtung, insbesondere bei Schließen von steuerbaren Wechselstromschaltern der Schaltvorrichtung, der Motor direkt aus dem Wechselstromnetz speisbar ist, insbesondere der Motor direkt aus dem Wechselstromnetz wahlweise mit einer ersten oder zweiten Drehfeldrichtung speisbar ist.Drive, comprising an electric motor, in particular three-phase motor, which can be fed by an inverter, and method for operating a drive, wherein the converter can be fed on the input side by an alternating current network, in particular by a three-phase alternating current network, a switching device being arranged between the alternating current network and the motor, wherein the Switching device has controllable AC switch, so that upon actuation of the switching device, in particular when closing controllable AC switches of the switching device, the motor can be fed directly from the AC mains, in particular the motor directly from the AC mains either with a first or second rotary field direction can be fed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb, aufweisend einen von einem Umrichter speisbaren Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, und Verfahren zum Betreiben eines Antriebs.The invention relates to a drive comprising an electric motor, in particular a three-phase motor, which can be fed by a converter, and to a method for operating a drive.

Es ist allgemein bekannt, dass ein Motor direkt vom Wechselstromnetz speisbar ist und dabei eine entsprechende Drehzahl sich einstellt.It is well known that a motor can be fed directly from the AC mains and thereby sets a corresponding speed.

Aus der DE 10 2008 018 923 A1 ist ein Festdrehzahl-Antrieb bekannt, bei dem ein Drehstrommotor mittels einer Schaltvorrichtung aus dem Drehstromnetz versorgbar ist, wobei die Schaltvorrichtung drei Schalter, also pro Phase jeweils einen Schalter, aufweist.From the DE 10 2008 018 923 A1 a fixed speed drive is known in which a three-phase motor can be supplied by means of a switching device from the three-phase network, wherein the switching device has three switches, that is, one switch per phase.

Aus der DE 100 03 692 A1 ist ein elektrisches Schaltgerät bekannt, das als Halbleiter-Sanftstarter ausgeführt ist.From the DE 100 03 692 A1 is an electrical switching device is known, which is designed as a semiconductor soft starter.

Aus der DE 88 06 492 U1 ist eine Einrichtung zum Betrieb einer Schleifringläufermaschine bekannt, die abhängig vom Zustand von Wendeschützen aus dem Drehstromnetz versorgbar ist.From the DE 88 06 492 U1 a device for operating a slip ring rotor machine is known which can be supplied depending on the state of reversing contactors from the three-phase network.

Es ist weiterhin allgemein bekannt das umrichtergespeiste Motoren drehzahlgeregelt betreibbar sind.It is also generally known that inverter-fed motors are operated speed-controlled.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Energie einzusparen.The invention is therefore based on the object to save energy.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antrieb nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the drive according to the features specified in claim 1 and in the method according to the features specified in claim 10.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antrieb sind, dass er einen von einem Umrichter speisbaren Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, aufweist,
wobei der Umrichter eingangsseitig von einem Wechselstromnetz, insbesondere von einem dreiphasigen Wechselstromnetz speisbar ist,
wobei eine Schaltvorrichtung zwischen dem Wechselstromnetz und dem Motor angeordnet ist,
wobei die Schaltvorrichtung steuerbare Wechselstromschalter aufweist, so dass bei Betätigung der Schaltvorrichtung, insbesondere bei Schließen von steuerbaren Wechselstromschaltern der Schaltvorrichtung, der Motor direkt aus dem Wechselstromnetz speisbar ist, insbesondere der Motor direkt aus dem Wechselstromnetz wahlweise mit einer ersten oder zweiten Drehfeldrichtung speisbar ist.Important features of the invention in the drive are that it has an electric motor, in particular a three-phase motor, which can be fed by a converter,
wherein the converter is input-side of an AC network, in particular of a three-phase AC power supply is fed,
wherein a switching device is arranged between the AC mains and the motor,
wherein the switching device has controllable AC switches, so that upon actuation of the switching device, in particular when closing controllable AC switches of the switching device, the motor can be fed directly from the AC mains, in particular the motor directly from the AC mains either with a first or second rotary field direction can be fed.

Von Vorteil ist dabei, dass beim direkten Betrieb geringere Verluste in den steuerbaren Wechselstromschaltern, insbesondere TRIACS, bewirkt werden als in den Schaltern des Wechselrichters. Somit sind Verlustleistungen zu reduziert und es wird bei Betrieb des Antriebs Energie eingespart. Außerdem ist durch die Verwendung der steuerbaren Wechselstromschalter ein schnelles und gegebenenfalls auch häufiges Schalten verschleißfrei ermöglicht, wodurch eine hohe Standzeit erreichbar ist. Außerdem ist eine Drehrichtungswahl bei Netzbetrieb möglich. Somit wird also Energie eingespart, eine hohe Standzeit erreicht und ein flexibler Betrieb, insbesondere von der Schaltvorrichtung steuerbare Drehrichtungswahl, ermöglicht.The advantage here is that in direct operation lower losses in the controllable AC switches, in particular TRIACS, are effected, as in the switches of the inverter. Thus, power losses are too reduced and it saves energy during operation of the drive. In addition, by the use of controllable AC switches a fast and possibly also frequent switching allows wear-free, whereby a long service life is reached. In addition, a direction selection is possible in network operation. Thus, energy is thus saved, achieved a long service life and a flexible operation, in particular of the switching device controllable direction of rotation allows.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei Deaktivierung der Schaltvorrichtung, also Öffnen der steuerbaren Wechselstromschalter der Schaltvorrichtung, der Motor vom Umrichter gespeist. Von Vorteil ist dabei, dass ein direktes Speisen in einfacher Weise ausführbar ist.In an advantageous embodiment, when deactivating the switching device, so opening the controllable AC switch of the switching device, the motor is powered by the inverter. The advantage here is that a direct food is executable in a simple manner.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Umrichter einen Gleichrichter und einen an dessen gleichspannungsseitigen Anschluss angeschlossenen Wechselrichter auf, insbesondere also der gleichspannungsseitige Anschluss des Wechselrichters aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters gespeist wird,
wobei der Gleichrichter mit seinem wechselspannungsseitigen Anschluss mit dem Wechselstromnetz verbunden ist,
wobei der Motor aus dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters speisbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Umrichter in einfacher Weise herstellbar ist.In an advantageous embodiment, the converter has a rectifier and an inverter connected to its DC voltage side connection, in particular therefore the DC voltage side connection of the inverter is fed from the DC voltage side terminal of the rectifier,
wherein the rectifier is connected with its AC-side terminal to the AC mains,
wherein the motor is fed from the AC-side terminal of the inverter. The advantage here is that a converter can be produced in a simple manner.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist
die Schaltvorrichtung

– einen ersten steuerbaren Wechselstromschalter zum Verbinden der ersten Phase des Wechselstromnetzes mit einem ersten Motoranschluss oder Trennen der ersten Phase des Wechselstromnetzes vom ersten Motoranschluss,
– einen zweiten steuerbaren Wechselstromschalter zum Verbinden der zweiten Phase des Wechselstromnetzes mit einem zweiten Motoranschluss oder Trennen der zweiten Phase des Wechselstromnetzes vom zweiten Motoranschluss und
– einen dritten steuerbaren Wechselstromschalter zum Verbinden der dritten Phase des Wechselstromnetzes mit einem dritten Motoranschluss oder Trennen der dritten Phase des Wechselstromnetzes mit einem dritten Motoranschluss

auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein direktes Speisen mit einer ersten Drehrichtung der Drehspannung für den Motor in einfacher Weise ermöglicht ist.In an advantageous embodiment has
the switching device

A first controllable AC switch for connecting the first phase of the AC mains to a first motor terminal or disconnecting the first phase of the AC mains from the first motor terminal,
A second controllable AC switch for connecting the second phase of the AC mains to a second motor terminal or disconnecting the second phase of the AC mains from the second motor terminal and
A third controllable AC switch for connecting the third phase of the AC mains to a third motor terminal or disconnecting the third phase of the AC mains to a third motor terminal

on. The advantage here is that a direct food with a first direction of rotation of the rotational tension for the engine is made possible in a simple manner.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltvorrichtung

– einen vierten steuerbaren Wechselstromschalter zum Verbinden der zweiten Phase des Wechselstromnetzes mit dem dritten Motoranschluss oder Trennen der zweiten Phase des Wechselstromnetzes vom dritten Motoranschluss,
– einen fünften steuerbaren Wechselstromschalter zum Verbinden der dritten Phase des Wechselstromnetzes mit dem zweiten Motoranschluss oder Trennen der dritten Phase des Wechselstromnetzes vom zweiten Motoranschluss

auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein Umschalten der Drehrichtung beim direkten Speisen aus dem Wechselstromnetz in einfacher Weise ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the switching device

A fourth controllable AC switch for connecting the second phase of the AC mains to the third motor terminal or disconnecting the second phase of the AC mains from the third motor terminal,
A fifth controllable AC switch for connecting the third phase of the AC mains to the second motor terminal or disconnecting the third phase of the AC mains from the second motor terminal

on. The advantage here is that switching the direction of rotation when direct food from the AC mains is made possible in a simple manner.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur direkten Speisung des Motors aus dem Wechselstromnetz in einer ersten Drehrichtung der erste, zweite und dritte steuerbare Wechselstromschalter geschlossen, insbesondere und der vierte und fünfte steuerbare Wechselstromschalter geöffnet,
und zur direkten Speisung des Motors aus dem Wechselstromnetz in einer zweiten Drehrichtung, insbesondere also in der anderen Drehrichtung, wird der erste, vierte und fünfte steuerbare Wechselstromschalter geschlossen, insbesondere und der erste und zweite steuerbare Wechselstromschalter geöffnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Umschalten der Drehrichtung beim direkten Speisen in einfacher Weise und jederzeit ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the first, second and third controllable AC switches are closed for direct feeding of the motor from the AC mains in a first direction of rotation, in particular, and the fourth and fifth controllable AC switches are opened,
and for direct feeding of the motor from the AC mains in a second direction of rotation, ie in particular in the other direction of rotation, the first, fourth and fifth controllable AC switch is closed, in particular and the first and second controllable AC switch open. The advantage here is that the switching of the direction of rotation when direct food in a simple manner and at any time is possible.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung stellt bei der direkten Speisung des Motors aus dem Wechselstromnetz der Wechselrichter an seinem wechselspannungsseitigen Anschluss keine Ausgangsspannung dem Motor zur Verfügung, insbesondere also die steuerbaren Schalter des Wechselrichters geöffnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Verluste verringert sind und der Kühlkörper somit nicht von dem Wechselrichter mit einem Wärmestrom beaufschlagt wird sondern von den steuerbaren Wechselstromschaltern der Schaltvorrichtung.In an advantageous embodiment, in the direct supply of the motor from the AC mains, the inverter at its AC-side terminal no output voltage to the motor available, so in particular the controllable switch of the inverter are open. The advantage here is that the losses are reduced and the heat sink is thus not acted upon by the inverter with a heat flow but of the controllable AC switches of the switching device.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Umrichter eine Signalelektronik, insbesondere Steuerelektronik, auf, welche pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für die steuerbaren Schalter des Wechselrichters erzeugt,
wobei die Signalelektronik bei direkter Speisung derartige Ansteuersignale erzeugt, dass die steuerbaren Schalter des Wechselrichters geöffnet sind, wobei aber der Signalelektronik die mit einem oder mehreren Sensoren erfassten Werte des Motorstroms der Signalelektronik zugeführt werden, in welcher daraus die Drehzahl des Motors bestimmt wird und/oder eine Stellgröße, die jedoch nur wirksam wird nach Beendigung der direkten Speisung, insbesondere also bei Umrichter-gespeistem Betrieb des Motors,
insbesondere wobei die von der Signalelektronik bestimmten Werte auf das Überschreiten oder Unterschreiten eines jeweiligen Schwellwertes überwacht werden. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei direktem Speisen des Motors aus dem Wechselstromnetz wird die Signalelektronik, also Steuerelektronik unverändert betrieben, wobei alle Diagnose und Überwachungsfunktionen sowie Sicherheitsfunktionen unverändert beibehalten und ausgeführt werden mit dem einzigen Unterschied, dass keine pulsweitenmodulierten Ansteuersignale für die Schalter des Wechselrichters erzeugt werden, da diese Schalter bei dieser Betriebsart geöffnet bleiben müssen. Die in der Signalelektronik angeordneten Regler bestimmen somit einen Stellgrößenwert, der aber nicht gestellt wird.In an advantageous embodiment, the converter has a signal electronics, in particular control electronics, which generates pulse-width-modulated drive signals for the controllable switches of the inverter,
wherein the signal electronics generated in direct supply such drive signals that the controllable switches of the inverter are open, but the signal electronics are supplied with one or more sensors detected values of the motor current of the signal electronics, in which from the speed of the motor is determined and / or a manipulated variable, which, however, only becomes effective after termination of the direct supply, in particular in the case of converter-fed operation of the motor,
in particular, wherein the values determined by the signal electronics are monitored for exceeding or falling below a respective threshold value. The advantage here is that even with direct food of the engine from the AC power the signal electronics, so control electronics operated unchanged, all diagnosis and monitoring functions and safety functions are maintained and executed unchanged with the only difference that no pulse width modulated drive signals for the switch of the inverter be generated because these switches must remain open in this mode. The regulators arranged in the signal electronics thus determine a manipulated variable value which, however, is not provided.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Mittel zum Umschalten vom umrichtergespeisten Betrieb auf die direkte Speisung durch das Wechselstromnetz vorgesehen, wobei das Mittel das Umschalten ausführt wenn die Drehzahl des Motors einen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet,
insbesondere wobei der Schwellwert der Netzfrequenz entspricht,
insbesondere wobei das Mittel beim Umschalten und Vergleichen mit dem Schwellwert eine Hysterese berücksichtigt. Von Vorteil ist dabei, dass das Mittel in der Signalelektronik vorsehbar ist. Somit ist der von der Signalelektronik bestimmte Istwert an Drehzahl des Motors von der Signalelektronik überwachbar und das Umschalten abhängig von der Drehzahl bewirkbar.In an advantageous embodiment, a means for switching over from the converter-fed operation to the direct supply by the AC network is provided, wherein the means executes the switching when the rotational speed of the motor exceeds or falls below a threshold value,
in particular, wherein the threshold value corresponds to the mains frequency,
in particular wherein the means takes into account a hysteresis when switching and comparing with the threshold value. The advantage here is that the means in the signal electronics is providable. Thus, the actual value determined by the signal electronics can be monitored by the signal electronics at the speed of the motor and the switching can be effected as a function of the rotational speed.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere vorgenannten, Antriebs sind, dass der Antrieb einen vom Umrichter oder vom Wechselstromnetz direkt speisbaren Elektromotor aufweist,
wobei

– die Drehzahl des Motors auf Überschreiten oder Unterschreiten eines Schwellwertes überwacht wird, insbesondere unter Berücksichtigung einer Hysterese, und davon abhängig ein Umschalten zwischen direkten vom Wechselstromnetz gespeisten Betrieb des Motors und Umrichter-gespeistem Betrieb des Motors bewirkt wird.

Important features in the method for operating a drive, in particular the aforementioned, are that the drive has an electric motor which can be fed directly from the converter or from the AC mains,
in which

- The speed of the motor is monitored for exceeding or falling below a threshold value, in particular taking into account a hysteresis, and depending on a switching between direct powered by the AC power operation of the motor and inverter-powered operation of the engine is effected.

Von Vorteil ist dabei, dass ein Umschalten in einfacher Weise bewirkbar ist. Somit ist beim Starten des Motors zunächst der umrichtergespeiste Betrieb anwendbar und nach Erreichen derjenigen Drehzahl, welche der Motor bei direktem Netzbetrieb erreichen würde, umschaltbar auf direkten Netzbetrieb, also direktes Speisen des Motors aus dem Wechselstromnetz. Auf diese Weise ist ein gesteuertes Hochfahren oder Heranfahren der Drehzahl an die Drehzahl des direkten Netzbetriebs ausführbar.The advantage here is that a switch is feasible in a simple manner. Thus, when starting the engine, the converter-fed operation is first applicable and after reaching that speed, which would reach the engine in direct network operation, switchable to direct network operation, ie direct food of the engine from the AC mains. In this way, a controlled startup or approach of the speed to the speed of the direct network operation can be performed.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden beim umrichtergespeisten Betrieb die Schalter des Wechselrichters derart angesteuert, dass der Motor von einer vom Wechselrichter erzeugten Drehspannung versorgt ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Betrieb mit nur geringen Verlusten ausführbar ist.In an advantageous embodiment, the converter of the inverter are driven such that the engine during converter-fed operation is powered by a rotary voltage generated by the inverter. The advantage here is that the operation is executable with only small losses.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden beim vom Wechselstromnetz direkt gespeisten Betrieb des Motors die Schalter des Wechselrichters derart angesteuert, dass sie geöffnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Drehzahl des Motors in einfacher Weise steuerbar sind.In an advantageous embodiment, the switches of the inverter are driven so that they are open when the AC power directly powered operation of the motor. The advantage here is that the speed of the motor can be controlled in a simple manner.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden von der Signalelektronik des Umrichters auch bei direkt vom Wechselstromnetz gespeistem Betrieb des Motors die Drehzahl des Motors überwacht wird und weitere Sicherheits-, Diagnose- und Überwachungsfunktionen ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheits-, Diagnose- und Überwachungsfunktionen weiterhin ausgeführt werden, obwohl ein direkter Betrieb des Motors ausgeführt wird.In an advantageous embodiment, the speed of the motor is monitored by the signal electronics of the inverter even with directly powered by the AC power operation of the engine and executed further safety, diagnostic and monitoring functions. The advantage here is that the safety, diagnostic and monitoring functions continue to be performed, although a direct operation of the engine is performed.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Umrichter einen gemeinsamen Kühlkörper für den Umrichter und die die direkte Speisung steuernde Schaltvorrichtung auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Kühlkörper nicht gleichzeitig mit einem Wärmestrom der Schalter des Wechselrichters und mit einem Wärmestrom der steuerbaren Schalter der Schaltvorrichtung sondern nur alternativ.In an advantageous embodiment, the inverter has a common heat sink for the inverter and the direct supply controlling switching device. The advantage here is that the heat sink not simultaneously with a heat flow of the switch of the inverter and a heat flow of the controllable switch of the switching device but only alternatively.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination possibilities of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or posing by comparison with the prior art task arise.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert: In der 1 ist der schematische elektrische Schaltplan eines Antriebs gezeigt, welcher einen Elektromotor umfasst, der von einem Umrichter speisbar ist oder alternativ direkt am Drehstromnetz betreibbar ist.The invention will now be explained in more detail with reference to figures: In the 1 the schematic electrical circuit diagram of a drive is shown, which comprises an electric motor, which can be fed by a converter or alternatively is operated directly on the three-phase system.

Wie in der Figur gezeigt, ist der Elektromotor M als Drehstrommotors ausgeführt. Hierbei weist der Stator des Elektromotors M drei Wicklungsstränge auf, welche in Sternschaltung geschaltet sind. Alternativ hierzu ist aber auch eine Dreieckschaltung dieser Wicklungsstränge ausführbar.As shown in the figure, the electric motor M is designed as a three-phase motor. Here, the stator of the electric motor M three winding strands, which are connected in a star connection. Alternatively, however, a delta connection of these winding strands is executable.

Eingangsseitig ist ein Sinusfilter F am Motor M angeordnet, das aus einem Umrichter oder alternativ direkt aus dem Drehstromnetz versorgbar ist.On the input side, a sine filter F is arranged on the motor M, which can be supplied from a converter or alternatively directly from the three-phase network.

Der Umrichter weist einen Gleichrichter mit in jeweiligen Halbbrücken angeordneten Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6) auf. Somit ist der Gleichrichter als Drehstromgleichrichter ausgeführt. Der Gleichrichter ist eingangsseitig, also wechselspannungsseitig, aus dem Drehstromnetz versorgt, also mit den Phasen (L1, L2, L3) des Drehstromnetzes verbunden. Gleichspannungsseitig ist eine als Pufferkondensator und/oder Glättungskondensator wirksamer Kapazität angeordnet. Aus dieser Gleichspannung ist ein Wechselrichter versorgbar, der in jeweiligen Halbbrücken angeordnete steuerbare Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5, T6) aufweist und seinen ausgangsseitigen dreiphasigen Wechselstrom über das Filter F dem Motor M zuführt.The converter has a rectifier with diodes arranged in respective half bridges (D1, D2, D3, D4, D5, D6). Thus, the rectifier is designed as a three-phase rectifier. The rectifier is the input side, so the AC side, supplied from the three-phase network, ie connected to the phases (L1, L2, L3) of the three-phase network. On the DC voltage side, a capacitor which is effective as a buffer capacitor and / or smoothing capacitor is arranged. From this DC voltage, an inverter can be supplied, which has arranged in respective half-bridges controllable power switch (T1, T2, T3, T4, T5, T6) and its output side three-phase alternating current via the filter F to the motor M supplies.

Eine in der 1 nicht dargestellte Steuerelektronik erzeugt pulsweitenmodulierte Ansteuersignale, welche den steuerbaren Leistungsschaltern (T1, T2, T3, T4, T5, T6) zugeführt werden, so dass der Wechselrichter ausgangsseitig eine im Wesentlichen sinusförmige Drehspannung einer jeweils aktuell vorgegebenen Frequenz dem Motor bereit stellt.One in the 1 control electronics, not shown, generates pulse-width-modulated drive signals, which are supplied to the controllable power switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6), so that the inverter provides the output side with a substantially sinusoidal rotational voltage of a respective currently predetermined frequency to the motor.

Die steuerbaren Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5, T6) sind somit als Gleichstromschalter ausgeführt, da die von Ihnen gebildeten Halbbrücken von der an der Kapazität C anliegenden Gleichspannung versorgt sind. Jedem der steuerbaren Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5, T6) ist eine Freilaufdiode parallel zugeschaltet.The controllable power switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6) are thus designed as a DC switch, since the half bridges formed by you are supplied by the voltage applied to the capacitor C DC. Each of the controllable power switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6) is connected in parallel with a freewheeling diode.

Falls die an der Kapazität C anliegende Gleichspannung einen Schwellwert überschreitet, wird der Schalter T7 geschlossen, welcher in Reihe geschaltet ist mit dem Bremswiderstand R, wobei diese Reihenschaltung der Kapazität C parallel geschaltet ist. Somit sind Überspannungen verhinderbar.If the DC voltage applied to the capacitor C exceeds a threshold value, the switch T7 is closed, which is connected in series with the braking resistor R, wherein this series connection of the capacitor C is connected in parallel. Thus overvoltages can be prevented.

Mittels des Umrichters ist ein Starten des Motors M in einfacher Weise ermöglicht. Dabei wird die ausgangsseitig vorgegebene Frequenz von der Startfrequenz, also beispielsweise Null oder einer zur schon bestehenden Drehzahl des Motors gehörigen Frequenz, erhöht, bis die Netzfrequenz erreicht wird.By means of the inverter starting of the motor M is made possible in a simple manner. In this case, the output-side predetermined frequency of the starting frequency, so for example zero or one belonging to the already existing speed of the engine frequency increases until the mains frequency is reached.

Sobald der Differenzbetrag zwischen vorgegebener Frequenz und Netzfrequenz einen Schwellwert unterschreitet, wird eine direkte Verbindung vom Motor M über das Filter F zum Netz aktiviert, indem die steuerbaren Wechselstromschalter (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) entsprechend angesteuert werden.As soon as the difference between the predetermined frequency and mains frequency falls below a threshold value, a direct connection from the motor M via the filter F to the network is activated by the controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) are driven accordingly.

Die steuerbaren Wechselstromschalter (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) sind vorzugsweise jeweils als TRIAC ausgeführt.The controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) are preferably each designed as TRIAC.

Jeder Phase (L1, L2, L3) des Drehstromversorgungsnetzes ist zumindest ein steuerbarer Wechselstromschalter (TR3, TR4, TR5) zugeordnet, so dass jede Phase mit einem Motoranschluss elektrisch verbindbar oder trennbar ist. Eine erste Phase L1 ist dabei über den steuerbaren Wechselstromschaltern TR3 mit einem ersten Motoranschluss verbindbar. Um das Drehfeld in beiden Drehrichtungen gut durchleitbar zu machen, ist eine zweite Phase L2 mittels eines weiteren steuerbaren Wechselstromschalters TR1 mit einem weiteren Motoranschluss verbindbar und die dritte Phase L3 mittels eines anderen steuerbaren Wechselstromschalters TR2 mit dem zweiten Motoranschluss verbindbar. Somit ist durch entsprechendes Ansteuern der steuerbaren Wechselstromschalter, also Schließen der Schalter TR3, TR4, TR5 und Öffnen der Schalter TR1, TR2, eine erste Drehrichtung und durch das Schließen der Schalter TR3, TR1, TR2 die andere Drehrichtung bewirkbar, wobei die Schalter TR4, TR5 geöffnet werden.Each phase (L1, L2, L3) of the three-phase supply system is assigned at least one controllable AC switch (TR3, TR4, TR5) that each phase is electrically connectable or separable with a motor connection. A first phase L1 can be connected via the controllable AC switches TR3 to a first motor terminal. In order to make the rotating field easily passable in both directions of rotation, a second phase L2 can be connected to another motor terminal by means of another controllable AC switch TR1, and the third phase L3 can be connected to the second motor terminal by means of another controllable AC switch TR2. Thus, by appropriately driving the controllable AC switch, so closing the switch TR3, TR4, TR5 and opening the switch TR1, TR2, a first direction of rotation and by closing the switch TR3, TR1, TR2 the other direction of rotation effected, wherein the switch TR4, TR5 will be opened.

Die steuerbaren Wechselstromschalter (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) sind als Leistungshalbleiterschalter ausgeführt und wärmeleitend mit einem Kühlkörper verbunden, mit welchem auch die steuerbaren Leistungsschaltern (T1, T2, T3, T4, T5, T6) wärmeleitend verbunden sind. Dies ist besonders effektiv, da der Wechselrichter des Umrichters, also die steuerbaren Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5, T6), nur alternativ zu den steuerbaren Wechselstromschaltern (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) betrieben werden. Somit werden dem Kühlkörper nicht die beiden diesen Schaltern zugeordneten Wärmeströme gleichzeitig sondern nur abwechselnd zugeführt.The controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) are designed as a power semiconductor switch and thermally conductively connected to a heat sink, with which the controllable circuit breakers (T1, T2, T3, T4, T5, T6) are thermally conductively connected. This is particularly effective because the inverter of the inverter, so the controllable circuit breakers (T1, T2, T3, T4, T5, T6), operated only as an alternative to the controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5). Thus, the heatsink not the two heat switches associated with these switches are supplied simultaneously but only alternately.

Der Kühlkörper selbst ist entweder durch einen konvektiv angetriebenen Luftstrom gekühlt, also passiv, oder durch einen von einem Lüfter angetriebenen Luftstrom. Also aktiv. Weiter alternativ oder zusätzlich ist auch eine Flüssigkeitskühlung des Kühlkörpers ausführbar, beispielsweise mit Wasser oder Öl.The heat sink itself is cooled either by a convection-driven air flow, that is passive, or by an air flow driven by a fan. So active. Further alternatively or additionally, a liquid cooling of the heat sink is executable, for example with water or oil.

Die Signalelektronik des Umrichters wird auch dann betrieben, wenn mittels der steuerbaren Wechselstromschalter das Drehstromnetz direkt mit dem Motor verbunden wird, also kein Drehspannungsnetz vom Wechselrichter erzeugt wird zur Speisung des Motors M.The signal electronics of the inverter is also operated when the three-phase power supply is connected directly to the motor by means of the controllable AC switch, so no three-phase power supply is generated by the inverter for feeding the motor M.

Auch bei nicht angesteuertem Wechselrichter werden die mit einem oder mehreren Stromsensoren erfassten Motorstromwerte der Steuerelektronik zugeführt, in welcher ein Mittel zur Bestimmung von Zustandswerten des Motors vorgesehen ist. Insbesondere wird die Drehzahl der Rotorwelle des Motors bestimmt und überwacht auf Überschreiten oder Unterschreiten eines Schwellwertes. Davon abhängig werden von der Steuerelektronik Aktionen angesteuert. Beispielsweise wird eine Bremse aktiviert oder die direkte Netzversorgung wird unterbrochen und der Wechselrichter zur Speisung des Motors M aktiviert.Even when the inverter is not activated, the motor current values detected by one or more current sensors are fed to the control electronics, in which a means for determining state values of the motor is provided. In particular, the speed of the rotor shaft of the motor is determined and monitored for exceeding or falling below a threshold value. Dependent on it are controlled by the control electronics actions. For example, a brake is activated or the direct mains supply is interrupted and the inverter is activated to supply the motor M.

Außerdem werden in der Steuerelektronik auch bei ausgeschaltetem Wechselrichter nicht nur Überwachungen sondern auch Diagnose-relevante, Statistik-relevante und sicherheitsbezogene Verfahren ausgeführt. Die Steuerelektronik arbeitet also unverändert weiter, auch wenn der Wechselrichter keine Ansteuersignale von ihm erhält beziehungsweise die Ansteuersignale des Wechselrichters ein Öffnen aller steuerbaren Schalter (T1, T2, T3, T4, T5, T6) des Wechselrichters bewirken.In addition, in the control electronics, even when the inverter is switched off, not only monitoring but also diagnosis-relevant, statistic-relevant and safety-related methods are executed. Thus, the control electronics continue to operate unchanged, even if the inverter receives no drive signals from him or cause the control signals of the inverter opening all controllable switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6) of the inverter.

Insbesondere arbeitet in der Steuerelektronik auch bei ausgeschaltetem Wechselrichter eine Drehfeldregelung, wobei allerdings die vom Regler bestimmte Stellgröße, wie Spannung, nur bestimmt wird, nicht aber wirklich gestellt wird, also den Motor nicht beeinflusst. Sobald jedoch die direkte Versorgung aus dem Netz gesperrt wird, also die steuerbaren Wechselstromschalter (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) alle geöffnet werden, wird der Wechselrichter aktiviert und die bestimmte Stellgröße wirksam.In particular, works in the control electronics even with the inverter off a rotating field control, however, the control variable certain manipulated variable, such as voltage, is only determined, but not really made, so the engine is not affected. However, as soon as the direct supply from the grid is blocked, ie the controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) are all opened, the inverter is activated and the specific manipulated variable takes effect.

Der Wechselrichter weist drei Halbbrücken auf. Am Knotenpunkt der ersten Halbbrücke sind der Schalter T1 und der Schalter T4 verbunden, am Knotenpunkt der zweiten Halbbrücke sind der Schalter T2 und der Schalter T5 verbunden, am Knotenpunkt der dritten Halbbrücke sind der Schalter T3 und der Schalter T6 verbunden. Die Statorwicklungen des Motors sind elektrisch direkt mit dem jeweiligen Knotenpunkt einer jeweiligen Halbbrücke verbunden, also ohne zwischengeordneten Trennschalter oder dergleichen.The inverter has three half-bridges. At the junction of the first half-bridge, the switch T1 and the switch T4 are connected, at the junction of the second half-bridge, the switch T2 and the switch T5 are connected, at the junction of the third half-bridge, the switch T3 and the switch T6 are connected. The stator windings of the motor are electrically connected directly to the respective node of a respective half-bridge, so without intermediate disconnector or the like.

Die Verlustwärme der Schalter (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) wird über denselben Kühlkörper an die Umgebung geführt wie auch die Wärme der steuerbaren Schalter (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5), insbesondere also TRIACs.The heat loss of the switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) is conducted via the same heat sink to the environment as well as the heat of the controllable switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5), in particular TRIACs.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

R

Resistance, in particular braking resistor

T1

controllable switch, in particular IGBT or MOSFET

T2

controllable switch, in particular IGBT or MOSFET

T3

controllable switch, in particular IGBT or MOSFET

T4

controllable switch, in particular IGBT or MOSFET

T5

controllable switch, in particular IGBT or MOSFET

T6

controllable switch, in particular IGBT or MOSFET

T7

controllable switch, in particular IGBT or MOSFET

TR1

controllable AC switch, in particular TRIAC

TR2

controllable AC switch, in particular TRIAC

TR3

controllable AC switch, in particular TRIAC

TR4

controllable AC switch, in particular TRIAC

TR5

controllable AC switch, in particular TRIAC

D1

diode

D2

diode

D3

diode

D4

diode

D5

diode

D6

diode

C

Link capacitor

L1

first phase of the three-phase supply network

L2

second phase of the three-phase supply network

L3

third phase of the three-phase supply network

F

Filter, in particular sinusoidal filter

M

Stator windings of the three-phase motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008018923 A1 [0003]
DE 10003692 A1 [0004]
DE 8806492 U1 [0005]

Claims

Drive, comprising an electric motor, in particular a three-phase motor, which can be fed by an inverter, the inverter being input-side-fed by an alternating current network, in particular by a three-phase alternating current network, characterized in that a switching device is arranged between the alternating current network and the motor, the switching device having controllable alternating current switches ( TR1, TR2, TR3, TR4, TR5), so that upon actuation of the switching device, in particular when closing controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) of the switching device, the motor can be fed directly from the AC mains, in particular the Motor directly from the AC mains either with a first or second rotary field direction is fed, which, in particular five controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) are each designed as a controllable semiconductor switch, in particular as each TRIAC, and the inverter a common Cool body for the switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) of the inverter included in the inverter and the direct supply controlling switching device, in particular so the controllable AC switches (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) , Wherein the direction of rotation of the engine from the state, in particular switching state, the switching device is determined when at least two of the controllable AC switches are actuated, in particular are closed.

Drive according to claim 1, characterized in that when deactivating the switching device, ie opening the controllable AC switch (TR1, TR2, TR3, TR4, TR5) of the switching device, the motor is powered by the inverter, in particular because the stator windings directly from the AC side Connection of the inverter of the inverter are fed, in particular so that the stator windings are electrically connected directly to the respective nodes of the respective half-bridges of the inverter.

Drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the inverter has a rectifier and an inverter connected to the DC voltage side terminal, ie in particular the DC voltage side terminal of the inverter is fed from the DC voltage side terminal of the rectifier, wherein the rectifier with its AC-side terminal with the AC power network is connected, wherein the motor is fed from the AC-side terminal of the inverter.

Drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the switching device - a first controllable AC switch (TR3) for connecting the first phase (L1) of the AC mains to a first motor terminal or disconnecting the first phase (L1) of the AC mains from the first motor terminal, A second controllable AC switch (TR2) for connecting the second phase (L2) of the AC mains to a second motor terminal or disconnecting the second phase (L2) of the AC mains from the second motor terminal and a third controllable AC switch (TR4) for connecting the third phase ( L3) of the AC mains having a third motor terminal or disconnecting the third phase (L3) of the AC mains with a third motor terminal.

Drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the switching device - a fourth controllable AC switch (TR1) for connecting the second phase (L2) of the AC mains to the third motor terminal or disconnecting the second phase (L2) of the AC mains from the third motor terminal, - a fifth controllable AC switch (TR2) for connecting the third phase (L3) of the AC mains to the second motor terminal or disconnecting the third phase (L3) of the AC mains from the second motor terminal.

Drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that for direct feeding of the motor from the AC mains in a first direction of rotation of the first, second and third controllable AC switch (TR3, TR4, TR5) is closed, in particular and the fourth and fifth controllable AC switch (TR1, TR2) is opened, for direct feeding of the motor from the AC mains in a second direction of rotation, in particular in the other direction, the first, fourth and fifth controllable AC switch (TR3, TR1, TR2) is closed, in particular and first and second controllable AC switch (TR3, TR4) is opened.

Drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the direct supply of the motor from the AC mains, the inverter at its AC side terminal provides no output voltage to the motor, in particular so the controllable switch (T1, T2, T3, T4, T5 , T6, T7) of the inverter are open.

Drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the converter has a signal electronics, in particular control electronics, which generates pulse width modulated drive signals for the controllable switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) of the inverter, wherein the Signal electronics in direct supply such drive signals generated that the controllable switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) of the inverter are open, but the signal electronics are supplied with one or more sensors detected values of the motor current of the signal electronics , in which from the speed of the motor is determined and / or a manipulated variable, which, however, only becomes effective after completion of the direct supply, especially in inverter-powered operation of the engine, in particular where the values determined by the signal electronics on exceeding or falling below be monitored a respective threshold.

Drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that a means is provided for switching over from the converter fed operation to the direct supply by the AC mains, wherein the means performs the switching when the speed of the motor exceeds or falls below a threshold, in particular wherein the threshold value corresponds to the mains frequency, in particular wherein the means when switching and comparing with the threshold takes into account a hysteresis.

Method for operating a drive, in particular according to at least one of the preceding claims, wherein the drive comprises a directly from the converter or the AC power fed electric motor, characterized in that - the speed of the motor is monitored for exceeding or falling below a threshold value, in particular taking into account Hysteresis, and depending on a switching between direct powered by the AC mains operation of the motor and inverter-powered operation of the engine is effected.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that during inverter-fed operation the switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) of the inverter are controlled in such a way that the motor is supplied by a rotary voltage generated by the inverter.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the switches (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) of the inverter are driven in such a way that they are open when operating the motor directly powered by the AC mains.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the speed of the motor is monitored by the signal electronics of the inverter even in directly powered by the AC mains operation of the motor and further safety, diagnostic and monitoring functions are performed.